احتمالا تا حالا براتون پیش اومده که مدارتون نیاز به تغذیه دوبل داشته باشه ، اما شما ترجیح بدین که از تغذیه ساده استفاده کنین. این مساله به خصوص در مدارات مربوط به اپ امپ زیاد پیش میاد. چون خیلی از مدارهای مربوط به اپ امپ نیاز به سه ترمینال تغذیه مثبت و منفی و زمین دارند. مثل بعضی تقویت کننده ها، اسیلاتورها و مولد موج شکل موج مربعی.
دیمر مداری هست که با برش زدن ولتاژ سینوسی منبع در زمان مشخص شده در هم نیم سیکل فقط بخشی از توان رو به بار انتقال می ده.
برای رفع این مشکل یک راه حل ساده وجود داره به نام virtual ground یا همون زمین مجازی. در این ترفند کافیه مدار زیر رو ببندید.

virtual ground

عملکرد مدار خیلی ساده س. کافیه با دو تا مقاومت R1 و R2 یک مدار تقسیم ولتاژ درست کنیم و سر وسط رو به ورودی مثبت اپ امپ متصل کنیم. خروجی و پایه ورودی منفی اپ امپ رو هم به هم وصل می کنیم و در واقع با این کار از اپ امپ به صورت بافر استفاده می شه و ولتاژی که در خروجی ظاهر می شه برابر ولتاژ پایه ورودی مثبت اپ امپ خواهد بود.

به این ترتیب می تونیم از این پایه به عنوان زمین مدار استفاده کنیم و از GND به عنوان سر منفی تغذیه و از VCC به عنوان سر مثبت تغذیه.

اگه زمین مجازی رو برای استفاده در یک مدار که توش اپ امپ به کار رفته لازم داشته باشیم، به راحتی می تونیم از یک آی سی اپ امپ 2 تایی یا 4 تایی استفاده کنیم و یکی از اپ امپها رو به ایجاد زمین مجازی اختصاص بدیم.

قبلا مدار تقویت کننده وارونگر را معرفی کردیم. در این مطلب قصد داریم مداری مبتنی بر تقویت کننده وارونگر را با آپ امپ بررسی نماییم.
تقویت کننده جمع کننده وارونگر ، مدار توسعه یافته تقویت کننده وارونگر است که قبلا درباره آن صحبت کردیم ، با این تفاوت که این تقویت کننده به جای 1 ورودی، ورودی های متعددی دارد.

فرض کنید که امپدانس ورودی آپ امپ بی نهایت باشد. بنابراین، هیچ جریان وارد شونده یا خارج شونده در ورودی وارونگر آپ امپ وجود نخواهد داشت. از آنجايي که آپ امپ ، ولتاژ را در دو ورودی يكسان نگه می دارد، ورودی وارونگر (-) را می توان متصل به زمین در نظر گرفت که معمولا به آن زمین مجازی اطلاق مي گردد. علاوه بر این، طبق قانون کیرشهف، همه جریان های وارد شونده به یک گره باید از آن خارج شوند.

هر ولتاژ ورودی یک جریان ایجاد می کند:

جريانی که از گره جمع کننده خارج می شود مساوي با مجموع تمام جریان های ورودی است. بنابراین ولتاژ در مقاومت فیدبک (Rfb) بدين صورت است:

یا

ولتاژ (نسبت به ولتاژ ورودی) منفی است ، چرا که جریان دارد از گره خارج می شود. توجه داشته باشید که مقیاس ولتاژهاي ورودی توسط مقاومتهاي ورودی تعیین مي شود.

منابع خطای عمده در این مدار ولتمنابع خطای عمده در این مدار، ولتاژ افست و جریان بایاس آپ امپ هستند. . ولتاژ افست برروي ولتاژ آشکار شده در ورودي وارونگر تاثیر می گذارد كه ديگر 0 ولت نخواهد بود. جریان بایاس باعث بروز خطا در مجموع جریانها می شود. چرا که یک جریان کوچک به ورودیهای آپ امپ داخل یا از آنها خارج می شود.

یک مشکل بالقوه در مداری با تعداد زیادی ورودی بهره نويز مدار است. مقاومت ورودی کل، ترکیب موازی تمام مقاومتهاي ورودی است. اگر تعداد ورودی ها زیاد باشد مقاومت ورودی معادل را کوچک شده که به معنی بهره نويز بزرگ است.

