संक्रियात्मक अंतराचालकता प्रवर्धक: Difference between revisions
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[[Image:Operational transconductance amplifier symbol.svg|thumb|ओटीए के लिए योजनाबद्ध प्रतीक। मानक संक्रियात्मक प्रवर्धक की तरह, इसमें प्रतिलोमी (-) और अप्रतिलोमी (+) दोनों प्रकार के इनपुट होते हैं; बिजली आपूर्ति लाइनें (वी + और वी-); और एकल आउटपुट। पारंपरिक ऑप-एम्प के विपरीत, इसमें दो अतिरिक्त बायसिंग इनपुट हैं, I<sub>abc</sub> और मैं<sub>bias</sub>.]]'''परिचालन [[transconductance|ट्रांसकंडक्शन]] [[एम्पलीफायर]]''' (ओटीए) एम्पलीफायर है जिसका अंतर इनपुट वोल्टेज आउटपुट धारा उत्पन्न | [[Image:Operational transconductance amplifier symbol.svg|thumb|ओटीए के लिए योजनाबद्ध प्रतीक। मानक संक्रियात्मक प्रवर्धक की तरह, इसमें प्रतिलोमी (-) और अप्रतिलोमी (+) दोनों प्रकार के इनपुट होते हैं; बिजली आपूर्ति लाइनें (वी + और वी-); और एकल आउटपुट। पारंपरिक ऑप-एम्प के विपरीत, इसमें दो अतिरिक्त बायसिंग इनपुट हैं, I<sub>abc</sub> और मैं<sub>bias</sub>.]]'''परिचालन [[transconductance|ट्रांसकंडक्शन]] [[एम्पलीफायर]]''' (ओटीए) ऐसा एम्पलीफायर है जिसका अंतर इनपुट वोल्टेज आउटपुट धारा उत्पन्न करना है। इस प्रकार, यह वोल्टेज नियंत्रित धारा स्रोत (वीसीसीएस) है। एम्पलीफायर के ट्रांसकंडक्शन को नियंत्रित करने के लिए सामान्यतः अतिरिक्त इनपुट होता है। ओटीए मानक [[ऑपरेशनल एंप्लीफायर|परिचालन एंप्लीफायर]] के समान है जिसमें इसमें उच्च [[विद्युत प्रतिबाधा]] अंतर इनपुट चरण होता है और इसका उपयोग नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ किया जा सकता है।<ref>Jung, W.G., ''IC Op-Amp Cookbook'' (Howard W. Sams -Bobbs-Merrill First Ed. 1974) p. 440 ''et seq.''</ref> | ||
व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एकीकृत सर्किट इकाइयाँ [[RCA|आरसीए]] द्वारा 1969 में ([[ सामान्य विद्युतीय |सामान्य विद्युतीय]] द्वारा अधिग्रहित किए जाने से पहले) CA3080 के रूप में उत्पादित की गई थीं।<ref>[https://web.archive.org/web/20150130132158/http://www.intersil.com/en/products/amplifiers-and-buffers/all-amplifiers/amplifiers/CA3080.html CA3080]</ref> चूँकि अधिकांश इकाइयों का निर्माण द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ किया जाता हैं, किन्तु क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर इकाइयों का भी उत्पादन किया जाता हैं। परिचालन ऑप-एम्प कार्यों के विशाल बहुमत में ओटीए अपने आप में उतना उपयोगी नहीं है। मानक सामान्य ऑप-एम्प क्योंकि इसका आउटपुट धारा है। इसका प्रमुख उपयोग परिवर्तनीय आवृत्ति जैसे इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित अनुप्रयोगों को प्रारम्भ करने में है ऑसिलेटर और फिल्टर और वेरिएबल गेन [[चर लाभ एम्पलीफायर|एम्पलीफायर]] चरण जिन्हें मानक ऑप-एम्प्स के साथ प्रारम्भ करना अधिक कठिन है। | |||
== मानक परिचालन एम्पलीफायरों से प्रमुख अंतर == | == मानक परिचालन एम्पलीफायरों से प्रमुख अंतर == | ||
* | * इस धारा का आउटपुट मानक परिचालन एम्पलीफायर के विपरीत होटी है जिसका आउटपुट वोल्टेज होता है। | ||
