कई एनालॉग सर्किट परिचालन एम्पलीफायरों का उपयोग करते हैं।

एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर क्या है और यह कैसे काम करता है?

साइट पर इस लेख में, साइट बिल्कुल इसी पर चर्चा करेगी। डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स का अध्ययन करते समय, हम तार्किक तत्वों को किसी प्रकार के "ब्लैक बॉक्स", "वेडर" के रूप में देखने के आदी होते हैं, जिससे सर्किट बनते हैं। हम उनके गुणों को जानते हैं, लेकिन उनकी आंतरिक सामग्री के बारे में नहीं सोचते हैं।

वास्तव में, यह लंबे समय से स्वीकार किया गया है कि एक डिजिटल सर्किट में तर्क तत्व होते हैं, न कि ट्रांजिस्टर और डायोड के। यह रवैया परिचालन एम्पलीफायरों, एनालॉग प्रौद्योगिकी के ऐसे तत्वों के प्रति भी बना है।

एक ऑप-एम्प पर एक सर्किट डिजाइन करते समय या एक तैयार डिजाइन को इकट्ठा करते समय, हम एक परिचालन एम्पलीफायर (ऑप-एम्प) को ज्ञात गुणों के साथ "बॉक्स" के रूप में देखते हैं, और शायद ही कभी इसकी सामग्री के बारे में सोचते हैं। इसीलिए, ऑप-एम्प के साथ आरेखों पर, लंबे समय तक कोई भी ऑप-एम्प्स के आरेखों को स्वयं नहीं खींचता है, लेकिन केवल उनका ग्राफिक पदनाम (चित्र 1)।

यदि थ्योरी पर क्लिक करके प्रचालन प्रवर्धक का विस्तार से वर्णन किया जाए तो आपको अच्छी सामग्री प्राप्त होगी, यदि शोध प्रबंध के लिए नहीं तो इसके लिए थीसिसविश्वविद्यालय (हालांकि, एक साधारण ट्रांजिस्टर स्विच के मामले में)। हम एक और कार्य कर रहे हैं, यह समझने के लिए कि यह कैसे काम करता है और हम इससे क्या प्राप्त कर सकते हैं। यदि, हालांकि, किसी के पास पर्याप्त सिद्धांत नहीं है, तो आप विश्वविद्यालय की पाठ्यपुस्तकों की ओर रुख कर सकते हैं।

और इसलिए, परिचालन एम्पलीफायर

यह एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स का एक तत्व है, इसलिए हम इसका अध्ययन करेंगे। और "गिनी पिग" के रूप में हम आज सबसे आम "मॉडल" लेंगे - KRN0UD608 (चित्र 1)। KR140UD608 मामला कुछ डिजिटल माइक्रोक्रिकिट के 16-पिन मामले की तरह दिखता है जो आधे में टूटा हुआ है (चित्र 1)।

यह उदाहरण के लिए, K561IE10 से सिर्फ दो गुना छोटा है। प्रत्येक तरफ चार पिन हैं। कुंजी (बिंदु, अवकाश, नाली) पहले पिन के अंत में स्थित है। प्रत्येक ऑप amp में दो इनपुट और एक आउटपुट होता है। इनपुट बाइपोलर हैं, हमारे "खरगोश" में पिन 3 पर एक सीधा इनपुट है, और पिन 2 पर एक इनवर्स इनपुट (आउटपुट - पिन 6) है।

परिचालन एम्पलीफायर दूसरे के सापेक्ष अपने एक इनपुट पर लागू सिग्नल को बढ़ाता है, या यों कहें, यह पता चलता है कि इनपुट सिग्नल इसके इनपुट (या इसके इनपुट के बीच करंट) के बीच संभावित अंतर है। यह समझने के लिए कि यह व्यवहार में कैसा दिखता है, आप चित्र 2 में दिखाए गए सर्किट को इकट्ठा कर सकते हैं।

हम बैटरी के रूप में प्रत्येक 4.5 V की दो "फ्लैट" बैटरी का उपयोग करते हैं; उन्हें श्रृंखला में चालू करना, और मध्य (द्विध्रुवीय बिजली आपूर्ति) से निष्कर्ष निकालना। हम एक ही मल्टीमीटर के साथ वोल्टेज को नियंत्रित करेंगे, और दो मल्टीमीटर (जैसे एम -838 या अन्य) के साथ भी बेहतर।

और इसलिए, चित्रा 2 में सर्किट में, उलटा इनपुट (पिन 2) एक आम तार (शक्ति स्रोत के मध्य पिन के साथ) से जुड़ा हुआ है, और हम परिवर्तनीय प्रतिरोधी आर 1 से प्रत्यक्ष इनपुट (पिन 3) पर वोल्टेज लागू करते हैं। ) R1 को घुमाकर और op-amp के आउटपुट और R1 इंजन पर वोल्टेज को मापकर, आप समझ सकते हैं कि R1 को ऐसी स्थिति में सेट करना कि आउटपुट 0V बहुत मुश्किल (लगभग असंभव) है।

यदि R1 इंजन पर वोल्टेज 0V (उल्टे इनपुट पर वोल्टेज से थोड़ा अधिक) से थोड़ा अधिक है, तो आउटपुट लगभग +4V होगा, और यदि यह वोल्टेज 0V से थोड़ा कम है (सामान्य बिंदु के सापेक्ष नकारात्मक) शक्ति स्रोत), तो आउटपुट (-4V) होगा। अब मल्टीमीटर के ऋणात्मक तार के कनेक्शन बिंदु को बदलते हैं (चित्र 3)।

अब यह पता चला है कि यदि रोकनेवाला R1 इंजन पर वोल्टेज 4.5 V से थोड़ा अधिक है, तो आउटपुट लगभग 8.5V होगा, और यदि R1 इंजन पर वोल्टेज 4.5V से थोड़ा कम है, तो आउटपुट लगभग होगा 0.5 वी। इस प्रकार, हम डिजिटल तकनीक पर वापस लौट आए, यदि प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज व्युत्क्रम से अधिक है, तो आउटपुट एक तार्किक इकाई है, और यदि प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज व्युत्क्रम से कम है, तो आउटपुट है एक तार्किक शून्य (जैसे एनालॉग से डिजिटल एक कदम तक)।

अब, प्रयोग की शुद्धता के लिए, आप op-amp इनपुट के कनेक्शन को स्वैप कर सकते हैं, और सब कुछ फिर से जांच सकते हैं। ऊपर बताई गई निर्भरता की पुष्टि की जाएगी। इस प्रकार, यदि प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज अधिक है, तो यह आउटपुट पर भी अधिक है, और यदि उलटा इनपुट पर वोल्टेज अधिक है, तो यह आउटपुट पर कम है। यह प्रत्यक्ष और व्युत्क्रम इनपुट के बीच का अंतर है।

इस प्रकार एक एनालॉग तुलनित्र काम करता है, यह इसके इनपुट पर लागू विभिन्न वोल्टेज की तुलना करने का कार्य करता है। इस तरह के समावेश में (चित्र 2, चित्र 3), सेशन amp का लाभ अनंत (लगभग 30,000) तक जाता है। लेकिन एनालॉग सर्किट में काम करने के लिए, आमतौर पर एक तुलनित्र की आवश्यकता नहीं होती है, बल्कि एक एम्पलीफायर होता है, और यह आवश्यक है कि इस एम्पलीफायर का लाभ "स्वाद के लिए" सेट किया जा सके।

परिचालन एम्पलीफायर के लिए एक तुलनित्र बनने के लिए, इसके आउटपुट और व्युत्क्रम इनपुट के बीच नकारात्मक प्रतिक्रिया पेश करना आवश्यक है। तो चलिए करते हैं, इनवर्टेड इनपुट को पावर सोर्स के कॉमन वायर से डिस्कनेक्ट करें और इसे आउटपुट से कनेक्ट करें (चित्र 4)।

अब बड़ी बढ़त का कोई नामोनिशान नहीं है। अंजीर में सर्किट में लाभ। 4 1 के बराबर है। यानी आउटपुट वोल्टेज उसी तरह बदलता है जैसे डायरेक्ट इनपुट पर वोल्टेज बदलता है। op-amp केवल इनपुट सिग्नल को दोहराता है और इसे वोल्टेज द्वारा नहीं बढ़ाता है। बात यह है कि OOS एक सौ प्रतिशत है।

किसी भी वांछित लाभ को सेट करने में सक्षम होने के लिए, आपको चित्रा 5 (या चित्रा 6) में दिखाए गए सर्किट के अनुसार सेशन amp चालू करना होगा। और लाभ को इसके इंजन के स्थान के सापेक्ष चर रोकनेवाला R3 (चित्र 5, चित्र 6) के बाएँ और दाएँ (आरेख के अनुसार) भागों के अनुपात से निर्धारित किया जाएगा। अर्थात्, चित्र 5 के लिए op amp का लाभ बराबर होगा:

केयू \u003d 1 * (R3np / R3n)
चित्र 6 के लिए:
केयू \u003d - (R3np / R3n)
जहाँ R3np, R3 के दायीं ओर का प्रतिरोध है, और R3n, R3 के बाईं ओर का प्रतिरोध है।

अंजीर के अनुसार एम्पलीफायर का इनपुट प्रतिबाधा। 6 R3n के बराबर होगा।
अंजीर के अनुसार एम्पलीफायर का इनपुट प्रतिबाधा। 5 मुख्य रूप से op-amp के प्रत्यक्ष इनपुट के इनपुट प्रतिबाधा द्वारा निर्धारित किया जाता है। और इसलिए, किसी भी परिचालन एम्पलीफायर पर स्विच करने के लिए दो विशिष्ट सर्किट, चित्र 7।

इन सर्किटों को जमीन पर लागू डीसी इनपुट वोल्टेज के साथ संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, हालांकि निश्चित रूप से वे एसी इनपुट वोल्टेज के साथ काम करेंगे जब तक कि इसमें डीसी घटक न हो।

यदि वैकल्पिक इनपुट वोल्टेज में एक निरंतर घटक होता है (उदाहरण के लिए, इसे प्रारंभिक प्रवर्धन चरण के ट्रांजिस्टर के कलेक्टर से लिया जाता है), तो इसे इनपुट पर अलगाव संधारित्र को चालू करके हटाया जाना चाहिए (चित्र 8)।

आंकड़े 7 और 8 में दिखाए गए सर्किट का एक महत्वपूर्ण नुकसान द्विध्रुवी बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता है। एक ध्रुवीय स्रोत से op-amp को शक्ति देने के लिए, आपको इसे थोड़ा "धोखा" देने की आवश्यकता है, ऐसा सर्किट बनाएं जिसमें आपूर्ति वोल्टेज के आधे के बराबर कुछ निरंतर वोल्टेज हो, और इसके इनपुट को इस वोल्टेज से कनेक्ट करें, जैसे कि एक आम बिजली के तार के लिए। यदि आपको केवल वैकल्पिक वोल्टेज को बढ़ाना है, तो ऐसा "धोखा" पूरी तरह से गुजरता है।

चित्रा 9 एक एकल आपूर्ति के साथ काम कर रहे एक सेशन amp के आधार पर एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर का आरेख दिखाता है। प्रतिरोधों R3 और R4 का प्रतिरोध समान है, और उनके कनेक्शन बिंदु पर वोल्टेज आपूर्ति वोल्टेज के आधे के बराबर होगा। हम इस बिंदु को op-amp के प्रत्यक्ष इनपुट से जोड़ते हैं, और कैपेसिटर C2 इस सर्किट में होने वाले विभिन्न हस्तक्षेपों को दबा देता है।

यदि हमें एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर की आवश्यकता है, तो सर्किट चित्र 10 में होगा। इस मामले में, इनपुट प्रतिरोध प्रत्येक प्रतिरोधक R3 और R4 के प्रतिरोध के लगभग बराबर होगा।
संधारित्र C2 विभाजक के रूप में कार्य करता है। यह प्रत्यावर्ती धारा से गुजरता है, और OOS प्रतिरोधों R1 और R2 पर निर्भर करता है। वांछित एसी लाभ सेट करके एसी चालू करें।

प्रत्यक्ष धारा के लिए, R1 अनुपस्थित लगता है, और उलटा इनपुट R2 के माध्यम से आउटपुट से जुड़ा है, इसलिए, DC फीडबैक की गहराई लगभग 100% है, और इसलिए, ऐसे सर्किट का DC लाभ 1 है। इसे चाहिए ध्यान दें कि अंजीर में सर्किट में। 9 और 10, लाभ न केवल R1 और R2 के अनुपात पर निर्भर करता है, बल्कि C2 (छवि 10) के बाद से अलगाव संधारित्र (छवि 9 के लिए C1, चित्र 10 के लिए C2) के समाई पर भी निर्भर करता है।

एक प्रतिक्रिया है जो प्रतिरोध R1 तक जोड़ती है, जिससे कि लाभ इनपुट सिग्नल की आवृत्ति पर निर्भर करेगा, इसके बढ़ने के साथ बढ़ेगा और इसके घटने के साथ घटेगा। तुलनित्र एकध्रुवीय भी हो सकता है (चित्र 11)।

प्रयोगों के लिए, परिचालन एम्पलीफायर KR140UD608 के अलावा, आप अन्य op-amps का उपयोग कर सकते हैं, चित्र 12 अन्य लोकप्रिय op-amps के पिनआउट दिखाता है। एक शक्ति स्रोत के रूप में, आप प्रत्येक 4.5 V की दो "बैटरी" का उपयोग कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, 312S। 3R12. परिवर्तनीय प्रतिरोधक 100 किलो ओम से 1 मेगाहम तक हो सकते हैं।

दस हजार मील की यात्रा पहले कदम से शुरू होती है।
(चीनी कहावत)

शाम का समय था, करने के लिए कुछ नहीं था ... और इसलिए अचानक मैं कुछ मिलाप करना चाहता था। सॉर्ट करें ... इलेक्ट्रॉनिक! .. सोल्डर - सो सोल्डर। कंप्यूटर उपलब्ध है, इंटरनेट जुड़ा हुआ है। हम एक योजना चुनते हैं। और अचानक यह पता चला कि कल्पित विषय के लिए योजनाएं एक वैगन और एक छोटी गाड़ी हैं। और हर कोई अलग है। कोई अनुभव नहीं, थोड़ा ज्ञान। कौन सा चुनना है? उनमें से कुछ में कुछ प्रकार के आयत, त्रिभुज होते हैं। एम्पलीफायर, और यहां तक ​​​​कि परिचालन वाले ... वे कैसे काम करते हैं यह स्पष्ट नहीं है। Stra-a-ashno! .. क्या होगा अगर यह जल जाए? परिचित ट्रांजिस्टर पर हम चुनते हैं कि क्या आसान है! चुना, मिलाप, चालू ... मदद !!! काम नहीं करता!!! क्यों?

हाँ, क्योंकि "सरलता चोरी से भी बदतर है"! यह एक कंप्यूटर की तरह है: सबसे तेज और सबसे परिष्कृत - गेमिंग! और कार्यालय के काम के लिए, सबसे सरल काफी है। ट्रांजिस्टर के साथ भी ऐसा ही है। उन पर एक सर्किट टांका लगाना पर्याप्त नहीं है। आपको अभी भी यह जानने की जरूरत है कि इसे कैसे सेट किया जाए। बहुत सारे "नुकसान" और "रेक"। और इसके लिए अक्सर अनुभव की आवश्यकता होती है जो किसी भी तरह से प्रवेश स्तर नहीं है। तो क्या, एक रोमांचक गतिविधि को छोड़ दें? किसी भी तरह से नहीं! बस इन "त्रिकोण-आयत" से डरो मत। यह पता चला है कि कई मामलों में व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर की तुलना में उनके साथ काम करना बहुत आसान है। यदि आप जानते हैं - कैसे!

यहां हम हैं: यह समझना कि एक परिचालन एम्पलीफायर (op-amp, या अंग्रेजी में OpAmp) कैसे काम करता है, अब हम इससे निपटेंगे। उसी समय, हम उनके काम पर शाब्दिक रूप से "उंगलियों पर" विचार करेंगे, व्यावहारिक रूप से बिना किसी सूत्र का उपयोग किए, सिवाय शायद, ओम के दादाजी के नियम को छोड़कर: "एक सर्किट खंड के माध्यम से वर्तमान ( मैं) इसके पार वोल्टेज के सीधे आनुपातिक है ( यू) और इसके प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती ( आर)»:
मैं = यू/आर. (1)

शुरू करने के लिए, सिद्धांत रूप में, यह इतना महत्वपूर्ण नहीं है कि ऑप-एम्प को अंदर कैसे व्यवस्थित किया जाता है। आइए बस एक धारणा के रूप में लें कि यह एक "ब्लैक बॉक्स" है जिसमें कुछ स्टफिंग है। इस स्तर पर, हम op-amp के ऐसे मापदंडों को "पूर्वाग्रह वोल्टेज", "शिफ्ट वोल्टेज", "तापमान बहाव", "शोर विशेषताओं", "सामान्य-मोड दमन गुणांक", "आपूर्ति वोल्टेज तरंग दमन गुणांक" के रूप में नहीं मानेंगे। "", "बैंडविड्थ" आदि। ये सभी पैरामीटर इसके अध्ययन के अगले चरण में महत्वपूर्ण होंगे, जब इसके काम के मूल सिद्धांत सिर में "बस जाते हैं", क्योंकि "यह कागज पर चिकना था, लेकिन खड्डों के बारे में भूल गया" ...

