पृथक्कारी प्रवर्धक

पृथक्कारी प्रवर्धक, भेद (भेद) प्रवर्धकों का ही एक रूप है, जो विद्युत पृथक्करण और विद्युत सुरक्षा बाधा प्रदान करके एक उच्च सामान्य अवस्था विभवान्तर की उपस्थिति में छोटे संकेतों के मापन की अनुमति देता है। ये डेटा अधिग्रहण घटकों को सामान्य अवस्था संकेत विभवान्तर से सुरक्षित करते हैं, जो उपकरण ग्राउंड और संकेत ग्राउंड के बीच विभवान्तर होते हैं। एक पृथक्करण बाधा के बिना एक सामान्य अवस्था विभवान्तर की उपस्थिति में प्रयुक्त होने वाले उपकरण, ग्राउंड धाराओं को प्रसारित करने की अनुमति देते हैं, जो जाँच के अधीन संकेत के ध्वनिक निरूपण के लिए सबसे अच्छी स्थिति होती है। यह मानते हुए कि सामान्य अवस्था विभवान्तर या धारा का परिमाण पर्याप्त है, सबसे खराब स्थिति में उपकरण के नष्ट होने की संभावना होती है। पृथक्करण प्रवर्धकों का उपयोग चिकित्सा उपकरणों में किया जाता है, जिससे रोगी को विद्युत् आपूर्ति रिसाव धारा से अलग किया जा सके।

पृथक्करण बाधा वाले प्रवर्धक, प्रवर्धकों के अग्र-सिरे को बाधा के ब्रेकडाउन विभवान्तर की सीमा तक सामान्य अवस्था विभवान्तर के संबंध में फ्लोट करने की अनुमति देते हैं, जो प्रायः 1,000 वोल्ट या उससे अधिक होता है। यह क्रिया प्रवर्धक और उससे जुड़े उपकरण को सुरक्षा प्रदान करती है, जबकि यह अभी भी एक यथोचित सटीक माप की अनुमति देती है।

इन प्रवर्धकों का उपयोग मल्टी-चैनल अनुप्रयोगों में निम्न-स्तरीय संकेतों को बढ़ाने के लिए भी किया जाता है। ये ग्राउंड लूप के कारण होने वाली मापन त्रुटियों को भी समाप्त कर सकते हैं। आंतरिक ट्रांसफार्मर वाले प्रवर्धक बाह्य पृथक विद्युत-आपूर्ति को समाप्त करते हैं। ये सामान्यतः अलग-अलग ग्राउंड वाली प्रणालियों के बीच एनालॉग इंटरफेस के रूप में उपयोग किए जाते हैं।

पृथक्कारी प्रवर्धकों में इनपुट और आउटपुट दोनों चरणों के लिए पृथक बिजली की आपूर्ति सम्मिलित हो सकती है, या ये प्रत्येक पृथक हिस्से पर बाह्य विद्युत आपूर्ति का उपयोग कर सकते हैं।

अवधारणाएँ

संकेत स्रोत घटक

सभी संकेत स्रोत दो प्रमुख घटकों के सम्मिश्रण होते हैं। सामान्य अवस्था घटक (V_NM), सामान्य अवस्था विभवान्तर का निरूपण करता है और ये सीधे प्रवर्धक के इनपुट पर प्रयुक्त होने वाला विभवान्तर होता हैं। उभयनिष्ठ अवस्था घटक (V_CM), सामान्य अवस्था घटक के निचले हिस्से और प्रवर्धक के ग्राउंड के बीच विभवान्तर का निरूपण करता है, जिसका उपयोग सामान्य अवस्था विभवान्तर को मापने के लिए किया जाता है।

कई मापन स्थितियों में सामान्य अवस्था घटक अप्रासंगिक रूप से कम होता है, लेकिन असामान्यतः शून्य होता है। इसमें प्रायः केवल कुछ मिलीवोल्ट के सामान्य अवस्था घटकों का सामना किया जाता है एवं इसे सफलतापूर्वक और बड़े पैमाने पर अनदेखा किया जाता है, विशेषतः जब सामान्य अवस्था घटक बड़े परिमाण के आदेश होते हैं।

