Opamp Devreleri: Eviren, Evirmeyen, Gerilim İzleyici, Toplayıcı, Fark Yükselteci ve İntegral Alıcı

Tek yöntem: iki kural, bir düğüm denklemi#

Opamp yazısındaki iki altın kuralı hatırla: girişler akım çekmez; negatif geri besleme varsa v+ = v−. Her devrede aynı üç adım: (1) v+'yı bul (genelde doğrudan belli), (2) v− = v+ yaz, (3) − girişte KCL yaz, opampa akım girmediğini unutma. vo kendiliğinden çıkar.

Eviren yükselteç ve sanal toprak#

v+ toprakta, öyleyse v− = 0 V. Ama − giriş toprağa bağlı değil; yalnızca opamp onu orada tutuyor: buna sanal toprak denir. R1'den geçen akım vin/R1; opampa giremez, tamamı R2'den geçer ve çıkışı 0 − (vin/R1)·R2'ye çeker.

Evirmeyen yükselteç ve izleyici#

Sinyal doğrudan + girişe gider; v− = vin. R2 ve R1 çıkışı bölerek − girişe verir: vo·R1/(R1 + R2) = vin. Yani çıkış, gerilim bölücünün tepesine vin'i istediği kadar büyütüp koyuyor. Giriş + uca girdiği için giriş direnci opampın kendisidir: MΩ – TΩ.

Toplayıcı: sanal toprakta akımları toplamak#

Eviren yükseltece ikinci bir giriş direnci ekle. Sanal toprak 0 V'ta kaldığı için iki giriş birbirini görmez; her biri kendi akımını (v1/R1, v2/R2) düğüme basar ve R2'den toplam geçer: vo = −Rf·(v1/R1 + v2/R2). Ses mikserleri, ağırlıklı toplamlar ve R-2R DAC'ler bu yapıdır. Simülatördeki toplayıcı 1 kHz ile 3 kHz'i birleştiriyor.

Fark yükselteci ve direnç uyumu#

Ders örneği: R2/R1 = 10, R4/R3 = 11

Ders notlarımdaki soru oranların bilerek bozulduğu bir fark yükselteci: v1 = v2 = vcm koyalım. vo = (11/12)·11·vcm − 10·vcm = (10,083 − 10)·vcm ≈ 0,083·vcm. Farksal kazanç ≈ 10 (tam olarak 10,04), yani CMRR ≈ 10 / 0,083 ≈ 120 → 41,6 dB. %10 oran hatası CMRR'yi 42 dB'ye düşürdü. %1 dirençlerle en kötü durum bile yalnızca ≈ 49 dB'dir (aşağıdaki formül); hassas ölçümde enstrümantasyon yükselteci (INA128, AD620) ya da lazerle ayarlanmış direnç ağları kullanılır.

Opamp devre tezgâhı

CANLI SİMÜLATÖR

Devreyi ve opampı seç. Mavi giriş, kesikli turuncu ideal çıkış, yeşil gerçek çıkış. Kırmızı kesikli çizgiler, opampın çıkışının çıkabildiği en uç gerilimler. LM358 ile TL072'yi aynı devrede karşılaştır.

Bu simülatör JavaScript ile çalışır; tarayıcında JavaScript kapalı görünüyor.

İntegral alıcı: R2 yerine kondansatör#

Eviren yükselteçte R2 yerine bir C koy. R1'den geçen akım vin/R1 kondansatörü doldurur ve çıkış, girişin integrali olur: vo = −(1/R1C)·∫vin dt. Kare dalga üçgene, sabit bir gerilim rampaya döner. Rampa üreteçleri, PID kontrolcünün I terimi ve aktif filtreler bu yapıdandır. Pratik bir integral alıcıda C'ye paralel büyük bir direnç konur; yoksa offset gerilimi de integre edilir ve çıkış zamanla bir raya yapışır. Kondansatörlü opamp devrelerinin frekans davranışı filtreler yazısının konusudur.

Tek beslemede opamp: VCC/2 hilesi#

3,3 V ile çalışan bir kartta eksi besleme yoktur, ama mikrofon gibi bir AC sinyal hem artıya hem eksiye salınır. Çözüm: girişin DC seviyesini VCC/2'ye kaydırmak. İki eşit dirençli bir bölücü + 10 µF kondansatör bir "sanal toprak" (VREF) kurar; sinyal bir kuplaj kondansatörüyle bu seviyeye oturtulur, evirmeyen yapının R1'i toprağa değil VREF'e (ya da bir kondansatörle toprağa) bağlanır. Çıkış 1,65 V etrafında salınır ve doğrudan ADC'ye girebilir. Bu iş için mutlaka rail-to-rail bir opamp seç.

Sık sorulan sorular#

Bu sayfada cevabını bulabileceğin aramalar#

İnsanlar bu konuyu genelde şu kelimelerle arıyor; hepsinin cevabı yukarıdaki yazıda ve simülatörde var:

Kaynaklar ve ileri okuma#

Bu yazıyı yazarken ve ders çalışırken baktığım kaynaklar. Bölüm numaraları baskıya göre değiştiği için konu adıyla ararsın.

• Microelectronics: Circuit Analysis and Design Donald A. Neamen"The Ideal Operational Amplifier": eviren, evirmeyen, toplayıcı, fark yükselteci, integral ve türev alıcı.
• Microelectronic Circuits Adel S. Sedra, Kenneth C. SmithFark yükseltecinde direnç uyumsuzluğu ve enstrümantasyon yükselteci.
• EEE311 ders notlarım: OPAMPR2/R1 = 10, R4/R3 = 11 fark yükselteci CMRR örneği (41,6 dB) buradan.
• Op Amps for Everyone Ron Mancini (Texas Instruments)Tek beslemeli opamp tasarımı ve VCC/2 kaydırma.
• The Art of Electronics Paul Horowitz, Winfield HillAltın kurallarla devre çözümü ve pratik opamp hataları.