چگونه عمل می کند پارامتر تقویت کننده عملیاتی (O- Pamp)

آمپلیفایر عملکردی چگونه کار می‌کند؟

آمپلیفایر عملکردی (Op-Amp) یک مولفه الکترونیکی بسیار مجتمع است که به طور گسترده در مدارها برای تقویت سیگنال، فیلترینگ، ادغام، تمایز و کاربردهای دیگر استفاده می‌شود. عملکرد اصلی آن تقویت اختلاف ولتاژ بین دو ترمینال ورودی آن است. در ادامه توضیح می‌دهیم که چگونه آمپلیفایر عملکردی کار می‌کند و مفاهیم کلیدی آن چیست:

۱. ساختار پایه

• آمپلیفایر عملکردی معمولاً پنج پین دارد:

• ورودی غیر معکوس (V+): ترمینال ورودی مثبت.

• ورودی معکوس (V−): ترمینال ورودی منفی.

• خروجی (Vout): سیگنال خروجی تقویت شده.

• منبع مثبت (Vcc): ولتاژ منبع تغذیه مثبت.

• منبع منفی (Vee): ولتاژ منبع تغذیه منفی.

۲. اصل کار

فرضیات برای آمپلیفایر عملکردی ایده‌آل

• بازتاب نامحدود: به طور ایده‌آل، بازتاب A آمپلیفایر نامحدود است.

• امپدانس ورودی نامحدود: امپدانس ورودی Rin نامحدود است، به این معنی که جریان ورودی تقریباً صفر است.

• امپدانس خروجی صفر: امپدانس خروجی Rout صفر است، به این معنی که جریان خروجی می‌تواند به طور دلخواه بزرگ باشد بدون اینکه ولتاژ خروجی تحت تأثیر قرار گیرد.

• باند نامحدود: به طور ایده‌آل، آمپلیفایر می‌تواند در تمام فرکانس‌ها بدون هیچ محدودیتی کار کند.

ویژگی‌های آمپلیفایر عملکردی واقعی

• بازتاب محدود: در عمل، بازتاب A آمپلیفایر محدود است و معمولاً بین ده به توان پنج تا ده به توان شش متغیر است.

• امپدانس ورودی محدود: امپدانس ورودی واقعی نامحدود نیست اما بسیار بالا (سطح مگاهم) است.

• امپدانس خروجی غیر صفر: امپدانس خروجی واقعی صفر نیست اما بسیار کم (سطح کم) است.

• باند محدود: باند واقعی آمپلیفایر محدود است و معمولاً بین صدها کیلوهرتز تا مگاهرتز متغیر است.

۳. حالت‌های کاری پایه

پیکربندی باز

بازتاب باز: در پیکربندی باز، بازتاب A آمپلیفایر به طور مستقیم ولتاژ ورودی دیفرانسیل را تقویت می‌کند.

شبکه‌شدن: به دلیل بازتاب بالا A، حتی اختلاف ولتاژ ورودی کوچک می‌تواند باعث شود ولتاژ خروجی به حدود ولتاژ منابع تغذیه (یعنی Vcc یا Vee) برسد.

پیکربندی بسته

پس‌خورد منفی: با معرفی پس‌خورد منفی، بازتاب آمپلیفایر می‌تواند به طوری کنترل شود که در محدوده مناسبی کار کند.

مدار پس‌خورد منفی: مدارهای پس‌خورد منفی معمول شامل تقویت‌کننده‌های معکوس، تقویت‌کننده‌های غیر معکوس و تقویت‌کننده‌های دیفرانسیلی است.

کوتاه مجازی و باز مجازی: در مدارهای پس‌خورد منفی، ولتاژ در دو ترمینال ورودی آمپلیفایر تقریباً مساوی است (کوتاه مجازی) و جریان ورودی تقریباً صفر است (باز مجازی).

۴. مدارهای کاربردی معمول

تقویت‌کننده معکوس

ساختار مدار: سیگنال ورودی از طریق مقاومت R1 به ورودی معکوس V− ارسال می‌شود و مقاومت پس‌خورد Rf خروجی Vout را به ورودی معکوس V− متصل می‌کند.

Vout به ورودی معکوس V- متصل می‌شود.

تقویت‌کننده غیر معکوس

ساختار مدار: سیگنال ورودی از طریق مقاومت R1 به ورودی غیر معکوس V+ ارسال می‌شود و مقاومت پس‌خورد Rf خروجی Vout را به ورودی معکوس V− متصل می‌کند.

تقویت‌کننده دیفرانسیلی

ساختار مدار: دو سیگنال ورودی به ورودی غیر معکوس V+ و ورودی معکوس V− اعمال می‌شود و مقاومت پس‌خورد Rf خروجی V out را به ورودی معکوس V− متصل می‌کند.

۵. خلاصه

آمپلیفایر عملکردی با تقویت اختلاف ولتاژ بین دو ترمینال ورودی آن کار می‌کند و عملکرد اصلی آن بر اساس بازتاب بالا و مکانیسم‌های پس‌خورد منفی است. با استفاده از پیکربندی‌های مختلف مداری، آمپلیفایرهای عملکردی می‌توانند عملکردهای مختلفی مانند تقویت، فیلترینگ، ادغام و تمایز انجام دهند. درک اصول کار و مدارهای کاربردی معمول آمپلیفایرهای عملکردی برای طراحی و رفع مشکلات سیستم‌های الکترونیکی مختلف ضروری است.