Amplifikatorët operacional

Amplifikatorët operacional (shkurtesa: AO ose op-amp) janë qarqe të integruara të cilat përforcojnë ndryshimin e dy tensioneve hyrëse. AO si çdo amplifikatorë tjetër asnjëherë nuk ndryshon madhësinë që përforcon por vetëm amplitudën e saj. AO furnizohet me rrymë njëkahore ashtu që të gjithë transistorët prej të cilëve përbëhet ai të polarizohen në regjionin aktiv të punës. AO përbëhet nga :

• V_S+ dhe V_S- : furnizimi me rrymë njëkahore
• V₊ dhe V_- : tensionet hyrëse
• V_out : tensioni dalës.

Simboli i amplifikatorëve operacional.

Signetics μa741. Një nga modelet më të suksesshme të amplifikatorëve operacional.

Amplifikatorët operacional ideal

Në raste studimi dhe shpjegimi shpesh vihen në përdorim amplifikatorët operacional ideal. Këta AO të menduar afrojnë lehtësime në qasjen e shumë problemeve. Ata karakterizohen me :

• impedansë hyrëse pakufi të madhe (rrymat në terminalët hyrëse kanë vlerat zero),
• impedansë dalëse të barabartë me zero (dalja paraqet burim ideal tensioni),
• përforcim pakufi kur unaza rivepruese është e hapur,
• brez frekuencor të pakufishëm,
• nuk reagojnë për sinjalin i cili është i përbashkët për të dy hyrjet.

Amplifikatori operacional invertues

Skema elektrike e amplifikatorit operacional invertues.

Karakteristikë e amplifikatorit operacional invertues, është që tensioni dalës është gjithmonë me polaritet të kundërt me tensionin në hyrje. Tensioni pozitiv (ndaj tokës) në hyrje rezulton me tension negativ në dalje dhe anasjelltas.Kur kemi të bëjmë me AO ideal impedansa hyrëse është pakufi e madhe, ndaj rrymat që kalojn nëpër rezistorët R_f dhe R_in janë të barabarta. Terminali pozitiv i AO është i tokëzuar dhe për shkak të impedansës hyrëse pakufi të madhe nuk kalon rrymë nëpër të.

$I_{in}={V_{in} \over R_{in}}$

$I_{f}={-V_{out} \over R_{f}}$

${-V_{out} \over R_{f}}={V_{in} \over R_{in}}$

${V_{out} \over V_{in}}={-R_{f} \over R_{in}}$

Prej nga :

$V_{out}={-V_{in}\cdot {R_{f} \over R_{in}}}$

Nga shprehja për tensionin në dalje mund të konstatojmë :

• tensioni në dalje është vlera e tensionit hyrës e shumëzuar me një konstante, vlera e së cilës varet nga rezistorët R_f dhe R_in
• përforcimi i tensionit mund të jetë edhe më i vogël se një.

Nëse vendosim rezistor të njëjtë , atëherë amplituda e tensionit hyrës fare nuk do të ndryshoj. Pra nuk do të ketë përforcim por vetëm ndryshim të polaritetit te tij.

Amplifikatori operacional jo invertues

Skema elektrike e amplifikatorit operacional jo invertues.

Amplifikatori operacional jo invertues, për dallim nga ai invertues, përforcon tensionin hyrës pa i ndryshuar polaritetin. Meqenëse jemi duke shqyrtuar AO ideal, V₁ = V₂ dhe V₁ = V_in.

$I_{1}={-V_{1} \over R_{1}}={-V_{in} \over R_{1}}$

$I_{2}={{V_{1}-V_{out}} \over R_{2}}={{V_{in}-V_{out}} \over R_{2}}$

Pasi I₁ = I₂, rrjedhë:

${-V_{in} \over R_{1}}={{V_{in}-V_{out}} \over R_{2}}$

${V_{out} \over V_{in}}=1+{R_{2} \over R_{1}}$

Shprehja për tensionin dalës është:

$V_{out}=V_{in}\cdot \left(1+{R_{2} \over R_{1}}\right)$

Edhe në këtë tip të AO shihet se vlera e dëshiruar e përforcimit mund të arrihet lehtë duke i zgjedhur vlerat e rezistencave të rezistorëve R₁ dhe R₂. Po ashtu përforcimi nuk varet nga parametrat e qarkut të integruar të AO. Duhet theksuar se përforcimi tek ky lloj i AO nuk mund të jetë më i vogël se një (pra edhe nëse R₂=0). Nëse përforcimi është një, AO do të jetë në esencë përcjellës tensioni.

Amplifikatori operacional për mbledhje

Skema elektrike e amplifikatorit operacional për mbledhje.

Amplifikatori operacional për mbledhje bënë mbledhjen e të gjitha tensioneve hyrëse, me ç'rast tensioni dalës do të jetë vlera e përforcuar e shumës së tensioneve hyrëse. Në analogji me AO invertues, tensioni i daljes do të jetë :

$V_{\text{out}}=-R_{\text{f}}\left({\frac {V_{1}}{R_{1}}}+{\frac {V_{2}}{R_{2}}}+\cdots +{\frac {V_{n}}{R_{n}}}\right)$

Nëse $R_{1}=R_{2}=\cdots =R_{n}$, rrjedhë:

$V_{\text{out}}=-{\frac {R_{\text{f}}}{R_{1}}}(V_{1}+V_{2}+\cdots +V_{n})\!\$

Nëse $R_{1}=R_{2}=\cdots =R_{n}=R_{\text{f}}$,rrjedhë:

$V_{\text{out}}=-(V_{1}+V_{2}+\cdots +V_{n})\!\$

Tensioni dalës pra ka polaritet të kundërt me tensionet hyrëse. Ndryshimi i polaritetit është shkaku që ky qark quhet qark mbledhës invertues.AO për mbledhje përdoren për gjetjen e tensioneve mesatare dhe në shndërrimin e sinjaleve digjitale në analoge.

