Op-Amp इंटीग्रेटर और डिफरेंशिएटर के रूप में: शुरुआती गाइड!

विषय-सूची

  • इंटीग्रेटर क्या है?
  • इंटीग्रेटर का कार्य सिद्धांत
  • Op-amp इंटीग्रेटर सर्किट
  • एक इंटीग्रेटर का आउटपुट
  • इंटीग्रेटर के रूप में ओप-amp की व्युत्पत्ति
  • प्रैक्टिकल ऑप-एम्प इंटीग्रेटर
  • इंटीग्रेटर के अनुप्रयोग
  • विभेदक क्या है?
  • Op-amp विभेदक के रूप में
  • विभेदक का कार्य सिद्धांत
  • एक विभेदक का आउटपुट तरंग
  • विभेदक के अनुप्रयोग

एचएमबी क्या है? जोड़नेवाला?

इंटीग्रेटर की परिभाषा

यदि प्रतिक्रिया पथ को प्रतिरोध के बजाय संधारित्र के माध्यम से बनाया जाता है, तो आरसी नेटवर्क को परिचालन एम्पलीफायरों के नकारात्मक प्रतिक्रिया पथ के पार स्थापित किया गया है। इस तरह के सर्किट कॉन्फ़िगरेशन का उत्पादन गणितीय संचालन, विशेष रूप से एकीकरण को लागू करने में मदद करता है, और इस परिचालन एम्पलीफायर सर्किट को एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर इंटीग्रेटर सर्किट के रूप में जाना जाता है।

सर्किट का आउटपुट समय के साथ लागू इनपुट वोल्टेज का एकीकरण है।

इंटीग्रेटर सर्किट मूल रूप से परिचालन एम्पलीफायरों को बदल रहे हैं (वे उपयुक्त के साथ op-amp कॉन्फ़िगरेशन को बदलने में काम करते हैं capacitors और प्रतिरोधक), जो आम तौर पर एक स्क्वायर वेव इनपुट से त्रिकोणीय तरंग आउटपुट उत्पन्न करते हैं। इसलिए, इनका उपयोग त्रिकोणीय दालों को बनाने के लिए भी किया जाता है।

इंटीग्रेटर के रूप में ऑप-एम्प

इंटीग्रेटर का कार्य सिद्धांत

परिचालन एम्पलीफायरों का उपयोग गणितीय अनुप्रयोगों जैसे एकीकरण और विभेदन के लिए किया जा सकता है, विशिष्ट ऑप-एम्पी कॉन्फ़िगरेशन लागू करके।

जब प्रतिक्रिया पथ को प्रतिरोध के बजाय संधारित्र के माध्यम से बनाया जाता है, तो परिचालन एम्पलीफायरों के नकारात्मक प्रतिक्रिया पथ में एक आरसी नेटवर्क स्थापित किया गया है। इस तरह के सर्किट कॉन्फ़िगरेशन का उत्पादन गणितीय संचालन, विशेष रूप से एकीकरण को लागू करने में मदद करता है, और इस परिचालन एम्पलीफायर सर्किट को एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर इंटीग्रेटर सर्किट के रूप में जाना जाता है। सर्किट का आउटपुट समय के साथ लागू इनपुट वोल्टेज का एकीकरण है।

Op-amp इंटीग्रेटर सर्किट

इंटीग्रेटर सर्किट
Op-amp इंटीग्रेटर सर्किट

एक इंटीग्रेटर का आउटपुट

इंटीग्रेटर का इनपुट आउटपुट
एक इंटीग्रेटर का इनपुट और आउटपुट तरंग

इंटीग्रेटर सर्किट मूल रूप से परिचालन एम्पलीफायरों को निष्क्रिय कर रहे हैं (वे उपयुक्त कैपेसिटर और प्रतिरोधों के साथ ऑप-एम्प कॉन्फ़िगरेशन को निष्क्रिय करने में काम करते हैं), जो आम तौर पर एक वर्ग तरंग इनपुट से त्रिकोणीय लहर आउटपुट का उत्पादन करते हैं। इसलिए, उनका उपयोग त्रिकोणीय दालों के निर्माण के लिए भी किया जाता है।

