پک آموزش رباتیک سورنو
پک ساختمانسازی تورنو
پک آموزش الکترونیک الینو
پک آموزش رباتیک برنا
پک آموزش الکترونیک سورنو
مجموعه آموزش الکترونیک شماره 2
بسته ساخت آسانسور با بدنه
کیت ربات تک کاره مسیریاب
آپ امپ چیست؟ چه کاربردی دارد؟ انواع آن کدامند؟
تقویت‌کننده‌های عملیاتی که با نام آپ امپ (Op Amp) نیز شناخته می‌شوند، قطعات الکترونیکی هستند که می‌توانند کارهای مختلفی را انجام دهند. با دو ورودی و یک خروجی، این قطعات الکترونیکی رسانا می‌توانند با چندین Op Amp، مقاومت یا خازن دیگر بر روی مدار ترکیب شوند.
این قطعات که بیشتر در مدارهای قدرت DC به کار می‌روند، تفاوت بین سیگنال ورودی‌های معکوس و غیرمعکوس را مشخص می‌کنند. به علاوه، آپ امپ‌ها در قالب قطعات معکوس یا غیرمعکوس نیز به کار می‌روند. این ویژگی‌ها، آپ امپ‌ها را به قطعات پرکاربرد مدارهای الکتریکی تبدیل می‌نمایند.
حالا در این مطلب آموزشی از بلاگ بهنام رباتیک، می‌خواهیم ببینیم Op Amp چیست، انواع مختلف آن کدامند، در چه دستگاه‌هایی استفاده می‌شوند و چگونه کار می‌کنند؛ پس با ما همراه باشید.
فهرست مطالب
آپ امپ‌ها چگونه کار می‌کنند؟
مهمترین ویژگی‌های آپ امپ‌ها عبارتند از:
- دارای نرخ بهره یا گین نسبتاً دقیق
- امپدانس زیاد ورودی
- امپدانس کم خروجی (حدوداً 0)
چنان‌چه به یک Op Amp دو ورودی اعمال کنید، خروجی آن عددی ناچیز بین دو ورودی خواهد بود. در سمت دیگر، اگر ورودی یکسان باشد، خروجی تغییری نخواهد کرد.
انواع آپ امپ‌ها
آپ امپ‌ها را می‌توان بر اساس فاکتورهای مختلفی از جمله منبع تغذیه، ورودی و خروجی، ساختار درونی و . . . دسته‌بندی کرد. از جمله این دسته‌بندی‌ها می‌توانیم به منبع تغذیه دوگانه، منبع تغذیه یگانه، آپ‌امپ معکوس، آپ‌امپ غیرمعکوس، آپ‌امپ‌های BJT، آپ‌امپ‌های FET و آپ‌امپ‌های CMOS.
با توجه به کاری که قرار است انجام شود، آپ امپ‌ها انواع مختلفی خواهند داشت. اولین نوع این قطعات، شامل دسته منبع تغذیه دوگانه می‌شود. این مدارهای تقویت‌کننده عملیاتی از دو منبع تغذیه گوناگون، ورودی دارد و در نهایت تفاوت میان این منابع را نمایان می‌سازد.
آپ امپ با دو منبع نیرو
این آمپلی‌فایرها یک سیگنال ورودی AC و ولتاژ مثبت را به عنوان یک منبع ورودی و یک ولتاژ منفی را به عنوان یک منبع ورودی دیگر در نظر می‌گیرند. این منابع نیرو رنجی را به وجود می‌آورند که بر اساس آن جریان شدت یافته خروجی می‌تواند جابه‌جا شود زیرا دومین منبع نیروی منفی می‌تواند با آمپلی‌فایر خروجی ایجاد گردد.
آپ امپ با یک منبع نیرو
Op Amp با دو منبع نیرو، کارکرد کاملاً متفاوتی با Op Amp با یک منبع نیرو دارد. در چنین مدارهایی، تنها یک منبع نیروی مثبت خواهد بود و یک اتصال به زمین (GND) به عنوان منبع نیروی منفی فعالیت خواهد کرد. درست مانند تقویت‌کننده‌های عملیاتی دو منبعی، مدار یک ورودی متناوب دارد. با این حال، سیگنال خروجی کامل نیست.
دلیل این اتفاق آن است که شارژ ورودی منفی به مدار آمپلی‌فایر، اتصال به زمین است و این یعنی جریان می‌تواند تنها تا ولتاژ 0 تبادل یابد. به طور کلی، در Op Amp با یک منبع نیرو، رنج سیگنال متناوب به خاطر منبع تغذیه یگانه کاهش می‌یابد.
آمپلی‌فایر غیرمعکوس
از میان تقویت‌کننده‌های عملیاتی، یک Op Amp وجود دارد که آمپلی‌فایر غیرمعکوس نامیده می‌شود. این آپ امپ‌ها به خاطر شکل موجی که دارند، این‌گونه نام‌گذاری شده‌اند.
