الکترونیک 98 آموزش الکترونیک-رباتیک-برق-برنامه نویسی میکروکنترلرها، رسپبری پای و آردوینو
تقویت کننده عملیاتی معکوس کننده
با کمی اغراق می توان مدعی شد که بلوک ساختمانی اولیه و اساسی هر تقویت کننده ای که تا به حال طراحی شده، تقویت کننده ای است که به ان معکوس کننده می گویند و نشانه بارز شناسایی ان این است که سیگنال ورودی، به پایه منفی یا معکوس کننده ی تقویت کننده ی عملیاتی، تغذیه می شود. راه ساده تر برای شناسایی این جور تقویت کننده ها، وجود یک مقاومت فیدبک و یک مقاومت ورودی می باشد.
تشریح مدار
از ان جایی که مدار برای حالت ac طراحی شده است در محل تغذیه ورودی به مدار، یک خازن و در ترمینال خروجی خود نیز خازن دیگری دارند. با توجه با ان که این مدار، یک Op-Amp معکوس کننده است، سیگنال ورودی، به پایه ی 2، یعنی پایه منفی ای سی، داده می شود. کمی بعد تر و به مجرد نگاه کردن به عنوان ” تقویت کننده ی معکوس کننده ” و در یک چشم بر هم زدن قادر خواهیم بود که نحوه اتصالات مدار را پیش بینی نماییم.
همه آپ امپ های معکوس کننده برای تنظیم بهره ی خود از دو مقاومت استفاده می کنند:
1) خط فیدبک
2) در محل ورودی
بهره: معادل نسبت مقاومت فیدبک به مقاومت ورودی می باشد. به ازای مقادیر داده شده در روی شکل، بهره معادل 100/10 کیلو یا 10 خواهد بود. لذا برای افزایش بهره به مثلا 100، باید مقاومت فیدبک را به میزان 1 مگا اهم رساند.
در صورتی که بهره بالا رود، نویز هم زیاد شده و تمایل مدار برای اعمال اضافه بار به طبقه بعدی افزایش می یابد. به این دلیل است که در این جا به یک بهره ی کم ولی پایدار 10× قناعت کرده ایم. در صورتی که به یک اسیلوسکوپ دسترسی داشته باشید می توانید کنترل کرده و مطمئن شوید که مقاومت فیدبک واقعا یک بهره ی 10× را تولید نموده است. اگر یک سیگنال ژنراتور در اختیار دارید تقویت کننده را با یک سیگنال ac ی کم دامنه ی مثلا 100 میلی ولتی تغذیه کنید.
در این صورت خروجی مدار 10×100mv یا 1 ولت خواهد بود. به مدار برگردیم ببینیم که پایه ی غیرمعکوس کننده ی آی سی (پایه ی 3) همیشه باید به یک ولتاژ مبنای ثابت که نصف ولتاژ تغذیه است، متصل گردد. تامین این ولتاژ دشوار نبوده و به کمک دو مقاومت مساوی و یک خازن الکترولیتی بزرگ ایجاد می گردد. دو مقاومت مساوی سری شده باهم که به دو سر ولتاژ تغذیه وصل شده باشند. در محل پیوندشان باهم، ولتاژی معادل نصف ولتاژ تغذیه را تامین می نماید. چون در این قسمت به هیچ وجه جریان قابل ملاحظه ای نیاز نداریم، مقاومت ها را کاملا زیاد مثلا 100 کیلواهمی انتخاب می نماییم. وجود یک خازن بزرگ در این قسمت ولتاژ مبنای فوق الذکر را تثبیت کرده ولی مهمتر از ان این که برای عبور سیگنال های ac به زمین یک امپدانس کم را ایجاد می نماید.