अभी के लिए, आइए मान लें कि op-amp के पैरामीटर आदर्श के करीब हैं और केवल इस पर विचार करें कि इसके इनपुट पर कुछ सिग्नल लागू होने पर इसके आउटपुट पर कौन सा सिग्नल होगा।

तो, ऑपरेशनल एम्पलीफायर (op-amp) दो इनपुट (इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग) और एक आउटपुट के साथ एक डीसी डिफरेंशियल एम्पलीफायर है। उनके अलावा, op-amp में पावर लीड होती है: सकारात्मक और नकारात्मक। ये पांच निष्कर्ष में पाए जाते हैं लगभगकोई भी ओएस और इसके संचालन के लिए मौलिक रूप से आवश्यक हैं।

op-amp का बहुत बड़ा लाभ है, कम से कम 50,000 ... 100,000, लेकिन वास्तव में - बहुत अधिक। इसलिए, पहले सन्निकटन के रूप में, हम यह भी मान सकते हैं कि यह अनंत के बराबर है।

शब्द "डिफरेंशियल" ("भिन्न" का अंग्रेजी से "अंतर", "अंतर", "अंतर" के रूप में अनुवाद किया गया है) का अर्थ है कि op-amp की आउटपुट क्षमता विशेष रूप से इसके इनपुट के बीच संभावित अंतर से प्रभावित होती है, ध्यान दिए बगैरउनके यहाँ से शुद्धअर्थ और ध्रुवीयता।

"DC" शब्द का अर्थ है कि op-amp 0 Hz से शुरू होने वाले इनपुट संकेतों को बढ़ाता है। op-amp द्वारा प्रवर्धित संकेतों की ऊपरी आवृत्ति रेंज (फ़्रीक्वेंसी रेंज) कई कारकों पर निर्भर करती है, जैसे कि ट्रांजिस्टर की फ़्रीक्वेंसी विशेषताएँ, जिनमें यह शामिल है, op-amp का उपयोग करके निर्मित सर्किट का लाभ, आदि। लेकिन यह मुद्दा पहले से ही उनके काम से शुरुआती परिचित के दायरे से बाहर है और यहां पर विचार नहीं किया जाएगा।

Op-amp इनपुट में बहुत अधिक इनपुट प्रतिबाधा होती है, जो दसियों/सैकड़ों MegaOhm या यहां तक ​​कि GigaOhm के बराबर होती है (और केवल यादगार K140UD1 में, और K140UD5 में भी यह केवल 30...50 kOhm थी)। इनपुट के इतने उच्च प्रतिबाधा का मतलब है कि इनपुट सिग्नल पर उनका लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ता है।

इसलिए, सैद्धांतिक आदर्श के उच्च स्तर के सन्निकटन के साथ, हम यह मान सकते हैं कि वर्तमान op-amp . के इनपुट में प्रवाहित नहीं होता है . इस - सबसे पहलेएक महत्वपूर्ण नियम जो ओएस के संचालन के विश्लेषण में लागू होता है। कृपया अच्छी तरह याद रखें कि यह किससे संबंधित है केवल ओयू ही, लेकिन नहीं योजनाओं इसके उपयोग के साथ!

"इनवर्टिंग" और "नॉन-इनवर्टिंग" शब्दों का क्या अर्थ है? उलटा क्या निर्धारित किया जाता है और सामान्य तौर पर, यह किस प्रकार का "जानवर" है - संकेत उलटा?

लैटिन से अनुवादित, "इनवर्सियो" शब्द का एक अर्थ "रैपिंग", "तख्तापलट" है। दूसरे शब्दों में, उलटा एक दर्पण छवि है ( मिरर) क्षैतिज अक्ष X . के सापेक्ष संकेत(समय अक्ष)। अंजीर पर। 1 कई में से कुछ दिखाता है विकल्पसिग्नल उलटा, जहां प्रत्यक्ष (इनपुट) सिग्नल लाल रंग में चिह्नित होता है और उलटा (आउटपुट) सिग्नल नीले रंग में होता है।

चावल। 1 सिग्नल व्युत्क्रम की अवधारणा

यह विशेष रूप से ध्यान दिया जाना चाहिए कि शून्य रेखा (जैसा कि चित्र 1, ए, बी) में संकेत उलटा है बंधे नहीं! संकेत उलटा और विषम हो सकता है। उदाहरण के लिए, दोनों केवल सकारात्मक मूल्यों (छवि 1, बी) के क्षेत्र में हैं, जो डिजिटल सिग्नल या एकध्रुवीय बिजली आपूर्ति के लिए विशिष्ट है (इस पर बाद में चर्चा की जाएगी), या दोनों आंशिक रूप से सकारात्मक और आंशिक रूप से हैं नकारात्मक क्षेत्रों में (चित्र 1, बी, डी)। अन्य विकल्प भी संभव हैं। मुख्य शर्त है उनका आपसी विशिष्टताकुछ मनमाने ढंग से चुने गए स्तर के सापेक्ष (उदाहरण के लिए, एक कृत्रिम मध्यबिंदु, जिस पर बाद में भी चर्चा की जाएगी)। दूसरे शब्दों में, polarityसंकेत भी एक निर्धारण कारक नहीं है।

सर्किट आरेखों पर OU को विभिन्न तरीकों से चित्रित करें। विदेश में, ओएस को पहले चित्रित किया गया था, और अब भी उन्हें अक्सर एक समद्विबाहु त्रिभुज (चित्र 2, ए) के रूप में चित्रित किया जाता है। इनवर्टिंग इनपुट को एक माइनस सिंबल के साथ चिह्नित किया गया है, और नॉन-इनवर्टिंग इनपुट को एक त्रिकोण के अंदर प्लस सिंबल के साथ चिह्नित किया गया है। इन प्रतीकों का यह बिल्कुल भी मतलब नहीं है कि संबंधित इनपुट की क्षमता दूसरे की तुलना में अधिक सकारात्मक या अधिक नकारात्मक होनी चाहिए। वे केवल यह इंगित करते हैं कि आउटपुट क्षमता इनपुट पर लागू क्षमता पर कैसे प्रतिक्रिया करती है। नतीजतन, उन्हें पावर लीड के साथ भ्रमित करना आसान होता है, जो एक अप्रत्याशित "रेक" हो सकता है, खासकर शुरुआती लोगों के लिए।

चावल। सशर्त ग्राफिक छवियों के 2 प्रकार (यूजीओ)
परिचालन एम्पलीफायरों

GOST 2.759-82 (ST SEV 3336-81) के बल में प्रवेश से पहले घरेलू सशर्त ग्राफिक छवियों (UGO) की प्रणाली में, OU को भी एक त्रिकोण के रूप में चित्रित किया गया था, केवल इनवर्टिंग इनपुट - एक उलटा प्रतीक के साथ - एक सर्कल पर एक त्रिकोण (छवि 2, बी) के साथ आउटपुट का प्रतिच्छेदन, और अब - एक आयत के रूप में (चित्र 2, सी)।

आरेखों पर op-amp निर्दिष्ट करते समय, इनवर्टिंग और गैर-इनवर्टिंग इनपुट को इंटरचेंज किया जा सकता है यदि यह अधिक सुविधाजनक है, हालांकि, परंपरागत रूप से, इनवर्टिंग इनपुट शीर्ष पर दिखाया जाता है, और गैर-इनवर्टिंग इनपुट नीचे होता है। पावर पिन को आमतौर पर हमेशा एक तरह से रखा जाता है (शीर्ष पर सकारात्मक, नीचे नकारात्मक)।

Op-amps का उपयोग लगभग हमेशा नकारात्मक प्रतिक्रिया (NFB) सर्किट में किया जाता है।

फीडबैक एक एम्पलीफायर के आउटपुट वोल्टेज के एक हिस्से को उसके इनपुट पर लागू करने का प्रभाव है, जहां यह इनपुट वोल्टेज में बीजगणितीय (हस्ताक्षर के अधीन) जोड़ा जाता है। सिग्नल समन के सिद्धांत पर नीचे चर्चा की जाएगी। ऑप-एम्प, इनवर्टिंग या नॉन-इनवर्टिंग के किस इनपुट के आधार पर, ओएस को फीड किया जाता है, एक नकारात्मक प्रतिक्रिया (एनएफबी) होती है, जब आउटपुट सिग्नल का हिस्सा इनवर्टिंग इनपुट (छवि 3, ए) पर लागू होता है या सकारात्मक प्रतिक्रिया (पीआईसी), जब एक हिस्सा आउटपुट सिग्नल को क्रमशः गैर-इनवर्टिंग इनपुट (छवि 3, बी) को खिलाया जाता है।

चावल। 3 फीडबैक फॉर्मेशन का सिद्धांत (OS)

पहले मामले में, चूंकि आउटपुट इनपुट का व्युत्क्रम है, इसलिए इसे इनपुट से घटाया जाता है। नतीजतन, मंच का समग्र लाभ कम हो जाता है। दूसरे मामले में, इसे इनपुट में जोड़ा जाता है, कैस्केड का समग्र लाभ बढ़ जाता है।

पहली नज़र में, ऐसा लग सकता है कि पीओएस का सकारात्मक प्रभाव है, और ओओएस पूरी तरह से बेकार उपक्रम है: लाभ कम क्यों करें? ठीक यही अमेरिकी पेटेंट परीक्षकों ने सोचा था, जब 1928 में, हेरोल्ड एस. ब्लैक कोशिश कीओएस पेटेंट। हालांकि, प्रवर्धन का त्याग करते हुए, हम सर्किट के अन्य महत्वपूर्ण मापदंडों में काफी सुधार करते हैं, जैसे कि इसकी रैखिकता, आवृत्ति रेंज, आदि। OOS जितना गहरा होगा, पूरे सर्किट की विशेषताएं उतनी ही कम op-amp की विशेषताओं पर निर्भर करती हैं।

लेकिन PIC (op-amp के अपने स्वयं के विशाल लाभ को देखते हुए) सर्किट की विशेषताओं पर विपरीत प्रभाव डालता है और सबसे अप्रिय बात यह है कि यह इसके आत्म-उत्तेजना का कारण बनता है। यह, निश्चित रूप से, सचेत रूप से भी उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, जनरेटर में, हिस्टैरिसीस के साथ तुलनित्र (इस पर बाद में), आदि, लेकिन में सामान्य रूप से देखेंऑप एम्प्स के साथ एम्पलीफायर सर्किट के संचालन पर इसका प्रभाव बल्कि नकारात्मक है और इसके आवेदन के बहुत गहन और उचित विश्लेषण की आवश्यकता है।

चूँकि OS में दो इनपुट होते हैं, OS का उपयोग करके इसके समावेशन के निम्नलिखित मुख्य प्रकार संभव हैं (चित्र 4):

चावल। ओएस पर स्विच करने के लिए 4 बुनियादी योजनाएं

लेकिन) उलटना (अंजीर। 4, ए) - सिग्नल इनवर्टिंग इनपुट पर लागू होता है, और नॉन-इनवर्टिंग एक सीधे संदर्भ क्षमता से जुड़ा होता है (इस्तेमाल नहीं किया जाता है);

बी) उल्टा नहीं करने वाला (अंजीर। 4, बी) - संकेत गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर लागू होता है, और इनवर्टिंग एक सीधे संदर्भ क्षमता से जुड़ा होता है (उपयोग नहीं किया जाता है);

में) अंतर (चित्र 4, बी) - सिग्नल इनपुट, इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग दोनों को खिलाया जाता है।

इन योजनाओं के संचालन का विश्लेषण करने के लिए, किसी को ध्यान में रखना चाहिए दूसरासबसे महत्वपूर्ण नियम, जिसके लिए OS का संचालन विषय है: एक op-amp के आउटपुट में इसके इनपुट के बीच शून्य वोल्टेज अंतर होता है।.

हालाँकि, कोई भी शब्द होना चाहिए आवश्यक और पर्याप्तइसका पालन करने वाले मामलों के पूरे सबसेट को सीमित करने के लिए। उपरोक्त सूत्रीकरण, इसके सभी "क्लासिकिज़्म" के लिए, इस बारे में कोई जानकारी नहीं देता है कि आउटपुट किस इनपुट को "प्रभावित करना चाहता है"। इसके आधार पर, यह पता चलता है कि ऑप-एम्प अपने इनपुट पर वोल्टेज को बराबर करता है, उन्हें कहीं से "अंदर से" वोल्टेज लागू करता है।

अंजीर में आरेखों को करीब से देखने पर। 4, आप देख सकते हैं कि ओओसी (रूक के माध्यम से) सभी मामलों में बाहर निकलने से शुरू होता है केवलइनवर्टिंग इनपुट के लिए, जो हमें इस नियम को निम्नानुसार सुधारने का कारण देता है: वोल्टेज चालू OOS द्वारा कवर किए गए op-amp का आउटपुट, यह सुनिश्चित करने के लिए जाता है कि इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता नॉन-इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता के बराबर है.

इस परिभाषा के आधार पर, ओओएस के साथ ओए के किसी भी समावेश में "अग्रणी" गैर-इनवर्टिंग इनपुट है, और "दास" इनवर्टिंग है।

एक सेशन amp के संचालन का वर्णन करते समय, इसके इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता को अक्सर "वर्चुअल जीरो" या "वर्चुअल मिडपॉइंट" के रूप में जाना जाता है। लैटिन शब्द "पुण्य" का अनुवाद "काल्पनिक", "काल्पनिक" है। एक आभासी वस्तु भौतिक वास्तविकता की समान वस्तुओं के व्यवहार के करीब व्यवहार करती है, अर्थात, इनपुट संकेतों के लिए (FOS की कार्रवाई के कारण), इनवर्टिंग इनपुट को सीधे उसी क्षमता से जुड़ा माना जा सकता है जैसे कि नॉन-इनवर्टिंग इनपुट। हालाँकि, "वर्चुअल ज़ीरो" केवल एक विशेष मामला है जो केवल op-amp की द्विध्रुवी बिजली आपूर्ति के साथ होता है। एकध्रुवीय बिजली आपूर्ति का उपयोग करते समय (जिस पर नीचे चर्चा की जाएगी), और कई अन्य स्विचिंग सर्किट में, गैर-इनवर्टिंग या इनवर्टिंग इनपुट पर कोई शून्य नहीं होगा। इसलिए, आइए सहमत हैं कि हम इस शब्द का उपयोग नहीं करेंगे, क्योंकि यह ओएस के संचालन के सिद्धांतों की प्रारंभिक समझ में हस्तक्षेप करता है।

इस दृष्टिकोण से, हम अंजीर में दिखाई गई योजनाओं का विश्लेषण करेंगे। 4. उसी समय, विश्लेषण को सरल बनाने के लिए, हम मान लेंगे कि आपूर्ति वोल्टेज अभी भी द्विध्रुवीय हैं, मूल्य में एक दूसरे के बराबर (कहते हैं, ± 15 वी), एक मध्य बिंदु (सामान्य बस या "ग्राउंड") के साथ, सापेक्ष जिसमें हम इनपुट और आउटपुट वोल्टेज की गणना करेंगे। इसके अलावा, विश्लेषण प्रत्यक्ष वर्तमान में किया जाएगा, क्योंकि। समय के प्रत्येक क्षण में एक बदलते वैकल्पिक संकेत को प्रत्यक्ष वर्तमान मूल्यों के नमूने के रूप में भी दर्शाया जा सकता है। सभी मामलों में, Rooc के माध्यम से फीडबैक op-amp के आउटपुट से इसके इनवर्टिंग इनपुट से जुड़ा होता है। अंतर केवल यह है कि किस इनपुट में इनपुट वोल्टेज लागू होता है।

लेकिन) उलटनाचालू करना (चित्र 5)।

चावल। 5 एक इनवर्टिंग कनेक्शन में op-amp के संचालन का सिद्धांत

गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर क्षमता शून्य है, क्योंकि यह मिडपॉइंट ("ग्राउंड") से जुड़ा है। इनपुट रोकनेवाला रिन के बाएं टर्मिनल पर मिडपॉइंट (जीबी से) के सापेक्ष +1 वी के बराबर एक इनपुट सिग्नल लगाया जाता है। आइए मान लें कि प्रतिरोध रूक और रिन एक दूसरे के बराबर हैं और 1 kOhm की मात्रा है (उनका कुल प्रतिरोध 2 kOhm है)।

नियम 2 के अनुसार, इनवर्टिंग इनपुट में नॉन-इनवर्टिंग इनपुट के समान क्षमता होनी चाहिए, यानी 0 वी। इसलिए, रिन पर +1 वी का वोल्टेज लगाया जाता है। ओम के नियम के अनुसार, इसके माध्यम से एक करंट प्रवाहित होगा मैंइनपुट= 1 वी / 1000 ओम = 0.001 ए (1 एमए)। इस धारा के प्रवाह की दिशा एक तीर द्वारा दिखाई जाती है।

चूंकि रूक और रिन एक विभक्त द्वारा जुड़े हुए हैं, और नियम 1 के अनुसार, ऑप-एम्प इनपुट वर्तमान का उपभोग नहीं करते हैं, इस विभक्त के मध्य बिंदु पर वोल्टेज 0 वी होने के लिए, वोल्टेज को दाईं ओर लागू किया जाना चाहिए Rooc . का उत्पादन ऋण 1 वी, और इसके माध्यम से बहने वाली धारा मैंओओएस 1 एमए के बराबर भी होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, बाएं टर्मिनल रिन और दाएं टर्मिनल रूक के बीच 2 वी का वोल्टेज लगाया जाता है, और इस डिवाइडर के माध्यम से बहने वाली धारा 1 एमए (2 वी / (1 केΩ + 1 केΩ) = 1 एमए) है, यानी। मैं इनपुट = मैं ओओएस .

