بررسی تقویت کننده عملیاتی Op-amp

تقویت کننده عملیاتی یا آپ امپ که بعنوان یک مدار مجتع خطی یا IC است از طریق ترمینال‌های متعددی که دارد باعث تقویت سیگنال‎‌های الکتریکی ضعیف می‌شود. تقویت کننده های عملیاتی به انگلیسی به نام‌های  Operational Amplifier یا Op amp نامگذاری می‌شوند.

آپ امپ چیست ؟ این قطعات دارای 3 ترمینال هستند، 2 پایه ورودی با امپدانس بالا و یک پایه یا پورت خروجی با ولتاژ پایین. ورودی معکوس با علامت منفی و ورودی غیر معکوس با علامت مثبت نمایش داده می‌شود.

تاریخچه ساخت آپ امپ

در سال 1947 دانشمندی به نام John R. Ragazzini که در دانشگاه کلمبیا بود توانست از طریق لوله‌های خلاء اولین تقویت کننده را بسازد. با گذشت زمان در اوایل دهه 1960 و توسعه ترانزیستورهای مبتی بر سیلیکون دانشمندی به نام Robert J. Wildar توانست  گامی دیگر در صنعت تولید این قطعه بردارد. و در نهایت در سال 1968 تولید گسترده این قطعه رواج پیدا کرد.

ساختار تقویت کننده عملیاتی

همانطور که در تصویر هم مشاهده کردید ترمینالی که با علامت (–) مشخص شده ترمینال ورودی معکوس یا Inverting Input و علامت (+) ترمینال ورودی غیر معکوس یا non-inverting input نام دارد.

پایانه‌های منبع تغذیه با علامت +V و -V نمایش داده میشوند که به ترتیب باینگر ترمینال‌های مثبت و منفی هستند که به یک منبع ولتاژ DC متصل می‌شوند. محل اتصال این پایانه‌های تغذیه به زمین یا یم نقطه مشترک است اگر این اتصالات برقرار نباشد ممکن به تقویت کننده عملیاتی آسیب وارد شود.

یکی از ویژگی‌های که باعث شده تا این قطعه در مدار الکترونیکی مورد استفاده زیاد قرار گیرد عدم وابستگی به تغییرات دما است.

دسته بندی تقویت کننده های عملیاتی

طبقه بندی تقویت کننده های عملیاتی به 4 صورت انجام میگیرد:

تقویت کننده ولتاژ: ولتاژ بعنوان ورودی وارد می‌شود و خروجی نیز ولتاژ است

تقویت کننده جریان: جریان را بعنوان ورودی دریافت میکند در خروجی نیز جریان تولید میشود

تقویت کننده های ترانس رسانایی: ورودی ولتاژ است و بر اثر تبدیل در خروجی آنرا به صورت جریان تبدیل میکند.

تقویت کننده مقاومتی: ورودی جریان را به ولتاژ تبدیل میکند و بعنوان خروجی تولید می‌شود.

اکثر آپ امپ‌ها بعنوان تقویت کننده ولتاژ مورد استفاده قرار میگیرند.

ویژگی های عمومی تقویت کننده عملیاتی

بهره حلقه باز تقویت کننده‌های عملیاتی به صورت مثبت و منفی ظاهر می‌شود. در حالت ایده‌آل مقدار بهره باید بی نهایت باشد اما مقادیر واقعی معمولی از 20.000 تا 200.000 اهم قابل تغییر می‌باشد. پس میتوان گفت آپ امپ ایده‌آل افزایش ولتاژ بی نهایت را فراهم میکند.

آمپدانس ورودی نسبت ولتاژ ورودی به جریان به جریان ورودی است. برای جلوگیری از هر جریانی که که از منبع به تقویت کننده میگذرد به وصرت بی نهایت فرض می‌شود. وردی آمپدانس بی نهایت است.

آمپدانس خروجی بعنوان یک تقویت کننده عملیاتی ایده آل صفر در نظر گرفته می‌شود. این آمپدانس به صورت سری با بار است و در نتیجه خروجی موجود برای بار را افزایش می‌دهد.

همانطور که گفتیم در حالت ایده‌آل پهنای باند یک تقویت کننده عملیاتی بی نهایت است و میتواند هر سیگنال فرکانسی را از DC به AC تقویت کند.

خروجی ایده‌آل برای یک تقویت کننده زمانی صفر است که اختلاف ولتاژ بین ورودی‌‌های معکوس و غیرمعکوس صفر باشد.

کاربرد

در مدارهای الکترونیکی تقویت کننده‌ها به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربری آنها از تنوع بالایی برخوردار است از جمله آنها میتوان به :

تقویت سیگنال AC به DC

فیلترها

تنظیم کننده ولتاژ

اسیلاتور

اشاره کرد.