डिफरेंशियल एम्पलीफायर: काम करने का तरीका और टर्म जो आपको जरूर जानना चाहिए

परिचय

एनालॉग इंटीग्रेटेड सर्किट डिज़ाइन में एक अंतर एम्पलीफायरों का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। एक अंतर एम्पलीफायर मूल रूप से एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट है जिसमें दो इनपुट होते हैं, एक नकारात्मक प्रतिक्रिया कॉन्फ़िगरेशन में संचालित इनवर्टिंग और गैर-इनवर्टिंग इनपुट होते हैं। अंतर एम्पलीफायर मूल रूप से इन दो इनपुट टर्मिनलों में लागू इनपुट वोल्टेज के बीच अंतर को बढ़ाता है और इन दो इनपुट टर्मिनलों के लिए किसी भी सामान्य संकेत को अस्वीकार करता है

मूल रूप से, सभी परिचालन एम्पलीफायरों डिफरेंशियल एम्पलीफायर्स हैं क्योंकि उन सभी का इनपुट कॉन्फ़िगरेशन समान है। यदि एक इनपुट वोल्टेज सिग्नल को इनपुट पिन में से एक पर लगाया जाता है और एक और वोल्टेज सिग्नल को ग्राउंडेड होने के बजाय दूसरे पिन पर लागू किया जाता है, तो परिणामी आउटपुट वोल्टेज दो संबंधित इनपुट टर्मिनलों में जुड़े दो इनपुट वोल्टेज के बीच विचरण के अनुपात में होता है।

निर्माण और काम कर रहे हैं

सर्किट पर विचार करें, जो कि इनपुट वी के साथ अंजीर (ए) में दिखाया गया है_i1 और वी_i2। सर्किट का विश्लेषण करने के लिए, हम सुपरपोजिशन और वर्चुअल शॉर्ट की अवधारणा का उपयोग करेंगे। अंजीर (बी) वी के साथ सर्किट्री प्रदर्शित करता है_i2 = 0. R में कोई करंट नहीं बहेगा₃ और आर₄; इसलिए, वी_2a = 0. परिणामी सर्किट एक के रूप में व्यवहार करेगा inverting प्रवर्धक इसलिए,

  उपरोक्त सर्किट में अंतर एम्पलीफायर में इनवर्टिंग और नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन दोनों शामिल हैं।

जबकि, अगर इन्वर्टिंग पिन को ग्राउंड किया जाता है, तो सर्किट एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के रूप में कार्य करता है, जैसा कि संबंधित सर्किट आरेख में दिखाया गया है। जब inverting इनपुट टर्मिनलों को आधार बनाया जाता है, आर₂, और आर₁ आउटपुट टर्मिनल और इनवर्टिंग टर्मिनल को जोड़ने वाले प्रतिक्रिया घटकों के रूप में कार्य करता है और गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के लिए एक उपयुक्त प्रतिक्रिया स्थिति प्राप्त की जाती है।

अंजीर (सी) वी के साथ सर्किट को दर्शाता है_i1 = 0. अब, op-amp का वर्तमान 0. है, इसलिए, R₃ और आर₄ एक वोल्टेज विभक्त बनाते हैं। इसलिए,

वर्चुअल शॉर्ट की अवधारणा से हमें वी_1b वी =_2b और सर्किट एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर बन जाता है, जिसके लिए

उपरोक्त समीकरणों में प्रतिस्थापित, हम प्राप्त करते हैं

Or

चूंकि शुद्ध आउटपुट वोल्टेज व्यक्तिगत शब्दों का योग है, इसलिए हमारे पास है

                                                                              V₀ वी =₀₁ + वी₀₂

Or                                                       

एक आदर्श अंतर एम्पलीफायर की एक संपत्ति यह है कि वी जब आउटपुट वोल्टेज शून्य है_i1 वी =_i2। अंतिम समीकरण के विश्लेषण पर, यह स्थिति यदि पूरी हो जाती है

