ऑप-एम्प की आवृत्ति मुआवजा और यह आपके ऑप में महत्वपूर्ण क्यों है

ऑपरेशनल एम्पलीफायरों या ओप-एम्प्स को एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइनों का वर्कहॉर्स माना जाता है। एनालॉग कंप्यूटर युग से वापस, Op-Amps का उपयोग गणितीय कार्यों के लिए एनालॉग वोल्टेज के साथ किया गया है इसलिए नाम परिचालन एम्पलीफायर। आज तक Op-Amps का इस्तेमाल वोल्टेज की तुलना, विभेदन, एकीकरण, योग और कई अन्य चीजों के लिए किया जाता है। कहने की जरूरत नहीं है कि विभिन्न उद्देश्यों के लिए ऑपरेशनल एम्पलीफायर सर्किट को लागू करना बहुत आसान है, लेकिन इसकी कुछ सीमाएं हैं जो अक्सर जटिलता की ओर ले जाती हैं।

आवेदनों की एक विस्तृत बैंडविड्थ में ऑप-एम्प की स्थिरता में सुधार करना बड़ी चुनौती है । समाधान एम्पलीफायर को आवृत्ति प्रतिक्रिया के संदर्भ में मुआवजा देना है, परिचालन एम्पलीफायर भर में एक आवृत्ति मुआवजा सर्किट का उपयोग करके । एक एम्पलीफायर की स्थिरता विभिन्न मापदंडों पर अत्यधिक निर्भर है। इस लेख में आइए आवृत्ति आवृत्ति के महत्व को समझें और इसे अपने डिजाइनों में कैसे उपयोग करें।

Op-Amp पर त्वरित मूल बातें

परिचालन एम्पलीफायरों के अग्रिम आवेदन में सीधे जाने से पहले और आवृत्ति मुआवजा तकनीक का उपयोग करके एम्पलीफायर को कैसे स्थिर किया जाए, आइए परिचालन एम्पलीफायर के बारे में कुछ बुनियादी चीजों का पता लगाएं।

एक एम्पलीफायर को एक ओपन-लूप कॉन्फ़िगरेशन या एक बंद-लूप कॉन्फ़िगरेशन के रूप में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। एक ओपन-लूप कॉन्फ़िगरेशन में, कोई प्रतिक्रिया सर्किट नहीं हैं जो इसके साथ जुड़े हुए हैं। लेकिन एक बंद लूप कॉन्फ़िगरेशन में, एम्पलीफायर को ठीक से काम करने के लिए प्रतिक्रिया की आवश्यकता होती है। परिचालन में नकारात्मक प्रतिक्रिया या सकारात्मक प्रतिक्रिया हो सकती है। यदि ऑप-एम्प के पॉजिटिव टर्मिनल में फीडबैक नेटवर्क एनालॉग है, तो इसे पॉजिटिव फीडबैक कहा जाता है । अन्यथा, नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायरों में नकारात्मक सर्किट भर में जुड़े प्रतिक्रिया सर्किटरी होती है।

हमें Op-Amps में फ़्रिक्वेंसी मुआवजे की आवश्यकता क्यों है?

आइए नीचे एम्पलीफायर सर्किट देखें। यह एक साधारण नकारात्मक प्रतिक्रिया है जो अछूता Op-Amp सर्किट है। सर्किट एक एकता-लाभ अनुयायी विन्यास के रूप में जुड़ा हुआ है।

उपरोक्त सर्किट इलेक्ट्रॉनिक्स में बहुत आम है। जैसा कि हम सभी जानते हैं, एम्पलीफायरों में इनपुट के पार बहुत अधिक इनपुट प्रतिबाधा होती है और यह आउटपुट में वर्तमान की उचित मात्रा प्रदान कर सकता है। इसलिए, उच्च प्रवाह के भार को ड्राइव करने के लिए कम संकेतों का उपयोग करके परिचालन एम्पलीफायरों को चलाया जा सकता है।

