Opamplar ve Temel Uygulamaları | Elektrikhub.com | Otomasyon | Elektrik | Elektronik | Destek Forumu

Opamplar ve Temel Uygulamaları

Bu paylaşımı nasıl buldunuz?

  • İyi

  • Fena Değil

  • Daha İyi Olabilir

  • Berbat


Sonuçlar yalnızca oylamadan sonra görülebilir.

database

Yeni üye
19 Ekim 2019
1
1
1
Merhaba Arkadaşlar Bu yazımda sizlerle üzerinde çalışmış olduğum ve zevk aldığım Opamplar (Operational Amplifier) ve temel uygulamaları hakkında dilim döndüğünce teorik bilgilerimi ve genel analiz metotlarını paylaşacağım.Lafı fazla uzatmadan başlayalım;

1.Operational Amplifier Nedir?

İsmindende anlaşıldığı üzere opamp yapısında birçok aktif devre elemanı içeren, girişlerine uygulanan sinyali yükselten, çift terminalli elektronik devre elemanıdır. 1968 yılında Fairchild Semiconductor şirketi tarafından icat edilmiştir.

267Opampları yanda görüldüğü gibi two port devreler gibi düşünebiliriz. Girişe uygulanan güç networkte yer alan harici besleme ile güçlendirilerek çıkışa iletilir.
Yani opamplarda asıl hedef girişteki sinyalin gücünü arttırarak çıkışa iletmektir.

Öncelikle giriş çıkış sinyallerine göre gruplandırma yapmak istersek;;

Giriş voltaj çıkış voltaj ise ==>Voltage Amplifier (OPAMP)
Giriş akım çıkış voltaj ise ==>Transresistance (TransImpedance) Amplifier
giriş voltaj çıkış akım ise ==>Transconductance Amplifier

şeklinde gruplandırabiliriz. Bu yazımızda voltage Amplifier ve temel uygulamaları üzerinde duracağız. Belki bir başka sefere bizler için önemli olan ve sıkça kullanılan Operational Transconductance Amplifier (OTA) üzerinde durabiliriz.

265
Yukarıda görmüş olduğunuz resim oldukça popüler olan 741 Opamp iç yapısını göstermektedir. Resimdende anlaşılacağı üzerine Opamplar yapısında birçok aktif devre elemanı daha doğrusu akım aynaları içermektedir. Bu vaziyette analizleri ise biraz zaman ve ekstra bilgi gerektirmektedir. Hatta daha gelişmiş yapılarda oldukça zor olacaktır.

Bu yüzdenki bizler Opamp'ı daha basit bir şekilde sembolize eder ve bazı temel kuralları esas alırız.;

  • Opamp'ın giriş empedansı çok yüksektir. (İdealde sonsuz) Bu yüzden Opamp giriş terminallerinden akım çekmez.800px-Op-Amp_Internal.svg.png
  • Opamp'ın çıkış empedansı çok düşüktür.(İdealde sıfır) Bu yüzden çıkışta gerilim düşümü kaybı olmaz.
  • Opamp'ın açık çevrim kazancı çok yüksektir.(İdalde sonsuz)
Yukarıda belirtmiş olduğum bu temel kuralları kullanarak birçok Opamp devrelerini analiz edebilir ve çözümleyebiliriz.

2. Operational Amplifier Temel Uygulamaları ve Analizi:

Inverting Amplifier:

269271

Kabul ettiğimiz temel kurallara göre Opamp akım çekmeyeceğinden a düğümüne doğru gelen Iin akımı Z2 empedansının üzerinden geçerek I2 akımına eşit olacak ve outputa akacak. Aynı şekilde Opamp'ın giriş empedansı çok yüksek olduğundan opamp girişleri açık devre gibi davranacak ve opamp'ın pozitif ucundaki gerilim yani ground (V=0) negatif girişindede görünecek ve a düğümünde gerilim V=0 olarak kabul edilecek. Bu durum Virtual Short daha doğrusu Virtual Ground olarak tanımlanmaktadır. Bu durumlar içerisinde a düğümünde uygulayacağımız Kirchoff akım yasası sayesinde Iin ve I2 akımları Iin=I2=Vin/Z1 olarak bulunmalı. Aynı şekilde Ohm yasasıda kullanılarak Output terminalinden görülen gerilim Vout=-I2 x Z2 olacak ve akım ifadesinin Vin cinsinden açılımını kullandığımızda Vout=-(Vin/Z1) x Z2 olacağından kapalı çevrim kazancı;
(Vout/Vin)= -Z2/Z1 olarak bulunacaktır.

