आदर्श परिचालन एम्पलीफायरों (आदर्श ऑप-एम्प्स) -टीना और टिनक्लाउड

आदर्श ऑप-एम्प्स

यह खंड एक का उपयोग करता है सिस्टम आदर्श परिचालक एम्पलीफायरों के मूल सिद्धांतों को प्रस्तुत करने के लिए। जैसे, हम op-amp को इनपुट और आउटपुट टर्मिनलों के साथ एक ब्लॉक के रूप में मानते हैं। वर्तमान में हम op-amp के भीतर व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों से चिंतित नहीं हैं।

एक ऑप-एम्प एक एम्पलीफायर है जो अक्सर सकारात्मक और नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज दोनों द्वारा संचालित होता है। यह आउटपुट वोल्टेज को जमीन की क्षमता से ऊपर और नीचे दोनों को स्विंग करने की अनुमति देता है। Op-amp कई रैखिक इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों में व्यापक अनुप्रयोग पाता है।

नाम संचालन एम्पलीफायर op-amp सर्किट के मूल उपयोगों में से एक से लिया गया है; गणितीय प्रदर्शन करने के लिए आपरेशनों एनालॉग कंप्यूटर में। इस अध्याय में बाद में इस पारंपरिक आवेदन पर चर्चा की गई है। आरंभिक ऑप-एम्प्स ने एकल इनवर्टिंग इनपुट का उपयोग किया। इनपुट में एक सकारात्मक वोल्टेज परिवर्तन से आउटपुट पर नकारात्मक परिवर्तन हुआ।

इसलिए, ऑप-amp के संचालन को समझने के लिए, पहले नियंत्रित (आश्रित) स्रोतों की अवधारणा से परिचित होना आवश्यक है क्योंकि वे ऑप-एम्प मॉडल का आधार बनाते हैं।

1.1 निर्भर स्रोत

आश्रित (या नियंत्रित) स्रोत एक वोल्टेज या करंट का उत्पादन करते हैं, जिसका मान किसी वोल्टेज या सर्किट में किसी अन्य स्थान पर विद्यमान धारा द्वारा निर्धारित होता है। इसके विपरीत, निष्क्रिय उपकरण एक वोल्टेज या करंट उत्पन्न करते हैं, जिसका मान किसी वोल्टेज या करंट द्वारा सर्किट में एक ही स्थान पर विद्यमान होता है। स्वतंत्र और निर्भर वोल्टेज और वर्तमान स्रोत दोनों सक्रिय तत्व हैं। यही है, वे कुछ बाहरी डिवाइस को बिजली देने में सक्षम हैं। निष्क्रिय तत्व बिजली पैदा करने में सक्षम नहीं हैं, हालांकि वे बाद में समय पर डिलीवरी के लिए ऊर्जा स्टोर कर सकते हैं, जैसा कि कैपेसिटर और इंडिकेटर्स के साथ होता है।

नीचे दिया गया आंकड़ा सर्किट विश्लेषण में अक्सर उपयोग किए जाने वाले एक एम्पलीफाइंग डिवाइस के बराबर सर्किट कॉन्फ़िगरेशन को दिखाता है। सबसे सहीअवरोधक भार है। हम इस प्रणाली के वोल्टेज और वर्तमान लाभ पाएंगे। वोल्टेज लाभ, ए वी को इनपुट वोल्टेज के आउटपुट वोल्टेज के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है। इसी तरह, वर्तमान लाभ, एआई आउटपुट करंट का इनपुट इनपुट करंट का अनुपात है।

चित्रा एक्सएनयूएमएक्स- एक ठोस-राज्य प्रवर्धक उपकरण के बराबर सर्किट

इनपुट करंट है:

दूसरे रोकनेवाला में वर्तमान, i₁, ओम के नियम से सीधे पाया जाता है:

(2)

आउटपुट वोल्टेज तब इसके द्वारा दिया जाता है:

(3)

समीकरण (3) में, ‖ प्रतिरोधों के समानांतर संयोजन को इंगित करता है। आउटपुट करंट ओम के नियम से सीधे पाया जाता है।

(4)

वोल्टेज और वर्तमान लाभ तब अनुपात बनाकर पाए जाते हैं:

(5)

(6)

