OPAMP (Əməliyyat Gücləndiriciləri).OPAMP NƏDİR?

Onlar cərəyan və gərginlik artımını təmin edən və güc qazancını və ya empedansı çevirə bilən dövrələrdir. Opamp ilə dövrələr üzərində əsas riyazi əməliyyatları yerinə yetirəcək sistemlər qura bilərik.

OPAMP-ların əsas xüsusiyyətləri yüksək giriş müqaviməti, aşağı çıxış müqaviməti və yüksək gərginlik qazancıdır.

OPAMP, girişinə tətbiq olunan zəif elektrik siqnallarını dövrəsindəki aktiv dövrə elementlərinin köməyi ilə çıxışa ötürür. Bunu edərkən, enerji mənbəyindən aldığı enerjidən istifadə edir. Giriş enerjisi ilə eyni xüsusiyyətə sahib daha güclü bir çıxış siqnalı əldə etmək üçün bu enerjini işləyir. Axı, gücləndiricinin çıxışından alınan elektrik siqnalının gücü, girişinə tətbiq olunan siqnalın gücündən daha yüksəkdir.

OP-AMP (Əməliyyat Gücləndiricisi)–

1960-cı illərin sonlarına doğru istifadə olunmağa başladı. 741 və 747 kimi inteqrasiya olunmuş formada istehsal olunurlar. Xarici olaraq bu inteqral dövrələrə bağlanan dövrə elementləri ilə geribildirim və bu səbəbdən gücləndirici dövrənin voltaj artımı nəzarət edilə bilər.

Ümumiyyətlə, OPAMP çox yüksək mənfəətli bir DC gücləndiricisidir. OPAMP ilə edilə bilməyən bir dövrə demək olar ki yoxdur.

Əməliyyat gücləndiricilərinin əsas vəzifəsi, iki giriş arasındakı gərginlik və ya siqnal fərqini alaraq,əldə etdiyi dəyəri öz qazancı qədər artıraraq çıxışa verməkdir. Əməliyyat gücləndiricilərinin əsas xüsusiyyətlərinə son dərəcə yüksək gərginlik qazancı, yüksək giriş müqaviməti və aşağı çıxış müqaviməti daxildir. Daxili dövrə, tək bir çip üzərində birdən dördə qədər iş gücləndiricisi qurmaq üçün yüzlərlə son dərəcə kiçik transistorlardan və dövr elementlərindən ibarətdir. Bu dövrələr yalnız BJT (bipolyar keçid transistoru), JFET (sahə effektli tranzistor) və ya MOSFET (metal oksid yarımkeçirici FET) istifadə edərək edilə bilər.

Şəkil 1 əsas OPAMP simvolunu göstərir. Bu simvolda göstərilməyən bir təchizat(qida) gərginliyi ayaqları da var.

Ümumiyyətlə, bir əməliyyat gücləndiricisi iki girişə, bir çıxışa və iki qida mənbəyi girişinə malikdir. Simvolda (Şərti işarədə) (-) işarəli giriş ucu invers (ters çevirmə) və (+) işarələnmiş giriş ucu qeyri-invers giriş ucudur. (-) işarələnmiş giriş ucuna bir siqnal tətbiq edildikdə, çıxışdan fərqli bir çıxış siqnalı ( 180 ° fazalı) alınır.

Giriş siqnalı (+) işarələnmiş giriş ucuna tətbiq olunduqda, çıxışdan alınan siqnal ilə girişə tətbiq olunan siqnal arasında faz fərqi olmur. Yəni eyni fazalı bir çıxış siqnalı alınır.

OpAmp’ın İdeal Xüsusiyyətləri

OPAMP-da iki giriş və bir çıxış var.
Qazanc ümumiyyətlə aşağı tezliklərdə böyükdür.
Giriş cərəyanları çox azdır.
OPAMP-ın giriş empedansı sonsuzdur və çıxış empedansı sıfırdır.
Açıq dövrə diferensial qazancı sonsuzdur.
Bant genişliyi sonsuzdur.

