تقویت کننده‌های عملیاتی برای تقویت سیگنال، در محدوده فرکانس DC تا ده‌ها مگاهرتز، استفاده می‌شوند و می توانند این کار را در انواع پیکربندی‌های مختلف آپ امپ انجام دهند. در این مقاله طراحی مدار های آپ امپ را خواهیم گفت.

 دیده‌ایم که با اتصال مقاومت‌ها به یک تقویت کننده عملیاتی ساده، می‌توان خروجی‌ها و پیکربندی‌های مختلف وارونگر و غیر وارونگر همراه با بهره‌های مربوطه تولید کرد.

بنابراین برای اینکه کارها کمی برای همه راحت‌تر باشد، در اینجا لیستی از برخی «بلوک‌های ساده تقویت کننده عملیاتی» که می‌توانیم برای ساخت مدارها و فیلترهای الکترونیکی مختلف استفاده کنیم، آمده است.

دنبال کننده ولتاژ

دنبال کننده ولتاژ، که بافر نیز خوانده می‌شود، سیگنال ورودی را تقویت یا معکوس نمی‌کند، بلکه دو مدار را از هم ایزوله می‌کند. امپدانس ورودی بسیار زیاد و امپدانس خروجی کم است و از هرگونه اثر بارگیری در مدار جلوگیری می‌کند. از آنجا که خروجی مستقیما به یکی از ورودی‌ها متصل می‌شود، بهره کلی بافر +۱ و Vout=Vin است.

مدار آپ امپ دنبال کننده ولتاژ

۱. مدار آپ امپ دنبال کننده جریان

آپ‌امپ معکوس کننده

اینورتر، که بافر وارونگر نیز نامیده می‌شود ، مخالف دنبال کننده ولتاژ است. اگر هر دو مقاومت برابر باشند، اینورتر تقویت نمی‌کند اما سیگنال ورودی را معکوس می‌کند. امپدانس ورودی برابر با R و بهره -۱ است به طوری که Vout=-Vin.

مدار آپ امپ معکوس‌کننده

۲. مدار آپ امپ معکوس کننده

تقویت کننده غیر معکوس کننده

تقویت کننده غیر وارونگر سیگنال ورودی را معکوس نمی‌کند یا سیگنال معکوس تولید نمی‌کند، بلکه آن را با نسبت: (RA+RB)/RB یا 1+(RA/RB) تقویت می‌کند. سیگنال ورودی به ترمینال غیر وارونگر (+) متصل می‌شود.

مدار تقویت کننده غیر معکوس‌کننده

۳. مدار تقویت کننده غیر معکوس‌کننده

تقویت کننده وارونگر

تقویت کننده وارونگر سیگنال ورودی را هم معکوس کرده و هم با نسبت -RA/RB تقویت می‌کند. بهره تقویت کننده با فیدبک منفی، با استفاده از مقاومت فیدبک RA کنترل می‌شود و سیگنال ورودی به ترمینال وارونگر (-) تغذیه می‌شود.

مدار تقویت کننده وارونگر

۴. مدار تقویت کننده وارونگر

تقویت کننده پل

مدارهای تقویت‌کننده وارونگر و غیر وارونگر بالا می‌توانند به یکدیگر متصل شوند و یک پیکربندی تقویت کننده پل ایجاد کنند. سیگنال ورودی برای هر دو آپ امپ مشترک است و سیگنال ولتاژ خروجی از دو سر مقاومت بار (RL) گرفته شده که بین دو خروجی متصل شده است.

اگر بزرگی بهره‌های دو آپ امپ (A۱ و A۲) برابر با یکدیگر باشند، سیگنال خروجی دو برابر می‌شود، چراکه عملا ترکیبی از دو بهره تقویت کننده‌ها است.

مدار آپ امپ پل

۵. مدار آپ امپ پل

جمع کننده ولتاژ

تقویت کننده جمع‌کننده یک ولتاژ خروجی معکوس تولید می‌کند که متناسب با مجموع ولتاژهای ورودی V۱ و V۲ است. ورودی‌های بیشتر را نیز می‌توان جمع کرد. اگر مقاومت‌های ورودی برابر باشند (R۱=R۲=R)، در این صورت ولتاژ خروجی جمع شده به شرح زیر و بهره +۱ است. اگر مقاومت‌های ورودی نابرابر باشند، ولتاژ خروجی یک مقدار وزنی است و تبدیل می‌شود به:

مدار آپ امپ جمع کننده ولتاژ

۶. مدار آپ امپ جمع کننده ولتاژ

تفریق کننده ولتاژ

تفریق کننده، که به آن تقویت‌کننده دیفرانسیلی نیز گفته می‌شود، از ورودی‌های وارونگر و غیر وارونگر برای تولید یک سیگنال خروجی استفاده می‌کند که تفاضل دو ولتاژ ورودی (V۱ و V۲) است؛ در واقع یک سیگنال را از دیگری کم می‌کند. در صورت نیاز، می‌توان ورودی‌های بیشتر به تفریق کننده اضافه کرد.

اگر مقاومت‌ها برابر باشند (R=R۳ و RA=R۴)، در این صورت ولتاژ خروجی به شرح زیر و بهره ولتاژ +۱ است. اگر مقاومت‌های ورودی نابرابر باشند، مدار به یک تقویت کننده دیفرانسیلی تبدیل می‌شود که وقتی V۱ بالاتر از V۲ باشد، خروجی منفی و وقتی V۱ کمتر از V۲ باشد، خروجی مثبت است.

مدار آپ‌امپ تفریق کننده ولتاژ

۷. مدار آپ امپ تفریق کننده ولتاژ

آپ امپ مقایسه کننده

مقایسه کننده کاربردهای زیادی دارد، اما متداول‌ترین آن مقایسه ولتاژ ورودی با ولتاژ مرجع و اگر ولتاژ ورودی بالاتر از ولتاژ مرجع باشد، تغییر خروجی است. اگر ورودی مثبت‌تر از ولتاژ مرجع تنظیم شده توسط تقسیم ولتاژ باشد (Vin>Vref)، خروجی تغییر حالت می‌دهد.

وقتی ولتاژ ورودی به زیر ولتاژ مرجع از پیش تعیین شده می‌رسد (Vin<Vref)، خروجی دوباره برمی‌گردد. با استفاده از فیدبک مثبت، مدار مقایسه کننده را می‌توان به راحتی به یک اشمیت تریگر تبدیل کرد تا نوسانات اطراف نقطه سوئیچ را کاهش دهد.

مدار آپ امپ مقایسه کننده

۸. مدار آپ امپ مقایسه کننده

در اینجا تنها برخی از پیکربندی‌های متداول و اساسی بلوک‌های تقویت کننده عملیاتی که می‌توانیم از آنها در مدارهای الکترونیکی استفاده کنیم، آمده است. تمام مدارهای بالا را می‌توان با استفاده از انواع مختلف آپ امپ‌ها، از جمله آپ امپ معروف ۷۴۱، ساخت. امیدواریم این مقاله کوتاه در مورد مدارهای اساسی آپ امپ به شما کمک کند تا پیکربندی‌های مختلف مدار آپ‌امپ را درک کنید.