741 Opamp Türkçe Bilgiler Uygulama Örnekleri

Oparasyonel Kuvvetlendiricilerin Çalışma Mantıgını Anlamanızda yardımcı olacak Detaylı Ugulamalı Bir Anlatım

Fairchild 1965 yılında, en çok kullanılan Ua709 elemanı piyasaya sunmuştur. Aslında başarısının yanında, bu elemanın birçok dezavantajları da vardı. Bu nedenle de uA741 olarak bilinen op-amp geliştirilmiştir. UA741 çok ucuz ve kolay kullanımı, ayrıca üstün yetenekleri nedeniyle tercih edilmiştir. Değişik firmalar da UA741 dizaynlarını gerçekleştirmişlerdir. Örneğin Motorola MCI741 National Semiconductor LM741ve Texas Instruments SN72741 üretmişlerdir.

Bütün bu (monolithic) tek elemanlı işlemsel kuvvetlendiriciler uA741’in eşdeğerleridir. Çünkü bunlar katologlarda da aynı özelliklere sahiptirler. Çoğunlukla insanlar opamp’tan bahsediyorlarsa akıllarına gelen ilk eleman 741 olmaktadır.

741 elemanı endüstri standartlarına uygun hale getirilmiştir. Kural olarak yapacağınız dizaynlarda op-amp kullanılmışsa bunların yerine 741 olarak devreyi kurabilirsiniz. Op-amp olarak 741’in kullanımını anlamışsanız diğer opampları da kolaylıkla kullanabilirsiniz.

Sırası gelmişken 741 farklı versiyon numaralarına sahiptir. 741, 741A, 741C, 741E, 741N, ve diğerleri… Bu farklılıklar bunların gerilim kazançları, sıcaklık farklılıkları, gürültü seviyeleri ve diğer karakteristikleridir. 741C ( Ticari tipte bir elemandır.) çok ucuz ve çok geniş alanlarda kullanılmaktadır. Bunun giriş empedansı 2Mohm, gerilim kazancı 100.000 ve çıkış empedansı 75 ohm’dur.

OP-AMP ‘LARIN BESLEMESİ

OP-AMP sembolünde +V ve -V uçları, besleme kaynağının bağlandığı uçlardır. Bir OP-AMP ‘a, ±5 V, ±12 V, ±15 V, ±18 V gibi besleme voltajı verilebilir. OP-AMP ‘ın AC sinyal yükseltmesinde tek güç kaynağı kullanmak yeterlidir. Genellikle OP-AMP ‘lar simetrik kaynaktan beslenir.

Şekilde bir OP-AMP ‘ın simetrik kaynaktan beslenmesi görülmektedir, örnek bir OP-AMP devresi olarak 741 entegresi kullanılacaksa, entegrenin 7 nolu ucuna pozitif (+) besleme, 4 nolu ucuna ise negatif besleme uygulanır. Şekilde görülen (+) giriş faz çevirmeyen giriş ucu, (-) giriş faz çeviren giriş ucunu gösterir.

741’İN ŞEMATİK DİYAGRAMI
Bu devre 741’in eşdeğer devresi olup sonradan üretilen op-ampların temelini teşkil eder.

Devre dizaynlarında her türlü ayrıntılı özellikleri anlamaya ihtiyaç yoktur. Fakat op-amp’ın nasıl çalıştığı hakkında genel bir fikre sahip olabilirsiniz.

Beyz DC Dönüş Elemanları

Diagram’de görüldüğü gibi giriş beyzleri boşluktadır. İşlemsel kuvvetlendirici her iki girişe beyz dirençleri RB ve toprak arasındaki DC bağlantılar yoksa çalışmayacaktır. Bu dönüş yolları işlemsel kuvvetlendiriciyi süren devrenin, Thevenin dirençleri tarafından temin edilir. Eğer sürücü devreler kapasitif kublajlı ise mutlaka beyz dönüş dirençlerine ihtiyaç vardır. Bu düşüncenin anahtarı her giriş için beyzden toprağa bir bağlantı olmalıdır. Eğer beyzden toğrağa da bir yol yoksa op-ampın transitörleri kesimde olacaktır.

GİRİŞ EMPEDANSI
Fark yükselticinin giriş empedansı şu şekilde ifade edilir.
Rgiriş = 2Bre

Fark yükselticideki ortak emiterli bağlantı nedeniyle işlemsel kuvvetlendirici oldukça yüksek giriş empedansına sahiptir. Örneğin 741’in giriş fark kuvvetlendirici (tail) akımı yaklaşık olarak 15uA’dir. Her emiter bu akımın yarısını üzerinden akıtır.