लेकिन ओप-एएमपी अधिकतम लोड को सुरक्षित रूप से चलाने के लिए क्या कर सकता है? उपरोक्त सर्किट शुद्ध प्रतिरोधक भार (आदर्श प्रतिरोधक भार) को चलाने के लिए काफी अच्छा है, लेकिन अगर हम आउटपुट में एक कैपेसिटिव लोड को जोड़ते हैं, तो op-amp अस्थिर हो जाएगा और सबसे खराब स्थिति में लोड कैपेसिटेंस के मूल्य के आधार पर op-amp हो सकता है यहां तक ​​कि दोलन शुरू करते हैं।

आइए देखें कि जब आउटपुट में एक कैपेसिटिव लोड जुड़ा होता है तो op-amp अस्थिर क्यों हो जाता है। उपरोक्त सर्किट को एक सरल सूत्र के रूप में वर्णित किया जा सकता है -

एक _{सीएल =} ए / 1 + एß

एक _सीएल है बंद लूप लाभ । ए एम्पलीफायर का ओपन-लूप गेन है।

उपरोक्त छवि सूत्र और नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर सर्किट का प्रतिनिधित्व है। यह पहले बताए गए पारंपरिक नकारात्मक एम्पलीफायर के साथ बिल्कुल समान है। वे दोनों सकारात्मक टर्मिनल पर एसी इनपुट साझा करते हैं, और नकारात्मक टर्मिनल में दोनों की एक ही प्रतिक्रिया है। सर्कल है योग जंक्शन में दो इनपुट होते हैं, एक इनपुट सिग्नल से और दूसरा फीडबैक सर्किट से। खैर, जब एम्पलीफायर नकारात्मक प्रतिक्रिया मोड में काम कर रहा है, तो एम्पलीफायर का पूरा आउटपुट वोल्टेज फीडबैक लाइन से योग जंक्शन बिंदु तक बह रहा है। योग जंक्शन पर, प्रतिक्रिया वोल्टेज और इनपुट वोल्टेज को एक साथ जोड़ा जाता है और एम्पलीफायर के इनपुट में वापस फीड किया जाता है।

छवि दो लाभ चरण में विभाजित है। सबसे पहले, यह पूर्ण रूप से बंद-लूप सर्किट दिखा रहा है क्योंकि यह एक बंद-लूप नेटवर्क है और ओप-एम्प्स ओपन-लूप सर्किट भी है क्योंकि ऑप-एएम दिखा एक स्टैंडअलोन ओपन सर्किट है, फीडबैक सीधे जुड़ा नहीं है।

सम-जंक्शन जंक्शन का उत्पादन आगे op-amp ओपन-लूप गेन द्वारा प्रवर्धित किया गया है। इसलिए, अगर इस पूरी चीज़ को एक गणितीय गठन के रूप में दर्शाया जाता है, तो समतुल्य जंक्शन पर आउटपुट है -

विन - वाउत

यह अस्थिरता के मुद्दे को दूर करने के लिए बहुत अच्छा काम करता है। आरसी नेटवर्क एकता या 0dB लाभ पर एक ध्रुव बनाता है जो अन्य उच्च-आवृत्ति ध्रुवों के प्रभाव को हावी या रद्द करता है। प्रमुख पोल कॉन्फ़िगरेशन का स्थानांतरण कार्य है -

जहां, ए (एस) अनसेंसर्ड ट्रांसफर फ़ंक्शन है, ए ओपन-लूप गेन है, ώ1, ώ2, और,3 क्रमशः आवृत्तियां हैं जहां क्रमशः -20 डीबी, -40 डीबी, -60 डीबी पर रोल-ऑफ मिलता है। बोडे साजिश से पता चलता है नीचे अगर प्रमुख ध्रुव मुआवजा तकनीक op-amp उत्पादन, जहां fd है भर में जोड़ दिया जाता है क्या होता है प्रमुख ध्रुव आवृत्ति ।

