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 uaA741 dizaynlarını gerçekleştirmişlerdir. Örneğin Motorolo MCI741 National Semiconductor LM741 ve 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 2MW, gerilim kazancı 100.000 ve çıkış empedansı 75 W dur.
741 İN ŞEMATİK DİYAGRAMI
Şekil -1, 741 in basitleştirilimiş şematik diyagramını göstermektedir. 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. 741 in ardındaki temel düşünce şudur:
Giriş katı Q1 ve Q2 PNP transistörlerinden oluşturulumuş bir fark kuvvetlendiricidir. Bildiğiniz gibi emiterdeki bağlantı elemanları nedeniyle bu devre, akım kaynağı olarak çalıştığı farz edilmiştir. 741 in içinde Q14 akım kaynağı olup emiter direnci yerine geçmektedir. R2 ve Q4 ün polarmasını kontrol ederek fark kuvvetlendiricinin akımını üretir. Fark kuvvetlendirici de kollektör direnci yerine normal direnç kullanarak bunu yük direnci yerine kullanabiliriz. Bu aktif yük Q4 için oldukça yüksek empedanslı bir akım kaynağı olarak çalışır. Bu sebepten fark kuvvetlendiricinin gerilim kazancı daha büyük olmaktadır.
Beyz DC Dönüş Elemanları
Şekil -1 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.
* 25mV
ré= _______________= 3.33 kW
* 7,5uA
741 de girişteki her transistörün b sı tipik olarak b=300 olduğuna göre giriş empedansı:
ri= 2 (300) . (3,3K) = 2mW
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 SEMBOLLER
Bir op-ampın şematik sembolü Şekil 15-2 de görülmektedir. A op-ampın gerilim kazancıdır. Faz terslemeyen giriş V1, farz tersleyen giriş ise V2 dir Fark girişi
Vgiriş = V1 - V2
V1, V2 gerilimleri ve çıkış gerilim noktalarına dikkat ediniz. Bunun anlamı ölçümlerin daima toprakla bu noktalar yapılmasıdır. Fark girişi Vgiriş iki giriş gerilimi V1, V2 arasındaki farktır.
Biz çoğu zaman Şekil 15-2 de görülen toprak hattını çizerek göstermeyiz. Bunun anlamı toprak noktası olmasa da ölçülen değerlerin toprağa göre olmasıdır.
Vçıkış = A . Vg,iriş
* Vçıkış
Vgiriş = ________________________
* A
741 için A= 100.000 dir ve çıkış empedansı Zçıkış = 75 W dur. Genellikle opampın çıkışına bağlanan yük direnci Zçıkış dan küçüktür. Vçıkış yaklaşık olarak Vth = Vçıkış değerine eşittir.
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 W olduğuna göre yük direnci 7,5 kW dan büyük ise yükleme etkisi dikkate alınmayabilir.
Örnek -2
Bir 741C nin çıkış gerilimi 5V ise kazancı 100.000 olan op-ampın giriş gerilimi ne kadardır.
* 5V
Vgiriş = ________________ = 50 uV
* 100.0000
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.
ÜÇ ÖNEMLİ KARAKTESTİK
Daha evvel (CMRR) sinyali bastırma oranı tanımlanmıştı. 741C için CMRR= 90 Db düşük frekanslar için uygundur. Common mode sinyalinde arzı edilen sinyal 90Db daha büyüktür. Bunun anlamı yükseltilecek sinyal ortak gürültü CMRR nin Şekil 18-15 da görüldüğü gibi azalmasına neden olur. Dikkat edilirse CMRR yaklaşık 1KHz de 75db, 10 KHz de 56db dir.
Maksimum tepeden tepeye değeri yükselticinin çıkışından kırpılmadan alınan en büyük değerdir. Op-ampın girişinde herhangi bir sinyal yoksa çıkış ideal olarak sıfırdır. AC çıkış gerilimi pozitif ve negatif yönde salınım yapar. Yük direncinin Zçıkış empedansından büyük olması halinde çıkış gerilimi besleme geriliminde salınım yapar. Örneğin VCE = + 15 V ve V ve VEE = - 15 V olan devrede 10 kW luk yük direnci uçlarındaki gerilim 30 V olacaktır. Ancak bu gerilim 741C nin çıkış katından dolayı genelde 27V ve 10 kW yük direncinde 27V, 1 kW luk yük uçlarında 25 V ve 100 W yük uçlarındaki gerilim ise 7 V kadar olacaktır.
FREKANS TEPKİSİ
741C nin Şekil 15-5c de küçük sinyal frekans tepkisi görülmektedir. Orta bandın gerilim kazancı 100.000 dir. 741 in kritik frekansı fc= 10 Hz dir Şekilde görüldüğü gibi 10 Hz seviyesinde gerilim kazancı %70 kazanç değerini -3 db noktasından düşmektedir. Kritik frekansın üzerinde gerilim kazancı her dekat artışı için 20 db düşmektedir.
Gerilim kazancının bire düştüğü frekans 1 MHz dir. Kataloglarda bu değer genellikle belirtilir. Çünkü bu değer op-ampın faydalı kazanç üst değerini temsil etmektedir. Örneğin kataloglarda 741C listelerinde f1= 1 MHz. Bunun anlamı 741C sinyali 1 MHz kadar yükselir. Bunun üzerindeki değerlerde çıkış azalmaya başlar. Örneğin LM318 in f1 = 15 MHz dir. Bunun anlamı op-amp 15 MHz e kadar çıkışında kazanç verebilir. Bunun üzerindeki değerlerde çıkış azalarak gider.
