इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर: Difference between revisions
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[[File:Op-Amp Instrumentation Amplifier.svg|right|400px|thumb|विशिष्ट प्रवर्धन प्रवर्धक योजनाबद्ध]]एक '''इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर''' ('''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|प्रतिरोधक प्रवर्धको]] के साथ तैयार किया गया है, जो निविष्ट [[प्रतिबाधा मिलान|प्रतिबाधा सुमेलन]] की आवश्यकता को समाप्त करते है और इस प्रकार प्रवर्धक को माप और [[परीक्षण उपकरण]] में उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाते 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|सामान्य-विधा निराकरण अमुपात]] और बहुत उच्च [[निविष्ट प्रतिबाधा]] सम्मिलित हैं। यंत्रीकरण प्रवर्धकों का उपयोग वहा किया जाता है जहां छोटी और लंबी अवधि [[परिपथ]] की बड़ी [[सटीकता]] और [[बीआईबीओ स्थिरता|स्थिरता]] की आवश्यकता होती है। | |||
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सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला यंत्रीकरण प्रवर्धक परिपथ चित्र में दिखाया गया है। जहा परिपथ का लब्धि | |||
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है। <math>R_2</math> और <math>R_3</math>चिह्नित वाले प्रतिरोधों के साथ सबसे दाहिना प्रवर्धक, लब्धि <math>R_3 / R_2</math> और अंतर निविष्ट प्रतिरोध <math>2 \cdot R_2</math> के साथ, केवल मानक अंतर-प्रवर्धक परिपथ है। बाईं ओर दो प्रवर्धक प्रतिरोधक हैं। <math>R_\text{gain}</math> हटाए जाने (विवृत परिपथित) के साथ, वे सरल एकता-लब्धि प्रतिरोधक हैं, परिपथ उस स्थिति में काम करेगा, जिसमे प्रतिरोधक के कारण केवल <math>R_3 / R_2</math>के बराबर लब्धि और उच्च निविष्ट प्रतिबाधा उपलब्ध हो। कुछ ऋणात्मक प्रतिक्रिया को दूर करने के लिए प्रतिरोधक प्रतिलोम निवेश और सतह के बीच प्रतिरोधों को लगाकर प्रतिरोधक लब्धि को बढ़ाया जा सकता है, हालाँकि, दो प्रतिलोम निवेश के बीच एकल अवरोधक <math>R_\text{gain}</math> बहुत अधिक सुरुचिपूर्ण तरीका है, यह सामान्य विधा लब्धि को 1 के बराबर छोड़ते हुए प्रतिरोधक जोड़ी के अंतर-विधा लब्धि को बढ़ाता है। यह परिपथ के [[उभयनिष्ठ विधा निराकरण अमुपात]] (सीएमआरआर) को बढ़ाता है और साथ ही प्रतिरोधक को बिना कतरन के बहुत बड़े उभयनिष्ठ विधा संकेतों को संभालने में सक्षम बनाता है, अगर वे अलग होते है और उनमे समान लब्धि होता है। विधि का एक अन्य लब्धि यह है कि यह एक जोड़ी के बजाय एक एकल प्रतिरोधक का उपयोग करके लब्धि को बढ़ाता है, इस प्रकार एक प्रतिरोधक- सुमेलन समस्या से बचा जाता है और बहुत आसानी से एक प्रतिरोधक के मान को बदलकर परिपथ के लब्धि को बदलने की अनुमति देता है। स्विच-चयन योग्य प्रतिरोधों की एक स्थिति या यहां तक कि एक विभवमापी का भी उपयोग <math>R_\text{gain}</math> के लिए किया जा सकता है, तथा यह प्रतिरोधों के सुमेलन किए गए जोड़े को स्विच करने की जटिलता के बिना, परिपथ के लब्धि में आसान परिवर्तन प्रदान करता है। | |||
