นาฬิกา

วันอังคารที่ 5 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2556

ออปแอมป์



1. คุณสมบัติของออปแอมป์
                ออปแอมป์ (Op-Amp)  เป็นชื่อย่อสำหรับเรียกวงจรขยายที่มาจาก Operating Amplifier เป็นวงจรขยายแบบต่อตรง (Direct couled amplifier) ที่มีอัตราการขยายสูงมากใช้การป้อนกลับแบบลบไปควบคุมลักษณะการทำงาน ทำให้ผลการทำงานของวงจรไม่ขึ้นกับพารามิเตอร์ภายในของออปแอมป์ วงจรภายในประกอบด้วยวงจรขยายที่ต่ออนุกรมกัน ภาคคือ วงจรขยายดิฟเฟอเรนเชียลด้านทางเข้า  วงจรขยายดิฟเฟอเรนเชียลภาคที่สอง วงจรเลื่อนระดับและวงจรขยายกำลังด้านทางออก สัญลักษณ์ที่ใช้แทนออปแอมป์จะเป็นรูปสามเหลี่ยม ไอซีออปแอมป์เป็นไอซีที่แตกต่างไปจากลิเนียร์ไอซีทั่วๆ ไปคือไอซีออปแอมป์มีขาอินพุท 2 ขา เรียกว่าขาเข้าไม่กลับเฟส (Non-Inverting Input) หรือ ขา + และขาเข้ากลับเฟส (Inverting Input) หรือขา  ส่วนทางด้านออกมีเพียงขาเดียว เมื่อสัญญาณป้อนเข้าขาไม่กลับเฟสสัญญาณทางด้านออกจะมีเฟสตรงกับทางด้านเข้า แต่ถ้าป้อนสัญญาณเข้าที่ขาเข้ากลับเฟส สัญญาณทางออกจะมีเฟสต่างไป 180 องศา จากสัญญาณทางด้านเข้า

                

รูปที่ 1 แสดงสัญลักษณ์ออปแอมป์


คุณสมบัติของออปแอมป์ในทางอุดมคติ

               1.       อัตราขยายมีค่าสูงมากเป็นอนันต์หรือ อินฟินิตี้ (AV = )

                2.       อินพุทอิมพีแดนซ์มีค่าสูงมากเป็นอนันต์ (Zi = )

                3.       เอาท์พุทอิมพีแดนซ์มีค่าต่ำมากเท่ากับศูนย์ (Zo = 0)

                4.       ความกว้างของแบนด์วิท (Bandwidth) ในการขยายสูงมาก (BW = )

                5.       สามารถขยายสัญญาณได้ทั้งสัญญาณ AC และ DC

                 6.       การทำงานไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ

                เมื่อศึกษาคุณสมบัติของออปแอมป์ในอุดมคติแล้วพบว่า ออปแอมป์ได้รวมข้อดีของวงจรขยายไว้ได้อย่างครบถ้วน เนื่องจากมีอัตราขยายเป็นอนันต์และสามารถขยายสัญญได้ทั้งไฟกระแสสลับและไฟกระแสตรง การนำไปใช้งานในบางครั้งเมื่อต้องการลดอัตราการขยายก็สามารถกระทำได้โดยการป้อนกลับ (Feed Back) เพื่อมาลดอัตราการขยายลง และข้อดีอีกประการหนึ่งก็คือ อิมพีแดนซ์ทางอินพุทมีอิมพีแดนซ์สูงมาก จึงทำให้เหมือนไม่มีกระแสอินพุทไหลเลยลักษณะเช่นนี้จึงทำให้วงจรทางอินพุทไม่โหลดวงจรส่งกำลังในส่วนหน้า เช่นเดียวกันที่เอาท์พุทมีอิมพีแดนซ์เป็นศูนย์สามารถนำไปเชื่อมต่อกับวงจรอื่นได้ดี


2. วงจรขยายแบบกลับเฟส (Inverting Amplifier)

รูปที่ 2 วงจรขยายออปแอมป์แบบกลับเฟส (Inverting Amplifier)