Inverting Amplifier with T network

272273

Bu devremizde Z2 empedansı (feedback empedansı) yerine T network yerleştirilmiştir. Bu tasarımdaki amaç Yüksek değerlerde feedback epedansı kullanmadan yüksek kazançlar elde edebilmektir.
Aynı inverting amplifier devremizde olduğu gibi a düğümünde gerilim V=0 ve Iin=I2 dir. Bu devremizde Vx düğüm gerilimini düğüm-gerilim analizi kullanarak Vo cinsinden yazmalı ve input gerilimi ile output gerilimi arasındaki kazanç oranını bulmalıyız. Öncelikle;
  • Iin ve I2 akımlarının eşitliğini kullanarak: Vin/Z1=-Vx/Z2 olduğunu ve Vx=-(Z2xVin)/Z1
  • Düğüm-gerilim analizi ile (Vx/Z2)+(Vx/Z4)+(Vx-V0/Z3)=0 ve buradan Vx[ (1/Z2)+(1/Z3)+(1/Z4) ]=Vo(1/Z3) denklemini kurmalı
  • -((Z2xVin)/Z1)x[ (1/Z2)+(1/Z3)+(1/Z4) ]=Vo(1/Z3) olduğunu bulmalı ve buradan
  • Acl=Vo/Vin=-((Z2xZ3)/Z1)x[ (1/Z2)+(1/Z3)+(1/Z4) ] olarak kapalı çevrim kazancımızı bulabiliriz.
NonInvertıng Amplifier

277275


Bu devrede'de kabul ettiğimiz kuralları uygulayacak olursak; Opamp'ın giriş empedansı çok büyük olduğundan opamp'ın pozitif terminalinden görülen Vin gerilimi negatif terminalinde'de görülecek ve a düğümüne ait gerilim Vin olacaktır. (Virtual Short) Opamp Akım çekmeyeceğinden Z1 empedansı üzerinden akan akım Z2 empedansı üzerinden akan akıma eşit olacak ve akım denklemlerinden ;
  • Vin/Z2=Vout/(Z1+Z2) ve Vout/Vin=(Z1+Z2)/Z2 yani Vout/Vin=1+(Z1/Z2) olarak kapalı çevrim kazancı bulunacaktır.

Şuanda yazımıza daha fazla dosya resim ilave edemediğimden burada sonlandırıp devamını part 2 olarak paylaşacağım. Zaman ayırdığınız için teşekkür ederim. Yazımızın devamında Noninverting amplifier with P network, Summing Amplifier, Difference Amplifier, Instrumental Amplifier, Integrator, Differantiator, Logaritmic Amplifier, Exponential Amplifier, Half-Wave Rectifier, Full-Wave Rectifier, Peak Dedector, Comparator, İdeal olmayan opamp parametreleri ve frekans cevabını dilim döndüğünce açıklamaya çalışacağım. Görüşmek üzere.
 

Ekli dosyalar

  • Like
Tepkiler: uguryavuz

burhanozdes

Yönetici
31 Temmuz 2019
83
53
18
İstanbul
www.elektrikhub.com
Merhaba Arkadaşlar Bu yazımda sizlerle üzerinde çalışmış olduğum ve zevk aldığım Opamplar (Operational Amplifier) ve temel uygulamaları hakkında dilim döndüğünce teorik bilgilerimi ve genel analiz metotlarını paylaşacağım.Lafı fazla uzatmadan başlayalım;

1.Operational Amplifier Nedir?

İsmindende anlaşıldığı üzere opamp yapısında birçok aktif devre elemanı içeren, girişlerine uygulanan sinyali yükselten, çift terminalli elektronik devre elemanıdır. 1968 yılında Fairchild Semiconductor şirketi tarafından icat edilmiştir.

Ekli dosyayı görüntüle 267Opampları yanda görüldüğü gibi two port devreler gibi düşünebiliriz. Girişe uygulanan güç networkte yer alan harici besleme ile güçlendirilerek çıkışa iletilir.
Yani opamplarda asıl hedef girişteki sinyalin gücünü arttırarak çıkışa iletmektir.

Öncelikle giriş çıkış sinyallerine göre gruplandırma yapmak istersek;;

Giriş voltaj çıkış voltaj ise ==>Voltage Amplifier (OPAMP)
Giriş akım çıkış voltaj ise ==>Transresistance (TransImpedance) Amplifier
giriş voltaj çıkış akım ise ==>Transconductance Amplifier

şeklinde gruplandırabiliriz. Bu yazımızda voltage Amplifier ve temel uygulamaları üzerinde duracağız. Belki bir başka sefere bizler için önemli olan ve sıkça kullanılan Operational Transconductance Amplifier (OTA) üzerinde durabiliriz.

Ekli dosyayı görüntüle 265
Yukarıda görmüş olduğunuz resim oldukça popüler olan 741 Opamp iç yapısını göstermektedir. Resimdende anlaşılacağı üzerine Opamplar yapısında birçok aktif devre elemanı daha doğrusu akım aynaları içermektedir. Bu vaziyette analizleri ise biraz zaman ve ekstra bilgi gerektirmektedir. Hatta daha gelişmiş yapılarda oldukça zor olacaktır.

