OPAMP NEDİR ?
Opamp nedir ve nerelerde kullanılır ? Opamplar nasıl çalışır ? Opamp devreleri nedir ve nasıl hazırlanır ? Opampın prensipleri nedir ? Bu ve benzeri sorulara yanıt aradığımız Opamp Nedir adlı yazımızla karşınızdayız.
Başlayalım.
OPAMP GİRİŞ
Opamplar, neredeyse ideal DC kuvvetlendirmesi için gerekli tüm özelliklere sahip lineer cihazlardır ve bu nedenle sinyal koşullandırma, filtreleme veya toplama, çıkarma, entegrasyon ve farklılaşma gibi matematiksel işlemleri gerçekleştirmek için yaygın olarak kullanılanlardır.
Bir İşlemsel Yükselteç veya kısaca op-amp, temel olarak, çıkış ve giriş terminalleri arasındaki dirençler ve kapasitörler gibi harici geri besleme bileşenleri ile kullanılmak üzere tasarlanmış bir voltaj yükseltme aygıtıdır.
Bu geri besleme bileşenleri, yükselticinin sonuçtaki işlevini veya “çalışmasını” belirler ve farklı geri besleme yapılandırmaları sayesinde, yükselticinin dirençli, kapasitif veya her ikisi de, yükselticinin “İşlemsel Yükselteç” adını ortaya çıkaran çeşitli farklı işlemler gerçekleştirebilmesi mümkündür.
Opamp, temel olarak iki yüksek empedans girişi içeren üç terminalli bir cihazdır.Girişlerden biri negatif veya “eksi” işareti ile işaretlenmiş Ters Giriş, (-) olarak adlandırılır.Diğer giriş, pozitif veya “artı” işaretiyle (+) işaretlenmiş, tersinir olmayan giriş olarak adlandırılır.
Üçüncü bir terminal, hem voltaj hem de akım besleyen ve kaynaklayabilen işlemsel kuvvetlendirici çıkış portunu temsil eder.
Doğrusal bir işlemsel yükselticide, çıkış sinyali, yükseltici kazancının (A) giriş sinyalinin değeri ile çarpılması olarak bilinen amplifikasyon faktörüdür ve bu giriş ve çıkış sinyallerinin doğasına bağlı olarak dört farklı operasyonel yükselteç kazancı sınıflandırması olabilir.
Gerilim – Gerilim “giriş” ve Gerilim “çıkış”
Akım – Akım “giriş” ve Akım “çıkış”
İletkenlik – Gerilim “giriş” ve Akım “çıkış”
Direnç – Akım “giriş” ve Gerilim “çıkış”
İşlemsel yükselteçlerle ilgili devrelerin çoğu gerilim yükselticileri olduğundan, bu bölümdeki öğreticileri yalnızca gerilim yükselticileriyle sınırlayacağız (Vin ve Vout).
Bir İşlemsel Yükselteçten gelen çıkış voltajı sinyali, iki ayrı girişine uygulanan sinyaller arasındaki farktır.Başka bir deyişle, bir op-amp çıkış sinyali, bir Operasyonel Amplifikatörün giriş aşaması olarak aslında resimde de gösterildiği gibi bir diferansiyel amplifikatör olduğu için iki giriş sinyali arasındaki farktır.
Diferansiyel Yükselteç
Resimdeki devre, V1 ve V2 olarak işaretlenmiş iki girişi olan genelleştirilmiş bir diferansiyel amplifikatör formunu gösterir.İki özdeş transistör TR1 ve TR2, her ikisi de yayıcıları birbirine bağlıyken aynı çalışma noktasında biastadırlar ve Re direnci vasıtasıyla Vee geri gönderilir.
Devre, sürekli bir besleme sağlayan bir çift besleme + Vcc ve -Vee’den çalışır.Çıkışta görünen gerilim, yükselticinin Vout’u, iki taban girişi birbirleriyle anti-fazdayken iki giriş sinyali arasındaki farktır.
Böylece transistörün ileri eğilimi TR1 artarken, transistör TR2’nin ileri eğilimi azalır ve bunun tersi de geçerlidir.Daha sonra iki transistör mükemmel şekilde eşleşirse, ortak yayıcı dirençten akan akım Re sabit kalır.
