इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर: Difference between revisions
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[[File:Op-Amp Instrumentation Amplifier.svg|right|400px|thumb|विशिष्ट | [[File:Op-Amp Instrumentation Amplifier.svg|right|400px|thumb|विशिष्ट प्रवर्धन प्रवर्धक योजनाबद्ध]]यंत्रीकरण प्रवर्धक (कभी-कभी प्रवर्धक को इन-एम्प या इनएम्प के संक्षित रूप में लिखा जा सकता है ) एक प्रकार का[[ विभेदक प्रवर्धक ]]है जिसे निविष्ट [[बफर एम्पलीफायर|बफर प्रवर्धक]] के साथ तैयार किया गया है, जो निविष्ट [[प्रतिबाधा मिलान]] की आवश्यकता को समाप्त करता है और इस प्रकार प्रवर्धक को माप और [[परीक्षण उपकरण]] में उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता हैं। अतिरिक्त विशेषताओं में बहुत कम [[डीसी]] ऑफसेट, कम [[बहाव (दूरसंचार)|बहाव]], कम [[शोर (भौतिकी)|शोर]], बहुत अधिक [[ ओपन-लूप लाभ |विवृत पाश लब्धि]], बहुत उच्च [[सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात]] और बहुत उच्च [[निविष्ट प्रतिबाधा]] सम्मिलित हैं। यंत्रीकरण प्रवर्धकों का उपयोग किया जाता है जहां [[विद्युत नेटवर्क]] की महान सटीकता और [[बीआईबीओ स्थिरता]] दोनों छोटी और लंबी अवधि की आवश्यकता होती है। | ||
हालांकि | हालांकि यंत्रीकरण प्रवर्धक आमतौर पर एक मानक [[ऑपरेशनल एंप्लीफायर]] (ऑप-एम्पी) के समान योजनाबद्ध रूप से दिखाया जाता है, इलेक्ट्रॉनिक यंत्रीकरण प्रवर्धक लगभग हमेशा आंतरिक रूप से 3 ऑप-एम्प्स से बना होता है। इन्हें व्यवस्थित किया जाता है ताकि प्रत्येक निविष्ट (+, -) को बफ़र करने के लिए एक ऑप-एम्प हो, और एक फ़ंक्शन के लिए पर्याप्त प्रतिबाधा मिलान के साथ वांछित आउटपुट उत्पन्न करने के लिए हो।<ref>R. F. Coughlin, F. F. Driscoll ''Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits'' (2nd ed. 1982. {{ISBN|0-13-637785-8}}) p. 161.</ref><ref>Moore, Davis, Coplan ''Building Scientific Apparatus'' (2nd ed. 1989. {{ISBN|0-201-13189-7}}) p. 407.</ref> | ||
सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला | सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला यंत्रीकरण प्रवर्धक सर्किट चित्र में दिखाया गया है। सर्किट का लाभ है | ||
: <math>A_v = \frac{V_\text{out}}{V_2 - V_1} = \left(1 + \frac{2 R_1}{R_\text{gain}}\right) \frac{R_3}{R_2}.</math> | : <math>A_v = \frac{V_\text{out}}{V_2 - V_1} = \left(1 + \frac{2 R_1}{R_\text{gain}}\right) \frac{R_3}{R_2}.</math> | ||
लेबल किए गए प्रतिरोधों के साथ-साथ सबसे सही | लेबल किए गए प्रतिरोधों के साथ-साथ सबसे सही प्रवर्धक <math>R_2</math> और <math>R_3</math> लाभ के साथ सिर्फ मानक अंतर-प्रवर्धक सर्किट है <math>R_3 / R_2</math> और अंतर निविष्ट प्रतिरोध <math>2 \cdot R_2</math>. बाईं ओर दो प्रवर्धक बफ़र्स हैं। साथ <math>R_\text{gain}</math> हटाए गए (ओपन-सर्कुलेटेड), वे सरल एकता-लाभ बफ़र्स हैं; सर्किट उस अवस्था में काम करेगा, जिसका लाभ केवल बराबर होगा <math>R_3 / R_2</math> और बफ़र्स के कारण