7। अन्य Op-amp अनुप्रयोग

अन्य ऑप-एम्प अनुप्रयोग

हमने देखा है कि op-amp को एम्पलीफायर के रूप में, या एक रेखीय तरीके से कई इनपुट के संयोजन के साधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। अब हम इस बहुमुखी रैखिक आईसी के कई अतिरिक्त महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों की जांच करते हैं।

7.1 नकारात्मक प्रतिबाधा सर्किट
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चित्रा 17 नकारात्मक प्रतिबाधा सर्किट

चित्रा (17) में दिखाया गया सर्किट एक नकारात्मक इनपुट प्रतिरोध (सामान्य मामले में प्रतिबाधा) पैदा करता है।

इस सर्किट का उपयोग अवांछित सकारात्मक प्रतिरोध को रद्द करने के लिए किया जा सकता है। कई थरथरानवाला आवेदन एक नकारात्मक प्रतिरोध सेशन- amp सर्किट पर निर्भर करते हैं। इनपुट प्रतिरोध, Rin, वर्तमान में इनपुट वोल्टेज का अनुपात है।


(43)

एक वोल्टेज विभक्त संबंध का उपयोग अभिव्यक्ति के लिए किया जाता है v- चूंकि op-amp में धारा शून्य है।


(44)

अब हम करते हैं v+ = वी- और के लिए हल vआउट के अनुसार vin, कौन सी पैदावार,


(45)

इनपुट प्रतिबाधा के बाद से v+ टर्मिनल अनंत है, वर्तमान में R के बराबर है iin और निम्नानुसार पाया जा सकता है:


(46)

इनपुट प्रतिरोध, Rin, द्वारा दी गई है


(47)

समीकरण (47) दिखाता है कि चित्र (17) का सर्किट एक नकारात्मक प्रतिरोध विकसित करता है। अगर R एक प्रतिबाधा द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, Zसर्किट एक नकारात्मक प्रतिबाधा विकसित करता है।

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1- नकारात्मक प्रतिबाधा सर्किट सिमुलेशन

7.2 निर्भर-वर्तमान जनरेटर
एक डिपेंडेंट-करंट जेनरेटर एक लोड करंट पैदा करता है, जो एक लागू वोल्टेज के समानुपाती होता है, vin, और लोड प्रतिरोध से स्वतंत्र है। इसे नकारात्मक-प्रतिबाधा सर्किट के एक मामूली संशोधन का उपयोग करके बनाया जा सकता है। सर्किट चित्रा 18 (ए) में दिखाया गया है।

चित्रा 18 - निर्भर वर्तमान जनरेटर

मान लो हम चलें RF = आरA। समीकरण (47) तब इंगित करता है कि ऑप-एम्प सर्किट में इनपुट प्रतिरोध (धराशायी बॉक्स में संलग्न) -R। इनपुट सर्किट को तब सरल किया जा सकता है जैसा कि चित्र 18 (b) में दिखाया गया है। हम गणना करना चाहते हैं iभारमें वर्तमान Rभार। हालांकि प्रतिरोध नकारात्मक है, सामान्य किर्चॉफ के नियम अभी भी लागू होते हैं क्योंकि उनकी व्युत्पत्तियों में कुछ भी सकारात्मक प्रतिरोधों को नहीं मानता है। इनपुट करंट, iin, तब प्रतिरोधों को एक एकल अवरोधक के संयोजन से पाया जाता है, Rin.


