خدمات وبسایت آی‌سی‌تی نیـــک

طراحی و ساخت انواع پروژه‌های الکترونیکی با: میکروکنترلرavr - میکروکنترلرarm - میکروکنترلرpic و آردوینو

مقالات و آموزش‌های رایگان در سطوح پایه و حرفه‌ای برای الکترونیک و آی سی تی - ICT

آپ امپ چیست -همه چیز در مورد OP AMP

منتشر شده در واژه نامه تخصصی

 تقویت‌کننده عملیاتی یا آپ امپ 

OP AMP 1

آپ امپ یا Op-Amp که مخفف Operational Amplifier است ( تقویت کننده عملیاتی ) یک تقویت کننده تفاضلی ولتاژ با بهره ولتاژ بالاست. پیشینه اپ امپ ها به سال 1940 میلادی بر میگردد که پس از حدود 20 سال در دهه 1960 به صورت مدارات مجتمع یا IC در آمد و از آن پس کاربرد فراوانی در الکترونیک آنالوگ پیدا کرد. در مدار های الکترونیکی آپ امپ را به شکل زیر نمایش می دهند.

 

آنچه در این مطلب میخوانید شامل:

  • تعریف op-amp
  • op-amp ایده‌آل
  • op-amp واقعی
  • بلوک دیاگرام op-amp
  • پهنای باند بهره واحد
  • مقاومتهای ورودی و خروجی
  • آپ امپ مدل 741
  • کاربردهای op-amp
  • جمع کننده ، انتگرال گیر ، مشتق گیر ، یکسوساز و ...
  •  چند مدل آپ امپ پرکاربرد

 

تعریف :

آپ امپ یا Op-Amp که مخفف Operational Amplifier است ( تقویت کننده عملیاتی ) یک تقویت کننده تفاضلی ولتاژ با بهره ولتاژ بالاست. پیشینه اپ امپ ها به سال 1940 میلادی بر میگردد که پس از حدود 20 سال در دهه 1960 به صورت مدارات مجتمع یا IC در آمد و از آن پس کاربرد فراوانی در الکترونیک آنالوگ پیدا کرد. در مدار های الکترونیکی آپ امپ را به شکل زیر نمایش می دهند.

OP AMP 1

 

همانگونه که در تصویر فوق می بینید ، آپ امپ ها معمولا دارای 5 پایه شامل 2 ورودی تفاضلی ، تغذیه + ، تغذیه – و خروجی هستند. آپ امپ ها دارای یک ورودی + یا غیر معکوس کننده  و یک ورودی – یا معکوس کننده هستند. همانگونه که از نام ورودی ها پیداست در صورتی که ورودی + را به زمین وصل کنیم ، هر موجی که به پایه ورودی  منفی یا معکوس کننده  وصل کنیم ، در خروجی یک موج با اختلاف فاز 180 درجه با دامنه تقویت شده خواهیم داشت و در صورتی که ورودی – را به زمین وصل کنیم و به پایه + یا غیر معکوس کننده یک موج اعمال کنیم ، در خروجی موجی با دامنه تقویت شده و اختلاف فاز 0 خواهیم داشت.

به صورت کلی خروجی آپ امپ برابر است با ولتاژ ورودی غیر معکوس کننده – ولتاژ ورودی معکوس کننده * بهره ی آپ امپ . در واقع آپ امپ مقدار ولتاژ ورودی – را از مقدار ولتاژ ورودی + کسر می کند و اختلاف حاصل را تقویت می کند یعنی تقویت کننده تفاضلی Differential Amplifier .دامنه ولتاژ خروجی آپ امپ نیز بین V+ تغذیه و V- تغذیه نوسان می کند....در ادامه بیشتر توضیح خواهیم داد.

 

آپ امپ ها کاربرد های فراوانی دارند و با استفده از یک آپ امپ و تعداد انگشت شماری قطعه می توان مدارات مقایسه کننده ولتاژ ، معکوس کننده و غیر معکوس کننده ، بافر ، جمع کننده ، تقویت کننده دیفرانسیلی ، انتگرال گیر ، مشتق گیر ، اشمیت تریگر ، یکسو ساز و دهها مدار دیگر را طراحی و تولید نمود.

 

تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل

  • بهره ولتاژ بینهایت دارد.
  • مقاومت خروجی صفر دارد.
  • مقاومت ورودی بینهایت دارد.
  • پهنای باند بینهایت دارد.
  • ولتاژ انحراف از میزان ورودی آن صفر است.

تقویت‌کنندهٔ عملیاتی واقعی

در عمل، تقویت‌کنندهٔ عملیاتی نمی‌تواند دارای همه خصوصیت‌های یادشده در مورد حالت ایده‌آل آن باشد. چرا که تقویت‌کننده عملیاتی، خود از به‌هم پیوستن چند طبقه تقویت‌کننده ترانزیستوری پدید آمده است و ناگزیر دارای محدودیت‌هایی در بهره ولتاژ، مقاومت ورودی، جریان خروجی و … است.

