परिचालन एम्पलीफायर रैखिक उपकरण होते हैं जिनमें लगभग आदर्श डीसी प्रवर्धन के लिए आवश्यक सभी गुण होते हैं और इसलिए सिग्नल कंडीशनिंग, फ़िल्टरिंग या जोड़ने, घटाना, एकीकरण और भेदभाव जैसे गणितीय कार्यों को करने के लिए बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।
operational amplifier in Hindi
एक Operational Amplifier, या संक्षेप में op-amp, मूल रूप से एक वोल्टेज एम्पलीफाइंग डिवाइस है जिसे बाहरी प्रतिक्रिया घटकों जैसे कि प्रतिरोधों और कैपेसिटर के आउटपुट और इनपुट टर्मिनलों के साथ उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ये फीडबैक घटक एम्पलीफायर के परिणामी कार्य या "ऑपरेशन" को निर्धारित करते हैं और विभिन्न फीडबैक कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर, चाहे प्रतिरोधी, कैपेसिटिव या दोनों, एम्पलीफायर "ऑपरेशनल एम्पलीफायर" के नाम को जन्म देते हुए विभिन्न प्रकार के विभिन्न ऑपरेशन कर सकता है।
एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर मूल रूप से एक तीन-टर्मिनल डिवाइस है जिसमें दो उच्च प्रतिबाधा इनपुट होते हैं। इनपुट में से एक को इनवर्टिंग इनपुट कहा जाता है, जिसे नकारात्मक या "माइनस" साइन, (-) के साथ चिह्नित किया जाता है। अन्य इनपुट को नॉन-इनवर्टिंग इनपुट कहा जाता है, जिसे सकारात्मक या "प्लस" चिह्न (+) के साथ चिह्नित किया जाता है।
एक तीसरा टर्मिनल ऑपरेशनल एम्पलीफायर्स आउटपुट पोर्ट का प्रतिनिधित्व करता है जो सिंक और स्रोत या तो वोल्टेज या करंट दोनों कर सकता है। एक रैखिक परिचालन एम्पलीफायर में, आउटपुट सिग्नल प्रवर्धन कारक है, जिसे एम्पलीफायर लाभ (ए) के रूप में जाना जाता है, इनपुट सिग्नल के मूल्य से गुणा किया जाता है और इन इनपुट और आउटपुट सिग्नल की प्रकृति के आधार पर, परिचालन के चार अलग-अलग वर्गीकरण हो सकते हैं। एम्पलीफायर लाभ।
वोल्टेज - वोल्टेज "इन" और वोल्टेज "आउट"
करंट - करंट "इन" और करंट "आउट"
ट्रांसकंडक्टेंस - वोल्टेज "इन" और करंट "आउट"
ट्रांसरेसिस्टेंस - करंट "इन" और वोल्टेज "आउट"
चूंकि परिचालन एम्पलीफायरों से निपटने वाले अधिकांश सर्किट वोल्टेज एम्पलीफायर हैं, इसलिए हम इस खंड में ट्यूटोरियल को केवल वोल्टेज एम्पलीफायरों (विन और वाउट) तक सीमित कर देंगे।
एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर से आउटपुट वोल्टेज सिग्नल इसके दो अलग-अलग इनपुट पर लागू होने वाले सिग्नल के बीच का अंतर है। दूसरे शब्दों में, एक op-amps आउटपुट सिग्नल दो इनपुट संकेतों के बीच का अंतर है क्योंकि एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर का इनपुट चरण वास्तव में एक अंतर एम्पलीफायर है जैसा कि नीचे दिखाया गया है।
Differential Amplifier in Hindi
