विभेदक एम्पलीफायर: यह कैसे काम करता है

एक अंतर एम्पलीफायर (DU) का उपयोग दो इनपुट संकेतों के बीच अंतर को बढ़ाने के लिए किया जाता है। इसे दो इनपुट और एक आउटपुट के साथ एक एनालॉग सर्किट के रूप में सोचा जा सकता है।

विभिन्न बिजली में इस्तेमाल किए जाने वाले एम्पलीफायरोंऔर सिग्नल उत्पन्न करने और गणितीय कार्य करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को ऑपरेशनल एम्पलीफायरों (OA) कहा जाता है। वे एक इलेक्ट्रॉनिक एनालॉग कंप्यूटर के प्रमुख घटक हैं। 1940 के दशक की शुरुआत में उनके आविष्कार ने शांत और तेज इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ यांत्रिक कैलकुलेटरों के प्रतिस्थापन का नेतृत्व किया। कई एनालॉग कंप्यूटर 1952 में जॉर्ज फिलब्रिक कंपनी से व्यावसायिक रूप से उपलब्ध वैक्यूम ट्यूबों पर निर्भर थे।

1963 में, फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में बॉब विडालर ने ए 702 सिंगल-सर्किट ऑप-एम्प, बहुत पहले अखंड परिचालन एम्पलीफायर आईसी का निर्माण किया।

ट्रांजिस्टर एम्पलीफायर सर्किट

एक अंतर परिचालन एम्पलीफायर को एक सर्किट में इकट्ठा किया जा सकता है जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है, जिसमें दो ट्रांजिस्टर टी 1 और टी 2 शामिल हैं।

रिमोट कंट्रोल में दो इनपुट I1 और I2 और दो आउटपुट हैंV1out और V2out। इनपुट I1 को ट्रांजिस्टर T1 के बेस टर्मिनल को खिलाया जाता है, इनपुट I2 को ट्रांजिस्टर T2 के बेस टर्मिनल को खिलाया जाता है। ट्रांजिस्टर T1 और ट्रांजिस्टर T2 के एमिटर आउटपुट एक सामान्य एमिटर रेसिस्टर से जुड़े होते हैं। इस प्रकार, दो इनपुट I1 और I2 आउटपुट V1out और V2out को प्रभावित करेंगे। सर्किट में दो आपूर्ति वोल्टेज Vcc और Vee शामिल हैं, लेकिन कोई ग्राउंड पिन नहीं है। यहां तक ​​कि एक आपूर्ति वोल्टेज के साथ, सर्किट सामान्य रूप से संचालित हो सकता है (इसी तरह दो आपूर्ति वोल्टेज का उपयोग करते समय)। इसलिए, सकारात्मक वोल्टेज और नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज के विपरीत बिंदु जमीन से जुड़े हुए हैं।

डीजल ईंधन संचालन का योजनाबद्ध आरेख

एक अंतर एम्पलीफायर के संचालन को आरेख में नीचे की आकृति में दिखाया गया है।

यदि इनपुट सिग्नल (I1) को आधार पर लागू किया जाता हैट्रांजिस्टर T1, फिर ट्रांजिस्टर ट्रांजिस्टर T1 से जुड़े अवरोधक के माध्यम से, एक सकारात्मक वोल्टेज ड्रॉप दिखाई देता है, जो छोटा होगा। यदि ट्रांजिस्टर T1 के आधार पर इनपुट सिग्नल (I1) लागू नहीं किया जाता है, तो ट्रांजिस्टर ट्रांजिस्टर T1 से जुड़े अवरोधक के माध्यम से एक सकारात्मक वोल्टेज ड्रॉप दिखाई देती है, जो बड़ी होगी।

यह कहा जा सकता है कि इनवर्टिंग आउटपुट बाहर जा रहा हैट्रांजिस्टर T1 के कलेक्टर टर्मिनल के माध्यम से, बेस सिग्नल T1 को आपूर्ति किए गए इनपुट सिग्नल I1 के आधार पर। यदि I1 के सकारात्मक मान को लागू करके T1 को चालू किया जाता है, तो एमिटर के करंट और कलेक्टर के वर्तमान के बराबर होने पर एमिटर प्रतिरोध के माध्यम से करंट बढ़ता है। यदि एमिटर प्रतिरोध में वोल्टेज गिरता है, तो दोनों ट्रांजिस्टर का उत्सर्जक सकारात्मक दिशा में जाता है। यदि ट्रांजिस्टर टी 2 का उत्सर्जक सकारात्मक है, तो टी 2 का आधार नकारात्मक होगा, और इस स्थिति में वर्तमान कम होगा। और ट्रांजिस्टर टी 2 के कलेक्टर पिन से जुड़े अवरोधक के पार कम वोल्टेज ड्रॉप होगा।

