प्रोग्रामयोग्य लाभ एम्पलीफायर का उपयोग करते हुए मस्जिद और ट्रांजिस्टर

माप उद्योग में, एक बहुत ही महत्वपूर्ण कार्यात्मक ब्लॉक एक प्रोग्राम योग्य लाभ एम्पलीफायर (पीजीए) है । यदि आप एक इलेक्ट्रॉनिक उत्साही या एक कॉलेज के छात्र हैं, तो आपने शायद एक मल्टीमीटर या आस्टसीलस्कप को बहुत ही छोटे वोल्टेज को बहुत पहले से मापते हुए देखा होगा क्योंकि सर्किट में एक शक्तिशाली एडीसी के साथ एक अंतर्निहित पीजीए है जो सटीक माप प्रक्रिया में मदद करता है।

आजकल, शेल्फ से पीजीए एम्पलीफायर एक ऑप-एम्प आधारित, एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर उपयोगकर्ता-प्रोग्राम योग्य लाभ कारक प्रदान करता है। इस प्रकार के डिवाइस में बहुत उच्च इनपुट प्रतिबाधा, विस्तृत बैंडविड्थ और आईसी में निर्मित एक चयन योग्य इनपुट वोल्टेज संदर्भ होता है। लेकिन ये सभी सुविधाएं एक लागत के साथ आती हैं, और मेरे लिए, यह एक जेनेरिक एप्लिकेशन के लिए एक चिप के महंगा खर्च करने लायक नहीं है।

इसलिए इन स्थितियों को दूर करने के लिए, मैं एक ऑप-एम्प, MOSFET, और Arduino से मिलकर एक व्यवस्था के साथ आया हूं, जिसके माध्यम से मैं op-amp के लाभ को प्रोग्रामेटिक रूप से बदलने में सक्षम था। इसलिए, इस ट्यूटोरियल में, मैं आपको दिखाने जा रहा हूँ कि LM358 op-amp और MOSFETS के साथ अपने खुद के प्रोग्राम योग्य एम्पलीफायर का निर्माण कैसे करें , और मैं परीक्षण के साथ-साथ सर्किट के कुछ पेशेवरों और विपक्षों के बारे में चर्चा करूंगा।

Op-Amp की मूल बातें

इस सर्किट के काम को समझने के लिए, यह जानना बहुत महत्वपूर्ण है कि एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर कैसे काम करता है। इस op-amp परीक्षक सर्किट का पालन करके Op-amp के बारे में अधिक जानें।

उपरोक्त आकृति में, आप एक परिचालन-प्रवर्धक देख सकते हैं। एम्पलीफायर का मूल काम एक इनपुट सिग्नल को बढ़ाना है, प्रवर्धन के साथ-साथ, ऑप-एम्पी योग, विभेदक, एकीकृत आदि जैसे विभिन्न ऑपरेशन भी कर सकता है। यहाँ पर एम्पलीफायर और विभेदक एम्पलीफायर के बारे में अधिक जानें।

Op-amp में केवल तीन टर्मिनल हैं। (+) साइन वाले टर्मिनल को नॉन-इनवर्टिंग इनपुट कहा जाता है, और (-) साइन वाले टर्मिनल को इनवर्टिंग इनपुट कहा जाता है। इन दो टर्मिनलों के अलावा, तीसरा टर्मिनल आउटपुट टर्मिनल है।

एक सेशन-एम्पी केवल दो नियमों का पालन करता है

कोई वर्तमान प्रवाह ऑप-एम्पी इनपुट से बाहर या बाहर नहीं निकलता है।
ऑप-एम्प उसी वोल्टेज स्तरों पर इनपुट रखने की कोशिश करता है।

तो उन दो नियमों को मंजूरी दे दी है, हम नीचे सर्किट का विश्लेषण कर सकते हैं। साथ ही, विभिन्न Op-amp आधारित सर्किटों के माध्यम से जाकर Op-amp के बारे में अधिक जानें।

प्रोग्रामेबल गेन एम्पलीफायर वर्किंग

उपरोक्त आंकड़ा आपको मेरे क्रूड पीजीए एम्पलीफायर की सर्किट व्यवस्था के बारे में एक मूल विचार देता है। इस सर्किट में, ऑप-एम्प को एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है, और जैसा कि हम सभी एक गैर-इनवर्टिंग सर्किट व्यवस्था के साथ जानते हैं, हम प्रतिक्रिया रोकनेवाला या इनपुट रोकनेवाला को बदलकर ऑप-एम्प का लाभ बदल सकते हैं, जैसा कि आप उपरोक्त सर्किट व्यवस्था से देख सकते हैं, मुझे सिर्फ op-amp का लाभ बदलने के लिए एक समय में MOSFETs को स्विच करना होगा।

