संक्रियात्मक अंतराचालकता प्रवर्धक

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 एक एकल आउटपुट। पारंपरिक ऑप-एम्प के विपरीत, इसमें दो अतिरिक्त बायसिंग इनपुट हैं, I_abc और मैं_bias.

ऑपरेशनल transconductance एम्पलीफायर (OTA) एक एम्पलीफायर है जिसका डिफरेंशियल इनपुट वोल्टेज एक आउटपुट विद्युत प्रवाह पैदा करता है। इस प्रकार, यह एक वोल्टेज नियंत्रित वर्तमान स्रोत (वीसीसीएस) है। एम्पलीफायर के ट्रांसकंडक्शन को नियंत्रित करने के लिए वर्तमान में आमतौर पर एक अतिरिक्त इनपुट होता है। ओटीए एक मानक ऑपरेशनल एंप्लीफायर के समान है जिसमें इसमें एक उच्च विद्युत प्रतिबाधा अंतर इनपुट चरण है और इसका उपयोग नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ किया जा सकता है।

पहली व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एकीकृत सर्किट इकाइयाँ RCA द्वारा 1969 में (सामान्य विद्युतीय द्वारा अधिग्रहित किए जाने से पहले) CA3080 के रूप में निर्मित की गई थीं। यद्यपि अधिकांश इकाइयाँ द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के साथ निर्मित होती हैं, क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर इकाइयाँ भी निर्मित होती हैं। परिचालन प्रवर्धक अनुप्रयोगों के विशाल बहुमत में ओटीए अपने आप में उतना उपयोगी नहीं है। मानक ऑप-एम्प सामान्य ऑप-एम्प के रूप में कार्य करता है क्योंकि इसका आउटपुट एक करंट है। इसके प्रमुख उपयोगों में से एक इलेक्ट्रॉनिक रूप से नियंत्रित अनुप्रयोगों जैसे चर आवृत्ति दोलक और फिल्टर और चर लाभ एम्पलीफायर चरणों को लागू करना है जो मानक ऑप-एम्प्स के साथ लागू करना अधिक कठिन है।

मानक परिचालन एम्पलीफायरों से प्रमुख अंतर

• करंट का इसका आउटपुट मानक ऑपरेशनल एम्पलीफायर के विपरीत होता है जिसका आउटपुट वोल्टेज होता है।
• यह आमतौर पर ओपन-लूप का उपयोग 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, एक प्रतिरोध चुना जा सकता है जो उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज के साथ भी आउटपुट को ऑपरेशनल एम्पलीफायर # गैर-रैखिक अपूर्णताओं में जाने से रोकता है।

बेसिक ऑपरेशन

आदर्श ओटीए में, आउटपुट वर्तमान अंतर इनपुट वोल्टेज का एक रैखिक कार्य है, जिसकी गणना निम्नानुसार की जाती है:

$I_{\mathrm {out} }=(V_{\mathrm {in+} }-V_{\mathrm {in-} })\cdot g_{\mathrm {m} }$

जहां वी_in+ नॉन-इनवर्टिंग इनपुट पर वोल्टेज है, V_in− इन्वर्टिंग इनपुट और जी पर वोल्टेज है_m एम्पलीफायर का ट्रांसकंडक्शन है।

एम्पलीफायर का आउटपुट वोल्टेज इसके आउटपुट करंट और इसके लोड प्रतिरोध का उत्पाद है:

$V_{\mathrm {out} }=I_{\mathrm {out} }\cdot R_{\mathrm {load} }$

वोल्टेज लाभ तब अंतर इनपुट वोल्टेज द्वारा विभाजित आउटपुट वोल्टेज होता है:

$G_{\mathrm {voltage} }={V_{\mathrm {out} } \over V_{\mathrm {in+} }-V_{\mathrm {in-} }}=R_{\mathrm {load} }\cdot g_{\mathrm {m} }$

