Operasyonel Yükselteçler

Operasyonel Yükselteçler nedir?

Operasyonel amplifikatörler, temel yapı taşlarıdır Analog elektronik devreler . Bir DC amplifikatörün tüm özelliklerine sahip lineer cihazlardır. Op Amp için harici dirençler veya kapasitörler kullanabiliriz, onları ters çevirici amplifikatör, ters çevirmeyen amplifikatör, Gerilim takipçisi, Karşılaştırıcı, Diferansiyel amplifikatör, Toplayıcı amplifikatör, Entegratör vb. çift, dörtlü vb. CA3130, CA3140, TL0 71, LM311 vb. OPAMP'lar çok düşük giriş akımı ve voltajı ile mükemmel performansa sahiptir. İdeal Op Amp, diğer terminallere ek olarak üç önemli terminale sahiptir. Giriş terminalleri, Ters çeviren giriş ve Ters çevirmeyen giriştir. Üçüncü terminal, akımı ve gerilimi düşürebilen ve besleyebilen çıkıştır. Çıkış sinyali, giriş sinyalinin değeri ile çarpılan amplifikatör kazancıdır.

Op Amp için 5 ideal karakter:

1. Açık Döngü kazancı

Açık döngü kazancı, Op Amp'ın pozitif veya negatif geri besleme olmadan kazancıdır. İdeal bir OP Amp sonsuz bir açık döngü kazancına sahip olmalıdır ancak tipik olarak 20.000 ile 2.00000 arasında değişir.

2. Giriş empedansı

Giriş voltajının giriş akımına oranıdır. Beslemeden girişlere herhangi bir akım kaçağı olmaksızın sonsuz olmalıdır. Ancak çoğu Op Amperde birkaç Pico amper akım kaçağı olacaktır.

3. Çıkış empedansı

İdeal Op Amp, herhangi bir dahili direnç olmaksızın sıfır çıkış empedansına sahip olmalıdır. Böylece çıkışa bağlı yüke tam akım sağlayabilir.

4. Bant genişliği

İdeal Op Amp, herhangi bir frekansı DC sinyallerinden en yüksek AC frekanslarına yükseltebilmesi için sonsuz bir frekans yanıtına sahip olmalıdır. Ancak çoğu Op Amper, sınırlı bant genişliğine sahiptir.

5. Ofset

Girişler arasındaki voltaj farkı sıfır olduğunda Op Amp çıkışı sıfır olmalıdır. Ancak çoğu Op Amp'de, çıkış kapalıyken sıfır olmayacak, ancak ondan bir dakikalık voltaj olacaktır.

OPAMP Pin Yapılandırması:

Tipik bir Op Amp'de 8 pin olacaktır. Bunlar

Pin1 - Offset Null

Pin2 - Ters giriş INV

Pin3 - Ters çevirmeyen giriş INV olmayan

Pin4 - Toprak - Negatif besleme

Pin5 - Offset Null

Pin6 - Çıkış

Pin7 - Pozitif besleme

Pin8 - Strobe

OPAMP'larda 4 tür kazanç:

Gerilim kazancı - Gerilim girişi ve gerilim çıkışı

Mevcut kazanç - Akım girişi ve Akım çıkışı

İletkenlik - Gerilim girişi ve Akım çıkışı

Trans direnci - Akım girişi ve voltaj çıkışı

Operasyonel Amplifikatörün Çalışması:

Burada bir LM358 işlemsel yükselticisi kullandık. Genellikle ters çevirmeyen bir giriş bir önyargıya verilmelidir ve ters çevirici giriş, bunu çıkıştan girişe 60k direnç geri bildirimine bağlanan gerçek amplifikatördür. Ve bir kapasitör ile seri olarak bir direnç 10k bağlanır ve devreye 1V sinüs dalgası beslemesi verilir, şimdi kazancın R2 / R1 = 60k / 10k = 6 kazanç tarafından nasıl yönetileceğini göreceğiz, sonra çıkış 6V . Kazancı 40 kadar değiştirirsek, çıkış 4V sinüs dalgasıdır.

