1. İdeal op-amper
GÜNCEL - 1. İdeal op-amp'ler
ÖNCEKİ - İdeal İşlemsel Yükselteçler Giriş
İdeal op-amper
Bu bölüm bir sistemler İdeal İşlemsel Yükselteçlerin temellerini sunma yaklaşımı. Bu nedenle op-amp'i giriş ve çıkış terminallerine sahip bir blok olarak görüyoruz. Şu anda op-amp içindeki elektronik cihazlarla ilgilenmiyoruz.
Bir op-amp, genellikle hem pozitif hem de negatif besleme voltajlarıyla çalışan bir amplifikatördür. Bu, çıkış geriliminin toprak potansiyelinin altında ve üstünde salınmasına izin verir. Op-amp, birçok lineer elektronik sistemde geniş uygulama alanı bulur.
Adı işlemsel kuvvetlendirici op-amp devrelerinin orijinal kullanımlarından birinden türetilmiştir; matematiksel yapmak operasyonlar Analog bilgisayarlarda Bu geleneksel uygulama bu bölümde daha sonra tartışılmaktadır. İlk op-amp'ler tek bir ters giriş kullandı. Girişteki pozitif voltaj değişimi, çıkışta negatif bir değişikliğe neden oldu.
Bu nedenle, op-amp'in çalışmasını anlamak için önce op-amp modelinin temelini oluşturduğundan, önce kontrollü (bağımlı) kaynaklar kavramına aşina olmak gerekir.
1.1 Bağımlı Kaynaklar
Bağımlı (veya kontrollü) kaynaklar, değeri devredeki başka bir yerde bulunan bir voltaj veya akım tarafından belirlenen bir voltaj veya akım üretir. Buna karşılık, pasif cihazlar değeri devredeki aynı yerde bulunan bir gerilim veya akım tarafından belirlenen bir gerilim veya akım üretir. Hem bağımsız hem de bağımlı gerilim ve akım kaynakları aktif elemanlardır. Yani, bazı harici cihazlara güç sağlama yeteneğine sahipler. Pasif elemanlar güç üretme kabiliyetine sahip değildir, ancak daha sonra teslimat için enerji kapasitörlerinde ve indüktörlerde olduğu gibi enerji depolayabilirler.
Aşağıdaki şekil, devre analizinde sıklıkla kullanılan bir yükseltici cihazın eşdeğer devre konfigürasyonunu gösterir. En doğru
direnç yüküdür. Bu sistemin gerilim ve akım kazancını bulacağız. Gerilim kazancı, Av, çıkış geriliminin giriş gerilimine oranı olarak tanımlanır. Benzer şekilde, akım kazanımı, Ai, çıkış akımının giriş akımına oranıdır.
Şekil 1 - Bir katı hal büyütme cihazının eşdeğer devresi
Giriş akımı:
İkinci dirençteki akım, i1, doğrudan Ohm yasasından bulunur:
(2)
Çıkış voltajı daha sonra verilir:
(3)
Denklemde (3), ‖ paralel bir direnç kombinasyonunu gösterir. Çıkış akımı doğrudan Ohm yasasından bulunur.
(4)
Gerilim ve akım kazancı daha sonra oranlar oluşturularak bulunur:
(5)
(6)
1.2 İşlemsel Yükselteç Eşdeğer Devresi
Şekil 2- İşlemsel yükselteç ve eşdeğer devre
Figure 2 (A) İşlemsel yükselticinin sembolünü gösterir ve Şekil 2 (b) eşdeğer devresini gösterir. Giriş terminalleri v+ ve v-. Çıkış terminali vdışarı. Güç kaynağı bağlantıları +V, -V ve toprak terminalleri. Güç kaynağı bağlantıları genellikle şematik çizimlerden çıkarılmıştır. Çıkış voltajının değeri sınırlıdır +V ve -V çünkü bunlar devredeki en pozitif ve negatif voltajlardır.
Model, voltajı arasındaki giriş voltajı farkına bağlı olan bir voltaj kaynağı içerir. v+ ve v-. İki giriş terminali, evirmeyen ve ters sırasıyla girişler. İdeal olarak, amplifikatörün çıkışı iki giriş voltajının büyüklüğüne bağlı değildir, sadece aralarındaki farka bağlıdır. Tanımlarız diferansiyel giriş gerilimi, vdfark olarak
(7)
Çıkış voltajı diferansiyel giriş voltajıyla orantılıdır ve oranı açık döngü kazancı G olarak belirleriz. Böylece çıkış voltajı
(8)
Örnek olarak, bir giriş 
(E genellikle küçük bir genliktir) ters çevirme girişine, ters çevirme terminali topraklanmış olarak uygulanır, 
çıkışta. Aynı kaynak sinyal, invertör olmayan terminal topraklanmış durumdayken invertör girişine uygulandığında, çıkış 
.
