पृथक्कारी प्रवर्धक
अलगाव एम्पलीफायरों अंतर एम्पलीफायर का एक रूप है जो विद्युत अलगाव और विद्युत सुरक्षा बाधा प्रदान करके एक उच्च सामान्य मोड वोल्टेज की उपस्थिति में छोटे संकेतों की माप की अनुमति देता है। वे डेटा अधिग्रहण घटकों को सामान्य मोड संकेत वोल्टेज से बचाते हैं, जो इंस्ट्रूमेंट ग्राउंड और सिग्नल ग्राउंड के बीच संभावित अंतर हैं। एक अलगाव बाधा के बिना एक सामान्य मोड वोल्टेज की उपस्थिति में लागू होने वाले उपकरण ग्राउंड धाराओं को प्रसारित करने की अनुमति देते हैं, जिससे जांच के तहत सिग्नल के शोर प्रतिनिधित्व के लिए सबसे अच्छा मामला होता है। सबसे खराब स्थिति में, यह मानते हुए कि सामान्य मोड वोल्टेज या करंट का परिमाण पर्याप्त है, उपकरण के नष्ट होने की संभावना है। आइसोलेशन एम्पलीफायरों का उपयोग चिकित्सा उपकरणों में किया जाता है ताकि मरीज को बिजली की आपूर्ति के लीकेज करंट से अलग किया जा सके।[1]
एक आइसोलेशन बैरियर वाले एम्पलीफायर्स एम्पलीफायर के फ्रंट-एंड को सामान्य मोड वोल्टेज के संबंध में बैरियर के ब्रेकडाउन वोल्टेज की सीमा तक तैरने की अनुमति देते हैं, जो अक्सर 1,000 वोल्ट या उससे अधिक होता है। यह क्रिया एम्पलीफायर और उससे जुड़े उपकरण की सुरक्षा करती है, जबकि अभी भी एक यथोचित सटीक माप की अनुमति देती है।
इन एम्पलीफायरों का उपयोग स्टीरियोफ़ोनिक ध्वनि | मल्टी-चैनल अनुप्रयोगों में निम्न-स्तरीय संकेतों को बढ़ाने के लिए भी किया जाता है। वे ग्राउंड लूप (बिजली) के कारण होने वाली माप त्रुटियों को भी समाप्त कर सकते हैं। आंतरिक ट्रांसफार्मर वाले एम्पलीफायर बाहरी पृथक बिजली की आपूर्ति को समाप्त करते हैं। वे आमतौर पर अलग जमीन (बिजली) वाले सिस्टम के बीच एनालॉग इंटरफेस के रूप में उपयोग किए जाते हैं।
अलगाव एम्पलीफायरों में इनपुट और आउटपुट दोनों चरणों के लिए पृथक बिजली की आपूर्ति शामिल हो सकती है, या प्रत्येक पृथक हिस्से पर बाहरी बिजली की आपूर्ति का उपयोग कर सकते हैं।[1]
अवधारणाएं
सिग्नल स्रोत घटक
सभी सिग्नल स्रोत दो प्रमुख घटकों के सम्मिश्रण हैं। सामान्य मोड घटक (वीNM) ब्याज के संकेत का प्रतिनिधित्व करता है और वह वोल्टेज है जो सीधे एम्पलीफायर के इनपुट पर लागू होता है। सामान्य मोड घटक (वीCM) सामान्य मोड घटक के निचले हिस्से और एम्पलीफायर की जमीन के बीच संभावित अंतर का प्रतिनिधित्व करता है जिसका उपयोग ब्याज के संकेत (सामान्य मोड वोल्टेज) को मापने के लिए किया जाता है।
कई माप स्थितियों में सामान्य मोड घटक अप्रासंगिक रूप से कम होता है, लेकिन शायद ही कभी शून्य होता है। केवल कुछ मिलीवोल्ट के सामान्य मोड घटकों का अक्सर सामना किया जाता है और बड़े पैमाने पर और सफलतापूर्वक अनदेखा किया जाता है, खासकर जब सामान्य मोड घटक बड़े परिमाण के आदेश होते हैं।
