3। विशिष्ट Op-amp

विशिष्ट Op-amp

अधिकांश परिचालन एम्पलीफायरों को चित्रा 8 में दिखाए गए ब्लॉक आरेख के अनुसार डिजाइन और निर्मित किया गया है।

विशिष्ट Op-amp

चित्रा 8 - एक ऑप-एम्प का विशिष्ट विन्यास

विभेदक एम्पलीफायर और वोल्टेज लाभ चरण केवल चरण हैं जो वोल्टेज लाभ प्रदान करते हैं। विभेदक एम्पलीफायर सीएमआरआर भी प्रदान करता है जो ऑप-एम्प में इतना महत्वपूर्ण है। विभेदक एम्पलीफायर का आउटपुट अक्सर एक बड़े उत्सर्जक रोकनेवाला के साथ एक एमिटर फॉलोअर से जुड़ा होता है ताकि उच्च लाभ प्राप्त करने के लिए अंतर एम्पलीफायर को एक उच्च प्रतिबाधा भार प्रदान किया जा सके। याद रखें कि एक उच्च-लाभ वाला सामान्य-एमिटर एम्पलीफायर एक मध्यम लाभ सीई एम्पलीफायर की तुलना में बहुत कम इनपुट प्रतिबाधा से ग्रस्त है। यह तब अतिरिक्त लाभ प्रदान करने के लिए एक उच्च लाभ सीई एम्पलीफायर के उपयोग की अनुमति देता है। रैखिक op-amps प्रदान करने के लिए प्रत्यक्ष युग्मित हैं ac प्राप्त करें। यह एक युग्मन कैपेसिटर की आवश्यकता को भी समाप्त करता है जो कि IC चिप पर रखा जाना बहुत बड़ा है। स्तर के शिफ्टर्स को यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि आउटपुट सिग्नल में कोई भी नहीं है dc ऑफसेट। Op-amps को सर्किट सिमुलेशन द्वारा बहुत सटीक रूप से मॉडलिंग किया जा सकता है। हम TINACloud ऑनलाइन सर्किट सिमुलेशन का उपयोग करके इसे प्रदर्शित करेंगे।

3.1 पैकेजिंग

Op-amp सर्किट को मानक IC पैकेजों में पैक किया जाता है, जिनमें डिब्बे, ड्यूल-इन-लाइन पैकेज (DIP), और फ्लैट पैक शामिल हैं। इनमें से प्रत्येक पैकेज में कम से कम आठ पिन या कनेक्शन हैं। वे आंकड़े 9, 10 और 11 में चित्रित किए गए हैं।

 

विशिष्ट Op-amp

चित्र 9 - पैकेज (शीर्ष दृश्य) के लिए Op-amp कनेक्शन

विशिष्ट Op-amp

चित्र 10 - Op-amp कनेक्शन 14-पिन DIP (शीर्ष दृश्य)

विशिष्ट Op-amp

चित्र 11 - 10-pin फ्लैट पैक (शीर्ष दृश्य) के लिए Op-amp कनेक्शन

 

 

 

 

 

 

 

सर्किट का निर्माण करते समय, विभिन्न लीड को सही ढंग से पहचानना महत्वपूर्ण है (वे आमतौर पर गिने नहीं जाते हैं)। आंकड़े पिन 1 के स्थान को चित्रित करते हैं। में पैकेज कर सकते हैं चित्रा 9 की, पिन 1 को टैब के बाईं ओर के पहले पिन के रूप में पहचाना जाता है, और पिन को लगातार ऊपर से दिखने वाले वामावर्त रूप से गिना जाता है। में दोहरे इन-लाइन पैकेज चित्रा 10 में, पैकेज के शीर्ष पर पिन 1 का पता लगाने के लिए एक इंडेंटेशन है, और पिन बाईं ओर नीचे और दाईं ओर गिने जाते हैं। ध्यान दें कि एक से अधिक op-amp (आमतौर पर 2 या 4) को एक DIP में पैक किया जाता है।

में फ्लैट पैक चित्रा 11 की, पिन 1 को डॉट द्वारा पहचाना जाता है और पिन को DIP के रूप में गिना जाता है।