उच्च निविष्ट प्रतिबाधा। कुछ नकारात्मक प्रतिक्रिया को दूर करने के लिए बफर इनवर्टिंग निविष्ट और ग्राउंड के बीच प्रतिरोधों को लगाकर बफर लाभ को बढ़ाया जा सकता है; हालाँकि, एकल अवरोधक <math>R_\text{gain}</math> दो इन्वर्टिंग निविष्ट के बीच एक अधिक सुरुचिपूर्ण तरीका है: यह कॉमन-मोड गेन को 1 के बराबर छोड़ते हुए बफर जोड़ी के डिफरेंशियल-मोड गेन को बढ़ाता है। यह सर्किट के कॉमन-मोड रिजेक्शन रेशियो (CMRR) को बढ़ाता है और साथ ही बफ़र्स को क्लिपिंग के बिना बहुत बड़े सामान्य-मोड संकेतों को संभालने में सक्षम बनाता है, अगर वे अलग होते और समान लाभ होता। | ||
विधि का एक अन्य लाभ यह है कि यह एक जोड़ी के बजाय एक एकल प्रतिरोधक का उपयोग करके लाभ को बढ़ाता है, इस प्रकार एक प्रतिरोधक-मिलान समस्या से बचा जाता है और बहुत आसानी से एक प्रतिरोधक के मान को बदलकर सर्किट के लाभ को बदलने की अनुमति देता है। स्विच-चयन योग्य प्रतिरोधों का एक सेट या एक पोटेंशियोमीटर भी इस्तेमाल किया जा सकता है <math>R_\text{gain}</math>प्रतिरोधों के मिलान जोड़े को स्विच करने की जटिलता के बिना, सर्किट के लाभ में आसान परिवर्तन प्रदान करना। | विधि का एक अन्य लाभ यह है कि यह एक जोड़ी के बजाय एक एकल प्रतिरोधक का उपयोग करके लाभ को बढ़ाता है, इस प्रकार एक प्रतिरोधक-मिलान समस्या से बचा जाता है और बहुत आसानी से एक प्रतिरोधक के मान को बदलकर सर्किट के लाभ को बदलने की अनुमति देता है। स्विच-चयन योग्य प्रतिरोधों का एक सेट या एक पोटेंशियोमीटर भी इस्तेमाल किया जा सकता है <math>R_\text{gain}</math>प्रतिरोधों के मिलान जोड़े को स्विच करने की जटिलता के बिना, सर्किट के लाभ में आसान परिवर्तन प्रदान करना। | ||
यंत्रीकरण प्रवर्धक का आदर्श सामान्य-मोड लाभ शून्य है। दिखाए गए सर्किट में, कॉमन-मोड गेन [[अवरोध]] अनुपात में बेमेल के कारण होता है <math>R_2 / R_3</math> और दो निविष्ट ऑप-एम्प्स के सामान्य-मोड लाभ में बेमेल द्वारा। सामान्य-मोड प्रदर्शन को अनुकूलित करने के रूप में, इन सर्किटों को बनाने में बहुत बारीकी से मिलान करने वाले प्रतिरोधों को प्राप्त करना एक महत्वपूर्ण कठिनाई है।<ref>Smither, Pugh and Woolard. "CMRR Analysis of the 3-op-amp instrumentation amplifier", Electronics letters, Volume 13, Issue 20, 29 September 1977, page 594.</ref> | |||
लागत बचाने के लिए एक | लागत बचाने के लिए एक यंत्रीकरण प्रवर्धक को दो ऑप-एम्प्स के साथ भी बनाया जा सकता है, लेकिन लाभ दो (+6 dB) से अधिक होना चाहिए।<ref>{{cite web |url=http://edn.com/design/analog/4346481/Don-t-fall-in-love-with-one-type-of-instrumentation-amp |title=एक प्रकार के इंस्ट्रूमेंटेशन amp के प्यार में न पड़ें|publisher=EDN |access-date=2014-10-28}}</ref><ref>{{cite web |url=http://www.biosemi.com/publications/artikel7.htm |title=Amplifiers for bioelectric events: a design with a minimal number of parts |publisher=Biosemi.com |access-date=2011-10-03}}</ref> | ||