741’de girişteki her transistörün B’sı tipik olarak B=300 olduğuna göre giriş empedansı:

Bu 741’in kataloglarında tesbit edilen giriş direnci değeridir.

Eğer daha yüksek giriş empedansları gerekiyorsa dizayn yapan kişi BIFET (fetgirişli) op-amp kullanma zorunluluğu vardır. Bu op-amp fet’in ve bipolar transitörlerin bir araya getirilmesiyle oluşturulmuştur. Örneğin LF12741-741 olarak modife edilmiş JFET kaynak takip edicinin çıkışı normal 741 op-amp sürmektedir. Bu kombinasyon 741 diğer karakteristikleri ile JFET kaynak takip edici giriş avantajlarını meydana getirmektedir. Bu sebepten LF13741 standart 741 için yedek olarak kullanılabilir.

ŞEMATİK SEMBOL

A op-ampın gerilim kazancıdır. Faz terslemeyen giriş V1, farz tersleyen giriş ise V2’dir Fark girişi
V-giriş = V1 – V2
V1, V2 gerilimleri ve çıkış gerilim noktalarına dikkat ediniz. Bunun anlamı ölçümlerin daima toprakla bu noktalar yapılmasıdır. Fark girişi V-giriş iki giriş gerilimi V1, V2 arasındaki farktır.
Biz çoğu zaman toprak hattını çizerek göstermeyiz. Bunun anlamı toprak noktası olmasa da ölçülen değerlerin toprağa göre olmasıdır.

741 için A= 100.000 dir ve çıkış empedansı Zçıkış = 75 ohm’dur. Genellikle opampın çıkışına bağlanan yük direnci Zçıkış ‘dan küçüktür. Vçıkış yaklaşık olarak Vth = Vçıkış değerine eşittir.

Örnek
Bir 741 giriş gerilimi 1uv’tur. Bu opampın çıkışındaki gerilim ne kadardır?
Çözüm
Giriş gerilimini, gerilim kazancı ile çarptığımızda 741C’nin kazancı 100.000 olduğuna göre çıkış gerilimi:
Vçıkış = 100.000 . (1uV)= 0.1V

Bu cevaptan op-amp çıkışına yük direnci bağlanmadığı farzedilmiştir.

Eğer yük direnci kullanılmış ise Thevenin çıkış geriliminin bir kısmı bu yük üzerinde düşecektir. Eğer yük direnci op-amp çıkış direnci değerinden 100 defa daha fazla ise çıkış direnci üzerinde meydana gelen gerilim düşümünü ihmal edebilirsiniz. 741C’nin çıkış empedansı 75 ohm olduğuna göre yük direnci 7,5 kohm’dan büyük ise yükleme etkisi dikkate alınmayabilir.

Örnek:
Bir 741C’nin çıkış gerilimi 5V ise kazancı 100.000 olan op-ampın giriş gerilimi ne kadardır.

OP-AMP KARAKTERİSTİKLERİ
Op-amp bir yükselticidir. Ancak problemlerin analizinde ve op-amp devrelerinin dizaynlarında AC ve DC karakteristikleri gözönünde bulundurmamız gerekmektedir. Bu bölümde, ofset problemlerine ve op-ampın performansını etkileyen diğer karakteristikler açıklanacaktır.

İdeal bir op-ampın kazancı sonsuzdur. Gerçek bir op-ampın kazancı ise normalde 100.000 (100dB) dir. üstte bulunan grafiğe baktığımız zaman giriş gerilimi milivoltlar civarında salınırken bunun sonucunda elde edilen çıkış gerilimi +Vcc ve -Vcc (+12V ve –12V) arasında değişmektedir. Çoğu durumda kazanç aşırı derecede fazladır. Bunu engellemek için negatif geri besleme direnci ilave edilir.

grafikte Sağ tarafa baktığımızda op-ampın kazancı sağa doğru azalmaktadır. Kazanç, frekans arttıkca hızlı bir şekilde düşmektedir. Aslında band genişliği (çıkışın 3dB düştüğü) 1KHz’dir. Band genişliği negatif geri besleme direnci koymak suretiyle arttırılabilir.
Op-ampların giriş empedansı idealde sonsuzdur. Ancak gerçekte çok yüksektir. Örneğin 1MW. Çıkış empedansı idealde 0’dır. Ancak gerçekte çok düşüktür. Örneğin 150W.