 

بلوک دیاگرام op-amp

  • منبع‌های جریان
  • تقویت‌کننده تفاضلی ورودی
  • تقویت‌کننده میانی
  • مدارهای تغییردهندهٔ سطح DC
  • طبقهٔ خروجی (تقویت‌کننده توان که معمولاً یک تقویت‌کننده پوش‌پول است.

در شکل زیر بلوک دیاگرام کلی یک تقویت کننده عملیاتی را مشاهده می کنید. :

OP AMP 3

پهنای باند بهره واحد

در یک تقویت کننده عملیاتی واقعی، نه تنها بهرهٔ ولتاژ حلقه-باز محدود است بلکه این مقدار نیز تا فرکانس حدود میان ۱۰Hz تا 1KHz ثابت است و پس از آن کاهش می‌یابد. این کاهش بمیزان 20dB/dec با افزایش فرکانس ادامه می‌یابد. پهنای باند بهره واحد در تقویت کننده‌های عملیاتی معمولی حدود ۱MHz است.

 

مقاومت های ورودی و خروجی

OP AMP 4

برخلاف تقویت‌کننده عملیاتی ایده آل که مقاومت خروجی آن را صفر در نظر گرفتیم، تقویت‌کننده عملیاتی واقعی دارای یک مقاومت خروجی در حدود ۱۰۰ اهم می‌باشد.

 

آپ امپ مدل 741

یکی از پر کاربرد ترین آپ امپ های موجود در بازار آپ امپ 741 است.

OP AMP 2

پایه‌های 741

  • پایه‌های ۴ و ۷، پایه‌های تغذیه منفی و مثبت آی‌سی می‌باشند.
  • پایه‌های ۲ و ۳، پایه‌های ورودی وارونگر و ناوارونگر آی‌سی می‌باشند.
  • پایه ۶، پایه خروجی است.
  • پایه‌های ۱ و ۵، پایه‌های تغییردهندهٔ سطح DC خروجی آی‌سی می‌باشند که توسط آنها می‌توان سطح DC خروجی را تغییر داد. این کار را می‌توان با قرار دادن یک پتانسیومتر میان این دوپایه انجامید.
  • پایهٔ ۸ به جایی وصل نیست و برای اتصال دو عنصر بعنوان گره بکار می‌رود.

 

کاربردهای تقویت‌کنندگی با آپ امپ

 

تقویت‌کننده غیرمعکوس کننده با op-amp:

OP AMP 5

در این نوع تقویت ، سیگنال ورودی به پایه مثبت ورودی داده می شود و خروجی بدون اختلاف فاز خواهیم داشت.

ولتاژ خروجی در این حالت : تقسیم مقاومت R2 به R1 و جمع حاصل این تقسیم با عدد 1

VO = R2/R1 + 1

 

تقویت‌کننده وارونگر با op-amp :

OP AMP 6

در این نوع تقویت ، سیگنال ورودی به پایه ی منفی ورودی داده می شود و پایه ی مثبت از طریق مقاومت و یا بدون مقاومت زمین می شود. در این حالت خروجی دارای 180 درجه اختلاف فازمی باشد.

ولتاژ خروجی در این حالت : تقسیم عدد مقاومت RF به RIN و ضرب حاصل این تقسیم در یک منفی می باشد.

Vo = RF/RIN * -1

 

بافر با op-amp:

OP AMP 7

در این حالت، بهره ولتاژ، برابر یک است. مقاومت ورودی این مدار با توجه به صفر بودن جریان ورودی سر مثبت، برابر بینهایت است. ملاحظه می‌شود که تقویت کننده مذکور، همه شرایط یک بافر را داراست (بهره ولتاژ یک، مقاومت ورودی بینهایت و مقاومت خروجی صفر) و به همین دلیل در بسیاری از کاربردها بعنوان یک مدار بافر تقریباً ایده آل مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

جمع‌کننده با op-amp :

OP AMP 8

هریک از تقویت‌کننده‌های با بهره منفی یا مثبت را با افزودن چند مقاومت در ورودی مطابق شکل می‌توان به مدار جمع‌کننده تبدیل کرد با تعویض سرهای + و – بهره مثبت می‌شود.

خروجی ولتاژ در شکل بالا : ولتاژ ورودی V1 تقسیم بر  R1 ، ولتاژ ورودی V2 تقسیم بر R2 و هر چند ورودی که داشتیم تقسیم بر مقاومت هایش. در نهایت تمام جواب تقسیم ها را با هم جمع کرده و در منفی مقاومت فیدبک یعنی RF- ضرب می کنیم.         

