परिचालन एम्पलीफायर इन्वर्टिंग

Op-Amp (ऑपरेशनल एम्पलीफायर) एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स की रीढ़ है। एक परिचालन एम्पलीफायर एक डीसी-युग्मित इलेक्ट्रॉनिक घटक है जो अवरोधक प्रतिक्रिया का उपयोग करके एक अंतर इनपुट से वोल्टेज को बढ़ाता है। Op-Amps अपनी बहुमुखी प्रतिभा के लिए लोकप्रिय है क्योंकि उन्हें कई तरीकों से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है और विभिन्न पहलुओं में उपयोग किया जा सकता है। एक op-amp सर्किट में कुछ चर होते हैं जैसे बैंडविड्थ, इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा, लाभ मार्जिन आदि। op-amps के विभिन्न वर्ग में उन चर के आधार पर अलग-अलग विनिर्देश होते हैं। विभिन्न इंटीग्रेटेड सर्किट (IC) पैकेज में बहुत सारे op-amps उपलब्ध हैं, कुछ op-amp ic के सिंगल पैकेज में दो या अधिक से अधिक op-amps हैं। LM358, LM741, LM386 कुछ आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले Op-amp IC हैं। आप हमारे Op-amp सर्किट अनुभाग का पालन करके Op-amps के बारे में अधिक जान सकते हैं।

एक op-amp में दो अंतर इनपुट पिन और बिजली पिन के साथ एक आउटपुट पिन होता है। वे दो अंतर इनपुट पिन पिन या ऋणात्मक और गैर-इन्वर्टिंग पिन या पॉजिटिव हैं। एक op-amp इस दो इनपुट पिन के बीच वोल्टेज में अंतर को बढ़ाता है और इसके Vout या आउटपुट पिन में प्रवर्धित आउटपुट प्रदान करता है।

इनपुट प्रकार के आधार पर, ऑप-एम्प को इनवर्टिंग एम्पलीफायर या नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। पिछले गैर-इनवर्टिंग ऑप-एम्प ट्यूटोरियल में, हमने देखा है कि एम्पलीफायर को गैर-इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन में कैसे उपयोग किया जाए। इस ट्यूटोरियल में, हम सीखेंगे कि अकशेरूकीय विन्यास का उपयोग कैसे करें ।

परिचालन एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन को परिवर्तित करना

इसे इन्वर्टिंग एम्पलीफायर कहा जाता है क्योंकि ऑप-एम्प आउटपुट सिग्नल के चरण कोण को इनपुट सिग्नल के संबंध में चरण से बिल्कुल 180 डिग्री बाहर बदलता है । पहले की तरह ही, हम दो बाहरी प्रतिरोधों का उपयोग प्रतिक्रिया सर्किट बनाने और एम्पलीफायर में एक बंद लूप सर्किट बनाने के लिए करते हैं।

गैर-इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन में, हमने एम्पलीफायर में सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रदान की है, लेकिन कॉन्फ़िगरेशन को प्रभावित करने के लिए, हम ऑप-एम्प सर्किट में नकारात्मक प्रतिक्रिया उत्पन्न करते हैं।

आइए op-amp-inverting के लिए कनेक्शन आरेख देखें

ऊपर inverting op-amp में, हम देख सकते हैं R1 और R2 op-amp सर्किट में आवश्यक प्रतिक्रिया प्रदान कर रहे हैं। आर 2 अवरोधक संकेत इनपुट बाधा है, और आर 1 बाधा प्रतिक्रिया बाधा है। यह प्रतिक्रिया सर्किट विभेदक इनपुट वोल्टेज को लगभग शून्य पर मजबूर करता है ।

प्रतिक्रिया ऑप-एम्पी के नकारात्मक टर्मिनल से जुड़ी है और सकारात्मक टर्मिनल पूरे जमीन से जुड़ा हुआ है। इनवर्टिंग इनपुट में वोल्टेज की क्षमता नॉन-इनवर्टिंग इनपुट की वोल्टेज क्षमता के समान है। तो, गैर-इनवर्टिंग इनपुट के पार, एक वर्चुअल अर्थ योग बिंदु बनाया जाता है, जो जमीन या पृथ्वी के समान क्षमता में होता है। Op-amp एक अंतर एम्पलीफायर के रूप में कार्य करेगा ।

अतः, ऑप-एम्प को अशुभ करने के मामले में, इनपुट टर्मिनल में कोई करंट प्रवाह नहीं होता है, साथ ही इनपुट वोल्टेज दो प्रतिरोधों के फीडबैक वोल्टेज के बराबर होता है क्योंकि वे दोनों ई सामान्य वर्चुअल ग्राउंड स्रोत होते हैं। वर्चुअल ग्राउंड के कारण, op-amp का इनपुट प्रतिरोध op-amp के इनपुट रेसिस्टर के बराबर है जो R2 है। इस R2 का बंद लूप लाभ के साथ एक संबंध है और लाभ को बाहरी प्रतिरोधों के अनुपात द्वारा फीडबैक के रूप में सेट किया जा सकता है।

