Opamp Nedir Geniş Anlatım

OPAMP NEDİR ?

Opamp nedir ? Opamp çeşitleri nedir ? Opampı nasıl kullanabiliriz ? Opamp örnekleri nedir ? Opamp ile neler yapılabilir ? Opamp türleri nedir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Opamp Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.

Başlayalım.

OPAMPI ÖĞRENELİM

Opamp bir yükselticidir; ancak belirli uygulamalar için devre tasarlamayı çok kolaylaştıran özel özelliklere sahiptir.

Temel olarak, burada Va, Vb olarak gösterilen iki girişi alır ve Va ile Vb arasındaki FARK’tan daha büyük olan bir Vo çıkış voltajı verir.

Daha büyük olduğu miktar, amplifikatörün “açık döngü voltaj kazancı (Avol)” dir.

Vo = Avol (Va – Vb)

“İdeal” opamp, aşağıdaki özelliklere sahip bir diferansiyel yükselteçtir:

-sonsuz açık döngü voltaj kazancı

-sonsuz giriş direnci (giriş terminallerinde akım yok)

-sıfır çıkış direnci (çıkıştan çekilen akım çıkış voltajını etkilemez)

-sonsuz bant genişliği (tepki hızında sınır yok)

Not : Basit olması için, op-amp’lere güç kaynağı bağlantıları bazen şematik diyagramlardan çıkarılabilir veya ayrı olarak gösterilebilir.

Opamp Kullanılan Temel Devreler

Opamp’ler birçok farklı konfigürasyonda kullanılabilir, ancak burada açıklanan basit devreler çoğu uygulamayı kapsar.

Unity gain buffer , inverting ve non-inverting ve difference opamplarına bir bakalım.

Unity gain buffer :

Unity gain buffer , giriş voltajıyla aynı olan bir çıkış voltajı verir.

Bu devrenin önemli özelliği girişten neredeyse hiç akım akmamasıdır.

Ölçülen devreye yük eklemeden gerilimleri ölçmek için kullanılabilir. Nasıl çalıştığına bakalım.

Unity gain buffer arabelleğinin analizi, yalnızca ideal bir opamp’ın özelliklerine dayalı olarak çok kolaydır.

Amplifikatörün sonsuz kazancı olduğu için

 #1: – + ve – girişleri arasındaki fark voltajı sıfır olmalıdır.

R1 ve R2 sadece amplifikatör girişlerine koruma sağlar.

İçlerinden akım akmaz yani Vo = Va

Non-Inverting Opamp :

Unity gain buffer gibi, bu devre girişi yüklemez – ancak R1 ve R2 dirençleri tarafından ayarlanan belirli miktarda voltaj kazancı sağlar.

Vout = Vin (R2 + R1 / R1) veya Vout / Vin = 1 + (R2 / R1)

Giriş direnci çok yüksektir ki bu  ideal olarak “sonsuz” olduğu anlamına gelir.

Unutmayın, çıkıştaki herhangi bir sonlu voltaj için girişteki fark voltajı sıfır olmalıdır.

opamp nedir
opamp nedir

Bu devreyi sadece ideal opamp özelliklerini kullanarak analiz edelim ve ne kadar kolay olduğunu göreceksiniz. Gerçek sayıları kullanacağız.

Diyelim ki Vo = 10V ve R1=2k, R2 = 18k

R1 + R2 = 20k yani direnç için 10V / 20k = 0,5mA’lık bir akım akar.

Bu akımın hiçbiri , yada hiçbir kısmı non-inverting girişine akmaz.  ( I2 = I1 )

yani R1’deki voltaj 0,5mA * 2k = 1V’dir

Ve Vb = Va , bu nedenle voltaj kazancı Vo / Va = 10V / 1V = 10’dur.

Inverting Amplifier

Bu devre, giriş voltajının tersi olan bir çıkış voltajı üretir.

Örneğin, negatif bir giriş voltajı, çıkışta pozitif bir voltaj ile sonuçlanacaktır.Bu tip opamp devresi ilk örneğimizde kullanılmıştır.

Vout = – Vin R2/R1 veya Vout/Vin = – R2/R1 (Not: bu formül, non-inverting amplifier ile aynı değildir)

Giriş direnci Rin sadece R1’dir. Ancak modern opamplarda büyük değerli dirençler kullanabiliriz.

Bir kez daha hatırlayın (1:) + ve – girişleri arasındaki fark voltajı sıfır olmalıdır: bu nedenle R1 ve R2 bağlantısı 0V’dadır. (biz buna “sanal dünya” diyoruz.)

Vo = I2*R2

Ayrıca (2:) giriş terminallerine akım akmaz – bu nedenle I1 = I2

Va = – I1 R1 = – I2 R1.

