İşlemsel Yükseltgeçler

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.

Şekil '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.

Operasyonel yükselteçler çalışabilemek için her zaman bir besleme geriliminegereksinim duyarlar. Besleme gerilimi uygulanan bir OPAMP, giriş uçlarına 

uygulanan gerilime ve işlevine bağlı olarak çıkış gerilimi üretir. Bir OPAMP’ın çıkışından alınabilecek maksimum çıkış gerilimi, besleme geriliminden birkaç volt daha küçüktür. Bu durum OPAMP’ın içyapısından ve enerji tüketiminden kaynaklanır. Opamp çıkışında elde edilen işaretin maksimum değerlerine doyum(saturation) gerilimi denir. “±Vdoyma” olarak ifade edilir. Örneğin besleme gerilimi ±12V olan bir OPAMP’ta doyum gerilimleri yaklaşık olarak negatif işaretler için 2V, pozitif işaretler için ise 1V daha azdır. Yani OPAMP çıkışından pozitif değerler için maksimum +11V, negatif değerler için ise maksimum -10V civarında bir gerilim alınabilir. Üretici firmalar, bu değerleri kataloglarında belirtirler. 

OPAMP'ların çok büyük olan açık çevrim kazançlarını kontrol edebilmek amacıyla 

genelde negatif geri besleme (Şekil1.11) uygulanır. Bu duruma OPAMP'ın kapalı 

çevrim çalışması denir. Negatif geri beslemenin sonucu olarak OPAMP’ın (+) ve (-) 

giriş uçları arasındaki potansiyel fark “0V” olur. 

Eviren Yükseltgeç

Şekilde görüldüğü gibi sinyal (-) uçtan yani eviren uçtan verilmiştir. Buna göre çıkışta alacağımız sinyal giriş sinyalinin tam ters çevirilmiş halidir. R1 direnci giriş, Rf direnci ise geri besleme direncidir.

Opamp'ın kazancı A_v = -(R_f / R₁) dir.

Çıkış gerilimi ise Vo=Av.Vi dir.

Formulü açmak istersek Vo=-(Rf/Ri).Vi dir.

Opamp'ın eviren ucundan sinyali verdiğimiz zaman çıkışta sinyal ters çevrilmiş ve kazanç oranında artmış olarak görüyoruz.

Eğer Rf=R1 olsaydı  kazanç olmayacak sadece sinyalin polaritesi değişecekti.






Evirmeyen Yükseltgeç

Bu op-amp da giriş sinyali aynı polaritede çıkış yapar. Sadece kazanca göre sinyal yükseltilir.

Örnek 1. Faz çevirmeyen (Evirmeyen) bir basit op-amp devresinde Vi=2v Rf=4 ohm R1=2 ohm dur. Vo çıkış gerilimi kaç V dir?

--> Öncelikle kazancımızı bulalım.
(1+Rf/Ri) = (1+4/2) = 3 yani sinyalimiz polaritesi değişmeden 3 kat kuvvetlenerek çıkış yapacak
Vo=K*Vi (K dediğimiz kazançtır) 3*2=6v çıkış elde ederiz.

Gerilim izleyici devre, gerilim kazancının “1” ve giriş ve çıkış işaretlerinin aynı 
fazda olduğu bir yükselteçtir. Bu devrenin giriş empedansı çok büyük, çıkış 
empedansı oldukça düşük olduğu için tampon devre olarak kullanılır. Kv = 1 ve Vi=V0

Toplar Op-Amp

Toplar op-amp devremizde 3 adet giriş gerilimi (bu değişebilir) belirli dirençler oranında toplanarak çıkışa aktarılır.

Görüldüğü gibi girişimiz (-) uçtan bu demek oluyor ki sinyal ters çevrilecek. çıkış (-) ile çarpılacak. Toplar devrede eviren gibi işlem yapılıp toplanması ile bulunur.
Rf direncinin giriş dirençlerine bölümü bize kazancı verecek ve her bir gerilim için bunu tekrarlayıp toplayacağız.






İntegral Alan Op-Amp

Integratör devre, girişi uygulanan sinyalin integral alarak çıkışa aktarır. Matematiksel anlamda integral, bir eğrinin altında kalan alana karşı gelir. Integratör devrenin girişine kare dalga uygulandığını devrenin çıkışından üçgen dalga elde edilir. Çünkü, kare dalganın integrali üçgen dalgadır. f_c = 1 / 2R_fC_f








Türev Alan Op-Amp

Türev alan devre, girişine uygulanan sinyalin türevini alarak çıkışa aktaran bir devredir. Türev alan devrenin girişine üçgen dalga uygulandığında çıkışından kare dalga, kare dalga uygulandığında ise çıkışından sivriltilmiş dalga elde edilir. O halde, elektronikte üçgen dalganın türevi kare dalga, kare dalganın türevi ise sivriltilmiş dalgadır. Integral alma işleminin tersi türev alma olduğu için, Şekil de ki devrede görüldüğü gibi integratör devredeki direnç ile kondansatörün yeri değiştirilerek bir türev alıcı devre gerçekleştirilir.



Karşılaştırıcı Op-Amp

Vi > V2 olursa, çıkıştan yaklaşık +V değeri alınır. (Vo = +V) Vi < V2 olursa, çıkıştan yaklaşık -V değeri alınır(Vo = -V)
Pratikte, açık çevrim kazancını sınırlayan faktör +V, -V besleme voltaj değerleri olduğu için çıkıştan yaklaşık +V veya -V gerilim değeri kadar sinyal alınır. 

  

1.Şekilde ki seri opamp devresinde direnç değerleri Rf  470 k , R1  4.3 k , R2  33 k , ve R3  33 k ve Vi=80 V ise Vo?