OP-AMP SECIMI

[PROTECH_]

Selam,
Bugüne kadarki tecrübelerimden faydalarak OP-AMP devrelerinde, "dogru OP-AMP'i nasil secebiliriz?" sorusunu asagida özetlemeye calistim.

Elektronik derslerinde OP-AMP anlatilirken genelde ideal OP-AMP göz önüne alinir, basitlestirmek icin iyi bir teknik.
Fakat uygulamaya gecip ideal OP-AMP a göre tasarim yapilinca genelde sonuc:     
Datasheetler acilip bakildiginda da bir sürü parametre, hanigisi projede önemli??     

Dogru OP-AMP secmek; OP-AMP devrelerinin en önemli adimi, secerken önce teknik özelliklere bakilir, sonra fiyatina!!!

Teknik sartlari asagidaki gibi genel olarak özetleyebiliriz:

1- Besleme gerilimi araligi(Supply voltage)

2- Maximum calisma frekansi(Bandwidth at unity gain)

3- Calisma frekansindaki vs kazanc katsayisi(Frequency vs Amplification)

4- Max & Min giris gerilimi besleme gerilimine bagli( input voltage range)

5- Giris pinlerinde görülmek istenen minimum gerilim degisimi(Input offset voltage)

6- Giris pinlerinin tükettigi veya sisteme verdigi akimlar ve giris farklari (input bias current and input offset current)

7- Cikis gerilimi araligi( output voltage max-min)

8- Cikis akimi( output current)

9- Slewrate


Cesitli OP-AMP türlerine ait terimler:

1- Rail to Rail OP-AMP

2- Diferansiyel cikis OP-AMP

3- Open Drain cikis OP-AMP

4- Push-Pull OP-AMP

5- Zero drift OP-AMP

6- Instrumentation OP-AMP



Mesajin devaminda vakit oldukca bu parametrelerin detayini aciklayacagim

[PROTECH_]

1- Besleme gerilimi araligi(Supply voltage)


Bu eki görüntüleyemezsiniz.

OP-AMP'i besleyecek gerilim araligi Max-Min icinde olmali. Yüksek olursa entegre yanabilir veya minimum altindaki gerilimde düzenli calismaz.

Devrenin problemsiz calismasi icin, besleme geriliminin ortalama +/- %20 bir gerilim araliginda calisan OP-AMP secmenizi tavsiye ederim.

Cünkü besleme üzerinden gelebilecek tolere edilebilir genlikteki yüksek ve düsük gerilimlerin yan etkileri ortadan kalkmis olur


Örnek olarak 12Volt beslemesi olan bir devrede, röle de sürüyorsaniz, besleme gerilimi hic bir zaman 12.00V olarak kalmaz, muhtemelen 13V-11V arasinda degisim gösterir.

Max-Min degerlerinden biri 12V olan bir OP-AMP kullanirsaniz, 13V-11V degisimlerinde OP-AMP saglikli calismaz. (örn. Supply range Min-MAX 3-12V veya 12-36V olan OP-AMPlar gibi)

Bu nedenle  secilecek OP-AMP'in Max ve Min supply degerleri:
Min = 12V - %20*12V = 9.6V
Max = 12V + %20*12V = 14.4V

sagliyor olmali, örnegin 6-18V veya 3-30V araligini saglayan OP-AMP lar bu konuda dogru bir secim.

[PROTECH_]

2- Maximum calisma frekansi(Bandwidth at unity gain)

OP-AMP calisma frekansi denildiginde bakilacak ilk parametre Unity Gain!

Unity Gain'i anlamak icin altin kuralimiz: Sinyal Frekansi arttikca Max kazanc katsayisi düser. Yani "Sinyal frekansi" - "Max kazanc katsayisi" ters orantilidir.
(Max kazanc katsayisi sadece geri besleme olmadiginda durumda alinir)


Unitiy Gain ise giris sinyalinin genligi cikis sinyaline esit yani kazanc katsayisinin 1 oldugu sinyal frekansidir.
Bu frekans ayni zamanda OP-AMP MAX Calisma Frekansi olarakda degerlendirebiliriz. 