पहला संकेतक प्रवर्धक के आउटपुट पर उत्तरार्द्ध का ध्वनिक पुनरुत्पादन है, जिसमें सामान्य अवस्था विभवान्तर का परिमाण सामान्य अवस्था घटक के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। ऐसी स्थिति सामान्यतः एक पृथक्करण प्रवर्धक की आवश्यकता को नहीं, बल्कि एक भेद प्रवर्धक की आवश्यकता को परिभाषित करती है। चूंकि सामान्य अवस्था घटक दोनों प्रवर्धक इनपुटों पर एक साथ और चरण में प्रदर्शित होता है, इसलिए प्रवर्धक की संरचना की सीमा के भीतर भेद प्रवर्धक इसे अस्वीकार कर सकता है।

हालांकि, यदि सामान्य अवस्था विभवान्तर और उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर का योग या तो अंतर प्रवर्धक की सामान्य अवस्था सीमा या क्षति के बिना अधिकतम सीमा से अधिक है, तो पृथक्कारी प्रवर्धक की आवश्यकता दृढ़ता से स्थापित होती है।

संचालन सिद्धांत

पृथक्कारी प्रवर्धक कई निर्माताओं द्वारा निर्मित हाइब्रिड एकीकृत परिपथों के रूप में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। पृथक्करण प्रदान करने के तीन तरीके होते हैं।

एक ट्रांसफॉर्मर-पृथक प्रवर्धक, इनपुट और आउटपुट के बीच एक उच्च आवृत्ति वाहक संकेत के ट्रांसफॉर्मर युग्मन पर निर्भर करता है। कुछ मॉडलों में एक ट्रांसफॉर्मर-पृथक विद्युत-आपूर्ति भी सम्मिलित होती है, जिसका उपयोग प्रणाली के पृथक हिस्से पर बाह्य संकेत प्रसंस्करण उपकरणों हेतु विद्युत-आपूर्ति के लिए भी किया जा सकता है। उपलब्ध बैंडविड्थ मॉडल पर निर्भर करती है, जो 2 से 20 kHz तक हो सकती है। पृथक्करण प्रवर्धक में एक विभवान्तर से आवृत्ति रूपांतरक होता है जो एक ट्रांसफ़ॉर्मर के माध्यम से आवृत्ति से विभवान्तर रूपांतरक से जुड़ा होता है। ट्रांसफार्मर वाइंडिंग पर इनपुट और आउटपुट के बीच पृथक्करण, विसंवाहन द्वारा प्रदान किया जाता है।

प्रकाशतः पृथक प्रवर्धक, एक एलईडी प्रकाश-युग्मक के माध्यम से धारा को नियंत्रित करता है। फीडबैक लूप के भीतर दूसरे प्रकाश-युग्मक का उपयोग करके रैखिकता में सुधार किया जाता है। कुछ उपकरण 60 kHz तक बैंडविड्थ प्रदान करते हैं। हस्तक्षेप करने वाले माध्यम को ध्यान में रखे बिना, एलईडी और संसूचक के बीच के स्थान के माध्यम से धारा को फोटॉन के प्रवाह में परिवर्तित करके गैल्वनीय पृथक्करण प्रदान किया जाता है।

एक तीसरी विधि, मॉड्युलित उच्च-आवृत्ति वाहकों के युग्मन के लिए छोटे संधारित्रों का उपयोग करना है; संधारित्र, बड़े डीसी या विद्युत आवृत्ति एसी विभवान्तर का गतिरोध कर सकते हैं लेकिन अत्यधिक उच्च आवृत्ति वाहक संकेतों के लिए युग्मन प्रदान करते हैं। इस सिद्धांत पर कुछ मॉडल 3.5 किलोवोल्ट का गतिरोध करके 70 किलोहर्ट्ज़ तक बैंडविड्थ प्रदान कर सकते हैं।

