İşlemsel amplifikatörü ters çevirme

Op-Amp (Operasyonel Amplifikatör), Analog elektroniğin bel kemiğidir. Bir işlemsel yükseltici, direnç geri beslemesi kullanarak bir diferansiyel girişten gelen Gerilimi yükselten DC-bağlı bir elektronik bileşendir. Op-Amp'ler, birçok şekilde yapılandırılabildikleri ve farklı yönlerden kullanılabildikleri için çok yönlülüğü ile popülerdir. Bir op-amp devresi, bant genişliği, giriş ve çıkış empedansı, kazanç marjı vb. Gibi birkaç değişkenden oluşur. Farklı op-amp sınıfları, bu değişkenlere bağlı olarak farklı özelliklere sahiptir. Farklı entegre devre (IC) paketinde çok sayıda op-amp vardır, bazı op-amp ic'lerin tek bir pakette iki veya daha fazla op-amp vardır. LM358, LM741, LM386, yaygın olarak kullanılan bazı Op-amp IC'lerdir. Op-amp devreleri bölümümüzü takip ederek Op-amp'ler hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Bir op-amp'in iki diferansiyel giriş pini ve güç pimleriyle birlikte bir çıkış pimi vardır. Bu iki diferansiyel giriş pini, ters çeviren pim veya Negatif ve Ters çevirmeyen pim veya Pozitiftir. Bir op-amp, bu iki giriş pini arasındaki voltaj farkını güçlendirir ve Vout veya çıkış pini boyunca güçlendirilmiş çıkışı sağlar.

Giriş tipine bağlı olarak, op-amp, Tersine Çeviren Amplifikatör veya Ters Çevirmeyen Amplifikatör olarak sınıflandırılabilir. Önceki Ters çevirmeyen op-amp eğitiminde, yükselticiyi ters çevirmeyen bir konfigürasyonda nasıl kullanacağımızı gördük. Bu eğitimde, yapılandırmayı tersine çevirmede op-amp'in nasıl kullanılacağını öğreneceğiz.

Operasyonel Amplifikatör Yapılandırmasını Tersine Çevirme

Tersine Çevirici Amplifikatör olarak adlandırılır çünkü op-amp, çıkış sinyalinin faz açısını giriş sinyaline göre tam olarak 180 derece faz dışı değiştirir. Daha önce olduğu gibi, geri besleme devresi oluşturmak ve amplifikatör boyunca kapalı bir devre yapmak için iki harici direnç kullanıyoruz.

Ters çevirmeyen konfigürasyonda, amplifikatör boyunca pozitif geri bildirim sağladık, ancak konfigürasyonu tersine çevirmek için op-amp devresi boyunca negatif geri bildirim üretiyoruz.

Op-amp yapılandırmasını tersine çevirmek için bağlantı şemasına bakalım

Yukarıdaki ters çeviren op-amp'de, R1 ve R2'nin op-amp devresi boyunca gerekli geri bildirimi sağladığını görebiliriz. R2, Direnç sinyali giriş direnci ve R1 direnci geri besleme dirençtir. Bu geri besleme devresi, diferansiyel giriş voltajını neredeyse sıfıra zorlar.

Geri bildirim op-amp'in negatif terminaline bağlanır ve pozitif terminal toprağa bağlanır. Ters çevirme girişindeki gerilim potansiyeli, ters çevirmeyen girişin gerilim potansiyeli ile aynıdır. Böylece, tersine çevrilemeyen giriş boyunca, yer veya Dünya ile aynı potansiyelde olan bir Sanal Dünya toplama noktası oluşturulur. Op-amp, diferansiyel bir amplifikatör olarak hareket edecektir.

Bu nedenle, op-amp'in ters çevrilmesi durumunda, giriş terminaline akım akışı olmaz, ayrıca giriş Voltajı, her ikisi de ortak sanal toprak kaynağı olduğu için iki direnç boyunca geri besleme voltajına eşittir. Sanal toprak nedeniyle, op-amp'in giriş direnci, R2 olan op-amp'in giriş direncine eşittir. Bu R2'nin kapalı döngü kazancı ile bir ilişkisi vardır ve kazanç, geri besleme olarak kullanılan harici dirençlerin oranıyla ayarlanabilir.

Giriş terminalinde akım akışı olmadığından ve diferansiyel giriş voltajı sıfır olduğundan, op amp'in kapalı döngü kazancını hesaplayabiliriz. Bağlantıyı takip ederek Op-amp yapısı ve çalışması hakkında daha fazla bilgi edinin.

Tersine Çevirme Op-amp Kazancı

Yukarıdaki görüntüde, ters çevirme op-amp ile birlikte kullanılan voltaj bölücü geri besleme dirençleri olan iki direnç R2 ve R1 gösterilmektedir. R1, Geri Besleme direncidir (Rf) ve R2 giriş direncidir (Rin). Dirençten geçen akımı hesaplarsak o zaman-

i = (Vin - Vout) / (Rin (R2) - Rf (R1))

Dout, bölenin orta noktası olduğundan, şu sonuca varabiliriz:

Daha önce açıkladığımız gibi, sanal zemin veya aynı düğüm toplama noktası nedeniyle, geri besleme voltajı 0, Dout = 0. Yani,

Bu nedenle, kapalı döngü kazancı için ters çeviren amplifikatör formülü

Kazanç (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Dolayısıyla, bu formülden, diğer üç değişken mevcut olduğunda dört değişkenden herhangi birini elde ederiz. Op-amp Kazanç hesaplayıcısı, tersine çeviren bir op-amp kazancını hesaplamak için kullanılabilir.

Formülde negatif bir işaret görebildiğimiz gibi, çıkış, giriş sinyalinin fazının aksine 180 derece faz dışı olacaktır.