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यंत्रीकरण प्रवर्धक का आदर्श सामान्य | '''यंत्रीकरण''' प्रवर्धक का आदर्श सामान्य विधा लब्धि शून्य है। दिखाए गए परिपथ में, सामान्य विधा लब्धि [[अवरोध|प्रतिरोधक]] अनुपात <math>R_2 / R_3</math> में असंतुलित होने और दो निविष्ट संक्रियात्मक प्रवर्धक के सामान्य-विधा लब्धि में असंतुलित होने के कारण होता है। इन परिपथों को बनाने में बहुत बारीकी से सुमेलित किए गए प्रतिरोधों को प्राप्त करना एक महत्वपूर्ण कठिनाई है, जैसा कि सामान्य-विधा प्रदर्शन को अनुकूलित करना 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 यंत्रीकरण प्रवर्धक को | लागत बचाने के लिए दो संक्रियात्मक प्रवर्धक के साथ एक यंत्रीकरण प्रवर्धक को भी बनाया जा सकता है, लेकिन यह लब्धि दो (+6 डीबी) 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 | यंत्रीकरण प्रवर्धकों को व्यक्तिगत संक्रियात्मक प्रवर्धक और सटीक प्रतिरोधों के साथ बनाया जा सकता है, लेकिन कई निर्माताओं ([[ टेक्सस उपकरण |टेक्सस उपकरण]], [[एनालॉग डिवाइस|समरूप युक्ति]], [[रेनेसास इलेक्ट्रॉनिक्स]] सहित) से [[मैक्सिम एकीकृत उत्पाद|एकीकृत परिपथ]] में भी उपलब्ध हैं। एक आईसी यंत्रीकरण प्रवर्धक में आमतौर पर बारीकी से मेल खाने वाले [[लेजर ट्रिमिंग|लेजर सुव्यवस्थित]] प्रतिरोधक होते हैं, और इसलिए उत्कृष्ट सामान्य-लब्धि अस्वीकृति प्रदान करते हैं। उदाहरणों में [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] सम्मिलित हैं। | ||
यंत्रीकरण प्रवर्धकों को अप्रत्यक्ष | यंत्रीकरण प्रवर्धकों को अप्रत्यक्ष धारा-प्रतिक्रिया संरचना का उपयोग करके भी बनाया किया जा सकता है, जो इन प्रवर्धकों की प्रचालन परास को ऋणात्मक बिजली आपूर्ति रेल और कुछ स्थितियों में घनात्मक बिजली आपूर्ति रेल तक बढ़ाता है। यह एकल आपूर्ति प्रणाली में विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है, जहां ऋणात्मक बिजली रेल केवल परिपथ सतह (जीएनडी) है। इस संरचना का उपयोग करने वाले भागों के उदाहरण [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]आदि हैं। | ||
== प्रकार == | == प्रकार == | ||
=== प्रतिक्रिया-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक === | === प्रतिक्रिया-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक === | ||
प्रतिक्रिया-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक उच्च-निविष्ट-प्रतिबाधा अंतर प्रवर्धक है जिसे बाहरी प्रतिक्रिया नेटवर्क के बिना बनाया गया है। यह प्रवर्धकों की संख्या में कमी (तीन के बजाय एक), कम शोर (प्रतिक्रिया प्रतिरोधों द्वारा कोई ऊष्मीय | प्रतिक्रिया-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक उच्च-निविष्ट-प्रतिबाधा अंतर प्रवर्धक है जिसे बाहरी प्रतिक्रिया नेटवर्क के बिना बनाया गया है। यह प्रवर्धकों की संख्या में कमी (तीन के बजाय एक), कम शोर (प्रतिक्रिया प्रतिरोधों द्वारा कोई ऊष्मीय शोर नहीं लाया जाता है) और बढ़ी हुई बैंड विड्थ (कोई आवृत्ति प्रतिकरण की आवश्यकता नहीं है) की अनुमति देता है। संकर्तक-स्थिर (या शून्य विस्थापन) यंत्रीकरण प्रवर्धक जैसे [http://www.linear.com/product/LTC2053 LTC2053] डीसी ऑफसेट त्रुटियों और बहाव को खत्म करने के लिए स्विचन-निविष्ट प्रारंभिक भाग का उपयोग करते हैं। | ||