3.2 पावर आवश्यकताएँ

कई ऑप-एम्प्स को नकारात्मक और सकारात्मक वोल्टेज स्रोत दोनों की आवश्यकता होती है। विशिष्ट वोल्टेज स्रोत N 5 V से UM 25 V तक होते हैं। चित्रा 12 op-amp के लिए विशिष्ट विद्युत आपूर्ति कनेक्शन दिखाता है।

अधिकतम आउटपुट वोल्टेज स्विंग द्वारा सीमित है dc वोल्टेज सेशन- amp को आपूर्ति की कुछ परिचालन एम्पलीफायरों को एकल वोल्टेज स्रोत से संचालित किया जा सकता है। निर्माता के विनिर्देश उन मामलों में संचालन की सीमाओं को परिभाषित करते हैं जहां ऑप-एम्प केवल एक बिजली की आपूर्ति का उपयोग करता है।

Op-amps, विशिष्ट op-amps

चित्रा 12 - बिजली की आपूर्ति कनेक्शन

अधिकतम आउटपुट वोल्टेज स्विंग द्वारा सीमित है dc वोल्टेज सेशन- amp को आपूर्ति की कुछ परिचालन एम्पलीफायरों को एकल वोल्टेज स्रोत से संचालित किया जा सकता है। निर्माता के विनिर्देश उन मामलों में संचालन की सीमाओं को परिभाषित करते हैं जहां ऑप-एम्प केवल एक बिजली की आपूर्ति का उपयोग करता है।

3.3 741 Op-amp

ΜA741 op-amp को चित्रा 13 के समकक्ष सर्किट में चित्रित किया गया है। यह ज्यादातर IC निर्माताओं द्वारा 1966 के बाद से निर्मित किया गया है, और हालांकि इसकी शुरूआत के बाद से कई प्रगति हुई हैं, 741 अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

परिचालन एम्पलीफायरों, ठेठ ऑप-एम्प्स

चित्रा 13 - 741 op-amp

741 op-amp है आंतरिक मुआवजा जो आरसी नेटवर्क को संदर्भित करता है जो उच्च-आवृत्ति आयाम प्रतिक्रिया को गिरने का कारण बनता है। क्योंकि एम्पलीफायर का उच्च लाभ है (एक्सएनयूएमएक्स के आदेश पर)4 10 के लिए5 कम आवृत्तियों पर) और क्योंकि ट्रांजिस्टर में परजीवी समाई की अनुमति है परजीवी प्रतिक्रियायदि यह आंतरिक क्षतिपूर्ति के लिए नहीं था, तो op-amp अस्थिर और दोलनशील हो जाएगा। दो कैस्केड अंतर एम्पलीफायरों एक और वोल्टेज एम्पलीफायर के माध्यम से एक पूरक समरूपता शक्ति एम्पलीफायर चलाते हैं।

741 op-amp में तीन चरण होते हैं: एक इनपुट अंतर एम्पलीफायर, एक मध्यवर्ती एकल-अंत उच्च लाभ एम्पलीफायर, और एक आउटपुट बफरिंग एम्पलीफायर। इसके संचालन के लिए महत्वपूर्ण अन्य सर्किटरी शिफ्ट करने के लिए एक स्तरीय शिफ्टर है dc संकेत का स्तर ताकि आउटपुट विभिन्न एम्पलीफायरों के संदर्भ धाराओं को प्रदान करने के लिए सकारात्मक और नकारात्मक, पूर्वाग्रह सर्किट दोनों को स्विंग कर सके, और आउटपुट पर शॉर्ट सर्किट से ऑप-एम्प की रक्षा करने वाले सर्किट। 741 को ऑन-चिप कैपेसिटर-रेसिस्टर नेटवर्क के माध्यम से आंतरिक रूप से मुआवजा दिया जाता है।