YÜKSELME HIZI BOZULMASI ( Slew Rate )
Bir 741 in kompanzasyon kapasitesinden dolayı fark yükseltici çıkışı verilen slew rate değerinden daha hızlı değişemez.
* It
Sr = ________________
* Cc
Bir 741C de It = 15 mA ve Cc = 30 pF tır. Bu sebepten 741 in slew rate yükselme hızı,
* 15 mA
Sr = _____________= 0,5 V/us dir.
* 30 pF
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.
* Sr
fmax = ___________
* 2n Vp
Bu yüksek frekansta yükselme hızı oranında bir bozulma olmadan 2n değerine bölünerek elde edilen tepe geriim değeridir. Faydalı olan alternatif eşitlik:
* Sr
Vp = _______________
* 2n fmax
Örnek -3
Şekil 15-6, 741C nin ayak numaralarını göstermektedir. 3 Nolu giriş faz çevirmeyen giriştir. 7 ve 4 nolu ayaklar güç kaynağı bağlantılarıdır. 6 nolu ayak ise çıkıştır. Bir 741C nin en kötü şartlar altında kataloglarda verilen değerleri
VBE = 2 mV, lgiriş = 80 nA ve Igiriş = 20 nA
En kötü durumdaki istenmeyen giriş gerilimi toplamı nedir? Çıkış ofset gerilimi nedir?
Çözüm
İstenmeyen giriş geriliminde iki farklı kompanent vardır. Önce farklı VBE eğrilerini etkileyen faktör. İkinci olarak farklı b da değerleri iki beyz gerilimini 3 ve 2 nolu ayaklardaki farkını transfer etmektedirler.
Vgiriş = +2mV +(20nA) . (220 kW) = +6.4mV
Bunun anlamı istenmeyen giriş gerilimleri - 6,4 mV ile + 6.4 mV arasında herhangi bir yerde olabilir. En kötü durumda bunun büyüklüğü 6.4 mV olabilir.
741C lineer bölgede çalışıyorsa ve onun gerilim kazancı 100.000 dir. Buna göre ofset gerilimini hesaplayacak olursak
Vçıkış = 100.000 (+ 6.4 mV) = +640V
Bu cevap saçmalık örneği olarak ve azaltılması gereken bir değer olarak gözönüne alınmalıdır. Çünkü 640V imkansızdır.
Bu saçma sonuçtan sonra şunu söyleyebiliriz: Sonuçta op-amp doyuma ulaşmıştır ve op-amp lineer bölgede çalışmaktadır ve bu doğrudur.
Oysa bir 741C nin maksimum (tepe to tepe) tepeden tepeye vereceği çıkış +27 V olabilir. Yani -13,5 V ile +13,5 V volt arasında salınım yapar. Giriş gerilimi +6,4 V olduğu zaman op-ampın çıkışı 13,5 V ta gider. Giriş gerilimi olduğu zaman çıkış -13,5 V ta gider.
Örnek 4
Bir önceki örnekte kullanılan katalog bilgilerini kullanarak op-amp çıkışını doyuma götürecek ofset giriş gerilimini bulunuz.
Çözüm
Pozitif taraftan bakılacak olursa op-amp +13,5 V doyuma ulaşmadan (swing) salınım yapılacaktır. Op-amp kazancı 100.000 olduğuna göre giriş gerilimi
* 13,5 V
Vgiriş =_______________=0,13 mV
* 100000
Bu en kötü durum olarak ifade edilen değerden 6,4mV tan çok küçüktür.
Örnek -5
Bir 741C nin yükselme hızı 0,5 V/usn dir Çıkış gerilimi tepe değeri 10 V ise band genişliği nedir?
Çözüm
Yükselme hızında bir bozulma olmadan hesaplanan maksimum değer
* 0,5 V/us
fmax = ________________=7,96 kHz
* 2n . 10V
Bu frekansta op-amp bozulmamış sinüsodial çıkış sinyali tepe değeri 10V tur. Eğer giriş frekansını 7,96 kHz in üzerine çıkarırsanız çıkıştaki değerde bir azalım başlar. Girişin sinüsodial olmasına karşın çıkışta üçgen dalgalar görülmeye başlar.
Örnek -6
50 kHz lik giriş sinyallerinde çıkışta alınan sinyallerin bozulmadan alınabilecek değeri nedir?
* 0,5 V/usn
VP = _______________=1,59 V
* 2n . (50 kHz )
Bunun anlamı op-amp frekansı 50 kHz ve giriş sinyalinin tepe değeri 1,59 V olan sinyalin çıkıştan bozulmadan alınabilir demektir.
Yapmak istedigin devre ,ulaşmak istedigin amaç için geniş bilgi verirsen hazır şema varsa ben , arkadaşlar ,hepimiz sana yardımcı oluruz .ama senin devre seçiminden sonra voltaj kuplajıda yapman gerekiyor bunuda trafo ile yapabilirsin mesela sana opampla yapılmış bir pwm devresi vereyim ona 24 voltu kuple et frekansın sabit kalsın