2. मिलर मुआवजा

एक अन्य प्रभावी मुआवजा तकनीक मिलर मुआवजा तकनीक है और यह एक इन-लूप मुआवजा तकनीक है जहां एक साधारण संधारित्र का उपयोग लोड पृथक्करण रोकनेवाला (नलिंग रोकनेवाला) के साथ या उसके बिना किया जाता है। इसका मतलब है कि ऑप-एम्प फ्रीक्वेंसी प्रतिक्रिया की भरपाई के लिए एक कैपेसिटर फीडबैक लूप में जुड़ा हुआ है।

मिलर मुआवजा सर्किट नीचे दिखाया गया है। इस तकनीक में, एक संधारित्र आउटपुट के पार एक अवरोधक के साथ प्रतिक्रिया से जुड़ा होता है।

सर्किट एक सरल नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर है जिसमें आर 1 और आर 2 पर निर्भर लाभ प्राप्त होता है। R3 नल अवरोधक है और सीएल ऑप-एम्प आउटपुट में कैपेसिटिव लोड है। CF फीडबैक कैपेसिटर है जो क्षतिपूर्ति उद्देश्यों के लिए उपयोग किया जाता है। संधारित्र और रोकनेवाला मूल्य एम्पलीफायर चरणों, ध्रुव क्षतिपूर्ति और कैपेसिटिव लोड के प्रकार पर निर्भर करता है।

आंतरिक आवृत्ति मुआवजा तकनीक

आधुनिक परिचालन एम्पलीफायरों में आंतरिक क्षतिपूर्ति तकनीक है। आंतरिक क्षतिपूर्ति तकनीक में, एक छोटा सा प्रतिक्रिया संधारित्र दूसरे चरण कॉमन एमिटर ट्रांजिस्टर के बीच ऑप-एम्प आईसी के अंदर जुड़ा होता है । उदाहरण के लिए, नीचे की छवि लोकप्रिय op-amp LM358 का आंतरिक आरेख है।

Cc संधारित्र Q5 और Q10 के पार जुड़ा हुआ है। यह मुआवजा संधारित्र (Cc) है। यह मुआवजा संधारित्र एम्पलीफायर की स्थिरता में सुधार करता है और साथ ही आउटपुट के दौरान दोलन और बज प्रभाव को रोकता है।

ओप-amp की आवृत्ति मुआवजा - व्यावहारिक सिमुलेशन

फ़्रिक्वेंसी मुआवजे को अधिक व्यावहारिक रूप से समझने के लिए आइए नीचे के सर्किट पर विचार करके इसे अनुकरण करने की कोशिश करें -

सर्किट LM393 का उपयोग करके एक सरल नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर है। इस ऑप-एम्प में कोई क्षतिपूर्ति संधारित्र इनबिल्ट नहीं है। हम 100pF कैपेसिटिव लोड के साथ Pspice में सर्किट का अनुकरण करेंगे और यह जांचेंगे कि यह कम और उच्च आवृत्ति ऑपरेशन में कैसे प्रदर्शन करेगा।

इसे जांचने के लिए, किसी को सर्किट के ओपन-लूप गेन और फेज मार्जिन का विश्लेषण करना होगा । लेकिन यह सटीक सर्किट का अनुकरण करने के बाद से pspice के लिए थोड़ा मुश्किल है, जैसा कि ऊपर दिखाया गया है, इसके बंद-पाश लाभ का प्रतिनिधित्व करेगा। इसलिए विशेष ध्यान रखने की आवश्यकता है। Pspice में ओपन-लूप गेन सिमुलेशन (गेन बनाम फेज) के लिए उपरोक्त सर्किट को परिवर्तित करने का चरण नीचे बताया गया है,