आउटपुट वोल्टेज तो है,

हम उचित रूप से हमारी आवश्यकता के अनुसार इनपुट प्रतिरोधों के साथ समानांतर संबंध में पूरक प्रतिरोधों को जोड़ सकते हैं, और अंतर एम्पलीफायर सर्किट को हमारी आवश्यकता के अनुसार या तो जोड़ या घटा सकते हैं।

विभेदक एम्पलीफायर से संबंधित कुछ महत्वपूर्ण शर्तें

विभेदक इनपुट प्रतिरोध:

आकृति में, हमने उस स्थिति को निर्धारित किया है जो आर निर्धारित किया है₁ = आर₃ और आर₂ = आर₄। इनपुट प्रतिरोध तब परिभाषित किया जाता है,

वर्चुअल शॉर्ट की अवधारणा को ध्यान में रखते हुए, हम निम्नलिखित लूप समीकरण लिख सकते हैं,

V_i = आई.आर.₁ + आई.आर.₁ = आई (२ आर₁)

इसलिए, इनपुट प्रतिरोध आर है_i = 2R₁

कॉमन-मोड इनपुट सिग्नल:

: आदर्श अंतर एम्पलीफायर में, एक सामान्य मोड इनपुट Vcm इनपुट बनाता है (वी_i1 + वी_cm) और (वी_i2 + वी_cm), यानी, इनपुट किए गए प्रत्येक वोल्टेज में जोड़ा जाता है और इसलिए, यह तब रद्द हो जाएगा जब दो इनपुट वोल्टेज के अंतर को लिया और बढ़ाया जा रहा है।

आउटपुट वी₀ V होने पर शून्य होता है_i1 वी =_i2। हालाँकि, अगर ये रेसिस्टॉर अनुपात ठीक नहीं हैं यानी बराबर हैं

 , फिर, परिणामस्वरूप, सामान्य-मोड वोल्टेज वी_cm पूरी तरह से रद्द नहीं होगा

जैसा कि व्यावहारिक रूप से पूरी तरह से सटीक मानों के प्रतिरोधक अनुपात होना असंभव है, यह संभावना है कि कुछ सामान्य-मोड आउटपुट वोल्टेज मौजूद होंगे।

जब वी_i1 वी =_i2, इनपुट को एक सामान्य-मोड इनपुट सिग्नल कहा जाता है। सामान्य-मोड इनपुट वोल्टेज के रूप में व्यक्त किया जा सकता है

सामान्य मोड लाभ तब के रूप में व्यक्त किया जा सकता है,

सामान्य मोड अस्वीकृति अनुपात (CMRR):

सीएमआरआर को सामान्य-लाभ के लिए अंतर लाभ के अनुपात के मापांक मूल्य के रूप में समझाया जा सकता है। मूल रूप से, यह इनपुट संकेतों को अस्वीकार करने के लिए एक अंतर एम्पलीफायर की क्षमता है जो सामान्य मोड में हैं।

                                                    सीएमआरआर =

आम तौर पर, CMRR को dB में व्यक्त किया जाता है,

CMRR (dB) =

एक आदर्श दुनिया में, सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात अनंत है। वास्तविक अंतर एम्पलीफायर मामले में, हम चाहते हैं कि सीएमआरआर यथासंभव बड़ा हो।

विभेदक प्रवर्धक के अनुप्रयोग

व्हीटस्टोन ब्रिज डिफरेंशियल एम्पलीफायर

इस मामले में, प्रतिरोधों को एक व्हीटस्टोन (प्रतिरोधक) पुल में इस तरह से व्यवस्थित किया जाता है, इनपुट वोल्टेज की तुलना करके अंतर वोल्टेज तुलनित्र के रूप में काम कर सकता है।