(48)

हम तब के बीच वर्तमान विभाजन के लिए एक वर्तमान-विभक्त अनुपात लागू करते हैं Rभार और -R को प्राप्त


(49)

इस प्रकार सेशन-एम्पी सर्किट के जुड़ने का प्रभाव इनपुट वोल्टेज के आनुपातिक भार में करंट को बनाना है। यह भार प्रतिरोध के मूल्य पर निर्भर नहीं करता है, Rभार। इसलिए वर्तमान लोड प्रतिरोध में परिवर्तन से स्वतंत्र है। Op-amp सर्किट प्रभावी रूप से लोड प्रतिरोध को रद्द करता है। चूंकि वर्तमान भार से स्वतंत्र है, लेकिन केवल इनपुट वोल्टेज पर निर्भर करता है, इसलिए हम इसे ए कहते हैं वर्तमान जनरेटर (या वोल्टेज-करंट कन्वर्टर)।

इस सर्किट के कई अनुप्रयोगों में से एक है dc विनियमित वोल्टेज स्रोत। अगर हम दें vin = ई (एक स्थिर), के माध्यम से वर्तमान Rभार की विविधताओं से निरंतर स्वतंत्र है Rभार.

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2- निर्भर करंट जेनरेटर सर्किट सिमुलेशन

7.3 करंट-टू-वोल्टेज कनवर्टर
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चित्र 19 - करंट-वोल्ट वोल्टेज कनवर्टर

चित्रा (19) का सर्किट एक आउटपुट वोल्टेज का उत्पादन करता है जो इनपुट करंट के समानुपाती होता है (इसे भी a के रूप में देखा जा सकता है एकता-लाभ प्रवर्धक एम्पलीफायर)। हम आदर्श ऑप-एम्प्स के गुणों का उपयोग करके इस सर्किट का विश्लेषण करते हैं। हम खोजने के लिए इनपुट टर्मिनलों पर वोल्टेज के लिए हल करते हैं


(50)

इसलिए, आउटपुट वोल्टेज, vआउट = -आईinR, इनपुट करंट के आनुपातिक है, iin.

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3- करेंट टू वोल्टेज कन्वर्टर सर्किट सिमुलेशन

7.4 वोल्टेज-से-करंट कन्वर्टर
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चित्रा 20 - वोल्टेज वर्तमान कनवर्टर के लिए

चित्रा (20) का सर्किट, वोल्टेज-से-वर्तमान कनवर्टर है। हम इस सर्किट का विश्लेषण इस प्रकार करते हैं:


(51)

समीकरण (51) से हम पाते हैं,


(52)

इसलिए, लोड करंट लोड रोकनेवाला से स्वतंत्र है, Rभार, और लागू वोल्टेज के लिए आनुपातिक है, vin। यह सर्किट एक वोल्टेज नियंत्रित वर्तमान स्रोत विकसित करता है। हालांकि, इस सर्किट की एक व्यावहारिक कमी यह है कि लोड रेज़र का न तो अंत किया जा सकता है।

एक विकल्प के रूप में, चित्रा (21) में दिखाया गया सर्किट लोड प्रतिरोध के एक छोर के साथ वोल्टेज-से-वर्तमान कनवर्टर प्रदान करता है।
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चित्रा 21 - वोल्टेज-से-वर्तमान कनवर्टर

हम इस सर्किट का विश्लेषण नोड समीकरणों को लिखकर करते हैं:


(53)

अंतिम समानता इस तथ्य का उपयोग करती है कि v+ = वी-। इन समीकरणों में पाँच अज्ञात हैं (v+, vin, vआउट, v, तथा iभार)। हम खत्म करते हैं v+ और vआउट प्राप्त करना,


(54)

लोड वर्तमान, iभार, भार से स्वतंत्र है, Rभार, और केवल वोल्टेज अंतर का एक कार्य है, (vin - वी).

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4-Voltage करंट कन्वर्टर सर्किट सिमुलेशन के लिए

7.5 जनरल इम्पीडेंस के साथ एम्पलीफायर इनवर्टिंग
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चित्रा 22 - प्रतिरोध के स्थान पर सामान्यीकृत प्रतिबाधा का उपयोग

गैर-प्रतिरोधक घटकों को शामिल करने के लिए समीकरण (17) के संबंध को आसानी से बढ़ाया जाता है Rj एक प्रतिबाधा द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है, Zj, तथा RF द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है ZF। एकल इनपुट के लिए, जैसा कि चित्र एक्सएनयूएमएक्स (ए) में दिखाया गया है, आउटपुट कम हो जाता है


(55)

चूंकि हम फ़्रीक्वेंसी डोमेन में काम कर रहे हैं, इसलिए हम वोल्टेज और धाराओं के लिए अपरकेस अक्षरों का उपयोग करते हैं, इस प्रकार यह प्रतिनिधित्व करते हैं जटिल आयाम.