प्रतिक्रिया पथ में वर्तमान संधारित्र के चार्जिंग और निर्वहन में शामिल है; इसलिए, आउटपुट सिग्नल का परिमाण उस समय पर निर्भर करता है, जब सर्किट के इनपुट टर्मिनल पर एक वोल्टेज मौजूद होता है (लागू होता है)।

इंटीग्रेटर के रूप में ओप-amp की व्युत्पत्ति

जैसा कि हम वर्चुअल ग्राउंड अवधारणा से जानते हैं, बिंदु 1 पर वोल्टेज 0V है। इसलिए, संधारित्र टर्मिनलों के बीच मौजूद है, एक शून्य संभावित और अन्य संभावित V पर0। जब इनपुट पर एक निरंतर वोल्टेज लागू किया जाता है, तो यह आउटपुट में एक रैखिक रूप से बढ़ते वोल्टेज (इनपुट संकेत के अनुसार सकारात्मक या नकारात्मक) के परिणामस्वरूप होता है, जिसके परिवर्तन की दर लागू इनपुट वोल्टेज के मूल्य के लिए आनुपातिक है।

उपरोक्त सर्किट्री से यह मनाया जाता है, वी1 वी =2 = 0

इनपुट वर्तमान के रूप में:

एएए

ऑप-एम्पी विशेषताओं के कारण (ऑप-एम्पी का इनपुट प्रतिबाधा अनंत है) क्योंकि ऑप-एम्पी के इनपुट में इनपुट करंट आदर्श रूप से शून्य होता है। इसलिए लागू इनपुट वोल्टेज वी द्वारा इनपुट रोकनेवाला से वर्तमान गुजर रहा हैi संधारित्र C में प्रतिक्रिया पथ के साथ बह गया है1.

इसलिए आउटपुट साइड से करंट को भी इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है:

aaaa

उपर्युक्त समीकरणों की तुलना में,

aaaaa

इसलिए इस इंटीग्रेटर सर्किट का op-amp आउटपुट है:

b

परिणामस्वरूप सर्किट में -1 / आरसी का लाभ निरंतर होता है। नकारात्मक संकेत एक 180 की ओर इशारा करता हैo चरण बदलाव।

व्यावहारिक ऑप- aintegrator के रूप में

अगर हम इंटीग्रेटर पर साइन वेव इनपुट सिग्नल लगाते हैं, तो इंटीग्रेटर कम-फ्रीक्वेंसी सिग्नल को पास करने की अनुमति देता है जबकि सिग्नल के हाई फ्रिक्वेंसी पार्ट्स को अटेंड करता है। इसलिए, यह एक की तरह व्यवहार करता है कम पास फिल्टर एक इंटीग्रेटर के बजाय।

व्यावहारिक एकीकरणकर्ता की अभी भी अन्य सीमाएं हैं। आदर्श ऑप-एम्प्स के विपरीत, प्रैक्टिकल ऑप-एम्प्स में परिमित ओपन-लूप गेन, परिमित इनपुट प्रतिबाधा, एक इनपुट ऑफसेट वोल्टेज और एक इनपुट बायस करंट होता है। एक आदर्श ऑप-एम्प से यह विचलन कई तरीकों से काम करने को प्रभावित कर सकता है। उदाहरण के लिए, यदि वीin = 0, आउटपुट ऑफसेट वोल्टेज और इनपुट पूर्वाग्रह दोनों की उपस्थिति के कारण संधारित्र के माध्यम से करंट गुजरता है। यह समय-समय पर आउटपुट-वोल्टेज को ऑप-एम्प संतृप्त होने तक बहने का कारण बनता है। यदि आदर्श ऑप-एम्प के मामले में इनपुट वोल्टेज करंट शून्य है, तो कोई बहाव मौजूद नहीं होना चाहिए, लेकिन यह व्यावहारिक मामले के लिए सही नहीं है।

इनपुट बायस करंट के कारण होने वाले प्रभाव को कम करने के लिए, हमें सर्किट को संशोधित करना होगा जैसे कि आरom = आर1|| आरF|| आरL