YÜKSELME HIZI BOZULMASI ( Slew Rate )
Bir 741’in kompanzasyon kapasitesinden dolayı fark yükseltici çıkışı verilen slew rate değerinden daha hızlı değişemez.

Bir 741C’de It = 15 mA ve Cc = 30 pF’tır. Bu sebepten 741’in slew rate yükselme hızı,

Bu 741C’nin büyük sinyal sınırıdır. Bunun çıkış gerilimi 0,5 V/us’den daha hızlı değişmez.
Bildiğimiz gibi bir op-ampın yükselme hızı (slew rate) büyük sinyal yüksek frekans tepkisi sınırlar. Eğer sinüs dalganın yükseltilmesindeki başlangıç eğitimi op-ampın yükselme hızından daha büyük ise çıkış küçülmeye başlar ve girişteki sinüsodial dalga üçgen olarak görülmeye başlar. Daha evvel biz bu eşitliği güç band genişliği olarak ifade ettik.

Bu yüksek frekansta yükselme hızı oranında bir bozulma olmadan 2n değerine bölünerek elde edilen tepe geriim değeridir. Faydalı olan alternatif eşitlik:

KAZANÇ AYARLANMASI

FAZ Tersleyen Yükselteç için

Faz tersleyen yükseltecin kazancı R2 geri besleme direnci ve R1 giriş direnci yardımıyla belirlenir. Sıcaklık kaymasını engellemek için R3 direnci (değeri R1 ve R2 dirençlerinin paralel eşdeğeri kadar) kullanılır.

FAZ Tersleyen Yükselteç (Inverting Amplifier)

FAZ Terslemeyen Yükselteç için
Faz terslemeyen yükselteçde kazanç yine R2 ve R1 dirençleri yardımıyla ayarlanır.
KAZANÇ = 1+R2/R1 dir.

FAZ Terslemeyen Yükselteç (Non-Inverting)

OP-AMPIN GERİLİM İZLEYİCİ OLARAK KULLANILMASI
Şekildeki faz terslemeyen yükselteç birim kazançlıdır. Yani kazancı 1’dir. Bu devre gerilim izleyici olarak da bilinir. Bu amaca hizmet eden diğer bir devremizde hatırlanacağı üzere emiter izleyicili transistör bağlantısıdır. Bu devre çok yüksek bir giriş empedansına ve çok düşük bir çıkış empedansına sahiptir. Bu özelliğinden dolayı genellikle empedans uygunlaştırıcı olarak kullanılır. Değişik yükleri bu devre kullanarak sürebiliriz.

Ayrıca be devrede giriş ve çıkış gerilimleri birbirine eşit olduğu için ve giriş empedansı çok yüksek, çıkış empedansı çok düşük olduğu için çıkış güç kazancının giriş güç kazancına oranı çok yüksekdir. Bu özelliğinden dolayı güç kazancı istenen yerlerde rahatlıkla kullanılır.

Bu devre giriş ile çıkış arasında tam bir yalıtım olduğu için çoğu yerde tampon devresi olarak da oldukca sık bir şekilde kullanılır.

KARŞILAŞTIRICI (KOMPARATÖR)

Değişken giriş gerilimi sabit referans gerilimi ile karşılaştırılır. Eğer giriş gerilimi referans geriliminden büyükse çıkış negatif kaynak gerilimine eşittir. Eğer giriş gerilimi kaynak geriliminden düşükse bu durumda çıkış pozitif kaynak gerilimine eşittir. Çünkü devrede kazancı sınırlayacak geri besleme direnci kullanılmamıştır. Bu durumda kazanç çok çok yüksek olacaktır. Ancak kazanç ne kadar da yüksek olursa olsun çıkış gerilimi besleme gerilimlerini asla geçemez.

OP-AMPLARIN TEMEL KULLANIMLARI

İşlemsel kuvvetlendiriciler terim olarak analog bilgisayarların alan örneklerindendir. Bu tipteki yükselticiler matematiksel işlemlerin, toplama, çıkartma, çarpma, bölme, integral, türev ve logoritma alma gibi uygulamalarında başarılı bir şekilde kullanılmışıtır. Aslında op-amplar çok geniş bir alanda kullanılmalarına karşın hala orijinal isimleri kullanılmaktadır.