1. इनपुट प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए आधारित है; आउटपुट के लिए बंद लूप इनपुट पर ध्यान नहीं दिया जाता है।
2. इन्वर्टिंग इनपुट दो भागों में टूट गया है। एक है वोल्टेज विभक्त और दूसरा है op-amp का नकारात्मक टर्मिनल।
3. सिमुलेशन चरण के दौरान दो अलग-अलग नोड्स और पहचान उद्देश्यों को बनाने के लिए दो भागों का नाम बदला गया है। वोल्टेज विभक्त अनुभाग को प्रतिक्रिया के रूप में और नकारात्मक टर्मिनल का नाम इनपुट के रूप में बदला जाता है। (इनवर्टिंग इनपुट)।
4. ये दो टूटे हुए नोड्स 0V डीसी वोल्टेज स्रोत के साथ जुड़े हुए हैं। ऐसा इसलिए किया जाता है क्योंकि, डीसी वोल्टेज के शब्द से, दोनों नोड्स में एक ही वोल्टेज होता है जो सर्किट के लिए वर्तमान ऑपरेटिंग बिंदु की आवश्यकता को पूरा करने के लिए आवश्यक है।
5. एसी उत्तेजना के 1V के साथ वोल्टेज स्रोत जोड़ना। यह एसी विश्लेषण के दौरान दो अलग-अलग नोड्स वोल्टेज अंतर को 1 बनने के लिए मजबूर करता है। इस मामले में एक बात जरूरी है, कि सर्किट और इनवर्टिंग इनपुट का अनुपात सर्किट ओपन-लूप गेन पर निर्भर है।

उपरोक्त चरण बनाने के बाद, सर्किट इस तरह दिखता है -

सर्किट 15V +/- बिजली आपूर्ति रेल का उपयोग करके संचालित होता है। चलो सर्किट का अनुकरण करते हैं और इसके आउटपुट बोड प्लॉट की जांच करते हैं।

चूंकि सर्किट में कोई आवृत्ति मुआवजा नहीं है, इसलिए उम्मीद है कि सिमुलेशन कम आवृत्ति पर उच्च लाभ और उच्च आवृत्ति पर कम लाभ दिखा रहा है। साथ ही, यह बहुत खराब चरण मार्जिन दिखा रहा है। आइए देखें कि 0dB लाभ पर चरण क्या है।

जैसा कि आप 0dB लाभ या एकता लाभ क्रॉसओवर पर भी देख सकते हैं, op-amp केवल 100pF कैपेसिटिव लोड पर चरण शिफ्ट के 6 डिग्री प्रदान कर रहा है।

अब ऑप-एम्प में मिलर मुआवजा बनाने और परिणाम का विश्लेषण करने के लिए एक आवृत्ति मुआवजा रोकनेवाला और कैपेसिटर को जोड़कर सर्किट को सुधारते हैं । नल अवरोधक का एक 50 ओम को ऑप-एम्पी और आउटपुट में 100pF मुआवजा संधारित्र के साथ रखा गया है।

अनुकरण किया जाता है और वक्र नीचे की तरह दिखता है,

चरण वक्र अब बहुत बेहतर है। 0dB लाभ पर चरण बदलाव लगभग 45.5 डिग्री है। एम्पलीफायर की स्थिरता आवृत्ति मुआवजा तकनीक का उपयोग करके अत्यधिक बढ़ जाती है। इसलिए, यह साबित होता है कि ओप-मैप की बेहतर स्थिरता के लिए आवृत्ति क्षतिपूर्ति तकनीक की अत्यधिक अनुशंसा की जाती है। लेकिन बैंडविड्थ में कमी आएगी।

अब हम ओपैम्प की आवृत्ति मुआवजे के महत्व को समझते हैं और अस्थिरता की समस्याओं से बचने के लिए अपने ओप-एएमपी डिजाइनों में इसका उपयोग कैसे करें। आशा है कि आपको ट्यूटोरियल पढ़ने में मज़ा आया और कुछ उपयोगी सीखा। यदि आपके कोई प्रश्न हैं, तो उन्हें हमारे मंचों या नीचे टिप्पणी अनुभाग में छोड़ दें।