परीक्षण अनुभाग में, मैंने सिर्फ इतना किया कि मैंने एक समय में MOSFETs को स्विच किया और व्यावहारिक मूल्यों के साथ मापा मूल्यों की तुलना की, और आप नीचे दिए गए "सर्किट का परीक्षण" अनुभाग में परिणाम देख सकते हैं।

अवयव आवश्यक

अरुडिनो नैनो - 1
LM358 आईसी - 1
LM7805 नियामक - 1
BC548 जेनेरिक NPN ट्रांजिस्टर - 2
BS170 जेनेरिक एन-चैनल MOSFET - 2
200K रेसिस्टर - 1
50 के रेसिस्टर - 2
24K रेसिस्टर - 2
6.8K रोकनेवाला - 1
1 के रेसिस्टर - 4
4.7K रोकनेवाला - 1
220 आर, 1% रेसिस्टर - 1
स्पर्शक स्विच जेनेरिक - 1
एम्बर एलईडी 3 मिमी - 2
ब्रेड बोर्ड जेनेरिक - 1
जम्पर वायर्स जेनेरिक - 10
बिजली की आपूर्ति ± 12V - 1

योजनाबद्ध आरेख

प्रोग्राम गेन एम्पलीफायर के प्रदर्शन के लिए, सर्किट को योजनाबद्ध की मदद से सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड पर बनाया गया है; आंतरिक परजीवी प्रेरण और ब्रेडबोर्ड के समाई को कम करने के लिए, सभी घटकों को यथासंभव बंद रखा गया है।

और अगर आप सोच रहे हैं कि मेरे ब्रेडबोर्ड में तारों का एक समूह क्यों है? आपको बता दें कि यह एक अच्छा ग्राउंड कनेक्शन बनाने के लिए है क्योंकि ब्रेडबोर्ड में आंतरिक ग्राउंड कनेक्शन बहुत खराब हैं।

यहां सर्किट में ऑप-एम्प को नॉन- इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है और 7805 वोल्टेज नियामक से इनपुट वोल्टेज 4.99 वी है।

रोकनेवाला R6 के लिए मापा मूल्य 6.75K है और R7 220.8R है। ये दो प्रतिरोधक एक वोल्टेज विभक्त बनाते हैं जिसका उपयोग ऑप-एम्प के लिए इनपुट परीक्षण वोल्टेज उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। प्रतिरोधों R8 और R9 ट्रांजिस्टर T3 और T4 के इनपुट आधार वर्तमान सीमित करने के लिए उपयोग किया जाता है। प्रतिरोधों R10 और R11 अन्यथा, यह सर्किट में दोलन पैदा कर सकता है, MOSFETs T1 और टी 2 की स्विचिंग गति को सीमित करने के लिए उपयोग किया जाता।

इस ब्लॉग में, मैं आपको BJT के बजाय MOSFET का उपयोग करने का कारण बताना चाहता हूं, इसलिए सर्किट व्यवस्था।

पीजीए के लिए Arduino कोड

यहाँ Arduino Nano का उपयोग ट्रांजिस्टर के आधार और MOSFETs के गेट को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, और एक मल्टीमीटर का उपयोग वोल्टेज के स्तर को दिखाने के लिए किया जाता है क्योंकि Arduino का अंतर्निहित ADC बहुत कम काम करता है, जब यह कम मापने के लिए आता है वोल्टेज का स्तर।

इस परियोजना के लिए पूरा Arduino कोड नीचे दिया गया है । जैसा कि यह एक बहुत ही सरल Arduino कोड है हमें किसी भी लाइब्रेरी को शामिल करने की आवश्यकता नहीं है। लेकिन हमें कुछ स्थिरांक और इनपुट पिन को परिभाषित करने की आवश्यकता है जैसा कि कोड में दिखाया गया है।

शून्य सेटअप () मुख्य कार्यात्मक ब्लॉक जहां पढ़ने और सभी इनपुट और आउटपुट के लिए लिखने आपरेशन आवश्यकता के अनुसार प्रदर्शन कर रहे हैं है।