नीचे दिया गया सर्किट एक विभेदक एम्पलीफायर का सामान्यीकृत रूप दिखाता है जिसमें दो इनपुट V1 और V2 चिह्नित होते हैं। दो समान ट्रांजिस्टर TR1 और TR2 दोनों एक ही ऑपरेटिंग बिंदु पर पक्षपाती हैं, उनके उत्सर्जक एक साथ जुड़े हुए हैं और आम रेल पर वापस आ गए हैं, -वी रेसिस्टर रे के माध्यम से।
operational amplifier in hindi
सर्किट एक दोहरी आपूर्ति + वीसीसी और -वी से संचालित होता है जो निरंतर आपूर्ति सुनिश्चित करता है। आउटपुट पर दिखाई देने वाला वोल्टेज, एम्पलीफायर का वाउट दो इनपुट सिग्नल के बीच का अंतर है क्योंकि दो बेस इनपुट एक दूसरे के साथ एंटी-फेज में हैं।
इसलिए जैसे ही ट्रांजिस्टर का अग्र बायस, TR1 बढ़ता है, ट्रांजिस्टर TR2 का फॉरवर्ड बायस कम होता है और इसके विपरीत। फिर यदि दो ट्रांजिस्टर पूरी तरह से मेल खाते हैं, तो आम एमिटर रेसिस्टर, रे से बहने वाली धारा स्थिर रहेगी।
इनपुट सिग्नल की तरह, आउटपुट सिग्नल भी संतुलित होता है और चूंकि कलेक्टर वोल्टेज या तो विपरीत दिशाओं (एंटी-फेज) में स्विंग करता है या एक ही दिशा (इन-फेज) में आउटपुट वोल्टेज सिग्नल, दो कलेक्टरों के बीच से लिया जाता है, मान रहा है एक पूरी तरह से संतुलित सर्किट दो कलेक्टर वोल्टेज के बीच शून्य अंतर।
इसे ऑपरेशन के सामान्य मोड के रूप में जाना जाता है, जिसमें इनपुट के शून्य होने पर एम्पलीफायर का सामान्य मोड गेन आउटपुट गेन होता है।
परिचालन एम्पलीफायरों में कम प्रतिबाधा का एक आउटपुट (हालांकि एक अतिरिक्त अंतर आउटपुट वाले होते हैं) जो एक सामान्य ग्राउंड टर्मिनल के लिए संदर्भित होता है और इसे किसी भी सामान्य मोड सिग्नल को अनदेखा करना चाहिए, यदि एक समान सिग्नल इनवर्टिंग और दोनों पर लागू होता है। गैर-इनवर्टिंग इनपुट में आउटपुट में कोई बदलाव नहीं होना चाहिए।
हालांकि, वास्तविक एम्पलीफायरों में हमेशा कुछ भिन्नता होती है और सामान्य मोड इनपुट वोल्टेज में परिवर्तन के संबंध में आउटपुट वोल्टेज में परिवर्तन के अनुपात को सामान्य मोड अस्वीकृति अनुपात या संक्षेप में सीएमआरआर कहा जाता है।
ऑपरेशनल एम्पलीफायरों में अपने आप में एक बहुत अधिक खुला लूप डीसी लाभ होता है और कुछ प्रकार के नकारात्मक प्रतिक्रिया को लागू करके हम एक परिचालन एम्पलीफायर सर्किट का उत्पादन कर सकते हैं जिसमें एक बहुत ही सटीक लाभ विशेषता होती है जो केवल उपयोग की गई प्रतिक्रिया पर निर्भर होती है। ध्यान दें कि "ओपन लूप" शब्द का अर्थ है कि एम्पलीफायर के आसपास कोई फीडबैक घटक नहीं है, इसलिए फीडबैक पथ या लूप खुला है।
एक परिचालन एम्पलीफायर केवल अपने दो इनपुट टर्मिनलों पर वोल्टेज के बीच अंतर का जवाब देता है, जिसे आमतौर पर "डिफरेंशियल इनपुट वोल्टेज" के रूप में जाना जाता है, न कि उनकी सामान्य क्षमता के लिए। फिर यदि दोनों टर्मिनलों पर समान वोल्टेज विभव लागू किया जाए तो परिणामी आउटपुट शून्य होगा। एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर्स गेन को आमतौर पर ओपन लूप डिफरेंशियल गेन के रूप में जाना जाता है, और इसे सिंबल (Ao) दिया जाता है।