* इसका प्रयोग | * इसका प्रयोग सामान्यतः ओपन-लूप में किया जाता है; रैखिक अनुप्रयोगों में नकारात्मक प्रतिक्रिया के बिना यह संभव है क्योंकि इसके आउटपुट से जुड़े प्रतिरोध का परिमाण इसके आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करता है। इसलिए, प्रतिरोध का चयन किया जा सकता है जो उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज के साथ भी आउटपुट को संतृप्ति में जाने अवरोध करता है। | ||
== | == मूल परिचालन == | ||
आदर्श ओटीए में, आउटपुट | आदर्श ओटीए में, आउटपुट धारा अंतर इनपुट वोल्टेज का रैखिक कार्य है, जिसकी गणना निम्नानुसार की जाती है: | ||
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जहां | जहां V<sub>in+</sub> नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज है, V<sub>in−</sub> इन्वर्टिंग इनपुट और g<sub>m</sub> पर वोल्टेज है एम्पलीफायर का ट्रांसकंडक्शन है। | ||
एम्पलीफायर का आउटपुट वोल्टेज इसके आउटपुट धारा और इसके लोड प्रतिरोध का उत्पाद है: | एम्पलीफायर का आउटपुट वोल्टेज इसके आउटपुट धारा और इसके लोड प्रतिरोध का उत्पाद है: | ||
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वोल्टेज लाभ | वोल्टेज लाभ को आउटपुट वोल्टेज को अंतर इनपुट वोल्टेज से विभाजित किया जाता है: | ||
:<math>G_\mathrm{voltage} = {V_\mathrm{out} \over V_\mathrm{in+} - V_\mathrm{in-}} = R_\mathrm{load} \cdot g_\mathrm{m}</math> | :<math>G_\mathrm{voltage} = {V_\mathrm{out} \over V_\mathrm{in+} - V_\mathrm{in-}} = R_\mathrm{load} \cdot g_\mathrm{m}</math> | ||
एम्पलीफायर के ट्रांसकंडक्शन को | एम्पलीफायर के ट्रांसकंडक्शन को सामान्यतः इनपुट धारा द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसे I<sub>abc</sub> द्वारा निरूपित किया जाता है (एम्पलीफायर पूर्वाग्रह धारा)। एम्पलीफायर का ट्रांसकंडक्शन इस धारा के सीधे आनुपातिक है। यह वह विशेषता है जो इसे एम्पलीफायर गेन आदि के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के लिए उपयोगी बनाती है। | ||
== गैर-आदर्श विशेषताएँ == | == गैर-आदर्श विशेषताएँ == | ||
मानक ऑप-एम्प | मानक ऑप-एम्प के जैसे, व्यावहारिक ओटीए में कुछ गैर-आदर्श विशेषताएँ होती हैं। इसमे सम्मिलित है: | ||
* इनपुट चरण ट्रांजिस्टर की विशेषताओं के कारण उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज पर इनपुट चरण गैर- | * इनपुट चरण ट्रांजिस्टर की विशेषताओं के कारण उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज पर इनपुट चरण गैर-रैखिकता प्रारंभिक उपकरणों में, जैसे कि CA3080, इनपुट चरण में अंतर एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन में जुड़े दो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर सम्मिलित थे। इस कनेक्शन की स्थानांतरण विशेषताएँ 20 mV या उससे कम के अंतर इनपुट वोल्टेज के लिए लगभग रैखिक हैं।<ref>Jung, W.G., ''IC Array Cookbook''(Hayden, 1980) p. 40-41.</ref> यह महत्वपूर्ण सीमा है जब ओटीए का उपयोग खुले लूप में किया जा रहा है क्योंकि आउटपुट को रैखिक बनाने के लिए कोई नकारात्मक प्रतिक्रिया नहीं है। इस पैरामीटर को सुधारने की योजना नीचे उल्लिखित है। | ||
* ट्रांसकंडक्शन | * ट्रांसकंडक्शन का तापमान संवेदनशीलता होता है। | ||
