خانه / چگونه بسازیم / الکترونیکی / آموزش ساخت مدار تقویت کننده عملیاتی یا آپ امپ (Operational Amplifier)

آموزش ساخت مدار تقویت کننده عملیاتی یا آپ امپ (Operational Amplifier)

در این ساختنی آموزش ساخت تقویت کننده عملیاتی یا اپ آمپ را یاد می گیرید. اگرچه این مدار با هدف آموزشی طراحی شده اما کارایی خوبی هم دارد. با ساخت این تقویت کننده عملیاتی اطلاعات خوبی درباره نمونه های یکپارچه کسب خواهید کرد. اگر می خواهید با طرز ساخت و اجزای تشکیل دهنده مدار تقویت کننده عملیاتی آشنا شوید، با ساختنی همراه باشید.

تقویت کننده عملیاتی کارکردهای مختلفی دارد که رایج ترین آنها آمپلی فایر هدفون است. سایر کارکردهای اپ آمپ هم شامل تقویت کننده معکوس، تقویت کننده غیرمعکوس، اینتگریتور و مقایسه کننده ولتاژ است. در این آموزش روی یک نمونه ساده تقویت کننده عملیاتی تمرکز می کنیم تا آموزش برای همه علاقه مندان الکترونیک کاربردی باشد.

شماتیک مدار تقویت کننده عملیاتی یا اپ آمپ

مدار تقویت کننده عملیاتی
مدار تقویت کننده عملیاتی
مدار تقویت کننده عملیاتی
مدار تقویت کننده عملیاتی

در ادامه اجزای مدار تقویت کننده عملیاتی را بررسی می کنیم. با شناخت دقیق اجزای مدار، ساخت و بهینه سازی طراحی مدار ساده تر می شود.

منبع تغذیه

منبع تغذیه پیشنهادی برای مدار امپ آمپ، یک منبع دوگانه +/-۶V تا +/-۱۵V است. دقت کنید که منبع تغذیه های دوگانه +/- نیاز به ولتاژهای برابر ندارند. اگر ولتاژها برابر نباشند، نوسانات حداکثر

ولتاژ خروجی در دو قطب برابر نخواهد بود.

با استفاده از تکنیک های بایاس و ظرفیت خازنی مناسب، می توانید همین مدار را با منبع تکی تغذیه کنید اما در این آموزش به این ویژگی نمی پردازیم.

جفت ورودی تفاضلی

Q1 و Q2 یک آمپلی فایر تفاضلی می سازند. آمپلی فایر تفاضلی جزء اصلی آمپلی فایر عملیاتی است که ورودی های معکوس و غیرمعکوس را تامین می کند و در نتیجه کارکردهای بی شماری دارد. با استفاده از ترانزیستورهای متناسب، ولتاژهای ورودی بسیار نزدیک بهم خواهند شد که به آن ولتاژ ورودی افست می گویند. برای مثال یک تقویت کننده تک ترانزیستوری، ولتاژ ورودی ۶۵۰mV دارد اما در تقویت کننده تفاضلی افست های ۶۵۰mV یکدیگر را متعادل می کنند و در نتیجه اختلاف معمولاً کمتر از ۱۰mV است.

در ساختنی بخوانید :  ساخت سینی چوبی با رزین و عکس های محبوب تان!

یکی دیگر از پارامترهای مهم، جریان های بایاس ورودی است که در این مدار حدود ۱۰۰nA است – این پارامتر را باید همیشه در کمترین میزان ممکن نگه داشت.

در حالت ایده آل این جریان ها با هم برابر هستند اما اگر برابر نباشند، مابه التفاوت جریان افست ورودی در نظر گرفته می شود. این پارامتر بجر مدارهای با امپدانس بالا یا مدارهای خیلی دقیق، نادیده گرفته می شود.

بایاس کردن آمپلی فایر تفاضلی

تقویت کننده عملیاتی به یک منبع جریان نیاز دارد. این منبع می تواند یک مقاومت ثابت به منبع تغذیه منفی یا مثل این مدار یک منبع جریان باشد. مقاومت ثابت وقتی کارایی دارد که منبع منفی همیشه یکسان باشد یا وقتی ندهای ورودی صفر ولت هستند به عنوان آمپلی فایر معکوس استفاده بشود. منبع جریان تغییرات ولتاژهای منبع تغذیه را و حالت محدوده ولتاژ مشترک مورد نیاز برای آمپلی فایرهای غیرمعکوس را تطبیق می دهد.

