מגבר תפעולי (בקיצור מגבר פעיל) הוא מגבר קלט מצומד ישיר, במצב דיפרנציאלי, בדרך כלל בעל פלט חד-קצהי, בעל מתח הגבר גבוה. הוא יכול לייצר פוטנציאל פלט (יחסית לאדמה) הגדול פי מאות אלפי מהפרש הפוטנציאלים בקלט. הוא קיבל את שמו משום שהוא שימש בתחילה בעיקר במעגלי מחשוב אנלוגיים כגון פעולות חיבור וחיסור.

עקרון העבודה של מגבר תפעולי

הקלט הדיפרנציאלי של מגבר תפעולי כולל מתח קלט לא הפוך ומתח קלט הפוך. מגבר תפעולי אידיאלי מגביר רק את ההפרש בין שני המתחים, מה שנקרא מתח קלט במצב דיפרנציאלי. מתח המוצא של מגבר תפעולי ניתן על ידי הנוסחה הבאה:

Vout = (V+ - V-) * Ado

כאשר Ado הוא ההגבר הדיפרנציאלי בלולאה פתוחה של מגבר הפעולה.

מגבר תפעולי אידיאלי

מגבר תפעולי אידיאלי בדרך כלל כולל את המאפיינים הבאים:

1. הגבר לולאה פתוחה אינסופי (Ado = +∞): תכונה חשובה של מגבר תפעולי אידיאלי היא שבמצב לולאה פתוחה, לאות הדיפרנציאלי בכניסה יש הגבר מתח גדול אינסופי, מה שהופך את המגבר התפעולי למתאים מאוד להוספת תצורת משוב שלילי ביישומים מעשיים.

2. עכבת קלט אינסופית (Zin/Rin = ∞): הדקי הקלט של מגבר תפעולי אידיאלי אינם מאפשרים לזרום כלשהו, כלומר, אותות הזרם בהדקים V+ ו- V- הם תמיד אפס, מה שאומר שעכבת הקלט היא אינסופית.

3. מתח קיזוז קלט אפס

4. רוחב פס אינסופי (BW = ∞) עם אפס הסטת פאזה וקצב שינוי אינסופי: מגבר תפעולי אידיאלי יגביר אותות קלט בכל תדר עם אותו הגבר דיפרנציאלי, מבלי להשתנות עקב שינוי תדר האות.

5. עכבת יציאה אפסית (Zout/Rout = 0): מסוף היציאה של מגבר תפעולי אידיאלי הוא מקור מתח מושלם. לא משנה איך הזרם הזורם לעומס המגבר משתנה, מתח היציאה של המגבר נשאר קבוע, כלומר, עכבת היציאה היא אפס.

6. אפס רעש

7. יחס דחייה אינסופי של מצב משותף (CMRR = ∞): מגבר תפעולי אידיאלי יכול להגיב רק להבדל המתח בין הדקי V+ ו-V-, כלומר, הוא מגביר רק את החלק (V+ - V-). החלק המשותף של שני אותות הקלט (כלומר, אות המצב המשותף) מתעלם לחלוטין.

8. יחס דחיית ספק כוח אינסופי

כל האידיאליזציות הללו אינן ניתנות למימוש מלא. ניתן להשתמש בנגדים וקבלים שווי ערך במודל מגבר תפעולי כדי לדמות את הפרמטרים הלא-אינסופיים או שאינם אפס של מגבר תפעולי אמיתי. בדרך זו, מתכננים יכולים לקחת בחשבון השפעות אלו בביצועים הכוללים של המעגל הסופי. ההשפעה של פרמטרים מסוימים על התכנון הסופי עשויה להיות זניחה, אך יש לחשב פרמטרים אחרים המגבילים בפועל את הביצועים הסופיים.

