OP-AMP Nedir ? - Op-Amp 'ın Yapısı ve Özellikleri

'Elektronik Genel Bilgi' forumunda _Mr.PaNiK_ tarafından 28 Kasım 2008 tarihinde açılan konu

  1. _Mr.PaNiK_

    _Mr.PaNiK_ Üye

    Sponsorlu Bağlantılar
    OP-AMP Nedir ? - Op-Amp 'ın Yapısı ve Özellikleri konusu
    OP-AMP Nedir ? - Op-Amp 'ın Yapısı ve Özellikleri

    İşlemsel yükselteçler (Operational Amplifiers, kısaca OP-AMP) 196O 'lı yılların sonlarına doğru kullanılmaya başlanmıştır. 741 ve 747 gibi entegre şeklinde üretilirler. Bu entegrelere dışarıdan bağlanan devre elemanları ile geri beslemesi ve dolayısıyla yükselteç devresinin gerilim kazancı kontrol edilebilir. Genel olarak OP-AMP, çok yüksek kazançlı bir DC yükselteçtir. OP-AMP ile hemen hemen yapılamayacak devre yok gibidir.


    [​IMG]


    Şekil 1 - Temel OP-AMP Sembolü

    Şekil 1 'de temel OP-AMP sembolü gösterilmiştir. Bu sembolde gösterilmeyen bir de besleme voltaj uçları bulunur. Genel olarak bir işlemsel yükseltecin iki giriş, bir çıkış, iki de besleme kaynağı ucu bulunur. Sembolde, (-) işaretli giriş ucu tersleyen (eviren, inverting), (+) işaretli giriş ucu terslemeyen (evirmeyen, noninverting) giriş ucudur. (-) işaretli giriş ucuna sinyal uygulandığında çıkıştan 180° faz farklı bir çıkış sinyali alınır. Giriş sinyali (+) işaretli giriş ucuna uygulandığı zaman da çıkıştan alınan sinyalle girişe uygulanan sinyal arasında faz farkı olmaz. Yani aynı fazda bir çıkış sinyali alınır.
    OP-AMP, 5 önemli özelliğe sahiptir. Bunlar;

    * 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.


    [​IMG]


    Yüksek performans gereken yerlerde şekil 2 'de görüldüğü gibi harici bağlantılarda OP-AMP 'ın çıkış gerilimi boşta iken sıfır yapılır. 741 entegresinin 1 ve 5 nolu uçlarına bir potansiyometre bağlanarak, orta ucu (-) voltaj kaynağına irtibatlandırılır.[​IMG] Şekil. 3 - IC 741 ve IC 747 Entegrelerinin İç Bağlantı Şemaları.

    Şekil 3 'de görüldüğü gibi 741 entegresinde 1 OP-AMP bulunurken, 747 entegresinde 2 adet OP-AMP bulunur.

    OP-AMP 'ların Beslenmesi


    [​IMG]


    Şekil 4 - OP-AMP 'ın Simetrik Kaynaktan Beslenmesi

    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.

    Şekil 4 'de bir OP-AMP 'ın simetrik kaynaktan beslenmesi görülmektedir, örneğin bir OP-AMP devresi olarak 741 entegresi kullanılacaksa, entegrenin 7 nolu ucuna pozitif besleme, 4 nolu ucuna ise negatif besleme uygulanır. Şekil 4 'de görülen (+) giriş faz çevirmeyen giriş ucu, (-) giriş faz çeviren giriş ucunu gösterir.
     
    En son bir moderatör tarafından düzenlenmiş: 21 Aralık 2010
  2. _Mr.PaNiK_

    _Mr.PaNiK_ Üye

    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



    Tersleyen Yükselteç (Faz Çeviren, Inverting Amplifier) Olarak Kullanılması


    [​IMG]


    Şekil 5 - Faz Çeviren Yükselteç
    OP-AMP 'ın özelliklerinden biri de (+) ve (-) giriş uçlarında potansiyel fark 0 Volttur. Çünkü OP-AMP 'lann giriş empedansları çok yüksek olduğundan (+) ve {-) giriş uçlarından akan akım pratikte nanoamper seviyesindedir. İdeal bir OP-AMP 'ta (+) ve (-) giriş uçlarından akım akmadığı kabul edilirse, (+) ve (-) giriş uçlarındaki voltaj farkı da sıfır olacaktır. Bundan dolayı OP-AMP 'larda devreye giren akım, elemana girmez kabul edilir. Şekil 5 'deki şekilde akım yönleri bu kurala göre çizilmiştir.