समीकरण (55) पर आधारित एक उपयोगी सर्किट है मिलर इंटीग्रेटर, जैसा कि चित्र 22 (b) में दिखाया गया है। इस एप्लिकेशन में, प्रतिक्रिया घटक एक संधारित्र है, C, और इनपुट घटक एक रोकनेवाला है, R, इतना


(56)

समीकरण (56) में, s  लाप्लास ट्रांसफॉर्म ऑपरेटर है। साइनसोइडल संकेतों के लिए,  । जब हम इन बाधाओं को समीकरण (55) में प्रतिस्थापित करते हैं, तो हम प्राप्त करते हैं


(57)

जटिल आवृत्ति डोमेन में, 1 / s समय डोमेन में एकीकरण से मेल खाती है। यह एक इनवर्टर इंटीग्रेटर क्योंकि अभिव्यक्ति में एक नकारात्मक चिन्ह होता है। इसलिए आउटपुट वोल्टेज है


(58)

जहां vआउट(0) प्रारंभिक स्थिति है। का मूल्य vआउट संधारित्र में वोल्टेज के रूप में विकसित किया जाता है, C, समय पर टी = 0। वोल्टेज के लिए संधारित्र को चार्ज करने के लिए स्विच को बंद कर दिया जाता है vआउट(0) और उसके बाद टी = 0 स्विच खुला है। हम इलेक्ट्रॉनिक स्विच का उपयोग करते हैं, जिसे हम अध्याय 16 में अधिक पूरी तरह से चर्चा करते हैं। इस घटना में कि प्रारंभिक स्थिति शून्य है, स्विच का उपयोग अभी भी समय पर शून्य आउटपुट वोल्टेज में इंटीग्रेटर को रीसेट करने के लिए किया जाता है टी = 0.

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चित्र 23 - एक विभेदक विभेदक का उदाहरण

यदि प्रतिक्रिया तत्व एक अवरोधक है, और इनपुट तत्व एक संधारित्र है, जैसा कि चित्र (23) में दिखाया गया है, तो इनपुट-आउटपुट संबंध बन जाता है


(59)

समय डोमेन में, यह बन जाता है


(60)
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5- एक विभेदक सर्किट सिमुलेशन का उदाहरण

सर्किट एक के रूप में काम कर रहा है विभेदक inverting। ध्यान दें कि इनपुट संधारित्र, Za = एक्सएनयूएमएक्स / एससी, के लिए एक मार्ग प्रदान नहीं करता है dc। यह परिणाम को प्रभावित नहीं करता है क्योंकि एक स्थिर का व्युत्पन्न शून्य है। सादगी के लिए, चलो एक साइनसोइडल इनपुट सिग्नल का उपयोग करते हैं। समीकरण (59) को पुनर्व्यवस्थित करना और इस सर्किट के लिए संख्यात्मक मानों को प्रतिस्थापित करना, हम प्राप्त करते हैं


(61)

इस वोल्टेज द्वारा इनपुट वोल्टेज को उल्टा (180 ° Shift) किया जाता है और फिर स्केल किया जाता है और फिर से (90 ° Shift) j-प्रोसेसर) के मान से आरसी जहां .

