آپ امپ به زبان ساده
آپ امپ یا تقویت کننده عملیاتی
میتوان گفت که آپ امپ ها یکی از مهم ترین قطعات الکترونیکی ساخته شده تا کنون ، می باشند .
این قطعات عموما داخل پکیج هایی که شامل چند آپ امپ هستند ، تولید شده و قرار میگیرند . هر آپ امپ به طورعمومی دارای 5 پایه می باشد که به ترتیب آن ها را توضیح خواهیم داد ؛
1 – پایه تغذیه مثبت یا VCC
2 پایه تغذیه منفی یا VEE
3- پایه ورودی مثبت ( پایه غیر معکوس کننده ) یا non – inverting
4- پایه ورودی منفی ( پایه معکوس کننده ) یا inverting
5- پایه خروجی
زمانی که یک آیسی آپ امپ OpAmp که شامل چند آپ امپ باشد ، از بازار تهیه کنید ، پایه های تغذیه مثبت و منفی آن ها ، یکی شده و به صورت یک پایه VCC و یک پایه VEE در آیسی قرار میگیرند و با اتصال این دو پایه ، درواقع تمام آپ امپ ها فعال می گردند .
کار اصلی آپ امپ ها ، تقویت ولتاژ بوده و از همین رو به آن ها ، تقویت کننده های عملیاتی نیز می گویند.
میتوان به طور خلاصه گفت که ؛ آپ امپ ها، اختلاف بین پایه های inverting و non-inverting را اندازه گیری نموده و در Gain خود ( ضریب تقویت یا همان بهره ) ضرب نموده و در پایه خروجی خود ، قرار میدهند .
Vout = ( (V+) – (V-) ) * Gain
اما یک نکته مهم در مورد آپ امپ ها ، بهره بسیار زیاد آن ها بوده که عموما در همه ی آن ها ، اینگونه است .
به طور کلی میتوان دو ویژگی مهم در مورد آپ امپ ها را بیان نمود ؛
- پایه های inverting و non-inverting آن ها ، در حالت ایده آل ، اتصال باز بوده و عملا جریانی از مدار نمی کشند . (یعنی به زبان ساده ، فقط ولتاژ را اندازه گیری می کنند در حالی که جریان این پایه ها صفر است )
- آپ امپ ، سعی میکند که خروجی خود را جوری تغییر دهد که برابر با حاصلضرب اختلاف پایه های inverting و non-inverting در مقدار بهره آپ امپ Gain باشد
Vout = ( (V+) – (V-) ) * Gain
نکته کاربردی و مهم :
اگر در مدار اتفاقی بیفتد که ولتاژ پایه non-inverting یا همان ورودی مثبت ، از ولتاژ inverting یا همان ورودی منفی ، ذره ای بیشتر شود ، به علت ضریب تقویت بسیار بالا آپ امپ ، خروجی اصطلاحا به اشباع رفته و در بیشترین مقداری که میتواند که تقریبا چیزی در حدود ولتاژ VCC بوده ، قرار می گیرد .
مثلا فرض کنید که ولتاژ پایه ورودی مثبت ، از ورودی منفی ، 0.1 ولت بیشتر شود ؛ اگر بهره آپ امپ ، 1000 باشد ، در این حالت ولتاژ خروجی باید چیزی در حدود 100 ولت باشد چرا که ؛
Vout = ( (V+) – (V-) ) * Gain = 0.1 * 1000 = 100 volt
از آنجا که این ولتاژ برای آیسی که ولتاژ تغذیه مثبت آن مثلا 12 ولت است ، ممکن نیست ، خروجی سعی میکند ، خود را در بیشترین حالت ممکن ، قرار دهد و به این حالت گفته میشود اشباع مثبت ؛
این موضوع برای حالت برعکس ، یعنی زمانی که ولتاژ پایه ورودی منفی (inverting ) از پایه ورودی مثبت ( non-inverting ) بیشتر شود نیز برقرار است و خروجی آپ امپ ،خود را به حالت اشباع منفی می برد .
از آپ امپ ها در صنایع رباتیک و ساخت ربات های متفاوت ، بسیار استفاده می گردد . یکی از موارد استفاده آپ امپ ها در ساخت ربات ها ، موضوع مقایسه ولتاژ های سنسور ها و یا ماژول های مختلف بوده که در رباتیک مورد استفاده است .
مثلا در ربات مسیریاب ، با توجه به اینکه خروجی سنسور های مادون قرمز یا IR به صورت آنالوگ بوده و گاها نیاز است آن را به ولتاژ منطقی یک و صفر ، تبدیل کنیم ، از آپ امپ ها ، استفاده می گردد .
درواقع در این ربات ها ، ولتاژ خروجی سنسور به پایه non-inverting آپ امپ متصل شده و همچنین یک ولتاژ متغیر قابل تنظیم ساخته شده توسط پتانسیومتر را به پایه inverting متصل میکنیم . در این حالت ، در صورتی که ولتاژ خروجی سنسور ، از حد تنظیم شده توسط پتانسیومتر بیشتر شود ، خروجی آپ امپ به اشباع مثبت رفته و در صورتی که ولتاژ سنسور از حد تنظیم شده کمتر شود ، خروجی آپ امپ به اشباع منفی میرود .
در این حالت ولتاژ خروجی آپ امپ ، درواقع به یک ولتاژ منطقی تبدیل شده و به میکروکنترلر وارد می گردد .
دیدگاهتان را بنویسید