ऑपरेशनल एम्पलीफायर्स (सबसे सरल उदाहरणों पर आधारित): भाग 1

इलेक्ट्रॉनिक्स कोर्स में कई महत्वपूर्ण विषय हैं। आज हम परिचालन एम्पलीफायरों से निपटने की कोशिश करेंगे।

चलो शुरू करो। एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर एक ऐसी "चीज़" है जो आपको हर तरह से एनालॉग सिग्नल के साथ काम करने की अनुमति देता है। सबसे सरल और सबसे बुनियादी हैं प्रवर्धन, कमजोर करना, जोड़ना, घटाना, और कई अन्य (उदाहरण के लिए, भेदभाव या लघुगणक)। परिचालन एम्पलीफायरों (बाद में इसे एम्प्स के रूप में संदर्भित) पर विशाल संचालन सकारात्मक और नकारात्मक प्रतिक्रियाओं का उपयोग करके किया जाता है।

इस लेख में हम ओएस के एक निश्चित "आदर्श" पर विचार करेंगे, क्योंकि एक विशिष्ट मॉडल पर स्विच करने का कोई मतलब नहीं है। आदर्श रूप से, यह समझा जाता है कि इनपुट प्रतिरोध अनंत तक चलेगा (इसलिए, इनपुट करंट शून्य हो जाएगा), और आउटपुट प्रतिरोध, इसके विपरीत शून्य होगा (इसका मतलब है कि लोड आउटपुट वोल्टेज को प्रभावित नहीं करना चाहिए)। इसके अलावा, किसी भी आदर्श ऑप-एम्प को किसी भी आवृत्ति के संकेतों को बढ़ाना चाहिए। खैर, और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि फीडबैक के अभाव में लाभ भी अनंत तक ही होना चाहिए।

बिंदु पर पहुँचो

सर्किट में परिचालन एम्पलीफायर अक्सर एक समभुज त्रिकोण द्वारा इंगित किया जाता है। बाईं ओर इनपुट हैं जो "-" और "+" द्वारा इंगित किए जाते हैं, दाईं ओर - आउटपुट। वोल्टेज को किसी भी इनपुट पर लागू किया जा सकता है, जिनमें से एक वोल्टेज की ध्रुवता को बदलता है (इसलिए इसे इनवर्टिंग कहा जाता था), दूसरा नहीं बदलता है (यह मानना ​​तर्कसंगत है कि इसे गैर-इनवर्टिंग कहा जाता है)। OA पोषण सबसे अधिक बार द्विध्रुवी होता है। आमतौर पर, सकारात्मक और नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज का एक ही अर्थ होता है (लेकिन अलग संकेत!)।

सरलतम मामले में, आप वोल्टेज स्रोतों को सीधे ऑप इनपुट्स से जोड़ सकते हैं। और फिर आउटपुट वोल्टेज की गणना सूत्र द्वारा की जाएगी:

जहाँ - नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज, - इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज, - आउटपुट वोल्टेज और - प्रतिक्रिया के बिना लाभ।

आइए प्रोटीन के दृष्टिकोण से आदर्श ऑप amp को देखें।



मैंने उसके साथ "खेलने" का प्रस्ताव रखा। नॉन-इनवर्टिंग इनपुट के लिए 1 V का वोल्टेज लागू किया गया था। 3V inverting पर। हम "आदर्श" सेशन- amp का उपयोग करते हैं। तो, हम प्राप्त करते हैं: । लेकिन यहाँ हमारे पास एक सीमक है, क्योंकि हम अपने आपूर्ति वोल्टेज के ऊपर संकेत को नहीं बढ़ा सकते। इस प्रकार, आउटपुट अभी भी -15 वी प्राप्त करेगा। परिणाम:



लाभ बदलें (इसलिए आप मुझ पर विश्वास करें)। वोल्टेज लाभ पैरामीटर दो के बराबर हो जाने दें। वही समस्या स्पष्ट रूप से हल हो गई है।

Inverting और गैर-inverting एम्पलीफायरों के उदाहरण के रूप में op-amps का वास्तविक अनुप्रयोग

इस तरह के दो बुनियादी नियम हैं:

I. परिचालन एम्पलीफायर का आउटपुट यह सुनिश्चित करता है कि अंतर वोल्टेज (inverting और गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज के बीच का अंतर) शून्य है।