सिमुलेशन के परिणाम चित्रा (24) में दिखाए गए हैं।

चित्रा 24 - विभेदक inverting के लिए सिमुलेशन परिणाम

इनपुट तरंग 0.5 वोल्ट पर चोटियों। आउटपुट वोल्टेज में 90 डिग्री की शुद्ध शिफ्ट (देरी) होती है और आउटपुट वोल्टेज लगभग 0.314 वोल्ट पर होता है। यह समीकरण (61) के परिणाम के साथ अच्छा समझौता है।

हम तरंगों का उपयोग यह दिखाने के लिए भी कर सकते हैं कि यह सर्किट एक विभेदक का काम करता है। हम पुष्टि करेंगे कि आउटपुट तरंग इनपुट सिग्नल के ढलान का प्रतिनिधित्व करता है एक स्थिर। स्थिरांक सर्किट का वोल्टेज लाभ है। इनपुट वोल्टेज तरंग के परिवर्तन की सबसे बड़ी दर इसके शून्य-क्रॉसिंग पर होती है। यह उस समय से मेल खाती है जब आउटपुट तरंग अपने अधिकतम (या न्यूनतम) तक पहुंच जाती है। एक प्रतिनिधि बिंदु उठाते हुए, time0.5 ms पर कहें, और ग्राफिकल तकनीकों का उपयोग करते हुए, हम इनपुट इनपुट वायरफॉर्म के ढलान की गणना करते हैं


(62)

परिवर्तन की इस दर को मापना (अर्थात, ) समीकरण (60) के अनुसार सर्किट वोल्टेज लाभ से हम उम्मीद करते हैं कि पीक आउटपुट वोल्टेज होगा


(63)

7.6 एनालॉग कंप्यूटर अनुप्रयोग

इस खंड में हम एक समरूप सेशन और इंटीग्रेटर्स के रूप में इंटरकनेक्टेड ऑप-एम्पी सर्किट का उपयोग करते हैं, एक एनालॉग कंप्यूटर बनाने के लिए जो अंतर समीकरणों को हल करने के लिए उपयोग किया जाता है। कई भौतिक प्रणालियों को रेखीय अंतर समीकरणों द्वारा वर्णित किया जाता है, और इसलिए सिस्टम को एनालॉग कंप्यूटर की सहायता से विश्लेषण किया जा सकता है।

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चित्र 25 - एनालॉग कंप्यूटर एप्लीकेशन

चित्रा 25 के सर्किट में, हम वर्तमान (i) के लिए हल करते हैं। इनपुट वोल्टेज ड्राइविंग फ़ंक्शन है और प्रारंभिक स्थितियां शून्य हैं। हम सर्किट के लिए अंतर समीकरण इस प्रकार लिखते हैं:


(64)

अब di / dt के लिए हल करना, हम प्राप्त करते हैं

(65)

हम जानते हैं कि t> 0 के लिए,

(66)

समीकरण (65) से हम देखते हैं कि -di / dt तीन शब्दों को जोड़कर बनाया गया है, जो पहले एकीकृत एम्पलीफायर के इनपुट पर चित्रा 26 पर पाए जाते हैं।

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चित्रा 26 - चित्रा 25 के लिए एनालॉग कंप्यूटर समाधान

तीन शब्द इस प्रकार पाए जाते हैं:

1। ड्राइविंग फ़ंक्शन, -v (टी) / एल, लाभ के साथ inverting गर्मी (गर्मी), 1 / L के माध्यम से v (t) पास करके बनता है।
2। Ri / L का गठन पहले इंटीग्रेटिंग एम्पलीफायर (इंटीग्रेटर 1) के आउटपुट को ले कर किया गया है और इसे एम्पलीफायर इनपुट पर सम एम्पलीफायर (समर) के आउटपुट में जोड़ा गया है।
3। अवधि

(67)
दूसरा इंटीग्रेटर (इंटीग्रेटर 2) का आउटपुट है। चूंकि चिन्ह को बदलना होगा, इसलिए हम इसे समर (समर) इनवर्टरिंग गेनिटी के साथ जोड़ते हैं।
पहले इंटीग्रेटर का आउटपुट + i है, जैसा कि समीकरण (66) से देखा जाता है। अंतर समीकरण में स्थिरांक एनालॉग कंप्यूटर के प्रतिरोधों और कैपेसिटर के उचित चयन द्वारा स्थापित किए जाते हैं। शून्य प्रारंभिक स्थितियों को कैपेसिटर के पार स्विच द्वारा पूरा किया जाता है, जैसा कि चित्रा 22 (बी) में दिखाया गया है।

