Οπ amp ή Operational Amplifier

Ένας λειτουργικός προσδιορισμένος ενισχυτής ή op amp είναι ένας ενισχυτής τάσης με σύνδεση DC και πολύ υψηλό ποσοστό ενίσχυσης.

Ο op amp είναι βασικά ένας πολυβάθμιος ενισχυτής στον οποίο διάφορες βαθμίδες ενισχυτή είναι συνδεδεμένες μεταξύ τους με πολύ περίπλοκο τρόπο. Το εσωτερικό του περιλαμβάνει πολλούς τρανζίστορες, FETs και αντιστοίχους. Όλα αυτά καταλαμβάνουν πολύ μικρό χώρο.
Επομένως, είναι συστηματοποιημένος σε ένα μικρό πακέτο και είναι διαθέσιμος σε μορφή Συνενωμένου Κύκλου (IC). Ο όρος Op Amp χρησιμοποιείται για να δηλώσει έναν ενισχυτή που μπορεί να διαμορφωθεί για να εκτελεί διάφορες λειτουργίες όπως ενίσχυση, αφαίρεση, διαφορικό, πρόσθεση, ολοκλήρωση κλπ. Ένα παράδειγμα είναι ο πολύ δημοφιλής IC 741.

Το σύμβολο και η πραγματική εμφάνισή του σε μορφή IC είναι δεικτικά παρακάτω. Το σύμβολο εμφανίζεται ως κορυφή βέλους, η οποία σημαίνει ότι το σήμα ρέει από την έξοδο προς την είσοδο.

Είσοδοι και Έξοδοι ενός Λειτουργικού Ενισχυτή

Ένας op-amp έχει δύο εισόδους και έναν έξοδο. Ο op-amp έχει επίσης δύο εισαγωγικά κατανομείς τάσης, όπως φαίνεται παραπάνω. Οι δύο εισόδοι σχηματίζουν τη διαφορική είσοδο. Ονομάζουμε την είσοδο με τον αρνητικό (-) σημαδοστόχασμα ως αναστρεφόμενη είσοδο και την είσοδο με τον θετικό (+) σημαδοστόχασμα ως μη-αναστρεφόμενη είσοδο του λειτουργικού ενισχυτή. Εάν εφαρμόσουμε ένα σήμα στην αναστρεφόμενη είσοδο (-), τότε το ενισχυμένο εξοδικό σήμα θα είναι 180ο εκτός φάσης σε σχέση με το εφαρμοσμένο εισαγωγικό σήμα. Εάν εφαρμόσουμε ένα σήμα στη μη-αναστρεφόμενη είσοδο (+), τότε το εξοδικό σήμα θα είναι σε φάση, δηλαδή δεν θα έχει μετατόπιση φάσης σε σχέση με το εισαγωγικό σήμα.

Πηγή Ροφής για έναν Λειτουργικό Ενισχυτή

Όπως φαίνεται από το σύμβολο του πλήθους, έχει δύο εισαγωγικές πηγές ροφής +VCC και –VCC. Για τη λειτουργία ενός op-amp, η διπλή πολαρότητα DC είναι απαραίτητη. Στη διπλή πολαρότητα, συνδέουμε το +VCC στη θετική DC ροφή και το –VCC στην αρνητική DC ροφή. Ωστόσο, μερικοί op-amps μπορούν να λειτουργήσουν και με μονή πολαρότητα. Σημειώστε ότι δεν υπάρχει κοινή γη στους op-amps, οπότε η γη πρέπει να εγκαθιδρυθεί εξωτερικά.

Λειτουργικό Αρχή του Op-Amp

Λειτουργία Χωρίς Παρακαμπτικός Δρόμος ενός Λειτουργικού Ενισχυτή

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, ένας op-amp έχει διαφορική είσοδο και μονόκλινο έξοδο. Έτσι, εάν εφαρμόσουμε δύο σήματα, το ένα στην αναστρεφόμενη και το άλλο στη μη-αναστρεφόμενη είσοδο, ένας τέλειος op-amp θα ενισχύσει τη διαφορά μεταξύ των δύο εφαρμοσμένων εισαγωγικών σημάτων. Ονομάζουμε αυτή τη διαφορά μεταξύ των δύο εισαγωγικών σημάτων ως διαφορική εισαγωγική τάση. Η εξής εξίσωση δίνει την έξοδο ενός λειτουργικού ενισχυτή.Όπου, VOUT είναι η τάση στην εξοδική θέση του op-amp. AOL είναι η ενίσχυση χωρίς παρακαμπτικός δρόμος για το δοθέν op-amp και είναι σταθερή (τελειώς). Για το IC 741, AOL είναι 2 x 105.
V1 είναι η τάση στη μη-αναστρεφόμενη είσοδο.
V2 είναι η τάση στην αναστρεφόμενη είσοδο.
(V1 – V2) είναι η διαφορική εισαγωγική τάση.
Είναι σαφές από την παραπάνω εξίσωση ότι η έξοδος θα είναι μη-μηδενική μόνο και μόνο αν η διαφορική εισαγωγική τάση είναι μη-μηδενική (V1 και V2 δεν είναι ίσες), και θα είναι μηδενική εάν και V1 και V2 είναι ίσες. Σημειώστε ότι αυτή είναι μια τελειώς ιδανική συνθήκη, πρακτικά υπάρχουν μικρές ανισορροπίες στο op-amp. Η ενίσχυση χωρίς παρακαμπτικός δρόμος ενός op-amp είναι πολύ υψηλή. Επομένως, ένας op-amp χωρίς παρακαμπτικός δρόμος ενισχύει μια μικρή εφαρμοσμένη διαφορική εισαγωγική τάση σε μεγάλη τιμή.
Επίσης, είναι αλήθεια ότι εάν εφαρμόσουμε μικρή διαφορική εισαγωγική τάση, ο λειτουργικός ενισχυτής την ενισχύει σε σημαντική τιμή, αλλά αυτή η σημαντική τιμή στην έξοδο δεν μπορεί να ξεπεράσει την πηγή ροφής του op-amp. Επομένως, δεν παραβιάζει τον νόμο της διατήρησης της ενέργειας.

Λειτουργία με Παρακαμπτικός Δρόμος

Η παραπάνω εξ