| |
Opamp |
|
 
|
|
Operasyonel Amplifikatörler( Operational Aplificator- OP-AMP)
Operasyonal amplifikatör (işlemsel kuvvetlendirici veya kısaca op-amp) direkt
kuplajlı yüksek kazançIı bir devre elemanıdır. Günümüzde op-amplar, entegre
devre yapısında gerçekleştirilirler. Dışarıdan ilave edilecek. bir kaç devre
elemanının kolayca değişimi ile eviren amplifikatör, evirmeyen amplifikatör,
türev
ve integral devresi, alçak ve yüksek bant geçiren filtre devreleri, bant durduran
filtre devresi, çeşitli sinyal üreteç devreleri, dijital/analog ve analog/dijital
çevirici gibi geniş bir kullanım alanı vardır.
Op-amp genelde şekil de gösterildiği gibi bir sembolle gösterilir.
 Şekil 1. Opamp Sembolü
Şekil de görüldüğü gibi op-ampın biri (+), diğeri (-) ile işaretlenmiş
iki girişi vardır. (+) giriş, evirmeyen-terslemeyen-giriş (noninvertinginput)
ve (-) giriş evi
ren-tersleyen-giriş (inverting input) olarak 'isimlendirilir. (+) girişe uygulanan
işaret çıkışa aynı fazda, (-) girişe uygulanan işaret ise çıkışa 180° ters
fazda aktarılır. Devrenin özellikleri, giriş ucu olarak hangi uçun kullanıldığına
ve çıkıştan girişe yapılacak geri besleme (feed back) miktarına bağlıdır.
Op-ampın iki giriş ucundan başka iki adet besleme ve bir adet çıkış ucu vardır.
Besleme gerilimleri tek kaynaktan sağlanabileceği gibi simetrik çıkışlı kay
naklarla da temin edilebilir. Genelde simetrik çıkışlı besleme kaynakları
kullanılır.
Bir simetrik çıkışlı besleme kaynağı basit olarak iki batarya yardımı ile aşağıdaki
gibi gerçekleştirilir.
 Opamp'ın
Simetrik çıkışlı Besleme Kaynağı ile Beslenmesi.
Simetrik çıkışlı kaynak kullanıldığı takdirde besleme gerilimleri ± 6V,± 12V,±
15V gibi belirtilir.
İdeal bir op-ampın özellikleri aşağıdaki gibi belirlenir.
1-Giriş empedansı
çok yüksek veya sonsuzdur.
2- Çıkış empedansıçok düşük veya sıfırdır.
3- Gerilim kazancı çok yüksek veya sonsuz denecek durumdadır.
4 -Bant genişliği çok yüksektir. .
5- Besleme gerilimleri tek veya simetrik çıkışlı kaynaktan temin edilebilir.
6
- Eğer V1 = V2 ise Vo çıkış gerilimi "O" dır.
Giriş empedansının çok yüksek olması nedeni ile girişlerinin bağlı oldukları devreyi
yüklemezler. Çıkış empedansının düşük oluşu da yüksek akım çıkışına neden olur.
Yukarıda sayılan özellikler op-amp tek başına düşünüldüğü takdirde
geçerlidir.
Op-Amp ların yapısı:
Bir op-amp genelde üç kattan oluşur. Bu katlar şekildeki blok şema ile
gösterildiği gibi;
a) Fark kuvvetlendirici (Differential amplifier)
b) Kazanç katı,
c) Çıkış katıdır.
Op-amp. ın giriş katı olan fark kuvvetlendirici, differansiyel amplifikatör
veya uzun kuyruklu çift devresi adı ile de anılır. Yapısı değişik şekillerde
olabillir.
Şekil 4 ten görüldüğü gibi fark' kuvvetlendirici yapısındaki op-amp girişk katının
temel ECL yapısından hiçbir farkı yoktur.