* ट्रांसकंडक्शन कंट्रोल धारा | * ट्रांसकंडक्शन कंट्रोल धारा I<sub>abc</sub> के साथ इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा, इनपुट बायस धारा और इनपुट ऑफसेट वोल्टेज का परिवर्तन है। | ||
== | == पश्चात में सुधार == | ||
ओटीए के | ओटीए के पूर्व के संस्करणों में न तो इबियास टर्मिनल था (आरेख में दिखाया गया है) और न ही डायोड (इसके निकट दिखाया गया है) था। वे सभी पश्चात के संस्करणों में जोड़े गए। जैसा कि आरेख में दर्शाया गया है, डायोड को एनोड के साथ जोड़ा गया हैं और एक कैथोड नॉन इनवर्टिंग इनपुट (Vin+) और दूसरा कैथोड इनवर्टिंग इनपुट (Vin−) से जुड़ा हुआ है। डायोड एनोड्स पर धारा (इबियास) द्वारा <sub>bias</sub> बायस्ड होते हैं जिसे इबियास टर्मिनल में प्रवेशित किया जाता है। ये परिवर्धन ओटीए में दो महत्वपूर्ण सुधार लाते हैं। सबसे पहले, जब इनपुट प्रतिरोधकों के साथ प्रयोग किया जाता है, तो डायोड उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज पर महत्वपूर्ण मात्रा में इनपुट चरण गैर रैखिकता को ऑफ़सेट करने के लिए अंतर इनपुट वोल्टेज को विकृत करते हैं। नेशनल अर्धचालक के अनुसार, इन डायोड को जोड़ने से इनपुट चरण की रैखिकता 4 गुना बढ़ जाती है। अर्थात, डायोड का उपयोग करते हुए, अंतर इनपुट के 80 mV इनपुट पर सिग्नल विरूपण स्तर साधारण अंतर एम्पलीफायर के समान होता है। 20 mV के अंतर इनपुट पर<ref>Data Sheet for LM 13700 – Graph of Distortion v. Differential Input Voltage (National Semiconductor, June 2004) p. 6.</ref> दूसरा, पक्षपाती डायोड की कार्रवाई ओटीए के ट्रांसकंडक्शन की अधिकांश तापमान संवेदनशीलता को ऑफसेट कर देती है। | ||
दूसरा सुधार वैकल्पिक-उपयोग आउटपुट बफर एम्पलीफायर का उस चिप | दूसरा सुधार वैकल्पिक-उपयोग आउटपुट बफर एम्पलीफायर का उस चिप पर एकीकरण है जिस पर ओटीए स्थित है। यह वास्तव में ओटीए में सुधार के अतिरिक्त परिपथ डिज़ाइनर के लिए सुविधा है; भिन्न बफर को नियोजित करने की आवश्यकता से निस्तार प्राप्त होता है। यदि वांछित है तो यह ओटीए को अपने आउटपुट धारा को वोल्टेज में परिवर्तित करके पारंपरिक ऑप-एम्प के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है। | ||
इन दोनों विशेषताओं के संयोजन करने वाली चिप का उदाहरण नेशनल | इन दोनों विशेषताओं के संयोजन करने वाली चिप का उदाहरण नेशनल अर्धचालक LM13600 और इसका उत्तराधिकारी, [[LM13700]] है।<ref>{{cite web|title=LM13700 Dual Operational Transconductance Amplifiers With Linearizing Diodes and Buffers|url=http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm13700.pdf|publisher=Texas Instruments|access-date=26 January 2016|date=15 December 2015}}</ref> | ||
== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
* [[करंट डिफरेंसिंग ट्रांसकंडक्शन एम्पलीफायर|धारा डिफरेंसिंग ट्रांसकंडक्शन एम्पलीफायर]] | * [[करंट डिफरेंसिंग ट्रांसकंडक्शन एम्पलीफायर|धारा डिफरेंसिंग ट्रांसकंडक्शन एम्पलीफायर]] | ||
Revision as of 22:17, 2 July 2023