इसलिए, इस सकारात्मक के लिएकलेक्टर इनपुट T2 सकारात्मक दिशा में जाएगा। यह कहा जा सकता है कि ट्रांजिस्टर टी 2 के कलेक्टर टर्मिनल पर दिखने वाला गैर-इनवर्टिंग आउटपुट टी 1 के आधार पर लागू इनपुट सिग्नल पर आधारित है। अंतर एम्पलीफायर ट्रांजिस्टर टी 1 और टी 2 के कलेक्टर टर्मिनलों के बीच एक आउटपुट सिग्नल प्राप्त करता है। उपरोक्त योजनाबद्ध आरेख से, यह माना जाता है कि ट्रांजिस्टर T1 और T2 की सभी विशेषताएँ समान हैं, और यदि आधार वोल्टेज Vb1 Vb2 (ट्रांजिस्टर T1 के आधार वोल्टेज ट्रांजिस्टर T2 के आधार वोल्टेज के बराबर है) के बराबर हैं, तब दोनों ट्रांजिस्टर की उत्सर्जक धाराएं समान होंगी (Iem1 = Iem2)।

इस प्रकार, कुल एमिटर करंट होगाएमिटर धाराओं T1 (Iem1) और T2 (Iem2) का योग। अंतर एम्पलीफायर की गणना। Iem1 = Iem2 Ie = Iem1 + Iem2 Vev = Vb-Vb em I em = (Vb-Vb em) / रेम। इस प्रकार, एमिटर करंट ट्रांजिस्टर टी 1 और टी 2 के सुरक्षित मूल्य की परवाह किए बिना समान रहता है। यदि टी 1 और टी 2 कलेक्टर टर्मिनलों से जुड़े प्रतिरोध बराबर हैं, तो उनके कलेक्टर वोल्टेज भी बराबर हैं।

परिचालन एम्पलीफायर के संचालन का संक्षिप्त विवरण

यह एम्पलीफायर (Op-amp, अंग्रेजी संस्करण) कर सकता हैअनंत लाभ और बैंडविड्थ के साथ आदर्श हो, जब ओपन-लूप मोड में एक विशिष्ट डीसी लाभ के साथ 100,000 या 100 डीबी से अधिक का उपयोग किया जाता है। Op-amp विभेदक वर्तमान एम्पलीफायर में दो इनपुट होते हैं, जिनमें से एक उल्टा होता है। इन आदानों के बीच प्रवर्धित अंतर एक वोल्टेज के रूप में आउटपुट है। आदर्श परिचालन प्रवर्धक में असीम रूप से उच्च लाभ होता है। यह एक नए प्रतीक के साथ अनंत के प्रतीक को व्यक्त करना चाहिए। Op amp दोहरे सकारात्मक (+ V) या इसी नकारात्मक (-V) आपूर्ति पर संचालित होता है, या एकल स्थिर आपूर्ति वोल्टेज पर काम कर सकता है।

OU से संबंधित दो बुनियादी कानून

वे इस तथ्य में शामिल हैं कि इस तरह के एक एम्पलीफायर के पास क्या हैअनंत इनपुट प्रतिबाधा (Z = ∞), जिसके परिणामस्वरूप कोई भी दो इनपुट और शून्य इनपुट पूर्वाग्रह वोल्टेज V1 = V2 में से एक में प्रवाहित नहीं होता है। ऑप amp में शून्य आउटपुट प्रतिबाधा (Z = 0) भी है। ऑप्टिकल एम्पलीफायरों उनके दो इनपुट टर्मिनलों पर लागू वोल्टेज संकेतों के बीच अंतर का पता लगाते हैं और फिर उन्हें कुछ पूर्व निर्धारित लाभ (ए) से गुणा करते हैं। इस लाभ (ए) को अक्सर ओपन लूप गेन कहा जाता है। ओप एम्प को दो बुनियादी विन्यासों में जोड़ा जा सकता है - इनवर्टिंग और गैर-इनवर्टिंग।

नकारात्मक प्रतिक्रिया के लिए, यदि वोल्टेजप्रतिक्रिया इनपुट पर एंटीफ़ेज़ में है, समग्र लाभ घटता है। सकारात्मक प्रतिक्रिया के लिए, जब प्रतिक्रिया वोल्टेज "चरण" में होती है, तो एम्पलीफायर के लिए इनपुट बढ़ जाता है। नकारात्मक इनपुट कनेक्टर में आउटपुट को वापस लाने से 100% प्रतिक्रिया प्राप्त होती है, जिसके परिणामस्वरूप 1 (यूनिटी) के निरंतर लाभ के साथ वोल्टेज अनुयायी सर्किट (बफर) होता है। पोटेंशियोमीटर के लिए निश्चित प्रतिक्रिया अवरोधक (आरƒ) को बदलकर, सर्किट में एक समायोज्य लाभ होगा।

