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Amplificador Sumador Inversor

Electrónica Analógica 6
Amplificador sumador fórmula y aplicaciones
¿Qué es un amplificador sumador?

Un amplificador sumador es aquel que está diseñado de tal manera que suma las señales de entrada aplicadas para generar una salida única. Es muy simple de construir y la funcionalidad de este amplificador es simple de analizar.

¿Qué es un amplificador sumador inversor?

De igual manera combina varias entradas y produce una salida que es la suma de estas entradas; las señales de voltaje de entrada se aplican al terminal del inversor (-). La señal de salida será la suma de las señales de entrada, invertidas y amplificadas. Esta salida se invierte ya que es un amplificador inversor.

El mezclador de audio (audio mixer) es uno de los mejores ejemplos de amplificadores sumadores.

Diagrama del circuito

El circuito diseñado para un amplificador sumador inversor es una variante del amplificador inversor, consiste en varias entradas a amplificar que están conectada al terminal inversor (-) del amplificador operacional.

Un amplificador sumador inversor se beneficia del hecho de que la configuración del inversor puede manejar muchas entradas al mismo tiempo.

Este amplificador tiene una retroalimentación hacia la terminal inversora (-) a través de una resistencia. Además, la entrada no inversora está conectada a tierra.

Amplificador sumador inversor diagrama aplicación

Fórmula voltaje de salida (Función de transferencia)

Al aplicar la Ley de Corrientes de Kirchhoff (LCK) en el nodo inversor (-), da como resultado:

\textcolor{black}{1)}\space I_t=I_1+I_2+I_3

Pero, aplicando la Ley de ohm en las corrientes, éstas se pueden expresar como:

\textcolor{black}{2)}\space\begin{cases} \large{I_1=\frac{V_{1}-V_{a}}{R_1}} \\ \large{I_2=\frac{V_2-V_{a}}{R_2}} \\ \large{I_3=\frac{V_3-V_{a}}{R_3}} \\ \large{I_t=\frac{V_{a}-V_{out}}{R_f}} \end{cases}

En el diagrama del amplificador sumador inversor se aprecia que Va = 0. Al sustituir las corrientes (2) en la ecuación (1) se obtiene:

\frac{0-V_{out}}{R_f}=\frac{V_{1}-0}{R_1}+\frac{V_2-0}{R_2}+\frac{V_3-0}{R_3}

Despejando el voltaje de salida queda:

\large\bold {V_{out}={-R_f} \Bigg( \frac{V_1}{R_1}+\frac{V_2}{R_2}+\frac{V_3}{R_3}} \Bigg)

Entonces, esta ecuación indica que la tensión de salida (Vout) es una suma ponderada de las entradas. De esta afirmación, el circuito de esta configuración del OpAmp se llama sumador. No hace falta decir que el sumador puede tener más de tres entradas.

Aprende también sobre:  Amplificador Operacional No Inversor

Ganancia

Un circuito Amplificador Sumador amplifica cada una de las señales de entrada. La ganancia para cada entrada está dada por la relación de la resistencia de retroalimentación Rf con la resistencia de entrada de la rama respectiva.

A_{v\space in1}=-\frac{R_{f}}{R_{1}}
A_{v\space in2}=-\frac{R_{f}}{R_{2}}
A_{v\space in3}=-\frac{R_{f}}{R_{3}}

De este modo, para saber la ganancia en cualquier número de entrada N, se usa la siguiente ecuación:

\large\bold{A_{v\space inN}=-\frac{R_{f}}{R_{N}}}

Por lo tanto, la ganancia es solo una cantidad significativa con respecto a cada señal individual. Dado que las ganancias son independientes entre sí, sumarlas no produce un resultado significativo.


Aplicaciones

Hay varias aplicaciones de amplificadores sumadores. Dos de las aplicaciones más importantes se analizan a continuación.