 şekil
3
Vg2 (+) giriş.Vgı (-) giriş olarak kabul edilmiştir. Ilk anda V2 > V1
kabul
edelim (Şekil 3). Bu durumda Tı iletken T2 yalıtkandır. Bu nedenle RE üzerinden
geçen akım Tı ve Rcı uzerinden devresini tamamlar. Rcı üzerindeki gerilimden
dolayı Voı (-) çıkış verir. T2 yalıtkan olduğu için V02 '(+) çıkış verir. Eğer
Vg2 < Vg1
Ise T1 yalıtkan T2 iletkendir. Bu durumda RE direnci üzerindeki akım T2 ve RC2
direnci üzerinden devresini tamamlar. T1 yalıtkan olduğu için V01 (+) çıkış ve
RC2 üzerindeki gerilimden dolayı V02 (-) çıkış verir.
Görüldüğü gibi Vg2 girişi ile Vo çıkışı daima aynı fazdadır. Vg1 girişi ile Vo
çıkışı180° faz farklıdır.
Fark kuvvetlendirieilerin özellikleri op-ampın özelliklerini belirler ve "op-amp.ın
özellikleri" adı altında sayılan özelliklerin çoğu fark kuvvetlendirieisi
için de geçerliqir.
Op-amp.ın ikinci katı olan kazanç katı fark kuwetlendirieiden gelen sinyalleri
kuvvetlendirmektedir. Bu kat aynı zamanda giriş katı ile çıkış katı arasında
bir
tampon görevi yaparak çıkış katındaki değişmelerin giriş katını etkilemesl
önlenmiş olur.
Çıkış katı emitör çıkışlı bir kattır. Böylece çıkış empedansının minimum olması sağlanmıştır.
Opamp Parametreleri
Op - amp parametreleri 5 grupta toplanabilir. Bunlar;
1 - Giriş polarma akımı (Input Bias Current),
2 - Giriş dengesizlik akımı (Input offset Current),
3 - Giriş dengesizlik gerilimi (Input offset VoItage),
4 - Eğim oranı (Slew Rate)
5 - Frekans cevabı (Frequency response) dır. Bunları sırası ile açıklayalım.
1. Giriş polarma akımı:
Giriş polarma akımı Ib ile temsil edilir. Bu akım, her iki girişten akan akımların ortalama değerleri toplamının yarısına eşittir ve;
Ib = (Ib1)+ (lb2 ) / 2formülü ile gösterilir.
ideal op-amp.ın girişlerinden hiç akım akmadığı düşOnOlmektedir. Bu iki akım
birbirine. zıt ağırlıklıdır. Örneğin çokça kullanılan 741op-ampının giriş
polarma akımı 80 nA civarındadır. Bu akım FET (Field Effect Transistör) girişli
opamplarda 1 pA 'dan (1 piko amper) küçüktür. Giriş polarma akımının değerı
çıkış dengesizlik ge
rilimini tayin e.der.
2.Giriş dengesizIIk akımı: .
Giriş dengesizlik akımı los ile temsil edilir. Op-amp.ın çıkış gerilimi Vo
=0 iken Ib1 ve Ib2 giriş akımlarının ortalama değerlerinin farkına giriş
dengesiziik. akımı adı
verilir ve;
los = (Ib1) - (Ib2) formülü ile gösterilir: Bu akımın değeri
giriş dengesızlık gerilimini tayin eder.
Örneğin 741 op-ampında bu akım 20 nA civarındadır.
3. Giriş dengesizIIk gerilimi:
Giriş dengesizlik gerilimi Vio ile temsil edilir. Ideal op-amp. ta giriş
gerilimleri arasındaki fark (her iki giriş topraklandığında) sıfırdır.
Fakat uygulamada, op-amp yapısındaki elemanların tam uyum içinde olmaması
nedeni ile giriş
gerilimleri arasında farklılık vardır ve Vo = O değildir. Giriş dengesizlik
gerilimi, giriş gerilimleri arasındaki (VO = O'iken) fark olarak tanımlanır
(Örneğln 741 op-ampında
bu gerilim 1 mV Givarındadır. )
4. Eğim oranı:
Eğim oranı, op-amp çıkışının ne derece hızlı değiştiğini açıklar ve
SR ile temsil edilir.
SR =? V0 /? Vt dir.