एम्पलीफायर के ट्रांसकंडक्शन को आमतौर पर एक इनपुट करंट द्वारा नियंत्रित किया जाता है, जिसे I निरूपित किया जाता है_abc (एम्पलीफायर पूर्वाग्रह वर्तमान)। एम्पलीफायर का ट्रांसकंडक्शन इस वर्तमान 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 की तरह, व्यावहारिक ओटीए में कुछ गैर-आदर्श विशेषताएँ होती हैं। इसमे शामिल 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 शामिल थे। इस कनेक्शन की स्थानांतरण विशेषताएँ 20 mV या उससे कम के अंतर इनपुट वोल्टेज के लिए लगभग रैखिक हैं। यह एक महत्वपूर्ण सीमा है जब OTA का उपयोग ओपन लूप में किया जा रहा है क्योंकि आउटपुट को रैखिक बनाने के लिए कोई नकारात्मक प्रतिक्रिया नहीं है। इस पैरामीटर को सुधारने के लिए एक योजना का उल्लेख नीचे किया गया है।
• ट्रांसकंडक्शन की तापमान संवेदनशीलता।
• ट्रांसकंडक्शन कंट्रोल करंट I के साथ इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा, इनपुट बायस करंट और इनपुट ऑफसेट वोल्टेज का बदलाव_abc.

बाद में सुधार

ओटीए के पहले के संस्करणों में न तो आई था_bias टर्मिनल (आरेख में दिखाया गया है) और न ही डायोड (इसके निकट दिखाया गया है)। वे सभी बाद के संस्करणों में जोड़े गए थे। जैसा कि आरेख में दर्शाया गया है, डायोड के एनोड एक साथ जुड़े हुए हैं और एक का कैथोड नॉन इनवर्टिंग इनपुट (Vin+) और दूसरे का कैथोड इनवर्टिंग इनपुट (Vin−) से जुड़ा है। डायोड एनोड्स पर करंट (I_bias) जिसे I में इंजेक्ट किया जाता है_bias टर्मिनल। ये परिवर्धन OTA में दो महत्वपूर्ण सुधार करते हैं। सबसे पहले, जब इनपुट प्रतिरोधकों के साथ प्रयोग किया जाता है, तो डायोड उच्च अंतर इनपुट वोल्टेज पर इनपुट चरण गैर रैखिकता की एक महत्वपूर्ण मात्रा को ऑफ़सेट करने के लिए अंतर इनपुट वोल्टेज को विकृत करते हैं। नेशनल सेमीकंडक्टर 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 पर सिग्नल विरूपण स्तर साधारण अंतर एम्पलीफायर के समान होता है। 20 एमवी के अंतर इनपुट पर। दूसरा, पक्षपाती डायोड की कार्रवाई ओटीए के ट्रांसकंडक्शन की तापमान संवेदनशीलता को बहुत अधिक प्रभावित करती है।

एक दूसरा सुधार एक वैकल्पिक-उपयोग आउटपुट बफर एम्पलीफायर का चिप पर एकीकरण है जिस पर ओटीए रहता है। यह वास्तव में OTA में सुधार के बजाय एक सर्किट डिज़ाइनर के लिए एक सुविधा है; एक अलग बफर को नियोजित करने की आवश्यकता से मुक्ति। यह ओटीए को एक पारंपरिक ऑप-एम्प के रूप में उपयोग करने की अनुमति देता है, यदि वांछित हो, तो इसके आउटपुट करंट को वोल्टेज में परिवर्तित करके।

इन दोनों विशेषताओं के संयोजन वाली चिप का एक उदाहरण नेशनल सेमीकंडक्टर LM13600 और इसके उत्तराधिकारी, LM13700 है।

यह भी देखें

• करंट डिफरेंसिंग ट्रांसकंडक्शन एम्पलीफायर
• ट्रांसिम्पेडेंस एम्पलीफायर

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)