    Şekil 5 'deki devrede giriş sinyali OP-AMP 'ın (-) ucu olan faz çeviren girişine uygulandığı için devrenin adı FAZ ÇEVİREN YÜKSELTEÇ 'tir. Bu devrede R1 direnci giriş, Rf direnci ise geri besleme (feedback) direncidir. Girişe AC veya DC sinyal uygulansa dahi bu yükselteç, girişine uygulanan sinyallerin seviyesine yükseltir, şiddetlendirir. OP-AMP 'a harici dirençler bağlandığı için, bu yükselteç; açık çevrim kazancından bağımsız bir kapalı çevrim kazancına sahiptir. Kapalı çevrim kazancı harici olarak bağlanan bu dirençlerin değerine bağlıdır.

    OP-AMP 'ın özelliğinden dolayı x noktasındaki potansiyel 0 Volt 'tur. (Vx = 0). Kirchhoff 'un akımlar kanununa göre bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı, giden akıma eşit olduğu için Ii = If 'dir. Dolayısıyla R1 'den akan akım Rf 'den de akacaktır.

    Ii = (Vi - Vx) / R1 (Vx = 0 Volt olduğundan)

    Ii = Vi / R1 olur.

    If = (Vx - Vo) / Rf (Vx = 0 Volt olduğundan)

    If = - (Vo / Rf) olur.

    Ii ve If akımları birbirine eşit olduğundan;
    Ii = If

    (Vi / R1) = -(Vo / Rf) olur. İçler dışlar çarpımı yaparsak;

    -Vo.R1 = Vi.Rf elde edilir.

    (Vo / Vi) = -(Rf / R1)



    Bu formülde çıkış voltajının, giriş voltajına oranı yükseltecin gerilim kazancını vereceği için;

    Av = -(Rf / R1) elde edilir.

    Son olarak elde edilen formüldeki (-) işareti giriş ile çıkış arasında 180° faz farkı olduğunu gösterir. Rf ve R1 dirençleri ile yükseltecin kazancı ayarlanabilir. Bu bağlantıya göre kapalı çevrim kazancı, ayarlanabilir. Bu bağlantıya göre kapalı çevrim kazancı, açık çevrim kazancından küçüktür. Fakat, devrenin çalışması, kapalı çevrim kazancından daha kararlıdır. Bu OP-AMP devresinin, geri beslemeli kazancı, geri beslemesiz kazancından daha küçük olduğu için kullanılan geri besleme NEGATİF GERİ BESLEME 'dir. Pozitif geri besleme olsaydı, geri beslemeli kazanç, geri beslemesiz kazançtan daha büyük (200.000 'den büyük) olurdu.

    Av = -(Rf / R1) formülüne göre eğer Rf = R1 olarak seçilirse yükseltecin kazancı -l 'e eşit olur. Bu gibi durumlarda, bu yükselteç girişine uygulanan sinyali yükseltmeden sadece polaritesini değiştirerek çıkışa aktarır.


    Terslemeyen Yükselteç (Faz Çevirmeyen, Noninverting Amplifier) Olarak Kullanılması


    [​IMG]


    Şekil 6 - Faz Çevirmeyen Yükselteç ve Eşdeğer Devresi

    Şekil 6 'da görüldüğü gibi giriş sinyali, OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişine uygulanmıştır. Dolayısıyla çıkış sinyali ile giriş sinyali arasında faz farkı bulunmaz.
    İdeal bir OP-AMP 'ın giriş empedansı sonsuz olduğundan faz çevirmeyen (+) ve faz çeviren (-) giriş uçları arasında akım sıfır olduğundan, (+) ve (-) giriş uçları arasındaki potansiyel farkı 0 Volt 'tur.

    Şekil 6 'da görüldüğü gibi eşdeğer devrede Vi = 0 Volt yazılarak bahsedilen özellik kullanılmıştır.