Giriş sinyali gibi, çıkış sinyali de dengelidir ve kolektör gerilimlerinin zıt yönlerde (anti-faz) veya aynı yönde (faz-içinde) döndüğünden, iki kolektör arasında alınan çıkış voltaj sinyalinin olduğu varsayılır; mükemmel dengeli bir devre, iki kolektör gerilimi arasındaki sıfır farktır.
Bu, giriş sıfır olduğunda, çıktının Ortak Çalışma Modu olarak bilinir.
İşlemsel Yükselteçler aynı zamanda ortak bir toprak terminaline atıfta bulunulan düşük empedanslı bir çıkışa (ek bir diferansiyel çıkışa sahip olanlara rağmen) sahiptir ve eğer hem tersine hem de tersine aynı sinyal uygulanırsa ortak mod sinyallerini görmezden gelmelidir ki ters çevirmeyen girişlerde, çıkışta herhangi bir değişiklik olmamalıdır.
Ancak, gerçek yükselticilerde her zaman bir miktar değişiklik vardır ve ortak mod giriş gerilimindeki değişime bağlı olarak değişimin çıkış gerilimine oranına kısaca Ortak Mod Reddetme Oranı veya CMRR denir.
Operasyonel Amplifikatörler kendi başlarına çok yüksek bir açık döngü DC kazancına sahiptir ve bazı Negatif Geribildirim formlarını uygulayarak yalnızca kullanılan geri bildirime bağlı olan çok kesin bir kazanç özelliğine sahip bir operasyonel amplifikatör devresi üretebiliriz.
“Açık döngü” teriminin, amplifikatörün çevresinde kullanılan geri bildirim bileşeni olmadığı anlamına gelir, böylece geri besleme yolu veya döngü açıktır.
Operasyonel bir amplifikatör, genellikle ortak potansiyellerine değil, genellikle “Diferansiyel Giriş Voltajı” olarak bilinen iki giriş terminalindeki voltajlar arasındaki farka yanıt verir.Daha sonra her iki terminale aynı voltaj potansiyeli uygulanırsa, sonuçtaki çıkış sıfır olur.
Bir İşlemsel Yükselteç kazancı, genellikle Açık Döngü Diferansiyel Kazancı olarak bilinir ve sembolü (Ao) verilir.
Op-amp Parametre ve İdealleştirilmiş Karakteristik
Açık Çevrim Kazancı, (Avo)
Sonsuz – İşlemsel bir yükselticinin ana işlevi giriş sinyalini yükseltmek ve ne kadar çok açık döngü kazancı olursa o kadar iyidir.Açık döngü kazancı, op-ampın pozitif veya negatif geri besleme olmadan kazancıdır ve böyle bir yükselteç için kazanç sonsuz olacaktır ancak tipik gerçek değerler yaklaşık 20.000 ila 200.000 arasındadır.
Giriş empedansı, (ZIN)
Sonsuz – Giriş empedansı, giriş voltajının giriş akımına oranıdır ve kaynak kaynağından yükselticilerin giriş devresine akan akımı önlemek için sonsuz olduğu varsayılır (IIN = 0). Gerçek op-amp’larda birkaç pico-amperden birkaç-ampere kadar giriş kaçak akımları vardır.
Çıkış empedansı, (ZOUT)
Sıfır – İdeal işlemsel kuvvetlendiricinin çıkış empedansının, yüke gerektiği kadar akım sağlayabilmesi için dahili dirençsiz mükemmel bir iç voltaj kaynağı olarak işlev gösterdiği sıfır olarak kabul edilir.Bu iç direnç, yük ile seri olarak etkilidir ve böylece yük için mevcut çıkış gerilimini azaltır.Gerçek op-amplar 100-20kΩ aralığında çıkış empedanslarına sahiptir.