यदि इनपुट पर एक नकारात्मक ध्रुवता वोल्टेज लागू किया जाता है, तो op-amp का आउटपुट एक सकारात्मक ध्रुवीयता वोल्टेज होगा। सब कुछ समान है, केवल रूक और रिन के माध्यम से धारा के प्रवाह को दर्शाने वाले तीरों को विपरीत दिशा में निर्देशित किया जाएगा।

इस प्रकार, यदि रूक और रिन के मान समान हैं, तो op-amp के आउटपुट पर वोल्टेज परिमाण में इसके इनपुट पर वोल्टेज के बराबर होगा, लेकिन ध्रुवीयता में उलटा होगा। और हमें मिल गया उलटना अपराधी . इस योजना का उपयोग अक्सर किया जाता है यदि आपको मूल रूप से इनवर्टर वाले सर्किट का उपयोग करके प्राप्त सिग्नल को उलटने की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, लॉगरिदमिक एम्पलीफायर।

अब रिन को 1 kOhm के बराबर रखते हैं और उसी +1 V इनपुट सिग्नल के साथ Rooc प्रतिरोध को 2 kOhm तक बढ़ाते हैं। कुल विभक्त प्रतिरोध Rooc+Rin 3 kOhm तक बढ़ गया है। 0 V (नॉन-इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता के बराबर) के अपने मध्य बिंदु पर बने रहने के लिए, उसी करंट (1 mA) को Rooc के माध्यम से Rin के माध्यम से प्रवाहित होना चाहिए। इसलिए, Rooc के पार वोल्टेज ड्रॉप (op-amp के आउटपुट पर वोल्टेज) पहले से ही 2 V होना चाहिए। op-amp के आउटपुट पर, वोल्टेज माइनस 2 V है।

आइए Rooc का मान बढ़ाकर 10 kOhm करें। अब उसी अन्य शर्तों के तहत op-amp के आउटपुट पर वोल्टेज पहले से ही 10 V होगा। वाह! अंत में हमें मिल गया उलटना एम्पलीफायर ! इसका आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज से अधिक है (दूसरे शब्दों में, गेन कू) जितनी बार प्रतिरोध रूक प्रतिरोध रिन से अधिक है। इससे कोई फर्क नहीं पड़ता कि मैंने फ़ार्मुलों का उपयोग नहीं करने की कसम खाई है, फिर भी इसे एक समीकरण के रूप में प्रदर्शित करते हैं:
कू \u003d - उउट / उइन \u003d - रूक / रिन। (2)

समीकरण के दाईं ओर अंश के सामने ऋण चिह्न का अर्थ केवल यह है कि आउटपुट संकेत इनपुट के विपरीत है। और कुछ नहीं!

और अब रूक के प्रतिरोध को 20 kOhm तक बढ़ाएं और विश्लेषण करें कि क्या होता है। सूत्र (2) के अनुसार, केयू \u003d 20 और 1 वी के इनपुट सिग्नल के साथ, आउटपुट 20 वी का वोल्टेज होना चाहिए था। लेकिन ऐसा नहीं था! हमने पहले माना था कि हमारे op-amp की आपूर्ति वोल्टेज केवल ± 15 V है। लेकिन 15 V भी प्राप्त नहीं किया जा सकता है (ऐसा क्यों - थोड़ा कम)। "आप अपने सिर (आपूर्ति वोल्टेज) से ऊपर नहीं कूद सकते"! सर्किट की रेटिंग के इस तरह के दुरुपयोग के परिणामस्वरूप, op-amp का आउटपुट वोल्टेज आपूर्ति वोल्टेज पर "आराम" करता है (op-amp का आउटपुट संतृप्ति में प्रवेश करता है)। विभक्त RoocRin के माध्यम से वर्तमान समानता का संतुलन ( मैंइनपुट = मैंओओएस) का उल्लंघन किया जाता है, तो इनवर्टिंग इनपुट पर एक संभावित दिखाई देता है, जो गैर-इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता से अलग होता है। नियम 2 अब लागू नहीं होता है।

इनपुट प्रतिरोध इनवर्टिंग एम्पलीफायरप्रतिरोध रिन के बराबर है, क्योंकि इनपुट सिग्नल स्रोत (जीबी) से सभी धाराएं इसके माध्यम से बहती हैं।

अब आइए स्थिर रूक को एक चर के साथ प्रतिस्थापित करें, मान लीजिए, 10 kOhm (चित्र 6) के नाममात्र मूल्य के साथ।

चावल। 6 परिवर्तनीय लाभ inverting एम्पलीफायर सर्किट

इसके स्लाइडर की दाईं (सर्किट के अनुसार) स्थिति के साथ, रूक / रिन \u003d 10 kOhm / 1 kOhm = 10 का लाभ होगा। Rooc स्लाइडर को बाईं ओर ले जाकर (इसके प्रतिरोध को कम करते हुए), सर्किट का लाभ कम हो जाएगा और अंत में, अपने चरम बाएं स्थान पर यह शून्य के बराबर हो जाएगा, क्योंकि उपरोक्त सूत्र में अंश शून्य हो जाएगा कोई भी भाजक का मूल्य। इनपुट सिग्नल के किसी भी मूल्य और ध्रुवता के लिए आउटपुट भी शून्य होगा। ऐसी योजना का उपयोग अक्सर ऑडियो सिग्नल एम्पलीफिकेशन सर्किट में किया जाता है, उदाहरण के लिए, मिक्सर में, जहां आपको शून्य से लाभ को समायोजित करना होता है।

बी) उल्टा नहीं करने वालास्विच ऑन करना (चित्र 7)।

चावल। 7 गैर-इनवर्टिंग समावेशन में op-amp के संचालन का सिद्धांत

रिन का बायां पिन मिडपॉइंट ("ग्राउंड") से जुड़ा है, और +1 वी के बराबर इनपुट सिग्नल सीधे नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर लागू होता है। चूंकि विश्लेषण की बारीकियों को ऊपर "चबाया" गया है, यहां हम केवल महत्वपूर्ण अंतरों पर ध्यान देंगे।

विश्लेषण के पहले चरण में, हम रूक और रिन के प्रतिरोधों को एक दूसरे के बराबर और 1 kOhm के बराबर लेते हैं। इसलिये गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर, क्षमता +1 V है, फिर नियम 2 के अनुसार, समान क्षमता (+1 V) इनवर्टिंग इनपुट (आंकड़े में दिखाया गया है) पर होनी चाहिए। ऐसा करने के लिए, Rooc रोकनेवाला (op-amp के आउटपुट) के दाहिने टर्मिनल पर +2 V का वोल्टेज होना चाहिए। मैंइनपुटऔर मैंओओएस, 1 mA के बराबर, अब प्रतिरोधों Rooc और Rin के माध्यम से विपरीत दिशा में प्रवाहित करें (तीरों द्वारा दिखाया गया है)। समझ गए उल्टा नहीं करने वाला एम्पलीफायर 2 के लाभ के साथ, क्योंकि +2V का इनपुट +2V का आउटपुट देता है।

अजीब है, है ना? रेटिंग इनवर्टिंग कनेक्शन के समान हैं (केवल अंतर यह है कि सिग्नल दूसरे इनपुट पर लागू होता है), और लाभ स्पष्ट है। हम इस पर थोड़ी देर बाद गौर करेंगे।

अब हम Rooc का मान बढ़ाकर 2 kOhm कर देते हैं। धाराओं का संतुलन बनाए रखने के लिए मैंइनपुट = मैंओओएसऔर इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता +1 V है, op-amp का आउटपुट पहले से ही +3 V होना चाहिए। Ku \u003d 3 V / 1 V \u003d 3!

यदि हम कू के मूल्यों की तुलना एक इनवर्टिंग के साथ एक गैर-इनवर्टिंग कनेक्शन के साथ करते हैं, तो समान रेटिंग रूक और रिन के साथ, यह पता चलता है कि सभी मामलों में लाभ एक से अधिक है। हम सूत्र प्राप्त करते हैं:
कू \u003d उउट / उइन + 1 \u003d (रूक / रिन) + 1 (3)

ऐसा क्यों हो रहा है? हाँ, बहुत आसान! NFB एक इनवर्टिंग कनेक्शन की तरह ही काम करता है, लेकिन नियम 2 के अनुसार, नॉन-इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता को हमेशा नॉन-इनवर्टिंग कनेक्शन में इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता में जोड़ा जाता है।

तो, एक गैर-इनवर्टिंग समावेशन के साथ, 1 के बराबर लाभ प्राप्त करना असंभव है? क्यों नहीं, क्यों नहीं। आइए Rooc के मान को कम करें, जैसा कि हमने अंजीर का विश्लेषण किया था। 6. जब इसका मान शून्य हो - इनवर्टिंग इनपुट (चित्र 8, ए) के साथ आउटपुट को शॉर्ट-सर्किट करके, नियम 2 के अनुसार, आउटपुट में ऐसा वोल्टेज होगा कि इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता क्षमता के बराबर हो गैर-इनवर्टिंग इनपुट, यानी +1 वी। हमें मिलता है: केयू \u003d 1 वी / 1 वी \u003d 1 (!) ठीक है, चूंकि इनवर्टिंग इनपुट करंट का उपभोग नहीं करता है और इसमें और आउटपुट के बीच कोई संभावित अंतर नहीं है, तो इस सर्किट में कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है।

चावल। 8 वोल्टेज अनुयायी के रूप में op-amp पर स्विच करने की योजना

रिन आम तौर पर अनावश्यक हो जाता है, क्योंकि यह उस लोड के समानांतर जुड़ा हुआ है जिस पर op-amp का आउटपुट काम करना चाहिए, और इसका आउटपुट करंट व्यर्थ में बहेगा। और क्या होगा यदि आप रूक को छोड़ दें, लेकिन रिन को हटा दें (चित्र 8, बी)? फिर लाभ सूत्र में Ku = Roos / Rin + 1, प्रतिरोध Rin सैद्धांतिक रूप से अनंत के करीब हो जाता है (वास्तव में, निश्चित रूप से, नहीं, क्योंकि बोर्ड पर लीक हैं, और op-amp का इनपुट करंट, हालांकि नगण्य है) , अभी भी शून्य है अभी भी बराबर नहीं है), और अनुपात रूक / रिन शून्य के बराबर है। सूत्र में केवल एक ही रहता है: कू \u003d + 1. क्या इस सर्किट के लिए लाभ एक से कम हो सकता है? नहीं, कम किसी भी परिस्थिति में काम नहीं करेगा। आप कुटिल बकरी पर लाभ के फार्मूले में "अतिरिक्त" इकाई के आसपास नहीं जा सकते ...

सभी "अतिरिक्त" प्रतिरोधों को हटाने के बाद, हमें एक सर्किट मिलता है उल्टा नहीं करने वाला अपराधी चित्र में दिखाया गया है 8, वी.

पहली नज़र में, इस तरह की योजना का कोई व्यावहारिक अर्थ नहीं है: हमें एक एकल और यहां तक ​​\u200b\u200bकि गैर-उलटा "प्रवर्धन" की आवश्यकता क्यों है - क्या, आप केवल एक संकेत आगे नहीं भेज सकते हैं ??? हालाँकि, ऐसी योजनाओं का उपयोग अक्सर किया जाता है और यहाँ क्यों है। नियम 1 के अनुसार, ऑप-एम्प के इनपुट में करंट प्रवाहित नहीं होता है, अर्थात, इनपुट उपस्थिति गैर-इनवर्टिंग अनुयायी बहुत बड़ा है - वही दसियों, सैकड़ों और यहां तक ​​​​कि हजारों एमΩ (यही चित्र 7 के अनुसार सर्किट पर लागू होता है)! लेकिन आउटपुट प्रतिरोध बहुत छोटा है (ओम के अंश!) ऑप-एम्प का आउटपुट "अपनी सारी ताकत के साथ चफ", नियम 2 के अनुसार, इनवर्टिंग इनपुट पर समान क्षमता बनाए रखने की कोशिश कर रहा है, जैसा कि नॉन-इनवर्टिंग में है। केवल सीमा op-amp का अनुमेय आउटपुट करंट है।

लेकिन इस जगह से हम थोड़ा आगे बढ़ेंगे और ऑप-एम्प के आउटपुट धाराओं के मुद्दे पर थोड़ा और विस्तार से विचार करेंगे।

अधिकांश सामान्य उद्देश्य सेशन amps के लिए, तकनीकी विनिर्देश बताते हैं कि उनके आउटपुट से जुड़े लोड का प्रतिरोध नहीं होना चाहिए कम 2 कोहम अधिक - जितना आप चाहते हैं। बहुत छोटी संख्या के लिए, यह 1 kOhm (K140UD ...) है। इसका मतलब है कि सबसे खराब स्थिति में: अधिकतम आपूर्ति वोल्टेज (जैसे ± 16 वी या कुल 32 वी), आउटपुट और आपूर्ति रेल में से एक के बीच जुड़ा भार, और विपरीत ध्रुवीयता का अधिकतम आउटपुट वोल्टेज, ए लोड पर लगभग 30 V का वोल्टेज लगाया जाएगा। इस स्थिति में, इसके माध्यम से करंट होगा: 30 V / 2000 ओम = 0.015 A (15 mA)। इतना कम नहीं, बहुत ज्यादा भी नहीं। सौभाग्य से, अधिकांश सामान्य उद्देश्य सेशन एएमपीएस में अंतर्निर्मित ओवरकुरेंट संरक्षण होता है - सामान्य अधिकतम आउटपुट वर्तमान 25 एमए है। संरक्षण op-amp की अधिकता और विफलता को रोकता है।

यदि आपूर्ति वोल्टेज अधिकतम स्वीकार्य नहीं है, तो न्यूनतम भार प्रतिरोध आनुपातिक रूप से कम किया जा सकता है। कहते हैं, 7.5 ... 8 V (कुल 15 ... 16 V) की बिजली आपूर्ति के साथ, यह 1 kOhm हो सकता है।

में) अंतरस्विच ऑन करना (चित्र 9)।

चावल। 9 एक विभेदक कनेक्शन में op-amp के संचालन का सिद्धांत

तो, आइए मान लें कि समान रेटिंग के साथ रिन और रूक 1 kOhm के बराबर, +1 V के बराबर वोल्टेज सर्किट के दोनों इनपुट (छवि 9, ए) पर लागू होते हैं। चूँकि रोकनेवाला रिन के दोनों ओर विभव एक दूसरे के बराबर हैं (प्रतिरोधक के आर-पार वोल्टेज 0 है), इससे कोई धारा प्रवाहित नहीं होती है। इसका मतलब है कि रोकनेवाला Rooc के माध्यम से वर्तमान भी शून्य है। अर्थात् ये दोनों प्रतिरोधक कोई कार्य नहीं करते हैं। वास्तव में, हमें वास्तव में एक अपरिवर्तनीय अनुयायी मिला (चित्र 8 के साथ तुलना करें)। तदनुसार, हम आउटपुट पर गैर-इनवर्टिंग इनपुट के समान वोल्टेज प्राप्त करेंगे, अर्थात, +1 वी। आइए सर्किट के इनवर्टिंग इनपुट पर इनपुट सिग्नल की ध्रुवीयता को बदलें (GB1 को ओवर करें) और माइनस 1 V लागू करें (चित्र 9, बी)। अब रिन के टर्मिनलों के बीच 2 V का वोल्टेज लगाया जाता है और इससे करंट प्रवाहित होता है मैंमें\u003d 2 एमए (मुझे आशा है कि अब विस्तार से वर्णन करना आवश्यक नहीं है कि ऐसा क्यों है?) इस करंट की भरपाई के लिए, रूक से 2 mA का करंट भी प्रवाहित होना चाहिए। और इसके लिए op-amp के आउटपुट में +3 V का वोल्टेज होना चाहिए।

यहीं पर एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के लाभ के लिए एक अतिरिक्त की दुर्भावनापूर्ण "मुस्कराहट" सूत्र में दिखाई दी। यह पता चला है कि इस तरह के साथ सरलीकृतडिफरेंशियल स्विचिंग में, गेन में अंतर नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर पोटेंशियल द्वारा आउटपुट सिग्नल को लगातार शिफ्ट करता है। के साथ एक समस्या! हालांकि, "भले ही आप खा गए हों, फिर भी आपके पास कम से कम दो निकास हैं।" इसका मतलब यह है कि हमें इस अतिरिक्त को "बेअसर" करने के लिए किसी भी तरह इनवर्टिंग और गैर-इनवर्टिंग समावेशन के लाभ को बराबर करना होगा।

ऐसा करने के लिए, आइए इनपुट सिग्नल को नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर सीधे नहीं, बल्कि डिवाइडर Rin2, R1 (चित्र 9, B) के माध्यम से लागू करें। आइए उनके मूल्यवर्ग को भी 1 kOhm के लिए लें। अब, op-amp के नॉन-इनवर्टिंग (और इसलिए इनवर्टिंग पर भी) इनपुट पर, +0.5 V की क्षमता होगी, इसके माध्यम से एक करंट प्रवाहित होगा (और Rooc) मैंमें = मैंओओएस\u003d 0.5 mA, यह सुनिश्चित करने के लिए कि op-amp के आउटपुट में 0 V के बराबर वोल्टेज होना चाहिए। ओफ़्फ़! हमें जो चाहिए था वो मिल गया! सर्किट के दोनों इनपुट पर समान परिमाण और ध्रुवता संकेतों के साथ (इस मामले में +1 वी, लेकिन माइनस 1 वी और किसी भी अन्य डिजिटल मूल्यों के लिए भी यही सच होगा), ऑप-एम्प का आउटपुट शून्य वोल्टेज को बराबर बनाए रखेगा इनपुट सिग्नल में अंतर

आइए इनवर्टिंग इनपुट (छवि 9, डी) में नकारात्मक ध्रुवीयता माइनस 1 वी के संकेत को लागू करके इस तर्क की जांच करें। जिसमें मैंमें = मैंओओएस= 2 एमए, जिसके लिए आउटपुट +2 वी होना चाहिए। सब कुछ पुष्टि की गई थी! आउटपुट स्तर इनपुट के बीच के अंतर से मेल खाता है।

बेशक, अगर Rin1 और Rooc बराबर हैं (क्रमशः, Rin2 और R1), तो हमें प्रवर्धन नहीं मिलेगा। ऐसा करने के लिए, आपको Rooc और R1 के मूल्यों को बढ़ाने की आवश्यकता है, जैसा कि op-amp के पिछले समावेशन का विश्लेषण करते समय किया गया था (मैं इसे नहीं दोहराऊंगा), और इसे करना चाहिए कठोरता से अनुपात का सम्मान करें:

