OP-AMP 'ların Kullanıldığı Yerler
@ Tersleyen Yükselteç (Faz Çeviren, Inverting Amplifier) Olarak Kullanılması
@ Terslemeyen Yükselteç (Faz Çevirmeyen, Noninverting Amplifier) Olarak Kullanılması
@ Gerilim İzleyici (Voltage Follower) Olarak Kullanılması
@ Toplar Yükselteç (Summing Amplifier) Olarak Kullanılması
@ Fark Yükselteci (Difference Amplifier) Olarak Kullanılması
@ Karşılaştırıcı (Comparator) Olarak Kullanılması
@ İntegral Alan (Integrator) Devre Olarak Kullanılması
@ Türev Alan (Differentiator) Devre Olarak Kullanılması
@ Doğrultmaç Olarak Kullanılması
@ Yarım Dalga Doğrultmaç Olarak Kullanılması
@ Tam Dalga Doğrultmaç Olarak Kullanılması
@ Logaritmik Yükselteç Olarak Kullanılması
@ Gerilim Regülatörü Olarak Kullanılması
@ Gerilim Kontrollü Osilatör Olarak Kullanılması
Tersleyen Yükselteç (Faz Çeviren, Inverting Amplifier) Olarak Kullanılması
Şekil 5 - Faz Çeviren Yükselteç
OP-AMP 'ın özelliklerinden biri de (+) ve (-) giriş uçlarında potansiyel fark 0 Volttur. Çünkü OP-AMP 'lann giriş empedansları çok yüksek olduğundan (+) ve {-) giriş uçlarından akan akım pratikte nanoamper seviyesindedir. İdeal bir OP-AMP 'ta (+) ve (-) giriş uçlarından akım akmadığı kabul edilirse, (+) ve (-) giriş uçlarındaki voltaj farkı da sıfır olacaktır. Bundan dolayı OP-AMP 'larda devreye giren akım, elemana girmez kabul edilir. Şekil 5 'deki şekilde akım yönleri bu kurala göre çizilmiştir.
Şekil 5 'deki devrede giriş sinyali OP-AMP 'ın (-) ucu olan faz çeviren girişine uygulandığı için devrenin adı FAZ ÇEVİREN YÜKSELTEÇ 'tir. Bu devrede R1 direnci giriş, Rf direnci ise geri besleme (feedback) direncidir. Girişe AC veya DC sinyal uygulansa dahi bu yükselteç, girişine uygulanan sinyallerin seviyesine yükseltir, şiddetlendirir. OP-AMP 'a harici dirençler bağlandığı için, bu yükselteç; açık çevrim kazancından bağımsız bir kapalı çevrim kazancına sahiptir. Kapalı çevrim kazancı harici olarak bağlanan bu dirençlerin değerine bağlıdır.
OP-AMP 'ın özelliğinden dolayı x noktasındaki potansiyel 0 Volt 'tur. (Vx = 0). Kirchhoff 'un akımlar kanununa göre bir düğüm noktasına gelen akımların toplamı, giden akıma eşit olduğu için Ii = If 'dir. Dolayısıyla R1 'den akan akım Rf 'den de akacaktır.
Ii = (Vi - Vx) / R1 (Vx = 0 Volt olduğundan)
Ii = Vi / R1 olur.
If = (Vx - Vo) / Rf (Vx = 0 Volt olduğundan)
If = - (Vo / Rf) olur.
Ii ve If akımları birbirine eşit olduğundan;
Ii = If
(Vi / R1) = -(Vo / Rf) olur. İçler dışlar çarpımı yaparsak;
-Vo.R1 = Vi.Rf elde edilir.
(Vo / Vi) = -(Rf / R1)
Bu formülde çıkış voltajının, giriş voltajına oranı yükseltecin gerilim kazancını vereceği için;
Av = -(Rf / R1) elde edilir.
Son olarak elde edilen formüldeki (-) işareti giriş ile çıkış arasında 180° faz farkı olduğunu gösterir. Rf ve R1 dirençleri ile yükseltecin kazancı ayarlanabilir. Bu bağlantıya göre kapalı çevrim kazancı, ayarlanabilir. Bu bağlantıya göre kapalı çevrim kazancı, açık çevrim kazancından küçüktür. Fakat, devrenin çalışması, kapalı çevrim kazancından daha kararlıdır. Bu OP-AMP devresinin, geri beslemeli kazancı, geri beslemesiz kazancından daha küçük olduğu için kullanılan geri besleme NEGATİF GERİ BESLEME 'dir. Pozitif geri besleme olsaydı, geri beslemeli kazanç, geri beslemesiz kazançtan daha büyük (200.000 'den büyük) olurdu.
