ऑपरेशनल एम्पलीफायर इंटीग्रेटर सर्किट: निर्माण, कार्य और अनुप्रयोग

Op-amp या ऑपरेशनल एम्पलीफायर एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स की रीढ़ है और कई अनुप्रयोगों में से, जैसे Summing Amplifier, विभेदक एम्पलीफायर, इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर, Op-Amp को इंटीग्रेटर के रूप में भी इस्तेमाल किया जा सकता है जो एनालॉग से संबंधित एप्लिकेशन में एक बहुत ही उपयोगी सर्किट है।

सरल Op-Amp अनुप्रयोगों में, आउटपुट इनपुट आयाम के लिए आनुपातिक है। लेकिन जब op-amp को एक इंटीग्रेटर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है, तो इनपुट सिग्नल की अवधि भी मानी जाती है। इसलिए, एक ऑप-एम्प आधारित इंटीग्रेटर समय के संबंध में गणितीय एकीकरण कर सकता है। समकलक op-amp, जो सीधे इनपुट वोल्टेज का अभिन्न के लिए आनुपातिक है भर में एक आउटपुट वोल्टेज पैदा करता है; इसलिए आउटपुट समय की अवधि में इनपुट वोल्टेज पर निर्भर है।

ओप-एम्प इंटीग्रेटर सर्किट का निर्माण और कार्य

इलेक्ट्रॉनिक्स में Op-amp बहुत व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला घटक है और इसका उपयोग कई उपयोगी एम्पलीफायर सर्किट बनाने के लिए किया जाता है।

Op-amp का उपयोग करके सरल इंटीग्रेटर सर्किट के निर्माण के लिए दो निष्क्रिय घटकों और एक सक्रिय घटक की आवश्यकता होती है। दो निष्क्रिय घटक रोकनेवाला और संधारित्र हैं। रेसिस्टर और कैपेसिटर सक्रिय घटक Op-Amp के पार एक प्रथम-क्रम कम पास फ़िल्टर बनाते हैं। इंटीग्रेटर सर्किट Op-amp विभेदक सर्किट के बिल्कुल विपरीत है।

एक सरल Op-amp कॉन्फ़िगरेशन में दो प्रतिरोधक होते हैं, जो एक प्रतिक्रिया पथ बनाता है। इंटीग्रेटर एम्पलीफायर के मामले में, प्रतिक्रिया रोकनेवाला को एक संधारित्र के साथ बदल दिया जाता है।

उपरोक्त छवि में, तीन सरल घटकों के साथ एक मूल इंटीग्रेटर सर्किट दिखाया गया है। रोकनेवाला आर 1 और कैपेसिटर सी 1 एम्पलीफायर से जुड़ा हुआ है। एम्पलीफायर इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन में है।

Op-amp का लाभ अनंत है, इसलिए एम्पलीफायर का इनवर्टिंग इनपुट एक आभासी जमीन है। जब R1 के पार एक वोल्टेज लागू किया जाता है, तो संधारित्र के माध्यम से प्रवाह शुरू होता है क्योंकि संधारित्र में बहुत कम प्रतिरोध होता है। संधारित्र प्रतिक्रिया की स्थिति में जुड़ा हुआ है और संधारित्र का प्रतिरोध महत्वहीन है।

इस स्थिति में, यदि एम्पलीफायर लाभ अनुपात की गणना की जाती है, तो परिणाम एकता से कम होगा। इसका कारण यह है कि लाभ अनुपात, X _C / R ₁ बहुत छोटा है। व्यावहारिक रूप से, संधारित्र में प्लेटों के बीच बहुत कम प्रतिरोध होता है और जो भी मूल्य आर 1 रखता है, एक्स _सी / आर ₁ का आउटपुट परिणाम बहुत कम होगा।

संधारित्र इनपुट वोल्टेज द्वारा चार्ज करना शुरू कर देता है और उसी अनुपात में, संधारित्र प्रतिबाधा भी बढ़ने लगती है। चार्जिंग दर आरसी - आर 1 और सी 1 के समय स्थिर द्वारा निर्धारित की जाती है। Op-amp आभासी पृथ्वी अब बाधा उत्पन्न करती है और नकारात्मक प्रतिक्रिया इनपुट के दौरान आभासी पृथ्वी की स्थिति बनाए रखने के लिए op-amp में एक आउटपुट वोल्टेज उत्पन्न करेगी।