संकर्तक-स्थिर (या शून्य विस्थापन) यंत्रीकरण प्रवर्धक जैसे [http://www.linear.com/product/LTC2053 LTC2053] डीसी ऑफसेट त्रुटियों और बहाव को खत्म करने के लिए स्विचन-निविष्ट प्रारंभिक भाग का उपयोग करते हैं। | |||
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* [http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/instamp1/instamp1.htm Opamp Instrumentation Amplifier] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110302114053/http://www.ecircuitcenter.com/circuits/instamp1/instamp1.htm |date=2 March 2011 }} | * [http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/instamp1/instamp1.htm Opamp Instrumentation Amplifier] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20110302114053/http://www.ecircuitcenter.com/circuits/instamp1/instamp1.htm |date=2 March 2011 }} | ||
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एक इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायर (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 प्रतिरोधक प्रवर्धको के साथ तैयार किया गया है, जो निविष्ट प्रतिबाधा सुमेलन की आवश्यकता को समाप्त करते है और इस प्रकार प्रवर्धक को माप और परीक्षण उपकरण में उपयोग के लिए विशेष रूप से उपयुक्त बनाते हैं। अतिरिक्त विशेषताओं में बहुत कम डीसी ऑफसेट, कम बहाव, कम शोर, बहुत अधिक विवृत पाश लब्धि, बहुत उच्च सामान्य-विधा निराकरण अमुपात और बहुत उच्च निविष्ट प्रतिबाधा सम्मिलित हैं। यंत्रीकरण प्रवर्धकों का उपयोग वहा किया जाता है जहां छोटी और लंबी अवधि परिपथ की बड़ी सटीकता और स्थिरता की आवश्यकता होती है।
हालांकि यंत्रीकरण प्रवर्धक आमतौर पर एक मानक परिचालन प्रवर्धक (संक्रियात्मक प्रवर्धक) के समान योजनाबद्ध रूप में दिखाया जाता है, तथा इलेक्ट्रॉनिक यंत्रीकरण प्रवर्धक लगभग हमेशा आंतरिक रूप से 3 संक्रियात्मक प्रवर्धक से बना होता है। इन्हें व्यवस्थित किया जाता है क्योकि प्रत्येक निविष्ट (+, -) को प्रतिरोधित करने के लिए एक संक्रियात्मक प्रवर्धक की आवश्यकता होती है, ताकि एक फलन के लिए पर्याप्त प्रतिबाधा सुमेलन के साथ वांछित निर्गत उत्पन्न कर सके।[1][2]
सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला यंत्रीकरण प्रवर्धक परिपथ चित्र में दिखाया गया है। जहा परिपथ का लब्धि
है। और चिह्नित वाले प्रतिरोधों के साथ सबसे दाहिना प्रवर्धक, लब्धि और अंतर निविष्ट प्रतिरोध के साथ, केवल मानक अंतर-प्रवर्धक परिपथ है। बाईं ओर दो प्रवर्धक प्रतिरोधक हैं। हटाए जाने (विवृत परिपथित) के साथ, वे सरल एकता-लब्धि प्रतिरोधक हैं, परिपथ उस स्थिति में काम करेगा, जिसमे प्रतिरोधक के कारण केवल के बराबर लब्धि और उच्च निविष्ट प्रतिबाधा उपलब्ध हो। कुछ ऋणात्मक प्रतिक्रिया को दूर करने के लिए प्रतिरोधक प्रतिलोम निवेश और सतह के बीच प्रतिरोधों को लगाकर प्रतिरोधक लब्धि को बढ़ाया जा सकता है, हालाँकि, दो प्रतिलोम निवेश के बीच एकल अवरोधक बहुत अधिक सुरुचिपूर्ण तरीका है, यह सामान्य विधा लब्धि को 1 के बराबर छोड़ते हुए प्रतिरोधक जोड़ी के अंतर-विधा लब्धि को बढ़ाता है। यह परिपथ के उभयनिष्ठ विधा निराकरण अमुपात (सीएमआरआर) को बढ़ाता है और साथ ही प्रतिरोधक को बिना कतरन के बहुत बड़े उभयनिष्ठ विधा संकेतों को संभालने में सक्षम बनाता