पहला संकेतक कि सामान्य मोड वोल्टेज परिमाण सामान्य मोड घटक के साथ प्रतिस्पर्धा कर रहा है, एम्पलीफायर के आउटपुट पर उत्तरार्द्ध का शोर प्रजनन है। ऐसी स्थिति आमतौर पर एक आइसोलेशन एम्पलीफायर की आवश्यकता को परिभाषित नहीं करती है, बल्कि एक डिफरेंशियल एम्पलीफायर है। चूंकि सामान्य मोड घटक दोनों एम्पलीफायर इनपुट पर एक साथ और चरण में दिखाई देता है, इसलिए अंतर एम्पलीफायर, एम्पलीफायर के डिजाइन की सीमा के भीतर, इसे अस्वीकार कर सकता है।
हालांकि, यदि सामान्य मोड और सामान्य मोड वोल्टेज का योग या तो अंतर एम्पलीफायर की सामान्य मोड सीमा से अधिक है, या क्षति के बिना अधिकतम सीमा से अधिक है, तो अलगाव एम्पलीफायर की आवश्यकता दृढ़ता से स्थापित होती है।
ऑपरेटिंग सिद्धांत
अलगाव एम्पलीफायर व्यावसायिक रूप से कई निर्माताओं द्वारा बनाए गए हाइब्रिड एकीकृत सर्किट के रूप में उपलब्ध हैं। अलगाव प्रदान करने के तीन तरीके हैं।
एक ट्रांसफॉर्मर-पृथक एम्पलीफायर इनपुट और आउटपुट के बीच एक उच्च आवृत्ति वाहक सिग्नल के ट्रांसफॉर्मर युग्मन पर निर्भर करता है। कुछ मॉडलों में एक ट्रांसफॉर्मर-पृथक बिजली की आपूर्ति भी शामिल होती है, जिसका उपयोग सिस्टम के पृथक पक्ष पर बाहरी सिग्नल प्रोसेसिंग उपकरणों को बिजली देने के लिए भी किया जा सकता है। उपलब्ध बैंडविड्थ मॉडल पर निर्भर करता है और 2 से 20 kHz तक हो सकता है। आइसोलेशन एम्पलीफायर में एक वोल्टेज-टू-फ़्रीक्वेंसी कनवर्टर होता है जो एक ट्रांसफ़ॉर्मर के माध्यम से फ़्रीक्वेंसी-टू-वोल्टेज कनवर्टर से जुड़ा होता है। इनपुट और आउटपुट के बीच अलगाव ट्रांसफार्मर वाइंडिंग पर इन्सुलेशन द्वारा प्रदान किया जाता है।
एक वैकल्पिक रूप से पृथक एम्पलीफायर एक एलईडी optocoupler के माध्यम से वर्तमान को नियंत्रित करता है। फीडबैक लूप के भीतर दूसरे ऑप्टोकॉप्लर का उपयोग करके रैखिकता में सुधार किया जाता है। कुछ डिवाइस 60 kHz तक बैंडविड्थ प्रदान करते हैं। हस्तक्षेप करने वाले माध्यम की परवाह किए बिना, एलईडी और डिटेक्टर के बीच की जगह के माध्यम से विद्युत प्रवाह को फोटोनिक प्रवाह में परिवर्तित करके गैल्वेनिक अलगाव प्रदान किया जाता है।
एक तीसरी रणनीति है छोटे संधारित्रों का उपयोग एक संग्राहक उच्च-आवृत्ति वाहक को जोड़ने के लिए; कैपेसिटर बड़े डीसी या बिजली आवृत्ति एसी वोल्टेज खड़े हो सकते हैं लेकिन बहुत अधिक आवृत्ति वाहक सिग्नल के लिए युग्मन प्रदान करते हैं। इस सिद्धांत पर कुछ मॉडल 3.5 किलोवोल्ट तक खड़े हो सकते हैं और 70 kHz बैंडविड्थ तक प्रदान कर सकते हैं।[1]
अलगाव एम्पलीफायर उपयोग
उच्च सामान्य मोड वोल्टेज की उपस्थिति में छोटे संकेतों के मापन की अनुमति देने के लिए अलगाव एम्पलीफायरों का उपयोग किया जाता है। एक आइसोलेशन एम्पलीफायर की क्षमता दो प्रमुख आइसोलेशन एम्पलीफायर विनिर्देशों का एक कार्य है:
