آی سی های آپ امپ (OP-AMP) یا تقویتکننده عملیاتی (Operational Amplifier)، یک مدار الکترونیکی یکپارچه است که نقش تقویت ولتاژ در مدار را بر عهده دارد و میتواند سیگنالهای ولتاژ ضعیف را به سیگنالهای ولتاژ قویتر تبدیل کند. از این تقویتکنندههای عملیاتی در اسیلاتورها، مبدلهای دیجیتال به آنالوگ و آنالوگ به دیجیتال و ابزار دقیق استفاده میشود.
در این مقاله تصمیم داریم در مورد آی سی های آپ امپ صحبت کنیم و ویژگیها و کاربردهای مختلف این تقویتکنندههای عملیاتی را مورد بررسی قرار دهیم. در صورتی که شما هم مایل به کسب اطلاعات بیشتر در مورد این تقویتکنندهها هستید، تا انتهای این مقاله با ما همراه شوید.
تقویت کننده عملیاتی یا آی سی آپ امپ چیست؟
تقویتکننده عملیاتی یا آپ امپ (Operational Amplifier)، یک تقویتکننده ولتاژ با بهره بسیار زیاد است که دو ورودی و یک خروجی دارد. ورودیهای این مدار الکترونیکی یکپارچه به صورت تفاضلی عمل میکنند؛ به این معنا که آی سیهای آپ امپ، فقط اختلاف ولتاژ ورودیها را تقویت میکنند.
یکی از دو ورودی تقویتکنندههای عملیاتی، منفی است و ورودی معکوسکننده (وارونگرا) نام دارد. ورودی دیگر هم مثبت است و به آن غیرمعکوسکننده (ناوارونگرا) میگویند. در ورودی منفی تقویتکننده عملیاتی، پلاریته برای سیگنال ورودی، منفی است و به همین دلیل «ورودی معکوسکننده» نام گرفته است. از سویی، سیگنال واردشده به ورودی مثبت، در خروجی، به صورت مثبت ظاهر میشود.
تقویتکنندههای عملیاتی یا آی سیهای آپ امپ، قطعاتی الکترونیکی هستند که از ترکیب پیچیده مقاومت، خازن، دیود و ترانزیستور ساخته شدهاند و از قابلیت جمع کردن، تقویت، انتگرالگیری و مشتقگیری سیگنالها برخوردارند.
نکته دیگری که لازم است در مورد تقویتکنندههای عملیاتی بیان کنیم این است که این تقویتکننده، مقاومت خروجی بسیار کم (حدود چند اهم) و مقاومت ورودی زیادی (بیش از چند صد کیلو اهم) دارند. از آنجا که این قطعات الکترونیکی، المانهای فعالی در مدار محسوب میشوند، برای تأمین انرژی مصرفی و بایاس ترانزیستورهای خود به تغذیه مستقیم نیاز دارند.
ویژگیهای آی سی های آپ امپ
در این بخش از مقاله تصمیم داریم چند مورد از مهمترین ویژگیها و خصوصیات تقویتکنندههای عملیاتی یا آپ امپها را بیان و به صورت مختصر و مفید بررسی کنیم:
- تقویت ولتاژ: آپ امپ میتواند سیگنالهای ولتاژ ضعیف را به سیگنالهای ولتاژ قویتر تبدیل کند. ضریب تقویت ولتاژ آپ امپ، مفهومی است که نسبت بین ولتاژ خروجی و تفاوت ولتاژ بین ورودیها را نشان میدهد. آپ امپهای دارای ضریب تقویت بالا، سیگنالهای ضعیف را به سطوح قابل استفاده برای سایر مدارها تقویت میکنند.
- امپدانس ورودی بالا: امپدانس ورودی آپ امپ، در واقع مقاومت آن در برابر جریان ورودی است. امپدانس ورودی بالای آپ امپ به این معناست که تقویتکننده عملیاتی، جریان بسیار کمی از منبع سیگنال ورودی دریافت میکند. نتیجه این امپدانس ورودی بالا این است که از تغییر شکل سیگنال جلوگیری میکند.
