تقویت کننده عملیاتی معکوس کننده با بهره ی تغییر پذیر

تقویت کننده عملیاتی معکوس کننده با بهره ی تغییر پذیر

فقط با اضافه کردن یک قطعه، می توان یک تقویت کننده ی عملیاتی ساده را به یک وسیله بسیار ساده مجهزتر و بهتر مبدل ساخت. بهره ی تقویت کننده را می توان با تغییر دادن مقاومت فیدبک کنترل نمود لذا با تغییر دادن مقدار این مقاومت شما می توانید به یک بهره ی تغییر پذیر دست پیدا کنید.

برای رسیدن به این مقصود چه طریقی ساده تر است؟ ایا باید از یک قطعه ی اضافی دیگر سود جست؟
پاسخ مثبت و اسم قطعه ی اضافی، پتانسیومتر VR1 است که به جای مقاومت فیدبک معمولی می نشیند. این یکی از ساده ترین و مفیدترین تغییراتی است که در جهت بهبود عملکرد مدار می توان در پیکربندی OPAMP دست برد. به خصوص در مورد کاربردهای صوتی امکان دسترسی به یک بهره ی متغیر بسیار با ارزش می باشد. حتی ممکن است به یک امکانات اضافی در رابطه با کنترل بهره نیاز پیدا کنید که بتواند بهره را در بیشترین مقداری که فاقد اعوجاج باشد تنظیم نماید. معمولا اندازه ی مقاومت فیدبک بیشتر از مقدار ورودی است و به این خاطر در جهت کسب بهره ی قابل تغییر غالبا ان را با یک پتانسیومتر تعویض می کنند. ضمن این که تغییر دادن اندازه ی مقاومت ورودی با ایجاد تغییرات در مشخصات ورودی آپ امپ توام بوده و این از لحاظ طراحی، کار جالبی تلقی نمی شود. البته این مقاومت را هم می توان در گستره ی بسیار محدودی تغییر داد تا در میزان بهره ی حاصله تاثیر گذار باشد ولی معمولا اندازه این مقاومت ثابت است.

تشریح مدار

مدار از بهره ای در گستره ی 10× تا 100× که غالبا در کاربردهای صوتی به کار می رود، سود می جوید. از ان جایی که خروجی پیش تقویت کننده به طبقه بعدی یعنی تقویت کننده ی قدرت تغذیه می گردد، نیاز به ایجاد بهره ی خیلی زیاد نداریم چون در غیر این صورت تقویت کننده ی قدرت دچار اضافه بار شده و به تبع ان خروجی با اعوجاج همراه خواهد شد.

یکی از مهم ترین محسنات این مدار: ان است که با استفاده از یک پتانسیومتر 1 مگا اهم VR1 کاربر می تواند با مدرج سازی پتانسیومتر بهره های ایجاد شده را نشانه گذاری کرده و در اینده از ان ها استفاده کند. به این ترتیب و برای حصول یک تراز خروجی ثابت، می توان از پتانسیومتر سود جسته و برای تنظیم حساسیت نسبی ورودی های مختلف ( مثل میکروفن) ان را مورد بهره برداری قرار داد.

برای تغییر دادن بهره، چهار انتخاب پیش پای شما قرار می گیرد

1_ بهترین راه که بازدهی خوبی هم دارد و در این مدار از ان استفاده شده و باعث تغییر بهره می شود تغییر دادن مقاومت فیدبک است.

2_ تغییر دادن مقاومت ورودی هم ، میزان بهره را عوض می کند ولی با این عمل، امپدانس ورودی هم تغییر یافته و از نقطه نظر طراحی مدار، انجام این کار مطلوب نیست، چون امپدانس ورودی همیشه باید در یک حد ثابت باقی بماند.

3_ با قرار دادن پتانسیومتردر ورودی و عبور دادن سیگنال ورودی از ان می توانیم بهره ی مدار را تغییر داده و تا حد دلخواه بالا ببریم، ولی با بالا رفتن بهره ی OPAMP سر و کله نویز هم پیدا شده و بدبختانه بدون توجه به بهره ی طبقه ی مورد نظر، مقدار ان ثابت باقی می ماند. این اثر جنبی از نظر ما نامطلوب می باشد ولی به هر حال یکی از راه های مرسوم برای ایجاد ولوم کنترل کننده در طبقه ی تقویت کننده محسوب می شود.