- एम्पलीफायर का आइसोलेशन ब्रेकडाउन वोल्टेज, जो पूर्ण अधिकतम सामान्य मोड वोल्टेज को परिभाषित करता है जिसे वह बिना नुकसान के सहन करेगा। 1,000 वोल्ट और अधिक के विनिर्देश सामान्य हैं।
- एम्पलीफायर का सामान्य मोड अस्वीकृति अनुपात (CMRR)। सीएमआरआर विनिर्देश उस डिग्री को परिभाषित करता है जिससे सामान्य मोड वोल्टेज सामान्य मोड घटक माप को बाधित करेगा, और इसलिए माप सटीकता को प्रभावित करेगा।
सामान्य मोड वोल्टेज की आवृत्ति प्रदर्शन पर प्रतिकूल प्रभाव डाल सकती है। उच्च आवृत्ति सामान्य मोड वोल्टेज अलगाव बाधा के परजीवी समाई के कारण कई अलगाव एम्पलीफायरों के लिए कठिनाई पैदा करते हैं। यह समाई उच्च आवृत्ति संकेतों के लिए कम प्रतिबाधा के रूप में प्रकट होती है, और सामान्य मोड वोल्टेज को अनिवार्य रूप से बाधा से आगे बढ़ने और माप में हस्तक्षेप करने की अनुमति देती है, या यहां तक कि एम्पलीफायर को नुकसान पहुंचाती है। हालांकि, सबसे आम मोड वोल्टेज लाइन वोल्टेज का एक संयोजन है, इसलिए आवृत्ति आमतौर पर 50 से 60 हर्ट्ज क्षेत्र में कुछ हार्मोनिक सामग्री के साथ रहती है, साथ ही अधिकांश अलगाव एम्पलीफायरों की अस्वीकृति सीमा के भीतर।
डिफरेंशियल एम्पलीफायर्स
एक गैर-पृथक अंतर एम्पलीफायर इनपुट और आउटपुट सर्किट के बीच अलगाव प्रदान नहीं करता है। वे एक बिजली की आपूर्ति साझा करते हैं और इनपुट और आउटपुट के बीच एक डीसी पथ मौजूद हो सकता है। एक गैर-पृथक अंतर एम्पलीफायर केवल बिजली आपूर्ति वोल्टेज तक सामान्य-मोड वोल्टेज का सामना कर सकता है।
इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के समान, आइसोलेशन एम्पलीफायरों में आवृत्तियों की एक विस्तृत श्रृंखला, उच्च इनपुट प्रतिबाधा और कम आउटपुट प्रतिबाधा पर अंतर लाभ होता है।
एम्पलीफायर चयन दिशानिर्देश
इंस्ट्रुमेंटेशन एम्पलीफायरों को चार व्यापक श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है, जो कम से कम सबसे महंगे से व्यवस्थित होते हैं:
- एकल-समाप्त। एक असंतुलित इनपुट, गैर-पृथक। माप के लिए उपयुक्त जहां सामान्य मोड वोल्टेज शून्य, या बहुत छोटा है। बहुत सस्ता।
- डिफरेंशियल। एक संतुलित इनपुट, गैर-पृथक। माप के लिए उपयुक्त जहां सामान्य मोड और सामान्य मोड वोल्टेज का योग एम्पलीफायर की माप सीमा के भीतर रहता है।
- सिंगल-एंडेड, फ्लोटिंग कॉमन। एक पृथक और अर्ध-संतुलित इनपुट (फ्लोटिंग कॉमन आमतौर पर एक अंतर एम्पलीफायर के (-) इनपुट से जुड़ा होता है)। आइसोलेशन बैरियर के ब्रेकडाउन वोल्टेज तक ऑफ-ग्राउंड मापन के लिए उपयुक्त, और बहुत अच्छा कॉमन मोड रिजेक्शन (100 डीबी विशिष्ट) प्रदर्शित करता है।