पृथक्कारी प्रवर्धक उपयोग

पृथक्कारी प्रवर्धकों का उपयोग उच्च सामान्य अवस्था विभवान्तर की उपस्थिति में छोटे संकेतों के मापन की अनुमति देने के लिए किया जाता है। एक पृथक्करण प्रवर्धक की क्षमता दो प्रमुख पृथक्करण प्रवर्धक विनिर्देशों का एक कार्य है:

• प्रवर्धक का पृथक्कारी ब्रेकडाउन विभवान्तर, जो पूर्ण अधिकतम सामान्य अवस्था विभवान्तर को परिभाषित करता है, जिसे वह बिना नुकसान के सहन करता है। 1,000 वोल्ट और अधिक के विनिर्देश सामान्य हैं।
• प्रवर्धक का सामान्य अवस्था अस्वीकृति अनुपात (सीएमआरआर), सीएमआरआर विनिर्देश उस कोटि को परिभाषित करता है जिससे उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर, सामान्य अवस्था घटक माप को बाधित करते हुए माप की सटीकता को प्रभावित करता है।

उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर की आवृत्ति प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकती है। उच्च आवृत्ति सामान्य अवस्था विभवान्तर, पृथक्कारी बाधा के पराश्रयी धारिता के कारण कई पृथक्कारी प्रवर्धकों के लिए जटिलता उत्पन्न करते हैं। उच्च आवृत्ति संकेतों के लिए यह धारिता कम प्रतिबाधा के रूप में प्रकट होती है, और उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर को अनिवार्य रूप से बाधा से आगे बढ़ने और माप में हस्तक्षेप करने की अनुमति देती है, और प्रवर्धक को नुकसान तक पहुंचाती है। हालांकि, उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर, लाइन विभवान्तरों का एक संयोजन होता है, इसलिए आवृत्ति, कुछ हार्मोनिक सामग्री के साथ ही अधिकांश पृथक्कारी प्रवर्धकों की अस्वीकृति सीमा के भीतर सामान्यतः 50 से 60 हर्ट्ज क्षेत्र में रहती है।

भेद प्रवर्धक

एक अपृथक भेद प्रवर्धक, इनपुट और आउटपुट परिपथ के बीच पृथक्करण प्रदान नहीं करता है। वे एक विद्युत-आपूर्ति साझा करते हैं और इनपुट और आउटपुट के बीच एक डीसी पथ भी मौजूद हो सकता है। एक अपृथक भेद प्रवर्धक उभयनिष्ठ विभवान्तर का सामना केवल विद्युत-आपूर्ति विभवान्तर तक कर सकता है।

उपकरणीय प्रवर्धक के समान ही पृथक्करण प्रवर्धकों में भी आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला, उच्च इनपुट प्रतिबाधा और कम आउटपुट प्रतिबाधा पर अंतर लाभ होता है।

प्रवर्धक चयन दिशानिर्देश

उपकरणीय प्रवर्धकों को चार व्यापक श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है, जो कम से अधिक कीमत के क्रम में व्यवस्थित हैं:

• एकल-सिरा- एक असंतुलित इनपुट, अपृथक। मापन के लिए उपयुक्त, जहाँ सामान्य अवस्था विभवान्तर शून्य, या बहुत छोटा होता है। यह बहुत सस्ता होता है।
• भेद- एक संतुलित इनपुट, अपृथक। मापन के लिए उपयुक्त, जहाँ उभयनिष्ठ अवस्था और सामान्य अवस्था विभवान्तर का योग प्रवर्धक की मापन सीमा के भीतर रहता है।
• एकल-सिरा, चलायमान उभनिष्ठ। एक पृथक और अर्ध-संतुलित इनपुट (चलायमान उभनिष्ठ सामान्यतः एक भेद प्रवर्धक के (-) इनपुट से जुड़ा होता है)। पृथक्करण बाधा के ब्रेकडाउन विभवान्तर तक ग्राउंड के बाहर मापन के लिए उपयुक्त, और अधिक उच्च उभयनिष्ठ अवस्था अस्वीकृति (100 डीबी विशिष्ट) प्रदर्शित करता है।
• भेद, चलायमान उभनिष्ठ। एक पृथक और संतुलित इनपुट। पृथक्करण बाधा के ब्रेकडाउन विभवान्तर के लिए ग्राउंड के बाहर मापन के लिए उपयुक्त, और शानदार उभयनिष्ठ अवस्था अस्वीकृति (> 120 डीबी) प्रदर्शित करता है।

