Opamp Nedir? Nasıl Çalışır ?

OPAMP NEDİR:

İşlemsel yükselteçler, kısaca, çok yüksek kazançlı fark kuvvetlendiricileri olarak tanımlanabilirler. Opamplar, gerilim ve akım kazancı sağlayan devreler olup, güç kazancı yada empedans dönüştürme de yapabilirler. Ayrıca kullanım alanlarına görede çeşitli sınıflandırmalar yapılmaktadır.Kullanım alanı genişliği göz önüne alınırsa temel bir devre elemanı olarak tanımlanabilir.

Temel Opamp Şekli:

Opamların iki girişi vardır.

- işareti taşıyan giriş: Eviren giriş, inverting input,
+ işareti taşıyan giriş: Evirmeyen, noninverting input.

(-) işaretli giriş ucuna sinyal uygulandığında çıkıştan 180° faz farklı bir çıkış sinyali alınır. (+) işaretli giriş ucuna uygulandığı zaman da çıkıştan alınan sinyalle girişe uygulanan sinyal arasında faz farkı olmaz. Yani aynı fazda bir çıkış sinyali alınır.

Temel Opamp Devresi:

OP-AMP ‘LARIN BESLEMESİ 

OP-AMP sembolünde +V ve -V uçları, besleme kaynağının bağlandığı uçlardır. Bir OP-AMP ‘a, ±5 V, ±12 V, ±15 V, ±18 V gibi besleme voltajı verilebilir. OP-AMP ‘ın AC sinyal yükseltmesinde tek güç kaynağı kullanmak yeterlidir. Genellikle OP-AMP ‘lar simetrik kaynaktan beslenir.

Şekilde bir OP-AMP ‘ın simetrik kaynaktan beslenmesi görülmektedir, örnek bir OP-AMP devresi olarak 741 entegresi kullanılacaksa, entegrenin 7 nolu ucuna pozitif (+) besleme, 4 nolu ucuna ise negatif besleme uygulanır. Şekilde görülen (+) giriş faz çevirmeyen giriş ucu, (-) giriş faz çeviren giriş ucunu gösterir.

OP-AMP 5 önemli özelliğe sahiptir.

- Kazancı çok fazladır. (Örneğin, 200.000)
- Giriş empedansı çok yüksektir. (5 MΩ)
- Çıkış empedansı sıfıra yakındır.
- Band genişliği fazladır. (1MHz)
- Girişe 0 Volt uygulandığında, çıkıştan yaklaşık 0 Volt elde edilir.

OP-AMP ‘ın iki kazancı vardır. Bunlar açık çevrim ve kapalı çevrim kazancıdır. Kapalı çevrim kazancı, devreye harici olarak bağlanan geri besleme direnci ile belirlenir. Açık çevrim kazancı ise OP-AMP ‘ın kendi kazancıdır. Yani direnç ile belirlenemeyen kazancıdır. Her ne kadar OP-AMP ‘ın kazancı yaklaşık 200.000 gibi bir değerde olmasına rağmen bu kazanç OP-AMP ‘a uygulanan besleme voltajına bağlıdır. Örneğin, bir OP-AMP ‘ın besleme voltajı ±12 Volt ve girişe 1 Volt yükseltilmek üzere bir giriş sinyali uygulansa, OP-AMP ‘ın özelliğine göre çıkıştan bu kazançla orantılı olarak 200.000 Volt alınmaz. Çünkü, besleme voltajı ±12 Volt kullanılmışsa çıkıştan en fazla 12 Volt alınır. Burada, açık çevrim kazancını etkileyen en önemli faktör besleme voltajının değeridir.

OP-AMP ‘ın diğer özelliği 5MΩ ‘a ulaşan giriş empedansıdır. Giriş empedansının bu kadar büyük olması, bağlı olduğu sinyal kaynağını ve bir önceki devreyi yüklememesi, küçük bir giriş akımı ile kumanda edilmesi gibi üstünlükleri vardır.

OP-AMP ‘ın çıkış empedansı idealde sıfır iken pratikte bu değer 100-150Ω arasındadır. OP-AMP ‘ın çıkış empedansının küçük olması, çıkış akımını arttırarak kısa devrelerden zarar görmemesini sağlar.

OP-AMP ‘ın band genişliği 1MHz civarındadır. OP-AMP ‘a uygulanan sinyalin frekansı yükseldikçe kazanç düşer. DC ve DC ‘ye yakın sinyallerde OP-AMP ‘ın kazancı yaklaşık 200.000 ‘dir.

OP-AMP ‘ın statik çalışmasında yani girişte sinyal yokken çıkışın 0 Volt olması gerekir. Ancak, pratikte giriş uçları arasında, çok küçük de olsa bir offset gerilimi oluşur. Bu küçük gerilim OP-AMP ‘ın kazancı ile çarpılarak çıkışa aktarılır. Bu nedenle, OP-AMP entegrelerinde offset sıfırlama uçları bulunur.