जब तक कैपेसिटर पूरी तरह से चार्ज नहीं हो जाता, तब तक Op-amp एक रैंप आउटपुट का उत्पादन करता है। संधारित्र का चार्ज आभासी पृथ्वी और नकारात्मक आउटपुट के बीच संभावित अंतर के प्रभाव से घटता है।

Op-amp इंटीग्रेटर सर्किट के आउटपुट वोल्टेज की गणना

ऊपर वर्णित पूरा तंत्र गणितीय गठन का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है।

आइए उपरोक्त छवि देखें। IR1 रोकनेवाला के माध्यम से बहने वाला वर्तमान है। G वर्चुअल ग्राउंड है। आईसी 1 संधारित्र के माध्यम से बहने वाला वर्तमान है।

यदि किरचॉफ का वर्तमान कानून जंक्शन जी, जो एक आभासी जमीन है, पर लागू किया जाता है, तो iR1 इनवर्टिंग टर्मिनल (Op-amp-pin 2) में प्रवेश करने और समापक C1 से गुजरने का योग होगा।

iR ₁ = i _{टर्मिनल} + iC _{1 में प्रवेश करता है}

चूंकि op-amp एक आदर्श op-amp है और G नोड एक आभासी जमीन है, इसलिए कोई भी प्रवाह op-amp के inverting टर्मिनल से नहीं बह रहा है। इसलिए, मैं _{टर्मिनल inverting} = 0

iR ₁ = iC ₁

कैपेसिटर C1 में वोल्टेज-करंट संबंध होता है। सूत्र है -

I _C = C (dV _C / dt)

अब इस सूत्र को व्यावहारिक परिदृश्य में लागू करते हैं।

मूल इंटीग्रेटर सर्किट, जिसे पहले दिखाया गया है, में एक खामी है। कैपेसिटर डीसी को ब्लॉक करता है और इस वजह से, ओपी-एम्प सर्किट का डीसी लाभ अनंत हो जाता है। इसलिए, Op-amp इनपुट पर कोई भी डीसी वोल्टेज, Op-amp आउटपुट को संतृप्त करता है। इस समस्या को दूर करने के लिए, संधारित्र के साथ समानांतर में प्रतिरोध जोड़ा जा सकता है। रोकनेवाला सर्किट के डीसी लाभ को सीमित करता है।

इंटीग्रेटर कॉन्फ़िगरेशन में Op-Amp एक अलग प्रकार के बदलते इनपुट सिग्नल में अलग-अलग आउटपुट प्रदान करता है। एक इंटीग्रेटर एम्पलीफायर का आउटपुट व्यवहार साइन लहर इनपुट, वर्ग तरंग इनपुट या त्रिकोणीय तरंग इनपुट के प्रत्येक मामले में अलग है।

वर्ग तरंग इनपुट पर Op-amp इंटीग्रेटर व्यवहार

यदि इंटीग्रेटर एम्पलीफायर के इनपुट के रूप में वर्ग तरंग प्रदान की जाती है, तो उत्पादित आउटपुट त्रिकोणीय लहर या देखा दांत लहर होगा। ऐसे मामले में, सर्किट को रैंप जनरेटर कहा जाता है । वर्ग तरंग में, वोल्टेज का स्तर निम्न से उच्च या उच्च से निम्न में बदल जाता है, जिससे संधारित्र चार्ज या डिस्चार्ज हो जाता है।

वर्गाकार तरंग के सकारात्मक शिखर के दौरान, अवरोधक के माध्यम से प्रवाह शुरू होता है और अगले चरण में, संधारित्र के माध्यम से वर्तमान प्रवाह होता है। चूंकि op-amp के माध्यम से वर्तमान प्रवाह शून्य है, इसलिए संधारित्र चार्ज हो जाता है। वर्ग तरंग इनपुट के नकारात्मक शिखर के दौरान रिवर्स चीज होगी। उच्च आवृत्ति के लिए, संधारित्र को पूरी तरह से चार्ज करने के लिए बहुत कम समय मिलता है।

