مقدمه ای بر تقویت کننده های عملیاتی: 7 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

در این دستورالعمل ، من مقدمه ای بر تقویت کننده عملیاتی ، یکی از مفیدترین دستگاه های آنالوگ ، ارائه می دهم. این دستگاه می تواند به عنوان تقویت کننده غیر معکوس یا معکوس ، مقایسه کننده ، تقویت کننده ولتاژ ، تقویت کننده جمع کننده ، تقویت کننده ابزار ، بافر ، فیلتر فعال ، نوسان ساز پل وین به علاوه بسیاری از برنامه های دیگر پیکربندی شود. آپامپ در پیکربندی های مختلف مانند LM741 8 پین DIP یا LM324 14 پین quad op آمپر در بالا نشان داده شده است. انواع مختلفی نیز وجود دارد که در انواع مختلف روی سطح نصب می شوند.

مرحله 1: تقویت کننده عملیاتی چیست؟

تقویت کننده عملیاتی که به طور خلاصه به عنوان op-amp نیز شناخته می شود ، یک تقویت کننده ولتاژ با قدرت بالا همراه با DC است که در یک تراشه IC گنجانده شده است. آنها دو ورودی (ورودی دیفرانسیل) و یک خروجی دارند. از اولین دستگاههایی که در اواخر دهه 1960 به بازار آمد ، از آنها به عنوان بلوک های سازنده در الکترونیک آنالوگ استفاده می شود. یکی از زیبایی های این دستگاه ها این است که طراحی الکترونیکی را با توجه به استاندارد بودن آنها بسیار ساده کرده است. طراحی تقویت کننده ها با اجزای گسسته به دلیل تفاوت بین دستگاه های فعال ، تغییرات زیادی را شامل می شود. اگر تقویت کننده ها از یک قالب سیلیکونی یکسان ساخته شده باشند ، می توان همه آنها را یکسان ساخت و ویژگی های یکسانی دارند. هنگام طراحی با تقویت کننده های عملیاتی ، می توان با نصب دو مقاومت خارجی با نسبت مقاومت خاص ، سود خاصی را برای دستگاه به دست آورد. به عنوان مثال ، اگر افزایش ولتاژ 100 مورد نظر باشد ، می توان یک مقاومت 100k و یک مقاومت 1k در مدار قرار داد تا نسبت 100 را بدست آوریم. با استفاده از این استراتژی ، افزایش هر بار یکسان است. محبوب ترین اپ-آمپر تمام دوران 741 است که از اوایل دهه 70 وجود داشته است و نسل های زیادی از علاقه مندان در همه چیز از تقویت کننده های صوتی گرفته تا منابع تغذیه از آن استفاده می کنند. 741 سالهاست که در صنعت مورد استفاده قرار نمی گیرد زیرا آمپ آمپرهای بهتری توسعه یافته است ، اما هنوز هم در بین علاقمندان طرفداران زیر را دارد و تهیه آنها آسان است. اولین دستگاه ها در قالب بسته دو خطی 8 پین و یا قوطی فلزی دایره ای عرضه شدند. بعداً ، دستگاه های روی سطح در دسترس قرار گرفتند. 741 و سایر آمپرهای آمپلی فایر آن از ترانزیستورهای دوقطبی با دستگاه هایی استفاده می کنند که از ورودی های ترانزیستور اثر میدان بعداً استفاده می کنند. ورودی های ترانزیستور اثر میدان به دلیل نیاز به امپدانس ورودی بیشتر و تخلیه جریان کمتر مورد استفاده قرار گرفت.

مرحله 2: تقویت کننده غیر معکوس

تقویت کننده غیر معکوس اولین مدار است که ما آن را پوشش می دهیم. در نمودار بالا ، تقویت کننده op با سیم ورودی به ورودی مثبت و مقاومت بازخورد به ورودی منفی متصل می شود. نسبت Rf به Rg افزایش را تعیین می کند. در مورد مدار فوق ، افزایش ولتاژ 10 است. نمودار وسط محدودیت های "دنیای واقعی" آمپر آمپر 741 هنگامی که یک موج مربع 10 کیلوهرتز وارد ورودی می شود اما به دلیل شکل موج مثلثی ظاهر می شود محدود بودن سرعت سوئیچینگ دستگاه هنگامی که ورودی به یک موج مربع 1 کیلوهرتز کاهش می یابد ، خروجی بهبود می یابد و بیشتر شبیه یک موج مربعی واقعی به نظر می رسد. اندازه گیری توانایی عملگر برای پیگیری تغییرات سیگنال ورودی در دامنه "Slew Rate" نامیده می شود و بر حسب ولت بر میکرو ثانیه اندازه گیری می شود. 741 دارای درجه بسیار رام در.5 ولت بر میکروثانیه است. آمپرهای سرعت بالا دارای 5000 ولت بر میکرو ثانیه هستند ، اگرچه نمونه معمولی مانند TL081 دارای میانگین امتیاز 13 ولت بر میکرو ثانیه است.