Vo / Va = I2*R2/- I2*R1 = – R2/R1

Önemli not: Şekil 1 ve Şekil 2’deki devrelerin aksine bu devre, giriş devresinden akan bir akımı içerir, dolayısıyla kazanç, kaynak direncine bağlı olacaktır.

Bundan kaçınmanın genel yolu, girişte bir unity gain buffer kullanmaktır.

Difference Amplifier

Bu sadece iki giriş arasındaki farkı ölçer ve bunu bir kazanç faktörü ile çarpar.

İkinci örneğimizde bir fark yükselteci kullanılmıştır.

Vo = (Vb – Va) (R2/R1) ;

R2 = R1 ise kazanç 1’e ayarlanır ve çıkış voltajı sadece iki giriş voltajı arasındaki farktır.

Farklı değerler seçerek biraz kazanç ekleyebiliriz;

R2 = 10M ve R1 = 1M ise onluk bir kazanç sağlar.

Şimdi bu devrenin giriş direnci sadece R1 + R2’dir, bu nedenle devreyi yüklemek istemiyorsanız, R1 ve R2’yi ölçüyor olmanız gerekir

Ve düşük giriş bias akımına sahip bir opamp seçmeniz gerekecektir.

opamp nedir ve nasıl çalışır
opam nedir ve nasıl çalışır

Opampları Kullanma: Pratik Bir Örnek

Bir fotodiyot ile ışık seviyesinin ölçülmesi

Fotodiyotlar, kameralar, duman dedektörleri, hırsız alarmları, güvenlik ekipmanları, tıbbi uygulamalar, CD çalarlar ve ölçme aletleri gibi günlük birçok elektronik cihazda kullanılmaktadır. Kızılötesinden görünürden morötesine ve hatta x ışınlarına kadar geniş bir yelpazedeki elektromanyetik radyasyonu tespit etmek için kullanılabilirler. Sadece görünür ışık için değiller.

Nasıl Çalışır ?

Bir foton (bir miktar ışık veya başka bir EM dalgası) bir fotodiyotun yarı iletken bağlantısına çarptığında, bir akımın normal ileri iletimin karşısında akmasına neden olur. Bunu tespit etmenin farklı yolları vardır ve üretilen voltajı ölçebilirsiniz; ancak bu devre “kısa devre akımı” kullanır.

Bu nedenle cihazdaki voltajın sıfırda tutulması gerekir.

Bu devre, tam da bunu yapmak için bir “OpAmp” kullanır.

Kod :

Bileşenler:

Bir MCP6022 kullanıldı, ancak 5V’da “raydan raya” tek besleme işlemi yapabilen herhangi bir CMOS OpAmpı yeterli olacaktır.

Yukarıdaki grafiğe bakın. Ayrıca herhangi bir silikon fotodiyot çalışacaktır ve sadece devreyi test etmek istiyorsanız ve fotodiyotunuz yoksa bir LED kullanabilirsiniz.

Devre polariteye duyarlıdır, bu yüzden çalışmazsa diyot bağlantılarını çevirin.

Bu devre, cevap 3’te açıklanan inverting amplifier’a çok benzer.

Devre nasıl çalışır:

Fotodiyot tarafından bir akım I1 üretildiğinde, opamp, tam olarak aynı akımın (I2) geri besleme direncinden akmasına neden olacak bir çıkış voltajı üreterek giriş voltajını sıfırda tutmak için “kendi kendini ayarlar”.

Voltaj ölçülürse ve geri besleme direncinin değeri biliniyorsa (burada 220 kOhm), akım Ohm kanunu kullanılarak hesaplanabilir.

Opampın arduino’dan +5 ve 0V’den güç aldığını unutmayın.

Uygulamanız için doğru Opampı seçme

Opampların sınırlamaları vardır; Örneğin

çıkış voltajı, besleme voltajlarını aşamaz; ve çıkış aşaması, sağlayabilecekleri akıma bir sınır getirir.

Gerçek dünyadaki sınırlamalarını yansıtmak için ideal opamp spesifikasyonumuza bazı “ince ayarlar” ekleyeceğiz:

Belirli bir sıra olmadan:

Sıfır giriş ofset voltajı

sıfır gürültü

Sıfır giriş bias akımı

Bunlar, opamplardan gelen çıkış voltajına (genellikle hafif) ofsetler getirebilir.

Aşağıdaki tabloda, projeniz için birini seçmenizde size rehberlik edecek bazı “gerçek dünya” opamplarının en önemli özelliklerinin değerlerini bulacaksınız.

Opampların farklılıkları

Çok çeşitli uygulamalara uyacak performans özellikleri sağlamak için farklı transistör teknolojileri (Bipolar, JFET veya MOSFET) kullanılarak opamplar yapılır.

