تقویت کننده معکوس کننده با بهره زیاد

تقویت کننده عملیاتی معکوس کننده با بهره زیاد

بهره ی OPAMP ها را به سادگی و مستقیما با افزایش مقاومت فیدبک یا کاهش مقاومت ورودی می توان زیاد کرد. اگرچه از یک نقطه ی خاص و بحرانی به بعد ممکن است در اثر بالا بودن بیش از حد بهره، ناپایداری و نوسان سازی رخ داده و یا نویز زیادی تولید گردد. افزودن یک خازن کم ظرفیت موازی با مقاومت فیدبک یک روش ساده و موثر برای کنترل پایداری تقویت کننده محسوب شده و همچنین “هیس” ناشی از فرکانس های بالا (hf) را حذف نماید. این مدار با ارائه ولوم کنترل کننده این امکان را فراهم می اورد که به کاربردهای معمول مدار کمی تنوع بخشد. از ان جایی که مقاومت فیدبک از مقدار بالایی (در حدود 1 مگا اهم) برخوردار است بهره این طبقه بسیار زیاد می باشد.

این مقاومت ویژه R2 به مدار رنگ و بوی متفاوتی داده و حدود مقادیر قطعات مصرف شده با مراجعه به شکل مشخص می گردند.

تشریح مدار

بهره ی مدار بسیار زیاد و در حدود 370× می باشد که ناشی از تقسیم R2 به R1 یعنی 1 مگا اهم تقسیمی بر 2/7 کیلو اهم است. در چنین بهره های بالایی تقویت کننده با اضافه بار و اعوجاج همراه گردد. لذا برای محدود کردن سیگنال های ورودی از یک پتانسیومتر VR1 در ورودی مدار سود جسته ایم. چون تنها با وجود مقاومت های R1 و R2 هیچ محدودیتی برای پاسخ فرکانسی بالا ایجاد نخواهد شد. لذا از یک خازن موازی C2 با مقاومت فدبک استفاده کرده و برای این که حق انتخاب مان محفوظ بماند. یک کلید S1 را هم سر راه ان قرار داده ایم. وجود این خازن 0/0047 میکروفارادی C1 در مدار موجب می گردد که بهره ی تقویت کننده به طور چشمگیری کاهش پیدا کند. در فرکانس 10 کیلوهرتز امپدانس این خازن در حدود 3/39 کیلو اهم خواهد بود که با موازی شدن ان با مقاومت 1 مگا اهمی R2 نتیجه ی حاصله، مقاومتی در حدود 3/38 کیلو اهم می گردد که اندازه ان را عملا می توان مساوی امپدانس خازن در نظر گرفت. همان طوری که در اینجا هم این عمل صورت گرفته، وقتی دو امپدانس با هم موازی می شوند، در صورتی که تفاوت ان ها با هم زیاد باشد، حرف اول را مقدار کمتر زده و عملکرد مدار متاثر از ان خواهد بود. در فرکانس های کمتر مثلا یک کیلو هرتز امپدانس C1 به 33/9 کیلو اهم افزایش یافته و در 100 هرتز، امپدانس به 339 کیلو اهم هم می رسد.

بنابراین در صورتی که کلید S1 بسته باشد، ملاحظه می کنیم که با افزایش فرکانس بهره کاهش یافته و به نظر می رسد که مدار در حذف فرکانس های بالا به صورت پخته تر و جالب تری عمل کرده است. به این ترتیب بهره ی مدار به صورت شدیدی از مقدار dc و حداکثر ان یعنی 370× کاهش پیدا می کند. البته در عمل استفاده از کل مقدار بعیده بوده و مقدار مطلق dc تفاوت کمی را ایجاد می کند.
ولوم قرار داده شده در ورودی مدار ( پتانسیومتر VR1) ان را در یک گستره ی وسیع با سیگنال های ضعیف و قوی مختلف سازگار می کند. توجه کنید که پتانسیومتر قبل از خازن ورودی C1 قرار گرفته است. اگر به طور ناخواسته و غیر عمدی به جای C1 و پتانسیومتر VR1 با هم عوض شود. مدار کار نخواهد کرد. البته کار خیلی حادی هم نیست و هنگام نصب قطعات بر روی مدار باید به این نکته دقت کافی مبذول داشت. اگر تمایل دارید فرکانس های بالا را تا حد بیشتری حذف نمایید. این دفعه C1 را دو برابر کنید. یعنی مثلا یک خازن 0/01 میکروفارادی را به کار ببرید. در جدول زیر نتیجه این کار را ملاحظه می کنید که در اثر ان بهره به میزان بیشتری کاهش می یابد.