Equivalent Circuit of an Ideal Operational Amplifier in Hindi
Op-amp Parameter and Idealised Characteristic
Open Loop Gain, (Avo)
अनंत - एक परिचालन एम्पलीफायर का मुख्य कार्य इनपुट सिग्नल को बढ़ाना है और जितना अधिक खुला लूप लाभ होता है उतना बेहतर होता है। ओपन-लूप गेन सकारात्मक या नकारात्मक प्रतिक्रिया के बिना op-amp का लाभ है और ऐसे एम्पलीफायर के लिए लाभ अनंत होगा लेकिन विशिष्ट वास्तविक मान लगभग 20,000 से 200,000 तक होता है।
Input impedance, (ZIN)
अनंत - इनपुट प्रतिबाधा इनपुट वोल्टेज का इनपुट करंट का अनुपात है और इसे स्रोत आपूर्ति से एम्पलीफायरों इनपुट सर्किट्री (IIN = 0) में प्रवाहित होने वाले किसी भी प्रवाह को रोकने के लिए अनंत माना जाता है। रियल ऑप-एम्प्स में कुछ पिको-एम्प्स से लेकर कुछ मिली-एम्प्स तक इनपुट लीकेज करंट होता है।
Output impedance, (ZOUT)
शून्य - आदर्श परिचालन एम्पलीफायर के आउटपुट प्रतिबाधा को बिना किसी आंतरिक प्रतिरोध के एक पूर्ण आंतरिक वोल्टेज स्रोत के रूप में शून्य अभिनय माना जाता है ताकि यह लोड के लिए जितना आवश्यक हो उतना वर्तमान आपूर्ति कर सके। यह आंतरिक प्रतिरोध प्रभावी रूप से भार के साथ श्रृंखला में है जिससे लोड के लिए उपलब्ध आउटपुट वोल्टेज कम हो जाता है। वास्तविक op-amps में 100-20kΩ रेंज में आउटपुट प्रतिबाधा होती है।
Bandwidth, (BW)
अनंत - एक आदर्श परिचालन एम्पलीफायर में अनंत आवृत्ति प्रतिक्रिया होती है और डीसी से उच्चतम एसी आवृत्तियों तक किसी भी आवृत्ति संकेत को बढ़ा सकती है, इसलिए इसे अनंत बैंडविड्थ माना जाता है। वास्तविक op-amps के साथ, बैंडविड्थ लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद (GB) द्वारा सीमित है, जो उस आवृत्ति के बराबर है जहां एम्पलीफायरों का लाभ एकता बन जाता है।
Offset Voltage, (VIO)
शून्य - एम्पलीफायर आउटपुट शून्य होगा जब इनवर्टिंग और गैर-इनवर्टिंग इनपुट के बीच वोल्टेज अंतर शून्य होता है, वही या जब दोनों इनपुट ग्राउंड होते हैं। वास्तविक op-amps में कुछ मात्रा में आउटपुट ऑफ़सेट वोल्टेज होता है।
उपरोक्त इन "आदर्शीकृत" विशेषताओं से, हम देख सकते हैं कि इनपुट प्रतिरोध अनंत है, इसलिए कोई भी इनपुट इनपुट टर्मिनल ("वर्तमान नियम") में प्रवाहित नहीं होता है और यह कि अंतर इनपुट ऑफ़सेट वोल्टेज शून्य ("वोल्टेज नियम") है। इन दो गुणों को याद रखना महत्वपूर्ण है क्योंकि वे हमें op-amp सर्किट के विश्लेषण और डिजाइन के संबंध में ऑपरेशनल एम्पलीफायर के कामकाज को समझने में मदद करेंगे।
