تقویت کننده های عملیاتی-opamp-یکی از پایه ای ترین بلوک هایی هستند که مهندسین برق باید در طراحی های خود به کار ببرند.  این مقاله به معرفی مدارهایی که شما میتوانید در طراحی خود به کار ببرید می پردازد.

مناسب برای: مبتدی

Voltage Follower

اولین مدار بسیار ساده است و غیر معقولانه به نظر می رسد:

Intro-to-Op-Amps

شکل ۱- Voltage Follower

 

به این مدار Voltage Follower گفته میشود و با رابطه ی زیر توصیف می شود:

Vin = Vout

به نظر می آید که این مدار خیلی کاربردی نباشد. چرا باید هزینه ی بیشتری بپردازیم برای opamp ای که قرار است شبیه یک سیم عمل کند؟ پاسخ آن ساده است هنگامی که شما در تحلیل مدارهای شامل opamp دو قانون را همواره در نظر داشته باشید:

  • دو ورودی V+ و V هیچ جریانی نمی کشند
  • ولتاژ این دو ورودی همواره برابر اند. این ویژگی گاهی تقریب کوتاه مجازی نامیده می شود

با توجه به قانون اول متوجه می شویم که ورودی V+ مدار هیچ جریانی از ورودی مدار نمی کشد. در واقع میتوان گفت که مدار در V+
high impedance است، هنگامی که در مورد opamp ایده آل صحبت میکنیم میتوان گفت امپدانس این ترمینال بی نهایت است که در عمل میتواند کاربردهای بسیاری داشته باشد مانند این که برای اندازه گیری ولتاژ هر نقطه ای در مدار آن را استفاده کرد بدون این که تاثیری روی ولتاژ آن نقطه داشته باشد. (در عمل استثناهایی نسبت به حالت ایده آل وجود دارد که ما در این مقاله از آن ها صرف نظر میکنیم تا محاسبات پیچیده نشود)

دلیل رابطه ی بالا نیز این است که بنا به قانون دوم ولتاژ V+ و V برابر اند و هم چنین ورودی V به خروجی نیز متصل است لذا ولتاژ ورودی و خروجی همواره برابر اند.

یکی دیگر از کاربردهای این مدار هنگامی است که میخواهیم دو مدار با امپدانس متفاوت را به هم متصل کنیم بدون این که تاثیری روی یکدیگر داشته باشند. جالب است نه؟ پس به کاربردهای بعدی opamp ها توجه کنید.

 

Inverting Amplifier

همانطور که از نام آن مشخص است وظیفه ی آن تقویت است. این مدارها میتوانند ورودی را با ضریب مشخصی تقویت کرده و در خروجی قرار دهند. این ضریب تقویت عموما gain نامیده میشود. در حالت ایده آل بهره ی opamp ها بی نهایت است لذا می توانند هر سیگنالی را تقویت کرده و در خروجی قرار دهند. در دنیای واقعی این قضیه برقرار نیست اما ما در اینجا شرایط را ایده آل در نظر میگیریم تا در تحلیل ها استفاده کنیم.

Intro-to-Op-Amps_(1)

شکل ۲ – Inverting Amplifier

 

مرحله به مرحله جلو میرویم. ابتدا دو قانون خود را دنبال میکنیم. بنا به قانون دوم میبینیم که V+ به زمین متصل است و لذا پایه ی V هم زمین است. جریانی که به گره V وارد شده و از آن خارح می شود بنا به قانون کیرشهف در رابطه ی زیر صدق می کند:

Intro_to_opamp_equation

همانطور که قبلا ذکر شد V نیز صفر است لذا:

Intro_to_opamp_equation1

بنا به قانون اهم نیز داریم:

Intro_to_opamp_equation2

با ساده سازی این رابطه داریم:

Intro_to_opamp_equation3

حال واضح است که این مدار چرا کاربردی است. با توجه به رابطه بالا شما میتوانید با استفاده از این مدار یک gain خطی با تنظیم مقدار Rf/Rin به دست آورید. ضمن این که امپدانس ورودی مدار برابر Rin است که با توجه به امپدانس خروجی مدار قبلی که قرار است به این مدار متصل شود میتوان این مقدار را انتخاب کرد.

 

Non Inverting Amplifier

حال اگر شبکه ی مقاومتی را به جای اتصال به پایه V به پایه ی V+ متصل کنیم؟

Intro-to-Op-Amps_(2)

شکل ۳- Non Inverting Amplifier

 

بنا به قانون دوم داریم V- = V+ = Vin و در نتیجه بنا به رابطه های زیر داریم:

Intro_to_opamp_equation4

بنا به قانون اول که داشتیم opamp هیچ حریانی نمیکشد، جریان Rf و Rin برابر است و میتوان رابطه ی زیر را نوشت:

Intro_to_opamp_equation5

Vin هم که با V برابر است لذا:

Intro_to_opamp_equation6

با ساده کردن روابط داریم:

Intro_to_opamp_equation7

بر خلاف مدار قبلی این مدار به ما یک gain البته مثبت میدهد که به همین دلیل به آن non inverting گفته می شود و خروجی آن با ورودی آن همفاز است. اما بر خلاف مدار قبلی در این مدار بهره ی کمتر از یک نمیتوانیم داشته باشیم.

 

جمع بندی

Opamp ها المان هایی هستند که در بسیاری از مدارها کاربرد دارند. ما در این مقاله به کاربردهای اولیه ی آن ها اشاره ی کوتاهی داشتیم که در مقالات بعدی به شرح و تفضیل بیان خواهند شد. سوالات خود را نیز می‌توانید از بخش نظرات این پست با ما در میان بگذارید.

 

خیلی بدضعیفمتوسطخوبخیلی عالی (3 نظر, امتیاز کل: 4٫00 از 5)
Loading...
با دوستان خود به اشتراک گذارید!

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *