تقویت‌کننده عملیاتی (به اختصار آپ امپ) یک تقویت‌کننده ولتاژ با بهره بالا و با تزویج مستقیم و حالت تفاضلی است که معمولاً خروجی تک سر دارد. این تقویت‌کننده می‌تواند پتانسیل خروجی (نسبت به زمین) صدها هزار برابر بزرگتر از اختلاف پتانسیل در ورودی تولید کند. این نام را به این دلیل گرفته است که در ابتدا عمدتاً در مدارهای محاسبات آنالوگ مانند عملیات جمع و تفریق استفاده می‌شد.

اصول کار تقویت‌کننده عملیاتی

ورودی تفاضلی یک تقویت‌کننده عملیاتی شامل یک ولتاژ ورودی غیرمعکوس‌کننده و یک ولتاژ ورودی معکوس‌کننده است. یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل فقط اختلاف بین دو ولتاژ را تقویت می‌کند که به آن ولتاژ ورودی حالت تفاضلی گفته می‌شود. ولتاژ خروجی تقویت‌کننده عملیاتی با فرمول زیر داده می‌شود:

خروجی = (V+ - V-) * Ado

که در آن Ado بهره تفاضلی حلقه باز تقویت‌کننده عملیاتی است.

تقویت کننده عملیاتی ایده آل

یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل معمولاً دارای ویژگی‌های زیر است:

۱. بهره حلقه باز نامتناهی (Ado = +∞): یک ویژگی مهم یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل این است که در حالت حلقه باز، سیگنال تفاضلی در ورودی دارای بهره ولتاژ بی‌نهایت بزرگی است که این امر تقویت‌کننده عملیاتی را برای اضافه کردن پیکربندی فیدبک منفی در کاربردهای عملی بسیار مناسب می‌کند.

۲. امپدانس ورودی بی‌نهایت (Zin/Rin = ∞): ترمینال‌های ورودی یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل اجازه عبور هیچ جریانی را نمی‌دهند، یعنی سیگنال‌های جریان در ترمینال‌های V+ و V- همیشه صفر هستند، به این معنی که امپدانس ورودی بی‌نهایت است.

۳. ولتاژ آفست ورودی صفر

۴. پهنای باند نامتناهی (BW = ∞) با جابجایی فاز صفر و نرخ چرخش نامتناهی: یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل، سیگنال‌های ورودی با هر فرکانسی را با بهره تفاضلی یکسان، بدون تغییر به دلیل تغییر فرکانس سیگنال، تقویت می‌کند.

۵. امپدانس خروجی صفر (Zout/Rout = ۰): ترمینال خروجی یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل، یک منبع ولتاژ کامل است. مهم نیست جریان ورودی به بار تقویت‌کننده چگونه تغییر کند، ولتاژ خروجی تقویت‌کننده ثابت می‌ماند، یعنی امپدانس خروجی صفر است.

6. بدون نویز

۷. نسبت حذف حالت مشترک نامتناهی (CMRR = ∞): یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل فقط می‌تواند به اختلاف ولتاژ بین پایانه‌های V+ و V- پاسخ دهد، یعنی فقط قسمت (V+ - V-) را تقویت می‌کند. قسمت مشترک دو سیگنال ورودی (یعنی سیگنال حالت مشترک) کاملاً نادیده گرفته می‌شود.

۸. نسبت رد منبع تغذیه نامتناهی

همه این ایده‌آل‌سازی‌ها را نمی‌توان به طور کامل تحقق بخشید. می‌توان از مقاومت‌ها و خازن‌های معادل در مدل تقویت‌کننده عملیاتی برای شبیه‌سازی پارامترهای غیرنامتناهی یا غیرصفر یک تقویت‌کننده عملیاتی واقعی استفاده کرد. به این ترتیب، طراحان می‌توانند این تأثیرات را در عملکرد کلی مدار نهایی در نظر بگیرند. تأثیر برخی پارامترها بر طراحی نهایی ممکن است ناچیز باشد، اما پارامترهای دیگری که در واقع عملکرد نهایی را محدود می‌کنند باید محاسبه شوند.

