İşlemsel Yükselteçlere Giriş: 7 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Bu Eğitilebilir Kitapta, analog cihazların en kullanışlılarından biri olan Operasyonel Amplifikatöre bir giriş yapacağım. Bu cihaz, evirmeyen veya evirici olmayan bir amplifikatör, bir karşılaştırıcı, voltaj yükseltici, toplama yükselticisi, enstrümantasyon yükselticisi, tampon, aktif filtre, Wien köprü osilatörü ve diğer birçok uygulama olarak yapılandırılabilir. Opamp, yukarıda gösterilen tek LM741 8 pinli DIP veya LM324 14 pinli dörtlü op amp gibi farklı konfigürasyonlarda gelir. Yüzeye montajlı varyantlarda gelen tipler de vardır.

Adım 1: İşlemsel Yükselteç Nedir?

Kısaca op-amp olarak da bilinen işlemsel yükselteç, bir IC yongasına dahil edilmiş bir DC bağlantılı yüksek kazançlı voltaj yükselticisidir. İki girişi (diferansiyel girişi) ve bir çıkışı vardır. 1960'ların sonlarında ilk cihazların ortaya çıkmasından bu yana analog elektronikte yapı taşları olarak kullanılmıştır. Bu cihazların güzelliklerinden biri, standardizasyonlarının doğası gereği elektronik tasarımı büyük ölçüde basitleştirmeleridir. Aktif cihazlar arasındaki farklar nedeniyle, ayrı bileşenlere sahip amplifikatörler tasarlamak çok fazla ince ayar gerektiriyordu. Amplifikatörlerin tümü aynı silikon kalıptan yapılmışsa, hepsi aynı yapılabilir ve aynı özelliklere sahip olabilir. İşlemsel yükselteçlerle tasarım yaparken, belirli bir direnç oranına sahip iki harici direnç takılarak cihaz için belirli bir kazanç elde edilebilir. Örneğin, 100'lük bir voltaj kazancı isteniyorsa, 100'lük bir oran elde etmek için devreye 100k direnç ve 1k direnç konulabilir. Bu stratejiyi kullanarak, kazanç her seferinde aynıdır. Tüm zamanların en popüler op-amp'i 70'lerin başından beri piyasada olan ve nesiller boyu hobiciler tarafından ses yükselticilerinden güç kaynaklarına kadar her şeyde kullanılan 741'dir. 741, daha iyi op-amp'ler geliştirildiği için endüstri tarafından uzun yıllardır kullanılmamaktadır, ancak hobiler arasında hala bir takipçi kitlesine sahiptir ve elde edilmesi kolaydır. İlk cihazlar, 8 pinli çift sıralı paket tarzında veya dairesel bir metal kutuda çıktı. Daha sonra yüzeye monte cihazlar kullanılabilir hale geldi. 741 ve diğer op-amp'leri, daha sonra çıkan alan etkili transistör girişlerini kullanan cihazlarla birlikte kullanılan eski bipolar transistörleri kullandı. Daha büyük giriş empedansına ve daha düşük akım tahliyesine ihtiyaç duyulması nedeniyle alan etkili transistör girişleri kullanılmaya başlandı.

Adım 2: Ters Çevirmeyen Amplifikatör

Ters çevirmeyen amplifikatör, ele alacağımız ilk devredir. Yukarıdaki şemada, op amp, giriş pozitif girişe gidecek ve geri besleme direnci negatif girişe gidecek şekilde kablolanmıştır. Rf'nin Rg'ye oranı kazancı belirler. Yukarıdaki devre durumunda voltaj kazancı 10'dur. Ortadaki diyagram 741 op amp'in "gerçek dünya" sınırlamaları girişe 10 kHz kare dalga beslendiğinde ancak üçgen bir dalga formu olarak çıktığından dolayı cihazın sınırlı anahtarlama hızı. Giriş 1 kHz kare dalgaya düşürüldüğünde çıkış iyileşir ve daha çok gerçek bir kare dalga gibi görünür. Op amp'in giriş sinyalinin genlikteki değişikliklerini takip etme yeteneğinin ölçümüne "Dönme Hızı" denir ve mikrosaniye başına volt olarak ölçülür. 741, mikrosaniye başına 0,5 volt ile çok uysal bir dereceye sahiptir. Yüksek hızlı op amperler, mikrosaniye başına 5000 volt kadar yüksek değerlere sahiptir, ancak TL081 gibi tipik bir amper, mikrosaniye başına ortalama 13 volt değerine sahip olacaktır.