Mezclador de Audio

El amplificador sumador es muy útil en términos de sumar o agregar múltiples señales. Este principio también es posible en varios instrumentos musicales donde se mezcla la frecuencia de las dos señales de diferentes instrumentos.

En primer lugar, estos se convierten en términos de señales de voltaje con la utilización de transductores en el circuito. Luego, estas señales se conectan en la entrada del amplificador sumador.

No hay posibilidad de interferencia de las señales porque las señales aplicadas están conectadas a través de las resistencias. Un extremo está conectado a las resistencias y el otro está conectado a tierra.

Convertidor Digital-Analógico (DAC)

Estos son los convertidores en los que los valores digitales básicos que están en forma de equivalentes binarios, se convierten en términos de datos analógicos.

Por lo tanto, estos se conocen como convertidores digitales a analógicos. En circuitos donde se utilizan microprocesadores o microcontroladores, estos convertidores son utilizados en sistemas de monitoreo en tiempo real para monitorear los dispositivos a través de los relevadores, sensores o motores.

Aprende también sobre:  Tipos de circuitos eléctricos y sus conexiones

Las resistencias están presentes en las ramas respectivas de las señales de entrada aplicadas. Los valores de las resistencias se eligen de tal manera que el valor de resistencia de una rama debe ser el doble en comparación con el valor anterior de la resistencia.


¿Cómo armar el circuito de un Amplificador Sumador Inversor?

Siguiendo el diagrama del amplificador sumador inversor, se puede crear un circuito físico para armar en la tabla protoboard. Este circuito será la base para realizar distintas prácticas y así comprobar el adecuado funcionamiento y algunas de las características de los sumadores inversores.

A continuación se muestra el diagrama en protoboard de un OpAmp sumador inversor usando un Amplificador 741, utilizando resistencias de entrada de 1k ohm, 3k ohms y 5k ohms, así como una resistencia de retroalimentación Rf de 10k ohms.

Las ganancias de cada rama están dadas por:

A_{v\space in1}=-\frac{10k\Omega}{1k\Omega}= -10
A_{v\space in2}=-\frac{10k\Omega}{3k\Omega}=-3.33
A_{v\space in3}=-\frac{10k\Omega}{5k\Omega}=-2

El signo negativo en la ganancia indica que la señal será invertida en cada una de las salidas de las ramas.

Conexión en protoboard

Conexión proto amplificador sumador inversor

La salida o Vout se encuentra en el pin número 6 del OpAmp 741.


Ejercicios resueltos

1.- Tres señales de audio activan un amplificador sumador como se muestra en la figura a continuación. ¿Cuál es el voltaje de salida?

Ejemplo Amplificador sumador inversor
Ejemplo Amplificador sumador inversor

Las ganancias de voltaje de lazo cerrado de cada canal se pueden calcular como:

A_{v\space in1}=-\frac{100k\Omega}{20k\Omega}=\large\bold{-5}
A_{v\space in1}=-\frac{100k\Omega}{10k\Omega}=\large\bold{-10}
A_{v\space in1}=-\frac{100k\Omega}{50k\Omega}=\large\bold{-2}

El símbolo negativo en la ganancia indica que la señal de salida de cada rama ha sido invertida.

Una vez que se calculan las ganancias individuales de cada una de las entradas, se podrán sustituir en la fórmula de tensión de salida. El voltaje de salida del amplificador sumador queda como:

V_{out}=-(A_{v\space in1}\cdot{V_{1}}+A_{v\space in2}\cdot{V_{2}}+A_{v\space in3}\cdot{V_{3}})
V_{out}=-[(5\cdot100mV)+(10\cdot200mV)+(2\cdot300mV)]
V_{out}=\large\bold{-3.1V}


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6 comentarios

  1. Rafael dice:

    Gracias, me sirvió mucho 😀

  2. Franky dice:

    Excelente explicación, para mi clase de amplificadores operacionales

  3. Enrique dice:

    Hola muy interesante. Es posible que se pueda usar para controlar sensores de automóviles para armas un ecu no programable?

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