प्रवर्धन के अधिक चरणों को जोड़ने, इनपुट सर्किटों को अलग करने, और आउटपुट प्रतिबाधा को कम करने के लिए आउटपुट में अधिक उत्सर्जक अनुयायियों को जोड़कर op-amp को और बेहतर बनाया गया है। अन्य सुधारों के परिणामस्वरूप सीएमआरआर, उच्च इनपुट प्रतिबाधा, व्यापक आवृत्ति प्रतिक्रिया, उत्पादन में कमी और बढ़ी हुई शक्ति में वृद्धि हुई है।

बायस सर्किट

चित्रा 741 के 13 op-amp में कई निरंतर स्रोत देखे जा सकते हैं। ट्रांजिस्टर Q8 और Q9 के लिए वर्तमान स्रोत हैं IEE द्वारा गठित अंतर एम्पलीफायर Q1, Q2, Q3, तथा Q4। ट्रांजिस्टर Q5, Q6, तथा Q7, के लिए सक्रिय भार हैं RC अंतर एम्पलीफायर के प्रतिरोधों। ट्रांजिस्टर Q10, Q11, तथा Q12 अंतर एम्पलीफायर वर्तमान स्रोतों के लिए पूर्वाग्रह नेटवर्क बनाते हैं। ट्रांजिस्टर Q10 और Q11 इस पूर्वाग्रह नेटवर्क के लिए एक विधमान करंट स्रोत का निर्माण करें जिसमें अन्य ट्रांजिस्टर वर्तमान दर्पण के रूप में कार्य करते हैं।

शॉर्ट सर्किट सुरक्षा

741 सर्किट में कई ट्रांजिस्टर शामिल होते हैं जो आम तौर पर कट जाते हैं और केवल उसी घटना में आचरण करते हैं जो आउटपुट पर एक बड़ा वर्तमान होता है। आउटपुट ट्रांजिस्टर पर पूर्वाग्रह तब इस वर्तमान को स्वीकार्य स्तर तक कम करने के लिए बदल दिया जाता है। चित्रा 13 के सर्किट में, इस शॉर्ट-सर्किट संरक्षण नेटवर्क में ट्रांजिस्टर Q होते हैं15 और Q22 और रोकनेवाला R11.

इनपुट स्टेज

741 op-amp का इनपुट चरण वोल्टेज लाभ, स्तर स्थानांतरण, और एक एकल-समाप्त अंतर एम्पलीफायर आउटपुट प्रदान करने के लिए आवश्यक है। सर्किट्री की जटिलता एक बड़ी ऑफसेट वोल्टेज त्रुटि का कारण बनती है। इसके विपरीत, मानक अवरोधक-लोडेड अंतर एम्पलीफायर कम ऑफसेट वोल्टेज त्रुटि का कारण बनता है। हालांकि, मानक एम्पलीफायर का सीमित लाभ है जिसका मतलब है कि वांछित प्रवर्धन को प्राप्त करने के लिए अधिक चरणों की आवश्यकता होगी। रेज़र-लोडेड अंतर एम्पलीफायरों का उपयोग op-amps में किया जाता है, जिसमें 741 की तुलना में कम वोल्टेज का बहाव होता है।

BJTs का उपयोग इनपुट चरण में बड़े पूर्वाग्रह धाराओं की आवश्यकता होती है, जिससे वर्तमान समस्याओं की भरपाई की जा सकती है। ऑफसेट वर्तमान त्रुटि को कम करने के लिए, अन्य ऑप-एम्प प्रकार इनपुट चरण में MOSFETs का उपयोग करते हैं।

एक्सएनयूएमएक्स का इनपुट चरण एक अंतर एम्पलीफायर है जो ट्रांजिस्टर द्वारा गठित एक सक्रिय भार है Q5, Q6, तथा Q7 और प्रतिरोधों R1, R2, तथा R3। यह सर्किट एक उच्च प्रतिरोध भार प्रदान करता है और सिग्नल को अंतर से एकल-एंड में परिवर्तित करता है, जिसमें लाभ या सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात का कोई क्षरण नहीं होता है। एकल-समाप्त आउटपुट कलेक्टर से लिया जाता है Q6। इनपुट स्टेज स्तर शिफ्टर में पार्श्व होते हैं PNP ट्रांजिस्टर, Q3 और Q4, जो एक सामान्य-आधार विन्यास में जुड़े हुए हैं।