परिचालन ट्रांसकंडक्शन एम्पलीफायर (ओटीए) ऐसा एम्पलीफायर है जिसका अंतर इनपुट वोल्टेज आउटपुट धारा उत्पन्न करना है। इस प्रकार, यह वोल्टेज नियंत्रित धारा स्रोत (वीसीसीएस) है। एम्पलीफायर के ट्रांसकंडक्शन को नियंत्रित करने के लिए सामान्यतः अतिरिक्त इनपुट होता है। ओटीए मानक परिचालन एंप्लीफायर के समान है जिसमें इसमें उच्च विद्युत प्रतिबाधा अंतर इनपुट चरण होता है और इसका उपयोग नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ किया जा सकता है।[1]
व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एकीकृत सर्किट इकाइयाँ आरसीए द्वारा 1969 में (सामान्य विद्युतीय द्वारा अधिग्रहित किए जाने से पहले) CA3080 के रूप में उत्पादित की गई थीं।[2] चूँकि अधिकांश इकाइयों का निर्माण द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ किया जाता हैं, किन्तु क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर इकाइयों का भी उत्पादन किया जाता हैं। परिचालन ऑप-एम्प कार्यों के विशाल बहुमत में ओटीए अपने आप में उतना उपयोगी नहीं है। मानक सामान्य ऑप-एम्प क्योंकि इसका आउटपुट धारा है। इसका प्रमुख उपयोग परिवर्तनीय आवृत्ति जैसे इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित अनुप्रयोगों को प्रारम्भ करने में है ऑसिलेटर और फिल्टर और वेरिएबल गेन एम्पलीफायर चरण जिन्हें मानक ऑप-एम्प्स के साथ प्रारम्भ करना अधिक कठिन है।
मानक परिचालन एम्पलीफायरों से प्रमुख अंतर
- इस धारा का आउटपुट मानक परिचालन एम्पलीफायर के विपरीत होटी है जिसका आउटपुट वोल्टेज होता है।
- इसका प्रयोग सामान्यतः ओपन-लूप में किया जाता है; रैखिक अनुप्रयोगों में नकारात्मक प्रतिक्रिया के बिना यह संभव है क्योंकि इसके आउटपुट से जुड़े प्रतिरोध का परिमाण इसके आउटपुट वोल्टेज को नियंत्रित करता है। इसलिए, प्रतिरोध का चयन किया जा सकता है जो उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज के साथ भी आउटपुट को संतृप्ति में जाने अवरोध करता है।
मूल परिचालन
आदर्श ओटीए में, आउटपुट धारा अंतर इनपुट वोल्टेज का रैखिक कार्य है, जिसकी गणना निम्नानुसार की जाती है:
जहां Vin+ नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज है, Vin− इन्वर्टिंग इनपुट और gm पर वोल्टेज है एम्पलीफायर का ट्रांसकंडक्शन है।
एम्पलीफायर का आउटपुट वोल्टेज इसके आउटपुट धारा और इसके लोड प्रतिरोध का उत्पाद है:
वोल्टेज लाभ को आउटपुट वोल्टेज को अंतर इनपुट वोल्टेज से विभाजित किया जाता है:
एम्पलीफायर के ट्रांसकंडक्शन को सामान्यतः इनपुट धारा द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसे Iabc द्वारा निरूपित किया जाता है (एम्पलीफायर पूर्वाग्रह धारा)। एम्पलीफायर का ट्रांसकंडक्शन इस धारा के सीधे आनुपातिक है। यह वह विशेषता है जो इसे एम्पलीफायर गेन आदि के इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण के लिए उपयोगी बनाती है।
गैर-आदर्श विशेषताएँ
मानक ऑप-एम्प के जैसे, व्यावहारिक ओटीए में कुछ गैर-आदर्श विशेषताएँ होती हैं। इसमे सम्मिलित है:
- इनपुट चरण ट्रांजिस्टर की विशेषताओं के कारण उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज पर इनपुट चरण गैर-रैखिकता प्रारंभिक उपकरणों में, जैसे कि CA3080, इनपुट चरण में अंतर एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन में जुड़े दो द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर सम्मिलित थे। इस कनेक्शन की स्थानांतरण विशेषताएँ 20 mV या उससे कम के अंतर इनपुट वोल्टेज के लिए लगभग रैखिक हैं।[3] यह महत्वपूर्ण सीमा है जब ओटीए का उपयोग खुले लूप में किया जा रहा है क्योंकि आउटपुट को रैखिक बनाने के लिए कोई नकारात्मक प्रतिक्रिया नहीं है। इस पैरामीटर को सुधारने की योजना नीचे उल्लिखित है।