तकनीकी विनिर्देश

मूल:

1. शून्य अनुक्रम इनपुट वर्तमान (इनपुट)पूर्वाग्रह) बाकी पर, अलग-अलग धाराएं दो इनपुट पर प्रवाह कर सकती हैं। इसका मतलब यह है कि उच्च आंतरिक प्रतिरोध के साथ सिग्नल स्रोतों के मामले में वोल्टेज विकृत है, क्योंकि स्रोत विभिन्न वोल्टेज स्तरों के अधीन हैं।
2. इनपुट प्रतिबाधा के खिलाफ मापा जा सकता हैइनपुट ग्राउंड, बशर्ते अन्य इनपुट ग्राउंडेड हो। यहां नुकसान उच्च आंतरिक प्रतिरोध वाले स्रोत हैं, जो आंशिक रूप से इनपुट प्रतिरोध द्वारा लोड होते हैं।
3. इनपुट समाई - समांतर में कैपेसिटरइनपुट प्रतिरोधों। वे विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों पर परेशान कर रहे हैं, क्योंकि कैपेसिटेंस अतिरिक्त समानांतर इनपुट बाधाएं बनाते हैं जो आवृत्ति निर्भर हैं। एक अंतर एम्पलीफायर में, ऑपरेशन का सिद्धांत इस सूचक पर निर्भर करता है।
4. कम लाभ (संकेत में वृद्धि)प्रतिक्रिया के बिना प्राप्त लाभ को इंगित करता है। इसे 2 kΩ के लोड प्रतिरोध और with 10 V के आउटपुट वोल्टेज में उतार-चढ़ाव के साथ परिभाषित किया गया है। व्यवहार में, 200,000 का निर्दिष्ट मूल्य कभी नहीं पहुंचा है और आमतौर पर 10 गुना कम है।
5. आपूर्ति वोल्टेज विचलन गुणांक। जब आप एक वोल्ट की आपूर्ति वोल्टेज बदलते हैं, तो ऑफसेट 0.3 μV बदल जाता है। हालांकि, 300 गुना की बढ़त के साथ, त्रुटि 0.1 mV बढ़ जाती है।
6. आउटपुट वोल्टेज स्विंग।एक सेशन amp कभी भी अपने आउटपुट पर अपना पूरा इनपुट वोल्टेज उत्पन्न नहीं कर सकता है। किसी भी मामले में, be 15 V के इनपुट वोल्टेज के साथ अधिकतम आउटपुट वोल्टेज V 10 V से काफी अधिक होगा। सामान्य भार पर, लगभग 13 V और आदर्श - आपूर्ति वोल्टेज के नीचे केवल 1 V।
7. आउटपुट प्रतिबाधा - केवल कम और पक्षपाती आउटपुट के लिए आउटपुट पर प्रभावी एसी प्रतिबाधा। केवल सीमावर्ती मामलों में व्यावहारिक रूप से लागू।
8. आउटपुट शॉर्ट-सर्किट करंट।
9. 1.7 mA प्रकार के साथ एक अनलोड ऑपरेशनल एम्पलीफायर का उपयोग करके आपूर्ति की वर्तमान।
10. प्रदर्शन - शक्ति हानि, बिल्कुलएक अनलोडेड ऑपरेशनल एम्पलीफायर में सप्लाई करंट होता है और ऑपरेटिंग वोल्टेज पर निर्भर करता है। ट्रांजिस्टर के साथ एक अंतर एम्पलीफायर को एक निश्चित प्रतिक्रिया समय की आवश्यकता होती है और एक छलांग के साथ इनपुट सिग्नल को नीचा करता है। यह 2 kΩ भार पर लागू होता है || 100 पीएफ और एकता लाभ (एकता लाभ)।
11. रोकने के लिए आस्तीन दरबेकाबू गुंजाइश। यदि आउटपुट वोल्टेज 10 V से बदलता है, तो op-amp में आमतौर पर 5 μs का समय लगता है। उच्च आवृत्तियों पर यह महत्वपूर्ण हो जाता है क्योंकि इसका आउटपुट सिग्नल गंभीर रूप से क्षीण होता है।

आवेदन सीमा की स्थिति

मूल:

1. आपूर्ति वोल्टेज अधिकतम voltage 18V। अधिकांश सर्किट V 15 वी पर काम करते हैं, इसलिए सुरक्षित पक्ष पर।
2. अधिकतम बिजली हानि (प्रसार)बिजली) आवास संस्करण और अधिकतम स्वीकार्य तापमान पर निर्भर करता है। एक साधारण 8-पिन प्लास्टिक पैकेज 310 mW को संभाल सकता है, 14-पिन डुअल-पंक्ति पैकेज लगभग दोगुना समय संभाल सकता है।
3. इनपुट वोल्टेज और अंतर में हो सकता हैरेंज -15 ... + 15 वी। मिलाप। टांका लगाने (सोल्डरिंग) के दौरान, टर्मिनलों को एक मिनट के लिए 300 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करने की अनुमति दें। टर्मिनलों को मिलाप एक साथ नहीं किया जाता है, लेकिन एक के बाद एक और पूरे घटक के पूरी तरह से ठंडा होने के बाद ही।
4. उत्पादन पक्ष पर शॉर्ट सर्किट। निर्माता के अनुसार, आउटपुट शॉर्ट सर्किट अनिश्चित काल तक चल सकता है यदि सभी सीमाएं पूरी होती हैं।
5. सीमा: मामले का तापमान 125 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं होना चाहिए, इसलिए परिवेश का तापमान 75 डिग्री सेल्सियस से अधिक नहीं होना चाहिए

BJT का उपयोग करते हुए विभेदक एम्पलीफायर

इसके संचालन का सिद्धांत नीचे चित्र में दिखाया गया है।

यह दो मिलान का उपयोग करके बनाया गया हैएक आम एमिटर कॉन्फ़िगरेशन में ट्रांजिस्टर, जिनमें से एमिटर एक दूसरे से जुड़े होते हैं। एक साधारण सर्किट जो दो इनपुटों के बीच छोटे संकेतों को प्रवर्धित करने में सक्षम है, जबकि दोनों इनपुटों के लिए अभी भी शोर संकेतों को दबा रहा है।

द्विध्रुवी पर विभेदक एम्पलीफायरट्रांजिस्टर (BJT) में एक अद्वितीय टोपोलॉजी है: दो इनपुट और दो आउटपुट। यद्यपि आप केवल एक आउटपुट का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन दोनों आउटपुट के बीच का अंतर भुगतान को दोगुना कर देता है! और यह सामान्य मोड रिजेक्शन (सीएमआर) में सुधार करता है जब सामान्य मोड सिग्नल एक शोर स्रोत या डीसी पिछले चरण से ऑफसेट होता है।

ट्रांजिस्टर कैलकुलेटर का विन्यास

इनपुट और आउटपुट डेटा इनपुट विधियों के आधार पर, अंतर एम्पलीफायरों में चार अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन हो सकते हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।

1. एकल चरण असंतुलित आउटपुट।
2. एकल इनपुट संतुलित आउटपुट।
3. दोहरी इनपुट असंतुलित आउटपुट।
4. दोहरा इनपुट संतुलित आउटपुट।

डीसी एम्पलीफायर योजनाबद्ध आरेख

एनालॉग बिल्डिंग ब्लॉकों को डिजाइन करते समय(विभिन्न प्रकार के प्रस्तावक, फिल्टर, आदि), गहरी सबमर्स्रोन प्रौद्योगिकियों के लिए आधुनिक समाधानों के विकास के साथ, पारंपरिक प्रवर्धन उपकरणों के नए संरचनात्मक समाधानों पर ध्यान देना महत्वपूर्ण है।

डीसी डिफरेंशियल एम्पलीफायर(DUPT), इसका आउटपुट वोल्टेज दो इनपुट वोल्टेज के बीच के अंतर के समानुपाती होता है। इसे समीकरण के रूप में निम्न प्रकार से दर्शाया जा सकता है: V आउट = A * ((विन +) - (विन-)) जहाँ = = प्राप्त होता है।

व्यावहारिक आवेदन

व्यावहारिक सर्किट में, डीयू का उपयोग प्रवर्धन के लिए किया जाता है: लंबी तारों, ध्वनि, रेडियो आवृत्तियों, मोटर्स और सर्वोमोटर्स का नियंत्रण, इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम, चुंबकीय भंडारण उपकरणों पर जानकारी के माध्यम से दालों।

कमियों

विभेदक एम्पलीफायर के कई नुकसान हैं, जो कुछ हद तक इलेक्ट्रॉनिक्स में इसके उपयोग को सीमित करते हैं:

1. इनपुट प्रतिरोध का एक कम मूल्य, रोकनेवाला पर निर्भर करता है, उदाहरण के लिए, थर्मोकपल से एक कमजोर संकेत के साथ - रिमोट कंट्रोल एक गलत माप परिणाम देगा।
2. लाभ को समायोजित करना मुश्किल है, जोदो प्रतिरोधों के मूल्य को बदलने की आवश्यकता होगी, जिसे लागू करना व्यावहारिक रूप से कठिन है, और सर्किट में अतिरिक्त तत्वों (पोटेंशियोमीटर या मल्टीप्लेक्स) की शुरूआत अनावश्यक रूप से सर्किट को जटिल करेगी।