[PROTECH_]

3-Calisma frekansindaki vs kazanc katsayisi(Frequency vs Amplification)

Asagidaki resimde LM358 e ait Frekans vs Gain degisimi grafige dökülmüs durumda.


Bu eki görüntüleyemezsiniz.

Altin kuralimizi tekrardan hatirlayalim: Sinyal Frekansi arttikca Max kazanc katsayisi düser. Yani "Sinyal frekansi" - "Max kazanc katsayisi" ters orantilidir.



Yukaridaki resimde OP-AMP'in max calisma frekansi 1.2MHz oldugu görülüyor.

Unity gain frekansi, yükseltecegimiz sinyalden cok yüksek olan OP-AMP lar istedigimiz kazanc katsayisini kolaylikla almamizi saglar.

[PROTECH_]

4- Max & Min giris gerilimi besleme gerilimine bagli( input voltage range)


Genel amacli OP-AMP larda girislere uygulanan sinyalin OP-AMP'ta islenebilmesi icin  +VCC ve -VCC yani besleme gerilimi araliginin icinde olmasi gerekiyor.
Aksi takdirde istediginiz gibi calismaz!!!

Bu aralik bilgisini datasheetlerden bulabiliriz.


Örnek olarak LM741 e ait input range bilgisine bakalim.
Burada giris sinyalinin;
üst  limiti= +VCC - 2V
alt  limiti= -VCC - 0.1V

Bu eki görüntüleyemezsiniz.


Giris ve cikis gerilimi konusunda asagidaki resmi herzaman aklinizin bir kosesinde tutmanizi tavsiye ederim 

Not: Buradaki 1.5V degeri kullanilan OP-AMP'in datasheet'teki degerine göre degisiklik gösterir.

[PROTECH_]

5- Giris pinlerinde görülmek istenen minimum gerilim degisimi(Input offset voltage)

Bu konuda bilindik sahne:

"- A: OP-AMP devresi yapmaya yeni baslamistir"

"- B: bu isi bilen kisi, bilincli olarak input offset ten bahsetmez, bi yamulsun A gülelim    ...  "

sonucu ise:

"- A: OP-AMP devresi yaptim teorik hesaplarim dogru!  ama istedigim gibi calismadi, islerim ters gidio aga, benim günahim ne     "

"- B: A bir devreyi beceremedi ya  "

Zalim B aynen!



Input offset voltage konusu cok önemli oldugu halde önemi pek anlatilmayan bir konu.
Bir OP-AMP'da input offset degeri o OP-AMP'in (+) ve (-) girislerine uygulanabilecek minimum voltaj degerini belirtir.
Yani  giris pinlerine uygulanan Input offset degerinden daha kücük bir voltaj degisiminin etkisi cikisa yansimaz.


Bu eki görüntüleyemezsiniz.

Mesela bu LM741 de 6mV a kadar yükseliyor.

Örnek olarak: 0.0mV-0.9mV arasinda bir sinyali 1000 kat yükseltip 0V-0.9V a yükselten bir OP-AMP devresi tasarlarsaniz, LM741 bu devrede is görmez, cünkü girislerden uygulanan 6mV tan kücük gerilim degisimlerine stabil bir cikis veremez!!

Burada, eger girislerdeki minimum 0.01mV degisimi olan sinyalin degisimini cikista görmek istiyorsak, bu durumda input offset voltage Max'i 0.01mV olan OP-AMP dogru secim 

[PROTECH_]

6-Input bias current, yada OP-AMP'in girislerden cektigi veya girislere verdigi akim

OP-AMP'lar transistör gruplarindan olusmakta bu nedenle OP-AMP girislerine bir sinyal bagladigimizda;
aslinda bir transistörün BASE yada GATE lerine bu sinyalleri uyguluyoruz.

Bu nedenle OP-AMP girisleri akim cekmez veya vermez diye bir sey aslinda yok!
Ideal OP-AMP teorisinde yok sayiliyor, gercekte var ve devremize göre cok önemli bir parametre olabilir.