3. Adım: Ters Çeviren Amplifikatör

Opamp, 1 voltluk negatif giden dalga biçiminin tersine çevrilebileceği ve 10 voltluk bir pozitif giden dalga biçimi verecek şekilde yükseltilebileceği şekilde yapılandırılabilir. Bu konfigürasyon için kullanımlar, ayrık transistör yükselteçlerinin sürücü aşamaları gibi bir faz değişikliğinin gerekli olduğu herhangi bir yerde olabilir.

Adım 4: Bir Op Amp'yi Kare Dalgadan Sinüs Dalgasına Dönüştürücü Olarak Kullanma

Yukarıdaki devre 1000 Hz kare dalgayı 1000 Hz sinüs dalgasına değiştirecektir. Bunu, sinüs dalgası olan temelin üstündeki ve altındaki tüm frekans bileşenlerini (harmonikleri) filtreleyerek yapar. Geri besleme devresinde dirençler kullanmak yerine, istenmeyen frekansları iptal etmek için negatif geri besleme sağlayan frekans seçici bileşenler (kapasitörler) kullanıyoruz. Ortadaki diyagram, simüle edilen gerçek devreyi ve üretilen dalga biçimini gösterir. Üçüncü diyagram devrenin frekans tepkisini gösterir. Bu tip devrenin teknik adı aktif bant geçiren filtredir. Zayıflama olmadan yalnızca çok dar bir frekans bandının geçmesine izin verir.

Adım 5: Bir Op Amp'yi Karşılaştırıcı Olarak Kullanma

Daha iyi karşılaştırıcılar olan özel çipler vardır, ancak bazen elinizde bir tane olmayabilir, bu nedenle bir opamptan nasıl karşılaştırıcı yapılacağını bilmek her zaman yararlıdır. Bir karşılaştırıcının ne olduğuna dair hızlı bir gözden geçirme, temel olarak, amplifikatörün maksimum kazancında çalışmasına izin veren, geri beslemesi olmayan bir amplifikatör olarak ayarlanmış bir opamptır. Bir giriş, şemada gösterilen 3 volt gibi belirli bir voltaja bağlandığında, iki giriş aynı voltajdayken devre neredeyse maksimum ray voltajı olan bir çıkış verecektir. Yukarıdaki devrede 1 kHz'lik bir sinüs dalgası 3 voltun üzerine çıktığında çıkış verir ve sinüs dalgası 3 voltun altına düştüğünde tekrar devreye girer. Karşılaştırıcılar yaygın olarak (ADC'ler) ve gevşeme osilatörlerinde kullanılır.

Adım 6: Bir Opamp ile Bir Toplama Yükselticisi Oluşturma

Yukarıdaki toplama amplifikatörü, biri 10 mV tepeden tepeye ve diğeri 20 mV tepeden tepeye olmak üzere iki 1 kHz sinyali alır. Ortaya çıkan çıktı tepeden tepeye 60 mV'dir. Evirici bir yükseltici olduğu için ters faz sinyali verir.

Toplama yükselteçleri, farklı girişlerin birlikte eklenmesi gereken ses mikserlerinde kullanılır. Sinyalleri potansiyometrelere besleyerek, istenen çıktıyı vermek için sinyaller değiştirilebilir.

7. Adım: Üç Girişli Ses Karıştırıcısı

Bu devre iki enstrümanı ve bir vokal izini karıştırmak için kullanılabilir, gerektiğinde daha fazla giriş eklenebilir. Her giriş seviyesi potansiyometre ile bağımsız olarak ayarlanabilir.