द्वितीय। Op amp इनपुट वर्तमान का उपभोग नहीं करते हैं।

पहला नियम प्रतिक्रिया के माध्यम से लागू किया जाता है। यानी वोल्टेज को आउटपुट से इनपुट में इस तरह से प्रसारित किया जाता है कि संभावित अंतर शून्य के बराबर हो जाता है।

ये हैं, इसलिए बोलने के लिए, ऑप-एम्प के विषय में "पवित्र कैनन"।

और अब, अधिक विशेष रूप से। इनवर्टर एम्पलीफायर बिल्कुल इस तरह दिखता है (हम ध्यान देते हैं कि इनपुट कैसे स्थित हैं):



पहले "कैनन" के आधार पर हमें अनुपात मिलता है:

, और सूत्र के साथ थोड़ा "संयुग्मित" होने के कारण, हम अकशेरित op-amp के लाभ के लिए मान प्राप्त करते हैं:



उपरोक्त स्क्रीन को टिप्पणियों की आवश्यकता नहीं है। बस सब कुछ विकल्प और जाँच करें।



अगला कदम एक गैर -प्रवर्धक एम्पलीफायर है।

यहां सब कुछ उतना ही सरल है। वोल्टेज को सीधे गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर लागू किया जाता है। प्रतिक्रिया inverting इनपुट पर लागू होती है। इनवर्टिंग इनपुट में वोल्टेज होगा:

, लेकिन पहले नियम को लागू करते हुए, यह तर्क दिया जा सकता है कि



और फिर, उच्च गणित के क्षेत्र में "भव्य" ज्ञान हमें सूत्र पर आगे बढ़ने की अनुमति देता है:

मैं एक एग्ज़ॉस्टिव स्क्रीन दूंगा जिसे आप चाहें तो डबल-चेक कर सकते हैं:

दिलचस्प योजनाओं की एक जोड़ी

अंत में, मैं आपको कुछ दिलचस्प सर्किट प्रदान करूंगा ताकि आपको यह आभास न हो कि परिचालन प्रवर्धक केवल वोल्टेज को बढ़ा सकते हैं।



वोल्टेज अनुयायी (बफर एम्पलीफायर)। ऑपरेशन का सिद्धांत ट्रांजिस्टर रिपीटर के समान है। भारी शुल्क सर्किट में उपयोग किया जाता है। साथ ही, इसकी मदद से, बाधाओं के समन्वय के साथ समस्या को हल करना संभव है, अगर सर्किट में अवांछनीय वोल्टेज डिवाइडर हैं। यह योजना सरल है:





एम्प्लीफायर एम्पलीफायर। यदि आप कई संकेतों को जोड़ना (घटाना) करना चाहते हैं तो इसका उपयोग किया जा सकता है। स्पष्टता के लिए, एक आरेख (फिर से इनपुट के स्थान पर ध्यान दें):



इस तथ्य पर भी ध्यान दें कि R1 = R2 = R3 = R4, और R5 = R6। इस मामले में गणना सूत्र इस प्रकार होगा: (परिचित, सही?)

इस प्रकार, हम देखते हैं कि गैर-इनवर्टिंग इनपुट "अधिग्रहण" पर लागू होने वाले वोल्टेज मान एक प्लस चिह्न हैं। Inverting पर - शून्य से।

निष्कर्ष

परिचालन एम्पलीफायरों पर सर्किट बेहद विविध हैं। अधिक जटिल मामलों में, आप सक्रिय फिल्टर सर्किट, एडीसी और स्टोरेज सैंपलिंग डिवाइस, पावर एम्पलीफायरों, करंट से वोल्टेज कन्वर्टर्स और कई अन्य सर्किट का सामना कर सकते हैं।

सूत्रों की सूची

उन स्रोतों की एक छोटी सूची जो आपको ऑप-एम्प और सामान्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स दोनों में जल्दी से मास्टर करने में मदद करेंगे:

विकिपीडिया

पी। होरोविट्ज़, डब्ल्यू। हिल। "सर्किट की कला"

B. बेकर। "एक डिजिटल डेवलपर को एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में क्या जानना चाहिए"

इलेक्ट्रॉनिक्स पर व्याख्यान का सार (अधिमानतः, स्वयं)

UPD।: मुझे आमंत्रित करने के लिए धन्यवाद उफौ