यंत्रीकरण प्रवर्धकों को व्यक्तिगत ऑप-एम्प्स और सटीक प्रतिरोधों के साथ बनाया जा सकता है, लेकिन कई निर्माताओं ([[ टेक्सस उपकरण ]]्स, [[एनालॉग डिवाइस]]ेस, [[ रैखिक प्रौद्योगिकी ]] और मैक्सिम [[एकीकृत परिपथ]] सहित) [[मैक्सिम एकीकृत उत्पाद]] फॉर्म में भी उपलब्ध हैं। एक आईसी यंत्रीकरण प्रवर्धक में आमतौर पर बारीकी से मेल खाने वाले [[लेजर ट्रिमिंग]] | लेजर-ट्रिम किए गए प्रतिरोधक होते हैं, और इसलिए उत्कृष्ट सामान्य-मोड अस्वीकृति प्रदान करते हैं। उदाहरणों में सम्मिलित हैं [http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/ina128.html INA128], [http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/instrumentation-amplifiers/ ad8221/products/product.html AD8221], [https://www.analog.com/en/products/lt1167.html LT1167] और [http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/ 2006 मैक्स4194]। | |||
यंत्रीकरण प्रवर्धकों को अप्रत्यक्ष करंट-फीडबैक आर्किटेक्चर का उपयोग करके भी डिज़ाइन किया जा सकता है, जो इन प्रवर्धकों की ऑपरेटिंग रेंज को नकारात्मक बिजली आपूर्ति रेल और कुछ मामलों में सकारात्मक बिजली आपूर्ति रेल तक बढ़ाता है। यह सिंगल-सप्लाई सिस्टम में विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है, जहां नेगेटिव पावर रेल केवल सर्किट ग्राउंड (जीएनडी) है। इस आर्किटेक्चर का उपयोग करने वाले हिस्सों के उदाहरण हैं [http://www.maxim-ic.com/quick_view2.cfm/qv_pk/4925 MAX4208/MAX4209] और [http://www.analog.com/en/audiovideo-products/video -ampsbuffersfilters/ad8129/products/product.html AD8129/AD8130]। | |||
== प्रकार == | == प्रकार == | ||
=== फीडबैक-मुक्त | === फीडबैक-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक === | ||
फीडबैक-फ्री | फीडबैक-फ्री यंत्रीकरण प्रवर्धक उच्च-निविष्ट-प्रतिबाधा अंतर प्रवर्धक है जिसे बाहरी फीडबैक नेटवर्क के बिना डिज़ाइन किया गया है। यह प्रवर्धकों की संख्या में कमी (तीन के बजाय एक), कम शोर (फीडबैक प्रतिरोधों द्वारा कोई थर्मल शोर नहीं लाया जाता है) और बढ़ी हुई बैंडविड्थ (कोई आवृत्ति मुआवजे की आवश्यकता नहीं है) की अनुमति देता है। | ||
[http://www.linear.com/product/LTC2053 LTC2053] जैसे चॉपर-स्टेबलाइज्ड (या ज़ीरो-ड्रिफ्ट) | [http://www.linear.com/product/LTC2053 LTC2053] जैसे चॉपर-स्टेबलाइज्ड (या ज़ीरो-ड्रिफ्ट) यंत्रीकरण प्रवर्धक डीसी ऑफसेट त्रुटियों और बहाव को खत्म करने के लिए स्विचिंग-निविष्ट फ्रंटएंड का उपयोग करते हैं। | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
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* [[परिचालन एम्पलीफायर अनुप्रयोग]]ों | * [[परिचालन एम्पलीफायर अनुप्रयोग|परिचालन प्रवर्धक अनुप्रयोग]]ों | ||
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Revision as of 22:36, 2 June 2023