पार्श्व ट्रांजिस्टर का उपयोग, Q3 और Q4, एक अतिरिक्त लाभ में परिणाम। वे इनपुट ट्रांजिस्टर की सुरक्षा में मदद करते हैं, Q1 और Q2, एमिटर-बेस जंक्शन ब्रेकडाउन के खिलाफ। एमिटर-बेस जंक्शन का ए npn ट्रांजिस्टर टूट जाएगा जब रिवर्स पूर्वाग्रह 7 V के बारे में अधिक हो जाता है। पार्श्व ट्रांजिस्टर टूटने तब तक नहीं होता है जब तक कि रिवर्स पूर्वाग्रह 50 V से अधिक न हो। चूंकि ट्रांजिस्टर श्रृंखला में हैं Q1 और Q2इनपुट सर्किट के ब्रेकडाउन वोल्टेज में वृद्धि हुई है।

मध्यवर्ती चरण

अधिकांश ऑप-एम्प्स में मध्यवर्ती चरण कई एम्पलीफायरों के माध्यम से उच्च लाभ प्रदान करते हैं। 741 में, पहले चरण का एकल-समाप्त आउटपुट आधार से जुड़ा हुआ है Q16 जो एक एमिटर फॉलोअर कॉन्फ़िगरेशन में है। यह इनपुट चरण के लिए एक उच्च इनपुट प्रतिबाधा प्रदान करता है जो लोडिंग को कम करता है। मध्यवर्ती चरण में ट्रांजिस्टर भी होते हैं Q16 और Q17, और प्रतिरोधक R8 और R9। मध्यवर्ती चरण के आउटपुट को कलेक्टर से लिया जाता है Q17और प्रदान किया गया Q14 एक चरण फाड़नेवाला के माध्यम से। 741 में संधारित्र का उपयोग आवृत्ति क्षतिपूर्ति के लिए किया जाता है जिसकी चर्चा इस पाठ के बाद के अध्यायों में की गई है।

आउटपुट स्टेज

कम-आउटपुट प्रतिबाधा को उच्च वर्तमान लाभ प्रदान करने के लिए एक op-amp का आउटपुट चरण आवश्यक है। अधिकांश ऑप-एम्प्स वर्तमान लाभ का त्याग किए बिना दक्षता बढ़ाने के लिए एक पूरक समरूपता आउटपुट चरण का उपयोग करते हैं। पूरक समरूपता के लिए अधिकतम प्राप्त करने योग्य दक्षता, क्लास बी एम्पलीफायर 78% है। सिंगल-एंडेड आउटपुट एम्पलीफायर की अधिकतम दक्षता केवल 25% है। कुछ op-amps डार्लिंगटन जोड़ी पूरक समरूपता का उपयोग अपनी उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए करते हैं। 741 में पूरक समरूपता उत्पादन चरण शामिल हैं Q14 और Q20.

छोटे प्रतिरोधों, R6 और R7, उत्पादन में वर्तमान सीमित प्रदान करते हैं। डार्लिंगटन की जोड़ी, Q18 और Q19का उपयोग डायोड के स्थान पर डायोड-मुआवजा पूरक समरूपता आउटपुट चरण में अध्याय 8 में वर्णित के रूप में किया जाता है। डार्लिंगटन जोड़ी व्यवस्था एक डायोड के रूप में जुड़े दो ट्रांजिस्टर के ऊपर से इष्ट है क्योंकि इसे एक छोटे से क्षेत्र में गढ़ा जा सकता है। पूरक समरूपता सर्किट में पूर्वाग्रह रोकनेवाला के लिए प्रतिस्थापित वर्तमान स्रोत ट्रांजिस्टर के एक हिस्से द्वारा महसूस किया जाता है Q13। ट्रांजिस्टर Q22, Q23, तथा Q24 एक स्तरीय शिफ्टर व्यवस्था का हिस्सा है जो यह सुनिश्चित करता है कि आउटपुट वोल्टेज शून्य अक्ष के आसपास केंद्रित है।

CURRENT - 3. विशिष्ट सेशन amp