#define BS170_WITH_50K_PIN 9 #define BS170_WITH_24K_PIN 8 #define BC548_WITH_24K_PIN 7 #define BC548_WITH_50K_PIN 6 #define BUTTON_PIN 5 #define LED_PIN1 2 #define LED_PIN2 3 #define PRESSED_CONFIDENCE_LEVEL 5000 पूर्णांक button_is_pressed = 0; int debounce_counter = 0; शून्य सेटअप () {pinMode (BS170_WITH_50K_PIN, OUTPUT); पिनमोड (BS170_WITH_24K_PIN, OUTPUT); पिनमोड (BC548_WITH_24K_PIN, OUTPUT); पिनमोड (BC548_WITH_50K_PIN, OUTPUT); पिनमोड (LED_PIN1, OUTPUT); पिनमोड (LED_PIN2, OUTPUT); पिनमोड (BUTTON_PIN, INPUT); } शून्य लूप () {बूल वैल = digitalRead (BUTTON_PIN); // इनपुट मूल्य पढ़ें अगर (वैल == कम) {debounce_counter ++; if (debounce_counter> PRESSED_CONFIDENCE_LEVEL) {debounce_counter = 0; button_is_pressed ++; } अगर (button_is_pressed == 0) {digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, HIGH); digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, LOW);digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, LOW); digitalWrite (LED_PIN2, LOW); } अगर (button_is_pressed == 2) {digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, HIGH); digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, LOW); digitalWrite (LED_PIN2, HIGH); } अगर (button_is_pressed == 3) {digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, HIGH); digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, HIGH); digitalWrite (LED_PIN2, HIGH); } अगर (button_is_pressed == 1) {digitalWrite (BC548_WITH_50K_PIN, HIGH); digitalWrite (BS170_WITH_50K_PIN, LOW); digitalWrite (BS170_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (BC548_WITH_24K_PIN, LOW); digitalWrite (LED_PIN1, HIGH);digitalWrite (LED_PIN2, LOW); } अगर (button_is_pressed> = 4) {button_is_pressed = 0; }}}

प्रोग्राम योग्य लाभ एम्पलीफायर के लिए गणना

पीजीए एम्पलीफायर सर्किट के लिए मापा मूल्यों को नीचे दिखाया गया है।

Vin = 4.99V R7 = 220.8 = R6 = 6.82 K5 R5 = 199.5K R4 = 50.45K R3 = 23.99K R2 = 23.98K R1 = 50.5K

ध्यान दें! रोकनेवाला के मापा मूल्यों को दिखाया गया है क्योंकि मापा प्रतिरोधक मूल्यों के साथ हम सैद्धांतिक मूल्यों और व्यावहारिक मूल्यों की तुलना कर सकते हैं।

अब वोल्टेज विभक्त कैलकुलेटर से गणना नीचे दिखाई गई है,

वोल्टेज विभक्त का आउटपुट 0.1564 वी है

4 प्रतिरोधों के लिए गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के लाभ की गणना

V1 जब R1 चयनित अवरोधक है

Vout = (1+ (199.5 / 50.5)) * 0.1564 = 0.77425V

जब R2 चयनित अवरोधक है, तो मतदान करें

Vout = (1+ (199.5 / 23.98)) * 0.1564 = 1.45755V

V3 जब R3 चयनित अवरोधक है

वाउट = (१+ (१ ९९.५ / २३.९९)) * ०.१५६४ = १.४५V०१ वी

R4 चयनित अवरोधक है जब Vout

Vout = (1+ (199.5 / 50.45)) * 0.1564 = 0.77486V

मैंने सैद्धांतिक और व्यावहारिक मूल्यों की यथासंभव तुलना करने के लिए वह सब किया।

सभी गणनाओं के साथ, हम परीक्षण अनुभाग पर आगे बढ़ सकते हैं।

प्रोग्राम गेन एम्पलीफायर सर्किट का परीक्षण

उपरोक्त छवि आपको MOSFET T1 चालू होने पर आउटपुट वोल्टेज दिखाती है, इसलिए वर्तमान को रोकनेवाला R1 के माध्यम से बह रहा है ।

जब ट्रांजिस्टर T4 चालू होता है, तो उपरोक्त छवि आपको आउटपुट वोल्टेज दिखाती है, इसलिए वर्तमान में Resistor R4 के माध्यम से प्रवाहित होता है ।