यंत्रीकरण प्रवर्धक (कभी-कभी प्रवर्धक को इन-एम्प या इनएम्प के संक्षित रूप में लिखा जा सकता है ) एक प्रकार काविभेदक प्रवर्धक है जिसे निविष्ट बफर प्रवर्धक के साथ तैयार किया गया है, जो निविष्ट प्रतिबाधा मिलान की आवश्यकता को समाप्त करता है और इस प्रकार प्रवर्धक को माप और परीक्षण उपकरण में उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाता हैं। अतिरिक्त विशेषताओं में बहुत कम डीसी ऑफसेट, कम बहाव, कम शोर, बहुत अधिक विवृत पाश लब्धि, बहुत उच्च सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात और बहुत उच्च निविष्ट प्रतिबाधा सम्मिलित हैं। यंत्रीकरण प्रवर्धकों का उपयोग किया जाता है जहां विद्युत नेटवर्क की महान सटीकता और बीआईबीओ स्थिरता दोनों छोटी और लंबी अवधि की आवश्यकता होती है।
हालांकि यंत्रीकरण प्रवर्धक आमतौर पर एक मानक ऑपरेशनल एंप्लीफायर (ऑप-एम्पी) के समान योजनाबद्ध रूप से दिखाया जाता है, इलेक्ट्रॉनिक यंत्रीकरण प्रवर्धक लगभग हमेशा आंतरिक रूप से 3 ऑप-एम्प्स से बना होता है। इन्हें व्यवस्थित किया जाता है ताकि प्रत्येक निविष्ट (+, -) को बफ़र करने के लिए एक ऑप-एम्प हो, और एक फ़ंक्शन के लिए पर्याप्त प्रतिबाधा मिलान के साथ वांछित आउटपुट उत्पन्न करने के लिए हो।[1][2] सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला यंत्रीकरण प्रवर्धक सर्किट चित्र में दिखाया गया है। सर्किट का लाभ है
लेबल किए गए प्रतिरोधों के साथ-साथ सबसे सही प्रवर्धक और लाभ के साथ सिर्फ मानक अंतर-प्रवर्धक सर्किट है और अंतर निविष्ट प्रतिरोध . बाईं ओर दो प्रवर्धक बफ़र्स हैं। साथ हटाए गए (ओपन-सर्कुलेटेड), वे सरल एकता-लाभ बफ़र्स हैं; सर्किट उस अवस्था में काम करेगा, जिसका लाभ केवल बराबर होगा और बफ़र्स के कारण उच्च निविष्ट प्रतिबाधा। कुछ नकारात्मक प्रतिक्रिया को दूर करने के लिए बफर इनवर्टिंग निविष्ट और ग्राउंड के बीच प्रतिरोधों को लगाकर बफर लाभ को बढ़ाया जा सकता है; हालाँकि, एकल अवरोधक दो इन्वर्टिंग निविष्ट के बीच एक अधिक सुरुचिपूर्ण तरीका है: यह कॉमन-मोड गेन को 1 के बराबर छोड़ते हुए बफर जोड़ी के डिफरेंशियल-मोड गेन को बढ़ाता है। यह सर्किट के कॉमन-मोड रिजेक्शन रेशियो (CMRR) को बढ़ाता है और साथ ही बफ़र्स को क्लिपिंग के बिना बहुत बड़े सामान्य-मोड संकेतों को संभालने में सक्षम बनाता है, अगर वे अलग होते और समान लाभ होता। विधि का एक अन्य लाभ यह है कि यह एक जोड़ी के बजाय एक एकल प्रतिरोधक का उपयोग करके लाभ को बढ़ाता है, इस प्रकार एक प्रतिरोधक-मिलान समस्या से बचा जाता है और बहुत आसानी से एक प्रतिरोधक के मान को बदलकर सर्किट के लाभ को बदलने की अनुमति देता है। स्विच-चयन योग्य प्रतिरोधों का एक सेट या एक पोटेंशियोमीटर भी इस्तेमाल किया जा सकता है प्रतिरोधों के मिलान जोड़े को स्विच करने की जटिलता के बिना, सर्किट के लाभ में आसान परिवर्तन प्रदान करना।
यंत्रीकरण प्रवर्धक का आदर्श सामान्य-मोड लाभ शून्य है। दिखाए गए सर्किट में, कॉमन-मोड गेन अवरोध अनुपात में बेमेल के कारण होता है और दो निविष्ट ऑप-एम्प्स के सामान्य-मोड लाभ में बेमेल द्वारा। सामान्य-मोड प्रदर्शन को अनुकूलित करने के रूप में, इन सर्किटों को बनाने में बहुत बारीकी से मिलान करने वाले प्रतिरोधों को प्राप्त करना एक महत्वपूर्ण कठिनाई है।[3] लागत बचाने के लिए एक यंत्रीकरण प्रवर्धक को दो ऑप-एम्प्स के साथ भी बनाया जा सकता है, लेकिन लाभ दो (+6 dB) से अधिक होना चाहिए।