Op-Amp, yani işlemsel yükselteç, benim tanımımla çıkışı belirli bir besleme gerilimi aralığında olan mikro DC yükselteçtir. Açılımı Operational Amplifier’dır. 1968 yılında üretilmeye başlanan Op-Amp’lar LM 741 ile piyasaya girmiş olup, bugün de inceleyeceğimiz olan Op-Amp budur.
Maddeler halinde açıklamalarımızı yapalım.
1. Op-Amp’ın temel bağlantıları
2. Op-Amp ile yapılan temel sayı işlemleri
3. Op-Amp ile yapılan diferansiyel işlemler
4. Op-Amp’ın iç yapısı
5. Özel uygulama
6. Sonuç
1. Op-Amp’ın temel bağlantıları
Yukarıda görülen görüntüde Op-Amp’ın temel bağlantıları gösterilmiştir. +V ve -V (+-12 Volt gibi) lineer aralıktır. Girişe bağlı olarak çıkış bu aralık içinde olabilir ama dışında olamaz. Girişler ise 2-3 numaralı bağlantılardır. Bu girişlerin gerilim değerleri idealde eşittir. Sapma Sıfırlama (Offset Null) olayını çoğu kişi bilmez ama benim tanımımla entegrede giriş gerilimlerinin zamanla hata vermesi durumunda (Değerlerin eşitliği bozulduğunda) bu hatayı değerlerle oynayarak düzelten gerilim girişleridir.
Bir yukarıdaki görüntüde ise Op-Amp’ın teorik çalışma eşdeğeri görülmektedir. A burada kazançtır. İdeal durumda kazanç sonsuz, giriş direnci sonsuz ve çıkış direnci sıfır olmalıdır. Kazanç sonsuz, çıkış direnci sıfır olduğunda giriş gerilimlerinin yarattığı etki önlenir, lineer aralık sağlanır. Giriş direncinin sonsuz olması ise giriş gerilimlerinin eşit olması sağlanır.
2. Op-Amp ile yapılan temel sayı işlemleri
Toplama işlemi yapıldığında uzun uzun çevre almanız istenebilir ama pratik yol şudur;
(V1/R1 + V2/R2 + V3/R3 + V4/R4) = -(Vout/Rf)
Bunu direkt olarak kullanabilirsiniz. Örnek;
Buradan (2/1k + 6/3k + 5/5k + 3/3k) = 6mA olur. Negatif değerli 6mA*100 ohm ise -600mV yapar.
3. Op-Amp ile yapılan diferansiyel işlemler
Bu görüntüde (Vi-0)/R bize akım değerini verir. Burada sapma yoktur, zira Vp=Vn=0 olmak zorunda. Bu akımı Ix olarak atarsak, bu değer aynı zamanda C(dVout/dt) olmalı. Eğer DC gerilim varsa, miktarına göre çıkış kondansatörün doyma payından sonra lineer çıkışlarda sabitlenir. Bu sebeple böyle devrelerde AC gerilim kullanılır. AC gerilimde de kondansatörün doyma payı vardır ve bir süre sonra üst lineer aralığa gelir, sonra gerilime ve doyma payına bağlı olarak tekrar alt aralığa düşer. Bu işlem periyodiktir.
Bir türev devresi örneği; (Önceki örnek integratör)
4. Op-Amp’ın iç yapısı
Burada BJT transistörler, dirençler ve elektrolitik olmayan kondansatörler görülmektedir. Temel prensip tamamen fark kuvvetlendiricilerine ve akım aynalarına dayanır. OffSet girişlerinin ne işe yaradığı buradan anlaşılmaktadır. Örneğin dirençler, transistörler vesaire standart değerlerinden fazla saparlar ise buradan gerilim ayarı yaparak tekrardan aynı akımlara sabitleme imkanı bulunur. Çıkış dirençlerinin ne denli küçük olduğuna dikkat edin.
5. Özel Uygulama
Bu gördüğünüz basit bir kulaklık amfisi. 9V besleme gerilimi varken (Anahtar kapalı) yakın değerler alan bir stereo çıkışa sahip. Besleme kapatıldığında ise değerlerin ideal limiti sıfırdır. Negatif değerlerin çıkmasının sebebi iç değerler, aynı zamanda farklı gibi görünse de çok küçük oldukları için aradaki farkın 3 küsür kat olması bir şey ifade etmez.
6. Sonuçlar
Op-Amp‘lar pek çok yerde kullanılır. Örneğin ses yükseltme amfilerinde, gerilim karşılaştırmalarında, işaretin türevini ve integralini almada gibi. İyi bir Op-Amp’ın kalitesi ses kalitesinde bariz fark yaratabilir. Bu kullanılan yarı iletken teknolojisinin kalitesine bağlı olduğu kadar standart sapma değerlerine de bağlıdır. Buradaki devre çizimlerinin tamamı bana ait olup, uğraştığım ve yazdığım en iyi yazılardan olduğunu düşünüyorum. Bir sonraki yazımda görüşmek üzere.