Amplifikator operasional

یک ویرایشگر عملیاتی یا ویرایشگر عملیاتی یک تقویت‌کننده ولتاژ با جفت‌سازی مستقیم ولتاژ است که دارای بسیار بالا است.

ویرایشگر عملیاتی در واقع یک تقویت‌کننده چندمرحله‌ای است که چندین مرحله تقویت‌کننده به هم متصل شده‌اند. مدار داخلی آن شامل ترانزیستورها، FETها و مقاومت‌ها است. تمام این موارد فضای بسیار کمی را اشغال می‌کنند.
بنابراین، آن در یک بسته کوچک قرار داده شده و در قالب مدار مجتمع (IC) در دسترس است. اصطلاح ویرایشگر عملیاتی برای نشان دادن یک تقویت‌کننده که می‌توان آن را برای انجام عملیات مختلف مانند تقویت، تفریق، مشتق‌گیری، جمع، انتگرال‌گیری و غیره تنظیم کرد. یک مثال خیلی معروف IC 741 است.

نماد و ظاهر واقعی آن در قالب مدار مجتمع در زیر نشان داده شده است. نماد به صورت یک سرپیچ ظاهر می‌شود که نشان می‌دهد سیگنال از خروجی به ورودی جریان دارد.

ورودی و خروجی ترمینال‌های یک ویرایشگر عملیاتی

یک ویرایشگر عملیاتی دو ترمینال ورودی و یک ترمینال خروجی دارد. ویرایشگر عملیاتی همچنین دو ترمینال تأمین ولتاژ دارد. دو ترمینال ورودی تشکیل یک ورودی دیفرانسیل می‌دهند. ما ترمینالی که با علامت منفی (-) مشخص شده را ترمینال معکوس و ترمینالی که با علامت مثبت (+) مشخص شده را ترمینال غیرمعکوس ویرایشگر عملیاتی می‌نامیم. اگر سیگنال ورودی را در ترمینال معکوس (-) اعمال کنیم، سیگنال خروجی تقویت شده ۱۸۰ درجه اختلاف فازی با سیگنال ورودی اعمال شده خواهد داشت. اگر سیگنال ورودی را در ترمینال غیرمعکوس (+) اعمال کنیم، سیگنال خروجی به دست آمده در فاز خواهد بود، یعنی اختلاف فازی با سیگنال ورودی نخواهد داشت.

تامین انرژی برای یک ویرایشگر عملیاتی

مانند نماد مداری بالا، دو ترمینال تأمین انرژی ورودی +VCC و –VCC دارد. برای عملکرد یک ویرایشگر عملیاتی، تأمین انرژی DC دو قطبی ضروری است. در تأمین انرژی دو قطبی، +VCC به تأمین انرژی DC مثبت و –VCC به تأمین انرژی DC منفی متصل می‌شود. با این حال، چندین ویرایشگر عملیاتی می‌توانند با تأمین انرژی یک قطبی نیز کار کنند. توجه داشته باشید که در ویرایشگرهای عملیاتی هیچ ترمینال مشترک زمین وجود ندارد، بنابراین باید زمین را خارجی ایجاد کرد.

اصل کار ویرایشگر عملیاتی

عملکرد حلقه باز یک ویرایشگر عملیاتی

مانند آنچه در بالا ذکر شد، یک ویرایشگر عملیاتی یک ورودی دیفرانسیل و یک خروجی تک‌طرفه دارد. بنابراین، اگر دو سیگنال، یکی در ترمینال معکوس و دیگری در ترمینال غیرمعکوس اعمال کنیم، یک ویرایشگر عملیاتی ایده‌آل تفاوت بین دو سیگنال ورودی اعمال شده را تقویت می‌کند. ما این تفاوت بین دو سیگنال ورودی را ولتاژ ورودی دیفرانسیل می‌نامیم. معادله زیر خروجی یک ویرایشگر عملیاتی را نشان می‌دهد.که در آن VOUT ولتاژ در ترمینال خروجی ویرایشگر عملیاتی است. AOL گین حلقه باز برای ویرایشگر عملیاتی داده شده است و ثابت است (در شرایط ایده‌آل). برای IC 741 AOL ۲ × ۱۰۵ است.
V1 ولتاژ در ترمینال غیرمعکوس است.
V2 ولتاژ در ترمینال معکوس است.
(V1 – V2) ولتاژ ورودی دیفرانسیل است.
از معادله فوق مشخص است که خروجی تنها در صورتی غیرصفر خواهد بود که ولتاژ ورودی دیفرانسیل غیرصفر باشد (V1 و V2 مساوی نباشند)، و صفر خواهد بود اگر V1 و V2 مساوی باشند. توجه داشته باشید که این یک شرایط ایده‌آل است، در عمل، عدم تعادلات کوچکی در ویرایشگر عملیاتی وجود دارد. گین حلقه باز یک ویرایشگر عملیاتی بسیار بالا است. بنابراین، یک ویرایشگر عملیاتی حلقه باز یک ولتاژ ورودی دیفرانسیل کوچک را به مقدار بسیار زیادی تقویت می‌کند.
همچنین صحیح است که اگر یک ولتاژ ورودی دیفرانسیل کوچک اعمال کنیم، ویرایشگر عملیاتی آن را به مقدار قابل توجهی تقویت می‌کند، اما این مقدار قابل توجه در خروجی نمی‌تواند فراتر از ولتاژ تأمین انرژی ویرایشگر عملیاتی باشد. بنابراین، قانون حفظ انرژی را نقض نمی‌کند.

عملکرد حلقه بسته

عملکرد فوق برای حالت حلقه باز یعنی بدون بازخورد توضیح داده شد. در حالت حلقه بسته، بازخورد معرفی می‌شود. این مسیر بازخورد سیگنال خروجی را به ورودی می‌برد. بنابراین، در ورودی‌ها، دو سیگنال به طور همزمان موجود هستند. یکی از آنها سیگنال اعمال شده اصلی و دیگری سیگنال بازخورد است. معادله زیر خروجی یک ویرایشگر عملیاتی حلقه بسته را نشان می‌دهد.که در آن VOUT ولتاژ در ترمینال خروجی ویرایشگر عملیاتی است. ACL گین حلقه بسته است. مدار بازخورد متصل شده به ویرایشگر عملیاتی گین حلقه بسته ACL را تعیین می‌کند. VD = (V1 – V2) ولتاژ ورودی دیفرانسیل است. بازخورد را مثبت می‌گوییم اگر مسیر بازخورد سیگنال را از ترمینال خروجی به ترمینال غیرمعکوس (+) ببرد. بازخورد مثبت در نوسان‌سازها استفاده می‌شود. بازخورد منفی است اگر مسیر بازخورد بخشی از سیگنال را از ترمینال خروجی به ت