Operasyonel Amplifikatörün Çalışması Hakkında Video

Normalde, bir çift güç kaynağı amplifikatörüdür, bir direnç ağı kullanılarak tek bir güç kaynağına kolayca yapılandırılır. Bunda, direnç R3 ve R4, besleme voltajının yarısını ters çevirmeyen giriş boyunca yerleştirir, bu da çıkış voltajının besleme voltajının yarısı olmasına neden olur ve bir tür öngerilim voltajı direnci oluşturur R3 ve R4'ten herhangi bir değer olabilir. 1k ila 100k, ancak her durumda eşit olmalıdırlar. Yapılandırmanın neden olduğu gürültüyü azaltmak için ters çevirmeyen girişe ek bir 1 F kapasitör eklenmiştir. Bu konfigürasyon için giriş ve çıkış için kuplaj kapasitörlerinin kullanılması gerekir.

3 OPAMP uygulaması:

1. Amplifikasyon

Op Amp'den gelen yükseltilmiş çıkış sinyali, iki giriş sinyali arasındaki farktır.

Yukarıda gösterilen şema, Op Amp basit bağlantısıdır. Her iki giriş de aynı voltajla beslenirse, Op Amp iki voltaj arasındaki farkı alır ve 0 olur. Op Amp bunu kazancı 1.000.000 ile çarparak çıkış voltajı 0 olur. 2 volt olduğunda bir girişe ve diğerine 1 volt verilirse, Op Amp farkını alır ve kazanç ile çarpılır. Bu 1 volt x 1.000.000'dir. Ancak bu kazanç çok yüksektir, bu nedenle kazancı azaltmak için, çıkıştan girişe geri bildirim genellikle bir direnç aracılığıyla yapılır.

Ters Amplifikatör:

Yukarıda gösterilen devre, toprağa bağlı Ters çevirmeyen girişe sahip bir ters çevirici amplifikatördür. İki direnç R1 ve R2, devrede, R1 giriş sinyalini beslerken, R2 çıkışı Ters çevirme girişine geri döndürecek şekilde bağlanır. Burada giriş sinyali pozitif olduğunda çıkış negatif olacaktır ve bunun tersi de geçerlidir. Girişe göre çıkıştaki voltaj değişimi, R1 ve R2 dirençlerinin oranına bağlıdır. R1 1K ve R2 10K olarak seçilmiştir. Giriş 1 volt alırsa, o zaman R1 üzerinden 1 mA akım olacaktır ve R2 üzerinden 1 mA akım sağlamak ve Ters çevirme girişinde sıfır voltajı korumak için çıkışın - 10 volt olması gerekecektir. Bu nedenle voltaj kazancı R2 / R1'dir. Yani 10K / 1K = 10

Ters çevirmeyen Amplifikatör:

Yukarıda gösterilen devre, bir ters çevirmeyen amplifikatördür. Burada Ters çevirme girişi, R2 ve R1 arasına Ters Çevirme girişi bağlıyken sinyali alır. Giriş sinyali pozitif veya negatif hareket ettiğinde, çıkış fazda olacaktır ve ters çevirme girişindeki voltajı Ters çevirmeyen girişinkiyle aynı tutar. Bu durumda voltaj kazancı her zaman 1'den yüksek olacaktır, yani (1 + R2 / R1).

iki. Gerilim İzleyici

Yukarıdaki devre bir voltaj izleyicidir. Burada yüksek giriş empedansı, düşük çıkış empedansı sağlar.Giriş voltajı değiştiğinde, çıkış ve ters çevirme girişi eşit olarak değişecektir.

3. Karşılaştırıcı

Operasyonel amplifikatör, bir girişte uygulanan voltajı diğer girişe uygulanan voltajla karşılaştırır. Gerilimler arasındaki herhangi bir fark küçük olsa bile op-amp'i doygunluğa sürükler. Her iki girişe sağlanan voltajlar aynı büyüklükte ve aynı polaritede olduğunda, op-amp çıkışı 0 Volttur.

Bir karşılaştırıcı, uyumluluğun doğrulanması gerekmesine rağmen dijital mantıkla kolayca arayüz oluşturabilen sınırlı çıkış voltajları üretir.