VO= (V1/R1 + V2/R2 + …)*-RF

 

تقویت کننده تفاضلی با op-amp :

OP AMP 9

منظور از تقویت کننده تفاضلی، تقویت کننده ای است که در خروجی آن تفاضل دو ترمینال ورودی با بهره معینی ظاهر می‌شود. در تقویت‌کننده‌های تفاضلی، معمولاً مقدار متوسط ترمینال‌های ورودی نیز تقویت شده و بصورت یک مولفه ناخواسته در خروجی ظاهر می‌شود. در یک تقویت کننده تفاضلی ایده‌آل این مولفه در خروجی صفر است.

ولتاژ خروجی : تقسیم مقاومت R3 به R1 و حاصل ضربدر ( ولتاژ ورودی 2 منهای ولتاژ ورودی 1 )

VO = R3/R1* V2-V1

 

مدار انتگرالگیر با op-amp :

OP AMP 2

این مدار، شکل‌موج مربعی را به شکل‌موج دندان اره‌ای تبدیل می‌کند.
زمانیکه لبه بالارونده پالس را در ورودی منفی این آی‌سی داشته باشیم، ولتاژ‌ در پایه منفی بیشتر از ولتاژ در پایه مثبتی است که زمین شده است.در این حالت آپ امپ به صورت معکوس کننده عمل می کند. البته درعمل باید به موازات خازن c یک مقاومت بزرگ قرار داد تا بازخورد از دیدگاه DC برقرار باشد.
می توانید شکل موج مربعی را توسط آیسی 555 ایجاد کنید.و شکل موج مثلثی را در اسیلوسکوپ ببینید.

 

مدار مشتق گیر با op-amp :

OP AMP 10

این مدار دقیقا معکوس مدار انتگرال گیر می باشد و ورودی و خروجی آن عکس حالت انتگرال گیر است .

 

اشمیت ‌تریگر با op-amp :

از اپ‌ امپ در ساخت اشمیت ‌تریگر نیز استفاده می‌شود. شکل‌ زیر

OP AMP 11

 

یکسوساز دقیق با op-amp :

OP AMP 12

با استفاده از تقویت‌کننده عملیاتی و دیود می‌توان یک، یکسوساز تقریباً ایده‌آل ساخت. در مدار یکسوساز دقیق ولتاژ ورودی به جای آنکه مستقیماً به دیود وصل شود از طریق یک آپ امپ به آن وصل می‌شود. یعنی ورودی به سر ورودی مثبت آپ امپ و خروجی آپ امپ نیز بعد از اتصال به دیود با یک فیدبک منفی به سر ورودی منفی آپ امپ وصل می‌شود؛ بنابراین هنگامی که ولتاژ ورودی کوچک‌تر از صفر باشد دیود خاموش است و بازخورد منفی برقرار نمی‌شود پس ولتاژ خروجی صفر است؛ و هنگامی که ولتاژ ورودی بزرگ‌تر از صفر باشد دیود روشن می‌شود بازخورد منفی برقرار می‌شود و ولتاژ خروجی، برابر ولتاژ ورودی می‌شود. در نتیجه اگر دیود روشن باشد ولتاژ خروجی تنها به مقدار بسیار بسیار ناچیزی از ولتاژ ورودی کمتر خواهد بود .. این یکسوساز، نیم‌موج است.

 

چند مدل تقویت‌کننده عملیاتی پرکاربرد

 LM324 : این آی‌سی، محبوب‌ترین آی‌سی برای مدارهای ربات مسیریاب است. این آی‌سی، حاوی چهار عدد اپ‌امپ است. این اپ‌امپ‌ها برای مقایسه ولتاژهای ایجادی از حسگرها بکار می‌روند.

 ULN2803 : آی‌سی ULN2803، حاوی میانگیر NOT است. پایه ۹ آن تغذیه منفی و پایه ۱۸ آن تغذیه مثبت است. جریان خروجی آن درحدود ۵۰۰ میلی‌آمپر است. این آی‌سی بیشتر برای درایو کردن موتور پله‌ای و در پروژه‌های ربات مسیریاب مورد استفاده قرار می‌گیرد.

LM358N : این آی‌سی، یک اپ‌امپ شامل دو تقویت‌کننده با مصرف پایین و بهره بالا می‌باشد.

OP AMP 3

 برچسب ها:

Tags: op Amp با یک منبع تغذیه انتگرال گیر با op Amp جمع کننده با op Amp مشتق گیر با op Amp op-amp کاربردهای op-amp تعریف op-amp آپ امپ تقویت‌کننده عملیاتی

4

پشتیبانی و مشاوره 24 ساعته

ictnic2

تماس با ما

  • تلگرام : ICTNIC2@

به ما بپیوندید

ما را در صفحات اجتماعی دنبال نمایید...

کاربران ثبت نامی

تا این لحظه تعداد

2415 نفر

در وبسایت تخصصی ictnic

ثبت نام و از خدمات ما استفاده می کنند.

ما را در آپارات دنبال کنید

aparat logo fa color black 275x100