    Vi gerilimi, R1 üzerinden düşen gerilime eşittir.

    Vi = [R1 / (R1 + Rf)].Vo

    Bu formülde Vo / (R1 + Rf) eşitliği R1 ve Rf dirençlerinden geçen akımı temsil eder. Bu değer ile R1 'i çarparsak R1 üzerinde düşen gerilimi, dolayısıyla giriş gerilim değeri bulunur.

    Vi = [R1 / (R1 + Rf)].Vo eşitliğinde her iki tarafı Vo 'ya bölersek;

    Vi / Vo = R1 / (R1 + Rf) olur.

    Vo / Vi = (R1 + Rf) / R1 => Vo / Vi = 1 + (Rf / R1)

    Av = 1 + (Rf / R1) olarak bulunur.



    Faz çevirmeyen yükselteç devresinde de kapalı çevrim kazancını direnç değerleri belirler.


    [​IMG]


    Şekil 7 - Faz Çevirmeyen Yükselteçler

    Şekil 7 'de gösterilen şekiller de birer faz çevirmeyen yükselteçlerdir. Bu şekillerin, şekil 6 'dan farkı yoktur.

    Faz çevirmeyen yükselteç ile faz çeviren yükselteç arasındaki farklar şunlardır:

    Faz çevirmeyen yükseltecin kazancı, faz çeviren yükselteçten 1 fazladır ve daima l 'den büyüktür.
    Faz çevirmeyen yükseltecin giriş empedansı OP-AMP giriş empedansına eşit olup çok yüksektir. Faz çeviren yükseltecin giriş empedansı ise R1 direnci kadardır.
    Faz çevirmeyen yükselteçte giriş ve çıkış işaretleri aynı fazdadır. Faz çeviren yükselteçte ise giriş ve çıkış işaretleri arasında 180° faz farkı vardır.

    Gerilim İzleyici (Voltage Follower) Olarak Kullanılması


    [​IMG]


    Şekil 2.8 - Gerilim İzleyici ve Eşdeğer Devresi

    Gerilim izleyici devre, gerilim kazancının 1 ve giriş - çıkış işaretlerinin aynı fazda olduğu bir yükselteçtir.

    Eşdeğer devresinden görüldüğü gibi Vo = Vi 'dir. Emiter izleyici devreye çok benzer. Bu devrenin giriş empedansı yüksek, çıkış empedansı düşük olduğu için empedans uygunlaştırmada kullanılır. Katlar arasında maximum enerji transferinin gerçekleştirilebilmesi için bir katın çıkış empedansı, diğer katın giriş empedansına eşit olması gerekir.
    Gerilim izleyici devrelerde gerilim kazancı l 'e eşittir.

    Av = 1

    Toplar Yükselteç (Summing Amplifier) Olarak Kullanılması


    [​IMG]


    Şekil 9 - OP-AMP 'ın Toplayıcı Yükselteç Olarak Çalışması
    Şekil 9 'da görüldüğü gibi devre, faz çeviren (inverting) yükselteç gibi çalışmaktadır.
    Rf geri besleme direncinden geçen akımı If, R1 direncinden geçen akımı I1, R2 direncinden geçen akıma I2 dersek;

    If = I1 + I2 olur.

    I1 = (V1 - Vx) / R1 , I2 = (V2 - Vx) / R2 , If = (Vx - Vo) / Rf

    (Vx = 0 olduğu için)

    I1 = V1 / R1 , I2 = V2 / R2 , If = Vo / Rf

    I1 + I2 = If

    (V1 / R1) + (V2 / R2) = - (Vo / Rf)

    Vo = -[(Rf / R1).V1 + (Rf / R2).V2]

    Eğer, Rf = R1 = R2 olarak seçilirse

    Vo = -(V1 + V2) olur.



    * Giriş adedi 3 olura çıkış voltaj değerini veren formül,

    Vo = -[(Rf / R1).V1 + (Rf / R2).V2 + (Rf / R3).V3] olur..

    *Formüldeki (-) işaret, OP-AMP 'ın faz çeviren yükselteç olarak çalışmasından kaynaklanmaktadır.


