پاورپوینت کامل و جامع با عنوان تقویت کننده های عملیاتی (Op-Amp) در 38 اسلاید

 

 

 

 

 

 

 

 

ایدهٔ بکارگیری تقویت‌کنندههای عملیاتی یا اپ‌اَمپ (به انگلیسی: op-amp یا Operational amplifier) نخستین‌بار در دههٔ ۱۹۴۰م و در مدار رایانه‌های آنالوگ مطرح شد. در این کاربرد با قرار دادن عنصرهای گوناگون میان سرهای ورودی و خروجی تقویت‌کننده عملیاتی مدارهای گوناگون با کارایی‌های متفاوت طراحی می‌شد؛ و به وسیله آنها عملگرهای ریاضی مانند جمع، تفریق، ضرب، تقسیم، مشتق گیری و انتگرال گیری پیاده می‌شد. بدین ترتیب امکان پیاده‌سازی رایانه‌های آنالوگ (رایانه‌های امروزی دیجیتال هستند) برای حل معادلات دیفرانسیل فراهم گردید. با گسترش دامنهٔ کاربرد الکترونیک، استفاده از تقویت‌کننده عملیاتی نیز گسترش فراوان یافت. در سال ۱۹۶۰م نخستین‌بار تقویت‌کننده عملیاتی بصورت مدار مجتمع طراحی و ساخته شد و با حجم، وزن و قیمت بمراتب کمتر به بازار مصرف ارائه گردید. پیشرفت فناوری و مطرح شدن نیازهای متنوع‌تر و تخصصی‌تر، زمینه را برای عرضهٔ تقویت‌کننده‌های عملیاتی خاص فراهم کرد. تقویت‌کننده عملیاتی درواقع یک تقویت‌کننده ولتاژ با بهرهٔ ولتاژ بسیار بالاست و معمولاً دارای یک سر خروجی و دو سر ورودی است که سرهای ورودی بصورت تفاضلی عمل می‌کنند. به عبارت دیگر، این تقویت‌کننده، اختلاف ولتاژ میان ورودی را تقویت می‌کند. یکی از دو سر، ورودی منفی (-) یا وارونگر نام دارد، زیرا تقویت‌کننده برای ورودی‌های اعمالی به این سر دارای بهرهٔ منفی خواهد بود. سر دیگر، ورودی مثبت (+) یا ناوارونگر است و نشانک‌های ورودی به این سر، در خروجی با بهرهٔ مثبت ظاهر می‌شوند. این تقویت‌کننده، دارای مقاومت خروجی بسیار کوچک (حدود چند اهم) بوده و از مقاومت ورودی بسیار بزرگی (بیش از چند صد کیلو اهم) برخوردار است. چون تقویت‌کننده عملیاتی، یک افزارهٔ فعال است، برای تأمین کارمایهٔ مصرفی و پیشقدر ترانزیستورهای داخلی خود به تغذیهٔ DC نیاز دارد.

پایه‌ها

• پایه‌های ۴ و ۷، پایه‌های تغذیهٔ منفی و مثبت آی‌سی می‌باشند.
• پایه‌های ۲ و ۳، پایه‌های ورودی وارونگر و ناوارونگر آی‌سی می‌باشند.
• پایهٔ ۶، پایهٔ 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.

تقویت‌کنندهٔ عملیاتی ایده‌آل

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

درحالیکه هیچ‌یک از فرض‌های فوق با خواص تقویت‌کننده عملیاتی واقعی مطابقت کامل ندارد؛ اما نتیجه‌های بدست‌آمده از واکاوی مدارهای با مدل آرمانی، در بسامدهای پایین به نتیجه‌های واقعی بسیار نزدیک می‌باشند.

تقویت‌کنندهٔ عملیاتی واقعی

در عمل، تقویت‌کنندهٔ عملیاتی نمی‌تواند دارای همهٔ خصوصیت‌های یادشده در مورد حالت ایده‌آل آن باشد. چرا که تقویت‌کنندهٔ عملیاتی، خود از به‌هم پیوستن چند طبقهٔ تقویت‌کنندهٔ ترانزیستوری (در ادامهٔ مطلب اشاره شده است) پدید آمده است و ناگزیر دارای محدودیت‌هایی در بهرهٔ ولتاژ، مقاومت ورودی، جریان خروجی و … است. گرچه این‌گونه محدودیت‌ها که در تقویت‌کنندهٔ عملیاتی معمولی وجود دارند اساس طراحی‌های انجامیده بر مبنای حالت آرمانی را برهم نمی‌زنند و فقط نتیجه‌ها را با تقریب روبرو می‌سازند، ولی تقویت‌کنندهٔ عملیاتی خاص با کارایی بالا نیز در بازار یافت می‌شوند که در برخی خصوصیت‌ها به وضعیت آرمانی بسیار نزدیک بوده و می‌تواند در طرح‌های ویژه بکار گرفته شوند. مثلاً تقویت‌کنندهٔ عملیاتی‌ای ساخته می‌شوند که دارای سرعت زیاد، جریان خروجی زیاد ومقاومت ورودی بزرگ می‌باشند. شناخت محدودیت‌های تقویت‌کنندهٔ عملیاتی واقعی، نه تنها در درک عمیق‌تر عملکرد مدارهای طراحی شده با این تقویت‌کنندهٔ عملیاتی ما را یاری می‌کند، بلکه برای گزینش تقویت‌کنندهٔ عملیاتی مناسب برای یک طرح منظور نیز ضرورت دارد.

معرفی بلوک‌های تشکیل دهنده یک تقویت‌کننده عملیاتی

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

 

فهرست مطالب:

مقدمه

مشخصه های Op-Amp

ویژگی های آپ امپ ایده آل

حذف سیگنال مشترک

کوپل مستقیم

بهره بی نهایت

سیگنالهای تفاضلی و مد مشترک

مدار معکوس کننده

بهره مدار بسته

تاثیر بهره محدود

مقاومت ورودی و خروجی تقویت کننده مدار بسته

مثال

مدار جمع کننده

جمع سیگنالهایی با علامت متفاوت

مدار غیر وارونگر

مدار Voltage Follower

تقویت کننده تفاضلی

نسبت حذف سیگنال مشترک

مزایای حذف سیگنال مشترک

تقویت کننده تفاضلی با یک آپ امپ

آنالیز تقویت کننده تفاضلی

آنالیز گین مد مشترک

و…