OPAMP XÜSUSİYYƏTLƏRİ

OpAmp bir gücləndiricidir. Bununla birlikdə problemlərin analizində və OpAmp sxemlərinin dizaynında AC və DC xüsusiyyətlərini nəzərə almalıyıq. Bu bölmədə, ofset problemləri və OpAmp performansını təsir edən digər xüsusiyyətlər izah ediləcəkdir.

İdeal bir Opampın qazancı sonsuzdur. Həqiqi bir Opampın qazancı normal olaraq 100.000 (100dB) təşkil edir. Yuxarıdakı qrafikə baxdığımızda, giriş gərginliyi millivolt ətrafında dəyişərkən, nəticədə əldə edilən gərginlik + Vcc və -Vcc (+ 12V və –12V) arasında dəyişir.

Əksər hallarda qazanc həddindən artıq böyükdür. Bunun qarşısını almaq üçün mənfi geribildirim müqaviməti əlavə olunur.

Yuxarıdakı şəkildə sağdakı qrafikə baxdığımızda, Opamp-ın qazancı sağa doğru azalır. Qazanc tezlik artdıqca sürətlə azalır. Əslində, bant genişliyi (çıxışın 3dB düşdüyü yerdə) 1KHz-dir. Bant genişliyi mənfi bir geribildirim müqavimətini tətbiq etməklə artırıla bilər.

Opampın giriş empedansı ideal olaraq sonsuzdur. Ancaq reallıqda çox yüksəkdir.

Məsələn 1MOhm.
Çıxış empedansı ideal olaraq 0-dır. Ancaq reallıqda çox aşağıdır. Məsələn 150Ohm.

OPAMP xüsusiyyətləri

• Qazancı çox yüksəkdir. (Məsələn, 200.000)
• Giriş empedansı çox yüksəkdir. (5 MΩ)
• Çıxış empedansı sıfıra yaxındır.
• Bant genişliyi yüksəkdir. (1MHz)
• Girişə 0 Volt tətbiq olunduqda, çıxışdan təxminən 0 Volt əldə edilir.

OPAMP-ın iki qazancı var. Bunlar açıq dövrə və qapalı dövrə qazanclarıdır. Qapalı dövr qazancı dövrəyə xaricdən bağlanan geribildirim müqaviməti ilə müəyyən edilir. Açıq dövrə qazancı OPAMP-in öz qazancıdır. Yəni müqavimət ilə təyin edilə bilməyən qazancı. OPAMP ‘nin qazancı təxminən 200.000 olsa da, bu qazanc OPAMP‘ üçün tətbiq olunan gərginlikdən asılıdır. Məsələn, bir OPAMP-nin təchizat gərginliyi ± 12 Voltdursa və girişə 1 Volt artırmaq üçün giriş siqnalı tətbiq olunursa, OPAMP-nin xüsusiyyətinə görə, bu qazancla mütənasib olaraq çıxışdan 200.000 Volt alınmır. Çünki qida gərginliyi ± 12 Voltdursa, çıxışdan maksimum 12 Volt alınır. Burada açıq dövrə qazancına təsir edən ən vacib amil təchizat gərginliyinin dəyəridir.

OPAMP-nin başqa bir xüsusiyyəti də giriş empedansının 5MΩ-ə çatmasıdır. Giriş empedansının bu qədər böyük olması, bağlı olduğu siqnal mənbəyini və əvvəlki dövrəni yükləməməsi,kiçik bir giriş cərəyanı ilə idarə olunması kimi üstünlüklərə malik olmasıdır.

OPAMP ‘ın çıxış empedansı idealda sıfır olsa da, praktikada bu dəyər 100-150Ω arasındadır. OPAMP-ın çıxış empedansının kiçik olması çıxış cərəyanını artırır və qısa dövrələr nəticəsində zədələnməsinin qarşısını alır.

OPAMP-nin bant genişliyi 1MHz civarındadır. OPAMP-a tətbiq olunan siqnalın tezliyi artdıqca qazanc azalır. OPAMP-nin qazancı DC və DC-yə yaxın siqnallar üçün təxminən 200.000-dir.