Bipolar opamplar daha yüksek kazanç, daha düşük giriş ofset voltajı, daha hızlı yanıt ve daha sağlam olabilir.

Mosfet opampları, çok düşük giriş bias  akımları ve yüksek (neredeyse sonsuz) giriş direnci (ancak bazı giriş kapasitansı) ile “rail to rail” çalışma sağlayabilir.

Genellikle statik koruma içerirler. Bazı opamplar, FET ve bipolar bölümleri birleştirir.

Popüler Opamplar

O kadar çok opamp var ki, asla “doğru” olanı seçemezsiniz. Aşağıda, en yaygın uygulamaları kapsayacak şekilde derlediğim bir liste var. Hepsini test ettim. Bu seçimi yaparken kullandığım kriterler şunlar olmalı:

Farklı kaynaklardan kolaylıkla temin edilebilir (örneğin Mouser, RS Components )

Breadboard’lar veya prizler için uygun bir DIP paketinde mevcuttur.

Yaygın kullanımda ve ucuz (çoğunlukla 1 dolardan az)

Notlar ;

Tablonun üst yarısında iki kutuplu giriş devresine sahip opamplar listelenir .Bu nedenle genellikle rail-to-rail girişlerini veya çıkışlarını kabul etmezler.

Alt yarıdaki FET giriş opampından genellikle daha düşük giriş ofset voltajına ve çok daha yüksek giriş bias akımına sahip olduklarını göreceksiniz.

MOS giriş aşamaları son derece yüksek giriş empedanslarına izin verirken, MOS çıkış aşamaları daima rail-to-rail çıkış voltajlarına izin verir.

LM747’yi vurguladım. Popüler bir seçim, ancak daha modern opamplara kıyasla gerçekten önerecek çok az şeyi var.

Yeşil bölümlerdeki cihazlar tek kaynaktan çalışmaya uygundur. Bununla birlikte, birkaç opamper, 5V’nin çok altındaki sarf malzemeleriyle çalışacaktır.

MCP6042, çok düşük frekanslı uygulamalar için tasarlanmış bir mikro güç opampıdır – bu nedenle GBw sadece 14kHz’dir.

opamp kullanım örneklerii
opamp kullanım örneklerii

Öneriler

Arduino’nuzun 5V veya 3.3V beslemesinden beslenen tek bir besleme için,

MPC6002 genellikle iyi bir seçimdir; daha hızlı yanıta ihtiyacınız varsa MPC6022’yi kullanın.

±5V ile ±15V arasında çalışan çift besleme için

TL072 genellikle uygundur. Daha zorlu uygulamalar için AD823 iyi bir seçim olabilir.

Bir Opamp’a Güç Verme

En önemli kriter, devrenize girişlerin güç kaynaklarının sınırlarını aşmamasıdır.

Örneğin, şekildeki besleme için +15V /- 15V kullanıyorsanız, o zaman makul bir şekilde tepe sinüs dalgasına 10 voltluk bir tepe uygulayabilirsiniz ve aynısını çıkışta göreceksiniz.

Aynı opamp tek bir besleme ile kullanılırsa +30V/- 0V çalışmaz – ve muhtemelen IC’ye zarar verirsiniz – çünkü AC girişinin negatif gezinimi sarf malzemeleri aralığının dışındadır.

Bipolar opamp’lar genellikle bir miktar “headroom” gerektirir, bu nedenle örneğin şekilde  ±15V beslemeli giriş, 12V tepe-tepe ile sınırlandırılmalıdır.

Bölünmüş bir arzın, girdiler ve beklenen çıktılar sarf malzemelerinin sınırları içinde kaldığı sürece simetrik olması gerekmez.

Genellikle CMOS opampları “rail-to-rail” girişleri memnuniyetle kabul edebilir (ancak manuelini mutlaka kontrol etmeliyiz.)

Ancak ray çıkışları olduğunu okuduğunuzda dikkatli olmalısınız.

Devre yalnızca çok yüksek empedans yükü ile , negatif beslemenin birkaç mV üzerinde veya pozitif beslemenin altında çıkışlar verecektir.

Açıklanan önemli özellikler: Giriş Bias akımı, Giriş Ofset akımı, Giriş Ofset voltajı ve “headroom”

Şekilde, geleneksel bir bipolar opampın giriş aşamasını temsil eder.

Vin+, Vin- girişlerinin transistörler için temel akım Ib1, Ib2 sağlaması gerektiğini görebilirsiniz.

Bu giriş bias akımıdır.

Transistörlerin kazançları aynı değilse, aynı taban akımını almazlar.

Aralarındaki fark, giriş ofset akımıdır.

Diyelim ki Vin+ = Vin- ; o zaman Vout sıfır olmalıdır.

Bununla birlikte, transistörler mükemmel bir şekilde eşleşmezse, Vbe’lerinde bir fark olacaktır ki bu, giriş ofset voltajıdır.