- डिफरेंशियल, फ्लोटिंग कॉमन। एक पृथक और संतुलित इनपुट। आइसोलेशन बैरियर के ब्रेकडाउन वोल्टेज के लिए ऑफ-ग्राउंड मापन के लिए उपयुक्त, और शानदार कॉमन मोड रिजेक्शन (> 120 डीबी) प्रदर्शित करता है।
अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें अलगाव की आवश्यकता होती है, सिंगल-एंडेड फ्लोटिंग डिज़ाइन सर्वोत्तम मूल्य/प्रदर्शन प्रदान करता है।
अलगाव एम्पलीफायरों के दो व्यापक वर्गीकरण भी हैं जिन्हें आवेदन के साथ मिलकर माना जाना चाहिए:
- चैनल-से-चैनल अलगाव के बिना इनपुट-टू-आउटपुट अलगाव प्रदान करने वाले एम्पलीफायर। यह आइसोलेशन का एक कम खर्चीला रूप है जो मल्टी-चैनल इंस्ट्रूमेंट के लिए केवल एक आइसोलेशन बैरियर प्रदान करता है। हालांकि प्रत्येक चैनल के कॉमन्स को इनपुट-टू-आउटपुट आइसोलेशन बैरियर द्वारा पावर ग्राउंड से अलग किया जाता है, लेकिन वे एक-दूसरे से अलग नहीं होते हैं। इसलिए एक पर एक सामान्य मोड वोल्टेज अन्य सभी को तैरने का प्रयास करेगा, कभी-कभी विनाशकारी परिणामों के साथ। अलगाव का यह रूप तभी उपयुक्त है जब यह निश्चित हो कि केवल एक सामान्य मोड वोल्टेज है जो सभी चैनलों पर समान रूप से लागू होता है।
- इनपुट-टू-आउटपुट और चैनल-टू-चैनल आइसोलेशन दोनों प्रदान करने वाले एम्पलीफायर। यह अलगाव का सबसे शुद्ध रूप है, और विकल्प जिसे लगभग सभी अनुप्रयोगों के लिए माना जाना चाहिए। मल्टी-चैनल उपकरण जो इसे नियोजित करते हैं, एम्पलीफायरों की सीमा के भीतर चैनलों के किसी भी संयोजन पर असंगत सामान्य मोड वोल्टेज के प्रति प्रतिरक्षित हैं।
विशिष्ट अनुप्रयोग
स्टैक्ड वोल्टेज सेल माप
स्टैक्ड वोल्टेज सेल माप सौर कोशिकाओं और ईंधन कोशिकाओं की बढ़ती लोकप्रियता के साथ आम हैं। इस एप्लिकेशन में तकनीशियन व्यक्तिगत श्रृंखला से जुड़े वोल्टेज कोशिकाओं के प्रदर्शन को प्रोफाइल करना चाहता है, लेकिन एक पृथक एम्पलीफायर की आवश्यकता को अक्सर अनदेखा कर दिया जाता है। प्रत्येक वोल्टेज सेल (सामान्य मोड वोल्टेज) को उसके नीचे वोल्टेज कोशिकाओं (सामान्य मोड वोल्टेज) के योग के बराबर राशि से जमीन से हटा दिया जाता है। जब तक अलग-अलग सेल वोल्टेज को मापने के लिए उपयोग किए जाने वाले एम्पलीफायरों को सामान्य मोड वोल्टेज के बराबर स्तर पर तैरने की अनुमति नहीं दी जाती है, तब तक माप किसी के लिए सटीक होने की संभावना नहीं है, लेकिन स्ट्रिंग में पहला सेल जहां सामान्य मोड वोल्टेज शून्य है।
एक गैर-पृथक अंतर एम्पलीफायर का उपयोग किया जा सकता है लेकिन इसमें एक रेटेड अधिकतम सामान्य मोड वोल्टेज होगा जिसे सटीकता बनाए रखते हुए पार नहीं किया जा सकता है।
संदर्भ
- ↑ 1.0 1.1 1.2 Paul Horowitz, Winfield Hill The Art of Electronics Second Edition, Cambridge, 1989 ISBN 0-521-37095-7 pages 462-464
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