चूंकि इनपुट टर्मिनल में कोई वर्तमान प्रवाह नहीं है और अंतर इनपुट वोल्टेज शून्य है, हम op amp के बंद लूप लाभ की गणना कर सकते हैं। लिंक का अनुसरण करके ओप-एम्पी कॉन्स्टर्शन और इसके कार्य के बारे में अधिक जानें।

ओपनिंग-amp के लाभ

उपरोक्त छवि में, दो प्रतिरोधों आर 2 और आर 1 को दिखाया गया है, जो कि इनवर्टर ऑप-एम्पिंग के साथ-साथ वोल्टेज डिवाइडर फीडबैक रेसिस्टर्स का उपयोग किया जाता है। R1 फीडबैक रेसिस्टर (Rf) है और R2 इनपुट रेसिस्टर (Rin) है। यदि हम प्रतिरोध के माध्यम से बहने वाली धारा की गणना करते हैं तो-

i = (विन - वाउट) / (रिन (आर 2) - आरएफ (आर १))

चूंकि डाउटर विभक्त का मध्य बिंदु है, इसलिए हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं

जैसा कि हमने पहले बताया, वर्चुअल ग्राउंड या समान नोड योग बिंदु के कारण, प्रतिक्रिया वोल्टेज 0 है, Dout = 0. तो,

तो, बंद लूप लाभ के लिए इनवर्टिंग एम्पलीफायर फॉर्मूला होगा

लाभ (Av) = (वोट / विन) = - (आरएफ / रिन)

इसलिए, इस सूत्र से, हमें चार में से कोई भी चर मिलता है, जब अन्य तीन चर उपलब्ध होते हैं। ऑप-एम्प गेन कैलकुलेटर का उपयोग इनवर्टिंग ऑप-एम्प के लाभ की गणना करने के लिए किया जा सकता है।

जैसा कि हम सूत्र में एक नकारात्मक संकेत देख सकते हैं, आउटपुट इनपुट सिग्नल के चरण के विपरीत चरण से 180 डिग्री बाहर होगा ।

एम्पलीफायर डालने का व्यावहारिक उदाहरण

ऊपर की छवि में, एक ऑप-एम्पी कॉन्फ़िगरेशन दिखाया गया है, जहां दो प्रतिक्रिया प्रतिरोधक ऑप-एम्पी में आवश्यक प्रतिक्रिया प्रदान कर रहे हैं। प्रतिरोध आर 2 जो इनपुट रेसिस्टर है और आर 1 फीडबैक रेसिस्टर है। इनपुट रेसिस्टर R2 जिसका प्रतिरोध मान 1K ओम है और प्रतिक्रिया अवरोधक R1 का प्रतिरोध मान 10k ओम है। हम ऑप-एम्पी के अकशेरुकीय लाभ की गणना करेंगे। प्रतिक्रिया नकारात्मक टर्मिनल में प्रदान की जाती है और सकारात्मक टर्मिनल जमीन से जुड़ा होता है।

ऑप-एम्प सर्किट के लाभ प्राप्त करने का सूत्र-

लाभ (Av) = (वोट / विन) = - (आरएफ / रिन)

उपरोक्त सर्किट में Rf = R1 = 10k और Rin = R2 = 1k

तो, Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (Rf / Rin) Gain (Av) = (Vout / Vin) = - (10k / 1k)

तो लाभ -10 गुना होगा और आउटपुट चरण से 180 डिग्री बाहर होगा।

अब, अगर हम op-amp का लाभ -20 गुना तक बढ़ा देते हैं, तो इनपुट रेसिस्टर एक ही होगा तो फीडबैक रेसिस्टर वैल्यू क्या होगी? इसलिए, लाभ = -20 और रिन = आर 2 = 1k। -20 = - (आर 1/1 के) आर 1 = 20k

इसलिए, यदि हम 10k मान को 20k तक बढ़ाते हैं, तो op-amp का लाभ -20 बार होगा।

हम प्रतिरोधों के अनुपात को बदलकर op-amp का लाभ बढ़ा सकते हैं, हालांकि, रिन या आर 2 के रूप में कम प्रतिरोध का उपयोग करना उचित नहीं है। चूंकि प्रतिरोध का निचला मान इनपुट प्रतिबाधा को कम करता है और इनपुट सिग्नल को लोड बनाता है। में सामान्य मामले हैं मूल्य 4.7k से 10k के लिए इनपुट बाधा के लिए प्रयोग किया जाता है ।

जब उच्च लाभ की आवश्यकता होती है और हमें इनपुट में उच्च प्रतिबाधा सुनिश्चित करनी चाहिए, तो हमें प्रतिक्रिया प्रतिरोधों के मूल्य में वृद्धि करनी चाहिए। लेकिन आरएफ में बहुत अधिक मूल्य वाले अवरोधक का उपयोग करना भी उचित नहीं है। उच्च प्रतिक्रिया रोकनेवाला अस्थिर लाभ मार्जिन प्रदान करता है और सीमित बैंडविड्थ संबंधित संचालन के लिए एक व्यवहार्य विकल्प नहीं हो सकता है। फीडबैक रोकनेवाला में विशिष्ट मूल्य 100k या उससे थोड़ा अधिक होता है ।

