Operational Amplifier

โดย : Admin

Op Amp (Operational Amplifier)

ชมคลิป สรุปการทำงานของออปแอมป์

 ออปแอมป์ (Operational Amplifiers,Op-Amp) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่เป็นวงจรขยายแรงดัน โดยออปแอมป์มีโครงสร้างภายในเป็นวงจรที่ซับซ้อน ประกอบไปด้วย ตัวต้านทาน, ทรานซิสเตอร์, ตัวเก็บประจุ และไดโอด จำนวนมาก โดยมีสัญลักษณ์ และวงจรสมมูล

 

 

    ออปแอมป์จะมีขั้วอินพุต/ป้อนเข้า (Input) 2 ขั้ว นั่นคือ ขั้วอินพุตบวกเรียกว่า Non-inverting terminal และขั้วอินพุตลบเรียกว่า Inverting terminal และขั้วเอาต์พุต/ป้อนออก(Output) 1 ขั้ว


จากวงจรสมมูลของออปแอมป์) ส่วนทางด้านอินพุตของออปแอมป์จะประกอบด้วยตัวต้านทาน Rin ซึ่งเป็นความต้านทานทางด้านอินพุตของออปแอมป์ โดยจะมีแรงดันตกคร่อมระหว่างขั้วอินพุตบวกและขั้วอินพุตลบ เท่ากับ Vd

ส่วนทางด้านเอาต์พุตจะประกอบด้วยตัวต้านทาน Ro เป็นความต้านทานที่มองเข้าไปทางขั้วเอาต์พุตของออปแอมป์ และแหล่งจ่ายแรงดันที่ควบคุมด้วยแรงดันที่มีค่าเท่ากับ Avd  ซึ่งค่า A นี้เรียกว่าอัตราขยายวงเปิด (Open loop gain) ของออปแอมป์

ออปแอมป์แบบอุดมคติ (Ideal Op-Amp)

เพื่อความง่ายในการวิเคราะห์วงจรเราจะกำหนดให้ออปแอมป์เป็นอุดมคติซึ่งจะมีคุณสมบัติดังนี้

ออปแอมป์แบบอุดมคติ

เนื่องจากออปแอมป์ในอุดมคติมีความต้านทานทางด้านอินพุตมีค่าเป็นอนันต์ ดังนั้นกระแสที่ไหลเข้าทางขั้วอินพุตทั้งสองจึงมีค่าเท่ากับศูนย์

i_{1 = 0,} i_{2 = 0,}

การต่อออปแอมป์เพื่อใช้งานเป็นวงจรขยายเพื่อให้มีเสถียรภาพนั้น เราจะต่อออปแอมป์ให้มีการป้อนกลับแบบลบ (Negative feedback) ซึ่งจะขอไม่กล่าวถึงรายละเอียดเรื่องเสถียรภาพและการป้อนกลับแบบลบในที่นี้ แต่สำหรับออปแอมป์แล้วการป้อนกลับแบบลบคือ มีการต่อขั้วเอาต์พุตกลับมายังขั้วอินพุตลบของออปแอมป์ ซึ่งอาจจะผ่านวงจรหรืออุปกรณ์หนึ่งก่อนก็ได้ เมื่อออปแอมป์มีการป้อนกลับแบบลบแล้วจะได้ว่า แรงดันระหว่างขั้วอินพุตของออปแอมป์มีค่าประมาณศูนย์คือ    V_{d =} V_{1 -} V_{2 ≈} 0 (ประมาณหรือเท่ากับ 0)   หรืออาจกล่าวได้ว่าแรงดันที่ขั้วบวกกับแรงดันที่ขั้วลบของออปแอมป์มีค่าเท่ากัน V_{1 =} V₂

 

 

วงจรขยายแบบกลับขั้ว (Inverting Amplifiers)

วงจรขยายแบบกลับขั้วนี้มีอัตราส่วนของแรงดันเอาต์พุตต่อแรงดันอินพุต (หรือเรียกว่าอัตราขยาย) มีค่าที่ติดลบ โดยค่าอัตราขยายนี้จะขึ้นกับค่าความต้านทานที่ใช้ในวงจร ส่วนค่าติดลบหมายถึง การที่เราป้อนสัญญาณอินพุตมีค่าเป็นบวกสัญญาณทางเอาต์พุตจะมีค่าเป็นลบ หรือในทางตรงข้ามถ้าเราป้อนสัญญาณอินพุตมีค่าเป็นลบสัญญาณทางเอาต์พุตจะมีค่าเป็นบวก

 

วงจรขยายแบบไม่กลับขั้ว (Non-inverting Amplifiers)

 วงจรขยายแบบไม่กลับขั้วนี้มีอัตราส่วนของแรงดันเอาต์พุตต่อแรงดันอินพุตมีค่าเป็นบวก โดยค่าอัตราขยายนี้จะขึ้นกับค่าความต้านทานที่ใช้ในวงจร ส่วนค่าที่เป็นบวกหมายถึง การที่เราป้อนสัญญาณอินพุตมีค่าเป็นบวกสัญญาณทางเอาต์พุตจะมีค่าเป็นบวกด้วย หรือในทำนองเดียวกันถ้าเราป้อนสัญญาณอินพุตมีค่าเป็นลบสัญญาณทางเอาต์พุตจะมีค่าเป็นลบด้วย
 

วงจรตามแรงดัน (Voltage Follower)

กรณีที่วงจรขยายแบบไม่กลับขั้วกรณีที่มีค่า R_f = 0 (ลัดวงจร) และ R₁= (เปิดวงจร) จะได้วงจรเป็นดังรูปที่ มีอัตราขยายเป็น 1 ซึ่งก็คือ นั่นเอง เราจะเรียก วงจรนี้ว่าวงจรตามแรงดันหรือวงจรบัฟเฟอร์ (Buffer)

 

  วงจรขยายผลบวก (Summing Amplifiers)

จรขยายผลบวกมีค่าเอาต์พุตเป็นผลบวกของแรงดันอินพุตแต่ละค่า ซึ่งมีอัตราขยายเป็นลบที่มีค่าขึ้นกับค่าความต้านทานที่ใช้ในวงจร

 

วงจรขยายผลต่าง (Difference Amplifiers)

 จรขยายผลต่างมีค่าเอาต์พุตเป็นผลลบของแรงดันอินพุต ซึ่งมีอัตราขยายเป็นลบที่มีค่าขึ้นกับค่าความต้านทานที่ใช้ในวงจร
 

ไอซีออปแอมป์เป็นไอซีที่แตกต่างไปจากลิเนียร์ไอซีทั่วๆ ไปคือไอซีออปแอมป์มีขาอินพุท 2 ขา เรียกว่าขาเข้าไม่กลับเฟส (Non-Inverting Input) หรือ ขา + และขาเข้ากลับเฟส (Inverting Input) หรือขา –

ส่วนทางด้านออกมีเพียงขาเดียว เมื่อสัญญาณป้อนเข้าขาไม่กลับเฟสสัญญาณทางด้านออกจะมีเฟสตรงกับทางด้านเข้า แต่ถ้าป้อนสัญญาณเข้าที่ขาเข้ากลับเฟส สัญญาณทางออกจะมีเฟสต่างไป 180 องศา จากสัญญาณทางด้านเข้า
 

ที่มา :

1. https://atom.rmutphysics.com
2.https://sites.google.com/site/xupkrnxilekthrxnikslaeawngcr/home/bth-thi-8

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)