Ters Çevirme Amplifikatörünün Pratik Örneği

Yukarıdaki görüntüde, iki geri besleme direncinin op-amp'de gerekli geri bildirimi sağladığı bir op-amp konfigürasyonu gösterilmektedir. Giriş direnci olan R2 direnci ve R1 geri besleme direncidir. 1K ohm direnç değerine ve R1 geri besleme direncine sahip giriş direnci R2, 10k ohm direnç değerine sahiptir. Op-amp'in ters çevirme kazancını hesaplayacağız. Geri besleme, negatif terminalde sağlanır ve pozitif terminal toprağa bağlanır.

Op-amp devresinin kazancını tersine çevirme formülü-

Kazanç (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin)

Yukarıdaki devrede Rf = R1 = 10k ve Rin = R2 = 1k

Yani, Kazanç (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Kazanç (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

Yani kazanç -10 kat olacak ve çıkış 180 derece faz dışı olacaktır.

Şimdi, op-amp kazancını -20 katına çıkarırsak, giriş direnci aynı olacaksa geri besleme direnci değeri ne olur? Yani, Kazanç = -20 ve Rin = R2 = 1k. -20 = - (R1 / 1k) R1 = 20k

Yani, 10k değerini 20k'ye yükseltirsek, op-amp kazancı -20 kat olacaktır.

Dirençlerin oranını değiştirerek op-amp kazancını artırabiliriz, ancak Rin veya R2 olarak daha düşük direnç kullanılması önerilmez. Direncin daha düşük değeri giriş empedansını düşürdüğünden ve giriş sinyaline bir yük oluşturur. İçinde tipik olay değeri 10k 4.7K giriş direnci için kullanılır.

Yüksek kazanç gerektirdiğinde ve girişte yüksek empedans sağlamalıyız, geri besleme dirençlerinin değerini artırmalıyız. Ancak, Rf boyunca çok yüksek değerli direnç kullanılması da tavsiye edilmez. Daha yüksek geri besleme direnci, kararsız kazanç marjı sağlar ve sınırlı bant genişliğiyle ilgili işlemler için uygun bir seçim olamaz. Tipik değer 100k veya geri besleme direncinde kullanılandan biraz daha fazla.

Yüksek kazançta güvenilir çalışma için op-amp devresinin bant genişliğini de kontrol etmemiz gerekiyor.

Toplama Amplifikatörü veya Op Amp Toplayıcı Devresi

Tersine çeviren bir op-amp, Op amp Summing Amplifier gibi çeşitli yerlerde kullanılabilir. Ters çevirme op-amp'in önemli bir uygulaması, toplama amplifikatörü veya sanal toprak karıştırıcısıdır.

Yukarıdaki görüntüde, ters çevrilmiş bir op-amp'in ters çevirme terminali boyunca birkaç farklı sinyali karıştırdığı sanal bir toprak karıştırıcısı veya toplama amplifikatörü gösterilmektedir. Tersine çeviren bir amplifikatör girişi, ses miksajı ile ilgili çalışmalarda mikserle ilgili mükemmel bir uygulama sağlayan neredeyse toprak potansiyelindedir.

Gördüğümüz gibi, farklı giriş dirençleri kullanılarak negatif terminal boyunca farklı sinyaller birbirine eklenir. Farklı sinyal girişlerinin sayısında herhangi bir sınırlama yoktur. Her farklı sinyal bağlantı noktasının kazancı, geri besleme direnci R2'nin oranı ve belirli kanalın giriş direnci tarafından belirlenir.

Ayrıca çeşitli op-amp tabanlı devreleri takip ederek op-amp uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinin. Bu ters çevirme op-amp yapılandırması, aktif düşük geçiş veya aktif yüksek geçiş filtresi gibi çeşitli filtrelerde de kullanılır.

Trans-Empedans Amplifikatör Devresi

Op amp ters çevirici amplifikatörün bir başka kullanımı, amplifikatörü Trans-Empedans Amplifikatörü olarak kullanmaktır.

Böyle bir devrede op-amp, çok düşük giriş akımını karşılık gelen çıkış voltajına dönüştürür. Dolayısıyla, bir Trans-Empedans amplifikatörü akımı voltaja dönüştürür.

Akımı Fotodiyot, İvmeölçerler veya düşük akım üreten diğer sensörlerden dönüştürebilir ve trans-empedans amplifikatörü kullanılarak akım bir voltaja dönüştürülebilir.

Yukarıdaki görüntüde, foto-diyottan türetilen akımı bir voltaja dönüştüren Trans-Empedans Amplifikatörü yapmak için ters çevrilmiş bir op-amp kullanılmıştır. Amplifikatör, fotodiyot boyunca düşük empedans sağlar ve op-amp çıkış voltajından izolasyon oluşturur.

Yukarıdaki devrede sadece bir geri besleme direnci kullanılır. R1, yüksek değerli geri besleme direncidir. Bu R1 direncinin değerini değiştirerek kazancı değiştirebiliriz. Op-amp'in yüksek kazancı, fotodiyot akımının direnç R1 üzerinden geri besleme akımına eşit olduğu sabit bir koşul kullanır.

Foto-diyot boyunca herhangi bir harici önyargı sağlamadığımız için, fotodiyotun giriş ofset voltajı çok düşüktür ve herhangi bir çıkış ofset voltajı olmadan büyük voltaj kazancı sağlar. Foto diyotun akımı, yüksek çıkış voltajına dönüştürülecektir.

Tersine çevirme op-amp'in diğer uygulamaları şunlardır:

1. Faz değiştirici
2. Entegratör
3. Sinyal dengeleme ile ilgili işlerde
4. Doğrusal RF karıştırıcı
5. Çeşitli sensörler, çıktı için ters op-amp kullanır.