                ในวงจรขยายออปแอมป์นั้นสามารถที่จะกำหนดอัตราการขยายของวงจรได้โดยการใช้ วงจรเนกาทีฟฟีดแบ็ค (Negative Feedback) เมื่อเราป้อนสัญญาณเข้าทางขากลับเฟส (ขา - ) แรงดันด้านทางออกจะมีมุมเฟสต่างไปจากแรงดันทางเข้า 180 องศา ซึ่งมีลักษณะตรงข้าม สัญญาณตรงกันข้ามนี้จะถูกป้อนกลับผ่าน R2 เข้ามายังขาอินเวอร์ติ้งอีกครั้งหนึ่ง ตรงจุดนี้จะทำให้สัญญาณเกิดการหักล้างกันอัตราการขยายก็จะลดลง ถ้าตัวต้านทานที่เป็นตัวป้อนกลับมีค่ามาก จะทำให้สัญญาณป้อนกลับมีขนาดเล็กอัตราการขยายออกจึงสูง ถ้าตัวต้านทานที่ป้อนกลับมีค่าน้อยสัญญาณป้อนกลับไปได้มากอัตราการขยายก็จะลดลง ฉะนั้นอัตราส่วนของความต้านทาน R1 และ R2 จะเป็นตัวกำหนดอัตราการขยายของวงจรโดยไม่ขึ้นกับอัตราการขยายของออปแอมป์ ซึ่งสามารถหาอัตราการขยายแรงดันได้จากสูตร

3. วงจรขยายแบบไม่กลับเฟส (Non-Inverting Amplifier)
                วงจรขยายนี้เป็นวงจรขยายอีกแบบหนึ่งที่ต้องการเฟสในการขยายเป็นเฟสเดียวกัน ดังนั้นการป้อนสัญญาณอินพุทจึงต้องป้อนเข้าที่ขาอินพุทไม่กลับเฟส (+) ซึ่งเมื่อขยายออกที่เอาท์พุทแล้วจะได้สัญญาณเอาท์พุทที่มีเฟสเหมือนเดิม ดังนั้นในวงจรขยายแบบไม่กลับเฟสนี้การป้อนกลับเพื่อลดอัตราการขยายจึงยังคงต้องป้อนไปยังขาอินเวอร์ติ้ง (-) เพื่อให้เกิดการหักล้างของสัญญาณกันภายในตัวไอซีออปแอมป์ โดยสามารถหาอัตราการขยายของวงจรได้จากสูตร



รูปที่ 3 วงจรขยายออปแอมป์แบบไม่กลับเฟส (Non-Inverting Amplifier)


4. วงจรบัฟเฟอร์ (Buffer)
                วงจรบัฟเฟอร์หรือวงจรกันชน เป็นวงจรที่ใช้เชื่อมวงจรสองวงจรเข้าด้วยกัน เช่นระบบไอซีที่ต่างตระกูลกันหรือทรานซิสเตอรืที่ไม่แมทชิ่งอิมพีแดนซ์กัน คือวงจรที่จำเป็นต้องใช้บัฟเฟอร์เพราะคุณสมบัติของออปแอมป์ทางเอาท์พุทอิมพีแดนซ์ต่ำ เมื่อเชื่อมต่อกับวงจรอื่นแล้วจะไม่ทำให้วงจรอื่นมีผลแตกต่างไปจากเดิม วงจรบัฟเฟอร์นั้นจะมีอัตราการขยายเท่ากับ 1


 

รูปที่ 4 วงจรบัฟเฟอร์



5. วงจรกรองสัญญาณความถี่ต่ำ (Low Pass Filter)

 

รูปที่ 5 วงจรกรองความถี่เบื้องต้น


                การใช้วงจรกรองแบบอาร์ซี (RC Filter) เข้ามาเป็นเนกาทีฟฟีดแบ็ค (Negative Feedback) การขยายสัญญาณของออปแอมป์จะกรองเอาความถี่เฉพาะบางความถี่ออกไปเท่านั้นซึ่งสามารถหาความถี่ที่ใช้งานได้จากสูตร

      

               และสามารถที่จะประยุกต์ใช้งานวงจรนี้ในวงจรกรองความถี่ต่างๆ ได้เช่น ภาคกรองความถี่ ไอเอฟ วงจรดักจับความถี่  วงจรออสซิลเลเตอร์ และในเครื่องเสียงก็ยังใช้เป็นระบบแยกความถี่ของเครื่องขยายแบบไบแอมป์และไตรแอมป์ ซึ่งวงจรแยกความถี่แบบนี้เป็นวงจรชั้นสูงขึ้นไป เราเรียกวงจรแยกความถี่ว่า แอคตีฟฟิลเตอร์”  (Active Filter) ซึ่งสามารถจัดวงจรแอคตีฟฟิลเตอร์ได้ดังรูปที่ 6


รูปที่ 6 วงจรแอคตีฟฟิลเตอร์

ไม่มีความคิดเห็น:

แสดงความคิดเห็น

แสดงความคิดเห็น