แอมป์โอเปอเรชันหรือแอมป์ทำงาน
แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการหรือโอปแอมเป็นแอมพลิฟายเออร์แรงดันที่เชื่อมต่อด้วยกระแสตรงและมีความเพิ่มขึ้นของแรงดันสูงมาก
โอปแอมโดยพื้นฐานแล้วคือแอมพลิฟายเออร์หลายขั้นตอนที่มีวงจรแอมพลิฟายเออร์หลายขั้นตอนเชื่อมโยงกันในลักษณะที่ซับซ้อน มีวงจรภายในประกอบด้วยทรานซิสเตอร์จำนวนมาก FET และ ตัวต้านทาน ทั้งหมดนี้ใช้พื้นที่น้อยมาก ดังนั้นจึงถูกบรรจุอยู่ในแพ็คเกจเล็กๆ และสามารถหาได้ในรูปแบบวงจรรวม (IC) คำว่า โอปแอม ใช้เพื่อบ่งบอกแอมพลิฟายเออร์ที่สามารถกำหนดให้ทำงานตามการทำงานต่างๆ เช่น การขยายสัญญาณ การลบสัญญาณ การแยกสัญญาณ การบวกสัญญาณ การรวมสัญญาณ เป็นต้น ตัวอย่างที่นิยมมากคือ IC 741.
สัญลักษณ์และความปรากฏในรูปแบบวงจรรวม (IC) แสดงด้านล่าง สัญลักษณ์จะปรากฏเป็นหัวลูกศรที่บ่งบอกว่าสัญญาณไหลจากเอาต์พุตไปยังอินพุต
เทอร์มินัลขาเข้าและขาออกของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
โอปแอมมีเทอร์มินัลขาเข้าสองตัวและเทอร์มินัลขาออกหนึ่งตัว โอปแอมยังมีเทอร์มินัลกำลังไฟสองตัวดังที่เห็นข้างต้น เทอร์มินัลขาเข้าสองตัวสร้างสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียล เราเรียกเทอร์มินัลที่มีเครื่องหมายลบ (-) ว่าเทอร์มินัลกลับด้านและเทอร์มินัลที่มีเครื่องหมายบวก (+) ว่าเทอร์มินัลไม่กลับด้านของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ หากเราใส่สัญญาณที่เทอร์มินัลกลับด้าน (-) สัญญาณที่ขยายแล้วจะมีเฟสเปลี่ยน 180 องศาเมื่อเทียบกับสัญญาณที่ใส่เข้ามา หากเราใส่สัญญาณที่เทอร์มินัลไม่กลับด้าน (+) สัญญาณที่ได้จะอยู่ในเฟสเดียวกับสัญญาณที่ใส่เข้ามา คือ จะไม่มีการเปลี่ยนเฟส
แหล่งจ่ายไฟสำหรับแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
จากสัญลักษณ์วงจรด้านบน มีเทอร์มินัลกำลังไฟขาเข้าสองตัว +VCC และ –VCC สำหรับการทำงานของโอปแอม จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟ DC แบบคู่ขั้ว ในแหล่งจ่ายไฟแบบคู่ขั้ว เราเชื่อม +VCC กับแหล่งจ่ายไฟ DC บวก และเทอร์มินัล –VCC กับแหล่งจ่ายไฟ DC ลบ อย่างไรก็ตาม บางโอปแอมสามารถทำงานด้วยแหล่งจ่ายไฟแบบขั้วเดียวได้ โปรดทราบว่าไม่มีเทอร์มินัลกราวน์ร่วมในโอปแอม ดังนั้นต้องสร้างกราวน์ภายนอก
หลักการทำงานของโอปแอม
การทำงานแบบวงจรเปิดของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น โอปแอมมีสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียลและสัญญาณออกแบบเดี่ยว ดังนั้นหากเราใส่สัญญาณสองสัญญาณหนึ่งที่เทอร์มินัลกลับด้านและอีกหนึ่งที่เทอร์มินัลไม่กลับด้าน โอปแอมที่สมบูรณ์แบบจะขยายความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่ใส่เข้ามา เราเรียกความแตกต่างระหว่างสัญญาณที่ใส่เข้ามาสองสัญญาณนี้ว่าแรงดันสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียล สมการด้านล่างให้ผลของการขยายสัญญาณของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
ที่ไหน, VOUT คือแรงดันที่เทอร์มินัลขาออกของโอปแอม AOL คือความเพิ่มขึ้นของสัญญาณแบบวงจรเปิดสำหรับโอปแอมที่กำหนดและเป็นค่าคงที่ (ในทางทฤษฎี) สำหรับ IC 741 AOL คือ 2 x 105.