Temelde op-amp yüksek gerilim kazancı DC fark kuvvetlendiriciler olup aşağıdaki karakteristikleri taşımaktadır.
>Sonsuz band genişliği,
>Sonsuz giriş empedansı,
>Sıfır çıkış empedansı

ENTEGRE DEVRELERİNİN DİĞER LİNEER KULLANIMLARI
Aslında op-amplar çok önemli entegre devreleridir. Onları birçok değişik kullanımlar için genişletebilirsiniz. Burada birkaç kullanım özet olarak verilmiştir.

SES YÜKSELTİCİLER

Ön yükselticiler çıkış gücü 50mW’tan daha az olan bu ses yükselticilerdir. Ön yükselticiler oldukça düşük gürültü seviyesine sahip olmalıdırlar. Çünkü bunlar ses sistemlerinin girişinde kullanılmakta olup, manyetik band kristallerden ve mikrofonlardan gelen zayıf sinyalleri yükseltmektedir.

Entegre edilmiş ön yükselticiye örnek LM381 düşük gürültülü çiftli bir ön yükselticidir. Her bir yükseltici birbirinden tamamen farklıdır. LM381’in gerilim kazancı 112 db’dir ve 10V’da güç band genişliği 74kHz ve 9V’tan 40V’ta kadar pozitif besleme ile çalışır. Giriş empedansını 100 kohm, çıkış empedansı 150 ohm’du. Lm381’in giriş katı, fark kuvvetlendirici olup tekli çıkışa sahiptir.

Ses güç yükselticiler çıkışlarından 500 mW’tan fazla güç alınmaktadır. Bunlar phonograph yükselticiler AM, FM radyolar ve diğer kullanımları bulunur. LM380 bir örnektir. Bunun gerilim kazancı 34db band genişliği 100 kHz ve çıkış gücü 8W’tir.

VİDEO YÜKSELTİCİLER

Bir video veya geniş band yükseltici geniş bir frekans bandında sabit gerilimi kazancı düz bir tepki gösterir. Tipik olarak band genişliği MHz bölgesindedir. Video yükselticilerde DC yükselticiler gerekli değildir. Fakat çok düşük frekanslarda çok yüksek frekanslara kadar (range) değere sahiptirler. Örneğin bir çok osilaskoplarda frekans değeri 0’dan 100-MHz’e kadar gider. Bu tür cihazlarda video yükselticiler kullanılması sinyal genliğini arttırır. Diğer bir örnek televizyon alıcılarıdır. Kullanılan frekans yaklaşık 0’dan 4MHz’e kadardır.

RF ve IF YÜKSELTİCİLER

Bir radyo frekans ( RF) yükseltici TV alıcılarında veya AM-FM alıcılarda umumiyetle ilk kattır. Orta frekans (IF) yükselticilerde tipik olarak orta katlardadırlar. Entegre devreler LM703 RF ve IF yükselticiler aynı chip içinde bulunurlar. Yükselticiler ayarlı yapılmak suretiyle yalnız dar band frekansında kullanılabilirler. Bu televizyon ve radyo istasyonlarının arzu edilen sinyallerinin alınmasına (tuning) ayar devreleri ile mümkün kılar. Daha evvel bahsedildiği gibi büyük kondansatör ve self değerlerinin chip içine yerleştirilememesi nedeniyle dışarıdan LS ve CS elemanlar ayar yükselticilerine bağlanırlar.

GERİLİM REGÜLATÖRLER

Filtre işleminden sonra DC gerilimde biraz daha riplle kalmaktadır. Bu DC gerilim hat gerilimi ile orantılıdır. Hat gerilimi %10 değişirse bu da seviye de %10’luk değişmeye sebep olur. Birçok uygulamalarda %10’luk değişme DC gerilim değeri oldukça fazladır ve bu sebepten DC regülasyon gereklidir.

Yeni entegre devrelerde LM340 serileri bu iş için kullanılmaktadır. Bu tipte chipler çıkış DC gerilimini %0,01 olarak hat geriliminin ve yük direncinin değişmesini tutarlar. Diğer bir özellik olarak pozitif ve negatif ayarlanabilen çıkış gerilimleri ve kısa devre koruma sağlarlar.

BASİT UYGULAMALAR

Karanlaıkta Aktif Olan Devre
Devrede Karanlık Aydınlık Sensörü olarak LDR Kullanılmıştır LDR (Fotodirenç, Light Dependent Resistance) Aydınlıkta az direnç, karanlıkta yüksek direnç gösterir

Aydınlıkta Aktif Olan Devre