Transcript آپ امپ
آپ-امپ Op-amp تهیه کنندگان: مرجان باباقصابها فاطمه پورسلطانی فاطمه نویدی تقویت کننده های عملیاتی که به آنها op-Ampنیز گفته میشود کاربردهای زیادی در مدارات الکترونیکی دارند. Op-amp ها بصورت مدارات یکپارچه ICساخته میشوند و مشخصه هائی نزدیک به ایده آل و با کارائی باال دارند از اینرو برای ساختن انواع بسیار زیادی از مدارات استفاده میشوند. Op-amp ها از تعداد زیادی ترانزیستور و مقاومت و بعضا یک خازن ساخته میشوند. چند نوع مختلف ای سی تقویت کننده عملیاتی ایده به کارگیری تقویت کنندههای عملیاتی یا آپ امپ ( operational )amplifierاولین باردر دهه ۱۹۴۰میالدی و در مدار کامپیوترهای آنالوگ مطرح شد .در این کاربرد با قرار دادن عناصر مختلف بین سرهای ورودی و خروجی تقوکننده عملیاتی مدارهای مختلف با کاراییهای متفاوت طراحی میشد .با گسترش دامنه کاربرد الکترونیک ،استفاده از تقویت کننده عملیاتی نیز توسعه فراوان یافت. در سال ۱۹۶۰میالدی اولین بار تقویت کننده عملیاتی به صورت مدار مجتمع طراحی و ساخته شد و با حجم ،وزن و قیمت به مراتب کمتر به بازار مصرف ارائه گردید .پیشرفت فناوری و مطرح شدن نیازهای متنوع تر و تخصصی تر ،زمینه را برای عرضه تقویت کنندههای عملیاتی خاص فراهم نمود .تقویت کننده عملیاتی در واقع یک تقویت کننده ولتاژ با بهره ولتاژ بسیار باالست و معموالً دارای یک سر خروجی و دو سر ورودی است که سرهای ورودی به صورت تفاضلی عمل میکنند .به عبارت دیگر این تقویت کننده اختالف ولتاژبین ورودی را تقویت میکند. یکی از دو سر ،ورودی منفی ( )-یا معکوس کننده نام دارد ،زیرا تقویت کننده برای ورودیهای اعمال شده به این سر دارای بهره منفی خواهد بود. سر دیگر ورودی مثبت ( )+یا غیر معکوس کنندهاست و سیگنالهای ورودی به این سر ،در خروجی با بهره مثبت ظاهر میشوند .این تقویت کننده دارای مقاومت خروجی بسیار کوچک (حدود چند اهم) بوده و از مقاومت ورودی بسیار بزرگی (بیش از چند صد کیلو اهم) برخورداراست. چون تقویت کننده عملیاتی یک قطعه فعال است برای تأمین انرژی مصرفی و بایاس ترانزیستورهای داخلی خود به تغذیه DCنیاز دارد. نماد تقویت کننده عملیاتی تقویت کننده عملیاتی ایدهآل: بهره ولتاژبی نهایت دارد. مقاومت خروجی صفر دارد. مقاومت ورودی بی نهایت دارد. پهنای باند بی نهایت دارد. ولتاژ انحراف از میزان ورودی آن صفر است. در حالی که هیچیک از فرضهای فوق با خواص تقویت کننده عملیاتی واقعی مطابقت کامل ندارد ،اما نتایج به دست آمده از تجزیه و تحلیل مدارهای با مدل ایدهآل ،در فرکانسهای پایین به نتایج واقعی بسیار نزدیک هستند. در عمل ،تقویت کننده عملیاتی نمیتواند دارای همه خصوصیات یاد شده در مورد حالت ایدهآل آن باشد .چرا که تقویت کننده عملیاتی ،خود از به هم به وجود آمدهاست و ناگزیر پیوستن چند طبقه تقویت کننده خروجی ورودی، ، دارای محدودیتهایی در بهره و ...است .گرچه اینگونه محدودیتها که در تقویت کننده عملیاتی معمولی وجود دارند اساس طراحیهای انجام شده بر مبنای حالت ایدهآل را بر هم نمیزنند و فقط نتایج را با تقریب روبه رو میسازند ،ولی تقویت کننده عملیاتی خاص با کارآیی باال نیز در بازار یافت میشوند که در بعضی خصوصیتها به وضعیت ایدهآل بسیار نزدیک بوده و میتواند در طرحهای ویژه به کار گرفته شوند .مثالً تقویت کنندههای عملیاتی ای خروجی زیاد و ساخته میشوند که دارای سرعت زیاد، ورودی بزرگ هستند .