इस स्थिति में, त्रुटि वोल्टेज होगा 

bb

इसलिए वही वोल्टेज ड्रॉप इनपुट बायस करंट के कारण सकारात्मक और नकारात्मक दोनों टर्मिनलों पर दिखाई देता है।

डीसी राज्य में एक आदर्श ऑप-एम्प संचालन के लिए, संधारित्र एक खुले सर्किट के रूप में कार्य करता है, और इसलिए, सर्किट का लाभ अनंत है। इसे दूर करने के लिए, एक उच्च प्रतिरोध मूल्य रोकनेवाला आरF प्रतिक्रिया पथ में संधारित्र के साथ समानांतर में जुड़ा हुआ है। इस वजह से, सर्किट का लाभ एक सीमित मूल्य (प्रभावी रूप से छोटा) तक सीमित है और इसलिए एक छोटी वोल्टेज त्रुटि मिलती है।

BBB
प्रैक्टिकल इंटीग्रेटर
व्यावहारिक ऑप-एम्प इंटीग्रेटर
  • VIOS इनपुट ऑफसेट वोल्टेज को संदर्भित करता है
  • IBI इनपुट पूर्वाग्रह वर्तमान को संदर्भित करता है

विभेदक क्या है?

की परिभाषा दूसरों से अलग

यदि इन्वर्टिंग टर्मिनल में इनपुट प्रतिरोध को एक संधारित्र द्वारा बदल दिया जाता है, तो आरसी नेटवर्क को परिचालन एम्पलीफायरों के नकारात्मक प्रतिक्रिया पथ के पार स्थापित किया गया है। इस तरह के सर्किट कॉन्फ़िगरेशन से इनपुट वोल्टेज के भेदभाव को लागू करने में मदद मिलती है, और इस परिचालन एम्पलीफायर सर्किट कॉन्फ़िगरेशन को एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर विभेदक सर्किट के रूप में जाना जाता है।

एक परिचालन एम्पलीफायर विभेदक मूल रूप से एक उच्च पास फिल्टर के रूप में काम करता है और, विभक्तक द्वारा उत्पादित आउटपुट वोल्टेज का आयाम लागू इनपुट वोल्टेज के परिवर्तन के लिए आनुपातिक है।

Op-amp एक विभेदक के रूप में

जैसा कि हमने पहले इंटीग्रेटर सर्किट में अध्ययन किया है, विभिन्न गणितीय अनुप्रयोगों को लागू करने के लिए op-amps का उपयोग किया जा सकता है। यहां हम विस्तार से अंतर सेशन-एम्पी कॉन्फ़िगरेशन का अध्ययन करेंगे। विभेदक एम्पलीफायर का उपयोग तरंग आकृतियों को बनाने के लिए और आवृत्ति मॉड्यूलेटर में भी किया जाता है।

एक परिचालन एम्पलीफायर विभेदक मूल रूप से एक उच्च पास फिल्टर के रूप में काम करता है और, विभक्तक द्वारा उत्पादित आउटपुट वोल्टेज का आयाम लागू इनपुट वोल्टेज के परिवर्तन के लिए आनुपातिक है।

विभेदक का कार्य सिद्धांत

जब इन्वर्टरिंग टर्मिनल में इनपुट प्रतिरोध को एक संधारित्र द्वारा बदल दिया जाता है, तो आरसी नेटवर्क को परिचालन एम्पलीफायरों के नकारात्मक प्रतिक्रिया पथ में स्थापित किया गया है। इस तरह के सर्किट कॉन्फ़िगरेशन से इनपुट वोल्टेज के भेदभाव को लागू करने में मदद मिलती है, और इस परिचालन एम्पलीफायर सर्किट कॉन्फ़िगरेशन को एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर विभेदक सर्किट के रूप में जाना जाता है।

एक अंतर में सेशन-amp सर्किट, सर्किट का आउटपुट समय के संबंध में op-amp पर लागू इनपुट वोल्टेज का विभेदन है। इसलिए op-amp विभेदक एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन में काम करता है, जिसके कारण इनपुट के साथ आउटपुट 180 डिग्री चरण से बाहर हो जाता है। विभेदक op-amp विन्यास आम तौर पर त्रिकोणीय या आयताकार इनपुट तरंगों का जवाब देता है।