Bu yüzdenki bizler Opamp'ı daha basit bir şekilde sembolize eder ve bazı temel kuralları esas alırız.;

  • Opamp'ın giriş empedansı çok yüksektir. (İdealde sonsuz) Bu yüzden Opamp giriş terminallerinden akım çekmez.Ekli dosyayı görüntüle 268
  • Opamp'ın çıkış empedansı çok düşüktür.(İdealde sıfır) Bu yüzden çıkışta gerilim düşümü kaybı olmaz.
  • Opamp'ın açık çevrim kazancı çok yüksektir.(İdalde sonsuz)
Yukarıda belirtmiş olduğum bu temel kuralları kullanarak birçok Opamp devrelerini analiz edebilir ve çözümleyebiliriz.

2. Operational Amplifier Temel Uygulamaları ve Analizi:

Inverting Amplifier:


Kabul ettiğimiz temel kurallara göre Opamp akım çekmeyeceğinden a düğümüne doğru gelen Iin akımı Z2 empedansının üzerinden geçerek I2 akımına eşit olacak ve outputa akacak. Aynı şekilde Opamp'ın giriş empedansı çok yüksek olduğundan opamp girişleri açık devre gibi davranacak ve opamp'ın pozitif ucundaki gerilim yani ground (V=0) negatif girişindede görünecek ve a düğümünde gerilim V=0 olarak kabul edilecek. Bu durum Virtual Short daha doğrusu Virtual Ground olarak tanımlanmaktadır. Bu durumlar içerisinde a düğümünde uygulayacağımız Kirchoff akım yasası sayesinde Iin ve I2 akımları Iin=I2=Vin/Z1 olarak bulunmalı. Aynı şekilde Ohm yasasıda kullanılarak Output terminalinden görülen gerilim Vout=-I2 x Z2 olacak ve akım ifadesinin Vin cinsinden açılımını kullandığımızda Vout=-(Vin/Z1) x Z2 olacağından kapalı çevrim kazancı;
(Vout/Vin)= -Z2/Z1 olarak bulunacaktır.

Inverting Amplifier with T network


Bu devremizde Z2 empedansı (feedback empedansı) yerine T network yerleştirilmiştir. Bu tasarımdaki amaç Yüksek değerlerde feedback epedansı kullanmadan yüksek kazançlar elde edebilmektir.
Aynı inverting amplifier devremizde olduğu gibi a düğümünde gerilim V=0 ve Iin=I2 dir. Bu devremizde Vx düğüm gerilimini düğüm-gerilim analizi kullanarak Vo cinsinden yazmalı ve input gerilimi ile output gerilimi arasındaki kazanç oranını bulmalıyız. Öncelikle;
  • Iin ve I2 akımlarının eşitliğini kullanarak: Vin/Z1=-Vx/Z2 olduğunu ve Vx=-(Z2xVin)/Z1
  • Düğüm-gerilim analizi ile (Vx/Z2)+(Vx/Z4)+(Vx-V0/Z3)=0 ve buradan Vx[ (1/Z2)+(1/Z3)+(1/Z4) ]=Vo(1/Z3) denklemini kurmalı
  • -((Z2xVin)/Z1)x[ (1/Z2)+(1/Z3)+(1/Z4) ]=Vo(1/Z3) olduğunu bulmalı ve buradan
  • Acl=Vo/Vin=-((Z2xZ3)/Z1)x[ (1/Z2)+(1/Z3)+(1/Z4) ] olarak kapalı çevrim kazancımızı bulabiliriz.
NonInvertıng Amplifier



Bu devrede'de kabul ettiğimiz kuralları uygulayacak olursak; Opamp'ın giriş empedansı çok büyük olduğundan opamp'ın pozitif terminalinden görülen Vin gerilimi negatif terminalinde'de görülecek ve a düğümüne ait gerilim Vin olacaktır. (Virtual Short) Opamp Akım çekmeyeceğinden Z1 empedansı üzerinden akan akım Z2 empedansı üzerinden akan akıma eşit olacak ve akım denklemlerinden ;
  • Vin/Z2=Vout/(Z1+Z2) ve Vout/Vin=(Z1+Z2)/Z2 yani Vout/Vin=1+(Z1/Z2) olarak kapalı çevrim kazancı bulunacaktır.

Şuanda yazımıza daha fazla dosya resim ilave edemediğimden burada sonlandırıp devamını part 2 olarak paylaşacağım. Zaman ayırdığınız için teşekkür ederim. Yazımızın devamında Noninverting amplifier with P network, Summing Amplifier, Difference Amplifier, Instrumental Amplifier, Integrator, Differantiator, Logaritmic Amplifier, Exponential Amplifier, Half-Wave Rectifier, Full-Wave Rectifier, Peak Dedector, Comparator, İdeal olmayan opamp parametreleri ve frekans cevabını dilim döndüğünce açıklamaya çalışacağım. Görüşmek üzere.
Paylaşım için teşekkür ederim. Faydalı bi paylaşım olmuş.