हालांकि, वास्तविक परिचालन एम्पलीफायर जैसे कि आमतौर पर उपलब्ध uA741, उदाहरण के लिए अनंत लाभ या बैंडविड्थ नहीं है, लेकिन एक विशिष्ट "ओपन लूप गेन" है जिसे एम्पलीफायरों के आउटपुट प्रवर्धन के रूप में परिभाषित किया गया है, बिना किसी बाहरी प्रतिक्रिया संकेत के।
एक विशिष्ट परिचालन एम्पलीफायर के लिए, यह खुला लूप लाभ DC (शून्य हर्ट्ज) पर 100dB जितना अधिक हो सकता है। आम तौर पर, एक ऑप-एम्प्स आउटपुट लाभ रैखिक रूप से घटता है क्योंकि आवृत्ति "एकता लाभ" या 1 तक बढ़ जाती है, लगभग 1 मेगाहर्ट्ज पर। यह प्रभाव निम्नलिखित ओपन लूप गेन रिस्पांस कर्व में दिखाया गया है।
Open-loop Frequency Response Curve
इस आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र से हम देख सकते हैं कि आवृत्ति के विरुद्ध लाभ का गुणनफल वक्र के साथ किसी भी बिंदु पर स्थिर होता है। यह भी कि एकता लाभ (0dB) आवृत्ति वक्र के साथ किसी भी बिंदु पर एम्पलीफायर के लाभ को भी निर्धारित करती है। इस स्थिरांक को सामान्यतः लाभ बैंडविड्थ उत्पाद या GBP के रूप में जाना जाता है। इसलिए:
GBP = Gain x Bandwidth = A x BW
उदाहरण के लिए, 100kHz पर एम्पलीफायर के लाभ के ऊपर के ग्राफ से 20dB या 10 के रूप में दिया जाता है, फिर लाभ बैंडविड्थ उत्पाद की गणना इस प्रकार की जाती है:
GBP = A x BW = 10 x 100,000Hz = 1,000,000.
इसी तरह, परिचालन एम्पलीफायरों का लाभ 1kHz = 60dB या 1000 पर होता है, इसलिए GBP इस प्रकार दिया जाता है:
GBP = A x BW = 1,000 x 1,000Hz = 1,000,000. The same!.
परिचालन एम्पलीफायर का वोल्टेज लाभ (एवी) निम्न सूत्र का उपयोग करके पाया जा सकता है:
An Operational Amplifiers Bandwidth
परिचालन एम्पलीफायर बैंडविड्थ आवृत्ति रेंज है जिस पर एम्पलीफायर का वोल्टेज लाभ 70.7% या -3 डीबी (जहां 0 डीबी अधिकतम है) से ऊपर है, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।
यहां हमने उदाहरण के तौर पर 40dB लाइन का इस्तेमाल किया है। आवृत्ति प्रतिक्रिया वक्र से -3dB या Vmax डाउन पॉइंट का 70.7% 37dB के रूप में दिया गया है। जब तक यह मुख्य GBP वक्र के साथ प्रतिच्छेद नहीं करता तब तक एक रेखा को पार करना हमें लगभग 12 से 15kHz पर 10kHz लाइन के ठीक ऊपर एक आवृत्ति बिंदु देता है। अब हम इसकी अधिक सटीक गणना कर सकते हैं क्योंकि हम पहले से ही एम्पलीफायर के जीबीपी को जानते हैं, इस विशेष मामले में 1 मेगाहर्ट्ज।
ऑपरेशनल एम्पलीफायर उदाहरण नंबर 1।
सूत्र 20 लॉग (ए) का उपयोग करके, हम एम्पलीफायर की बैंडविड्थ की गणना इस प्रकार कर सकते हैं:
37 = 20 log (A) therefore, A = anti-log (37 ÷ 20) = 70.8
GBP ÷ A = Bandwidth, therefore, 1,000,000 ÷ 70.8 = 14,124Hz, or 14kHz
फिर 40dB के लाभ पर एम्पलीफायर की बैंडविड्थ को 14kHz के रूप में दिया जाता है जैसा कि पहले ग्राफ से भविष्यवाणी की गई थी।