1.2 परिचालन एम्पलीफायर समतुल्य सर्किट

चित्रा 2- ऑपरेशनल एम्पलीफायर और समकक्ष सर्किट

F2 कॉन्फ़िगर करें (१) परिचालन एम्पलीफायर के लिए प्रतीक प्रस्तुत करता है, और चित्रा एक्सएनयूएमएक्स (बी) इसके समकक्ष सर्किट को दर्शाता है। इनपुट टर्मिनल हैं v₊ और v_-. आउटपुट टर्मिनल है v_आउट। बिजली आपूर्ति कनेक्शन हैं +V, -V और जमीन टर्मिनलों। बिजली आपूर्ति कनेक्शन अक्सर होते हैं योजनाबद्ध चित्र से छोड़ा गया। आउटपुट वोल्टेज के मूल्य से घिरा हुआ है +V और -V चूंकि ये सर्किट में सबसे सकारात्मक और नकारात्मक वोल्टेज हैं।

मॉडल में एक निर्भर वोल्टेज स्रोत होता है जिसका वोल्टेज इनपुट वोल्टेज अंतर के बीच निर्भर करता है v₊ और v_-। दो इनपुट टर्मिनलों के रूप में जाना जाता है उल्टा नहीं करने वाला और inverting क्रमशः इनपुट। आदर्श रूप से, एम्पलीफायर का उत्पादन दो इनपुट वोल्टेज के परिमाण पर निर्भर नहीं करता है, लेकिन केवल उनके बीच के अंतर पर। हम परिभाषित करते हैं विभेदक इनपुट वोल्टेज, वी_d, अंतर के रूप में,

(7)

आउटपुट वोल्टेज अंतर इनपुट वोल्टेज के लिए आनुपातिक है, और हम अनुपात को ओपन-लूप गेन के रूप में नामित करते हैं, जी। इस प्रकार, आउटपुट वोल्टेज है

(8)

एक उदाहरण के रूप में, का एक इनपुट (E आम तौर पर एक छोटा सा आयाम है) इनवर्टिंग टर्मिनल के साथ गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर लागू होता है, उत्पादन करता है आउटपुट पर। जब गैर-इनवर्टिंग टर्मिनल के साथ इन्वर्टिंग इनपुट में एक ही स्रोत सिग्नल लगाया जाता है, तो आउटपुट होता है .

ऑप-एम्प के इनपुट प्रतिबाधा को चित्रा 2 (b) में एक प्रतिरोध के रूप में दिखाया गया है।
आउटपुट प्रतिबाधा को प्रतिरोध, आरओ के रूप में चित्र में दर्शाया गया है।

एक आदर्श परिचालन प्रवर्धक की विशेषता इस प्रकार है:

ये आम तौर पर वास्तविक ऑप-एम्प्स के मापदंडों के लिए अच्छे अनुमान हैं। वास्तविक op-amps के विशिष्ट पैरामीटर हैं:

आदर्श op-amps का उपयोग वास्तविक op-amps को अनुमानित करने के लिए किया जाता है इसलिए यह सर्किट विश्लेषण के लिए एक मूल्यवान सरलीकरण है।
आइए हम खुले-पाश लाभ के अनंत होने के निहितार्थ का पता लगाएं। यदि हम समीकरण (8) को फिर से लिखते हैं के रूप में इस प्रकार है:

(9)

और चलो G दृष्टिकोण अनंतता, हम देखते हैं कि

(10)

समीकरण (10) यह देखते हुए कि आउटपुट वोल्टेज अनंत नहीं हो सकता है। आउटपुट वोल्टेज का मूल्य सकारात्मक और नकारात्मक बिजली आपूर्ति मूल्यों से घिरा हुआ है। समीकरण (10) इंगित करता है कि दो टर्मिनलों पर वोल्टेज समान हैं:

(11)

इसलिए, समीकरण (11) की समानता हमें यह कहने के लिए प्रेरित करती है कि इनपुट टर्मिनलों के बीच एक आभासी शॉर्ट सर्किट है।