با این حال، در مورد مسائل پایداری، بهره نويز بزرگ پایداری تقویت کننده را ارتقا می دهد. در نقطه ای که بهره نويز ، بهره حلقه باز را روی نمودار قطع مي كند، افزایش بهره نویز این نقطه را از قطب هاي دوم که باعث ناپایداری می شوند دور کرده و این خود باعث افزایش پایداری سیستم می گردد.

بدیهی است كه نويز با بهره نویز بالاتر ، بیشتر مي شود. برای ورودیهاي AC، در پهنای باند آپ امپ نیز محدودیت هایی وجود خواهد داشت.

بحث بالا با فرض منابع تغذیه دوبل صورت گرفته است. اگر از منبع تغذیه تکی استفاده شوند، زمین با یک گره ولتاژ مرجع VREF جايگزين مي شود كه معمولا مقدار آن نصف ولتاژ منبع تغذیه است و ولتاژ هاي ورودی و خروجی به جای زمین، نسبت به این ولتاژ سنجیده می شوند.

جریان ورودی بصورت زير مي باشد:

که در آن N شماره هر ورودی است و خروجی از رابطه زير به دست می آید:

تقویت کننده معکوس یکی از مدارات پایه ای تقویت کننده است. در این پیکره بندی قطعات به صورتی به آپ امپ متصل می شوند که فیدبک منفی برقرار گردد.

تقویت کننده وارونگر

فرض کنید که امپدانس ورودی آپ امپ بی نهایت باشد. بنابراین، هیچ جریانی به داخل یا خارج از ورودی منفی تقویت کننده وارد نخواهد شد. از آنجايي که آپ امپ ، ولتاژ را در دو ورودی يكسان نگه می دارد، ورودی وارونگر (-) را می توان هم پتانسیل با زمین در نظر گرفت و به همین دلیل معمولا این پایه زمین مجازی نامیده می شود. علاوه بر این، طبق قانون کیرشهف، همه جریان های وارد شونده به یک گره باید از آن خارج شوند.

ولتاژ ورودی جریان ورودی زیر را ایجاد می کند:

جريان خارج شونده از پایه مثبت آپ امپ برابر با جريان ورودي است:

بنابراين ولتاژ در سراسر مقاومت فیدبک (RF) بدين صورت است:

ولتاژ منفی است (نسبت به ولتاژ ورودی) ، چرا که جریان دارد از گره خارج می شود. به همين دليل است كه این مدار با نام تقویت کننده وارونگر نامیده می شود. توجه داشته باشید که مقیاس ولتاژهاي ورودی توسط مقادیر مقاومتهاي ورودی تعیین مي شود.

منابع خطای عمده در این مدار ولتاژ افست و جریان بایاس آپ امپ هستند. ولتاژ افست برروي ولتاژ آشکار شده در ورودي وارونگر تاثیر می گذارد كه ديگر 0 ولت نخواهد بود. جریان بایاس باعث بروز خطايي در مجموع جریانها خواهد شد. چرا که یک جریان کوچک به ورودیها داخل یا از آنها خارج می شود.

برای ورودیهاي AC، در پهنای باند آپ امپ محدودیت هایی وجود خواهد داشت.

امپدانس ورودي مدار تقویت کننده، برابر مقدار مقاومت ورودي خواهد بود. به ياد داشته باشيد كه سر دیگر مقاومت به زمين (مجازي ) متصل است.

بحث بالا با فرض منابع تغذیه دوبل صورت گرفته است. اگر از منبع تغذیه تکی استفاده شوند، زمین با یک گره ولتاژ مرجع VREF جايگزين مي شود كه معمولا مقدار آن نصف ولتاژ منبع تغذیه است و ولتاژ هاي ورودی و خروجی به جای زمین، نسبت به این ولتاژ سنجیده می شوند.

در مورد مدار تقویت کننده وارونگر با منبع تغذیه تکی ، جریان ورودی بصورت زير مي باشد:

و جريان خروجي از رابطه زیر محاسبه می شود:

بعدا مدار تقویت کننده وارونگر جمع کننده را بر اساس مداری که در این مطلب معرفی شد مورد بررسی قرار خواهیم داد.