OPAMP-nin statik işində, yəni girişdə siqnal olmadıqda, çıxış 0 Volt olmalıdır. Bununla birlikdə, praktikada, giriş terminalları arasında çox kiçik bir ofset gərginliyi meydana gəlir. Bu kiçik gərginlik OPAMP qazancı ilə vurulur və çıxışa ötürülür. Bu səbəbdən OPAMP-larda, ofset sıfırlama pinləri var.

Şəkil 7-də göstərildiyi kimi yüksək performans tələb olunan yerlərdə, OPAMP-ın çıxış gərginliyi xarici bağlantılar olmadıqda ( boş olduqda), sıfıra bərabərləşdirilir. Potensiometr 741 IS-nin 1 və 5 uclarına, orta uc isə (-) gərginlik mənbəyinə qoşulur.

Şəkil. 8 – IC 741 və IC 747 inteqral sxemlərinin daxili bağlantı diaqramları.

Şəkil 8-də göründüyü kimi, 741-də 1 OPAMP, 747-də isə 2 OPAMP var.

OP-AMP-ların qidalanması

OPAMP simvolunda + V və -V ucları qida mənbəyinin qoşulduğu uclardır. ± 5 V, ± 12 V, ± 15 V, ± 18 V kimi qida gərginliyi OPAMP ‘a verilə bilər. OPAMP-ın AC siqnal gücləndirilməsi üçün tək bir enerji mənbəyi istifadə etmək kifayətdir. Ümumiyyətlə OPAMP-lər simmetrik mənbədən qidalanır.

Şəkil 9 OPAMP-ın simmetrik bir qaynaqdan bəslənməsini göstərir.Məsələn, 741 inteqrasiya olunmuş dövrə OPAMP dövrəsi kimi istifadə ediləcəksə, mikrosxemin 7-ci ucuna müsbət qida, 4-cü ucuna isə mənfi qida tətbiq olunur. Şəkil 9-da göstərilən (+) giriş faz çevirməyən giriş terminalı, (-) giriş faz çevirən giriş terminalını göstərir.

OPAMP-ın ƏSAS İSTİFADƏ YERLƏRİ

Əməliyyat gücləndiriciləri analoq kompüterlərin tətbiq sahələrinə nümunədir. Bu tip gücləndirici toplama, çıxma, vurma, bölmə, inteqral, törəmə və loqorifmləmə kimi riyazi əməliyyatların tətbiqində uğurla istifadə edilmişdir. Əslində, Opamp çox geniş bir sahələrdə istifadə olunmasına baxmayaraq orijinal adları hələ də istifadə olunur.

Əsasən, OPAMP, yüksək gərginlikli DC diferensial gücləndiricilər aşağıdakı xüsusiyyətlərə malikdir.

• Sonsuz bant genişliyi,
• Sonsuz giriş empedansı,
• Sıfır çıxış empedansı

OPAMP sxemləri

• @ İnvers Gücləndiricilər (Faza çevirən, Inverting Amplifier) ​​kimi
• @ Qeyri-İnvers Gücləndiricilər kimi (Faza çevirməyən, Noninverting Amplifier)
• @ Gərginlik İzləyicisi kimi (Voltage Follower) 
• @ Cəmləyici Gücləndiricilər (Summing Amplifier)
• @ Fərq Gücləndiricisi kimi(Difference Amplifier)
• @ Müqayisəedici kimi (Comparator) 
• @ İnteqrallayıcı Dövrə kimi  (Integrator)
• @ Törəmə Dövrəsi kimi (Differentiator)
• @ Redresör (Düzləndirici) kimi
• @ Yarım Dalğa Düzləndiricisi kimi
• @ Tam Dalğa Düzləndiricisi kimi
• @ Logarifmik Gücləndirici kimi
• @ Gərginlik Tənzimləyicisi kimi
• @ Gərginliyə Nəzarətli Osilator kimi istifadə olunur
• @ Opampların Xətti İstifadəsi Səs Gücləndiriciləri, Video Gücləndiriciləri, RF və IF Gücləndiriciləri, Gərginlik Tənzimləyiciləri kimi

OPAMP ilə nə edə bilərik?