? Vo : Çıkış geriliminin değişimi (v)
? t : Zamanın değişimi (sn)
Bant genişliği ile ilgili bir parametredir. Bu değer ne kadar büyük
ise op
ampın bant genişliği o kadar fazladır. Örneğin 741 op-ampında eğim
oranı O,5V/ ms.dir.
Op-ampın içinde osilasyonları önlemek amacıyla genelde küçük bir
kompanzasyon kapasitesi vardır veya bu kapasite dışarıdan ilave
edilir .Bu kapasite
içinden geçecek akım devre elemanları tarafından sınırlandırılır.
Değişim oranı,
bu kapasiteden akacak akımın kapasiteye oranıdır şeklinde de tarif
edebiliriz ve
SR =? V0 /? Vt = Imax / C ile
Formülize edilir.
lmax (Amper), C (farad) tır. Formülden de görüldüğü gibi C ne kadar küçük
ise eğim oranı, dolayısıyla bant genişliği o kadar fazladır. Örneğin 741 için
C - 30
pf civarındadır.
5.Frekans cevabı:
Op-ampm frekans cevabı eğim oranı ile sınırlanır. Eğim oranı arttıkça bant
genişliği artacaktır. Kompanzasyon kapasitesinin kapasitif reaktansı Xc
= (1/(2.(pi).f.C) dir.
Buradan da görüldüğü gibi bant genişliği, yani frekans arttıkça
kapasitif reaktans azalacaktır.
Bir op-amp.ta;
Kazanç band genişliği = Bant genişliği * kazançtır.
Kazanç bant genişUğl GB, bant genişliği BW, kazanç Av ile ifade edilirse;
GB = BW x Av .dir.
Op - Ampların uygulama alanları
1. Op-amplarm eviren yükselteç olarak kullanımı :
Eviren yükselteç devresinde (+) giriş topraklanmış ve giriş. (-) girişten verilmiştir.
BOylece giriş ile çıkışın 180° faz farklı olması sağlanmıştır. Devredeki Rı
di
renci giriş direnci, Rf ise geri besleme direncidir
Giriş uçları arasındaki gerilim Vı ile gösterilirse;
Devrenin giriş empedansı çok büyük olduğundan Vı geriliminin op-amp üzerinden
akıtacağı akım çok küçük olur ve I1 ile If yanında ihmal edilebilir (lin =
0).
Bu durumda I1 = If olur. ve
dolayısıyla;
 olduğundan,  yazılabilir.
op-amplarda kazancın çok yüksek olduğu düşünülürse;
Vo=-Av.V1 formülündeki uçlar arası V1 gerilimi "0" kabul edilebilir. bu durumda
 haline
gelir.
Son eşitliktende görüldüğü gibi geri besleme direncinin giriş direncine
oranı, bize op-ampın yükseltme katsayısını verir. Eşitlikteki (-) işareti,
çıkış
ile giriş . arasında 180° faz farkı olduğunu gösterir. Eğer Rı = R2 seçilirse
devrenin ka
zancı "1" olur. Bu uygulama genelde bir işareti n polaritesinl değiştirmek
için kullanılır.
Op-ampların evirmeyen yükselteç olarak kullanımı:
Evirmeyen yükselteç devresinde (-) giriş Rı iIe topraklanmıştır.
Vg girişl(+) girişe
uygulanmış ve böylece giriş ile çıkışın aynı fazda olması sağlanmıştır.
Rı ve Rf geri besleme dirençlerinin (-) girişte oluşturduğu gerilime Vı diyecek
olursak;
 yazabiliriz
Giriş empedansı yüksek olduğu için lin = 0 kabul edilirse l1 = If
olur.
buradan
 Girişten
akım akmadlğına göre her iki girişteki gerilimler eşittir, yani Vı =Vg
dir. Vg'yi yerine koyacak olursak;
elde edilir buradan;
-Vg.Rf=R1.(Vo-Vg) + Vg.Rf = 0 =>R1.Vo-R1.Vg+Vg.Rf=0
formülü elde edilir.
|
|
|
