การขยายสัญญาณโดยใช้ OP-AMP

การขยายสัญญาณโดยใช้ OP-AMP

วงจรพื้นฐานของวงจรขยายสัญญาณในลักษณะวงจร รวมโดยสามารถ กำหนดอัตราที่แน่นอนได้ด้วยอุปกรณ์ภายนอก

สัญลักษณ์ของ OP-AMP

Vin+   =  Non-inverting Amplifier
Vin-    =  Inverting Amplifier
+V,-V =  แหล่งจ่ายไฟฟ้าด้านเอาท์พุท

คุณลักษณะ ของ OP-AMP ในอุดมคติ (Ideal Op-Amp)

1. อัตราขยายของ Op-Amp แบบเปิดลูป (Open Loop Gain)มีค่าสูงมากจน เป็นอนันต์ AVOL = infinity
2. Zin มีค่าสูงมากจนถือได้ว่าเป็น infinity
3. Zout มีค่าต่ำมากจนถือได้ว่าเป็น 0
4. อัตราขยายของ Op-Amp ไม่ขึ้นกับ ความถี่
5. เมื่อ Vin = 0 จะได้ Vout เป็น 0 ด้วย

จากคุณสมบัติดังกล่าว แล้ว มีผลสืบเนื่องดังนี้
1. Iin = 0 เนื่องด้วย Zin สูงมาก 2. ความต่างศักย์ระหว่างขั้วอินพุททั้งสองของ Op-Amp เป็น 0 เนื่องจาก IIN Zin = 0

คุณสมบัติ ด้านความต้านทานของ Op-Amp

Zin มีค่าสูงมากจนประมาณได้ว่า Iin = 0
Zout มีค่าต่ำมากจนประมาณได้ว่า Zout = 0

แหล่งจ่าย ไฟสำหรับ OP-AMP OP-AMP
ส่วนใหญ่ต้องกรแหล่งจ่ายไฟสองชุด บวกและลบ ชนิดสมมาตร ต่อไปนี้ เป็นตัวอย่างการติดตั้งแหล่งจ่ายไฟ

วงจรเทียบ เท่าของแหล่งจ่ายไฟ 2 ชุด

อย่างไรก็ตามอาจดัดแปลง แหล่งจ่ายไฟชุดเดียว ให้เทียบเท่าแหล่งจ่ายไฟ 2 ชุด ได้ดังนี้

การใช้ OP-AMP ในวงจรขยายสัญญาณ

1. วงจร BUFFER หรือ VOLTAGE FOLLOWER

อัตราการ ขยายของวงจรชนิดนี้มีค่าประมาณ 1 นั่นคือ
AV = Vout/Vin = 1
Vout = Vin

2. วงจรขยายสัญญาณแบบกลับเฟส (Inverter Amplifier)

ความ ต่างศักย์ระหว่าง Vin+ และ Vin- = 0 ดังนั้นศักดาไฟฟ้าที่ขา Vin- = 0 กระแส ย่าน Ri และ Rf มีค่า i

Vin  =  iRi ; Vout = iRf
AV  =  Vout/Vin ; -iRf/iRi = -Rf/Ri
เพราะฉนั้น AV = -Rf/Ri

3. วงจรขยายสัญญาณแบบไม่กลับเฟส (Non-Inverting Amplifier)

จากรูป กระแสไฟฟ้าไหล่ผ่าน Ri และ Rf มีค่า i เท่ากันดังนั้น
Vin = iRi
Vout = i (Ri + Rf)
AV = i (Ri+Rf) / i Ri
AV = Ri + Rf/Ri
หรือ .. AV = 1+ (Rf/Ri)

ตำแหน่งของขา OP-AMP บางชนิด

1. แบบเดี่ยว 8 ขา

8      NC               4    -V
7      +V                3    Vin+
6       OUTPUT  2    Vin-
5        offset null  1    offset null

2. ไอซีตัวเดี่ยว 14 ขา

ขา 1,2,7,8,11,12,13      NC
ขา 3,9                              offset null
ขา 10                               OUTPUT
ขา 4                                 Vin+
ขา 5                                 Vin-
ขา 6                                -V
ขา 11                             +V

3. ตัวถังแบบ OP-AMP คู่

การทดสอบคุณสมบัติของ OP-AMP

1. BUFFER

2. วงจรขยายแบบกลับเฟส

3. วงจรขยายแบบไม่กลับเฟส

ให้ทดลองดังนี้

1. วัด Vout ขณะที่ Vin = 0
2. อัตราขยายที่วัดได้เทียบกับที่คำนวณได้
3. รูปคลื่นที่ OUTPUT และ INPUT เปรียบเทียบกัน
4. Vin สูงสุดขณะที่ Vout ไม่กำหนด

ตั้งแหล่งจ่ายไฟ +-10V ความถี่ของ Vin 2 KHz รูป Sine การวัดสัญญาณ วัดเป็น Volt peak to peak