उपरोक्त छवि आपको MOSFET T2 चालू होने पर आउटपुट वोल्टेज दिखाती है, इसलिए वर्तमान में Resistor R2 चल रहा है।

जब ट्रांजिस्टर T3 चालू होता है, तो उपरोक्त छवि आपको आउटपुट वोल्टेज दिखाती है, इसलिए वर्तमान में Resistor R3 के माध्यम से प्रवाह होता है ।

जैसा कि आप योजनाबद्ध से देख सकते हैं कि T1, T2 MOSFETs हैं, और T3, T4 ट्रांजिस्टर हैं । इसलिए जब MOSFETs का उपयोग किया जाता है, तो त्रुटि 1 से 5 mV श्रेणी में होती है लेकिन जब ट्रांजिस्टर को स्विच के रूप में उपयोग किया जाता है तो हमें 10 से 50 mV श्रेणी में त्रुटि मिल रही है।

उपरोक्त परिणामों के साथ, यह स्पष्ट है कि इस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए MOSFET गोटो समाधान है, और ऑप-एम्प की ऑफसेट त्रुटि के कारण सैद्धांतिक और व्यावहारिक में त्रुटियां हो सकती हैं।

ध्यान दें! कृपया ध्यान दें कि मैंने केवल परीक्षण के लिए दो एलईडी जोड़े हैं और आप उन्हें वास्तविक योजनाबद्ध में नहीं ढूंढ सकते हैं, यह बाइनरी कोड दिखाता है कि कौन सा पिन सक्रिय है

प्रोग्रामेबल गेन एम्पलीफायर के पेशेवरों और विपक्ष

चूंकि यह सर्किट सस्ता, आसान और सरल है, इसलिए इसे कई अलग-अलग अनुप्रयोगों में लागू किया जा सकता है।

यहाँ MOSFET का उपयोग एक अवरोधक के रूप में किया जाता है, ताकि यह अवरोधक के माध्यम से सभी करंटों को जमीन पर ला सके, इसीलिए तापमान का प्रभाव निश्चित नहीं है, और अपने सीमित औजारों और परीक्षण उपकरणों के साथ, मैं आपको अलग-अलग तापमान के प्रभावों को दिखाने में सक्षम नहीं था सर्किट।

MOSFETs के साथ BJT का उपयोग करने का उद्देश्य है क्योंकि मैं आपको दिखाना चाहता हूं कि इस तरह के आवेदन के लिए BJT कितना खराब हो सकता है ।

प्रतिक्रिया प्रतिरोधों और इनपुट प्रतिरोधों का मान K, श्रेणी में होना चाहिए, ऐसा इसलिए है क्योंकि कम अवरोधक मानों के साथ, MOSFET के माध्यम से अधिक प्रवाह होगा, इस प्रकार MOSFET में अधिक वोल्टेज अप्रत्याशित परिणाम देगा।

आगे की वृद्धि

सर्किट को इसके प्रदर्शन में सुधार करने के लिए आगे संशोधित किया जा सकता है जैसे हम उच्च आवृत्ति शोर को अस्वीकार करने के लिए फ़िल्टर जोड़ सकते हैं।

चूंकि इस परीक्षण में LM358 जेली बीन सेशन- amp का उपयोग किया जाता है, इसलिए op-amp की ऑफसेट त्रुटियां आउटपुट वोल्टेज पर एक प्रमुख भूमिका निभा रही हैं। तो यह LM358 के बजाय एक इंस्ट्रूमेंटल एम्पलीफायर का उपयोग करके और बेहतर बनाया जा सकता है।

यह सर्किट केवल प्रदर्शन उद्देश्यों के लिए बनाया गया है। यदि आप एक व्यावहारिक अनुप्रयोग में इस सर्किट का उपयोग करने के बारे में सोच रहे हैं, तो आपको निरपेक्ष स्थिरता प्राप्त करने के लिए एक चॉपर प्रकार op-amp और उच्च परिशुद्धता 0.1 ओम अवरोधक का उपयोग करना होगा।

मुझे उम्मीद है कि आपको यह लेख पसंद आया होगा और इसमें से कुछ नया सीखा जाएगा। यदि आपको कोई संदेह है, तो आप नीचे टिप्पणी में पूछ सकते हैं या विस्तृत चर्चा के लिए हमारे मंचों का उपयोग कर सकते हैं।