جدول 1 : بهره ی ناشی از استفاده از خازن موازی 0/0047 میکروفاراد

جدول 2: بهره ی ناشی از استفاده از خازن موازی 0/01 میکروفاراد

جدول 3: مقادیر بهره های متعارف

چیزی که جالب می باشد میزان افت بهره متناسب با افزایش فرکانس و به ازای خازن استفاده شده C1 در حد 0/0047 و 0/01 میکروفاراد است. برای این کار ابتدا باید بهره را در یک فرکانس خاص، مثلا 100 هرتز، در حد متعارف یا به اصطلاح هنجار در نظر بگیریم. سپس بهره ی ناشی از حالات دیگر را به این عدد تقسیم می کنیم. این عملیات، موجب ظهور وابستگی و رابطه ی ” بهره، فرکانس” می شود. برای تبدیل عدد به دست امده به درصد، کافی است ان را در عدد صد ضرب کنیم.

فهرست قطعات

:: نیمه هادی

ICI:LM741

:: مقاومت ها

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

R1:2.7Kohms

R2:1Mohm

R3:10Kohms

R4:100Kohms

R5:10Kohms

R6:4.7Kohms

:: خازن ها

همه خازن ها ی غیر قطبی از نوع عدسی و سرامیکی هستند.

ولتاژ مجاز همه خازن ها ی الکترولیتی،25 ولت است.

C1:0.1 µF

C2:0047 µF

C3:0.1µF

C4:100µF

C5:0.1µF

C6:100µF

:: قطعات و لوازم اضافی

پتانسیومتر 100 کیلو اهم :VR1

D1:LED

کلیدهای قطع و وصل تک پل تک راهه مینیاتوری :S2 و S1

 

منبع تغذیه: باتری کتابی 9 ولتی

نکات ساخت

ساخت این مدار که در واقع نوع گسترش یافته ی تقویت کننده ی معکوس کننده ی ساده اولیه است، بسیار اسان می باشد. به خاطر وجود قطعات مکانیکی یعنی کلید S1 و ولوم ورودی ( پتانسیومتر) VR1، بهتر است برای مدار یک جعبه در نظر گرفته شود. در موقع کار کردن با قطعات مکانیکی ترجیحا از هر دو دست تان کمک بگیرید زیرا در غیر این صورت این امکان وجود دارد که سیمی از جایش تکان خورده و به ترمینال دیگری اتصال کرده و باعث دردسر می شود.

راه اندازی ازمایشی

برای کسب اطمینان از عملکرد صحیح این فیلتر فرکانس بالا، خروجی آپ امپ این مدار را به یک تقویت کننده ی قدرت متصل سازید. از ان جایی که بهره ی مدار ممکن است در حد بالایی تنظیم شده باشد. سیگنال ورودی را باید از یک منبع با تراز پایین انتخاب نمود. برای کاستن از فرایند سرچینی سیگنال ها و اعوجاج ایجاد شده از ولوم ورودی (VR1) کمک بگیرید. وقتی با وصل کردن کلید، C2 را فعال سازید. سیگنال خروجی ارامش خاصی یافته و شما باید قادر به تمیز دادن حذف قابل ملاحظه فرکانس های بالا باشید. هرچه مقدار C2 کمتر باشد، تاثیر مدار در حذف فرکانس های بالا هم کاهش می یابد. اگر خواستید سیگنال های فرکانس بالا را به میزان بیشتری کاهش دهید ظرفیت C2 را اضافه کنید. معمولا اندازه این خازن در گستره ی چند صد پیکوفاراد تا 0/01 میکروفاراد انتخاب می شود. البته اندازه ی واقعی به مقدار مقاومت فیدبک بستگی دارد زیرا عاملی که نقطه قطع فرکانس بالا را تعیین می کند امپدانس ترکیب موازی C2 و R2 می باشد.