منبع جریان از یک ولتاژ مرجع که شامل از R1، D1 و D2 است، تشکیل می شود. با تنظیم بیس Q3 روی ۱٫۲V، امیتر Q3 حدود ۵۰۰mV از ریل منفی کار می کند. چون ولتاژ R3 ثابت است و جریان کالکتور با جریان امیتر برابر است، جریان کالکتور دیگر تابعی از ولتاژ ورودی نیست. این خلاصه ای از طرز کار منبع جریان است.

منبع جریان بوسیله تقویت کننده تفاضلی تقسیم می شود و در نتیجه جریان های کالکتور Q1 و Q2 برابر خواهند بود.

تنظیم ولتاژ ورودی افست

برای تنظیم این ویژگی مدار از تطبیق ویژگی های Vbe و hFE قطعات Q1 و Q2 شروع کنید. علاوه بر این، مقادیر R2 و R3 هم بسیار مهم هستند. هر دوی اینها را می توانید با ولتاژ ورودی افست نول تنظیم کنید.

در ساختنی بخوانید :  دستور تهیه : بدون نیاز به فر و با زودپز، کیک میوه ای بپزید

گرفتن خروجی از تقویت کننده تفاضلی

مقدار R2 طوری انتخاب شده که افت ولتاژش ۶۵۰mV باشد. این مقدار با آستانه Vbe قطعه Q4 که به عنوان امیتر مشترک ترانزیستور آمپلی فایر پیکربندی شده، برابر است.

افزایش بهره و نوسان ولتاژ خروجی Q4

بجای مقاومت های دارای بار معمولی، کالکتور Q4 با منبع جریان دیگری (Q5) کار می کند. به این ترتیب می توانید ترانزیستورهای خروجی را به عنوان ولتاژ خروجی ریل منفی استفاده کنید. همچنین بهره ولتاژ این استیج را هم به میزان قابل توجهی افزایش می دهد چون یک منبع جریان، مقاومت دینامیک بالایی دارد و بهره ولتاژ یک ترانزیستور تابعی از مقاومت دارای بار است.

استیج خروجی

Q6 و Q7 یک استیج خروجی مکمل و متقارن می سازند. ترمینال های بیس این دو ترانزیستور بوسیله دو دیود سیلیکونی بایاس می شوند. چون دیودها ولتاژ بیس را به مقدار کمتر از آستانه Vbe ترانزیستور محدود می کنند، استیج خروجی جریان غیرفعال ندارد. به این تنظیمات، پیکربندی بایاس صفر هم می گویند چون معمولاً هر دو ترانزیستور خاموش هستند. اشکال این نوع پیکربندی این است که امکان انحراف متقاطع وجود دارد. انحراف متقاطع وقتی رخ می دهد که جریان خروجی از ترانزیستور بالایی به ترانزیستور پایینی حرکت می کند. برخی از اپ آمپ های یکپارچه (آی سی ها) مثل LM358 و LM324 نیز همین مشکل را دارند. در سایر اپ آمپ ها این مشکل با اضافه کردن یک مقاومت به دو دیود بایاس (به صورت سری) حل شده است. ما برای اضافه کردن این مقاومت، باید به امیتر هم یک مقاومت وصل کرد که طراحی مدار را پیچیده می کند. انحراف متقاطع معمولاً در سطوح سیگنال پایین و وقتی رخ می دهد که اپ آمپ مرتب ترانزیستورها را تغییر می دهد.

در ساختنی بخوانید :  چراغ خواب کودک با اکشن فیگور دلخواه تان بسازید

تقویت فرکانس

C1 امکان تقویت فرکانس را فراهم می کند تا بهره را در فرکانس های بالا و جایی که امکان نوسان وجود دارد، کاهش داد. این مدار بدون تقویت فرکانس ۲mHZ نوسان خواهد داشت.