V1 คือแรงดันที่เทอร์มินัลไม่กลับด้าน.
V2 คือแรงดันที่เทอร์มินัลกลับด้าน.
(V1 – V2) คือแรงดันสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียล
จากสมการดังกล่าวชัดเจนว่าผลลัพธ์จะไม่เป็นศูนย์ถ้าและเฉพาะถ้าแรงดันสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียลไม่เป็นศูนย์ (V1 และ V2 ไม่เท่ากัน) และจะเป็นศูนย์ถ้า V1 และ V2 เท่ากัน โปรดทราบว่านี่คือเงื่อนไขที่สมบูรณ์แบบ แต่ในทางปฏิบัติมีความไม่สมดุลเล็กน้อยในโอปแอม ความเพิ่มขึ้นของสัญญาณแบบวงจรเปิดของโอปแอมสูงมาก ดังนั้นโอปแอมแบบวงจรเปิดจะขยายแรงดันสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียลเล็กน้อยเป็นค่าที่ใหญ่มาก
นอกจากนี้ยังเป็นจริงว่าหากเราใส่แรงดันสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียลเล็กน้อย โอปแอมจะขยายสัญญาณนั้นเป็นค่าที่สำคัญ แต่ค่านี้ที่ขาออกไม่สามารถเกินแรงดันกำลังไฟของโอปแอม ดังนั้นจึงไม่ละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงาน
การทำงานแบบวงจรป้อนกลับ
การทำงานของโอปแอมที่อธิบายข้างต้นเป็นการทำงานแบบวงจรเปิด คือไม่มีป้อนกลับ เราแนะนำป้อนกลับในรูปแบบวงจรป้อนกลับ ทางป้อนกลับนี้จะนำสัญญาณที่ขาออกไปยังขาเข้า ดังนั้นที่ขาเข้าจะมีสัญญาณสองสัญญาณพร้อมกัน สัญญาณหนึ่งคือสัญญาณที่ใส่เข้ามาและอีกสัญญาณหนึ่งคือสัญญาณป้อนกลับ สมการด้านล่างแสดงผลของโอปแอมแบบวงจรป้อนกลับ
ที่ไหน VOUT คือแรงดันที่เทอร์มินัลขาออกของโอปแอม ACL คือความเพิ่มขึ้นของสัญญาณแบบวงจรป้อนกลับ วงจรป้อนกลับที่เชื่อมต่อกับโอปแอมกำหนดความเพิ่มขึ้นของสัญญาณ ACL VD = (V1 – V2) คือแรงดันสัญญาณเข้าแบบดิฟเฟเรนเชียล เราเรียกป้อนกลับว่าเป็นบวกหากทางป้อนกลับนำสัญญาณจากเทอร์มินัลขาออกไปยังเทอร์มินัลไม่กลับด้าน (+) ป้อนกลับบวกใช้ใน ออสซิลเลเตอร์ ป้อนกลับเป็นลบหากทางป้อนกลับนำส่วนหนึ่งของสัญญาณจากเทอร์มินัลขาออกไปยังเทอร์มินัลกลับด้าน (-) เราใช้ป้อนกลับลบในการใช้งานโอปแอมเป็นแอมพลิฟายเออร์ แต่ละประเภทของป้อนกลับ ไม่ว่าจะเป็นบวกหรือลบ มีข้อดีและข้อเสียของตนเอง
ป้อนกลับบวก ⇒ ออสซิลเลเตอร์
ป้อนกลับลบ ⇒ แอมพลิฟายเออร์
คำอธิบายข้างต้นเป็นหลักการทำงานพื้นฐานของแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ
คุณสมบัติของโอปแอมที่สมบูรณ์แบบ
โอปแอมที่สมบูรณ์แบบควรมีคุณสมบัติดังนี้:
