پنجشنبه ۲۸ تیر ۰۳ ۱۶:۳۹
آپ امپ (Operational Amplifier) که به اختصار اپ هم نامیده می‌شود، یک بلوک بنیادی در مدارات الکترونیکی آنالوگ است. وظیفه‌ی اصلی آن تقویت سیگنال‌های الکتریکی ضعیف است. آپ امپ‌ها از ترانزیستورها، مقاومت‌ها، خازن‌ها و دیودها ساخته شده‌اند و در یک مدار مجتمع (IC) قرار می‌گیرند. در این مقاله به صورت خلاصه در این باره صحبت می‌کنیم. اگر تمایل دارید که به طور کامل به این مبحث آشنا شوید می‌توانید از مقاله تقویت کننده عملیاتی یا آمپ امپ که به صورت جامع و کامل در وبلاگ سایت لیون الکترونیک نوشته شده است را مطالعه کنید.
یکی از ورودی‌ها منفی یا معکوس کننده (Inverting Input) و دیگری مثبت یا غیرمعکوس کننده (Non-Inverting Input) است. در ورودی منفی، پلاریته تقویت‌کننده برای سیگنال وارد شده منفی است و در ورودی مثبت، سیگنال وارد شده بهصورت مثبت تقویت می‌شود.
برخی تقویت‌کننده‌های عملیاتی پرکاربرد
2. تقویت‌کننده معکوس‌کننده: در این نوع مدار، ولتاژ ورودی از طریق مقاومت به پایه ورودی منفی متصل می‌شود و پایه خروجی توسط مقاومت به پایه ورودی منفی وصل شده و شبکه فیدبک را تشکیل می‌دهد.
3. بافر: بافر به تقویت‌کننده‌ای با بهره ولتاژ برابر با یک و بهره جریان بالا گفته می‌شود.
4. مدار جمع‌کننده: در این نوع مدار، با افزودن چند مقاومت به ورودی می‌توان مدار جمع‌کننده ایجاد کرد.
5. تقویت‌کننده تفاضلی: این تقویت‌کننده خروجی مدار به صورت حاصل تفاضل دو ترمینال ورودی است.
6. مدار انتگرال‌گیر: این مدار، شکل موج مربعی را به شکل موج دندانه اره‌ای تبدیل می‌کند.
7. مدار مشتق‌گیر: این مدارها، شکل موج ورودی را مشتق می‌گیرند.
8. اشمیت تریگر: یک مدار تقویت‌کننده با فیدبک مثبت است که در ورودی آی سی‌ها برای تبدیل موج سینوسی به مربعی استفاده می‌شود.
9. یکسو ساز دقیق: با استفاده از آپ امپ و دیود، نوعی یکسوساز ایده‌آل ساخته می‌شود.
در واقعیت، یک تقویت‌کننده عملیاتی هرگز نمی‌تواند این شرایط را داشته باشد، اما در فرکانس‌های کم، مدل واقعی به مدل ایده‌آل نزدیک می‌شود.
سخن پایانی
در این مقاله سعی شد بهصورت کلی و خلاصه به سوالات متداول در خصوص کاربرد آپ امپ و انواع تقویت‌کننده‌های عملیاتی پاسخ داده شود. برای اطلاعات بیشتر با استفاده از منبعی که در ابتدای مقاله معرفی کردیم می‌توانید اطلاعات بیشتری کسب کنید.
تقویت‌کننده عملیاتی یا آپ امپ چیست؟
تقویت‌کننده عملیاتی یا Operational Amplifier که به اختصار Op-Amp نامیده می‌شود، نوعی قطعه الکترونیکی است که به عنوان یکی از عناصر فعال مدار شناخته می‌شود. این قطعه به‌عنوان یک تقویت‌کننده ولتاژ با بهره بسیار بالا به کار گرفته می‌شود و نوعی محاسبه‌گر آنالوگ است که به منظور اجرای عملیات ریاضی در مدارها استفاده می‌شود.ساختار و عملکرد
تقویت‌کننده عملیاتی برای اولین بار در دهه ۱۹۴۰ معرفی شد و پس از ۲۰ سال در قالب مدارات مجتمع (IC) به کار گرفته شد. این تقویت‌کننده‌ها به مرور در حوزه مدارهای آنالوگ کاربردهای فراوانی پیدا کردند. آپ امپ‌ها معمولاً دو ورودی و یک خروجی دارند که ورودی‌ها بهصورت تفاضلی عمل می‌کنند. یعنی تقویت‌کننده عملیاتی اختلاف ولتاژ ورودی‌ها را تقویت می‌کند.یکی از ورودی‌ها منفی یا معکوس کننده (Inverting Input) و دیگری مثبت یا غیرمعکوس کننده (Non-Inverting Input) است. در ورودی منفی، پلاریته تقویت‌کننده برای سیگنال وارد شده منفی است و در ورودی مثبت، سیگنال وارد شده بهصورت مثبت تقویت می‌شود.