4_ راه دیگر برای تغییر دادن بهره، قرار دادن ولوم کنترل کننده در انتهای خروجی و تثبیت یک بهره ی ثابت بالا می باشد. در این روش هم، از شر نویزهای همراه شده با سیگنال های اصلی، در امان نخواهیم بود و به این خاطر قرار دادن ولوم کنترل کننده در انتهای خروجی در جهت کنترل بهره ی طبقه اصلا توصیه نمی گردد.

نگاهی کوتاه به شماتیک مدار وجود یک قطعه ی تازه از راه رسیده، یعنی مقاومت ثابت R2 که با مقاومت متغیر VR1 سری شده را نشان می دهد.کار این مقاومت ثابت اضافی که به دنبال پتانسیومتر وصل شده است این است که از صفر شدن ناخواسته مقاومت فیدبک ممانعت به عمل می اورد.
این مقاومت ثابت و اضافی R2 که اندازه ان 10 کیلواهم است. باعث می شود که در بدترین حالت مقاومت فیدبک کمتر از 10 کیلو اهم نشود. با در نظر گرفتن 10 کیلو اهم برای R2 و بقیه ی مقادیر قطعات که در روی مدار نشان داده شده اند. بهره، معادل 10/10 یا 1 خواهد بود. البته اگر از این مقاومت 10 کیلواهم در مقایسه با مقاومت پتانسیومتر که 1 مگا اهم است، صرف نظر کنیم. در طرف دیگر پتانسیومتر مقاومت 1 مگا اهم قرار دارد که موجب ایجاد بهره ای در حد 100× (حاصل تقسیم 1 مگا اهم بر 10 کیلو اهم ) می گردد.

مدرج سازی پتانسیومتر

در اخرین مرحله ی پروژه و پس از نصب و جاسازی همه ی قطعات و انجام کارهای جانبی، شما می توانید پتانسیومتر را به روش زیر درجه بندی نمایید. برای این کار به یک ” سر ولوم” کائوچویی یا پلاستیکی که روی ان یک شاخص یا نشانه حک شده باشد، نیاز خواهید داشت. بر روی محفظه ای که مدار در ان جاسازی می شود و جایی که ولوم پتانسیومتر، از انجا بیرون می زند، یک اتیکت یا برچسب به شکل دایره ی توخالی بچسبانید طوری که ولوم مزبور از دایره ی داخلی اتیکت بیرون بزند. برای اندازه گیری مقاومت بین انتهای ازاد R2 و ترمینال جاروبک دار و میانی پتانسیومتر VR1 از یک اهم متر کمک بگیرید. با استفاده از اطلاعات زیر و با گردانیدن ولوم و نگاه کردن به عقربه ی اهم متر روی اتیکت نصب شده بر روی بدنه ی محفظه، جایی که مقاومت 10 کیلواهم است، علامتی گذاشته و عدد 1× را ثبت کنید. به کمک اهم متر، مقاومت های مشابه 100 کیلواهم و بقیه را هم به همین ترتیب یافته و درست در مقابل شاخص متصل به ولوم پتانسیومتر، علامت های مربوط به 10× و دیگر را هم حک نمایید.

برای درجه بندی مدار را خاموش کرده و کل مقاومت موجود بین دو سر R2 و VR1 را اندازه بگیرید و بر روی صفحه مدرج دستگاه مقادیر مشخصی را که مضاربی از اندازه گیری مقاومت R1  هستند، نشانه گذاری کنید. برای مثال، اگر R2+VR1 معادل 100 کیلو اهم باشد، بهره مساوی 10 و در صورتی که R2+VR1 برابر، 200 کیلو اهم باشد بهره معادل 20 بوده و همین روال ادامه می یابد. پس از اتمام نشانه گذاری ارقام اصلی، در لابه لای ان ها برخی ارقام دیگر را هم مشخص و نشانه گذاری نمایید. بهره برابر نسبت R2+VR1 به R1 ( که مقدار ثابت 10 کیلو اهم را دارد) می باشد. اگر چیز دیگری هم با R2+VR1 موازی شده قبل از قرائت ارقام، ان را قطع کنید چون وجود ان ها در محاسبات بی تاثیر نخواهد بود. برای اطمینان بیشتر اکثر اوقات لحیم یکی از سر سیم های متصل به پتانسیومتر را باز کنید تا مطمئن شوید هیچ چیز دیگری با ان موازی نشده باشد.