Bant Genişliği, (BW)
Sonsuz – İdeal bir işlemsel yükselticinin sonsuz frekans tepkisi vardır ve herhangi bir frekans sinyalini DC’den en yüksek AC frekanslarına yükseltebilir, bu nedenle sonsuz bir bant genişliğine sahip olduğu varsayılır.Gerçek op-amp’larda, bant genişliği, Amplifikatörlerin kazancı ve birlik olduğu frekansa eşit olan Gain-Bandwidth ürünü (GB) ile sınırlıdır.
Ofset Gerilimi, (VIO)
Sıfır – Tersinir ve tersinir olmayan girişler arasındaki voltaj farkı sıfır olduğunda, aynı veya her iki giriş topraklandığında amplifikatör çıkışı sıfır olacaktır.
Gerçek op-amp’lar bir miktar çıkış ofset voltajına sahiptir.
Yukarıdaki bu “idealize edilmiş” özelliklerden, giriş direncinin sonsuz olduğunu görebiliriz, bu nedenle hiçbir giriş terminaline (“akım kuralı”) hiçbir akım akmaz ve diferansiyel giriş ofset voltajının sıfır (“voltaj kuralı”) olduğunu görürüz.
Op-amp devrelerinin analizi ve tasarımı ile ilgili olarak Operasyonel Amplifikatörün çalışmalarını anlamamıza yardımcı olacakları için bu iki özelliği hatırlamak önemlidir.
Bununla birlikte, yaygın olarak temin edilebilen uA741 gibi gerçek İşlemsel Yükselteçler, örneğin sonsuz bir kazanca veya bant genişliğine sahip değildir, ancak kendisine bağlı herhangi bir harici geri besleme sinyali olmadan ve tipik olarak bir geri besleme sinyali olmadan yükseltici çıkış yükseltmesi olarak tanımlanan tipik bir “Açık Döngü Kazancına” sahiptir.
İşlemsel yükselteç DC’de yaklaşık 100dB’dir (sıfır Hz).Bu çıkış kazancı, frekans yaklaşık 1MHz’de “Birlik Kazanç” veya 1’e düştüğünde doğrusal olarak azalır ve bu, resimdeki açık döngü kazanç yanıtı eğrisinde gösterilir.
Açık Çevrim Frekans Tepkisi Eğrisi
Bu frekans yanıt eğrisinden, frekansa karşı kazancının ürününün, eğri boyunca herhangi bir noktada sabit olduğunu görebiliriz.Ayrıca, birlik kazancı (0dB) frekansının, yükselticinin kazancı, eğri boyunca herhangi bir noktada belirlemesidir.
Bu sabit genellikle Kazanç Bant Genişliği Ürünü veya GBP olarak bilinir.
Bu nedenle:
GBP = Kazanç x Bant Genişliği = A x BW
Örneğin, 100kHz’deki yükselticinin kazancı üzerindeki grafikten 20dB veya 10 olarak verilmiştir, ardından kazanç bant genişliği ürünü şu şekilde hesaplanmaktadır:
GBP = A x BW = 10 x 100,000Hz = 1,000,000.
Benzer şekilde, işlemsel yükselteçler 1kHz = 60dB veya 1000’de kazanır, bu nedenle GBP aşağıdaki gibidir:
GBP = A x BW = 1,000 x 1,000Hz = 1,000,000. Aynısı!.
İşlemsel yükselticinin Gerilim Kazanımı (AV), aşağıdaki formülü kullanarak bulunabilir:
Voltaj Kazancı (A) = Vout / Vin
ve Desibel cinsinden (dB) şöyle verilir:
20log(A) ya da 20log(Vout/Vin)
Bir İşlemsel Yükselteç Bant Genişliği
İşlemsel yükselteçlerin bant genişliği, yükselticinin voltaj kazancının% 70,7 veya -3dB’nin (0dB’nin maksimum olduğu) aşağıda olduğu gibi maksimum çıkış değerinin üzerinde olduğu frekans aralığıdır.
Burada 40dB hattını örnek olarak kullandık.
Frekans tepkisi eğrisinden gelen V3 aşağı noktasının% -3.7 veya% 70.7’si 37dB olarak verilmiştir.Ana GBP eğrisi ile kesişinceye kadar bir çizgiyi geçmek, bize yaklaşık 12 ila 15kHz’de 10kHz çizgisinin hemen üzerinde bir frekans noktası verir.