Op-ampin giriş empedansı, Şekil 2 (b) 'de direnç olarak gösterilmiştir.
Çıkış empedansı, bir direnç olarak Ro ile temsil edilir.
İdeal bir işlemsel yükselteç aşağıdaki gibidir:
Bunlar genellikle gerçek op-amplerin parametrelerine iyi yaklaşımlardır. Gerçek op-amp'lerin tipik parametreleri:
Bu nedenle, gerçek op-amp'leri yaklaşık olarak bulmak için ideal op-amp'leri kullanmak, devre analizi için değerli bir basitleştirmedir.
Açık döngü kazancının sınırsız olduğunu ima edelim. Eğer Denklemi tekrar yazarsak (8) 
aşağıdaki gibidir:
(9)
ve bırak G sonsuzluğa yaklaşırken bunu görüyoruz
(10)
Denklem (10) çıkış geriliminin sonsuz olamayacağı gözlemlenerek sonuçlanır. Çıkış voltajının değeri, pozitif ve negatif güç kaynağı değerleri ile sınırlandırılmıştır. Denklem (10), iki terminaldeki voltajların aynı olduğunu gösterir:
(11)
Bu nedenle, Denklem eşitliği (11) giriş terminalleri arasında sanal bir kısa devre olduğunu söylememize neden olur.
İdeal op-amp'in giriş direnci sonsuz olduğundan, her girişe giden akım, terminali ters çeviren ve terminal olmayan terminali sıfırdır.
Gerçek op-amp'lar doğrusal bir amplifikasyon modunda kullanıldığında, kazanç çok büyüktür ve Denklem (11) iyi bir yaklaşımdır. Bununla birlikte, gerçek op-amp'ler için birkaç uygulama, cihazı doğrusal olmayan modda kullanır. Denklem yaklaşımı (11) bu devreler için geçerli değildir.
Her ne kadar pratik op-amp'ler yüksek voltaj kazancına sahip olsalar da, bu kazanç frekansa göre değişmektedir. Bu nedenle, bir op-amp normalde Şekil 2 (a) 'da gösterilen biçimde kullanılmaz. Bu yapılandırma açık döngü olarak bilinir, çünkü çıktıdan girdiye geri bildirim yoktur. Sonradan görüyoruz ki, açık döngü konfigürasyonu karşılaştırıcı uygulamalar için faydalı olsa da, lineer uygulamalar için daha yaygın olan yapılandırmanın geri beslemeli kapalı döngü devresi olduğunu görüyoruz.
Çıkış sinyalinin bir kısmını girişe "geri bildirmek" için harici elemanlar kullanılır. Geri besleme elemanları çıkış ve ters çevirme girişi arasına yerleştirilirse, çıktının bir kısmı girişten çıkardığı için kapalı döngü kazancı azaltılır. Daha sonra geri beslemenin yalnızca genel kazancı azaltmadığını, aynı zamanda bu kazancı G'nin değerine daha az duyarlı hale getirdiğini göreceğiz. amper voltaj kazancı, G. Aslında, kapalı döngü kazancı esasen G'nin değerinden bağımsızdır - yalnızca harici devre elemanlarının değerlerine bağlıdır.
Şekil (3), tek kademeli bir negatif geri besleme op-amp devresini göstermektedir.
Şekil 3- Ters çeviren op-amp
Bu nedenle, bir sonraki bölümde bu devreyi analiz edeceğiz. Şimdilik, tek bir direnç olduğunu unutmayın. RF, çıkış gerilimini bağlamak için kullanılır, vdışarı ters çevirme girişine, v-.
Başka bir direnç, Ra ters çevirme girişinden bağlı v-Giriş gerilimine va. Üçüncü bir direnç, R ters çevirmeyen giriş ve toprak arasına yerleştirilir.
Op-amp, direnç ve kapasitör kullanan devreler toplama, çıkarma, entegrasyon, farklılaşma, filtreleme, karşılaştırma ve yükseltme gibi birçok yararlı işlemi gerçekleştirmek üzere yapılandırılabilir.
1.3 Analiz metodu
İki önemli ideal op-amp özelliğini kullanarak devreleri analiz ediyoruz:
- Arasındaki voltaj v+ ve v- sıfır v+ = v-.
- Her ikisi de içine akım v+ ve v- terminal sıfırdır.
Bu basit gözlemler, herhangi bir ideal op-amp devresini aşağıdaki şekilde analiz etmek için bir yönteme yol açar:
- Kirchhoff'un mevcut yasa düğüm denklemini ters çevirmeyen terminale yaz, v+.
- Kirchhoff'un mevcut yasa düğüm denklemini ters çevirme terminalinde yazınız, v-.
- set v+ = v- ve istenen kapalı döngü kazançları için çözülür.
Kirchhoff yasalarını uygularken, akımın her iki v+ ve v- terminal sıfırdır.