تقویت کننده عملیاتی که معمولاً با عنوان آپ‌امپ(operational amplifier) نیز شناخته می‌شود، نقش بسیار مهمی در تقویت سیگنال‌ها، انجام عملیات ریاضی، اجرای توابع مختلف و مقایسه ولتاژ و جریان در مدارات الکتریکی بر عهده دارد. در این مقاله، ابتدا به معرفی تقویت‌کننده عملیاتی و ویژگی‌های آن می‌پردازیم و سپس کاربردهای مختلف این قطعه الکترونیکی را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهیم.
تقویت کننده عملیاتی یا آپ امپ چیست؟
تقویت کننده عملیاتی یک تقویت کننده ولتاژ بالا با ورودی‌های تفاضلی و یک خروجی است. این قطعه به طور معمول از چندین ترانزیستور، مقاومت و خازن تشکیل شده است که در یک آی سی واحد قرار می‌گیرند. نماد مداری آپ امپ به صورت یک مثلث با دو پایانه ورودی و یک ترمینال خروجی است. همچنین آپ امپ ها بسته به کاربرد و مدار موردنظر، نیاز به تغذیه مثبت و صفر و یا مثبت و منفی دارند. در تصویر زیر نماد الکترونیکی آپ امپ را مشاهده می‌کنید:
ویژگی‌های آپ امپ
آپ امپ ها دارای ویژگی های مهم و مختلفی هستند که در ادامه به آنها اشاره شده است:
الف) بهره بالا
آپ آمپ ها دارای بهره ولتاژ بسیار بالایی هستند که این بهره اغلب به بیش از 100000 می‌رسد.
ب) ورودی های تفاضلی
آپ امپ ها دارای دو ترمینال ورودی هستند، یعنی ورودی معکوس (-) و ورودی غیر معکوس (+) و آپ امپ در واقع اختلاف ولتاژ بین این ترمینال‌ها را تقویت می کند.
ج) تک خروجی بودن
آپ امپ ها یک ولتاژ خروجی تولید می‌کنند که متناسب با اختلاف ولتاژ بین پایانه‌های ورودی آنهاست.
د) امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی کم
آپ امپ ها معمولا دارای امپدانس ورودی بسیار بالایی هستند که اثر بارگذاری را در مراحل قبلی مدار به حداقل می‌رساند. همچنین، این قطعات امپدانس خروجی بسیار پایینی دارند که موجب می‌شود در خروجی یک سیگنال قوی را تولید کنند.
ه) عملکرد خطی
تحت شرایط کاری عادی، آپ امپ ها رفتار خطی از خود نشان می‌دهند و ارتباط ورودی و خروجی به صورت یک تابع خطی می‌باشد.
کاربرد آپ امپ
آپ امپ ها دارای کاربردهای مختلفی هستند که در ادامه به مهم ترین آن ها اشاره شده است:
1) تقویت سیگنال
از آپ امپ ها به طور متداول برای تقویت سیگنال‌های ضعیف در سیستم‌های الکترونیکی مختلف مانند تقویت کننده‌های صوتی، ابزار دقیق و رابط‌های حسگر استفاده می شوند.
2) فیلتر
آپ امپ ها در طراحی فیلترهای اکتیو، از جمله فیلترهای پایین گذر، بالا گذر، میان گذر و فیلترهای مختلف دیگر به منظور حذف نویزها و سیگنال‌های با فرکانس ناخواسته به کار می‌روند.
3) مقایسه کننده
آپ امپ ها می توانند به عنوان مقایسه کننده ولتاژ عمل کنند و دو ولتاژ ورودی را با هم مقایسه کنند. در این کاربرد، خروجی آپ امپ بر اساس نتیجه مقایسه یک خروجی دیجیتال صفر یا یک خواهد بود.
4) نوسانگر
آپ امپ ها یکی از مهم‌ترین قطعات در ساخت اسیلاتورها هستند که شکل موج‌های دوره ای را در فرکانس‌های خاص ایجاد می‌کنند. از جمله این موارد میتوان به نوسانگرهای موج سینوسی، نوسانگرهای موج مربعی و مثلثی اشاره کرد.
5) ابزار دقیق
از آپ امپ ها در سیستم‌های ابزار دقیق برای اندازه‌گیری و کنترل دقیق سیستم‌ها استفاده می‌شود. از این قطعات برای تبدیل خروجی سنسورهای دما، فشار و سایر سنسورها استفاده می‌شود.
6) عملیات ریاضی
آپ امپ ها می توانند عملیات ریاضی مانند جمع، تفریق، ضرب، تقسیم و توابع لگاریتمی/نمایی را انجام دهند. بدین ترتیب این قطعات از عناصر مهم در مدارهای محاسباتی آنالوگ و کاربردهای پردازش سیگنال خواهند بود.
7) تنظیم ولتاژ
Op-amp ها می توانند در تنظیم‌کننده‌های ولتاژ به منظور تثبیت و تنظیم ولتاژ خروجی استفاده شوند.
8) کاربردهای صوتی
از Op-amp ها به طور گسترده در مدارهای صوتی برای کارهایی مانند میکس صدا، کنترل صدا، یکسان سازی و پردازش سیگنال صوتی استفاده می‌شود.
جمع بندی
در این مقاله ابتدا تقویت کننده عملیاتی تعریف شد، سپس ویژگی‌های مهم آن ذکر شد و در نهایت کاربردهای مهم و مختلف آن ارائه گردید. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد آپ امپ و کاربردهای مختلف آن به طور کامل در دوره جامع آموزش الکترونیک بررسی کرده‌ایم.
در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید.
منابع: Electronics Tutorials ABLIC