[4][5] यंत्रीकरण प्रवर्धकों को व्यक्तिगत ऑप-एम्प्स और सटीक प्रतिरोधों के साथ बनाया जा सकता है, लेकिन कई निर्माताओं (टेक्सस उपकरण ्स, एनालॉग डिवाइसेस, रैखिक प्रौद्योगिकी और मैक्सिम एकीकृत परिपथ सहित) मैक्सिम एकीकृत उत्पाद फॉर्म में भी उपलब्ध हैं। एक आईसी यंत्रीकरण प्रवर्धक में आमतौर पर बारीकी से मेल खाने वाले लेजर ट्रिमिंग | लेजर-ट्रिम किए गए प्रतिरोधक होते हैं, और इसलिए उत्कृष्ट सामान्य-मोड अस्वीकृति प्रदान करते हैं। उदाहरणों में सम्मिलित हैं INA128, ad8221/products/product.html AD8221, LT1167 और 2006 मैक्स4194।
यंत्रीकरण प्रवर्धकों को अप्रत्यक्ष करंट-फीडबैक आर्किटेक्चर का उपयोग करके भी डिज़ाइन किया जा सकता है, जो इन प्रवर्धकों की ऑपरेटिंग रेंज को नकारात्मक बिजली आपूर्ति रेल और कुछ मामलों में सकारात्मक बिजली आपूर्ति रेल तक बढ़ाता है। यह सिंगल-सप्लाई सिस्टम में विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है, जहां नेगेटिव पावर रेल केवल सर्किट ग्राउंड (जीएनडी) है। इस आर्किटेक्चर का उपयोग करने वाले हिस्सों के उदाहरण हैं MAX4208/MAX4209 और -ampsbuffersfilters/ad8129/products/product.html AD8129/AD8130।
प्रकार
फीडबैक-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक
फीडबैक-फ्री यंत्रीकरण प्रवर्धक उच्च-निविष्ट-प्रतिबाधा अंतर प्रवर्धक है जिसे बाहरी फीडबैक नेटवर्क के बिना डिज़ाइन किया गया है। यह प्रवर्धकों की संख्या में कमी (तीन के बजाय एक), कम शोर (फीडबैक प्रतिरोधों द्वारा कोई थर्मल शोर नहीं लाया जाता है) और बढ़ी हुई बैंडविड्थ (कोई आवृत्ति मुआवजे की आवश्यकता नहीं है) की अनुमति देता है। LTC2053 जैसे चॉपर-स्टेबलाइज्ड (या ज़ीरो-ड्रिफ्ट) यंत्रीकरण प्रवर्धक डीसी ऑफसेट त्रुटियों और बहाव को खत्म करने के लिए स्विचिंग-निविष्ट फ्रंटएंड का उपयोग करते हैं।
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ R. F. Coughlin, F. F. Driscoll Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits (2nd ed. 1982. ISBN 0-13-637785-8) p. 161.
- ↑ Moore, Davis, Coplan Building Scientific Apparatus (2nd ed. 1989. ISBN 0-201-13189-7) p. 407.
- ↑ Smither, Pugh and Woolard. "CMRR Analysis of the 3-op-amp instrumentation amplifier", Electronics letters, Volume 13, Issue 20, 29 September 1977, page 594.
- ↑ "एक प्रकार के इंस्ट्रूमेंटेशन amp के प्यार में न पड़ें". EDN. Retrieved 28 October 2014.
- ↑ "Amplifiers for bioelectric events: a design with a minimal number of parts". Biosemi.com. Retrieved 3 October 2011.
बाहरी संबंध
- Interactive analysis of the Instrumentation Amplifier
- Opamp Instrumentation Amplifier Archived 2 March 2011 at the Wayback Machine
- Lessons In Electric Circuits — Volume III — The instrumentation amplifier
- A Practical Review of Common Mode and Instrumentation Amplifiers
- Instrumentation Amplifier Solutions, Circuits and Applications
- Fixed-gain CMOS differential amplifiers with no external feedback for a wide temperature range (Cryogenics)