रूक / रिन 1 = आर 1 / रिन 2। (4)

व्यवहार में इस तरह के समावेश से हमें क्या लाभ मिलता है? और हमें एक उल्लेखनीय संपत्ति मिलती है: आउटपुट वोल्टेज इनपुट सिग्नल के पूर्ण मूल्यों पर निर्भर नहीं करता है, अगर वे परिमाण और ध्रुवीयता में एक दूसरे के बराबर हैं। केवल डिफरेंशियल (डिफरेंशियल) सिग्नल आउटपुट है। यह दोनों इनपुट पर समान रूप से अभिनय करने वाले शोर की पृष्ठभूमि के खिलाफ बहुत छोटे संकेतों को बढ़ाना संभव बनाता है। उदाहरण के लिए, एक 50 हर्ट्ज औद्योगिक आवृत्ति मेन पिकअप की पृष्ठभूमि के खिलाफ एक गतिशील माइक्रोफोन से एक संकेत।

हालांकि, शहद के इस बैरल में, दुर्भाग्य से, मरहम में एक मक्खी है। सबसे पहले, समानता (4) का बहुत सख्ती से पालन किया जाना चाहिए (दसवें तक और कभी-कभी एक प्रतिशत के सौवें हिस्से तक!)। अन्यथा, सर्किट में अभिनय करने वाली धाराओं का असंतुलन होगा, और इसलिए, अंतर ("एंटी-फेज") संकेतों के अलावा, संयुक्त ("सामान्य-मोड") संकेतों को भी बढ़ाया जाएगा।

आइए इन शब्दों के सार को समझते हैं (चित्र 10)।

चावल। 10 सिग्नल चरण शिफ्ट

सिग्नल का चरण एक ऐसा मान है जो समय की उत्पत्ति के सापेक्ष सिग्नल अवधि की उत्पत्ति के ऑफसेट को दर्शाता है। चूंकि समय की उत्पत्ति और अवधि की उत्पत्ति दोनों को मनमाने ढंग से चुना जाता है, एक का चरण नियत कालीनसंकेत का कोई भौतिक अर्थ नहीं है। हालाँकि, दोनों के बीच चरण अंतर नियत कालीनसंकेत एक मात्रा है जिसका भौतिक अर्थ है, यह दूसरे के सापेक्ष संकेतों में से एक की देरी को दर्शाता है। अवधि की शुरुआत क्या मानी जाती है, इससे कोई फर्क नहीं पड़ता। अवधि की शुरुआत के बिंदु के लिए, आप एक सकारात्मक ढलान के साथ एक शून्य मान ले सकते हैं। यह संभव है - अधिकतम। सब कुछ हमारी शक्ति में है।

अंजीर पर। 9, लाल मूल संकेत को इंगित करता है, हरा - मूल के सापेक्ष ¼ अवधि द्वारा स्थानांतरित किया गया, और नीला - ½ अवधि से। अगर हम अंजीर में लाल और नीले रंग के वक्रों की तुलना करते हैं। 2, बी, यह देखा जा सकता है कि वे परस्पर हैं श्लोक में. इस प्रकार, "इन-फेज सिग्नल" वे संकेत हैं जो उनके प्रत्येक बिंदु पर एक दूसरे के साथ मेल खाते हैं, और "एंटी-फेज सिग्नल" हैं श्लोक मेंएक दूसरे के सापेक्ष।

उसी समय, अवधारणा व्युत्क्रमअवधारणा से व्यापक चरणों, इसलिये उत्तरार्द्ध केवल नियमित रूप से दोहराया, आवधिक संकेतों पर लागू होता है। और अवधारणा व्युत्क्रमकिसी भी सिग्नल पर लागू होता है, जिसमें गैर-आवधिक वाले शामिल हैं, जैसे कि ऑडियो सिग्नल, डिजिटल अनुक्रम, या निरंतर वोल्टेज। प्रति अवस्थाएक सुसंगत मान है, संकेत कम से कम एक निश्चित अंतराल पर आवधिक होना चाहिए। अन्यथा, चरण और अवधि दोनों ही गणितीय सार में बदल जाते हैं।

दूसरे, डिफरेंशियल कनेक्शन में इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग इनपुट, समान रेटिंग Rooc = R1 और Rin1 = Rin2 के साथ, अलग-अलग इनपुट प्रतिरोध होंगे। यदि इनवर्टिंग इनपुट का इनपुट प्रतिरोध केवल मूल्य Rin1 द्वारा निर्धारित किया जाता है, तो गैर-इनवर्टिंग इनपुट मानों द्वारा निर्धारित किया जाता है क्रमिक Rin2 और R1 शामिल हैं (यह नहीं भूले हैं कि op-amp इनपुट करंट की खपत नहीं करते हैं?) ऊपर के उदाहरण में, वे क्रमशः 1 और 2 kΩ होंगे। और अगर हम एक पूर्ण प्रवर्धक चरण प्राप्त करने के लिए Rooc और R1 को बढ़ाते हैं, तो अंतर और भी अधिक बढ़ जाएगा: Ku \u003d 10 - तक, क्रमशः, सभी समान 1 kOhm और जितना 11 kOhm!

दुर्भाग्य से, व्यवहार में, Rin1 = Rin2 और Rooc = R1 की रेटिंग आमतौर पर निर्धारित की जाती है। हालाँकि, यह केवल तभी स्वीकार्य है जब दोनों इनपुट के लिए सिग्नल स्रोत बहुत कम हों आउटपुट प्रतिबाधा. अन्यथा, यह इस प्रवर्धन चरण के इनपुट प्रतिबाधा के साथ एक विभक्त बनाता है, और चूंकि ऐसे "विभाजक" का विभाजन कारक अलग होगा, परिणाम स्पष्ट है: ऐसे प्रतिरोधी मूल्यों के साथ एक अंतर एम्पलीफायर दबाने का कार्य नहीं करेगा कॉमन-मोड (संयुक्त) सिग्नल, या इस फ़ंक्शन को खराब तरीके से निष्पादित करते हैं।

इस समस्या को हल करने के तरीकों में से एक op-amp के इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग इनपुट से जुड़े प्रतिरोधों के मूल्यों की असमानता हो सकती है। अर्थात्, ताकि Rin2 + R1 = Rin1। एक अन्य महत्वपूर्ण बिंदु समानता (4) का सटीक पालन प्राप्त करना है। एक नियम के रूप में, यह R1 को दो प्रतिरोधों में विभाजित करके प्राप्त किया जाता है - एक स्थिर, आमतौर पर वांछित मूल्य का 90%, और एक चर (R2), जिसका प्रतिरोध आवश्यक मूल्य का 20% है (चित्र 11, ए)।

चावल। 11 विभेदक एम्पलीफायर संतुलन विकल्प

पथ को आम तौर पर स्वीकार किया जाता है, लेकिन फिर से, संतुलन की इस पद्धति के साथ, भले ही थोड़ा, गैर-इनवर्टिंग इनपुट के इनपुट प्रतिबाधा में परिवर्तन होता है। रूक (छवि 11, बी) के साथ श्रृंखला में एक ट्यूनिंग रोकनेवाला (आर 5) को शामिल करने के साथ एक और अधिक स्थिर विकल्प, क्योंकि रूक इनवर्टिंग इनपुट के इनपुट प्रतिरोध के गठन में भाग नहीं लेता है। मुख्य बात यह है कि विकल्प "ए" (रूक / रिन 1 = आर 1 / रिन 2) के समान उनके संप्रदायों का अनुपात रखना है।

चूंकि हमने डिफरेंशियल स्विचिंग के बारे में बात की थी और रिपीटर्स का उल्लेख किया था, इसलिए मैं एक दिलचस्प सर्किट (चित्र 12) का वर्णन करना चाहूंगा।

चावल। 12 स्विचड इनवर्टिंग/नॉन-इनवर्टिंग फॉलोअर सर्किट

इनपुट सिग्नल को सर्किट के दोनों इनपुट (इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग) पर एक साथ लागू किया जाता है। सभी प्रतिरोधों (Rin1, Rin2 और Rooc) की रेटिंग एक दूसरे के बराबर हैं (इस मामले में, आइए उनके वास्तविक मान लें: 10 ... 100 kOhm)। SA कुंजी के साथ op-amp के गैर-इनवर्टिंग इनपुट को एक सामान्य बस में बंद किया जा सकता है।

कुंजी (छवि 12, ए) की बंद स्थिति में, रोकनेवाला रिन 2 सर्किट के संचालन में भाग नहीं लेता है (केवल वर्तमान "बेकार" इसके माध्यम से बहता है मैंवीएक्स2सिग्नल स्रोत से सामान्य बस तक)। हमें मिला उलटा अनुयायीमाइनस 1 के बराबर लाभ के साथ (चित्र 6 देखें)। लेकिन खुली स्थिति में SA कुंजी के साथ (चित्र 12, B), हम प्राप्त करते हैं अपरिवर्तनीय अनुयायी+1 के बराबर लाभ के साथ।

इस योजना के संचालन के सिद्धांत को थोड़े अलग तरीके से व्यक्त किया जा सकता है। जब SA कुंजी को बंद किया जाता है, तो यह माइनस 1 के बराबर लाभ के साथ एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में काम करता है, और जब यह खुला होता है - साथ - साथ(!) और एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में, माइनस 1 के साथ, और एक नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में +2 के लाभ के साथ, जहां से: Ku = +2 + (-1) = +1।

इस रूप में, इस सर्किट का उपयोग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, डिजाइन चरण में इनपुट सिग्नल की ध्रुवीयता अज्ञात है (जैसे, एक सेंसर से जो डिवाइस सेट होने तक पहुंच योग्य नहीं है)। यदि, हालांकि, एक ट्रांजिस्टर (उदाहरण के लिए, एक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर) का उपयोग एक कुंजी के रूप में किया जाता है, जिसे इनपुट सिग्नल से नियंत्रित किया जाता है COMPARATOR(जिसकी चर्चा नीचे की जाएगी), हम पाते हैं तुल्यकालिक डिटेक्टर(तुल्यकालिक सुधारक)। ऐसी योजना का विशिष्ट कार्यान्वयन, निश्चित रूप से, ओएस के संचालन के साथ प्रारंभिक परिचित से परे है, और हम इसे यहां फिर से विस्तार से नहीं मानेंगे।

और अब आइए इनपुट सिग्नल (छवि 13, ए) के योग के सिद्धांत को देखें, और साथ ही हम यह पता लगाएंगे कि वास्तव में प्रतिरोधों रिन और रूक के मूल्य क्या होने चाहिए।

चावल। 13 इनवर्टिंग योजक के संचालन का सिद्धांत

हम पहले से ही ऊपर चर्चा किए गए इनवर्टिंग एम्पलीफायर के आधार के रूप में लेते हैं (चित्र 5), केवल हम एक नहीं, बल्कि दो इनपुट प्रतिरोधों Rin1 और Rin2 को op-amp के इनपुट से जोड़ते हैं। अब तक, "शैक्षिक" उद्देश्यों के लिए, हम रूक सहित सभी प्रतिरोधों के प्रतिरोध को 1 kOhm के बराबर स्वीकार करते हैं। हम बाएं टर्मिनलों Rin1 और Rin2 को +1 V के बराबर इनपुट सिग्नल की आपूर्ति करते हैं। इन प्रतिरोधों के माध्यम से 1 mA प्रवाह के बराबर धाराएं (बाएं से दाएं इंगित करने वाले तीरों द्वारा दिखाया गया है)। इनवर्टिंग इनपुट पर समान क्षमता बनाए रखने के लिए नॉन-इनवर्टिंग एक (0 वी) पर, इनपुट धाराओं के योग के बराबर एक करंट (1 एमए + 1 एमए = 2 एमए) को रूक रेसिस्टर के माध्यम से प्रवाहित करना चाहिए, जैसा कि दिखाया गया है विपरीत दिशा में इंगित करने वाला एक तीर (दाएं से बाएं), जिसके लिए op-amp के आउटपुट में माइनस 2 V का वोल्टेज होना चाहिए।

वही परिणाम (आउटपुट वोल्टेज माइनस 2 वी) प्राप्त किया जा सकता है यदि +2 वी को इनवर्टिंग एम्पलीफायर (छवि 5) के इनपुट पर लागू किया जाता है, या रिन का मान आधा कर दिया जाता है, अर्थात। 500 ओम तक। आइए रोकनेवाला रिन 2 पर लागू वोल्टेज को +2 वी (छवि 13, बी) तक बढ़ाएं। आउटपुट पर हमें माइनस 3 वी का वोल्टेज मिलता है, जो इनपुट वोल्टेज के योग के बराबर होता है।

दो इनपुट नहीं हो सकते हैं, लेकिन जितने चाहें उतने इनपुट हो सकते हैं। इस सर्किट के संचालन का सिद्धांत इससे नहीं बदलेगा: किसी भी मामले में आउटपुट वोल्टेज ऑप के इनवर्टिंग इनपुट से जुड़े प्रतिरोधों से गुजरने वाली धाराओं के बीजगणितीय योग (चिह्न को ध्यान में रखते हुए!) के सीधे आनुपातिक होगा। -amp (उनकी रेटिंग के व्युत्क्रमानुपाती), उनकी संख्या की परवाह किए बिना।

यदि, हालांकि, +1 वी और माइनस 1 वी के बराबर सिग्नल इनवर्टिंग योजक (छवि 13, बी) के इनपुट पर लागू होते हैं, तो उनके माध्यम से बहने वाली धाराएं अलग-अलग दिशाओं में होंगी, वे एक-दूसरे को रद्द कर देंगी और आउटपुट 0 V होगा। इस स्थिति में रोकनेवाला Rooc के माध्यम से कोई करंट प्रवाहित नहीं होगा। दूसरे शब्दों में, रूक के माध्यम से बहने वाली धारा को बीजगणितीय रूप से अभिव्यक्त किया जाता है इनपुटधाराएं।

इससे एक महत्वपूर्ण बिंदु भी निकलता है: जब हम छोटे इनपुट वोल्टेज (1 ... 3 वी) के साथ काम कर रहे थे, तो व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले ऑप-एम्प का आउटपुट रूक के लिए ऐसा करंट (1 ... 3 एमए) प्रदान कर सकता था। और कुछ और ऑप-एम्प के आउटपुट से जुड़े लोड के लिए बना रहा। लेकिन अगर इनपुट सिग्नल के वोल्टेज को अधिकतम स्वीकार्य (आपूर्ति वोल्टेज के करीब) तक बढ़ा दिया जाता है, तो यह पता चलता है कि पूरा आउटपुट करंट रूक में जाएगा। लोड करने के लिए कुछ नहीं बचा। और किसे एक ऐसे प्रवर्धक चरण की आवश्यकता है जो "स्वयं के लिए" कार्य करे? इसके अलावा, केवल 1 kΩ (क्रमशः, इनवर्टिंग एम्पलीफायर चरण के इनपुट प्रतिरोध का निर्धारण) के इनपुट प्रतिरोधी मूल्यों को सिग्नल स्रोत को भारी लोड करने के लिए अत्यधिक उच्च धाराओं की आवश्यकता होती है। इसलिए, वास्तविक सर्किट में, प्रतिरोध रिन को 10 kOhm से कम नहीं चुना जाता है, लेकिन यह भी वांछनीय है कि 100 kOhm से अधिक न हो, ताकि किसी दिए गए लाभ पर, Rooc बहुत अधिक सेट न हो। हालाँकि ये मान निरपेक्ष नहीं हैं, लेकिन केवल अनुमान हैं, जैसा कि वे कहते हैं, "पहले सन्निकटन में" - यह सब विशिष्ट सर्किट पर निर्भर करता है। किसी भी मामले में, यह अवांछनीय है कि रूक के माध्यम से बहने वाली धारा इस विशेष ऑप-एम्प के अधिकतम आउटपुट करंट के 5 ... 10% से अधिक हो।

सारांशित संकेतों को गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर भी लागू किया जा सकता है। यह पता चला है गैर-इनवर्टिंग योजक. सिद्धांत रूप में, ऐसा सर्किट ठीक उसी तरह से काम करेगा जैसे कि एक इनवर्टिंग योजक, जिसका आउटपुट एक संकेत होगा जो सीधे इनपुट वोल्टेज के समानुपाती होता है और इनपुट प्रतिरोधों के मूल्यों के व्युत्क्रमानुपाती होता है। हालाँकि, व्यवहार में इसका उपयोग बहुत कम बार किया जाता है, क्योंकि। एक "रेक" शामिल है जिसे ध्यान में रखा जाना चाहिए।

चूंकि नियम 2 केवल इनवर्टिंग इनपुट के लिए मान्य है, जिसमें "वर्चुअल शून्य क्षमता" है, तो गैर-इनवर्टिंग इनपुट में इनपुट वोल्टेज के बीजगणितीय योग के बराबर क्षमता होगी। इसलिए, किसी एक इनपुट पर उपलब्ध इनपुट वोल्टेज अन्य इनपुट को आपूर्ति किए गए वोल्टेज को प्रभावित करेगा। गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर कोई "आभासी क्षमता" नहीं है! नतीजतन, अतिरिक्त सर्किटरी ट्रिक्स को लागू करना होगा।

