1
Op-amp) Operational Amplifier تقويت كننده هاي عملياتياهداف:
op-Amp
بررسي مدار هاي تقويت كننده با استفاده ازop-Amp
حل و شبيه سازي معادلات ديفرانسيل با استفاده از2
مقدمه:
در بحثهاي گذشته محور بررسيهاي خود را بر روي ترانزيستور و مدارهاي ترانزيستوري معطوف
كرديم. ديديم كه مهمترين موضوع براي يك مدار ترانزيستوري تعيين بهترين نقطه كار است. از اين
رو تمام سعي مان را بر اين گذاشتيم كه بسته به نوع آرايش مدار آن را تحليل كنيم و از آنجا به جايي
رسيديم كه مدل هاي ساده اي را براي ترانزيستور مطرح كرديم تا بتوانيم نقش اين عنصر را در مدار
بهتر درك كنيم. همچنين پيكربندي هاي مختلفي را از آن در چند نمونه از مدارهاي پركابرد بررسي
كرديم و در نهايت مدارهاي تقويت كننده چند طبقه را نيز مورد بررسي قرار داديم. ديديم كه اين
مدارهاي چند طبقه كه حاوي چندين ترانزيستور بودند در اصل از كنار هم قرار دادن مدارهاي ساده
تك ترانزيستوري ساخته شدند. و نكته اي كه در آنها نهفته بود، اين بود كه طبقه ها را طوري پشت
سر هم ببنديم كه امپدانسهاي هر طبقه با طبقه بعدي يكسان باشد از اين رو لازم بود كه نقطه كار هر
ترانزيستور را دقيقًا تعيين كنيم. چرا كه مي دانيم كه نقطه كار، براي تعيين پارامترهاي يك مدار
ترانزيستوري،
كليدي ترين نقش را بازي مي كند. از اين رو وقتي كه تعداد طبقات زياد مي شودتعيين درست نقطه كار براي تك تك ترانزيستورها كاري زمان بر است و در برخي موارد هم بسيار
سخت مي شود.
حال اين سئوال مطرح مي شود كه آيا مي توان مداري را با توجه به ويژگيهاي گفته شده ساخت كه
در آن يك بار براي هميشه نقطه كار تمام ترانزيستورها را تعيين كرده باشيم و در ضمن بتوانيم از آن
در كاربردهاي متفاوتي نيز استفاده كنيم به شرطي كه ديگر به داخل آن كاري نداشته باشيم و فقط
داراي يك يا چند ورودي و خروجي باشد. همچنين قابليت اين را نيز داشته باشد كه در آرايشهاي
متفاوتي از آن استفاده كنيم؟
جستجو در جواب دادن به اين سئوال ما را به مداري مي رساند كه به صورت مجتمع ساخته شده
باشد و هر وقت كه خواستيم به راحتي به آن وروديهاي مناسب را اعمال كنيم و متناسب با آنها
خروجي تقويت شده اي را به دست آوريم.
در اين بحث مي خواهيم به نحوه كار كردن چنين مداري بپردازيم. البته قصدمان اين نيست كه داخل
آنها را به صورت جزئي بررسي كنيم بلكه مي خواهيم نحوه تقويت كردن سيگنالهاي كوچك را از
ديدگاه خارجي
مدار مجتمع بررسي كنيم، يعني بدون اينكه از داخل مدار مجتمع اطلاعاتي داشتهباشيم به تحليل كل مداري بپردازيم كه اين مدار مجتمع داخل آن است.
3
مي ناميم و به
Operational amplifier از اين به بعد اين مدار مجتمع را تقويت كننده عملياتيمي گوييم.
Op-amp اختصار به آنها يكي از عناصر مداري هستند كه مي توان با
op – amp : از ديدگاه فيزيكي Op- ampبستن يك سري مقاومت و خازن و ساير قطعات مناسب به آن، مداري را مطابق با نيازمان با دقت بالا
طراحي كرد كه كار كردن و تحليل آن اگر ماهيت اين قطعه را شناخته باشيم بسيار آسان خواهد بود.
مي دانيم كه يك تقويت كننده ايده آل بايد مقاومت ورودي بي نهايت و در عوض مقاومت خروجي
صفر داشته باشد كه اين موضوع در مدارهاي تقويت كننده چند طبقه بسيار حائز اهميت است. از اين
رو اگر قرار باشد يك تقويت كننده داشته باشيم حتمًا اين ويژگيها را بايد دارا باشد. بنابراين مي توانيم
تصويري را كه در ذهنمان داريم را در شكل ۱ مشاهده كنيم كه در آن مشخصه يك تقويت كننده
چند طبقه ايده آل نشان داده شده است.
R
i AdviR
oR
oR
i8
0
V
i Voشكل ( ۱) تقويت كننده چند طبقه ايده آل
همان ولتاژ تقويت شده اي است
AVi ضريب تقويت مدار مي باشد و A در شكل بالا مي دانيم كهبراي يك تقويت كننده ايده آل به سمت بي نهايت ميل
A . كه در خروجي از مدارمان انتظار داريممي كند.
كه ادعا مي كنيم يك تقويت
op-amp حال با توجه به شكل بالا مي خواهيم شهودي از درون يككننده ايده آل است، به دست آوريم. از اين رو لازم است كه ابتدا تعداد طبقات به كار رفته شده در
معمولي را بدانيم كه آن را در شكل زير نمايش مي دهيم:
op – ampop – amp
شكل ( ۲) طبقات به كار رفته شده دررا بررسي كنيم پس تنها به توضيحات ساده اي از
op – amp در اينجا چون قصد نداريم كه داخلرا مشاهده
op – amp هر طبقه مي پردازيم و در ضميمه اين فصل مي توانيد مدار واقعي داخل يككنيد و تا حدودي هم به بررسي داخل آن در قسمت ضميمه خواهيم پرداخت.
4
همانطور كه در شكل ۲ مي بينيم طبقه اول يك
تقويت كننده تفاضلي است. اين حسن انتخاب ما راقادر مي سازد تا بتوانيم همزمان دو ورودي مجزا به مدار بدهيم. از اين رو انعطاف پذيري بيشتري را
به مدارمان داده ايم. علاوه بر آن امپدانس ورودي بالايي را نيز براي مدارمان قادر خواهيم بود به
استفاده مي كنيم.
diff- amp ارمغان بياوريم. بنابراين در طبقه اول از يكدر طبقه دوم نياز به
تقويت بسيار زيادي داريم كه بدين منظور از چندين ترانزيستور در آرايش اميترمشترك استفاده مي كنيم و طبقه دوم را كه خود حاوي چند طبقه ساده اميتر مشترك است را
مي سازيم.
در ادامه، طبقه
تغيير دهنده سطح را قرار مي دهيم كه در اين طبقه اين طور قرارداد مي كنيم كه هرگاهشد يا به عبارتي ورودي تقويت كننده صفر شد، در خروجي نيز ولتاژ صفر را مشاهده كنيم.
Vi=0همچنين در اين تقويت كننده از هيچ نوع خازني نبايد استفاده كرد؛ چرا كه قابليت اين را هم داشته
نيز از آن بهره برد.
DC باشد