مرحله 3: تقویت کننده معکوس

opamp را می توان به گونه ای پیکربندی کرد که شکل موج منفی 1 ولت را وارونه کرده و تقویت شود تا یک شکل موج مثبت 10 ولت مثبت ایجاد شود. موارد استفاده از این پیکربندی می تواند در هر جایی که نیاز به تغییر فاز است مانند مراحل راننده تقویت کننده های ترانزیستور گسسته باشد.

مرحله 4: استفاده از یک تقویت کننده Op به عنوان یک موج مربعی به موج سینوسی

مدار فوق یک موج مربع 1000 هرتز را به یک موج سینوسی 1000 هرتز تغییر می دهد. این کار را با فیلتر کردن تمام اجزای فرکانس (هارمونیک) در بالا و پایین اصلی ، که یک موج سینوسی است ، انجام می دهد. به جای استفاده از مقاومت در مدار بازخورد ، ما از اجزای انتخاب فرکانس (خازن ها) استفاده می کنیم که بازخورد منفی را برای حذف فرکانس های ناخواسته ارائه می دهند. نمودار وسط مدار واقعی شبیه سازی شده و شکل موج تولید شده را نشان می دهد. نمودار سوم پاسخ فرکانسی مدار را نشان می دهد. نام فنی این نوع مدارها یک فیلتر باند فعال است. این اجازه می دهد تا فقط یک باند بسیار محدود از فرکانس ها بدون تضعیف از آن عبور کنند.

مرحله 5: استفاده از یک Amp Op به عنوان مقایسه کننده

تراشه های اختصاصی وجود دارد که مقایسه کننده های بهتری هستند ، اما گاهی اوقات ممکن است یکی از آنها را در دست نداشته باشید ، بنابراین همیشه می دانید که چگونه از opamp یک مقایسه کننده بسازید. یک مرور سریع درباره اینکه مقایسه کننده چیست ، اساساً یک آپامپ است که به عنوان تقویت کننده بدون بازخورد تنظیم شده است ، و به آمپلی فایر اجازه می دهد تا حداکثر سود خود را انجام دهد. وقتی یک ورودی به ولتاژ خاصی مانند 3 ولت نشان داده شده در نمودار وصل شود ، مدار هنگامی که دو ورودی در یک ولتاژ باشند تقریباً حداکثر ولتاژ راه آهن است. در مورد مدار فوق ، موج سینوسی 1 کیلوهرتز هنگامی که از 3 ولت بالا می رود خروجی می دهد و هنگامی که موج سینوسی به زیر 3 ولت می رود دوباره تغییر می کند. مقایسه کننده ها معمولاً در (ADCs) و نوسان سازهای آرام سازی استفاده می شوند.

مرحله 6: ساخت تقویت کننده جمع بندی با یک آپامپ

تقویت کننده جمع بندی بالا دو سیگنال 1 کیلوهرتزی را دریافت می کند ، یکی از 10 mV قله به اوج و دیگری 20 mV قله به اوج. خروجی حاصل 60 میلی ولت پیک تا پیک است. از آنجا که یک تقویت کننده معکوس است ، سیگنال فاز مخالف را ارسال می کند.

تقویت کننده های جمع بندی در میکسرهای صوتی استفاده می شوند که در آنها ورودی های مختلف باید به هم اضافه شوند. با تغذیه سیگنالها در پتانسیومترها ، می توان سیگنالها را متنوع کرد تا خروجی مورد نظر را به دست آورد.

مرحله 7: سه میکسر صوتی ورودی

این مدار می تواند برای ترکیب دو ساز و یک آهنگ آوازی مورد استفاده قرار گیرد ، در صورت لزوم می توان ورودی های بیشتری را اضافه کرد. هر سطح ورودی را می توان به طور مستقل با پتانسیومترها تنظیم کرد.