अब तक, हमने OOS के साथ OS पर आधारित सर्किट पर विचार किया है। अगर फीडबैक पूरी तरह से हटा दिया जाए तो क्या होगा? इस मामले में, हमें मिलता है COMPARATOR(चित्र 14), यानी, एक उपकरण जो अपने इनपुट पर दो संभावितों के निरपेक्ष मान की तुलना करता है (से अंग्रेज़ी शब्द तुलना करना- तुलना करना)। इसके आउटपुट पर, आपूर्ति वोल्टेज में से एक के पास एक वोल्टेज होगा, जो इस बात पर निर्भर करता है कि कौन सा सिग्नल दूसरे से अधिक है। आमतौर पर, इनपुट सिग्नल इनपुट में से एक पर लागू होता है, और दूसरे पर - एक निरंतर वोल्टेज जिसके साथ इसकी तुलना की जाती है (तथाकथित "संदर्भ वोल्टेज")। यह शून्य क्षमता सहित कुछ भी हो सकता है (चित्र 14, बी)।

चावल। 14 op-amp पर एक तुलनित्र के रूप में स्विच करने की योजना

हालांकि, "डेनमार्क के राज्य में" सब कुछ इतना अच्छा नहीं है ... और अगर इनपुट के बीच वोल्टेज शून्य है तो क्या होगा? सैद्धान्तिक रूप से आउटपुट भी शून्य होना चाहिए, लेकिन वास्तव में - कभी नहीँ. यदि किसी एक इनपुट की क्षमता दूसरे की क्षमता से थोड़ा अधिक है, तो यह पहले से ही तुलनित्र के इनपुट पर प्रेरित यादृच्छिक गड़बड़ी के कारण आउटपुट पर अराजक वोल्टेज वृद्धि के लिए पर्याप्त होगा।

वास्तव में, कोई भी संकेत "शोर" होता है, क्योंकि आदर्श परिभाषा के अनुसार नहीं हो सकता। और इनपुट की क्षमता की समानता के बिंदु के करीब के क्षेत्र में, एक स्पष्ट स्विचिंग के बजाय तुलनित्र के आउटपुट पर आउटपुट सिग्नल का एक विस्फोट दिखाई देगा। इस घटना का मुकाबला करने के लिए, तुलनित्र सर्किट को अक्सर पेश किया जाता है हिस्टैरिसीसआउटपुट से नॉन-इनवर्टिंग इनपुट (चित्र 15) में एक कमजोर सकारात्मक PIC बनाकर।

चावल। 15 पीओएस के कारण तुलनित्र में हिस्टैरिसीस के संचालन का सिद्धांत

आइए इस योजना के संचालन का विश्लेषण करें। इसकी आपूर्ति वोल्टेज ± 10 वी (सम खाते के लिए) है। प्रतिरोध रिन 1 kOhm है, और Rpos 10 kOhm है। मिडपॉइंट क्षमता को इनवर्टिंग इनपुट पर लागू संदर्भ वोल्टेज के रूप में चुना जाता है। लाल वक्र बाएं पिन रिन में आने वाले इनपुट सिग्नल को दिखाता है (इनपुट योजनाओंतुलनित्र), नीला - op-amp के गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर क्षमता और हरा - आउटपुट सिग्नल।

जबकि इनपुट सिग्नल में एक नकारात्मक ध्रुवता होती है, आउटपुट एक नकारात्मक वोल्टेज होता है, जो कि Rpos के माध्यम से, संबंधित प्रतिरोधों के मूल्यों के विपरीत अनुपात में इनपुट वोल्टेज में जोड़ा जाता है। नतीजतन, पूरी रेंज में गैर-इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता नकारात्मक मान 1 वी (पूर्ण मूल्य) इनपुट सिग्नल स्तर से अधिक है। जैसे ही गैर-इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता इनवर्टिंग की क्षमता के बराबर होती है (इनपुट सिग्नल के लिए, यह + 1 वी होगा), ऑप-एम्प के आउटपुट पर वोल्टेज नकारात्मक से स्विच करना शुरू कर देगा सकारात्मक ध्रुवीयता के लिए। गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर कुल क्षमता शुरू हो जाएगी हिमस्खलन की तरहइस तरह के एक स्विच की प्रक्रिया का समर्थन करते हुए और भी सकारात्मक बनें। नतीजतन, तुलनित्र केवल इनपुट और संदर्भ संकेतों के महत्वहीन शोर में उतार-चढ़ाव को "ध्यान नहीं देगा", क्योंकि वे स्विच करते समय गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर क्षमता के वर्णित "चरण" की तुलना में आयाम में छोटे परिमाण के कई आदेश होंगे। .

इनपुट सिग्नल में कमी के साथ, तुलनित्र के आउटपुट सिग्नल का रिवर्स स्विचिंग माइनस 1 वी के इनपुट वोल्टेज पर होगा। इनपुट सिग्नल स्तरों के बीच यह अंतर तुलनित्र के आउटपुट के स्विचिंग की ओर जाता है, जो हमारे बराबर है कुल 2 वी के मामले को कहा जाता है हिस्टैरिसीस. रिन (पीओएस की गहराई जितनी छोटी) के संबंध में प्रतिरोध Rpos जितना अधिक होगा, स्विचिंग हिस्टैरिसीस छोटा होगा। तो, Rpos \u003d 100 kOhm के साथ, यह केवल 0.2 V होगा, और Rpos \u003d 1 MΩ के साथ, यह 0.02 V (20 mV) होगा। एक विशेष सर्किट में तुलनित्र की वास्तविक परिचालन स्थितियों के आधार पर हिस्टैरिसीस (PIC गहराई) का चयन किया जाता है। जिसमें 10 एमवी बहुत होगा, और जिसमें - और 2 वी छोटा होगा।

दुर्भाग्य से, प्रत्येक सेशन amp और सभी मामलों में एक तुलनित्र के रूप में उपयोग नहीं किया जा सकता है। एनालॉग और डिजिटल सिग्नल के बीच मिलान के लिए विशिष्ट तुलनित्र माइक्रोक्रिकिट्स का उत्पादन किया जाता है। उनमें से कुछ डिजिटल TTL microcircuits (597CA2) से कनेक्ट करने के लिए विशिष्ट हैं, कुछ - डिजिटल ESL microcircuits (597CA1) से, लेकिन अधिकांश तथाकथित हैं। "सामान्य उपयोग के लिए तुलनित्र" (LM393/LM339/K554CA3/K597CA3)। ऑप एम्प्स से उनका मुख्य अंतर आउटपुट चरण के विशेष उपकरण में है, जो एक खुले कलेक्टर ट्रांजिस्टर (चित्र। 16) पर बना है।

चावल। 16 सामान्य अनुप्रयोगों के लिए तुलनित्र आउटपुट चरण
और लोड रेसिस्टर से इसका कनेक्शन

इसके लिए बाहरी के अनिवार्य उपयोग की आवश्यकता है लोड रोकनेवाला(R1), जिसके बिना आउटपुट सिग्नल केवल एक उच्च (सकारात्मक) आउटपुट स्तर बनाने में शारीरिक रूप से असमर्थ है। वोल्टेज +U2 जिससे लोड रोकनेवाला जुड़ा हुआ है, तुलनित्र चिप के आपूर्ति वोल्टेज + U1 से अलग हो सकता है। यह अनुमति देता है सरल साधनवांछित स्तर का आउटपुट सिग्नल प्रदान करें - चाहे वह टीटीएल हो या सीएमओएस।

ध्यान दें अधिकांश तुलनित्रों में, जिसका एक उदाहरण दोहरी LM393 (LM193 / LM293) या सर्किटरी में बिल्कुल समान हो सकता है, लेकिन क्वाड LM339 (LM139 / LM239), आउटपुट स्टेज ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक नकारात्मक पावर टर्मिनल से जुड़ा होता है, जो कुछ हद तक उनके दायरे को सीमित करता है। इस संबंध में, मैं LM31 तुलनित्र (LM111 / LM211) की ओर ध्यान आकर्षित करना चाहूंगा, जिसका एनालॉग घरेलू 521 / 554CA3 है, जिसमें आउटपुट ट्रांजिस्टर के कलेक्टर और एमिटर दोनों अलग-अलग आउटपुट हैं, जो हो सकते हैं तुलनित्र की आपूर्ति वोल्टेज के अलावा अन्य वोल्टेज से जुड़ा है। इसका एकमात्र और सापेक्ष नुकसान यह है कि यह 8-पिन (कभी-कभी 14-पिन) पैकेज में केवल एक है।

अब तक, हमने उन परिपथों पर विचार किया है जिनमें इनपुट सिग्नल को रिन के माध्यम से इनपुट (ओं) को खिलाया गया था, अर्थात। वे सभी थे कन्वर्टर्सइनपुट में वोल्टेजछुट्टी का दिन वोल्टेजवही। इस मामले में, इनपुट करंट रिन के माध्यम से प्रवाहित होता है। यदि इसका प्रतिरोध शून्य के बराबर लिया जाए तो क्या होगा? सर्किट ठीक उसी तरह से काम करेगा जैसे ऊपर चर्चा की गई इनवर्टिंग एम्पलीफायर, केवल सिग्नल स्रोत (रूट) का आउटपुट प्रतिबाधा रिन के रूप में काम करेगा, और हमें मिलता है कनवर्टरइनपुट वर्तमान मेंछुट्टी का दिन वोल्टेज(चित्र 17)।

चावल। 17 op-amp . पर करंट-टू-वोल्टेज कनवर्टर की योजना

चूंकि इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता नॉन-इनवर्टिंग एक के समान है (इस मामले में यह "वर्चुअल जीरो" है), संपूर्ण इनपुट करंट ( मैंमें) सिग्नल स्रोत (जी) के आउटपुट और ऑप-एम्प के आउटपुट के बीच रूक के माध्यम से प्रवाहित होगा। ऐसे सर्किट का इनपुट प्रतिरोध शून्य के करीब होता है, जिससे इसके आधार पर माइक्रो/मिलीमीटर बनाना संभव हो जाता है, जो व्यावहारिक रूप से मापा सर्किट के माध्यम से बहने वाले प्रवाह को प्रभावित नहीं करता है। शायद एकमात्र सीमा op-amp की अनुमेय इनपुट वोल्टेज रेंज है, जिसे पार नहीं किया जाना चाहिए। इसका उपयोग निर्माण के लिए भी किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, एक रैखिक फोटोडायोड वर्तमान-से-वोल्टेज कनवर्टर और कई अन्य सर्किट।

हमने इसे शामिल करने के लिए विभिन्न योजनाओं में ओएस के संचालन के बुनियादी सिद्धांतों पर विचार किया है। एक महत्वपूर्ण प्रश्न शेष है: पोषण.

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, एक ऑप amp में आमतौर पर केवल 5 पिन होते हैं: दो इनपुट, एक आउटपुट और दो पावर पिन, सकारात्मक और नकारात्मक। सामान्य स्थिति में, द्विध्रुवी शक्ति का उपयोग किया जाता है, अर्थात बिजली की आपूर्ति में क्षमता के साथ तीन आउटपुट होते हैं: + यू; 0; -यू.

एक बार फिर, उपरोक्त सभी आंकड़ों पर ध्यान से विचार करें और देखें कि op-amp . में मध्य बिंदु का एक अलग आउटपुट ना ! उनकी आंतरिक सर्किटरी को काम करने के लिए बस इसकी आवश्यकता नहीं है। कुछ सर्किट में, एक गैर-इनवर्टिंग इनपुट को मध्य बिंदु से जोड़ा गया था, हालांकि, यह नियम नहीं है।

फलस्वरूप, ज़बर्दस्त बहुमत आधुनिक op amps को शक्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है एकध्रुवीय तनाव! एक तार्किक प्रश्न उठता है: "फिर हमें द्विध्रुवी शक्ति की आवश्यकता क्यों है," अगर हमने इसे इतनी हठपूर्वक और चित्रों में गहरी स्थिरता के साथ चित्रित किया है?

यह पता चला है कि यह उचित है बहुत आराम सेव्यावहारिक उद्देश्यों के लिए निम्नलिखित कारणों से:

ए) लोड के माध्यम से पर्याप्त वर्तमान और आउटपुट वोल्टेज स्विंग सुनिश्चित करने के लिए (चित्र 18)।

चावल। 18 op-amp . की आपूर्ति के लिए विभिन्न विकल्पों के साथ लोड के माध्यम से आउटपुट करंट का प्रवाह

अभी के लिए, हम चित्र ("ब्लैक बॉक्स") में दिखाए गए सर्किट के इनपुट (और OOS) सर्किट पर विचार नहीं करेंगे। आइए इसे मान लें कि कुछ इनपुट साइनसॉइडल सिग्नल इनपुट पर लागू होता है (ग्राफ पर काला साइनसॉइड) और आउटपुट एक ही साइनसॉइडल सिग्नल है, जो ग्राफ़ पर इनपुट रंगीन साइनसॉइड के संबंध में प्रवर्धित होता है)।

लोड लोड को कनेक्ट करते समय। ऑप-एम्प के आउटपुट और बिजली आपूर्ति (GB1 और GB2) के कनेक्शन के मध्य बिंदु के बीच - अंजीर। 18, ए, मध्य बिंदु (क्रमशः, लाल और नीली अर्ध-तरंगों) के संबंध में सममित रूप से लोड के माध्यम से प्रवाहित होता है, और इसका आयाम अधिकतम होता है और वोल्टेज आयाम लोड पर होता है। अधिकतम संभव भी - यह लगभग आपूर्ति वोल्टेज तक पहुंच सकता है। संबंधित ध्रुवता के शक्ति स्रोत से करंट OS, Rload के माध्यम से बंद हो जाता है। और एक शक्ति स्रोत (संबंधित दिशा में वर्तमान प्रवाह दिखाने वाली लाल और नीली रेखाएं)।

चूंकि op-amp बिजली की आपूर्ति का आंतरिक प्रतिरोध बहुत कम है, लोड के माध्यम से करंट केवल इसके प्रतिरोध और op-amp के अधिकतम आउटपुट करंट द्वारा सीमित होता है, जो आमतौर पर 25 mA होता है।

जब op-amp को एकध्रुवीय वोल्टेज द्वारा संचालित किया जाता है: आम बसबिजली स्रोत का नकारात्मक (नकारात्मक) ध्रुव आमतौर पर चुना जाता है, जिससे लोड का दूसरा आउटपुट जुड़ा होता है (चित्र 18, बी)। अब लोड के माध्यम से करंट केवल एक दिशा में प्रवाहित हो सकता है (लाल रेखा द्वारा दिखाया गया है), दूसरी दिशा बस कहीं से नहीं आती है। दूसरे शब्दों में, भार के माध्यम से धारा विषम (स्पंदित) हो जाती है।

यह स्पष्ट रूप से कहना असंभव है कि यह विकल्प खराब है। यदि भार, कहते हैं, एक गतिशील सिर है, तो इसके लिए यह स्पष्ट रूप से खराब है। हालांकि, ऐसे कई अनुप्रयोग हैं जहां ऑप-एम्प के आउटपुट और पावर रेल (आमतौर पर नकारात्मक ध्रुवीयता) में से एक के बीच लोड को जोड़ना न केवल स्वीकार्य है, बल्कि एकमात्र संभव भी है।

यदि, फिर भी, एकध्रुवीय आपूर्ति के साथ लोड के माध्यम से वर्तमान प्रवाह की समरूपता सुनिश्चित करना आवश्यक है, तो इसे गैल्वेनिक कैपेसिटर सी 1 (छवि 18, बी) के साथ ऑप-एम्प के आउटपुट से गैल्वेनिक रूप से अलग करना आवश्यक है। )

बी) इनवर्टिंग इनपुट की आवश्यक धारा सुनिश्चित करने के साथ-साथ बंधनकुछ को इनपुट संकेत मनमाने ढंग से गिने चुनेस्तर स्वीकार कियासंदर्भ के लिए (शून्य) - प्रत्यक्ष वर्तमान (छवि 19) के लिए ओएस के संचालन मोड की स्थापना।

चावल। 19 op-amp . की आपूर्ति के लिए विभिन्न विकल्पों के साथ इनपुट सिग्नल स्रोत को जोड़ना

अब लोड के कनेक्शन को छोड़कर, इनपुट सिग्नल स्रोतों को जोड़ने के विकल्पों पर विचार करें।

पहले दिए गए आरेखों का विश्लेषण करते समय इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग इनपुट को बिजली आपूर्ति कनेक्शन (छवि 19, ए) के मध्य बिंदु से जोड़ने पर विचार किया गया था। यदि गैर-इनवर्टिंग इनपुट वर्तमान का उपभोग नहीं करता है और केवल मध्य बिंदु क्षमता को स्वीकार करता है, तो सिग्नल स्रोत (जी) और श्रृंखला में जुड़े रिन के माध्यम से, वर्तमान प्रवाह, संबंधित बिजली स्रोत के माध्यम से बंद हो जाता है! और चूंकि उनके आंतरिक प्रतिरोध इनपुट करंट (रिन से कम परिमाण के कई ऑर्डर) की तुलना में नगण्य हैं, यह व्यावहारिक रूप से आपूर्ति वोल्टेज को प्रभावित नहीं करता है।

इस प्रकार, op-amp की एकध्रुवीय आपूर्ति के साथ, आप विभक्त R1R2 (चित्र 19, B, C) का उपयोग करके इसके गैर-इनवर्टिंग इनपुट को आपूर्ति की गई क्षमता को आसानी से बना सकते हैं। इस डिवाइडर के विशिष्ट प्रतिरोधक मान 10 ... 100 kOhm हैं, और प्रभाव को कम करने के लिए 10 ... 22 माइक्रोफ़ारड कैपेसिटर के साथ निचले एक (एक सामान्य नकारात्मक बस से जुड़ा) को शंट करना अत्यधिक वांछनीय है। इस तरह की क्षमता पर आपूर्ति वोल्टेज तरंगों की कृत्रिम मध्य बिंदु.