مدار تقویت کننده عملیاتی آماده است

همانطور که در ابتدا گفتیم این مدار به عنوان یک پروژه آموزشی طراحی شده است. به همین خاطر در عمل کمبودهایی دارد که در ادامه به آنها اشاره می کنیم:

  • فقدان امکان پایداری حرارتی – این مدار فقط در دمای اتاق کار می کند.
  • ولتاژ ورودی افست نسبتاً بالا
  • فقدان محافظ جریان خروجی بیش از حد
  • بهره ولتاژ حلقه باز محدود
  • انحراف تقاطع بالقوه زیاد

اگر می خواهید از این مدار برای آزمایش های عملی استفاده کنید، موارد زیر را تست کنید:

  • جریان غیرفعال منبع تغذیه را اندازه بگیرید.
  • ولتاژ ورودی افست نول یا خالی را تست کنید – مدار را روی بهره ولتاژ ۱۰۰ تنظیم کنید و ورودی را به زمین وصل کنید و R2 یا R3 را طوری تنظیم کنید که ولتاژ خروجی صفر باشد.
  • پایداری حرارتی را بررسی کنید – بعد از خالی کردن ولتاژ ورودی افست، باد گرم را روی مدار بگیرید و تغییرات ولتاژ خروجی را بررسی کنید.
  • بایاس جریان ورودی را اندازه بگیرید – یک مقاومت ۱۰۰K به صورت سری به ترمینال های ورودی وصل کنید، افت ولتاژ مقاومت را اندازه بگیرید و سپس جریان را محاسبه کنید.
  • کیفیت تقویت موج سینوسی را با اسیلوسکوپ بررسی کنید.

منبع

خلاصه مطلب
 آموزش ساخت مدار تقویت کننده عملیاتی یا اپ آمپ (Operational Amplifier)
عنوان مطلب
آموزش ساخت مدار تقویت کننده عملیاتی یا اپ آمپ (Operational Amplifier)
توضیح کوتاه
با ساخت این مدار با اجزا و کارکردهای تقویت کننده عملیاتی آشنا می شوید.
نویسنده
ساختنی
ساختنی

بیشتر بخوانید:

گراتن بادمجان و گوجه؛ یک پیش غذای بیست دقیقه ای!... در این ساختنی یاد می گیرید که چطور در عرض 20 دقیقه یک پیش غذای خوشمزه درست کنید. گراتن بادمجان و گوجه فرنگی که درست کردنش خیلی ساده است اما در عین حال...
آموزش ساخت آمپلی فایر گیتار بزرگ و ارزان به روش ساده... در این ساختنی آموزش ساخت آمپلی فایر گیتار به روش ساده و ارزان را یاد می گیرید. بیشتر قطعات این آمپلی فایر گیتار از وسایل قدیمی جدا می شود و بدنه هم از...
مدار آمپلی فایر ماسفت ۳۰۰ تا۱۲۰۰ واتی بسازید (MOSFET AMPLIFIER)... اگر به یک آمپلی فایر قدرتمند با وات بالا نیاز دارید، این آمپلی فایر ماسفت بهترین گزینه است. مدار آمپلی فایر ماسفت طوری طراحی شده که علاوه بر قدرت بالا...
مدار آمپلی فایر ۳۰۰ واتی ترانزیستوری ماسفت (MOSFET) با کیفیت Hi-Fi... مهندسان برق در طی سال هایی که از اختراع ترانزیستور می گذرد همواره به دنبال تقویت کننده های صوتی یا همان آمپلی فایر هایی بوده اند که قوی تر باشند و کیف...
با آی سی LM386 آمپلی فایر گیتار کوچک و پرتابل بسازید... ساخت آمپلی فایر گیتار بسیار ساده است. اگر بتوانید از روی شماتیک، مدار بسازید یعنی می توانید آمپلی فایر گیتار بسازید. البته باید یک راهنمای ساخت هم داش...
گوشی پزشکی الکترونیکی بسازید ! پروژه های الکترونیکی می توانند بسیار سرگرم کننده باشند. مخصوصا این که با ساختن این پروژه ها چیزهایی بسازید که در عمل به دردتان خواهد خورد. برای مثال ی...

درباره عاطفه اسدزاده

عاطفه اسدزاده
عاطفه اسدزاده،یکی از نویسندگان وبسایت ساختنی است.

پیشنهاد می کنیم

فقط با یک ترانزیستور مدار آمپلی فایر صوتی ساده و کاربردی بسازید

اگر اهل پروژه های الکترونیکی و ساخت مدارات الکترونیکی باشید، احتمالاً چندبار ساخت مدار آمپلی …

پاسخ دهید