OPAMP DEVRELERİ

EVİREN YÜKSELTEÇ


Bu yazıda, öncelikle OPAMP ile yapılmış eviren yükselteç devresinin çıkış voltajını ve voltaj kazancını bulacağız. Daha sonra ise, bulduğumuz sonucun ne anlama geldiğini öğreneceğiz. Eviren yükselteç ile ilgili çözümlü örnekleri Eviren Yükselteç-Çözümlü Örnekler sayfasında bulabilirsiniz.

Eviren Yükselteç

Yukarıda, OPAMP kullanılarak yapılmış bir eviren yükselteç devresi görüyoruz. OPAMP’ın pozitif girişi toprağa, negatif girişi ise ... direnci üzerinden bir giriş voltajına bağlı. Çıkış ile negatif giriş arasında bir geribesleme direnci ( ...) bulunmakta. Yükseltecin kazancını, ... ve ... dirençleriyle belirliyoruz. OPAMP’a çalışması için biri pozitif bir negatif olmak üzere, iki besleme voltajı veriyoruz.

Çıkış Voltajı:


OPAMP ile analiz yaparken karşımıza iki farklı model çıkıyor: ideal ve detaylı model. Bu yazıda ideal modeli temel alacağız.

OPAMP

OPAMP’ın ideal olduğunu düşündüğümüzde, aşağıdaki iki temel varsayımı kullanmalıyız:

  1. Pozitif(-) ve Negatif(+) girişlerin voltajları her zaman birbirine eşittir.
  2. ...

  3. Hem pozitif, hem de negatif girişlerden OPAMP’a giren akım sıfırdır; veya başka bir değişle, girişlerden OPAMP’a doğru akım akmaz.
  4. ...

Pozitif Giriş Voltajı, Vp

Bu devrede OPAMP’ın pozitif girişi, direk olarak toprağa bağlanmıştır. Bu nedenle, pozitif girişteki voltaj sıfırdır.

...

Negatif Giriş Voltajı, Vn

İdeal OPAMP’ın ilk varsayımına göre, pozitif ve negatif girişlerdeki voltajlar birbirine eşit olmalıdır. Böylece,

...

olur. Negatif giriş toprağa bağlı olmadığı halde, voltajı sıfır olduğundan toprak gibi davranır. Böyle noktalara sanal toprak (virtual ground) denir.

...

Eviren Yükselteç Akımlar

Giriş Akımı, Iin

... direncinin sol ucundaki voltaj ...’e eşittir. Diğer ucu ise sanal toprak olduğundan 0V’tur. Böylece ... üzerinde ... kadarlık bir gerilim farkı oluşur. Ohm Kanunu’nu kullanarak, ... akımını,

...

olarak buluruz.

Geribesleme Akımı, ...

Kirchhoff Akım Kuralı’na göre, bir noktaya giren akımlar toplamı, çıkan akımlar toplamına eşit olmalıdır. Sanal toprak olan noktaya giren tek akım ..., çıkan akımlar ise ... ve ...’dir. Dolayısıyla,

...

denklemini elde ediyoruz. İdeal OPAMP’ın ikinci varsayımı bize ... akımının sıfır olduğunu söylüyor. Bu nedenle, ... ve ... akımları birbirine eşit olmalıdır.

...

Çıkış Voltajı, ...

Çıkış voltajı olan ...’u bulabilmek için, şimdi ... direncine konsantre olmamız gerekiyor. ... üzerinden ... kadarlık bir akım geçiyor. Bu nedenle, ... üzerindeki voltaj düşümü

...

kadar olur. Pozitif akım her zaman yüksek voltajdan düşük voltaja doğru akar. ... akımının yönüne dikkat edersek, direncin sol ucunun voltajı, sağ ucundan ... kadar fazla olmalıdır. Başka bir değişle, direncin sağ tarafındaki voltajı bulabilmek için sol taraftaki voltajdan ... çıkarmalıyız. Fakat, direncin soldaki ucu sanal toprağa bağlı olduğundan voltajı sıfırdır. Bu nedenle, direncinin sağ ucunun voltajı

... ...

olur. Direncin sağ tarafı ...’a bağlı olduğu için,

... ...

olduğunu buluruz.