Şimdi, bu özel durumda 1MHz olan amplifikatörün GBP’sini zaten bildiğimiz için bunu daha doğru hesaplayabiliriz.
Opamp Örneği No1.
20 log (A) formülünü kullanarak, amplifikatörün bant genişliğini şu şekilde hesaplayabiliriz:
37 = 20 log (A) bu nedenle, A = anti-log (37 ÷ 20) = 70.8
GBP ÷ A = Bant genişliği, bu nedenle 1,000,000 ÷ 70,8 = 14,124Hz veya 14kHz
Ardından, amplifikatörün 40dB’lik bir kazançtaki bant genişliği, grafikten daha önce tahmin edildiği gibi 14kHz olarak verilir.
Opamp Örneği No2.
İşlemsel yükselticinin kazancı, yukarıdaki frekans yanıtı eğrisinde 20dB’yi söylemek için yarıya düşürülürse, -3dB noktası şimdi 17dB olacaktır. Bu daha sonra işlemsel kuvvetlendiriciye toplam 7.08, dolayısıyla A = 7.08 kazandırır.
Yukarıdaki formülün aynısını kullanırsak, bu yeni kazanç bize 40dB noktasında verilen frekansın on katı olan yaklaşık 141.2kHz’lik bir bant genişliği verecektir.
Bu nedenle, bir işlemsel yükselticinin genel “açık döngü kazancını” azaltarak bant genişliğinin arttığı ve bunun tam tersi görülebilir.
Başka bir deyişle, bir işlemsel yükselteçlerin bant genişliği kazancıyla ters orantılıdır (A1/∞BW).
Ayrıca, bu -3dB köşe frekans noktası genel olarak “yarım güç noktası” olarak bilinir, çünkü amplifikatörün çıkış gücü gösterildiği gibi maksimum değerinin yarısı kadardır:
P = [V^2/R] = (I^2)xR
fcV ya da I = %70.71’i maksimum değerin
Eğer R=1 ise ve V yada I = 0.7071max ise
Buradan P = [((0.7071xV)^2) / 1] = [((0.7071xI)^2) x 1]
P = 0.5V ya da 0.5I (yarı güç)
Opamp Özet :
Operasyonel kuvvetlendiricilerin, yanıtını ve özelliklerini kontrol etmek için bir veya daha fazla harici geribildirim ağı kullanan çok yüksek kazanımlı bir DC diferansiyel kuvvetlendirici olduğunu biliyoruz.
Harici dirençleri veya kapasitörleri op-amp’e, Ters Çevirme, Ters Çevirme, Gerilim İzleyici, Toplama, Diferansiyel, Entegratör ve Diferansiyel tip amplifikatörler gibi temel “yapı Bloğu” devreleri oluşturmak için çeşitli şekillerde bağlayabiliriz.
“İdeal” veya mükemmel bir işlemsel yükselteç, sonsuz açık döngü kazancı AO, sonsuz giriş direnci RIN, sıfır çıkış direnci ROUT, 0 ila ∞ sonsuz bant genişliği ve sıfır ofset (çıkış sıfır olduğunda sıfırdır) gibi belirli özelliklere sahip girişi sıfır bir cihazdır.
Standart konfigürasyonda veya dahili Birleşimli FET transistörlerinde standart çift kutuplu, hassas, yüksek hızlı, düşük gürültülü, yüksek voltajlı vb. Olası tüm uygulamalara uyacak çok sayıda işlemsel yükselteç IC’si vardır.
İşlemsel yükselteçler, tek bir cihazda tek, çift veya dört op-amp’li IC(Integrated Circuit) paketlerinde mevcuttur.Temel elektronik kitlerde ve projelerde tüm işlemsel yükselteçlerin en yaygın kullanılanı ve kullanılanı endüstri standardı μA-741’dir.
OPAMP NEDİR SONUÇ :
Bugün Opamp Nedir adlı yazımızla karşınızdaydık.Umuyorum faydalı bilgiler edinmişsinizdir.