OPAMP-ların (Əməliyyat Gücləndiriciləri) istifadə sahələri geniş bir sahədə yayılmışdır və elektronikanın hər bir sahəsində müxtəlif növ və xüsusiyyətlərə malik OPAMP-lar istifadə olunur.
Bəndlər olaraq istifadə olunduqları sahələri araşdırsaq,

Analoq Kompüter Əməliyyatları: Toplama, çıxma, bölmə, vurma, törəmə alma, inteqrallama, loqarifmləmə, kvadrata yüksəltmə və trigonometrik funksiyalar.

Gücləndirmə Əməliyyatları: Alət(Enstrumantasyon) (ölçmə) gücləndiricisi, səs tezliyi gücləndiricisi, motor nəzarəti
gücləndiriciləri və sadə gücləndirici sxemlər.

Dalğa Şəkilləndirmə Əməliyyatları: Qayçı, sinus – kvadrat dalğa çeviricisi, kvadrat – üçbucaq dalğa çeviricisi və sıxaclar.

Tənzimləmə Əməliyyatları: Gərginlik tənzimləmə prosesləri (RMS), – DC konvertor, voltaj multipleksor əməliyyatları və çevirici əməliyyatları.

Məlumat ötürmə əməliyyatları: Gərginlik tezliyi çeviricisi və kabel məlumat ötürmə dövrələri.

Siqnal Analizi Prosesləri: Xüsusi müqayisə əməliyyatları, pəncərə müqayisəsi, pik detektoru və gərginlik paylayıcısı.

Siqnal yaradan əməliyyatlar: Wien körpü osilatoru, kvadrat dalğa və üçbucaq dalğa generatoru, mişarvari impuls generatoru, nərdivan dalğası generatoru, gərginliklə idarə olunan tezlik generatoru əməliyyatları, modulyasiya prosesləri və zamanlama dövrələri.

Sınaq və Ölçmə Prosesləri: Cari gərginlik, müqavimət, tezlik, faz, güc, tutum, tranzistor testi, OPAMP testi, temperatur və digər fiziki kəmiyyətlərin ölçmə dövrələri.

Filtr Əməliyyatları: Aktiv filtr prosesləri, alt keçid, yuxarı keçid, bant ötürmə filtr əməliyyatları.

Əməliyyat gücləndiricilərinin istifadə sahələri burada sadalanan mövzularla məhdudlaşmır,praktikada bir çox sahədə istifadə olunur. Əməliyyat gücləndiricilərinin istifadə sahələri yalnız dövrə dizayn edənlərin təxəyyülü ilə məhdudlaşır.

Alət gücləndiriciləri

Tərifi, quruluşu və iş prinsipi
Alət gücləndiriciləri yüksək performanslı gərginlik gücləndiriciləridir. Eyni zamanda, bu gücləndiricilər yüksək qazanc, yüksək giriş empedansı və aşağı çıxış empedansı olan diferensial gücləndiricilərdir. Alət gücləndiriciləri – köməkçi gücləndiricilərə oxşardır. Alət gücləndiriciləri mənfi əks əlaqə sayəsində daha sabit bir dövrə xarakteristikasına malikdir. Burada istifadə olunan əlaqə mənfi əlaqədir . Rezistorlar tərəfindən təyin olunan gərginlik qazancı (qapalı dövrə qazancı) rezistiv açıq dövrə qazancından daha azdır.Əks əlaqə qazancı həmişə açıq dövrə qazancından (geribildirim olmayan qazanc) daha çox sabitdir .

Hər hansı bir OPAMP-da olduğu kimi, əks əlaqəli qazancın, əks əlaqəsiz qazancdan daha az olduğu üçün istifadə olunan əks əlaqə mənfi olur. Çünki müsbət əks əlaqədə qazanc artar, mənfi əks əlaqədə qazanc azalır.
Alət gücləndiriciləri təzyiq ötürücüsündən (təzyiq çeviricisidən-transducer), temperatur sensorundan gələn siqnalları gücləndirmək üçün də istifadə olunur. Bu gücləndiricilər girişlərinə tətbiq olunan siqnalların fərqini alaraq işləyirlər.

