تقويت کننده هاي عملياتي به اختصار آپ امپ ناميده مي شو ند.و به صورت مدار مجتمع در دسترس مي باشند.اين تقويت کننده ها از پايداري بالايي برخوردارند.، و با اتصال ترکيب مناسبي از عناصر خارجي مثل مقاومت،خازن،ديود و غيره به آنها،مي توان انواع عمليات خطي و غير خطي را انجام داد.

 از ويژگيهاي اختصاصي تقويت کننده هاي عمليا تي ورودي تفاضلي و بهره بسيار زياد است.

اين المان الکترونيکي اختلاف ميان ولتاژهاي ورودي در پاي هاي مثبت و منفي را در خروجي با تقويت بسيار با لايي آشکار مي سازد.حتي اگر اين اختلاف ولتاژ کوچک نيز باشد.،آنرا به سطح قابل قبولي از ولتاژ‌ در خروجي تبديل مي کند.به شکل مداري اين المان در زير توجه کنيد.

اين المان همواره داراي دو پايه مثبت و منفي در ورودي،اين دو پايه ورودي مستلزم يک پايه در خروجي هستند.
پايه ورودي مثبت را در اصطلاح لاتين noninverting و پايه منفي را inverting مي گويند.

 نحوه عملکرد op_amp

اين المان بسته به وضعيت پايه هاي ورودي و خروجي داراي شرايط و عملکرد متفاوتي خواهد شد که در زير به توضيح راجب اين وضعيت ها مي پردازيم.

اگر inverting > noninverting باشد.خروجي به سمت منفي VSS اشباع مي شود.منظور از منفي VSS مقدار منفي ولتاژ تغذيه آيسي است. مثلا اگر ولتاژ ورودي 5 ولت باشد و ورودي پايه منفي داراي ولتاژي بزرگتر از ورودي پايه مثبت باشد.خروجي به سمت منفي 5 ولت به اشباع مي رود.

اگر inverting < noninverting باشد.خروجي به سمت مثبت VSS اشباع مي شود.مثلا اگر تغذيه آيسي 5 ولت باشد.و ورودي پايه مثبت داراي ولتاژي بزرگتر از پايه منفي باشد.خروجي به سمت مثبت 5 ولت به اشباع مي رود.به شکل توجه کنيد اين شکل گوياي همه مطالب است.همانطور که مشاهده مي کنيد.،هر جا که اختلاف ولتاژ ورودي مثبت باشد.خروجي به اشباع مثبت VSS مي رود.و همچنين هر جا که اختلاف ولتاژ ورودي منف با شد خروجي به منفي VSS مي رود.
منظور از اختلاف ولتاژ ،اختلاف بين ورودي مثبت از منفي است.

 بدون قرار دادن فيدبک از خروجي به ورودي، ماکزيمم اشباع در خروجي با کمترين اختلاف ولتاژ‌ در پايه هاي مثبت و منفي ورودي بوجود مي آيد.در اين حالت مدار شما بسيار نويز پذير است.

در حالت ايده آل منظور حالت غير عملي است.،در اين حالت op-amp ها داراي مقاومت ورودي بي نهايت تقويت سيگنال ورودي در خروجي به صورت بي نهايت و مقاومت خروجي صفر هستند.

در حالت واقعي گين يا تقويت بين ولتاژ هاي مثبت و منفي ورودي محدود مي شود.

بين پايه هاي ورودي و خروجي آپ امپ جرياني وجود ندارد.و اين تنها ولتاژ ورودي است که خروجي را کنترل مي کند.