लेकिन एक ही इनपुट करंट के कारण सिग्नल स्रोत (G) को इस कृत्रिम मध्य बिंदु से जोड़ना बेहद अवांछनीय है। चलो अनुमान लगाएं। विभक्त R1R2 = 10 kOhm और Rin = 10… 100 kOhm की रेटिंग के साथ भी, इनपुट करंट मैंमेंसबसे अच्छा 1/10 होगा, और सबसे खराब - विभक्त से गुजरने वाले वर्तमान के 100% तक। नतीजतन, गैर-इनवर्टिंग इनपुट की क्षमता इनपुट सिग्नल के साथ संयोजन (चरण में) में समान मात्रा में "फ्लोट" करेगी।

इस तरह के कनेक्शन के साथ डीसी संकेतों को प्रवर्धित करते समय एक दूसरे पर इनपुट के पारस्परिक प्रभाव को खत्म करने के लिए, सिग्नल स्रोत के लिए प्रतिरोधों R3R4 (छवि 19, बी) द्वारा गठित कृत्रिम मध्य बिंदु की एक अलग क्षमता को व्यवस्थित करना आवश्यक है, या , यदि एसी सिग्नल को बढ़ाया जाता है, तो कैपेसिटर सी 2 (छवि 1 9, बी) द्वारा इनवर्टिंग इनपुट से सिग्नल स्रोत को गैल्वेनिक रूप से अलग करें।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऊपर दिए गए आरेखों (चित्र 18, 19) में हमने डिफ़ॉल्ट रूप से मान लिया था कि आउटपुट सिग्नल बिजली आपूर्ति के मध्य बिंदु या कृत्रिम मध्य बिंदु के बारे में सममित होना चाहिए। वास्तव में, यह हमेशा आवश्यक नहीं होता है। अक्सर, आप चाहते हैं कि आउटपुट सिग्नल में मुख्य रूप से सकारात्मक या नकारात्मक ध्रुवता हो। इसलिए, यह बिल्कुल भी आवश्यक नहीं है कि बिजली आपूर्ति की सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवताएं निरपेक्ष मूल्य में समान हों। उनमें से एक दूसरे की तुलना में पूर्ण मूल्य में बहुत छोटा हो सकता है - केवल इस तरह से ओएस के सामान्य कामकाज को सुनिश्चित करने के लिए।

एक तार्किक प्रश्न उठता है: "बिल्कुल कौन सा?" इसका उत्तर देने के लिए, आइए संक्षेप में op-amp के इनपुट और आउटपुट सिग्नल की स्वीकार्य वोल्टेज श्रेणियों पर विचार करें।

किसी भी ऑप amp के लिए, आउटपुट क्षमता सकारात्मक पावर रेल की क्षमता से अधिक और नकारात्मक पावर रेल की क्षमता से कम नहीं हो सकती है। दूसरे शब्दों में, आउटपुट वोल्टेज आपूर्ति वोल्टेज की सीमा से आगे नहीं जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक OPA277 op amp के लिए, 10 kΩ के लोड प्रतिरोध पर आउटपुट वोल्टेज सकारात्मक पावर रेल से 2 V कम और नकारात्मक पावर रेल से 0.5 V कम है। आउटपुट वोल्टेज के इन "मृत क्षेत्रों" की चौड़ाई , जो op amp आउटपुट तक नहीं पहुंच सकता है, यह श्रृंखला के कारकों पर निर्भर करता है जैसे कि आउटपुट स्टेज सर्किटरी, लोड प्रतिरोध, आदि)। ऐसे ऑप एम्प्स हैं जिनमें न्यूनतम डेड ज़ोन हैं, उदाहरण के लिए, 10 kΩ (OPA340 के लिए) के लोड पर आपूर्ति रेल वोल्टेज के लिए 50 mV, op amp की इस विशेषता को "रेल-टू-रेल" (R2R) कहा जाता है।

दूसरी ओर, सामान्य प्रयोजन के op-amps के लिए, इनपुट संकेत भी आपूर्ति वोल्टेज से अधिक नहीं होने चाहिए, और कुछ के लिए, 1.5 ... 2 V से कम होना चाहिए। हालांकि, विशिष्ट इनपुट चरण सर्किटरी के साथ op-amps हैं। (उदाहरण के लिए, वही LM358 / LM324) , जो न केवल नकारात्मक शक्ति स्तर से काम कर सकता है, बल्कि 0.3 V से "नकारात्मक" भी हो सकता है, जो एक सामान्य नकारात्मक बस के साथ एकध्रुवीय बिजली आपूर्ति के साथ उनके उपयोग की सुविधा प्रदान करता है।

आइए अंत में इन "स्पाइडर बग्स" को देखें और महसूस करें। आप सूंघ कर चाट भी सकते हैं। मैं अनुमति देता हूं। नौसिखिए रेडियो शौकीनों के लिए उपलब्ध उनके सबसे आम विकल्पों पर विचार करें। खासकर अगर आपको पुराने उपकरण से ऑप amp मिलाप करना है।

पुराने डिजाइनों के ऑप-एम्प्स के लिए, जिन्हें आवश्यक रूप से आवृत्ति सुधार के लिए बाहरी सर्किट की आवश्यकता होती है, आत्म-उत्तेजना को रोकने के लिए, अतिरिक्त निष्कर्ष होना विशिष्ट था। इस वजह से, कुछ ऑप एम्प्स 8-पिन पैकेज (छवि 20, ए) में "फिट" भी नहीं थे और 12-पिन गोल धातु-ग्लास में बने थे, उदाहरण के लिए, K140UD1, K140UD2, K140UD5 (चित्र। 20) , बी) या 14-पिन डीआईपी पैकेज में, उदाहरण के लिए, K140UD20, K157UD2 (चित्र। 20, बी)। संक्षिप्त नाम डीआईपी अंग्रेजी अभिव्यक्ति "डुअल इन लाइन पैकेज" का संक्षिप्त नाम है और "दो तरफा पैकेज" के रूप में अनुवादित है।

गोल धातु-कांच का मामला (चित्र। 20, ए, बी) का उपयोग आयातित ऑप-एम्प्स के लिए मुख्य रूप से 70 के दशक के मध्य तक और घरेलू ऑप-एम्प्स के लिए - 80 के दशक के मध्य तक किया जाता था और अब इसका उपयोग किया जाता है कहा गया। "सैन्य" आवेदन ("पांचवीं स्वीकृति")।

कभी-कभी घरेलू ऑप-एम्प्स को वर्तमान में "विदेशी" मामलों में रखा गया था: हाइब्रिड K284UD1 (छवि 20, डी) के लिए एक 15-पिन आयताकार धातु-ग्लास, जिसमें कुंजी मामले से अतिरिक्त 15 वां पिन है, और अन्य . सच है, मैं व्यक्तिगत रूप से प्लानर 14-पिन पैकेज (चित्र 20, ई) में एक ऑप-एम्प रखने के लिए नहीं मिला हूं। इनका उपयोग डिजिटल सर्किट के लिए किया जाता था।

चावल। घरेलू परिचालन एम्पलीफायरों के 20 मामले

आधुनिक ऑप एम्प्स, अधिकांश भाग के लिए, चिप पर सुधार सर्किट होते हैं, जिससे न्यूनतम संख्या में पिन प्राप्त करना संभव हो जाता है (उदाहरण के लिए, एकल ऑप amp के लिए 5-पिन SOT23-5 - अंजीर। 23)। इससे एक मामले में एक चिप पर बने दो से चार पूरी तरह से स्वतंत्र (सामान्य बिजली उत्पादन को छोड़कर) ऑप-एम्प्स रखना संभव हो गया।

चावल। आउटपुट माउंटिंग (डीआईपी) के लिए आधुनिक ऑप एम्प्स के 21 दो-पंक्ति प्लास्टिक के मामले

कभी-कभी आप एकल-पंक्ति 8-पिन (छवि 22) या 9-पिन पैकेज (एसआईपी) - K1005UD1 में रखे गए op-amps पा सकते हैं। संक्षिप्त नाम एसआईपी अंग्रेजी अभिव्यक्ति "सिंगल इन लाइन पैकेज" का संक्षिप्त नाम है और "वन-वे पिनआउट के साथ आवास" के रूप में अनुवादित है।

चावल। थ्रू-होल माउंटिंग (SIP-8) के लिए डबल ऑप-एम्प्स का 22 सिंगल-पंक्ति प्लास्टिक केस

उन्हें बोर्ड पर कब्जा किए गए स्थान को कम करने के लिए डिज़ाइन किया गया था, लेकिन, दुर्भाग्य से, वे "देर से" थे: इस समय तक, सतह माउंट पैकेज (एसएमडी - सरफेस माउंटिंग डिवाइस) सीधे बोर्ड ट्रैक्स (छवि 23) में टांका लगाकर बन गए थे। व्यापक। हालांकि, शुरुआती लोगों के लिए, उनका उपयोग महत्वपूर्ण कठिनाइयों को प्रस्तुत करता है।

चावल। सरफेस माउंटिंग (एसएमडी) के लिए आधुनिक आयातित ऑप एम्प्स के 23 मामले

बहुत बार, एक ही माइक्रोक्रिकिट को निर्माता द्वारा विभिन्न पैकेजों में "पैक" किया जा सकता है (चित्र 24)।

चावल। 24 अलग-अलग पैकेज में एक ही चिप के लिए प्लेसमेंट विकल्प

सभी microcircuits के निष्कर्षों में क्रमिक संख्या होती है, जिसे तथाकथित से गिना जाता है। "कुंजी", नंबर 1 पर आउटपुट के स्थान को दर्शाता है। (चित्र। 25)। में कोई भी यदि शरीर टर्मिनलों के साथ स्थित है धकेलना, उनकी संख्या आरोही क्रम में जाती है के खिलाफ दक्षिणावर्त!

चावल। 25 परिचालन एम्पलीफायरों का पिन असाइनमेंट
विभिन्न मामलों में (पिनआउट), शीर्ष दृश्य;
तीरों द्वारा दिखाई गई क्रमांकन दिशा

गोल धातु-कांच के मामलों में, कुंजी में एक साइड फलाव का रूप होता है (चित्र 25, ए, बी)। यहाँ, इस कुंजी के स्थान से, विशाल "रेक" संभव हैं! घरेलू 8-पिन मामलों (302.8) में, कुंजी पहले पिन (छवि 25, ए) के विपरीत स्थित है, और आयातित TO-5 में - आठवें पिन के विपरीत (चित्र 25, बी)। 12-पिन मामलों में, दोनों घरेलू (302.12) और आयातित, कुंजी स्थित है के बीचपहला और बारहवां निष्कर्ष।

आमतौर पर, इनवर्टिंग इनपुट, राउंड ग्लास-मेटल और डीआईपी पैकेज दोनों में, 2 पिन से जुड़ा होता है, नॉन-इनवर्टिंग इनपुट 3 पिन से, आउटपुट 6 वें पिन से, पावर माइनस 4 पिन से, और पावर प्लस टू पिन 4. 7वां। हालांकि, OU K140UD8, K574UD1 के पिनआउट में अपवाद हैं (एक और संभावित "रेक")। उनमें, अधिकांश अन्य प्रकारों के लिए आम तौर पर स्वीकृत की तुलना में निष्कर्षों की संख्या को एक वामावर्त द्वारा स्थानांतरित किया जाता है, अर्थात। वे टर्मिनलों से जुड़े हुए हैं, जैसा कि आयातित मामलों (छवि 25, बी) में है, और नंबरिंग घरेलू लोगों (छवि 25, ए) से मेल खाती है।

में पिछले सालअधिकांश ओएस "घरेलू उद्देश्यों" को प्लास्टिक के मामलों (छवि 21, 25, सी-डी) में रखा जाने लगा। इन मामलों में, कुंजी या तो पहले पिन के विपरीत एक अवकाश (डॉट) है, या पहले और 8 वें (डीआईपी -8) या 14 वें (डीआईपी -14) पिन के बीच मामले के अंत में एक कटआउट या एक कक्ष है। पिंस का पहला भाग (चित्र 21, मध्य)। इन मामलों में पिन नंबरिंग भी जाती है के खिलाफ दक्षिणावर्तऊपर से देखे जाने पर (निष्कर्षों के साथ आप से दूर)।

जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, आंतरिक रूप से सही किए गए ऑप एम्प्स में कुल पांच आउटपुट होते हैं, जिनमें से केवल तीन (दो इनपुट और एक आउटपुट) प्रत्येक व्यक्तिगत ऑप amp से संबंधित होते हैं। इसने दो पूरी तरह से स्वतंत्र (प्लस और माइनस पावर के अपवाद के साथ, जिसमें दो और पिन की आवश्यकता होती है) को एक चिप पर एक 8-पिन पैकेज (छवि 25, डी) में और यहां तक ​​​​कि एक 14 में चार को रखना संभव बना दिया। -पिन पैकेज (चित्र 25, डी)। नतीजतन, वर्तमान में, अधिकांश ऑप-एम्प्स कम से कम दोहरे उत्पादित होते हैं, उदाहरण के लिए, TL062, TL072, TL082, सस्ते और सरल LM358, आदि। आंतरिक संरचना में बिल्कुल समान, लेकिन क्वाड - क्रमशः, TL064, TL074, TL084 और LM324।

LM324 (K1401UD2) के घरेलू एनालॉग के संबंध में, एक और "रेक" है: यदि LM324 में बिजली की आपूर्ति का प्लस 4 पिन से जुड़ा है, और माइनस 11 वें, तो K1401UD2 में यह है दूसरी तरफ: शक्ति का प्लस 11 वें पिन पर लाया जाता है, और माइनस - 4 वें स्थान पर। हालांकि, इस अंतर से वायरिंग में कोई कठिनाई नहीं होती है। चूंकि op-amp पिन का पिनआउट पूरी तरह से सममित है (चित्र 25, E), आपको बस केस को 180 डिग्री मोड़ने की आवश्यकता है ताकि पहला पिन 8 वें स्थान पर आ जाए। हाँ, बस इतना ही।

आयातित OU (और न केवल OU) के लेबलिंग के बारे में कुछ शब्द। पहले 300 डिजिटल पदनामों के कई विकासों के लिए, डिजिटल कोड के पहले अंक के साथ गुणवत्ता समूह को नामित करने की प्रथा थी। उदाहरण के लिए, LM158/LM258/LM358 op amps, LM193/LM293/LM393 तुलनित्र, TL117/TL217/TL317 समायोज्य तीन-पिन स्टेबलाइजर्स, आदि आंतरिक संरचना में पूरी तरह से समान हैं, लेकिन तापमान संचालन सीमा में भिन्न हैं। LM158 (TL117) के लिए ऑपरेटिंग तापमान रेंज माइनस 55 से +125 ... 150 डिग्री सेल्सियस (तथाकथित "कॉम्बैट" या मिलिट्री रेंज) है, LM258 (TL217) के लिए - माइनस 40 से +85 डिग्री (" औद्योगिक" श्रेणी) और LM358 (TL317) के लिए - 0 से +70 डिग्री ("घरेलू" श्रेणी) तक। उसी समय, उनके लिए कीमत इस तरह के उन्नयन के लिए पूरी तरह से अनुपयुक्त हो सकती है, या बहुत कम भिन्न हो सकती है ( मूल्य निर्धारण के अचूक तरीके!). तो आप उन्हें शुरुआती के "जेब के लिए" उपलब्ध किसी भी अंकन के साथ खरीद सकते हैं, विशेष रूप से पहले "ट्रोइका" का पीछा किए बिना।

पहले तीन सौ डिजिटल चिह्नों के समाप्त होने के बाद, विश्वसनीयता समूहों को अक्षरों के साथ चिह्नित किया जाने लगा, जिसका अर्थ इन घटकों के लिए डेटाशीट (डेटाशीट का शाब्दिक रूप से "डेटा तालिका" के रूप में अनुवाद किया जाता है) में समझा जाता है।

निष्कर्ष

इसलिए हमने ऑप-एम्प के संचालन के "वर्णमाला" का अध्ययन किया, थोड़ा और तुलनित्रों को कैप्चर किया। इसके बाद, आपको इन "अक्षरों" से शब्दों, वाक्यों और संपूर्ण अर्थपूर्ण "रचनाओं" (व्यावहारिक योजनाओं) को जोड़ना सीखना होगा।

दुर्भाग्य से, "विशालता को समझना असंभव है।" यदि इस लेख में प्रस्तुत सामग्री ने यह समझने में मदद की कि ये "ब्लैक बॉक्स" कैसे काम करते हैं, तो उनके "भराई" के विश्लेषण में और गहराई से, इनपुट, आउटपुट और क्षणिक विशेषताओं का प्रभाव, एक अधिक उन्नत अध्ययन का कार्य है। इसके बारे में जानकारी विभिन्न मौजूदा साहित्य में विस्तार से और पूरी तरह से वर्णित है। जैसा कि ओखम के दादा विलियम कहा करते थे: "इकाइयों को जो आवश्यक है उससे अधिक गुणा नहीं किया जाना चाहिए।" जो अच्छी तरह से वर्णित किया गया है उसे दोहराने की कोई आवश्यकता नहीं है। आपको बस इतना करना है कि आलसी न हों और इसे पढ़ें।

11. http://www.texnic.ru/tools/lekcii/electronica/l6/lek_6.html

इसलिए, मैं सम्मान के साथ, आदि लेखक से विदा लेता हूं एलेक्सी सोकोल्युक ()

एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर सबसे सरल और सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले एनालॉग सर्किट में से एक है। केवल दो प्रतिरोधों के साथ, हम अपनी जरूरत का लाभ निर्धारित कर सकते हैं। कुछ भी हमें गुणांक को 1 से कम करने से रोकता है, जिससे इनपुट सिग्नल कमजोर हो जाता है।

अक्सर, सर्किट में एक और R3 जोड़ा जाता है, जिसका प्रतिरोध R1 और R2 के योग के बराबर होता है।

यह समझने के लिए कि एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर कैसे काम करता है, आइए एक साधारण सर्किट का अनुकरण करें। हमारे पास इनपुट पर 4V का वोल्टेज है, प्रतिरोधों का प्रतिरोध R1 \u003d 1k और R2 \u003d 2k है। बेशक, इस सब को सूत्र में बदला जा सकता है और तुरंत परिणाम की गणना की जा सकती है, लेकिन आइए देखें कि यह योजना वास्तव में कैसे काम करती है।

आइए एक परिचालन एम्पलीफायर के संचालन के बुनियादी सिद्धांतों की याद दिलाने के साथ शुरू करें:

नियम संख्या 1 - परिचालन एम्पलीफायर एनओएस (नकारात्मक प्रतिक्रिया) के माध्यम से अपने आउटपुट को प्रभावित करता है, जिसके परिणामस्वरूप दोनों इनपुट पर वोल्टेज, दोनों इनवर्टिंग (-) और गैर-इनवर्टिंग (+) बराबर होते हैं।

कृपया ध्यान दें कि नॉन-इनवर्टिंग इनपुट (+) जमीन से जुड़ा है, यानी उस पर वोल्टेज 0V है। नियम # 1 के अनुसार, इनवर्टिंग इनपुट (-) भी 0V होना चाहिए।

तो, हम रोकनेवाला R1 के टर्मिनलों पर वोल्टेज और इसके प्रतिरोध 1k को जानते हैं। इस प्रकार, मदद से हम गणना कर सकते हैं, और गणना कर सकते हैं कि प्रतिरोधक R1 से कितना करंट प्रवाहित होता है:

IR1 \u003d UR1 / R1 \u003d (4V-0V) / 1k \u003d 4mA।

नियम #2 - एम्पलीफायर इनपुट करंट ड्रा न करें

इस प्रकार, R1 से बहने वाली धारा R2 से आगे बहती है!