OPAMP-lərin tətbiq sahələri

• Yüksək Giriş Empedans Versiyası
• Yüksək Giriş Gərginlik Versiyası
• Yüksək Ümumi Rejimli Sürətli Reaksiya Versiyası

Yüksək Giriş Empedans Versiyası

Yüksək giriş empedanslı alət gücləndiricisi iki OPAMP-dən ibarətdir. İki giriş mənbəyi Vi1 və Vi2 var.

Bu dövrə çox yüksək giriş empedansına malikdir, çünki burada Vi1 və Vi2 mənbələri OPAMP ‘in giriş empedansından daha çox müqavimət göstərir. Superpozisiya teoremi, bu dövrənin çıxış voltaj dəyərini tapmaq üçün istifadə olunur. İki giriş mənbəyi olduğundan, bir mənbənin dövrəyə tətbiq olunduğundan, digəri isə görməməzdən gəlinə bilər.Digər bir halda tərsidə düşünülə bilər.

Vi2 qısa qapanma kimi qəbul edilirsə;

Vout1 = [1+ (R2 / R1)]*[- (R4 / R3)]*Vi1 olur.

Düsturda müqavimət dəyərləri dəyişdirilirsə;

Vout1 = [1+ (1/100)]*[- (100/1)]*Vi1

Vout1 = (101/100)*[- (100/1)]*Vi1

Vout1 = -101*Vi1 olaraq tapılmışdır.

Bu dəfə Vi1 qısa qapanma kimi qəbul edilirsə;

Vout2 = [1+ (R4 / R3)]*Vi2 olur.

Düsturda müqavimət dəyərləri dəyişdirilirsə;

Vout2 = [1+ (100/1)]*Vi2

Vout2 = 101*Vi2.

Tapılan iki düstur birləşdirilirsə;

Vo = Vout1 + Vout2

Vo = -101*Vi1 + 101*Vi2

Vo = 101 (Vi2 – Vi1).

Yüksək Giriş Gərginliyi Versiyası

Şəkil 11-dəki versiyada tərs rejimdə işləyən 2 OPAMP istifadə olunur. Bu dövrə Vi1 və Vi2 giriş gərginliklərindən çıxışda kiçik bir fərq təmin edir. Yəni iki böyük giriş gərginliyi arasında kiçik bir fərqi təmin edir. Çıxış voltajının dəyərini tapmaq üçün və burada iki giriş mənbəyi (Vi1 və Vi2) olduğundan , Superpozisiya metodu istifadə olunur .

Vi2 = 0 üçün;

Vout1 = [- (R3 / R1)]*[- (R6 / R4)]*Vi1 olur.

Düsturda müqavimət dəyərləri dəyişdirilirsə;

Vout1 = [- (5K / 50K)]*[- (50K / 5K)]*Vi1

Vout1 = Vi1.

Vi1 = 0 vəziyyəti varsa;

Vout2 = [- (R6 / R5)]*Vi2 olur.

Düsturda müqavimət dəyərləri dəyişdirilirsə;

Vout2 = [- (50K / 50K)]*Vi2

Vout2 = -Vi2 olur.

Superpozisiya teoreminə uyğun olaraq tapılan Vout1 və Vout2 dəyərləri birləşdirilirsə, dövrənin çıxış gərginliyi;

Vo = Vout1 + Vout2

Vo = Vi1 + (- Vi2)

Vo = Vi1-Vi2 olaraq tapılmışdır.

Yüksək Ümumi Rejimli Sürətli Reaksiya Versiyası

Şəkil 12 ən çox istifadə olunan alət gücləndiricisini göstərir. OPAMP-larda ümumi rejimdən imtina nisbəti (common-mode rejection ratio-CMRR) hər iki giriş üçün ümumi olan giriş siqnalını rədd etmək qabiliyyətidir. Faza çevirən (-) və çevirməyən (+) girişə tətbiq olunan siqnalın eyni zamanda çıxış siqnalına nisbətinə bərabərdir. CMRR vahidi dB-dir. Bu versiyadakı cihaz gücləndiricilərində parazit və küyün düşmə dərəcəsi də yüksəkdir.