Peki bu parametreye nereden ulasabiliriz ?
Mesela LM358'in datasheet'inde specification ile ilgili kisminda input bias current yeralmakta, asagidaki resimde bunu görüyoruz.

Asagidaki resimden OP-AMP girislerine yükseltecegimiz sinyali uyguladigimizda MAX 35nA civarinda bir akim akacagi bilgisi yeralmakta.

Bu eki görüntüleyemezsiniz.


Asagidaki resimde girislerdeki bu akim bizim devremizi nasil etkiler bunun bir örnegini görüyoruz.

Ideal OP-AMP hesaplamasina göre:

Isensor = Iamplify ve dolayisi ile genlik rf = -R2/R1 => 1M/10K = 100 kat olmasi beklenir.
Yani Vout = Vsensor*100 seklinde olmasi hesaplanir.

Sensörün akim araligina göre 0nA-250nA => cikistaki degisim  Vout = (Iamplify => [0nA-250nA] ) X 1Mohm => 0mV-250mV

0mV-250mV araligi herhangi 10-bit ADC'i olan bir MCU ile isleyebilecgimiz bir sinyal gibi görünüyor.


Bu eki görüntüleyemezsiniz.

Gercek hayattaki OP-AMP  hesaplarina göre:

Isensor => (+/- I bias) + Iamplif

Dolayisi ile Iamplify = Isensor - (+/- Ibias N)

Yani devremizde Ibias N kadar hata payimiz var aslinda.

Vout-error =>  -(+/-35nA )*(1M) = -/+35mV hata gerilimi ile karsi karsiya kalacagimiz anlamina gelir.


Cikistaki hata orani = Vout-error / Vout =[+/-35mV] / [0-250mv]

Oldukca yüksek bir oran dolayisi ile Bu devremizi calismaz hale getirir.


Cözüm ?

En baasiti devrenizde cikisa en az etki eden Ibias current e sahip OP-AMP secmek

[Mr.Thinking]

@PROTECH_
Verdiğiniz bilgiler çok güzel. Tamda bir opam seçimi yapmaya çalışmak üzere iken yetişti. Hep böyle denk geliyor nedense. Yukarıda birileri beni seviyor.
Şimdi sorum şu;
ilk halinde 0.10 ohm bir shunt direnç ve LM358 kullanılarak yapılmış bir mosfet source akım fb devresinde bir revizyona veya modifiyeye gitmem gerekiyor. Çünkü seri üreteceğim bu devre için artık bulunması zor olan 0.10 Ohm 5 watt direnç yerine bulunması daha kolay ve kullanılacağı alandan da kazanç sağlayacak  olan 0.01 veya 0.015 Ohm, C tipi konstantan tel direnç veya yine 5w taş direnç seçimi yapmam gerekiyor. Bu revizyon için hangi opampı seçmemi önerirsiniz?
Besleme gerilimim single 12 veya 5 volt, çekilecek akım ise 4..7 amper arası olacak.
Kolay gelsin.

[kudretuzuner]

Merhaba,
Ben de bu aralar enstrümental op-amplar üzerine data kağıtlarını karıştırmaktayım. Özellikle AD620 yi ve de çıkışına bağlanacak filitreleri ve amplifikasyon şemalarını incelemekteyim. alçak ve yüksek geçirgen filitreler hakkında bunların yükseltilmesinde LM358 buldum bilgileri de paylaşırsanız memnun olacağım teşekkürler.

[Sozuak]

Göz ardı etmemeniz gereken  diğer konu da opamp devresini kurarken kullanacağınız kondansatör, direnç, bobin vs devre elemenlarını da kaliteli seçmeniz gerektiği. Mesela karbon direnç yerine metal film direnç gibi. Genelde devre tasarlarken  aktif elemanların kaliteli çevre elemenları ile desteklenmediğini görüyorum. Bu da yüksek kazançlarda elemanlardan oluşan gürültü ve osilasyonların çıkış sinyaline binmesiyle sonuçlanıyor.

[PROTECH_]

7- Cikis gerilimi araligi( output voltage max-min)


OP-AMP larda girislere uygulanan sinyalin OP-AMP'ta islenebilmesi icin  +VCC ve -VCC yani besleme gerilimi araliginin icinde olmasi gerekli oldugunu hatirlaylim.