עיצובים נפוצים של יישומים

(1) מגבר לולאה סגורה הפוך

האיור לעיל מציג מעגל של מגבר לולאה סגורה הפוך. בהנחה שמגבר לולאה סגורה זה משתמש במגבר תפעולי אידיאלי, בשל הגבר הלולאה הפתוחה האינסופי שלו, שני הדקי הקלט של המגבר התפעולי הם הארקה וירטואלית. כמו כן, מכיוון שעכבת הקלט היא אינסופית, הזרם מ-Vin ל-V- שווה לזרם מ-V- ל-Vout, כך:

(2) מגבר לולאה סגורה שאינו הפוך

האיור לעיל מציג מעגל של מגבר בלולאה סגורה שאינו הפוך. המשוב השלילי קובע את הגבר בלולאה סגורה Acl=Vout/Vin דרך נגדי מחלק המתח Rf ו-Rg. איזון נוצר כאשר Vout מספיק בדיוק כדי להפוך את המתח בהדק המהפך שווה ל-Vin. לכן, הגבר המתח של המעגל כולו הוא 1 + Rf/Rg. נוסחת מתח המוצא היא:

(3) תוספת

האיור לעיל מציג מעגל חיבור. בתנאי מגבר תפעולי אידיאלי, מכיוון שעכבת הקלט היא אינסופית, הזרם דרך R1 שווה לזרם דרך R2, ובאופן דומה, הזרם דרך R3 שווה לזרם דרך R4. לכן:

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

(Vout-V-)/R3=V_/R4

גם בגלל קצר חשמלי וירטואלי, יש: V+=V_

לאחר מכן ניתן להסיק כי :Vout=V1+V2

(4) מעגל אינטגרציה

האיור לעיל מציג מעגל אינטגרטור. בתנאי מגבר תפעולי אידיאלי, הגבר בלולאה פתוחה הוא אינסופי, המתח בקצה הקלט ההיפוך שווה לזה שבקצה הלא-היפוך, ומכיוון שעכבת הקלט היא אינסופית, הזרם דרך R1 שווה לזרם דרך C1.

הזרם העובר דרך R1 i=V?/R?

הזרם העובר דרך C1 i=C·dU./dt

אז Vout =((-1/(R?·C?)·fV?dt

מתח המוצא פרופורציונלי לאינטגרל של מתח הקלט לאורך זמן, ולכן הוא נקרא מעגל אינטגרטור.

(5) מעגל דיפרנציאלי

האיור לעיל מציג מעגל דיפרנציאלי. בתנאי מגבר תפעולי אידיאלי, הגבר בלולאה פתוחה הוא אינסופי, המתח בקצה הקלט ההיפוך שווה לזה שבקצה הלא-היפוך, ומכיוון שעכבת הקלט היא אינסופית, הזרם דרך R1 שווה לזרם דרך C1.

אם V1 הוא מתח ישר המופעל פתאום, הפלט Vout מתאים לפולס בכיוון ההפוך ל-V1.

מגבר שרת כללי Slkor SL8634XS14 SOP-14

אודות SLKOR:

SLKOR, שבסיסה בשנג'ן, סין, היא חברת היי-טק לאומית מתפתחת במהירות בתחום מוליכים למחצה להספק. עם מרכזי מחקר ופיתוח בבייג'ינג ובסוז'ואו, צוות הטכני המרכזי שלה מגיע מאוניברסיטת צינגהואה. כחדשנית בטכנולוגיית התקני הספק מסיליקון קרביד (SiC), SLKORמוצריה נמצאים בשימוש נרחב בכלי רכב המונעים אנרגיה חדשה, ייצור חשמל פוטו-וולטאית, האינטרנט של הדברים התעשייתי ואלקטרוניקה צרכנית, ומספקים פתרונות מוליכים למחצה קריטיים ליותר מ-10,000 לקוחות ברחבי העולם.

החברה מספקת יותר מ-2 מיליארד יחידות מדי שנה, כאשר טרנזיסטורי MOSFET של SiC ודיודות SBD בעלות התאוששות אולטרה-מהירה מדור חמישי קובעים סטנדרטים בתעשייה מבחינת יחס יעילות ויציבות תרמית. SLKOR מחזיקה ביותר מ-100 פטנטים על המצאות ומציעה מעל 2,000 דגמי מוצרים, תוך הרחבת תיק המוצרים הקריטיים שלה על פני התקני חשמל, חיישנים ומעגלים משולבים לניהול צריכת חשמל. הסמכות הכוללות ISO 9001, EU RoHS/REACH ותאימות CP65 מדגימות את מחויבותה האיתנה של החברה לחדשנות טכנולוגית, ייצור רזה ופיתוח בר-קיימא.