7.7 गैर-इनवर्टिंग मिलर इंटीग्रेटर
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चित्रा 27 - नॉन-इनवर्टिंग इंटीग्रेटर

हम एक गैर-इनवर्टिंग इंटीग्रेटर विकसित करने के लिए पिछले अनुभाग के निर्भर वर्तमान जनरेटर के एक संशोधन का उपयोग करते हैं। सर्किट 27 में दिखाए अनुसार सर्किट कॉन्फ़िगर किया गया है।
यह चित्रा 21 के सर्किट के समान है, लेकिन लोड प्रतिरोध को एक समाई द्वारा प्रतिस्थापित किया गया है। अब हम वर्तमान, Iload का पता लगाते हैं। Inverting वोल्टेज, V-, Vo और V के बीच वोल्टेज डिवीजन से पाया जाता है:

(68)

चूंकि V + = V-, हम हल करते हैं और पाते हैं
आईएल = विन / आर। ध्यान दें कि

(69)

जहां लाप्लास ट्रांसफॉर्म ऑपरेटर है। Vout / Vin फ़ंक्शन तब है

(70)

इस प्रकार, हमारे पास समय डोमेन में

(71)

इसलिए सर्किट एक नॉन-इनवर्टिंग इंटीग्रेटर है।

आवेदन

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6-Non-inverting इंटीग्रेटर सर्किट सिमुलेशन

 

सारांश

ऑपरेशनल एम्पलीफायर इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम के लिए एक बहुत ही उपयोगी बिल्डिंग ब्लॉक है। वास्तविक एम्पलीफायर लगभग एक आदर्श एम्पलीफायर के रूप में बहुत अधिक लाभ और लगभग अनंत इनपुट प्रतिबाधा के साथ काम करता है। इस कारण से, हम उसी तरह से इसका इलाज कर सकते हैं जिस तरह से हम सर्किट घटकों का इलाज करते हैं। यही है, हम एम्पलीफायर को आंतरिक संचालन और इलेक्ट्रॉनिक विशेषताओं का अध्ययन करने से पहले उपयोगी कॉन्फ़िगरेशन में शामिल करने में सक्षम हैं। टर्मिनल विशेषताओं को पहचानकर, हम एम्पलीफायरों और अन्य उपयोगी सर्किटों को कॉन्फ़िगर करने में सक्षम हैं।
यह अध्याय आदर्श परिचालन एम्पलीफायर के विश्लेषण के साथ, और निर्भर स्रोतों का उपयोग करके समतुल्य सर्किट मॉडल के विकास के साथ शुरू हुआ। इस अध्याय में हमने जिन प्रारंभिक स्रोतों का अध्ययन किया, वे इस पाठ में पढ़े जाने वाले कई इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए समतुल्य सर्किटों के निर्माण खंडों का निर्माण करते हैं।
हमने तब ऑप-एम्प को एक इनवर्टर एम्पलीफायर, एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर और एक मल्टीपल इनपुट एम्पलीफायर बनाने के लिए आवश्यक बाहरी कनेक्शन का पता लगाया। हमने एक सुविधाजनक डिजाइन तकनीक विकसित की, जिससे एक साथ समीकरणों की बड़ी प्रणालियों को हल करने की आवश्यकता समाप्त हो गई।
अंत में, हमने देखा कि कैसे op-amp का उपयोग विभिन्न जटिल सर्किटों के निर्माण के लिए किया जा सकता है, जिसमें सर्किट भी शामिल हैं जो नकारात्मक बाधाओं (जो सकारात्मक बाधाओं के प्रभाव को रद्द करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है), इंटीग्रेटर्स और विभेदकों के बराबर हैं।