Amplifikatori operacional për zbritje

Skema elektrike e amplifikatorit operacional për zbritje.

Amplifikatori operacional gjejnë përdorim të madh në caktimin e ndryshimit të dy tensioneve, përkatësisht si një lloj krahasuesi tensionesh.

$V_{out_{1}}={-R_{f} \over R_{1}}\cdot {V_{1}}$

Rezistorët R₂ dhe R_g formojnë pjesëtuesin e tensionit, ndaj tensioni i nyjës qe bashkon terminalin pozitivë të AO me këta rezistorë do të jetë :

$V_{+}={R_{g} \over {R_{2}+R_{g}}}\cdot {V_{2}}$

$V_{out_{2}}=\left(1+{R_{f} \over R_{1}}\right)\cdot {V_{+}}$

$V_{out_{2}}=\left(1+{R_{f} \over R_{1}}\right)\cdot {R_{g} \over {R_{2}+R_{g}}}\cdot {V_{2}}$

Tensioni i plotë i daljes do të jetë :

$V_{out}=V_{out_{1}}+V_{out_{2}}$

$V_{out}=\left(1+{R_{f} \over R_{1}}\right)\cdot {R_{g} \over {R_{2}+R_{g}}}\cdot {V_{2}}-{R_{f} \over R_{1}}\cdot {V_{1}}$

Nëse :

${R_{f} \over R_{1}}={R_{g} \over R_{2}}$

Rrjedhë :

$V_{out}={R_{f} \over R_{1}}\cdot {(V_{2}-V_{1})}$

Përfundimet :

• tensioni i daljes do të jetë zero nëse dy tensionet hyrëse janë te barabarta
• për qëllime vetëm të krahasimit rezistencat R_f dhe R₁ mirren të barabarta ashtu që ndryshimi i tensioneve të mos pësoj përforcim.

Amplifikatori operacional integrues

Skema elektrike e amplifikatorit operacional integrues.

AO integrues në dalje japin tension të njëtrajtshëm për tension konstant në hyrje.

$V_{\text{out}}=-\int _{0}^{t}{\frac {V_{\text{in}}}{RC}}\,\operatorname {d} t+V_{\text{o}}\,$

V_o është tensioni në dalje në kohën e fillimit t=0, pra nëse kondensatori ka qenë i parangarkuar.

Amplifikatori operacional diferencues

Skema elektrike e amplifikatorit operacional diferencues.

Amplifikatori operacional diferencues gjejnë përdorim të madh në mbikçryjen e shpejtësisë së ndryshimit të sinjaleve të ndryshme. Tensioni i fituar në dalje të këtij AO mund të përdoret për furnizimin e ndonjë komperatori i cili lajmëron kontrollin nëse shpejtësia e ndryshimit të sinjalit e tejkalon një vlerë të caktuar.

$V_{\text{out}}=-RC\,{\frac {\operatorname {d} V_{\text{in}}}{\operatorname {d} t}}\,$

Amplifikatorët operacional logaritmik

Skema elektrike e amplifikatorit operacional logaritmik.

Komponentët elektronike përgjithësisht bazohen në shfrytëzimin e kontaktit PN. Ngjashëm edhe transistorët të cilët e përbëjnë qarkun e integruar të AO. Veti e përgjithshme e tyre është që tensioni në dalje është funksion logaritmik i tensionit të hyrjes. Duke shfrytëzuar këtë veti janë realizuar AO logaritmik me tension dalës :

$V_{\text{out}}=-V_{\text{T}}\ln \left({\frac {V_{\text{in}}}{I_{\text{S}}\,R}}\right)$

I_S është rryma e kundërt e ngopjes së diodës, ndërsa V_T tensioni termik.

AO logaritmik gjejnë përdorim në kompresimin e sinjaleve. Shpesh në praktikë paraqiten raste ku gjatësia valore e sinjalit është e madhe ndaj nuk është e përshtatshme për sistemin që është menduar ta përpunoj këtë sinjal. Zgjidhja më e mirë arrihet me kompresimin e sinjalit. Gjatë metodave klasike kompresimi shkaktonte dëmtimin e atyre pjesëve të sinjalit që kishin amplitudë të vogël. Me AO logaritmik arrihet që më shumë të kompresohen pjesët me amplitudë më të madhe se ato me më të vogël, duke siguruar kështu ruajtjen e sinjalit.

Amplifikatorët operacional antilogaritmik

Skema elektrike e amplifikatorit operacional antilogaritmik.

Dekompresimi i sinjaleve realizohet përmes të ashtu quajturit amplifikatorët operacional antilogaritmik apo siç quhet ndryshe eksponencial.

$V_{\text{out}}=-RI_{\text{S}}e^{\frac {V_{\text{in}}}{V_{\text{T}}}}$