है, अगर वे अलग होते है और उनमे समान लब्धि होता है। विधि का एक अन्य लब्धि यह है कि यह एक जोड़ी के बजाय एक एकल प्रतिरोधक का उपयोग करके लब्धि को बढ़ाता है, इस प्रकार एक प्रतिरोधक- सुमेलन समस्या से बचा जाता है और बहुत आसानी से एक प्रतिरोधक के मान को बदलकर परिपथ के लब्धि को बदलने की अनुमति देता है। स्विच-चयन योग्य प्रतिरोधों की एक स्थिति या यहां तक कि एक विभवमापी का भी उपयोग के लिए किया जा सकता है, तथा यह प्रतिरोधों के सुमेलन किए गए जोड़े को स्विच करने की जटिलता के बिना, परिपथ के लब्धि में आसान परिवर्तन प्रदान करता है।
यंत्रीकरण प्रवर्धक का आदर्श सामान्य विधा लब्धि शून्य है। दिखाए गए परिपथ में, सामान्य विधा लब्धि प्रतिरोधक अनुपात में असंतुलित होने और दो निविष्ट संक्रियात्मक प्रवर्धक के सामान्य-विधा लब्धि में असंतुलित होने के कारण होता है। इन परिपथों को बनाने में बहुत बारीकी से सुमेलित किए गए प्रतिरोधों को प्राप्त करना एक महत्वपूर्ण कठिनाई है, जैसा कि सामान्य-विधा प्रदर्शन को अनुकूलित करना है।[3]
लागत बचाने के लिए दो संक्रियात्मक प्रवर्धक के साथ एक यंत्रीकरण प्रवर्धक को भी बनाया जा सकता है, लेकिन यह लब्धि दो (+6 डीबी) से अधिक होना चाहिए।[4][5]
यंत्रीकरण प्रवर्धकों को व्यक्तिगत संक्रियात्मक प्रवर्धक और सटीक प्रतिरोधों के साथ बनाया जा सकता है, लेकिन कई निर्माताओं (टेक्सस उपकरण, समरूप युक्ति, रेनेसास इलेक्ट्रॉनिक्स सहित) से एकीकृत परिपथ में भी उपलब्ध हैं। एक आईसी यंत्रीकरण प्रवर्धक में आमतौर पर बारीकी से मेल खाने वाले लेजर सुव्यवस्थित प्रतिरोधक होते हैं, और इसलिए उत्कृष्ट सामान्य-लब्धि अस्वीकृति प्रदान करते हैं। उदाहरणों में INA128, ad8221/products/product.html AD8221, LT1167 और 2006 मैक्स4194 सम्मिलित हैं।
यंत्रीकरण प्रवर्धकों को अप्रत्यक्ष धारा-प्रतिक्रिया संरचना का उपयोग करके भी बनाया किया जा सकता है, जो इन प्रवर्धकों की प्रचालन परास को ऋणात्मक बिजली आपूर्ति रेल और कुछ स्थितियों में घनात्मक बिजली आपूर्ति रेल तक बढ़ाता है। यह एकल आपूर्ति प्रणाली में विशेष रूप से उपयोगी हो सकता है, जहां ऋणात्मक बिजली रेल केवल परिपथ सतह (जीएनडी) है। इस संरचना का उपयोग करने वाले भागों के उदाहरण MAX4208/MAX4209 और -ampsbuffersfilters/ad8129/products/product.html AD8129/AD8130आदि हैं।
प्रकार
प्रतिक्रिया-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक
प्रतिक्रिया-मुक्त यंत्रीकरण प्रवर्धक उच्च-निविष्ट-प्रतिबाधा अंतर प्रवर्धक है जिसे बाहरी प्रतिक्रिया नेटवर्क के बिना बनाया गया है। यह प्रवर्धकों की संख्या में कमी (तीन के बजाय एक), कम शोर (प्रतिक्रिया प्रतिरोधों द्वारा कोई ऊष्मीय शोर नहीं लाया जाता है) और बढ़ी हुई बैंड विड्थ (कोई आवृत्ति प्रतिकरण की आवश्यकता नहीं है) की अनुमति देता है। संकर्तक-स्थिर (या शून्य विस्थापन) यंत्रीकरण प्रवर्धक जैसे LTC2053 डीसी ऑफसेट त्रुटियों और बहाव को खत्म करने के लिए स्विचन-निविष्ट प्रारंभिक भाग 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 2014-10-28.
- ↑ "Amplifiers for bioelectric events: a design with a minimal number of parts". Biosemi.com. Retrieved 2011-10-03.
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)