- پهنای باند بالا: پهنای باند آپ امپ، دامنه فرکانسهایی است که میتواند بدون افت کیفیت تقویت کند. آپ امپها با پهنای باند بالا میتوانند سیگنالها با فرکانسهای بالا را تقویت کنند. پهنای باند بالا باعث میشود که آی سی های آپ امپ، گزینه مناسبی برای کاربردهای صوتی، مخابراتی و اندازهگیری باشند.
- قیمت مناسب: آی سیهای آپ امپ، قیمت مناسبی دارند و به همین دلیل، استفاده از آنها برای کاربردهای مختلف، اقدامی درست و هوشمندانه قلمداد میشود.
- مصرف برق کم: به طور کلی تقویتکنندههای عملیاتی، مصرف برق پایینی دارند و به همین دلیل میتوان از آنها در دستگاههای باتریدار یا دستگاههایی با مصرف برق کم هم استفاده کرد.
- قابلیت اطمینان بالا: آی سی های آپ امپ، قابلیت اطمینان و عمر بالایی دارند و میتوان به صورت طولانیمدت از آنها در طیف وسیعی از برنامهها استفاده کرد.
توضیحاتی کوتاه در مورد کاربردهای آی سی های آپ امپ
آی سی های آپ امپ در انواع و اقسام برنامههای الکترونیکی به کار میروند که از جمله آنها میتوان به تقویتکنندههای صوتی، فیلترها، اسیلاتورها، مقایسهکنندهها، مبدلهای آنالوگ به دیجیتال و مبدلهای دیجیتال به آنالوگ اشاره کرد. در ادامه توضیحاتی در مورد کاربردهای تقویتکنندههای عملیاتی ارائه خواهیم کرد:
- تقویت کردن سیگنال: یکی از مهمترین کاربردهای تقویتکنندههای عملیاتی، تقویت سیگنالهای ضعیف در سیستمهای الکترونیکی مختلف مثل تقویتکنندههای صوتی است. آپ امپها در تقویتکنندههای صوتی برای افزایش حجم صدا در سیستمهای صوتی، بلندگوها و هدفونها استفاده میشوند.
- فیلترها: آپ امپها در فیلترها برای جدا کردن فرکانسهای خاص از سیگنالها استفاده میشوند. این فیلترها به منظور حذف نویزها و سیگنالهایی با فرکانس ناخواسته مورد استفاده قرار میگیرند.
- مقایسهکنندهها: آی سیهای آپ امپ میتوانند به عنوان مقایسهکننده ولتاژ مورد استفاده قرار گیرند و دو ولتاژ ورودی را با یکدیگر مقایسه کنند. مقایسهکنندههای آپ امپ در مدارهای آشکارساز ولتاژ، آشکارساز صفر، آستانهساز و مقایسه کنندههای فاز کاربرد دارند.
- مبدل آنالوگ به دیجیتال و دیجیتال به آنالوگ: آپ امپها در مبدلهای آنالوگ به دیجیتال برای تبدیل سیگنالهای آنالوگ مانند ولتاژ یا جریان به سیگنالهای دیجیتال به کار میروند. همچنین این تقویتکنندهها برای تبدیل سیگنالهای دیجیتال به آنالوگ مثل ولتاژ یا جریان هم به کار میروند.
- عملیات ریاضی: آی سیهای آپ امپ، توانایی انجام عملیات ریاضی مثل جمع، تفریق، ضرب، تقسیم و محاسبات مربوط به توابع لگاریتمی و نمایی را دارند و به همین دلیل نقش مهمی در مدارهای مختلف بازی میکنند.
کلام آخر
در این مقاله کوشیدیم در مورد آی سی های آپ امپ، ویژگیها و کاربردهای آنها صحبت کنیم. امیدواریم نکات و آموزههای این مقاله شما را بهخوبی از تقویتکنندههای عملیاتی و کارکرد آنها آگاه کرده باشد. جدای از ویژگیها و کاربردهایی که در این مقاله برای تقویتکنندههای عملیاتی برشمردیم، خصوصیت و کاربرد دیگری برای آی سیهای آپ امپ سراغ دارید؟ لطفاً نظرهای خود را در بخش دیدگاهها (زیر همین مقاله) با ما به اشتراک بگذارید.