हमें उच्च लाभ पर विश्वसनीय संचालन के लिए ऑप-एम्प सर्किट की बैंडविड्थ की जांच करने की भी आवश्यकता है।

एम्पलिंग एम्पलीफायर या ओपी एम्प एड्डर सर्किट

एक inverting सेशन- amp का उपयोग विभिन्न स्थानों जैसे Op amp Summing Amplifier में किया जा सकता है । ऑप-एम्प-इनवर्टिंग का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग एम्पलीफायर या वर्चुअल अर्थ मिक्सर है।

ऊपर की छवि में, एक आभासी पृथ्वी मिक्सर या समरूप एम्पलीफायर दिखाया गया है जहां एक उलटा ऑप-एम्प कई अलग-अलग संकेतों को मिलाकर असतत टर्मिनल है। एक इनवर्टिंग एम्पलीफायरों इनपुट वास्तव में पृथ्वी की क्षमता पर है जो ऑडियो मिक्सिंग संबंधित कार्य में एक उत्कृष्ट मिक्सर संबंधित अनुप्रयोग प्रदान करता है।

जैसा कि हम देख सकते हैं कि विभिन्न संकेतों को अलग-अलग इनपुट रेसिस्टर्स का उपयोग करके नकारात्मक टर्मिनल में जोड़ा जाता है। विभिन्न सिग्नल इनपुटों की संख्या में कोई सीमा नहीं जोड़ी जा सकती है। प्रत्येक अलग सिग्नल पोर्ट का लाभ फीडबैक रेसिस्टर R2 के अनुपात और विशेष चैनल के इनपुट रेसिस्टर द्वारा निर्धारित किया जाता है।

विभिन्न ऑप-एम्प आधारित सर्किटों का पालन करके op-amp के अनुप्रयोगों के बारे में अधिक जानें। इस इनवर्टरिंग ऑप-एम्पी कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग विभिन्न फ़िल्टरों में भी किया जाता है जैसे कि सक्रिय कम पास या सक्रिय उच्च पास फ़िल्टर।

ट्रांस-प्रतिबाधा एम्पलीफायर सर्किट

एम्प amp inverting एम्पलीफायर का एक अन्य उपयोग एम्पलीफायर को ट्रांस-इम्पीडेंस एम्पलीफायर के रूप में उपयोग कर रहा है।

इस तरह के सर्किट में, op-amp बहुत कम इनपुट करंट को संबंधित आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित करता है। तो, एक ट्रांस-इम्पीडेंस एम्पलीफायर करंट को वोल्टेज में परिवर्तित करता है ।

यह Photodiode, Accelerometer, या अन्य सेंसरों से करंट को परिवर्तित कर सकता है जो कम करंट का उत्पादन करता है और ट्रांस-इम्पीडेंस एम्पलीफायर का उपयोग करके करंट को वोल्टेज में परिवर्तित किया जा सकता है।

उपरोक्त छवि में, एक उलटा ऑप-एम्प ट्रांस-इम्पीडेंस एम्पलीफायर बनाने के लिए उपयोग किया जाता है जो फोटो-डायोड से प्राप्त करंट को एक वोल्टेज में परिवर्तित करता है। एम्पलीफायर फोटोडायोड भर में कम प्रतिबाधा प्रदान करता है और ऑप-एम्प आउटपुट वोल्टेज से अलगाव पैदा करता है।

उपरोक्त सर्किट में, केवल एक प्रतिक्रिया अवरोधक का उपयोग किया जाता है। R1 उच्च मूल्य प्रतिक्रिया अवरोधक है। हम इस R1 रेसिस्टर के मान को बदलकर लाभ प्राप्त कर सकते हैं। ऑप-एएमपी का उच्च लाभ एक स्थिर स्थिति का उपयोग करता है जहां अवरोधक आर 1 के माध्यम से फोटोडायोड वर्तमान प्रतिक्रिया के बराबर है।

जैसा कि हम फोटो-डायोड में कोई बाहरी पूर्वाग्रह प्रदान नहीं करते हैं, फोटोडायोड का इनपुट ऑफसेट वोल्टेज बहुत कम है, जो बिना किसी आउटपुट ऑफसेट वोल्टेज के बड़े वोल्टेज लाभ का उत्पादन करते हैं। फोटो-डायोड का वर्तमान उच्च आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तित हो जाएगा।

ऑवर-ऑप-इनवर्टिंग के अन्य अनुप्रयोग हैं -

1. फेज शिफ्टर
2. जोड़नेवाला
3. सिग्नल में संबंधित कार्यों को संतुलित करना
4. रैखिक आरएफ मिक्सर
5. आउटपुट के लिए विभिन्न सेंसर ऑवर-एम्पिंग का उपयोग करते हैं।