एक विभेदक सर्किट

डिफ़रेंशियेटर्स
Op-amp विभेदक सर्किट

जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, इनपुट वोल्टेज स्रोत के साथ श्रृंखला में संधारित्र का कनेक्शन बनाया गया है। इनपुट संधारित्र सी1 शुरू में अपरिवर्तित है और इसलिए एक ओपन-सर्किट के रूप में काम करता है। एम्पलीफायर का गैर-इनवर्टिंग टर्मिनल जमीन से जुड़ा हुआ है, जबकि इनवर्टिंग इनपुट टर्मिनल नकारात्मक प्रतिक्रिया अवरोधक आर के माध्यम से हैf और आउटपुट टर्मिनल से जुड़ा है।

आदर्श op-amp विशेषताओं के कारण (op-amp का इनपुट प्रतिबाधा अनंत है) इनपुट करंट के रूप में, मैं op-amp के इनपुट के लिए आदर्श रूप से शून्य है। इसलिए संधारित्र के माध्यम से बहने वाला वर्तमान (इस विन्यास में, इनपुट प्रतिरोध को एक संधारित्र द्वारा बदल दिया जाता है) लागू इनपुट वोल्टेज V के कारणin प्रतिक्रिया अवरोधक आर के माध्यम से प्रतिक्रिया पथ के साथ बहती हैf.

जैसा कि आकृति से देखा गया है, बिंदु X वस्तुतः ग्राउंडेड है (वर्चुअल ग्राउंड कॉन्सेप्ट के अनुसार) क्योंकि नॉन-इनवर्टिंग इनपुट टर्मिनल ग्राउंडेड है (पॉइंट वाई ग्राउंड पोटेंशियल यानी 0V पर है)।

फलस्वरूप, Vx = Vy = 0

इनपुट साइड कैपेसिटर के संबंध में, संधारित्र के माध्यम से ले जाने वाली धारा को निम्न प्रकार से लिखा जा सकता है:

cc

आउटपुट साइड फीडबैक रोकनेवाला के संबंध में, इसके माध्यम से बहने वाले वर्तमान को निम्न रूप में दर्शाया जा सकता है:

मुद्रा तिजोरी सिक्के

उपरोक्त समीकरणों से, जब हम दोनों परिणाम प्राप्त करते हैं, तो हम धाराओं को समान करते हैं,

CCCC
CCCCC

विभेदक एम्पलीफायर सर्किट को इसके अनुप्रयोग (भेदभाव) के लिए बहुत कम समय की आवश्यकता होती है, और इसलिए यह इसके मुख्य लाभों में से एक है।

उत्पाद का मूल्य C1Rf को विभेदक के समय स्थिर के रूप में जाना जाता है, और विभेदक का आउटपुट C है1Rf वी के भेदभाव का समयin संकेत। -V समीकरण में संकेत का मतलब है कि आउटपुट 180 हैo इनपुट के संदर्भ में चरण में अंतर।

जब हम विभेदक के इनपुट टर्मिनल में एक कदम संकेत की तरह t = 0 पर एक निरंतर परिवर्तन के साथ एक निरंतर वोल्टेज लागू करते हैं, तो आउटपुट आदर्श रूप से शून्य होना चाहिए क्योंकि निरंतरता का विभेदन शून्य है। लेकिन व्यवहार में, आउटपुट बिल्कुल शून्य नहीं है क्योंकि निरंतर इनपुट तरंग को 0 वोल्ट से कुछ वी तक कदम रखने में कुछ समय लगता हैमैक्स वोल्ट। इसलिए आउटपुट तरंग समय t = 0 पर एक स्पाइक है।

आउटपुट स्पाइक
आउटपुट तरंग से युक्त स्पाइक

इसलिए एक चौकोर तरंग इनपुट के लिए, हमें नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है,

आउटपुट तरंग
एक वर्ग तरंग इनपुट के लिए एक विभेदक का आउटपुट तरंग

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