در یک فرکانس صوتی متداول مثل 10 کیلوهرتز امپدانس خاطن 100 میکروفارادی، 0/16 اهم است. بنابراین ان را می توان یک مسیر اتصال کوتاه تلقی کرد. دو اتصال دیگر به ای سی باقی می ماند که یکی اتصال خیلی مهم تغذیه (پایه 7) و دیگری اتصال زمین یا منفی ای سی (پایه 4) می باشد. کل داستان همین است. وقتی یک بار و به طور کامل بفهمید که هر کدام از قطعات مختلف چه نقشی را ایفا می کنند بقیه ی قضایا خیلی ساده خواهند شد. خازن های کوپلاژ یا تزوج هر دو 0/1 میکروفارادی هستند و در 10 کیلوهرتز امپدانسی معادل 159 اهم دارند که یک امپدانس سری پایین به حساب می اید.
این مدار جزو پر کارترین تقویت کننده های ac به شمار می رود در صورتی که سیگنال ورودی به پایه ی معکوس کننده برود، همیشه می توانید مقاومت های تنظیم کننده بهره را مشخص سازید. بقیه قسمت های مدار به جز پشتیبانی از عملکرد ساده ی تقویت کنندگی کار دیگری انجام نمی دهند.
توجه!! مقاومت فیدبک معمولا بین 100 کیلواهم و 1 مگا اهم می باشد. مقاومت ورودی هم غالبا در محدوده ی 1 تا 100 کیلو اهم انتخاب می گردد.
از انجایی که LM741 توانایی راه اندازی قابل توجهی ندارد از ان معمولا در پیش تقویت کننده ها استفاده می کنند. این مدار برای ایجاد یک حالت تقویت کنندگی اضافی در گیتار برقی، میکروفن یا پیکاپ گرامافون بسیار عالی بوده و بیشتر اوقات برای این جور اهداف بهره ای در حدود 10× تا 100× کاملا کفایت می کند.
فهرست قطعات
نیمه هادی
ICI: LM741
مقاومت ها
همه مقاومت ها 1/4 وات و 5 درصدی هستند.
R1: 10Kohms
R2: 100Kohms
R3: 100Kohm
R4: 100Kohms
R5: 4.7Kohms
خازن ها
همه خازن های غیرقطبی از نوع عدسی و سرامیکی هستند.
ولتاژ مجاز همه خازن های الکترولیتی، 25 ولت است.
C1: 0.1 µF
C2: 0.1 µF
C3: 100 µF
C4: 0.1 µF
C5: 100 µF
قطعات و لوازم اضافی
D1: LED
کلید قطع و وصل تک پل تک راهه مینیاتوری :S1
نکات ساخت
هنگام اتصال خازن های الکترولیتی به قطب های ان ها توجه داشته باشید وقتی ساخت مدار تکمیل شد برای اطمینان از کارکرد صحیح ان به قسمت بعد یعنی راه اندازی ازمایشی مراجعه و یک بار دیگر مراحل را کنترل کنید.
راه اندازی ازمایشی
تغذیه ی مدار را وصل کرده و ولتاژ محل پیوند R3 و R4 را اندازه بگیرید. مقدار قرائت شده باید نصف ولتاژ تغذیه باشد. به هر صورت برای این کار ابتدا با اتصال یک منبع مولد سیگنال ضعیف مثل یک میکروفن به تقویت کنندهی قدرت، یک شرایط راه اندازی مرجع را ایجاد نمایید. ولوم صدا را ان قدر کم کنید که صدا به سختی قابل شنیدن باشد. متناسب با این که چه تغییراتی در صدا را می توانید با گوش خودتان احساس کنید، ناچارید ولوم را کم کنید زیرا می خواهید مطمئن شوید که وقتی پیش تقویت کننده به مدار متصل می گردد. صدا خیلی بیشتر می شود. وقتی خاطر جمع شدید که راه اندازی اولیه به طور صحیحی انجام شده، تقویت کننده قدرت را وارد مدار کرده و خروجی پیش تقویت کننده را به ورودی تقویت کننده ی قدرت وصل کنید. حالا سیگنال خارج شده از میکروفن باید خیلی بلندتر شده باشد.
سعی کنید این ازمایش را با یک منبع سیگنال رادوی هم تکرار نمایید ولی فراموش نکنید که تراز سیگنال در حد پایینی باشد. اگر بهره ی سیگنال افزایش پیدا کرد می توانید مطمئن شوید که مدار درست کار می کند.