OP-AMP ‘ların Kullanıldığı Yerler

Tersleyen Yükselteç (Faz Çeviren, Inverting Amplifier) Olarak Kullanılması
 Terslemeyen Yükselteç (Faz Çevirmeyen, Noninverting Amplifier) Olarak Kullanılması
 Gerilim İzleyici (Voltage Follower) Olarak Kullanılması
 Toplar Yükselteç (Summing Amplifier) Olarak Kullanılması
 Fark Yükselteci (Difference Amplifier) Olarak Kullanılması
 Karşılaştırıcı (Comparator) Olarak Kullanılması
 İntegral Alan (Integrator) Devre Olarak Kullanılması
 Türev Alan (Differentiator) Devre Olarak Kullanılması
 Doğrultmaç Olarak Kullanılması
 Yarım Dalga Doğrultmaç Olarak Kullanılması
 Tam Dalga Doğrultmaç Olarak Kullanılması
 Logaritmik Yükselteç Olarak Kullanılması
 Gerilim Regülatörü Olarak Kullanılması
 Gerilim Kontrollü Osilatör Olarak Kullanılması

• V0 op-amp çıkış terminalinde gerilimidir.
• AOL verilen op-amp için açık çevrim kazancı ve (ideal) sabittir.
• IC 741 için 2 x 105 dir.
• V1 ters çevirici olmayan terminalinde gerilimdir.
• V2 ters çevirici terminalinde gerilimdir.
• VD = (V1-V2) diferansiyel giriş gerilimidir.

Op-amp Çalışma Prensibi

Açık Çevrim Operasyonu

Bir op-amp yukarıda söylediğim gibi, bir diferansiyel giriş ve tek uçlu çıkışa sahiptir.

İki uygulanan giriş sinyalleri farkı diferansiyel giriş gerilimi olarak tanımlanmıştır.Op-amp çıkış aşağıdaki denklem ile verilir:

• V0 op-amp çıkış terminalinde gerilimidir.
• AOL verilen op-amp için açık çevrim kazancı ve (ideal) sabittir.
• IC 741 için 2 x 105 dir.
• V1 ters çevirici olmayan terminalinde gerilimdir.
• V2 ters çevirici terminalinde gerilimdir.
• VD = (V1-V2) diferansiyel giriş gerilimidir.

Bu, yukarıdaki denklemden açıktır ki çıkışı sıfır olmayan olacak eğer diferansiyel giriş gerilimi sıfır olması durumunda.V_1 ve V_2 hem eşit ve sıfır olacaktır.Bu ideal bir durum olduğunu unutmayın, pratik op-amp küçük dengesizlikler vardır.Op-amp açık döngü kazancı çok küçük uygulanan diferansiyel giriş gerilimi çok büyük bir değere yükseltilir olacak, dolayısıyla çok yüksektir.Ayrıca biz çok küçük bir diferansiyel giriş gerilimi uygulamak eğer çok büyük bir değere yükseltilir ancak çıkışta bu çok büyük bir değer op-amp besleme gerilimi öteye gidemez doğrudur unutmayın.Dolayısıyla enerjinin korunumu yasasını ihlal değildir.

Kapalı Döngü Operasyonu

Op-amp yukarıda açıklanan işlem açık döngü içindi Bir geribildirim olmadan.Kapalı döngü konfigürasyonunda bir geri besleme tanıtıldı.Bu geri besleme girişine beslenen bir çıkış sinyalinin bir parçasıdır.Bu nedenle, geribildirim iki sinyal verilir nerede girişinde aynı anda mevcut olacaktır.Bunlardan biri orijinal uygulanan sinyal ve diğer geri besleme sinyalidir.Geri beslenen sinyal orijinal uygulamalı sinyal ile fazda veya faz dışı olabilir.Orijinal uygulamalı sinyal ve geri besleme sinyal birbirleriyle aşamasında iseniz olumlu bir geribildirim veya rejeneratif geribildirim olarak çağırdı.Uygulanan sinyal ve geri besleme sinyal dışında birbirleri ile faz dışında iseniz,bir negatif geri besleme veya dejeneratif geribildirim olarak adlandırılır.Geribildirim her türünde, negatif ya da pozitif kendine özgü avantajları ve dezavantajları vardır.Bir kapalı döngü op-amp çıkış aşağıdaki denklem ile verilir:

• V0 op-amp çıkış terminalinde gerilimidir.
• ACL op-amp bağlı geri besleme devresi tarafından belirlenir op-amp kapalı döngü kazancıdır.
• V_D = (V₁-V₂) diferansiyel giriş gerilimidir.

Geribildirim pozitif olduğu söyleniyor ise  Eğer çıktı terminalinden sinyalinin bir parçası ters çevirici olmayan (+) op-amp terminali  geri verilir,Positive geribildirim osilatörlerde kullanılır.Geribildirim negatif olduğu söyleniyor ie Eğer çıktı terminalinden sinyalinin bir parçası (-) op-amp terminali geri ters çevirici verilir.Op-amp amplifikatörleri olarak kullanılacak olduğunda,Negatif geri besleme kullanılır.Bu, yukarıda op-amp’ın en yaygın çalışma prensibidir

KAYNAK : http://elektrikforum.net/op-amp-hakkinda/
                http://www.teknomerkez.net/index.php?git=1605
                http://www.elektronik.gen.tr/op-amp-op-amp-calisma-prensibi/