Av = -(Rf / R1) formülüne göre eğer Rf = R1 olarak seçilirse yükseltecin kazancı -l 'e eşit olur. Bu gibi durumlarda, bu yükselteç girişine uygulanan sinyali yükseltmeden sadece polaritesini değiştirerek çıkışa aktarır.
Terslemeyen Yükselteç (Faz Çevirmeyen, Noninverting Amplifier) Olarak Kullanılması
Şekil 6 - Faz Çevirmeyen Yükselteç ve Eşdeğer Devresi
Şekil 6 'da görüldüğü gibi giriş sinyali, OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişine uygulanmıştır. Dolayısıyla çıkış sinyali ile giriş sinyali arasında faz farkı bulunmaz.
İdeal bir OP-AMP 'ın giriş empedansı sonsuz olduğundan faz çevirmeyen (+) ve faz çeviren (-) giriş uçları arasında akım sıfır olduğundan, (+) ve (-) giriş uçları arasındaki potansiyel farkı 0 Volt 'tur.
Şekil 6 'da görüldüğü gibi eşdeğer devrede Vi = 0 Volt yazılarak bahsedilen özellik kullanılmıştır.
Vi gerilimi, R1 üzerinden düşen gerilime eşittir.
Vi = [R1 / (R1 + Rf)].Vo
Bu formülde Vo / (R1 + Rf) eşitliği R1 ve Rf dirençlerinden geçen akımı temsil eder. Bu değer ile R1 'i çarparsak R1 üzerinde düşen gerilimi, dolayısıyla giriş gerilim değeri bulunur.
Vi = [R1 / (R1 + Rf)].Vo eşitliğinde her iki tarafı Vo 'ya bölersek;
Vi / Vo = R1 / (R1 + Rf) olur.
Vo / Vi = (R1 + Rf) / R1 => Vo / Vi = 1 + (Rf / R1)
Av = 1 + (Rf / R1) olarak bulunur.
Faz çevirmeyen yükselteç devresinde de kapalı çevrim kazancını direnç değerleri belirler.
Şekil 7 - Faz Çevirmeyen Yükselteçler
Şekil 7 'de gösterilen şekiller de birer faz çevirmeyen yükselteçlerdir. Bu şekillerin, şekil 6 'dan farkı yoktur.
Faz çevirmeyen yükselteç ile faz çeviren yükselteç arasındaki farklar şunlardır:
Faz çevirmeyen yükseltecin kazancı, faz çeviren yükselteçten 1 fazladır ve daima l 'den büyüktür.
Faz çevirmeyen yükseltecin giriş empedansı OP-AMP giriş empedansına eşit olup çok yüksektir. Faz çeviren yükseltecin giriş empedansı ise R1 direnci kadardır.
Faz çevirmeyen yükselteçte giriş ve çıkış işaretleri aynı fazdadır. Faz çeviren yükselteçte ise giriş ve çıkış işaretleri arasında 180° faz farkı vardır.
Gerilim İzleyici (Voltage Follower) Olarak Kullanılması
Şekil 2.8 - Gerilim İzleyici ve Eşdeğer Devresi
Gerilim izleyici devre, gerilim kazancının 1 ve giriş - çıkış işaretlerinin aynı fazda olduğu bir yükselteçtir.
Eşdeğer devresinden görüldüğü gibi Vo = Vi 'dir. Emiter izleyici devreye çok benzer. Bu devrenin giriş empedansı yüksek, çıkış empedansı düşük olduğu için empedans uygunlaştırmada kullanılır. Katlar arasında maximum enerji transferinin gerçekleştirilebilmesi için bir katın çıkış empedansı, diğer katın giriş empedansına eşit olması gerekir.
Gerilim izleyici devrelerde gerilim kazancı l 'e eşittir.
Av = 1
Toplar Yükselteç (Summing Amplifier) Olarak Kullanılması
Şekil 9 - OP-AMP 'ın Toplayıcı Yükselteç Olarak Çalışması
Şekil 9 'da görüldüğü gibi devre, faz çeviren (inverting) yükselteç gibi çalışmaktadır.