जब व्हीटस्टोन ब्रिज नेटवर्क के एक छोर पर एक निश्चित संदर्भ इनपुट वोल्टेज लागू किया जाता है और नेटवर्क के दूसरे छोर पर एक थर्मिस्टर या एक प्रकाश-निर्भर अवरोधक (LDR) होता है, तो सर्किट का उपयोग तापमान या प्रकाश के विभिन्न स्तरों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है तीव्रता। इस अंतर परिचालन एम्पलीफायर सर्किट का आउटपुट वोल्टेज सर्किट के सक्रिय अंत में अंतर का एक रैखिक कार्य है जिसमें थर्मिस्टर या एलडीआर है।

 एक व्हीटस्टोन ब्रिज डिफरेंशियल सर्किटरी का इस्तेमाल प्रो-टेम्पल द्वारा अज्ञात प्रतिरोध के मूल्य की गणना व्यक्तिगत प्रतिरोधों में इनपुट वोल्टेज के बीच एक तुलनित्र के रूप में किया जाता है।

लाइट-सेंसिटिव डिफेंडर एंप्लिफायर

प्रकाश-निर्भर अंतर सर्किट प्रकाश-निर्भर स्विच के रूप में काम करता है, जो या तो रिले की मदद से आउटपुट को "चालू" या "बंद" करता है। V1 पर लागू वोल्टेज एम्पलीफायर की ट्रिप पॉइंट (थ्रेशोल्ड वैल्यू प्रदान करता है), और एक संभावित मीटर वीआर के रूप में कार्य करने वाला चर प्रतिरोध सेट करता है₂ हिस्टैरिसीस स्विचिंग के लिए उपयोग किया जाता है।

 विभेदक एम्पलीफायर के इनवर्टरिंग टर्मिनल पर, एक मानक प्रकाश आश्रित रोकनेवाला जुड़ा हुआ है, जो इसके घटना पर प्रकाश की मात्रा के आधार पर इसके प्रतिरोध मूल्य को बदलता है। LDR में मौजूद फोटोडायोड प्रतिरोध प्रकाश स्तर के समानुपाती होता है और प्रकाश की बढ़ती तीव्रता के साथ घटता है, और इसलिए, बिंदु V2 पर वोल्टेज का स्तर भी अलग-अलग होगा और यह इस बात पर निर्भर करता है कि यह थ्रेशोल्ड बिंदु से ऊपर या नीचे है, चर चर VR₁ इसका मूल्य इंगित करेगा।

अब, प्रकाश-आश्रित रोकनेवाला (LDR) पर प्रकाश की घटनाओं के रूप में, इसकी तीव्रता के आधार पर, चाहे वह गैर-इनवर्टिंग इनपुट टर्मिनल V1 पर सेट थ्रेशोल्ड मान से अधिक हो या न हो, आउटपुट ON या OFF दिखाता है।

प्रकाश स्तर की यात्रा या दहलीज मूल्य स्थिति को पोटेंशियोमीटर वीआर की मदद से समायोजित किया जा सकता है₁ और स्विचिंग हिस्टैरिसीस पोटेंशियोमीटर वी.आर.₂। इसलिए इस तरह, एक विभेदक एम्पलीफायर का उपयोग करके एक प्रकाश-संवेदनशील स्विच बनाया जा सकता है।

वीआर को बदलकर, तापमान में परिवर्तन का पता लगाने के लिए सर्किट को कॉन्फ़िगर किया जा सकता है₁ और एलडीआर, एक थर्मिस्टर और गर्मी या ठंड का पता लगाने के लिए एक उपयुक्त चर अवरोधक के साथ। एक अंतर एम्पलीफायर का नुकसान यह है कि इनपुट प्रतिबाधा अन्य परिचालन एम्पलीफायर सर्किट कॉन्फ़िगरेशन की तुलना में बहुत कम है। एक अंतर एम्पलीफायर सर्किट कम प्रतिबाधा स्रोतों के लिए अच्छी तरह से काम करता है लेकिन उच्च प्रतिबाधा स्रोतों के लिए नहीं। यूनिटी गेन बफर एम्पलीफायर का उपयोग करके, इस समस्या को दूर किया जा सकता है।

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