Voltaj Kazancı


Bir devrede, çıkış voltajının giriş voltajına bölümüne Voltaj Kazancı (Voltage Gain) denir. Bu devre için Voltaj Kazancımız,

... ...

olur.

Doyum


Çıkış voltajı için bulduğumuz sonuç

... ...

yalnızca çıkış voltajımızın ... ve ... arasında olduğu durumda geçerlidir.

Bir OPAMP, çıkıştan en fazla besleme voltajı kadar voltaj verebilir, daha üste çıkamaz. Bu nedenle, çıkışta ...’dan daha yüksek bir değer elde edemeyiz. Eğer, yukarıdaki formül bize ...’dan daha yüksek bir sonuç çıkarıyorsa, OPAMP pozitif doyuma ulaşmış demektir. Bu durumda, çıkışımız ...’a eşit olur.

Benzer şekilde ...’den daha düşük bir voltaj değeri de almamız mümkün değildir. Eğer, formül ...’den daha düşük bir sonuç veriyorsa, çıkış voltajı ...’ye eşit olur ve OPAMP negatif doyuma ulaşır.

Eviren Yükselteç Ne İşe Yarıyor?


Yukarıda bulduğumuz sonuca göre, eviren yükselteç devresi girişte gördüğü voltajı ...$\left({{-R_{F}} \over {R_{in}}}\right)$ ile çarpıp çıkış kısmından veriyor. ... ve ... direnç değerleri olduğundan, her zaman pozitif sayılardır, yani çıkış voltajımız her zaman giriş voltajının negatif bir sayıyla çarpımına eşittir. Örneğin, ... ve ... birbirlerine eşitse

...

çıkar. Yani, bu OPAMP devresi, girişte gördüğü sinyali -1 ile çarparak çıkıştan verir. Giriş voltajımız 2V ise, çıkıştan -2V alırız.

... ve ... dirençlerini kendi isteğimize göre değiştirebildiğimizden, eviren yükselteç devresinin kazancını da belirleyebiliriz. Örneğin, kazancın -5 olmasını istiyorsak, ... ve ... seçebiliriz. Bunu yaptığımızda, çıkışta gördüğümüz sinyal, giriştekinin -5 katı olur. Aynı devre için ... ve ... seçersek kazancımızı -10 yapmış oluruz.

OPAMP ile yapılmış eviren yükselteç devresi, yalnız sabit (DC) voltaj girişleri için değil, aynı zamanda değişken sinyal girişleri için de kullanılabilir. Örneğin, mikrofon ile elektrik sinyaline dönüştürülmüş olan ses, zaman ekseninde değişen bir sinyaldir. Fakat mikrofon çıkışındaki sinyal düşük olduğundan, bu sinyali kullanmadan önce yükseltmemiz gerekecektir. Eğer mikrofon çıkışını, eviren OPAMP devresinin girişine bağlarsak, OPAMP çıkışından daha yüksek bir sinyal alabiliriz.

Eviren Yükselteç-Sinyal

Kazanç miktarını, yani çıkış ve giriş sinyalleri arasındaki oranı, ... ve ... dirençleri ile istediğimiz miktara ayarlayabiliriz. Bu devre, giriş sinyalimizi hem yükseltip (bir sabitle çarpıp) hem de voltaj kazancındaki - işaretinden dolayı, zaman eksenine göre simetriğini almaktadır. Bu simetrik alma işlemine evirme diyoruz.

Eviren Yükselteci, aynı zamanda sinyal zayıflatıcı (attenuator) olarak da kullanabiliriz. Eğer, ... direnci ...’den küçükse voltaj kazancı 0 ile -1 arasında olur. Böylece, giriş sinyalini yükseltmek yerine zayıflatmış oluruz.


Copyright © 2016 DEVRE OKULUTüm Hakları Saklıdır.