شکل موج خروجی، شبیه سیگنال‌های بالا و پایین ورودی خواهد بود. به علاوه، از نظر سرعت و فرکانس نیز شکل موج یکسان می‌باشد. عبارت مناسب برای سیگنال‌های ورودی و خروجی را می‌توان سیگنال‌های ورودی و خروجی درون فاز نام گذاشت.
همچون ویژگی‌های درون فاز، تقویت‌کننده‌های عملیاتی غیرمعکوس همچنین، از مقاومت‌ها به عنوان روش ورودی بهره می‌برند تا خروجی تقویت‌شده ارائه دهند. خروجی تقویت‌شده در این مدارها را گین آمپلی‌فایر یا نرخ بهره نیز می‌نامند.
گین یا نرخ بهره آمپلی‌فایر را می‌توان با معادله 1+(r1/r2) محاسبه کرد. واریانس مقاومت‌ها همان چیزی است که تقویت را در یک آمپلی‌فایر غیرمعکوس به وجود می‌آورد زیرا در ورودی این مدارها خبری از جریان در حال حرکت نیست.
با این اوصاف، ولتاژ ورودی و خروجی یکسان می‌ماند و نرخ بهره یا گین بستگی به واریانس مقاومت‌ها دارد هرچند گین این آمپلی‌فایرها به خاطر سطح ولتاژ، هیچ‌گاه کمتر از 1 نخواهد شد.
آمپلی‌فایر معکوس
بر خلاف تقویت‌کننده عملیاتی غیرمعکوس، بین سیگنال‌های ورودی و خروجی Op Amp معکوس، تفاوت وجود دارد. در این آمپلی‌فایرها، سیگنال‌های ورودی و خروجی خارج از فاز هستند.
اگر ورودی یک آمپلی‌فایر معکوس مثبت است، خروجی آن منفی خواهد شد. همچنین، اگر سیگنال ورودی منفی شد، خروجی آن مثبت خواهد بود. شکل موج تقویت‌کننده معکوس نیز از نظر ظاهری با ورودی‌های خارج از فاز یکسان است زیرا امواج آن در ولتاژهای مثبت بالاتر به اوج می‌رسد و در ولتاژهای منفی کاهش می‌یابد.
به علاوه، به خاطر شکل موج یا مشخصات خارج از فاز، گین تقویت‌کننده عملیاتی معکوس با یک معادله متفاوت محاسبه می‌شود. درست مانند مدارهای تقویت‌کننده غیرمعکوس، Op Amp معکوس نیز از مقاومت بهره می‌برد تا خروجی ایجاد نماید. با این حال، این خروجی به وسیله بازخورد مقاومت و ورودی آن محاسبه می‌شود؛ ورودی که هیچ نرخ اضافه‌ای ندارد.
کاربردهای آپ امپ‌ها
به خاطر کاربرد و تنوع بالایی که دارند، تقویت‌کننده‌های عملیاتی را می‌توان در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی یافت. این قطعات همچنین، در بخش‌های عمومی، داخلی، تجاری و صنعتی کاربرد دارند.
از دیگر دستگاه‌هایی که از آپ امپ‌ها استفاده می‌کنند می‌توانیم به آلارم‌ها، چراغ‌های سنسوردار، رادیوها و . . . اشاره کنیم. همچنین، آپ امپ‌ها برای ارسال زنجیره‌ای سیگنال‌ها نیز کاربرد دارند بنابراین می‌توان آنها را در دستگاه‌های کنترل‌کننده قرار داد. آپ امپ‌ها برای تکنولوژی‌های تشخیص صدا بی‌نظیر هستند. آپ امپ‌های غیرمعکوس در تجهیزات میکسینگ نیز به کار می‌روند و می‌توانند در رایانه و مدارهای پردازشگر، ابزارهای ارتباطی و نمایشگرها به کار بروند.
در نهایت، آپ امپ‌های غیرمعکوس می‌توانند در شیفت‌کننده‌های فاز استفاده شوند حال آنکه به طور کلی آپ امپ‌ها در اینورترها، مقایسه‌گرها و مدارهای معکوس‌کننده به کار می‌روند. مدارهای تقویت‌کننده عملیاتی جزو جدانشدنی بیشتر دستگاه‌های الکترونیکی هستند که امروزه در منازل یافت می‌شوند. به علاوه، به خاطر اینکه مدارهای تقویت‌کننده عملیاتی به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند تا سیگنال‌های ضعیف را تقویت کنند، یافتن چندین Op Amp در یک دستگاه الکترونیکی که در آن خروجی بیشتری مورد نیاز است، غیرمعمول نیست.