فهرست قطعات

:: نیمه هادی

ICI: LM741

:: مقاومت ها 
همه مقاومت ها 1/4 وات و 5 درصدی هستند.

  R1: 10Kohms

R2: 10Kohms

R3: 100Kohms

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

پتانسیومتر یک مگا اهم :VR1

D1: LED

کلید قطع و وصل تک پل تک راهه مینیاتوری :S1

 منبع تغذیه: باتری کتابی 9 ولت 

نکات ساخت

وقتی پروژه ای شامل یک قطعه مکانیکی مثل پتانسیومتر می شود بهتر است برای حفاظت از مدار و همچنین بهتر شدن نمای نهایی کار، کل مدار در داخل یک جعبه یا محفظه جاسازی شود. استفاده از جعبه و قرار دادن مدار ساخته شده در ان از تماس ناخواسته و تصادفی اجسام خارجی با سیم کشی های مدار ممانعت به عمل اورده و امکان بروز اتصال کوتاه را از بین می برد. برای تامین اتصالات الکتریکی لازم به ترمینال های پتانسیومتر حتما از سیم های افشان و نرم استفاده کنید. سیم های مفتولی که از قبل روی میز کار یا داخل جعبه ابزارتان باقی مانده و به درد کارهای دم دستی می خورند، مناسب این کار نیستند چون این جور سیم ها با هر حرکت مکانیکی اعمال شده به پتانسیومتر تنشی را در خود ذخیره و به ترمینال های پتانسیومتر اعمال می کنند که در نهایت می تواند منجر به قطع کرده اتصال الکتریکی موجود در محل لحیم کاری شده باشد. هنگام سرهم کردن مدار، از وضعیت قطب های خازن های C3 و C5 غافل نشود.

راه اندازی ازمایشی

برای این که از صحت عملکرد این پروژه خاطر جمع شوید. نیاز به یک تقویت کننده دارید تا خروجی مدار حاضر را به ان تغذیه نماید. در این جا از هر جور سیگنال ورودی می توان استفاده نمود. به دلیل توانایی پیش تقویت کننده در ایجاد بهره های بالا یک منبع سیگنال ضعف مثل میکروفن هم قابل قبول است. فقط اطمینان حاصل کنید که میکروفن استفاده شده از نوع کربنی بوده و به بایاس dc نیازی ندارد. با اعمال سیگنال به ورودی مدار و ایجاد ارتباطات لازم از خروجی مدار به تقویت کننده و سپس بلندگو انجام ازمایش خیلی ساده خواهد بود. بازهم مثل همیشه ولوم کنترل کننده ی بهره را در حداقل ممکن قرار دهید. برای این کار ان را تا حداکثر مقدار ممکن در جهت پاد ساعتگرد ( خلاف جهت حرکت عقربه های ساعت) بچرخانید. همزمان با تغذیه سیگنال به ورودی مدار، کنترل کننده ی بهره را به ارامی چرخانیده و به اصطلاح ولوم را ” نم نمک” اضافه نمایید تا ملاحظه کنید که صدای خروجی به ارامی شروع به افزایش می کند. متناسب با بهره ی تقویت کننده ی قدرت و میزان نزدیکی فیزیکی بلندگو به میکروفن، تا اخر زیاد کردن ولوم کنترل بهره، موجب ایجاد فیدبک و زوزه کشیدن بلندگو می گردد ولی مهم نیست. در این مرحله هدف ما فقط این است که مطمئن شویم که مدار، کار خود را به درستی انجام می دهد.