चूंकि आदर्श ऑप-एम्प का इनपुट प्रतिरोध अनंत है, इसलिए प्रत्येक इनपुट, इनवर्टिंग टर्मिनल और नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल में करंट शून्य है।
जब वास्तविक op-amps का उपयोग रैखिक प्रवर्धन मोड में किया जाता है, तो लाभ बहुत बड़ा होता है, और समीकरण (11) एक अच्छा सन्निकटन होता है। हालांकि, असली ऑप-एम्प्स के लिए कई एप्लिकेशन डिवाइस का उपयोग नॉनलाइनर मोड में करते हैं। समीकरण (11) का अनुमान इन सर्किटों के लिए मान्य नहीं है।
यद्यपि व्यावहारिक ऑप-एम्प्स में उच्च वोल्टेज लाभ होता है, यह लाभ आवृत्ति के साथ भिन्न होता है। इस कारण से, चित्रा 2 (ए) में दिखाए गए फॉर्म में आमतौर पर एक ऑप-एम्प का उपयोग नहीं किया जाता है। इस कॉन्फ़िगरेशन को ओपन लूप के रूप में जाना जाता है क्योंकि आउटपुट से इनपुट तक कोई प्रतिक्रिया नहीं होती है। हम बाद में देखते हैं कि, जबकि ओपन-लूप कॉन्फ़िगरेशन तुलनित्र अनुप्रयोगों के लिए उपयोगी है, रैखिक अनुप्रयोगों के लिए अधिक सामान्य कॉन्फ़िगरेशन प्रतिक्रिया के साथ बंद लूप सर्किट है।

बाहरी तत्वों का उपयोग इनपुट के आउटपुट सिग्नल के एक हिस्से को "फीडबैक" करने के लिए किया जाता है। यदि फीडबैक तत्वों को आउटपुट और इनवर्टिंग इनपुट के बीच रखा जाता है, तो आउटपुट से एक भाग इनपुट से घटने के बाद से बंद लूप का लाभ कम हो जाता है। हम बाद में देखेंगे कि फीडबैक न केवल समग्र लाभ को कम करता है, बल्कि यह भी कि जी के मूल्य के लिए कम संवेदनशील बनाता है। प्रतिक्रिया के साथ, बंद लूप लाभ फीडबैक सर्किट तत्वों पर अधिक निर्भर करता है, और मूल सेशन पर कम amp वोल्टेज लाभ, जी। वास्तव में, बंद-लूप लाभ अनिवार्य रूप से जी के मूल्य से स्वतंत्र है-यह केवल बाहरी सर्किट तत्वों के मूल्यों पर निर्भर करता है।

चित्रा (3) एक एकल चरण नकारात्मक प्रतिक्रिया सेशन-amp सर्किट दिखाता है।

चित्रा 3- ऑप्‍टिंग ऑप-एम्पी

इसलिए, हम इस सर्किट का अगले भाग में विश्लेषण करेंगे। अभी के लिए, ध्यान दें कि एक एकल रोकनेवाला, R_F, आउटपुट वोल्टेज को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है, v_आउट inverting इनपुट, v_-.

एक और अवरोधक, R_a inverting इनपुट से जुड़ा है, v_-, इनपुट वोल्टेज के लिए, v_a। एक तीसरा अवरोधक, R गैर-इनवर्टिंग इनपुट और जमीन के बीच रखा गया है।
Op-amps, प्रतिरोधों और कैपेसिटर का उपयोग करने वाले सर्किट को कई उपयोगी संचालन जैसे कि योग, घटाना, एकीकरण, विभेदित करना, फ़िल्टर करना, तुलना करना और प्रवर्धन करने के लिए कॉन्फ़िगर किया जा सकता है।

1.3 विश्लेषण विधि

हम दो महत्वपूर्ण आदर्श ऑप-एम्प गुणों का उपयोग करते हुए सर्किट का विश्लेषण करते हैं:

के बीच का वोल्टेज v₊ और v_- शून्य है, या v₊ = वी_-.
दोनों में करंट v₊ और v_- टर्मिनल शून्य है।

ये सरल अवलोकन किसी भी आदर्श सेशन-amp सर्किट के विश्लेषण के लिए एक प्रक्रिया की ओर ले जाते हैं:

गैर-इनवर्टिंग टर्मिनल पर किर्चॉफ वर्तमान कानून नोड समीकरण लिखें, v₊.
इन्वर्टिंग टर्मिनल पर किर्चॉफ वर्तमान कानून नोड समीकरण लिखें, v_-.
सेट v₊ = वी_- और वांछित बंद लूप लाभ के लिए हल।

किरचॉफ के नियमों को लागू करते समय, याद रखें कि दोनों में वर्तमान v₊ और v_- टर्मिनल शून्य है।

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