طرح‌های کاربردی رایج

(1) تقویت‌کننده حلقه بسته معکوس‌کننده

شکل بالا مدار یک تقویت‌کننده حلقه بسته معکوس را نشان می‌دهد. با فرض اینکه این تقویت‌کننده حلقه بسته از یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل استفاده می‌کند، به دلیل بهره حلقه باز بی‌نهایت آن، دو ترمینال ورودی تقویت‌کننده عملیاتی زمین مجازی هستند. همچنین، به دلیل بی‌نهایت بودن امپدانس ورودی، جریان از Vin به V- برابر با جریان از V- به Vout است، بنابراین:

(2) تقویت‌کننده حلقه بسته غیر معکوس‌کننده

شکل بالا مدار یک تقویت‌کننده حلقه بسته غیر معکوس‌کننده را نشان می‌دهد. فیدبک منفی، بهره حلقه بسته Acl=Vout/Vin را از طریق مقاومت‌های تقسیم‌کننده ولتاژ Rf و Rg تعیین می‌کند. تعادل زمانی برقرار می‌شود که Vout دقیقاً به اندازه‌ای باشد که ولتاژ در ترمینال معکوس‌کننده برابر با Vin شود. بنابراین، بهره ولتاژ کل مدار ۱ + Rf/Rg است. فرمول ولتاژ خروجی به صورت زیر است:

(3) جمع کننده

شکل بالا یک مدار جمع‌کننده را نشان می‌دهد. تحت شرایط یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل، به دلیل اینکه امپدانس ورودی بی‌نهایت است، جریان عبوری از R1 برابر با جریان عبوری از R2 است و به طور مشابه، جریان عبوری از R3 برابر با جریان عبوری از R4 است. بنابراین:

(V1-V+)/R1 = (V+-V2)/R2

(خروجی ولتاژ-V-)/R3=V_/R4

همچنین به دلیل اتصال کوتاه مجازی، ：V+=V_ وجود دارد.

سپس می‌توان نتیجه گرفت که :Vout=V1+V2

(4) مدار انتگرال‌گیر

شکل بالا یک مدار انتگرال‌گیر را نشان می‌دهد. تحت شرایط یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل، بهره حلقه باز بی‌نهایت است، ولتاژ در ترمینال ورودی معکوس‌کننده برابر با ولتاژ در ترمینال غیر معکوس‌کننده است و چون امپدانس ورودی بی‌نهایت است، جریان عبوری از R1 برابر با جریان عبوری از C1 است.

جریان عبوری از R1 i=V?/R?

جریان عبوری از C1 i=C·dU./dt

بنابراین Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt)

ولتاژ خروجی متناسب با انتگرال ولتاژ ورودی بر حسب زمان است، به همین دلیل به آن مدار انتگرال گیر می‌گویند.

(5) مدار مشتق‌گیر

شکل بالا یک مدار مشتق‌گیر را نشان می‌دهد. تحت شرایط یک تقویت‌کننده عملیاتی ایده‌آل، بهره حلقه باز بی‌نهایت است، ولتاژ در ترمینال ورودی معکوس‌کننده برابر با ولتاژ در ترمینال غیر معکوس‌کننده است و از آنجا که امپدانس ورودی بی‌نهایت است، جریان عبوری از R1 برابر با جریان عبوری از C1 است.

اگر V1 یک ولتاژ DC ناگهانی اعمال شده باشد، خروجی Vout مربوط به یک پالس در جهت مخالف V1 است.

تقویت‌کننده عملیاتی عمومی Slkor SL8634XS14 SOP-14

درباره‌ ی ما SLKOR:

SLKORشرکت تیانجین، که دفتر مرکزی آن در شنژن چین واقع شده است، یک شرکت ملی با فناوری پیشرفته و به سرعت در حال ظهور در بخش نیمه‌هادی‌های قدرت است. این شرکت با داشتن مراکز تحقیق و توسعه در پکن و سوژو، تیم فنی اصلی خود را از دانشگاه تسینگهوا استخدام کرده است. به عنوان یک نوآور در فناوری دستگاه‌های قدرت کاربید سیلیکون (SiC)، SLKORمحصولات این شرکت به طور گسترده در وسایل نقلیه با انرژی جدید، تولید برق فتوولتائیک، اینترنت اشیا صنعتی و لوازم الکترونیکی مصرفی مورد استفاده قرار می‌گیرد و راه‌حل‌های نیمه‌هادی حیاتی را برای بیش از 10,000،XNUMX مشتری در سراسر جهان ارائه می‌دهد.

این شرکت سالانه بیش از 2 میلیارد واحد تولید می‌کند که در آن‌ها ماسفت‌های SiC و دیودهای SBD نسل پنجم با بازیابی فوق سریع، معیارهای صنعتی را در نسبت راندمان و پایداری حرارتی تعیین می‌کنند. SLKOR دارای بیش از ۱۰۰ اختراع ثبت شده و بیش از ۲۰۰۰ مدل محصول است و به طور مداوم سبد مالکیت معنوی خود را در زمینه دستگاه‌های برق، حسگرها و آی‌سی‌های مدیریت برق گسترش می‌دهد. گواهینامه‌هایی از جمله ISO 100، EU RoHS/REACH و انطباق با CP2,000 نشان دهنده تعهد راسخ این شرکت به نوآوری تکنولوژیکی، تولید ناب و توسعه پایدار است.