- ट्रांसकंडक्शन का तापमान संवेदनशीलता होता है।
- ट्रांसकंडक्शन कंट्रोल धारा Iabc के साथ इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा, इनपुट बायस धारा और इनपुट ऑफसेट वोल्टेज का परिवर्तन है।
पश्चात में सुधार
ओटीए के पूर्व के संस्करणों में न तो इबियास टर्मिनल था (आरेख में दिखाया गया है) और न ही डायोड (इसके निकट दिखाया गया है) था। वे सभी पश्चात के संस्करणों में जोड़े गए। जैसा कि आरेख में दर्शाया गया है, डायोड को एनोड के साथ जोड़ा गया हैं और एक कैथोड नॉन इनवर्टिंग इनपुट (Vin+) और दूसरा कैथोड इनवर्टिंग इनपुट (Vin−) से जुड़ा हुआ है। डायोड एनोड्स पर धारा (इबियास) द्वारा bias बायस्ड होते हैं जिसे इबियास टर्मिनल में प्रवेशित किया जाता है। ये परिवर्धन ओटीए में दो महत्वपूर्ण सुधार लाते हैं। सबसे पहले, जब इनपुट प्रतिरोधकों के साथ प्रयोग किया जाता है, तो डायोड उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज पर महत्वपूर्ण मात्रा में इनपुट चरण गैर रैखिकता को ऑफ़सेट करने के लिए अंतर इनपुट वोल्टेज को विकृत करते हैं। नेशनल अर्धचालक के अनुसार, इन डायोड को जोड़ने से इनपुट चरण की रैखिकता 4 गुना बढ़ जाती है। अर्थात, डायोड का उपयोग करते हुए, अंतर इनपुट के 80 mV इनपुट पर सिग्नल विरूपण स्तर साधारण अंतर एम्पलीफायर के समान होता है। 20 mV के अंतर इनपुट पर[4] दूसरा, पक्षपाती डायोड की कार्रवाई ओटीए के ट्रांसकंडक्शन की अधिकांश तापमान संवेदनशीलता को ऑफसेट कर देती है।
दूसरा सुधार वैकल्पिक-उपयोग आउटपुट बफर एम्पलीफायर का उस चिप पर एकीकरण है जिस पर ओटीए स्थित है। यह वास्तव में ओटीए में सुधार के अतिरिक्त परिपथ डिज़ाइनर के लिए सुविधा है; भिन्न बफर को नियोजित करने की आवश्यकता से निस्तार प्राप्त होता है। यदि वांछित है तो यह ओटीए को अपने आउटपुट धारा को वोल्टेज में परिवर्तित करके पारंपरिक ऑप-एम्प के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है।
इन दोनों विशेषताओं के संयोजन करने वाली चिप का उदाहरण नेशनल अर्धचालक LM13600 और इसका उत्तराधिकारी, LM13700 है।[5]
यह भी देखें
टिप्पणियाँ
- ↑ Jung, W.G., IC Op-Amp Cookbook (Howard W. Sams -Bobbs-Merrill First Ed. 1974) p. 440 et seq.
- ↑ CA3080
- ↑ Jung, W.G., IC Array Cookbook(Hayden, 1980) p. 40-41.
- ↑ Data Sheet for LM 13700 – Graph of Distortion v. Differential Input Voltage (National Semiconductor, June 2004) p. 6.
- ↑ "LM13700 Dual Operational Transconductance Amplifiers With Linearizing Diodes and Buffers" (PDF). Texas Instruments. 15 December 2015. Retrieved 26 January 2016.
बाहरी संबंध
- A Short Discussion of the Operational Transconductance Amplifier (OTA)
- Comparison of Operational Transconductance Amplifiers (archive)
- Examples: CA3080 (obsolete product), MAX 435 (obsolete product), MAX 436 (obsolete product), LM13700, OPA860, OPA861
- Discrete OTAs for Synth-DIY & Elektor-Formant-Upgrades (archive)