फिर से, हम ओम के नियम का उपयोग करते हैं और गणना करते हैं कि प्रतिरोधक R2 में वोल्टेज ड्रॉप क्या होता है। हम इसके प्रतिरोध को जानते हैं और हम जानते हैं कि इसके माध्यम से क्या धारा है, इसलिए:

UR2 = IR2R2 = 4mA *2k = 8V।

यह पता चला है कि हमारे पास आउटपुट में 8V है? निश्चित रूप से उस तरह से नहीं। मैं आपको याद दिला दूं कि यह एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर है, अर्थात, यदि हम इनपुट पर एक सकारात्मक वोल्टेज लागू करते हैं, और आउटपुट पर नकारात्मक वोल्टेज को हटाते हैं। यह कैसे होता है?

यह इस तथ्य के कारण है कि फीडबैक इनवर्टिंग इनपुट (-) पर सेट किया गया है, और इनपुट पर वोल्टेज को बराबर करने के लिए, एम्पलीफायर आउटपुट पर क्षमता को कम कर देता है। प्रतिरोधों के कनेक्शन को सरल माना जा सकता है, इसलिए, उनके कनेक्शन के बिंदु पर क्षमता शून्य के बराबर होने के लिए, आउटपुट माइनस 8 वोल्ट होना चाहिए: Uout। = -(R2/R1)*Uin.

तीसरे नियम से जुड़ी एक और पकड़ है:

नियम संख्या 3 - इनपुट और आउटपुट पर वोल्टेज ऑप-एम्प के सकारात्मक और नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज के बीच की सीमा में होना चाहिए।

यही है, आपको यह जांचना होगा कि हमारे द्वारा गणना की गई वोल्टेज वास्तव में एम्पलीफायर के माध्यम से प्राप्त की जा सकती है। अक्सर शुरुआती लोग सोचते हैं कि एम्पलीफायर मुक्त ऊर्जा के स्रोत के रूप में काम करता है और कुछ भी नहीं से वोल्टेज उत्पन्न करता है। लेकिन हमें यह याद रखना चाहिए कि एम्पलीफायर को काम करने के लिए भी शक्ति की आवश्यकता होती है।
क्लासिक एम्पलीफायर -15V और +15V के वोल्टेज पर काम करते हैं। ऐसे में हमारा -8V, जिसकी हमने गणना की, वास्तविक वोल्टेज है, क्योंकि यह इस सीमा में है।

हालांकि, आधुनिक एम्पलीफायर अक्सर 5V और उससे कम पर काम करते हैं। ऐसे में इस बात की कोई संभावना नहीं है कि एम्पलीफायर हमें आउटपुट पर माइनस 8V देगा। इसलिए, सर्किट डिजाइन करते समय, हमेशा याद रखें कि सैद्धांतिक गणना हमेशा वास्तविकता और भौतिक क्षमताओं द्वारा समर्थित होनी चाहिए।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इनवर्टिंग एम्पलीफायर में एक खामी है। हम पहले से ही जानते हैं कि यह सिग्नल स्रोत को लोड नहीं करता है, क्योंकि एम्पलीफायर इनपुट में बहुत अधिक प्रतिरोध होता है, और इतना कम करंट खींचता है कि ज्यादातर मामलों में इसे नजरअंदाज किया जा सकता है (नियम # 2)।

इनवर्टिंग एम्पलीफायर में प्रतिरोधक R1 के प्रतिरोध के बराबर एक इनपुट प्रतिबाधा होती है, व्यवहार में यह 1k ... 1M से होती है। तुलना के लिए, क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर इनपुट वाले एम्पलीफायर में सैकड़ों मेगाहोम और यहां तक ​​​​कि गिगाओम्स के क्रम का प्रतिरोध होता है! इसलिए, कभी-कभी एम्पलीफायर के सामने वोल्टेज फॉलोअर लगाने की सलाह दी जा सकती है।

इस लेख में हम परिचालन एम्पलीफायर के बारे में बात करेंगे। काम और उपयोग का एक उदाहरण।

ऑपरेशनल एंप्लीफायर- एक एकीकृत डिजाइन में अर्धचालक पर आधारित एम्पलीफायर का एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट, जिसमें दो संतुलित इनपुट होते हैं - प्रत्यक्ष और उलटा, उच्च लाभ के साथ। एकीकृत डिजाइन का तात्पर्य एकल एकीकृत सर्किट (आईसी) पैकेज में रखे गए एम्पलीफायर के पूर्ण डिजाइन से है। परिचालन एम्पलीफायरों (ऑप-एम्प्स) का उपयोग सबसे विविध है - विभिन्न संकेतों के एम्पलीफायरों में, सिग्नल जनरेटर में, ऑडियो रेंज में आवृत्ति फिल्टर में, नियंत्रण सर्किट में भौतिक मात्रा(तापमान, प्रकाश, आर्द्रता, हवा), आदि।

op amp के प्रत्यक्ष इनपुट को "+" चिह्न के साथ चिह्नित किया गया है, और उल्टे इनपुट को "-" के साथ चिह्नित किया गया है। आपको पता होना चाहिए कि विभिन्न साहित्य में एक और पदनाम है: उलटा इनपुट एक सर्कल द्वारा इंगित किया जाता है। यह उलटा संकेत का एक विशिष्ट पदनाम है, जो डिजिटल इलेक्ट्रॉनिक्स - तार्किक तत्वों में भी पाया जाता है। डायरेक्ट एंट्री में पदनाम में एक सर्कल नहीं है।

फार्मास्युटिकल तराजू यह दिखाने में सक्षम नहीं हैं कि एक कटोरे के वजन का वजन दूसरे कटोरे के वजन से कितना भिन्न होता है। वजन में अंतर के अनुमानित अवलोकन के लिए, कभी-कभी एक तीर के साथ संयुक्त विशेष प्लंब लाइनों का उपयोग तकनीकी-रासायनिक तराजू में किया जाता है, जो एक ही समय में तराजू की "संवेदनशीलता" को छोटे भार तक कम कर देता है। उसी तरह, op-amp में एक नकारात्मक प्रतिक्रिया पेश की जाती है, जो इनपुट सिग्नल के प्रति इसकी संवेदनशीलता को कम करती है - एक फीडबैक रोकनेवाला जो आउटपुट को op-amp के व्युत्क्रम इनपुट से जोड़ता है, जैसा कि ऊपर की आकृति में दिखाया गया है।

एक परिचालन एम्पलीफायर के उपयोग और संचालन का एक उदाहरण

एक परिपथ के उदाहरण का उपयोग करते हुए एक परिचालन एम्पलीफायर के संचालन पर विचार करें जो हवा के तापमान को नियंत्रित करता है, या कोई अन्य वस्तु जिस पर एक थर्मिस्टर तय होता है - एक तापमान-संवेदनशील रेडियो तत्व जो तापमान बढ़ने पर इसके प्रतिरोध को कम करता है। एक परिचालन एम्पलीफायर सर्किट जो एक पूर्व निर्धारित तापमान सीमा से अधिक होने पर तापमान और संकेतों को मापता है, चित्र में दिखाया गया है।

परिचालन एम्पलीफायर के इनपुट दो प्रतिरोधक आपूर्ति वोल्टेज डिवाइडर से जुड़े होते हैं, उनमें से केवल एक रैखिक तत्वों - प्रतिरोधों पर बना होता है, और दूसरे में एक गैर-रेखीय तत्व होता है जो तापमान के आधार पर इसके प्रतिरोध को बदलता है। वोल्टेज विभक्त क्या है, आप लेख वोल्टेज विभक्त में पता लगा सकते हैं। डिजाइन के अनुसार, ये चार प्रतिरोधक एक मापने वाले सेतु का कार्य करते हैं।

जब तापमान "सामान्य" होता है, तो डिवाइडर R1 और R2 (op-amp इनवर्टेड इनपुट) के मध्य बिंदु "A" पर, वोल्टेज डिवाइडर R3 और R4 के मध्य बिंदु "B" से अधिक होता है। op-amp), इसलिए, परिचालन एम्पलीफायर के आउटपुट पर, संकेत निम्न स्तर- वोल्टेज न्यूनतम है, ट्रांजिस्टर बंद है, और VL1 लाइट बंद है।

जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, प्रतिरोधक R2 का प्रतिरोध कम होता जाता है, इसलिए विभक्त R1 और R2 के मध्य बिंदु "A" पर वोल्टेज भी कम हो जाता है। जब, बढ़ते तापमान के साथ, थर्मिस्टर का प्रतिरोध ऐसे मान तक गिर जाता है, जिस पर विभक्त R1 और R2 (op-amp उलटा इनपुट) के मध्य बिंदु "A" पर वोल्टेज मध्य बिंदु "B" से कम हो जाता है डिवाइडर R3 और R4 (op-amp का सीधा इनपुट), ऑपरेशनल एम्पलीफायर के आउटपुट पर एक उच्च स्तरीय सिग्नल दिखाई देगा - वोल्टेज अधिकतम हो जाएगा, ट्रांजिस्टर खुल जाएगा और लाइट चालू हो जाएगी।

चित्र में दिखाया गया तापमान नियंत्रण सर्किट एक वास्तविक जीवन सर्किट है, और ठीक से इकट्ठा होने पर, यह तुरंत काम करता है। प्रतिक्रिया तापमान सीमा को रोकनेवाला R4 का उपयोग करके सेट किया गया है। इसे बैटरी और बिजली आपूर्ति रेक्टिफायर दोनों से संचालित किया जा सकता है। आपूर्ति वोल्टेज रेंज 6 से 30 वोल्ट तक हो सकती है।

यदि थर्मिस्टर R2 किसी भी सतह पर तय किया गया है, उदाहरण के लिए, एक शक्तिशाली ट्रांजिस्टर का कूलिंग रेडिएटर, एक प्रकाश बल्ब के बजाय, 12 वोल्ट के वोल्टेज के लिए एक साधारण कंप्यूटर पंखा (कूलर) का उपयोग किया जाता है, तो सर्किट का उपयोग किया जा सकता है किसी चीज़ के लिए एक स्वचालित शीतलन उपकरण, उदाहरण के लिए, एक शक्तिशाली ट्रांजिस्टर। एक निश्चित तापमान पर पहुंचने पर पंखा चालू हो जाएगा और "कंट्रोल ऑब्जेक्ट" के ठंडा होने के बाद बंद हो जाएगा।

ऑपरेशनल एम्पलीफायर की संवेदनशीलता को कम करने के लिए, फार्मास्युटिकल स्केल में विशेष प्लंब लाइनों की तरह, नकारात्मक प्रतिक्रिया (NFB) का उपयोग किया जाता है, जो एक रोकनेवाला पर किया जाता है (आरेख में यह R5 है)। रोकनेवाला एम्पलीफायर के आउटपुट को उल्टे इनपुट से जोड़ता है। एम्पलीफायर के आउटपुट वोल्टेज को बढ़ाकर, आउटपुट वोल्टेज को रोकनेवाला के माध्यम से एम्पलीफायर के नकारात्मक इनपुट में पारित किया जाता है, जिससे आउटपुट वोल्टेज कम हो जाता है। नकारात्मक प्रतिक्रिया रोकनेवाला का प्रतिरोध जितना कम होगा, प्रतिक्रिया उतनी ही अधिक होगी, जिसका अर्थ है कि परिचालन एम्पलीफायर का लाभ जितना खराब होगा। आरेख में प्रस्तावित माइक्रोक्रिकिट के प्रकार के लिए प्रतिक्रिया रोकनेवाला R5 का मान 10 किलो ओम से 1.5 मेगा ओम तक हो सकता है। नकारात्मक प्रतिक्रिया आउटपुट वोल्टेज बनाम इनपुट वोल्टेज चापलूसी का ग्राफ बनाती है। यह संबंध बाएं ग्राफ में दिखाया गया है।

यदि एक परिचालन एम्पलीफायर का उपयोग एक स्वचालन प्रणाली के रिले को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, या अन्य उपकरण जो लगातार वोल्टेज ड्रॉप को "सहन नहीं करता" है, तो बार-बार स्विचिंग, या संपर्कों के "बाउंस" को समाप्त करने के लिए, नकारात्मक नहीं, बल्कि सकारात्मक प्रतिक्रिया (पीओएस) इस्तेमाल किया जा सकता है। इस मामले में, प्रतिक्रिया रोकनेवाला एम्पलीफायर के आउटपुट को उल्टे इनपुट से नहीं, बल्कि प्रत्यक्ष से जोड़ता है। फिर, जब एम्पलीफायर के आउटपुट पर वोल्टेज बढ़ता है, तो आउटपुट वोल्टेज को रोकनेवाला के माध्यम से एम्पलीफायर के सकारात्मक इनपुट में स्थानांतरित किया जाता है, जिससे यह आउटपुट वोल्टेज को और भी तेजी से बढ़ाता है। इस कनेक्शन के साथ, ऑपरेशन, "चालू" और "बंद" परिचालन एम्पलीफायर दोनों के लिए, इनपुट वोल्टेज डिवाइडर पर अधिक वोल्टेज अंतर के साथ होता है - नकारात्मक प्रतिक्रिया की तुलना में मापने वाले पुल का असंतुलन। एम्पलीफायर का स्विचिंग व्यवहार अधिक "तेज" हो जाता है - "चालू" होने पर इसकी एक तेज धार होती है और "बंद" होने पर एक तेज गिरावट होती है। सकारात्मक प्रतिक्रिया रोकनेवाला का प्रतिरोध जितना कम होगा, प्रतिक्रिया उतनी ही अधिक होगी, और इसलिए परिचालन एम्पलीफायर का लाभ जितना अधिक होगा। लेकिन ध्यान रखें कि अत्यधिक सकारात्मक प्रतिक्रिया से आउटपुट सिग्नल विरूपण और op amp के आत्म-उत्तेजना का कारण बनता है।

सकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ (पीओएस) प्रकट होता है खराब असर- "हिस्टैरिसीस लूप", जिसमें एम्पलीफायर इनपुट वोल्टेज में बड़े अंतर पर चालू होता है, और बंद हो जाता है - नकारात्मक प्रतिक्रिया वाले एम्पलीफायर की तुलना में बहुत छोटे पर। पीओएस जितना मजबूत होगा, हिस्टैरिसीस लूप उतना ही अधिक "आयताकार" होगा (आकृति में दायां ग्राफ)। मजबूत सकारात्मक प्रतिक्रिया की उपस्थिति सर्किट को श्मिट ट्रिगर में बदल देती है। इसलिए, इस प्रकार की प्रतिक्रिया स्वचालित तापमान नियंत्रण प्रणाली में एक महत्वपूर्ण तापमान फैलाने की अनुमति देती है और उपयुक्त नहीं है, उदाहरण के लिए, एक इनक्यूबेटर के लिए, जिसके लिए एक बड़ा तापमान प्रसार स्वीकार्य नहीं है।

Op-amps को एकल आपूर्ति द्वारा संचालित किया जा सकता है, जैसा कि पहले दिखाया गया है, लेकिन सामान्य तौर पर वे दोहरी आपूर्ति के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। उन सर्किटों में द्विध्रुवी आपूर्ति अनिवार्य है जिसमें परिचालन एम्पलीफायर सकारात्मक और नकारात्मक दोनों वोल्टेज को मापता है, या मापा वोल्टेज "शून्य" के बराबर होता है, उदाहरण के लिए, हार्मोनिक सिग्नल एम्पलीफायर सर्किट में। द्विध्रुवीय बिजली आपूर्ति के मामले में, इनपुट सिग्नल के आधार पर परिचालन एम्पलीफायर का आउटपुट वोल्टेज "-" पावर से "+" पावर तक भिन्न हो सकता है।

द्विध्रुवी आपूर्ति के साथ कुछ प्रकार के परिचालन एम्पलीफायरों में, "शून्य संतुलन" को समायोजित करना संभव है - एक ऐसी स्थिति, जब दोनों इनपुट पर इनपुट सिग्नल की अनुपस्थिति में, इसका आउटपुट न तो सकारात्मक और न ही नकारात्मक वोल्टेज है, लेकिन शून्य के बराबर है . इसके लिए, op-amp microcircuits के विशेष निष्कर्ष हैं, जहां एक ट्यूनिंग रोकनेवाला शून्य संतुलन को विनियमित करने के लिए जुड़ा हुआ है।