Şəkil 12-də göstərilən alət gücləndiricisində Vi1 və Vi2 girişləri OPAMP-ların faza çevirməyən (+) girişlərinə tətbiq olunur. R3 müqaviməti ilə dövrənin qazancına nəzarət edilə bilər.

İlk iki OPAMP çıxışından gələn siqnal, fərq gücləndiricisinə tətbiq olunur.
Superpozisiya teoremi yenidən dövrənin çıxış gərginliyini tapmaq üçün istifadə olunur.
Vi2 = 0 üçün; dövrə çevirməyən iş rejimindədir.

Şəkil 12 (a) – Vi2 = 0 halında

V3a = Vi1 [1+ (R1 / R3)]

OPAMP ‘in giriş empedansı sonsuz olduğundan

V1a = Vi1.

V2a çıxışı xəyali torpaq olduğundan V2a = 0 .

V4a = [- (R4 / R3)] Vi1 olur.

Şəkil 12 (b) – Vi1 = 0 olduğundan

V3b = [- (R1 / R3)]. Vi2

V1b = 0 (xəyali bir GND olduğu üçün)

V2b = Vi2

V4b = [1+ (R4 / R3)] Vi2 olur.

3. OPAMP-nin faz çevirmə (-) ucuna 10 KΩ müqavimət üzərində tətbiq olunan gərginlik;

V3 = V3a + V3b

V3 = Vi1. [1+ (R1 / R3)] + Vi2. [- (R1 / R3)]

Müqavimət dəyərləri yerinə qoyularsa;

V3 = Vi1. [1+ (45K / 10K)] + Vi2. [- (45K / 10K)]

V3 = 5.5.Vi1-4.5.Vi2.

3. OPAMP-ın (diferensial opamp) faz çevirməyən (+) terminalına R5 rezistoru üzərindən tətbiq olunan gərginlik;

V4 = V4a + V4b

V4 = [- (R4 / R3)]. Vi1 + [1+ (R4 / R3)]. Vi2

Düsturda müqavimət dəyərləri yerinə qoyularsa;

V4 = [- (45K / 10K)]. Vi1 + [1+ (45K / 10K)]. Vi2

V4 = -4,5.Vi1 + 5,5.Vi2

V4 = 5.5.Vi2-4.5.Vi1. olacadır

Alət gücləndiricisi quruluşundakı son OPAMP bir diferensial gücləndiricidir. Bu diferensial gücləndirici rejimində V3 siqnalı OPAMP-nin faz inverting (-) giriş ucunda, V4 siqnal isə faz inverting (+) giriş ucunda tətbiq edilir. Dövrədəki müqavimət dəyərlərinə görə fərq gücləndiricisinin formulu,

Vo = [- (R6 / R2)]. V3 + [1+ (R6 / R2)]. [R7 / (R5 + R7)]. V4 olur.

Düsturda müqavimət dəyərləri yerinə qoyularsa;

Vo = [- (100/10)]. (5,5.Vi1 – 4,5.Vi2) + [1+ (100/10)]. [100 / (100 + 10)]. (5,5. Vi2 – 4,5.Vi1)

Vo = -10. (5,5.Vi1 – 4,5.Vi2) +10. (5,5.Vi2 – 4,5.Vi1)

Vo = -55.Vi1 + 45.Vi2 + 55.Vi2-45.Vi1

Vo = 100.Vi2 – 100.Vi1

Vo = 100. (Vi2 – Vi1). olacaq.

Mövzunu daha yaxşı başa düşmək üçün Elo. Müh. Emin ÜÇER tərəfindən hazırlanan aşağıdakı videonu mütləq izləyin.

Elo. Müh. Emin ÜÇER tərəfindən hazırlanan videolara buradan baxa bilərsiz.

Məqalənin hazırlanmasında diyot.net saytındakı bənzər məqalədən istifadə edilmişdir.Hər hansı suallarınız varsa,məqalə ilə bağlı hər hansı dəyişikliyə ehtiyac olduğunu düşünürsüzsə zəhmət olmasa mənimlə əlaqə saxlayın.
Təşəkkür edirəm.