تقویت کننده عملیاتی چیست و چه کارکردی دارد؟

تقویت‌کننده‌های عملیاتی یا Op-Amps از مهم‌ترین قطعات در مدارهای الکترونیکی آنالوگ هستند. این تقویت‌کننده‌ها با ارائه تقویت ولتاژ بسیار بالا و ورودی‌های تفاضلی، برای فیلترها، تقویت سیگنال‌ها، و طراحی مدارهای کنترلی به کار می‌روند.

تقویت‌کننده‌های عملیاتی چیستند؟

تقویت‌کننده عملیاتی یک تقویت‌کننده ولتاژ با بهره بالا است که برای مقایسه یا پردازش سیگنال‌های ورودی طراحی شده است. این تقویت‌کننده‌ها دارای دو ورودی به نام‌های معکوس‌کننده (Inverting) و غیر معکوس‌کننده (Non-Inverting) هستند. تفاوت ولتاژ این ورودی‌ها تقویت شده و به‌عنوان خروجی ارائه می‌شود.

معمولاً Op-Amp‌ها در مدارهای تقویت‌کننده ولتاژ، مقایسه‌کننده سیگنال، فیلترهای فعال، و مدارهای مجتمع استفاده می‌شوند.

ویژگی‌های اصلی تقویت‌کننده‌های عملیاتی

1. بهره ولتاژ بسیار بالا:

Op-Amp‌ها معمولاً دارای بهره ولتاژی در حد میلیون‌ها برابر هستند که به معنای توانایی تقویت بسیار بالا است.

2. ورودی‌های تفاضلی:

این تقویت‌کننده‌ها تفاوت ولتاژ بین دو ورودی را تقویت می‌کنند که باعث دقت بالا در پردازش سیگنال می‌شود.

3. مقاومت ورودی بالا:

به دلیل مقاومت ورودی بالا، Op-Amp‌ها بار کمی روی مدارهای متصل به ورودی خود وارد می‌کنند.

4. مقاومت خروجی پایین:

مقاومت خروجی پایین، Op-Amp را برای انتقال سیگنال‌های تقویت‌شده به بارهای دیگر مناسب می‌کند.

5. پایداری بالا:

Op-Amp‌ها در ترکیب با فیدبک منفی بسیار پایدار عمل می‌کنند و برای کاربردهای دقیق بسیار مناسب هستند.

کاربرد تقویت‌کننده‌های عملیاتی

1. تقویت‌کننده‌های ولتاژ:

یکی از اصلی‌ترین کاربردهای Op-Amp، تقویت سیگنال‌های ولتاژ با دقت بالا است. این کاربرد در دستگاه‌های صوتی، تجهیزات پزشکی و سیستم‌های مخابراتی مشاهده می‌شود.

2. مدارهای مقایسه‌کننده:

در مدارهای مقایسه‌کننده، Op-Amp‌ها برای تعیین برتری یا تساوی سیگنال‌های ورودی استفاده می‌شوند.

3. فیلترهای فعال:

فیلترهای فعال با استفاده از Op-Amp‌ها برای حذف نویز، بهبود کیفیت سیگنال، و پردازش داده‌ها در سیستم‌های صوتی و تصویری به کار می‌روند.

4. انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر:

در محاسبات آنالوگ، از Op-Amp‌ها برای پیاده‌سازی مدارهای انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر استفاده می‌شود.

5. منابع ولتاژ مرجع:

Op-Amp‌ها برای تولید ولتاژ مرجع پایدار در مدارهای مختلف به کار می‌روند.

ساختار داخلی تقویت‌کننده‌های عملیاتی

1. ورودی‌های معکوس‌کننده و غیرمعکوس‌کننده:

• ورودی معکوس‌کننده (Inverting): ولتاژی که به این ورودی اعمال می‌شود با یک علامت منفی تقویت می‌شود.

• ورودی غیرمعکوس‌کننده (Non-Inverting): ولتاژی که به این ورودی اعمال می‌شود به‌صورت مستقیم تقویت می‌شود.

2. فیدبک منفی:

فیدبک منفی برای کنترل بهره و بهبود پایداری در مدارهای Op-Amp استفاده می‌شود.

3. طبقه خروجی:

طبقه خروجی سیگنال تقویت‌شده را به خروجی می‌فرستد و مقاومت خروجی پایین را تضمین می‌کند.

مزایای تقویت‌کننده‌های عملیاتی

1. دقت بالا:

Op-Amp‌ها دارای ورودی‌های با دقت بسیار بالا و خروجی پایدار هستند.

2. قابلیت چندمنظوره:

این قطعات برای کاربردهای مختلف از جمله تقویت سیگنال، فیلتر، و محاسبات آنالوگ مناسب هستند.

3. سازگاری با سایر قطعات:

Op-Amp‌ها به‌راحتی با سایر قطعات الکترونیکی ترکیب می‌شوند.

مقایسه تقویت‌کننده‌های عملیاتی با سایر تقویت‌کننده‌ها

ارتباط با تامین کنندگان این کالا در تکصان + جست و جوی فنی بر اساس مشخصات موردنیازتان

سوالات متداول

1. چه تفاوتی بین Op-Amp و سایر تقویت‌کننده‌ها وجود دارد؟

Op-Amp‌ها بهره ولتاژی بسیار بالا، ورودی تفاضلی، و پایداری بیشتری دارند که آن‌ها را برای کاربردهای دقیق مناسب می‌کند.

2. چرا از فیدبک منفی در Op-Amp‌ها استفاده می‌شود؟

فیدبک منفی باعث کنترل بهره، کاهش نویز و افزایش پایداری مدار می‌شود.

3. آیا Op-Amp‌ها در مدارهای دیجیتال نیز کاربرد دارند؟

خیر، Op-Amp‌ها معمولاً در مدارهای آنالوگ به کار می‌روند؛ اما در مدارهای دیجیتال نیز برای پردازش سیگنال‌های ورودی آنالوگ استفاده می‌شوند.

منبع

• "Operational Amplifiers Basics," Texas Instruments