पृथक्करण की आवश्यकता वाले अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए एकल-सिरा चलायमान संरचना सर्वोत्तम मूल्य/प्रदर्शन प्रदान करती है।

पृथक्कारी प्रवर्धकों के दो व्यापक वर्गीकरण भी हैं जिन्हें अनुप्रयोगों के साथ अग्रानुक्रम में माना जाना चाहिए:

• चैनल-से-चैनल पृथक्करण के बिना इनपुट से आउटपुट पृथक्करण प्रदान करने वाले प्रवर्धक- यह पृथक्करण का एक कम खर्चीला रूप होता है जो मल्टी-चैनल उपकरणों के लिए केवल एक पृथक्करण बाधा प्रदान करता है। हालांकि प्रत्येक चैनल के उभयनिष्ठों को इनपुट से आउटपुट पृथक्करण बाधा द्वारा शक्ति ग्राउंड से अलग किया जाता है, लेकिन वे एक-दूसरे से अलग नहीं होते हैं। इसलिए एक चैनल पर एक उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर अन्य सभी को कभी-कभी विनाशकारी परिणामों के साथ चलायमान करने का प्रयास करेगा। पृथक्करण का यह रूप तभी उपयुक्त है जब यह निश्चित हो कि यहाँ केवल एक ही उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर है जो सभी चैनलों पर समान रूप से प्रयुक्त होता है।
• इनपुट से आउटपुट और चैनल से चैनल पृथक्करण दोनों प्रदान करने वाले प्रवर्धक। यह पृथक्करण का सबसे शुद्ध रूप होता है, और यह एक ऐसा विकल्प है, जिसे लगभग सभी अनुप्रयोगों के लिए माना जाना चाहिए। इसे नियोजित करने वाले मल्टी-चैनल उपकरण, प्रवर्धकों की सीमा के भीतर चैनलों के किसी भी संयोजन पर असंगत उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर के प्रति प्रतिरक्षित होते हैं।

विशिष्ट अनुप्रयोग

एकत्रित विभवान्तर कोश मापन

एकत्रित विभवान्तर कोश मापन, सौर कोश और ईंधन कोश की बढ़ती लोकप्रियता के साथ सामान्य है। इस अनुप्रयोग में तकनीशियन व्यक्तिगत श्रृंखला से जुड़े विभवान्तर कोशों के प्रदर्शन को चित्रित करना चाहता है, लेकिन एक पृथक प्रवर्धक की आवश्यकता को प्रायः अनदेखा कर दिया जाता है। प्रत्येक विभवान्तर कोश (सामान्य अवस्था विभवान्तर) को उसके नीचे के विभवान्तर कोशों (उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर) के योग के समान मात्रा से ग्राउंड से हटा दिया जाता है। जब तक अलग-अलग कोश विभवान्तर को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले प्रवर्धकों को सामान्य अवस्था विभवान्तर के बराबर स्तर पर चलायमान करने की अनुमति नहीं दी जाती है, तब तक स्ट्रिंग में शून्य उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर वाले पहले कोश को छोड़कर किसी के लिए भी मापन के सटीक होने की संभावना नहीं होती है।

एक अपृथक भेद प्रवर्धक का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन इसमें एक निर्धारित अधिकतम उभयनिष्ठ अवस्था विभवान्तर होता है, जिसे सटीकता बनाए रखते हुए नहीं बढ़ाया जा सकता है।

बाहरी संबंध

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