चार्ज और निर्वहन दर बाधा-संधारित्र संयोजन पर निर्भर करते हैं । सही एकीकरण के लिए, इनपुट स्क्वायर वेव की आवृत्ति या आवधिक समय को सर्किट समय स्थिरांक से कम होना चाहिए, जिसे इस रूप में संदर्भित किया जाता है: टी सीआर (टी <= सीआर) से कम या बराबर होना चाहिए।

वर्ग तरंग जनरेटर सर्किट का उपयोग वर्ग तरंगों के उत्पादन के लिए किया जा सकता है।

साइन-वेव इनपुट पर Op-amp इंटीग्रेटर व्यवहार

यदि ऑप-एम्प आधारित इंटीग्रेटर सर्किट में इनपुट एक साइन लहर है, तो इंटीग्रेटर कॉन्फ़िगरेशन में Op-amp पूरे आउटपुट में 90 डिग्री चरण आउट साइन लहर पैदा करता है। इसे कॉशन वेव कहा जाता है । इस स्थिति के दौरान, जब इनपुट साइन लहर होता है, तो इंटीग्रेटर सर्किट सक्रिय कम पास फिल्टर के रूप में कार्य करता है ।

जैसा कि पहले चर्चा की गई है, कि कम आवृत्ति या डीसी में, संधारित्र एक अवरुद्ध वर्तमान पैदा करता है जो अंततः प्रतिक्रिया और आउटपुट वोल्टेज को कम करता है। ऐसे मामले में, एक रोकनेवाला संधारित्र के साथ समानांतर में जुड़ा हुआ है। यह जोड़ा अवरोधक एक प्रतिक्रिया पथ प्रदान करता है।

उपरोक्त छवि में, संधारित्र सी 1 के साथ समानांतर में एक अतिरिक्त अवरोधक आर 2 जुड़ा हुआ है । आउटपुट साइन लहर चरण से 90 डिग्री बाहर है।

सर्किट की कोने की आवृत्ति होगी

एफसी = 1 / 2πCR2

और समग्र डीसी लाभ का उपयोग करके गणना की जा सकती है -

लाभ = -R2 / R1

इंटीग्रेटर इनपुट के लिए साइन वेव जेनरेट करने के लिए साइन वेव जनरेटर सर्किट का उपयोग किया जा सकता है।

त्रिकोणीय वेव इनपुट पर Op-amp इंटीग्रेटर व्यवहार

त्रिकोणीय तरंग इनपुट में, ऑप-एम्पी फिर से एक साइनसोइडल तरंग पैदा करता है। एम्पलीफायर एक कम पास फिल्टर के रूप में कार्य करता है, उच्च आवृत्ति वाले हार्मोनिक्स बहुत कम हो जाते हैं। आउटपुट साइन लहर में केवल कम-आवृत्ति हार्मोनिक्स होते हैं और आउटपुट कम आयाम के होते हैं।

Op-amp इंटीग्रेटर के अनुप्रयोग

1. इंटीग्रेटर इंस्ट्रूमेंटेशन का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है और इसका उपयोग रैम्प जनरेशन में किया जाता है।
2. फ़ंक्शन जनरेटर में, त्रिकोणीय लहर का उत्पादन करने के लिए इंटीग्रेटर सर्किट का उपयोग किया जाता है।
3. इंटीग्रेटर का उपयोग तरंग आकार देने वाले सर्किट में किया जाता है जैसे कि एक अलग तरह का चार्ज एम्पलीफायर।
4. इसका उपयोग एनालॉग कंप्यूटर में किया जाता है, जहां एनालॉग सर्किट का उपयोग करके एकीकरण की आवश्यकता होती है।
5. डिजिटल कनवर्टर के एनालॉग में इंटीग्रेटर सर्किट का भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
6. विभिन्न सेंसर भी उपयोगी आउटपुट को पुन: उत्पन्न करने के लिए एक इंटीग्रेटर का उपयोग करते हैं।