ऑपरेशनल एम्पलीफायरों (सबसे सरल उदाहरणों पर आधारित): भाग 2

बोरिंग एंट्री की जगह

पिछली बार मैंने परिचालन एम्पलीफायरों के संचालन के बुनियादी सिद्धांतों को संक्षेप में समझाने की कोशिश की थी। लेकिन मैं इस विषय को जारी रखने के अनुरोध को अस्वीकार नहीं कर सकता। इस बार, योजनाएं थोड़ी अधिक जटिल हैं, लेकिन मैं थकाऊ गणितीय निष्कर्षों को नहीं बढ़ाने की कोशिश करूंगा।

इंटीग्रेटर्स और विभेदकों

कल्पना करें कि आपको वोल्टेज अभिन्न पर विचार करना होगा। डरावना, है ना? और इसे किसकी ज़रूरत है?
तो, इन उद्देश्यों के लिए, एक इंटीग्रेटर की आवश्यकता है।
सामान्य मामले में (एक आदर्श opamp के लिए) इस विकल्प पर विचार किया जाता है:

इसके अलावा, मैं दृढ़ता से थोड़ा प्रयास करने की सलाह देता हूं और भौतिकी और उच्च गणित में थोड़ा पाठ्यक्रम याद करता हूं। हालांकि, यह बिल्कुल आवश्यक नहीं है।

कैपेसिटर चार्ज फॉर्मूला याद है?

यह देखते हुए कि चार्ज समय में भिन्न होगा, हम सुरक्षित रूप से मान सकते हैं:

इसके अलावा ... नॉन-इनवर्टिंग इनपुट जमीन से जुड़ा हुआ है। संधारित्र के पार वोल्टेज दूसरे शब्दों में आउटपुट पर विपरीत वोल्टेज के बराबर होता है
। इसका मतलब है कि

आगे, हल करना और एकीकृत करना, हम (लगभग) अंतिम सूत्र प्राप्त करते हैं:

यह सामान्य शब्दों में कहा जाए तो ऐसा है। नतीजतन, मैं इस तथ्य पर ध्यान आकर्षित करना चाहता हूं कि आउटपुट वोल्टेज समय टी में प्रत्येक क्षण के लिए एक आवश्यक भूमिका निभाता है। हम इसे एक स्वतंत्र तत्व के रूप में लेंगे:

यह मान लेना तर्कसंगत है कि एकीकरण t0 से t1 तक समय के साथ होता है

यहाँ आपके लिए समस्या है। संधारित्र को छुट्टी दे दी जाती है। आउटपुट वोल्टेज शून्य है। सर्किट बंद है। संधारित्र में 1 μF की क्षमता होती है। 30k ओम अवरोधक इनपुट वोल्टेज पहले -2 वी, फिर 2 वी है। ध्रुवता हर पल बदलती है। दूसरे शब्दों में, हमने इनपुट के लिए एक पल्स जनरेटर लगाया।
तो, हम तय करते हैं। एक त्वरित योजना में एक साथ लाना। एक ग्राफ बनाएं। हम कार्यों के रूप में इनपुट और आउटपुट वोल्टेज दर्ज करते हैं। "शेड्यूल का अनुकरण करें" पर क्लिक करें। हमें मिलता है:

एक "चूरा" संकेत बाहर आया। कृपया ध्यान दें कि संधारित्र गिरावट की तीव्रता को प्रभावित करता है। इसे चार्ज करने / डिस्चार्ज करने के लिए उचित समय सीमा के भीतर उतार-चढ़ाव होना चाहिए , और बहुत जल्दी डिस्चार्ज / डिस्चार्ज नहीं होना चाहिए। वैसे, यह मानना ​​तर्कसंगत होगा कि सिग्नल हमारे ऑप-एम्प की बिजली आपूर्ति के भीतर प्रवर्धित है।

अगला, हम विभेदकों के लिए आगे बढ़ते हैं।
यह इंटीग्रेटर्स की तुलना में अधिक जटिल नहीं है।
दूसरों से अलग:

और यहाँ एनालॉग गणना सूत्र है:

और फिर से बोरिंग फॉर्मूले ...
संधारित्र के माध्यम से वर्तमान है

चूंकि परिचालन एम्पलीफायर आदर्श के करीब है, इसलिए यह माना जा सकता है कि संधारित्र के माध्यम से वर्तमान प्रतिरोधक के माध्यम से वर्तमान के बराबर है।
, जिसका अर्थ है, यदि हम वर्तमान मूल्य को प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें प्राप्त होता है:


पिछले उदाहरण की तरह, अधिक व्यावहारिक उदाहरण पर विचार करें। 50μF संधारित्र। 30k ओम अवरोधक प्रवेश द्वार पर हम एक "देखा" सेवा करते हैं। (ईमानदारी से, प्रोटीस में मानक साधनों का उपयोग करके आरी बनाना संभव नहीं था, मुझे प्व्लिन टूल का सहारा लेना पड़ा।
परिणामस्वरूप, हमें ग्राफ़ मिलता है:


संक्षेप में कहना।
इंटीग्रेटर। आयत -> देखा
दूसरों से अलग। देखा -> आयत
PS विभेदकों और इंटीग्रेटर्स को बाद में एक पूरी तरह से अलग आड़ में माना जाएगा।

तुलनाकारक

एक तुलनित्र एक उपकरण है जो दो इनपुट वोल्टेज की तुलना करता है। आउटपुट में स्थिति स्टेप वाइज बदलती है, जिसके आधार पर वोल्टेज अधिक होता है। कुछ खास नहीं है, बस एक उदाहरण दीजिए। पहले इनपुट पर, हम 3V के बराबर एक स्थिर वोल्टेज की आपूर्ति करते हैं। दूसरे इनपुट पर - 4 वी के आयाम के साथ एक साइनसोइडल सिग्नल। हम आउटपुट से वोल्टेज निकालते हैं।

ग्राफ में व्यापक जानकारी है जिसमें टिप्पणियों की आवश्यकता नहीं है:

लघुगणक और घातीय एम्पलीफायरों

एक लघुगणकीय विशेषता प्राप्त करने के लिए, यह होने वाला एक तत्व आवश्यक है। ऐसे उद्देश्यों के लिए, एक डायोड या ट्रांजिस्टर काफी उपयुक्त है। जटिल नहीं करने के लिए, फिर हम एक डायोड का उपयोग करेंगे।
सबसे पहले, हमेशा की तरह, मैं आपको एक आरेख प्रदान करूंगा ...

... और सूत्र:

कृपया ध्यान दें कि ई इलेक्ट्रॉन आवेश है, T केल्विन में तापमान है और k बोल्ट्जमान स्थिरांक है।
फिर, आपको भौतिकी पाठ्यक्रम याद रखना होगा। सेमीकंडक्टर डायोड के माध्यम से करंट को इस प्रकार वर्णित किया जा सकता है:
(छवि थोड़ी अधिक थी, क्योंकि सूत्र की डिग्री "कुटिल" थी)
यहां यू डायोड पर वोल्टेज है। I0 एक छोटे से रिवर्स बायस में लीकेज करंट है। प्रस्तावना और प्राप्त करें:

यहां से हमें डायोड पर वोल्टेज मिलता है (जो आउटपुट में वोल्टेज के समान है):

यह ध्यान देने योग्य है कि 20 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर:

आइए देखें कि यह सर्किट रेखांकन कैसे काम करता है। प्रोटीस को चलाएं। इनपुट संकेत सेट करें:

डायोड पर वर्तमान निम्नानुसार बदल जाएगा:

लॉगरिदमिक कानून के अनुसार आउटपुट वोल्टेज बदल जाता है:


अगला आइटम - एक घातीय एम्पलीफायर, मैं टिप्पणी के बिना छोड़ दूंगा। मुझे उम्मीद है कि यहां सब कुछ स्पष्ट होगा।

एक निष्कर्ष के बजाय

इस भाग में, मैंने गणितीय निष्कर्षों को कम करने, और व्यावहारिक अनुप्रयोग पर ध्यान केंद्रित करने की कोशिश की। मुझे आशा है कि आपने इसे पसंद किया है :-)

* UPD।: कैपेसिटर चार्ज / डिस्चार्ज समय को इस प्रकार परिभाषित किया गया है: जहाँ संक्रमण प्रक्रिया का समय है। आरसी सर्किट के लिए, सूत्र । T के दौरान, संधारित्र को 99% तक पूरी तरह से चार्ज / डिस्चार्ज किया जाएगा। कभी-कभी गणना 3 के लिए समय का उपयोग किया जाता है