Bunun sebebi OP-AMP +VCC ve -VCC yani besleme gerilimi araliginin disinda bir gerilim verebilecek yapida degildir, cikis gerilimi yani Output voltage +VCC ve -VCC den saglanmakta.

Bu eki görüntüleyemezsiniz.



Eger bir OP-AMP Rail to Rail degil ise Max ve Min cikis araligi +VCC ve -VCC den kücüktür.
Yani toparlayacak olursak beleme gerilimimiz örnegin +VCC = +5V ve  -VCC= -5V ise cikisimiz max 4V min -4V arasinda olur.

Buradaki gerilim araligi bilgisi datasheet te yer alir.

Lm358 icin:

Bu eki görüntüleyemezsiniz.


Rail to Rail output icin cikis araligi  +VCC den -VCC ye kadar aralikta cikis verebilecegi anlamina gelir.(milivolt seviyesinde bir fark ile)

Bu aralik bilgisini datasheetlerden bulabiliriz.

Bu eki görüntüleyemezsiniz.


Peki siradan bir opamp ile nasil 0-5V arasi cikis alinir?

Cevap : -VCC negatife cekilip,  +VCC 5V tan bir kac volt yukari besleme ile:

Bu eki görüntüleyemezsiniz.

[Maxim]

@PROTECH_ resimlerin çoğu çıkmıyor 

[PROTECH_]

@Maxim 
Sanirim forum sitesinde bir problem vardi. ( Resim yükleme yaptigim sitede resimler halen var: https://postimg.cc/H8JhPhDP)
Neyse ki forum sitesindeki problemi moderator arkadaslar halletmisler.

Vakit bulabilirsem blog acip daha detayli, uygulama videolari hazirlamak gibi bir niyetim var.

[gevv]

@PROTECH_ hocam postimg Türkiye de yasaklı siteler listesinde veya kendileri bazı ipleri engellemiş https://imgbb.com/  kullanın. Resimleri picproje sunucusuna ekledim

Not: Blog işi için elimden geleni  yaparım   kurulum tasarım seo vb.

[berkay_91]

Selam,
Bugüne kadarki tecrübelerimden faydalarak OP-AMP devrelerinde, "dogru OP-AMP'i nasil secebiliriz?" sorusunu asagida özetlemeye calistim.

Elektronik derslerinde OP-AMP anlatilirken genelde ideal OP-AMP göz önüne alinir, basitlestirmek icin iyi bir teknik.
Fakat uygulamaya gecip ideal OP-AMP a göre tasarim yapilinca genelde sonuc:     
Datasheetler acilip bakildiginda da bir sürü parametre, hanigisi projede önemli??     

Dogru OP-AMP secmek; OP-AMP devrelerinin en önemli adimi, secerken önce teknik özelliklere bakilir, sonra fiyatina!!!

Teknik sartlari asagidaki gibi genel olarak özetleyebiliriz:

1- Besleme gerilimi araligi(Supply voltage)

2- Maximum calisma frekansi(Bandwidth at unity gain)

3- Calisma frekansindaki vs kazanc katsayisi(Frequency vs Amplification)

4- Max & Min giris gerilimi besleme gerilimine bagli( input voltage range)

5- Giris pinlerinde görülmek istenen minimum gerilim degisimi(Input offset voltage)

6- Giris pinlerinin tükettigi veya sisteme verdigi akimlar ve giris farklari (input bias current and input offset current)

7- Cikis gerilimi araligi( output voltage max-min)

8- Cikis akimi( output current)

9- Slewrate


Cesitli OP-AMP türlerine ait terimler:

1- Rail to Rail OP-AMP

2- Diferansiyel cikis OP-AMP

3- Open Drain cikis OP-AMP

4- Push-Pull OP-AMP

5- Zero drift OP-AMP

6- Instrumentation OP-AMP

Mesajin devaminda vakit oldukca bu parametrelerin detayini aciklayacagim

birde CMRR (Ortak Mod Bastırma Oranı) özelliğini eklesek iyi olur...