Karşılaştırıcı Devre Şeması Olarak Operasyonel Amplifikatör Üzerine Video

Burada, ters çeviren ve ters çevirmeyen terminallerle karşılaştırıcı olarak kullanılan bir op-amp var ve bunlara bazı potansiyel bölücü ve metre ve çıkışta bir voltmetre bağladık ve LED çıktı. Karşılaştırıcının temel formülü, '+', '–' değerinden fazla olduğunda çıktının yüksek (bir), aksi takdirde çıktının sıfır olmasıdır. Negatif girişteki voltaj, referans voltajın altında olduğunda, çıkış yüksektir ve negatif giriş, pozitif üzerindeki voltajın üzerine çıktığında, çıkış düşük olur.

OPAMP'lar için 3 Gereksinimler:

1. Ofset Nulling

OPAMP'ın çoğu, giriş voltajları aynı olsa bile çıkışta bir Ofset voltajına sahiptir. Çıkışı sıfır voltaj yapmak için, ofset sıfırlama yöntemi kullanılır. Çoğu Op-Amp'de, doğal özellikleri nedeniyle küçük bir fark vardır ve girdi önyargı düzenlemesindeki uyumsuzluklardan kaynaklanır. Dolayısıyla, giriş sinyali sıfır olsa bile bazı Op-amp'lerin çıkışında küçük bir çıkış voltajı mevcuttur. Bu dezavantaj, girişlere küçük bir ofset voltajı sağlanarak giderilebilir. Bu, Giriş Ofset voltajı olarak bilinir. Ofseti kaldırmak veya Null yapmak için, çoğu Op-Amp'in ofset sıfırlamayı etkinleştirmek için iki pimi vardır. Bunun için tipik 100K değerine sahip bir Pot veya Ön Ayar, Wiper ile 1 ve 5 numaralı pinler arasına bağlanmalıdır. Ön ayarı ayarlayarak, çıkış Sıfır voltaj olarak ayarlanabilir.

iki. Strobing veya Faz telafisi

Op-Amp'ler bazen kararsız hale gelebilir ve bunları tüm frekans bantları için kararlı hale getirmek için genellikle Strobe pimi 8 ve pin1 arasına bir Kapak bağlanır. Genellikle 47pF'lik bir disk kapasitör eklenir faz telafisi Böylece OpAmp sabit kalacaktır. OpAmp hassas bir Amplifikatör olarak kullanılıyorsa bu çok önemlidir.

3. geri bildirim

Bildiğiniz gibi, Op-Amp tipik olarak yaklaşık 1.000,00 kat çok yüksek bir amplifikasyon seviyesine sahiptir. Op-Amp'ın 10.000 kazancı olduğunu varsayalım, o zaman Op-Amp Ters çevirme girişindeki (V +) ve Ters çevirme girişindeki (V-) voltaj farkını artıracaktır. Yani çıkış voltajı V çıkışı
10.000 x (V + - V-)

Diyagramda sinyal, Ters çevirmeyen girişe uygulanır ve Ters çevirme girişi çıkışa bağlanır. Yani V + = V in ve V- = Vout. Dolayısıyla Vout = 10.000 x (Vin - Vout). Bu nedenle çıkış voltajı neredeyse giriş voltajına eşittir.

Şimdi Geri Bildirimin nasıl çalıştığını görelim. Ters çevirme girişi ile çıkış arasına basitçe bir direnç eklemek kazancı önemli ölçüde azaltacaktır. Ters girişe çıkış voltajının bir kısmını alarak amplifikasyonu önemli ölçüde azaltabilir.