ساختار داخلی
ساختار تقویت‌کننده عملیاتی شامل مدارات پیچیده‌ای از مقاومت‌ها، دیودها و ترانزیستورهاست. این مدارات به‌طور کلی شامل یک مقاومت ورودی بسیار بزرگ (چندین مگا اهم) و مقاومت خروجی بسیار کوچک (چندین اهم) هستند. ولتاژ خروجی آپ امپ از حاصل تفاضل ولتاژ پایه منفی و پایه مثبت ضرب در عدد بهره آپ امپ به دست می‌آید.کاربردهای تقویت‌کننده عملیاتی
از کاربردهای مهم این تقویت‌کننده در مدارهای الکترونیکی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:- تقویت سیگنال‌های AC و DC
- فیلترها
- اسیلاتورها
- تنظیم کننده‌های ولتاژ
- مقایسه‌کننده‌ها
برخی تقویت‌کننده‌های عملیاتی پرکاربرد
- LM324: دارای ۴ آپ امپ، کاربرد در مدارهای ربات مسیریاب.
- LM358N: دارای دو آپ امپ، مصرف توان کم، قیمت مناسب و بهره بالا.
انواع مدارهای مبتنی بر آپ امپ
1. تقویت‌کننده غیرمعکوس‌کننده: در این نوع مدار، ولتاژ ورودی به پایه مثبت اعمال می‌شود و پایه منفی به شبکه فیدبک اتصال داده می‌شود تا در خروجی فیدبک منفی ایجاد کند.2. تقویت‌کننده معکوس‌کننده: در این نوع مدار، ولتاژ ورودی از طریق مقاومت به پایه ورودی منفی متصل می‌شود و پایه خروجی توسط مقاومت به پایه ورودی منفی وصل شده و شبکه فیدبک را تشکیل می‌دهد.
3. بافر: بافر به تقویت‌کننده‌ای با بهره ولتاژ برابر با یک و بهره جریان بالا گفته می‌شود.
4. مدار جمع‌کننده: در این نوع مدار، با افزودن چند مقاومت به ورودی می‌توان مدار جمع‌کننده ایجاد کرد.
5. تقویت‌کننده تفاضلی: این تقویت‌کننده خروجی مدار به صورت حاصل تفاضل دو ترمینال ورودی است.
6. مدار انتگرال‌گیر: این مدار، شکل موج مربعی را به شکل موج دندانه اره‌ای تبدیل می‌کند.
7. مدار مشتق‌گیر: این مدارها، شکل موج ورودی را مشتق می‌گیرند.
8. اشمیت تریگر: یک مدار تقویت‌کننده با فیدبک مثبت است که در ورودی آی سی‌ها برای تبدیل موج سینوسی به مربعی استفاده می‌شود.
9. یکسو ساز دقیق: با استفاده از آپ امپ و دیود، نوعی یکسوساز ایده‌آل ساخته می‌شود.
ویژگی‌های تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل
یک اپ امپ ایده‌آل دارای ویژگی‌های زیر است:- بهره ولتاژ بی‌نهایت
- مقاومت خروجی صفر
- مقاومت ورودی بی‌نهایت
- پهنای باند بی‌نهایت
- آفست ورودی صفر
در واقعیت، یک تقویت‌کننده عملیاتی هرگز نمی‌تواند این شرایط را داشته باشد، اما در فرکانس‌های کم، مدل واقعی به مدل ایده‌آل نزدیک می‌شود.
مزایای استفاده از آپ امپ در رگولاتور ولتاژ
- دقت بالا
- افت کم
- خروجی قابل تنظیم
معایب استفاده از آپ امپ در رگولاتور ولتاژ
- پیچیدگی
- پایداری
- اتلاف توان
سخن پایانی
در این مقاله سعی شد بهصورت کلی و خلاصه به سوالات متداول در خصوص کاربرد آپ امپ و انواع تقویت‌کننده‌های عملیاتی پاسخ داده شود. برای اطلاعات بیشتر با استفاده از منبعی که در ابتدای مقاله معرفی کردیم می‌توانید اطلاعات بیشتری کسب کنید.