Bu devreye baktığınızda, Vin+ veya Vin , Vcc’de olsaydı transistörlerin kapanacağını ve devrenin çalışmayacağını göreceksiniz; çoğu opamp, giriş voltajlarının besleme voltajları içinde olmasını gerektirir;- ve özellikle, bipolar giriş aşamalarına sahip opamp’lar genellikle Vin’in -Vcc veya +Vcc’den yaklaşık 3V açık olması gerekir.

Besleme voltajının giriş voltajı aralığını aşması gereken miktara “headroom” denir.

Bant Genişliği ürünü Kazancı ve Dönüş Hızı

Bunların her ikisi de opampın frekans yanıtı ile ilgilidir.

Birkaç opamp çok yüksek kazançlı bant genişliği ürününe sahip olacaktır – çoğunlukla 5 – 10MHz civarında.

10MHz kazanç bant genişliği ürününe sahip bir NE5532 kullanarak bir amplifikatör oluşturduğunuzu ve bunu 100 kazanç için ayarladığınızı varsayalım, amplifikatör bant genişliği 10MHz / 100 = 100kHz olacaktır.

Dönüş hızı, girişindeki bir adım voltajına yanıt olarak çıkış voltajının değişebileceği hızdır. Tabloya baktığınızda ,hızlı bir dönüş hızı elde etmek için iyi bir GBw ürünü olan bir opampa ihtiyacınız olduğunu göreceksiniz.

Daha hızlı her zaman daha iyi değildir

Yukarıdaki AD797 gibi çok hızlı opamp’lar belirli uygulamalarda kullanışlıdır, ancak daha az kararlı ve salınım eğilimi gösterebilir, bazen dikkatli bir ayrıştırma ve bilgisayar düzeni gerektirebilir. 1 – 10 MHz GBW’ye sahip opamplarla çalışmak daha kolaydır ve yalnızca yavaş değişen sinyaller için GBw’si 1’den az olan opampları düşünün.

Bant genişliği: opamp tarafından ele alınabilecek en yüksek frekans.

Ofset voltajına sahip olduğunda bir sensörden gelen sinyali yükseltme

Birçok yaygın sensör, bu örnekte mavi çizgide gösterildiği gibi, 0V rayına “oturmayan” bir voltaj üretecektir.

Yeşil sinyal, herhangi bir doğrulukla ölçmek için çok küçük (0,04V diyelim); ancak 100’e yükselterek yaklaşık 0,04*100 = 4V’luk ölçülebilen bir sinyal elde ederiz.

Bununla birlikte, mavi hat üzerindeki sinyal küçüktür, ancak yaklaşık 2.5V’luk bir dc ofsetine sahiptir; bunun 100 ile çarpılması, hala ölçülemeyen 25V’luk bir sinyal verir.

Sinyal ve sabit bir sapma (turuncu çizgi) arasındaki fark yükseltilirse, güzel ölçülebilir bir sinyal verir. Amplifikasyon (veya kazanç) ve ofset, özel sensörünüze uyacak şekilde ayarlanabilir.

Manyetik alandaki küçük değişiklikleri aramak için kendi deneyim için bir salon efekt sensörü A1302 kullandım. Vcc/2’ye bias çift yönlü bir voltaj çıkışı verir.

Tartım için kullanılan yük hücreleri benzer çıktılar verir.Sensör aşağıdaki şemada bir çift termistör olarak gösterilmiştir (bunları veya ışığa bağlı dirençleri kullanabilirsiniz)

Nasıl çalışır

Sensör, 2.5V’a (V1) yakın bir çıkış verir; Bir ayırıcı, ofset “boş bırakılabilir” böylece ayarlanabilir bir voltaj V2 verir.

Daha sonra opamp, dirençler r1 ve r2’den oluşan fark yükselticisi, A ve B noktaları arasındaki voltaj farkını yükseltir ve bunu arduino’nun analog girişine iletir.

Amplifikatörün kazancı R2/R1’dir, bu nedenle şemada 10M / 100k = 100 katıdır. Kendi projeniz için ihtiyaç duyduğunuz kazancı sağlamak için r2 dirençlerinin değerini değiştirebilirsiniz. Onluk bir kazanç için 1 milyon belki de iyi bir başlangıç ​​olabilir.

Sensör negatif bir voltaj farkı verirse, çıkışta pozitif bir voltaj sağlamak için A ve B noktalarına bağlantılar tersine çevrilebilir.

OPAMP NEDİR SONUÇ

Bugünki yazımızda sizlerle opamp nedir adlı konuyu paylaştık.Umuyorum sizler adına faydalı bir yazı olmuştur.

Bizimle iletişime geçin.

İyi Çalışmalar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.