गैर-रैखिक विकृतियों को खत्म करने के लिए हार्मोनिक संकेतों को बढ़ाने के मोड में काम करने वाले सभी परिचालन एम्पलीफायरों के लिए, अतिरिक्त तत्वों को जोड़ा जा सकता है - फिल्टर, आमतौर पर कैपेसिटर और प्रतिरोधों से मिलकर। प्रत्येक प्रकार के परिचालन एम्पलीफायर के लिए, फ़िल्टर सर्किट अलग होता है। एक नियम के रूप में, यह संदर्भ पुस्तकों में दिया गया है।

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कुछ अक्सर मुझसे एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स पर सवाल पूछने लगा। क्या छात्रों के सत्र ने गेंदें लीं? ;) ठीक है, थोड़ा शैक्षिक कार्यक्रम स्थानांतरित करने का समय आ गया है। विशेष रूप से, परिचालन एम्पलीफायरों के संचालन पर। यह क्या है, इसे किसके साथ खाया जाता है और इसकी गणना कैसे की जाती है।

यह क्या है
एक ऑप-एम्प दो-इनपुट amp, नेवी ... उहम ... बड़ा सिग्नल गेन और एक आउटपुट है। वे। हमारे पास यू आउट \u003d के * यू इन है, और के आदर्श रूप से अनंत के बराबर है। व्यवहार में, निश्चित रूप से, अधिक मामूली संख्याएँ हैं। मान लीजिए 1000000. लेकिन ऐसी संख्याएं भी मस्तिष्क में विस्फोट कर देती हैं जब उन्हें सीधे लागू करने का प्रयास किया जाता है। इसलिए, जैसा कि बाल विहार, एक क्रिसमस ट्री, दो, तीन, कई क्रिसमस ट्री - हमारे यहां बहुत सुदृढीकरण है;) और बस।

और दो प्रवेश द्वार हैं। और उनमें से एक प्रत्यक्ष है, और दूसरा उलटा है।

इसके अलावा, इनपुट उच्च-प्रतिबाधा हैं। वे। उनका इनपुट प्रतिबाधा आदर्श मामले में अनंत है और वास्तविक मामले में बहुत अधिक है। वहां का खाता सैकड़ों मेगाओम और यहां तक ​​कि गीगाहोम तक जाता है। वे। यह इनपुट पर वोल्टेज को मापता है, लेकिन यह न्यूनतम रूप से प्रभावित होता है। और हम मान सकते हैं कि op-amp में करंट प्रवाहित नहीं होता है।

इस मामले में आउटपुट वोल्टेज की गणना इस प्रकार की जाती है:

यू आउट \u003d (यू 2-यू 1) * के

जाहिर है, अगर प्रत्यक्ष इनपुट पर वोल्टेज उलटा से अधिक है, तो आउटपुट प्लस अनंत है। अन्यथा, यह माइनस इनफिनिटी होगा।

बेशक, एक वास्तविक सर्किट में, कोई प्लस और माइनस अनंत नहीं होगा, और उन्हें एम्पलीफायर के उच्चतम और निम्नतम बिजली आपूर्ति वोल्टेज से बदल दिया जाएगा। और हम प्राप्त करेंगे:

तुलनित्र
एक उपकरण जो आपको दो एनालॉग संकेतों की तुलना करने और निर्णय लेने की अनुमति देता है - इनमें से कौन सा सिग्नल अधिक है। पहले से ही दिलचस्प है। आप इसके लिए बहुत सारे एप्लिकेशन के बारे में सोच सकते हैं। वैसे, एक ही तुलनित्र अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर में बनाया गया है, और मैंने दिखाया कि एवीआर का उपयोग करके इसे बनाने के बारे में लेखों में एक उदाहरण के रूप में कैसे उपयोग किया जाए। इसके अलावा, तुलनित्र बनाने के लिए आश्चर्यजनक रूप से उपयोग किया जाता है।

लेकिन बात केवल एक तुलनित्र तक सीमित नहीं है, क्योंकि यदि आप फीडबैक पेश करते हैं, तो op-amp से बहुत कुछ किया जा सकता है।

प्रतिपुष्टि
अगर हम आउटपुट से सिग्नल लेते हैं और इसे सीधे इनपुट पर भेजते हैं, तो फीडबैक आएगा।

सकारात्मक प्रतिक्रिया
आइए आउटपुट से सीधे सिग्नल को सीधे इनपुट में लेते हैं और चलाते हैं।

• वोल्टेज U1 शून्य के ऊपर- आउटपुट पर -15 वोल्ट
• वोल्टेज U1 शून्य से कम है - आउटपुट पर +15 वोल्ट

क्या होगा यदि वोल्टेज शून्य है? सिद्धांत रूप में, आउटपुट शून्य होना चाहिए। लेकिन वास्तव में, वोल्टेज कभी भी शून्य नहीं होगा। आखिरकार, भले ही दाएं का चार्ज एक इलेक्ट्रॉन द्वारा बाएं के चार्ज से अधिक हो, तो यह पहले से ही अनंत प्रवर्धन पर आउटपुट की क्षमता को रोल करने के लिए पर्याप्त है। और आउटपुट पर, आकार का नरक शुरू हो जाएगा - तुलनित्र के इनपुट पर प्रेरित यादृच्छिक गड़बड़ी की गति से सिग्नल इधर-उधर कूदता है।

इस समस्या को हल करने के लिए हिस्टैरिसीस पेश किया जाता है। वे। एक राज्य से दूसरे राज्य में जाने के बीच एक प्रकार का अंतर। ऐसा करने के लिए, सकारात्मक प्रतिक्रिया प्रस्तुत करें, जैसे:

हम मानते हैं कि इस समय उलटा इनपुट +10 वोल्ट है। ऑप-एम्प से आउटपुट पर, माइनस 15 वोल्ट। प्रत्यक्ष इनपुट पर, यह अब शून्य नहीं है, बल्कि विभक्त से आउटपुट वोल्टेज का एक छोटा सा हिस्सा है। लगभग -1.4 वोल्ट अब, जब तक उल्टे इनपुट पर वोल्टेज -1.4 वोल्ट से कम नहीं हो जाता, तब तक op-amp का आउटपुट अपने वोल्टेज को नहीं बदलेगा। और जैसे ही वोल्टेज -1.4 से नीचे चला जाता है, तो op-amp का आउटपुट तेजी से +15 तक उछल जाएगा और प्रत्यक्ष इनपुट पर पहले से ही +1.4 वोल्ट का पूर्वाग्रह होगा।

और तुलनित्र के आउटपुट पर वोल्टेज को बदलने के लिए, सिग्नल U1 को +1.4 के ऊपरी बार तक पहुंचने के लिए 2.8 वोल्ट तक बढ़ाना होगा।

1.4 और -1.4 वोल्ट के बीच एक तरह का गैप होता है जहां संवेदनशीलता नहीं होती है। अंतराल की चौड़ाई को R1 और R2 में प्रतिरोधों के अनुपात द्वारा नियंत्रित किया जाता है। दहलीज वोल्टेज की गणना Uout/(R1+R2) * R1 के रूप में की जाती है मान लीजिए कि 1 से 100 +/- 0.14 वोल्ट देगा।

लेकिन फिर भी, op-amp का उपयोग अक्सर नकारात्मक प्रतिक्रिया मोड में किया जाता है।

नकारात्मक प्रतिपुष्टि
ठीक है, आइए इसे दूसरे तरीके से रखें:

नकारात्मक प्रतिक्रिया के मामले में, op amp में एक दिलचस्प संपत्ति होती है। यह हमेशा अपने आउटपुट वोल्टेज को समायोजित करने का प्रयास करेगा ताकि इनपुट पर वोल्टेज बराबर हो, जिसके परिणामस्वरूप शून्य अंतर हो।
जब तक मैं कॉमरेड होरोविट्ज़ और हिल की महान पुस्तक में इसे नहीं पढ़ता, तब तक मैं ओयू के काम में नहीं पड़ सकता था। लेकिन सब कुछ सरल निकला।

अपराधी
और हमें एक पुनरावर्तक मिला। वे। इनपुट यू 1 पर, उलटा इनपुट यू आउट = यू 1 पर। खैर, यह पता चला है कि यू आउट \u003d यू 1।

सवाल यह है कि हम ऐसी खुशी के लिए क्या हैं? तार को सीधे फेंकना संभव था और किसी op-amp की आवश्यकता नहीं होगी!

यह संभव है, लेकिन हमेशा नहीं। ऐसी स्थिति की कल्पना कीजिए, एक प्रतिरोधक विभक्त के रूप में बना एक सेंसर है:

कम प्रतिरोध अपना मान बदलता है, विभक्त से आउटपुट वोल्टेज का लेआउट बदल जाता है। और हमें वोल्टमीटर से इसकी रीडिंग लेने की जरूरत है। लेकिन वाल्टमीटर का अपना आंतरिक प्रतिरोध होता है, भले ही वह बड़ा हो, लेकिन यह सेंसर से रीडिंग को बदल देगा। इसके अलावा, अगर हम एक वाल्टमीटर नहीं चाहते हैं, लेकिन चाहते हैं कि एक प्रकाश बल्ब चमक को बदल दे? यहाँ एक प्रकाश बल्ब को जोड़ने का कोई तरीका नहीं है! इसलिए, आउटपुट को एक परिचालन एम्पलीफायर द्वारा बफर किया जाता है। इसका इनपुट प्रतिरोध बहुत बड़ा है और इसका न्यूनतम प्रभाव होगा, और आउटपुट काफी ठोस करंट (दसियों मिलीमीटर, या यहां तक ​​कि सैकड़ों) प्रदान कर सकता है, जो कि प्रकाश बल्ब के काम करने के लिए काफी है।
सामान्य तौर पर, पुनरावर्तक के लिए आवेदन मिल सकते हैं। विशेष रूप से सटीक एनालॉग सर्किट में। या जहां एक चरण की सर्किटरी दूसरे के संचालन को प्रभावित कर सकती है, उन्हें अलग करने के लिए।

एम्पलीफायर
और अब चलो अपने कानों से एक फींट करते हैं - आइए हमारी प्रतिक्रिया लें और इसे वोल्टेज डिवाइडर के माध्यम से जमीन पर रखें:

अब आधा आउटपुट वोल्टेज उल्टे इनपुट पर लगाया जाता है। और एम्पलीफायर को अभी भी अपने इनपुट पर वोल्टेज को बराबर करने की आवश्यकता है। उसे क्या करना होगा? यह सही है - उत्पन्न होने वाले विभक्त की क्षतिपूर्ति के लिए अपने आउटपुट पर वोल्टेज को पहले की तुलना में दोगुना बढ़ाएं।

अब सीधी रेखा पर U1 होगा। उलटा यू आउट / 2 \u003d यू 1 या यू आउट \u003d 2 * यू 1 पर।

आइए भाजक को एक अलग अनुपात के साथ रखें - स्थिति उसी तरह बदल जाएगी। वोल्टेज विभक्त सूत्र आपके दिमाग में न आने के लिए, मैं इसे तुरंत दूंगा:

यू आउट \u003d यू 1 * (1 + आर 1 / आर 2)

यह स्मरणीय रूप से याद किया जाता है कि क्या बहुत सरल है:

यह पता चला है कि इनपुट सिग्नल यू आउट में प्रतिरोधों आर 2, आर 1 के सर्किट से गुजरता है। इस मामले में, एम्पलीफायर का प्रत्यक्ष इनपुट शून्य पर सेट है। हम op-amp की आदतों को याद करते हैं - यह हुक या बदमाश द्वारा यह सुनिश्चित करने की कोशिश करेगा कि इसके व्युत्क्रम इनपुट पर प्रत्यक्ष इनपुट के बराबर वोल्टेज बनता है। वे। शून्य। ऐसा करने का एकमात्र तरीका आउटपुट वोल्टेज को शून्य से कम करना है ताकि शून्य बिंदु 1 पर हो।

इसलिए। कल्पना कीजिए कि यू आउट = 0। जबकि शून्य के बराबर। और इनपुट वोल्टेज, उदाहरण के लिए, यू आउट के सापेक्ष 10 वोल्ट है। R 1 और R 2 का भाजक इसे आधे में विभाजित करेगा। इस प्रकार, बिंदु 1 पर पाँच वोल्ट होते हैं।

पांच वोल्ट शून्य के बराबर नहीं होता है और op amp अपने आउटपुट को तब तक कम करता है जब तक कि बिंदु 1 पर शून्य न हो। ऐसा करने के लिए, आउटपुट (-10) वोल्ट होना चाहिए। इस मामले में, अंतर इनपुट के सापेक्ष 20 वोल्ट होगा, और विभक्त हमें बिंदु 1 पर बिल्कुल 0 प्रदान करेगा। हमें एक इन्वर्टर मिला।

लेकिन आप अन्य प्रतिरोधक भी चुन सकते हैं ताकि हमारा विभक्त अन्य गुणांक दे!
सामान्य तौर पर, ऐसे एम्पलीफायर के लिए लाभ का सूत्र इस प्रकार होगा:

यू आउट \u003d - यू इन * आर 1 / आर 2

ठीक है, xy से xy को जल्दी से याद करने के लिए एक स्मरणीय चित्र।

मान लीजिए कि U 2 और U 1 प्रत्येक में 10 वोल्ट होंगे। फिर दूसरे बिंदु पर 5 वोल्ट होंगे। और आउटपुट को ऐसा बनाना होगा कि पहले बिंदु पर यह भी 5 वोल्ट हो जाए। यानी शून्य। तो यह पता चला है कि 10 वोल्ट माइनस 10 वोल्ट शून्य के बराबर होता है। सब कुछ सही है :)

यदि यू 1 20 वोल्ट हो जाता है, तो आउटपुट को -10 वोल्ट तक गिरना होगा।
अपने लिए गणना करें - यू 1 और यू आउट के बीच का अंतर 30 वोल्ट होगा। रोकनेवाला R4 के माध्यम से करंट (U 1 -U आउट) / (R 3 + R 4) = 30/20000 = 0.0015A होगा, और रोकनेवाला R 4 में वोल्टेज ड्रॉप R 4 * I 4 = 10000 * होगा। 0.0015 = 15 वोल्ट। इनपुट 20 से 15 वोल्ट की गिरावट घटाएं और 5 वोल्ट प्राप्त करें।

इस प्रकार, हमारे op-amp ने अंकगणितीय समस्या को 10 घटाए गए 20 से हल किया, -10 वोल्ट प्राप्त किया।

इसके अलावा, समस्या में प्रतिरोधों द्वारा निर्धारित गुणांक होते हैं। यह सिर्फ इतना है कि, सादगी के लिए, प्रतिरोधक समान मूल्य के होते हैं, और इसलिए सभी गुणांक एक के बराबर होते हैं। लेकिन वास्तव में, अगर हम मनमानी प्रतिरोधक लेते हैं, तो इनपुट पर आउटपुट की निर्भरता इस प्रकार होगी:

यू आउट \u003d यू 2 * के 2 - यू 1 * के 1

के 2 \u003d ((आर 3 + आर 4) * आर 6) / (आर 6 + आर 5) * आर 4
के 1 \u003d आर 3 / आर 4

गुणांक गणना सूत्र को याद रखने के लिए निमोनिक्स इस प्रकार है:
सीधे आरेख पर। अंश का अंश सबसे ऊपर है, इसलिए हम वर्तमान प्रवाह सर्किट में ऊपरी प्रतिरोधों को जोड़ते हैं और निचले वाले से गुणा करते हैं। हर नीचे है, इसलिए निचले प्रतिरोधों को जोड़ें और ऊपरी से गुणा करें।

यहाँ सब कुछ सरल है। इसलिये बिंदु 1 को लगातार 0 तक कम किया जाता है, तो हम मान सकते हैं कि इसमें बहने वाली धाराएँ हमेशा U / R के बराबर होती हैं, और नोड संख्या 1 में प्रवेश करने वाली धाराओं को संक्षेप में प्रस्तुत किया जाता है। इनपुट रेसिस्टर का फीडबैक रेसिस्टर से अनुपात आने वाले करंट के वजन को निर्धारित करता है।

आप जितनी चाहें उतनी शाखाएँ हो सकती हैं, लेकिन मैंने केवल दो ही खींची हैं।

यू आउट \u003d -1 (आर 3 * यू 1 / आर 1 + आर 3 * यू 2 / आर 2)

इनपुट रेसिस्टर्स (R 1 , R 2 ) करंट की मात्रा निर्धारित करते हैं, और इसलिए आने वाले सिग्नल का कुल वजन। यदि आप मेरे जैसे सभी प्रतिरोधों को समान बनाते हैं, तो वजन समान होगा, और प्रत्येक पद का गुणन कारक 1 के बराबर होगा। और यू आउट \u003d -1 (यू 1 + यू 2)

योजक गैर-इनवर्टिंग
सब कुछ थोड़ा अधिक जटिल है, लेकिन ऐसा लगता है।

यूआउट \u003d यू 1 * के 1 + यू 2 * के 2

के 1 \u003d आर 5 / आर 1
के 2 \u003d आर 5 / आर 2

इसके अलावा, प्रतिक्रिया प्रतिरोधक ऐसा होना चाहिए कि समीकरण R 3 / R 4 \u003d K 1 + K 2 मनाया जाए

सामान्य तौर पर, परिचालन एम्पलीफायरों पर, आप कोई भी गणित बना सकते हैं, जोड़ सकते हैं, गुणा कर सकते हैं, विभाजित कर सकते हैं, डेरिवेटिव और इंटीग्रल की गणना कर सकते हैं। और लगभग तुरंत। OU में, एनालॉग कंप्यूटर बनाए जाते हैं। मैंने इनमें से एक को एसयूएसयू की पांचवीं मंजिल पर भी देखा - एक मूर्ख कमरे के फर्श के आकार का। कई धातु अलमारियाँ। प्रोग्राम को विभिन्न ब्लॉकों को तारों से जोड़कर टाइप किया जाता है :)