Rf geri besleme direncinden geçen akımı If, R1 direncinden geçen akımı I1, R2 direncinden geçen akıma I2 dersek;
If = I1 + I2 olur.
I1 = (V1 - Vx) / R1 , I2 = (V2 - Vx) / R2 , If = (Vx - Vo) / Rf
(Vx = 0 olduğu için)
I1 = V1 / R1 , I2 = V2 / R2 , If = Vo / Rf
I1 + I2 = If
(V1 / R1) + (V2 / R2) = - (Vo / Rf)
Vo = -[(Rf / R1).V1 + (Rf / R2).V2]
Eğer, Rf = R1 = R2 olarak seçilirse
Vo = -(V1 + V2) olur.
* Giriş adedi 3 olura çıkış voltaj değerini veren formül,
Vo = -[(Rf / R1).V1 + (Rf / R2).V2 + (Rf / R3).V3] olur..
*Formüldeki (-) işaret, OP-AMP 'ın faz çeviren yükselteç olarak çalışmasından kaynaklanmaktadır.
Fark Yükselteci (Difference Amplifier) Olarak Kullanılması
Şekil 10 - Fark Yükselteç Devresi
Devrenin (+) ve (-) girişlerine uygulanan sinyallerin farkını alır, çıkarma işlemini yapar.
Devre analizinde, girişlerden birisi yok sayılıp, diğeri var sayılarak "süperpozisyon teoremi" uygulanacaktır.
* Önce OP-AMP 'ın inverting yükselteç olarak çalıştığı düşünülürse;
Inverting Yükselteç Çıkışı: Vo = -(Rf / R1).Vi1 olur
Bu aşamada non-inverting girişi yok sayılmıştır.
* Şimdi, inverting girişini yok, non-inverting girişi var iken çıkış voltajını yazarsak;
Şekil 11 - Fark Yükseltecinin Non-Inverting Yükselteç Gibi Çalışması
Faz çevirmeyen yükseltecin çıkış voltajı, Vçk = [1 + (Rf / R1)] Vi2 'dir. Fakat, Şekil 11 'den görüleceği gibi OP-AMP 'ın faz çevirmeyen (+) girişine uygulanan sinyal, R3 direncinin üzerinde düşen voltaj (Vx) kadardır. Vx voltajı,
Vx = I.R3 => I = Vi2 / (R2 + R3)
Vx = [Vi2 / (R2 + R3)] .R3 olacaktır.
OP-AMP, girişindeki Vx gerilimini, voltaj kazancı kadar yükseltecektir. OP-AMP 'ın, faz çevirmeyen yükselteç durumundaki çıkış voltaj değeri;
Vo = [1 + (Rf / R1)].Vx
Vo = [1 + (Rf / R1)].[R3 / (R2 + R3)].Vi2 olur.
* Yapılan analiz birleştirilirse, devrenin çıkış voltajı;
Vo = - (Rf / R1).Vi1 + [1+(Rf / R1)].[R3 / (R2 / R3)].Vi2 olacaktır.
Eğer, fark yükseltecinin direnç değerleri R1 = R2 = R3 = Rf olarak seçilirse;
Vo = -(Rf / Rf).Vi1 + [1 + (Rf / Rf)].[Rf / (Rf / Rf)].Vi2
Vo= -Vi1 + (1 + 1) (1/2).Vi2
Vo = -Vi1 + 2.(1/2).Vi2
Vo = Vi2 - Vi1 olur.
Böylece devre, yükseltme yapmadan, girişine uygulanan sinyallerin farkım alır.
Eğer, R1 = R2 ve R3 = Rf olarak seçilirse;
Vo = -(Rf / Rf).Vi1 + [1 + (Rf / R1)].[R3 / (R2 / R3)].Vi2 'den
Vo = - (Rf / R1).Vi1 + [[(Rf + R1)/R1].[Rf / (R1 + Rf)].Vi2]
Vo = - (Rf / R1).Vi1 + (Rf / R1).Vi2
Vo = (Rf / R1).(Vi2 - Vi1) olur.
Buradaki Rf/R1, fark yükseltecinin kazancıdır
Bu durumda devre giriş voltajlarının farkını yükseltir