Önceki denkleme göre, V out = 10.000 x (V + - V-). Ancak buraya bir geri bildirim direnci eklenir. Yani burada V + Vin ve V- ise R1.R1 + R2 x V çıktı. Bu nedenle V out 10.000 x (Vin - R1.R1 + R2xVout) 'dur. Yani V out = R1 + R2.R1x Vin

Olumsuz geribildirim:

Burada Op-Amp'ın çıkışı Ters Çevirme (-) girişine bağlanır, böylece çıkış bir dengeye ulaşmak için girişe geri beslenir. Böylece Ters Çevrilmeyen (+) girişteki giriş sinyali çıkışta yansıtılacaktır. Negatif geri beslemeli Op-amp, çıkışını gerekli seviyeye çıkaracak ve dolayısıyla ters çeviren ve ters çevirmeyen girişler arasındaki voltaj farkı neredeyse sıfır olacaktır.

Olumlu geribildirim:

Burada çıkış voltajı Ters çevirmeyen (+) girişe geri beslenir. Giriş sinyali Ters çevirme girişine beslenir. Pozitif geri besleme tasarımında, Ters çevirme girişi toprağa bağlanırsa, Op-amp'den gelen çıkış voltajı, Ters çevirme girişindeki voltajın büyüklüğüne ve polaritesine bağlı olacaktır. Giriş voltajı pozitif olduğunda, Op-Amp'nin çıkışı pozitif olacaktır ve bu pozitif voltaj, ters çevirmeyen girişe beslenerek tam bir pozitif çıkışla sonuçlanacaktır. Giriş voltajı negatifse, durum tersine dönecektir.

Operasyonel Amplifikatörlerin Bir Uygulaması - Ses Ön Amplifikatörü

Filtreler ve ön yükselticiler:

Güç amplifikatörleri, ön amplifikatörlerden sonra ve hoparlörlerden önce gelir. Modern CD ve DVD oynatıcıların ön amplifikatörlere ihtiyacı yoktur. Ses kontrolü ve kaynak seçicilere ihtiyaçları var. Anahtarlama kontrollerini ve pasif ses seviyesini kullanarak ön amplifikatörlerden kaçınabiliriz.

Ses güç amplifikatörleri hakkında kısaca bilgi verelim

Güç amplifikatörü, düşük seviyeli sinyali büyük sinyale dönüştürerek yüksek hoparlörleri çalıştırabilen bir bileşendir. Güç amplifikatörlerinin işi, nispeten yüksek voltaj ve yüksek akım üretmektir. Genellikle voltaj kazancı aralığı 20 ila 30 arasındadır. Güç amplifikatörleri çok düşük çıkış direncine sahiptir.

Ses Güç Amplifikatörünün Özellikleri

• Maksimum çıkış gücü:

Çıkış voltajı, hem küçük hem de büyük sinyaller için yükten bağımsızdır. Yüke uygulanan belirli voltaj, akım miktarının iki katına neden olur. Bu nedenle, iki kat güç verilecek. Güç derecesi, RMS voltajı uzun vadeli olarak ölçülen bir sinüs dalgası kullanılarak gücün ölçülebileceği şekilde sürekli ortalama sinüs dalgası gücüdür.

• Frekans tepkisi:

Frekans yanıtı, tam ses bandını 20 Hz ila 20 KHz arasında genişletmelidir. Frekans cevabının toleransı ± 3db'dir. Bant genişliğini belirlemenin geleneksel yolu, bir amplifikatörün nominal 0db'den 3db aşağı olmasıdır.

• Gürültü, ses:

Güç amplifikatörleri, güç amplifikatörleri yüksek frekanslarla kullanıldığında düşük gürültü üretmelidir. Gürültü parametresi ağırlıklı veya ağırlıksız olabilir. Ağırlıksız gürültü, 20 KHz bant genişliği üzerinde belirtilecektir. Kulağın hassasiyetine bağlı olarak ağırlıklı gürültü spesifikasyonu dikkate alınacaktır. Ağırlıklı gürültü ölçümü, yüksek frekanslarda gürültüyü azaltma eğilimindedir, bu nedenle ağırlıklı gürültü ölçümü, ağırlıksız gürültü ölçümünden oldukça daha iyidir.

• Çarpıtma:

Toplam harmonik distorsiyon, genellikle farklı frekanslarda belirtilen ortak distorsiyondur. Bu, güç amplifikatörü tahrik yükü empedansı ile verilen bir güç seviyesinde belirtilecektir.