    Fark Yükselteci (Difference Amplifier) Olarak Kullanılması


    [​IMG]


    Şekil 10 - Fark Yükselteç Devresi

    Devrenin (+) ve (-) girişlerine uygulanan sinyallerin farkını alır, çıkarma işlemini yapar.
    Devre analizinde, girişlerden birisi yok sayılıp, diğeri var sayılarak "süperpozisyon teoremi" uygulanacaktır.

    * Önce OP-AMP 'ın inverting yükselteç olarak çalıştığı düşünülürse;

    Inverting Yükselteç Çıkışı: Vo = -(Rf / R1).Vi1 olur

    Bu aşamada non-inverting girişi yok sayılmıştır.

    * Şimdi, inverting girişini yok, non-inverting girişi var iken çıkış voltajını yazarsak;


    [​IMG]


    Şekil 11 - Fark Yükseltecinin Non-Inverting Yükselteç Gibi Çalışması

    Faz çevirmeyen yükseltecin çıkış voltajı, Vçk = [1 + (Rf / R1)] Vi2 'dir. Fakat, Şekil 11 'den görüleceği gibi OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişine uygulanan sinyal, R3 direncinin üzerinde düşen voltaj (Vx) kadardır. Vx voltajı,

    Vx = I.R3 => I = Vi2 / (R2 + R3)

    Vx = [Vi2 / (R2 + R3)] .R3 olacaktır.


    OP-AMP, girişindeki Vx gerilimini, voltaj kazancı kadar yükseltecektir. OP-AMP 'ın, faz çevirmeyen yükselteç durumundaki çıkış voltaj değeri;

    Vo = [1 + (Rf / R1)].Vx

    Vo = [1 + (Rf / R1)].[R3 / (R2 + R3)].Vi2 olur.

    * Yapılan analiz birleştirilirse, devrenin çıkış voltajı;

    Vo = - (Rf / R1).Vi1 + [1+(Rf / R1)].[R3 / (R2 / R3)].Vi2 olacaktır.

    Eğer, fark yükseltecinin direnç değerleri R1 = R2 = R3 = Rf olarak seçilirse;

    Vo = -(Rf / Rf).Vi1 + [1 + (Rf / Rf)].[Rf / (Rf / Rf)].Vi2

    Vo= -Vi1 + (1 + 1) (1/2).Vi2

    Vo = -Vi1 + 2.(1/2).Vi2

    Vo = Vi2 - Vi1 olur.

    Böylece devre, yükseltme yapmadan, girişine uygulanan sinyallerin farkım alır.

    Eğer, R1 = R2 ve R3 = Rf olarak seçilirse;

    Vo = -(Rf / Rf).Vi1 + [1 + (Rf / R1)].[R3 / (R2 / R3)].Vi2 'den

    Vo = - (Rf / R1).Vi1 + [[(Rf + R1)/R1].[Rf / (R1 + Rf)].Vi2]

    Vo = - (Rf / R1).Vi1 + (Rf / R1).Vi2

    Vo = (Rf / R1).(Vi2 - Vi1) olur.

    Buradaki Rf/R1, fark yükseltecinin kazancıdır

    Bu durumda devre giriş voltajlarının farkını yükseltir
     
    En son bir moderatör tarafından düzenlenmiş: 21 Aralık 2010
  3. rizmani

    rizmani Yeni Üye

    usta bu opamp bnm üni.de ders ödevm kopyalamıyorum bunu yollayabılrmısnz ??
     
  4. Siraç

    Siraç Site Yetkilisi Admin Editör

    Üye girişi yapanlara kopyalama yasağı kaldırıldı. Kopyalayabilirsiniz şimdi
     
    Son düzenleme: 21 Aralık 2010
    1 kişi bunu beğendi.
  5. ben lise 3'e ELEKTRİK Ve ELEKTRONİK Bölümüne gidiyorum bizim bi hoca var bu konuya takıldı bitirmiyoda okul bitti bu konu hala bitmedi tek zayıfım var oda endüsriyel kontrol :(
     
  6. Eline saglik hocam cok guzel anlatmissin.
     
  7. opampın bacakbağlantı şemasını istiyorum
     

Bu Sayfayı Paylaş