شناخت محدودیتهای تقویت کننده عملیاتی واقعی نه تنها در درک عمیق تر عملکرد مدارهای طراحی شده با این تقویت کننده عملیاتی ما را یاری میکند ،بلکه برای انتخاب تقویت کننده عملیاتی مناسب برای یک طرح مورد نظر نیز ضرورت دارد. از لحاظ مداری اپ امپ دارای 3ترمینال است: دو ورودی یک خروجی اغلب اپ امپ ها دارای دو منبع تغذیه مثبت و منفی هستند. ورودی ها پایههای آپ امپ هستند. پایههای ۴و ،۷پایههای تغذیه منفی و مثبت هستند. پایههای ۲و ،۳پایههای ورودی معکوس کننده و معکوس نکننده پایه ،۶پایه خروجی است. هستند که توسط پایههای ۱و ،۵پایههای تغییر دهنده سطح DCخروجی آنها میتوان سطح DCخروجی را تغییر داد .این کار را میتوان با قرار دادن یک پتانسیومتر بین این دو پایه انجام داد. پایه ۸به جایی وصل نیست و برای اتصال دو عنصر به عنوان گره به کار می رود. منابع جریان تقویت کننده تفاضلی ورودی تقویت کننده میانی مدارهای تغییر دهنده سطح DC طبقه خروجی (تقویت کننده توان که معموالً یک تقویت کننده پوش پول است). یکی از ویژگی های اپ امپ این است که بصورت مستقیم به سیگنال ورودی کوپل میشوند .لذا میتوانند در فرکانسهای پائین (حتی صفر) نیز تقویت سیگنال نمایند. این خاصیت باعث میشود تا بتوان از آنها در مدارات مختلف زیادی استفاده کرد ولی معایبی نیز به همراه خواهد داشت. یک اپ امپ ایده آل دارای پهنای باند بی نهایت است یعنی از فرکانس صفر تا فرکانس های باال را تقویت خواهد نمود. آی سیهای تقویت کننده عملیاتی بنا به کاربردشان دارای مدارهای داخلی متفاوتی هستند .آی سی ۷۴۱جزو سادهترین و ابتداییترین آپ امپها میباشد .مدار داخلی آن قابل مشاهده میباشد. مدار داخلی ۷۴۱ Q1تا Q4زوج قسمت آبی رنگ :این قسمت ،طبقه تفاضلی است.ت ،تشکیل تفاضلی ورودی را تشکیل میدهدQ5 .و Q6و Q7به همراه سه بار فعال میدهند. در طبقات قرمز ،تشکیل منابع قسمتهای قرمز رنگ: را بایاس میکنند .هر سه منبع جریان ،از میدهند و تقویت کنندههای نوع آینهای هستند. قسمت صورتی رنگ :این طبقه ،طبقه تقویت کننده میانی است ۱۵Q .به عنوان ۵۰اهم در امیتر ،یک طبقه امیتر مشترک تشکیل میدهد. بافر و ۱۹Qبا رنگ :طبقه خروجی تقویت کننده یا همان تقویت کننده قسمت توان از کالس ( ABیا پوش پول) میباشد .علت استفاده از تقویت کننده بارهای متنوع در خروجی است. کالس ABدر خروجی ،تأمین قسمت سبز رنگ :این طبقه ،چند برابر کننده ولتاژ بیس-امیتر نامیده میشود و برای جلوگیری از اعوجاج همگذری استفاده میشود .این طبقه، تقویت توان را در آستانه روشن شدن ،نگاه میدارد .برای رسیدن به پایداری حرارتی مطلوب به جای مقاومت k ۴٫۵میتوان از یک NTCاستفاده کرد. ۲۵و ۵۰اهم در خروجی تقویت کننده جهت جلوگیری از رانش حرارتی ترانزیستورهای ۱۴Qو ۲۰Qبه کار گرفته شدهاند. ،Pf۳۰جبران ساز میلر است و در مدار قطب به وجود میآورد که باال به منظور جلوگیری از ناپایداری و نوسان تقویت کننده در در مدار مجتمع اشغال مورد استفاده قرار گرفتهاست(.فضایی که یک است .پس میکند ،چندین برابر فضای اشغال شده توسط یک استفاده کرد). و ،باید از حداقل در طراحی چند آیسی مقایسهکننده ولتاژ همانطور که گفته شد اپ امپ ها بندرت بصورت مدار باز استفاده میشوند بلکه در اغلب موارد به کمک سایر المانها از آنها بصورت مدار فید بک استفاده میشود. مدار معکوس کننده با استفاده از یک اپ امپ و دو مقاومت ساخته میشود. در مدار معکوس کننده مقاومت R2یک فیدبک منفی را از خروجی به ورودی منتقل مینماید ( .زیرا از خروجی به ورودی منفی وصل شده است). هریک از تقویت کنندههای با بهره منفی یا مثبت را با اضافه کردن چند مقاومت در ورودی مطابق شکل میتوان به مدار جمع کننده تبدیل کرد با تعویض سر های +و -بهره مثبت می شود. جمع کننده با بهره منفی Isجریان اشباع معکوس VTدر دمای اتاق( ۲۵درجه سانتی گراد) برابر ۲۶میلی ولت است Isجریان اشباع معکوس VTدر دمای اتاق( ۲۵درجه سانتی گراد) برابر ۲۶میلی ولت است. .1کتاب مبانی الکترونیک نویسنده:دکتر سید علی میر عشقی .2کتاب MICROELECTRONIC CIRCUITS Sedra/Smith .3سایتهای مختلف