 استفاده از فيدبک در آپ امپ

با استفاده از فيدبک مي توانيد ميزان تقويت ولتاژ هاي ورودي در خروجي را تعيين کنيد.فيدبک مي تواند.،از خروجي به هر يک از پايه هاي مثبت و منفي صورت گيرد.در آپ امپ اغلب فيدبک از خروجي به پايه منفي صورت مي گيرد اين نوع فيدبک را فيدبک منفي يا negative feedback مي نامند.
با استفاده از فرمول زير مي توانيد. ميزان تقويت يا گين(gain) را در اين نوع از فيدبک به راحتي محاسبه کنيد.
GAIN=1+RF/RIN

در فرمول فوق Rf همان مقاومت فيدبک است.که در شکل زير با نام R2 و از خروجي به پايه منفي ورودي زده شده است.منظور از Rin نيز مقاومت ورودي است.،که در شکل زير با نام R1 مي باشد.

  بنابر فرمول فوق اگر Rf برابر صفر باشد ديگر تقو يتي وجود ندارد.،و GAIN برابر يک مي شود.در اين حالت ولتاژ خروجي برابر ولتاژ ‌ورودي است.در اين وضعيت آپ امپ تنها به صورت يک بافر مجزا کننده يا ISOLATE کننده جريان ورودي از خروجي عمل مي کند.شکل زير نشان مي دهد چگونه خروجي بدون استفاده از مقاومت به پايه منفي ورودي فيدبک زده شده است.

آپ امپ در حالت مقايسه گري يا Comparator

در اين حالت کوچکترين اختلاف بين ولتاژ هاي ورودي تقويت شده و در خروجي نمايان مي شود.
در اين وضعيت خروجي زماني high يا سوييچ مي شود.که مقدار ولتاژ‌ در پايه inverting يا منفي به سطح ولتاژ‌ در پايه noninverting يا مثبت برسد.اين ولتاژ در شکل زير برابر vref است.
از اين نوع مدار جهت مقايسه ولتاژ هاي ورودي به خصوص در سنسورها استفاده مي شود.
در اين مدار به جاي مقاومت R2 مي توانيد از پتانسيومتر جهت تعيين ولتاژ‌ Vref و تنظيم آن به صورت دلخواه استفاده کنيد.

 تقويت کننده مستقيم (noninverting amplifier)

در اين حالت ورودي منفي يا inverting توسط مقاومت R1 زمين مي شو د.و فيدک نيز از خروجي توسط مقاومت R2 به ورودي منفي فيدبک داده مي شود.در اين حالت خروجي کاملا هم فاز با ورودي خواهد بود.

 تغذيه Op-Amp

در بعضي موارد Op-Amp ها نياز به دو منبع تغذيه مثبت و منفي دارند.
اگر ما مايل باشيم که تنها از خروجي مثبت آپ امپ استفاده کنيم.در واقع منظور ولتاژ هاي مثبت در خروجي است.در اين حالت مي بايست منفي Vss را به زمين متصل کنيم.ولتاژ‌ مثبت را تنها به پايه تغذيه مثبت وصل کنيم.
در اين حالت شما بايستي از دو باطري يا از يک منبع تغذيه دوتايي مثبت و منفي استفاده کنيد.
در لينک زير مي توانيد.يک مدار ساده تغذيه دوبل را تجربه کنيد.
تغذيه دوبل 5 ولت

 نکاتي راجب به Op-Amp

هيچگاه تغذيه مثبت و منفي آپ و امپ را به صورت معکوس وصل نکنيد.،با اين کار Op-Amp خواهد سوخت.
تغذيه ورودي هاي مثبت و منفي مي بايست.از مقادير ورودي در پايه هاي inverting و noninverting بيشتر باشد.سيگنال هاي ورودي و خروجي را توسط خازنهاي 1.0ufتا 0.1uf زمين کنيد تا از تاثير نويز در مدار خود جلوگيري کنيد.

در حالت ايده آل آپ امپ ها داراي مقاومت ورودي بالا و در نتيجه جريان ورودي در حد صفر و مقاومت خروجي صفر مي باشند.همچنين در اين حالت ولتاژ‌ در ورودي هاي مثبت و منفي با يکديگر مساوي هستند.