డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ లేదా వోల్టేజ్ సబ్‌ట్రాక్టర్ సర్క్యూట్

ఒప్-ఆంప్స్ మొదట అనలాగ్ గణిత గణనల కోసం అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి, అప్పటి నుండి అవి చాలా డిజైన్ అనువర్తనాలలో ఉపయోగపడతాయని నిరూపించబడ్డాయి. నా ప్రొఫెసర్ సరిగ్గా చెప్పినట్లుగా, ఆప్-ఆంప్స్ అంకగణిత వోల్టేజ్ కాలిక్యులేటర్లు, అవి సమ్మింగ్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ ఉపయోగించి రెండు ఇచ్చిన వోల్టేజ్ విలువలను అదనంగా చేయగలవు మరియు డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ ఉపయోగించి రెండు వోల్టేజ్ విలువల మధ్య వ్యత్యాసం. ఇవి కాకుండా ఆప్-ఆంప్‌ను సాధారణంగా ఇన్వర్టింగ్ యాంప్లిఫైయర్‌లు మరియు నాన్-ఇన్వర్టింగ్ యాంప్లిఫైయర్‌లుగా కూడా ఉపయోగిస్తారు.

వోల్టేజ్ యాడర్‌గా లేదా సమ్మింగ్ యాంప్లిఫైయర్‌గా ఒక ఆప్-ఆంప్‌ను ఎలా ఉపయోగించవచ్చో మేము ఇప్పటికే నేర్చుకున్నాము, కాబట్టి ఈ ట్యుటోరియల్‌లో రెండు వోల్టేజ్ విలువల మధ్య వోల్టేజ్ వ్యత్యాసాన్ని కనుగొనడానికి ఆప్-ఆంప్‌ను డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్‌గా ఎలా ఉపయోగించాలో నేర్చుకుంటాము. దీనిని వోల్టేజ్ సబ్‌ట్రాక్టర్ అని కూడా అంటారు. మేము బ్రెడ్‌బోర్డ్‌లో వోల్టేజ్ సబ్‌ట్రాక్టర్ సర్క్యూట్‌ను కూడా ప్రయత్నిస్తాము మరియు సర్క్యూట్.హించిన విధంగా పనిచేస్తుందో లేదో తనిఖీ చేస్తాము.

Op-Amp యొక్క ప్రాథమికాలు

మేము అవకలన Op-amps లోకి ప్రవేశించడానికి ముందు, Op-Amp యొక్క ప్రాథమిక విషయాల ద్వారా త్వరగా నడుద్దాం. Op-Amp అనేది పరికరానికి శక్తినిచ్చే రెండు టెర్మినల్స్ (Vs +, Vs-) తో ఐదు టెర్మినల్ పరికరం (సింగిల్ ప్యాకేజీ). మిగిలిన మూడు టెర్మినల్స్లో రెండు (V +, V-) సిగ్నల్స్ కోసం ఉపయోగించబడతాయి, వీటిని ఇన్వర్టింగ్ మరియు నాన్-ఇన్వర్టింగ్ టెర్మినల్ అని పిలుస్తారు మరియు మిగిలినది (Vout) అవుట్పుట్ టెర్మినల్. Op-Amp యొక్క ప్రాథమిక చిహ్నం క్రింద చూపబడింది.

Op-Amp యొక్క పని చాలా సులభం, ఇది రెండు పిన్స్ (V +, V-) నుండి వేర్వేరు వోల్టేజ్‌లో పడుతుంది, దాన్ని లాభ విలువ ద్వారా విస్తరిస్తుంది మరియు దానిని అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ (Vout) గా ఇస్తుంది. Op-Amp యొక్క లాభం చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇది ఆడియో అనువర్తనాలకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. Op-Amp యొక్క ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ దాని ఆపరేటింగ్ వోల్టేజ్ కంటే తక్కువగా ఉండాలని ఎల్లప్పుడూ గుర్తుంచుకోండి. Op-amp గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి, దాని అనువర్తనాన్ని వివిధ op-amp ఆధారిత సర్క్యూట్లలో తనిఖీ చేయండి.

ఆదర్శవంతమైన ఆప్-ఆంప్ కోసం ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ చాలా ఎక్కువగా ఉంటుంది, అంటే ఇన్పుట్ పిన్స్ (V +, V-) ద్వారా Op-Amp లోకి లేదా వెలుపలికి ప్రవహించదు. Op-amp యొక్క పనిని అర్థం చేసుకోవడానికి మేము op-amp సర్క్యూట్లను ఓపెన్ లూప్ మరియు క్లోజ్డ్ లూప్ గా వర్గీకరించవచ్చు.

Op-amp ఓపెన్ లూప్ సర్క్యూట్ (కంపారిటర్లు)

ఓపెన్ లూప్ ఆప్-ఆంప్ సర్క్యూట్లో, అవుట్పుట్ పిన్ (వౌట్) ఏ ఇన్పుట్ పిన్స్ తో కనెక్ట్ కాలేదు, అంటే ఫీడ్బ్యాక్ ఇవ్వబడదు. అటువంటి ఓపెన్-లూప్ పరిస్థితులలో, ఆప్-ఆంప్ ఒక పోలికగా పనిచేస్తుంది. సరళమైన op-amp కంపారిటర్ క్రింద చూపబడింది. Vout పిన్ ఇన్పుట్ పిన్స్ V1 లేదా V2 తో కనెక్ట్ కాలేదని గమనించండి.

ఈ స్థితిలో, V1 కి సరఫరా చేయబడిన వోల్టేజ్ V2 కన్నా ఎక్కువగా ఉంటే, అవుట్పుట్ Vout అధికంగా ఉంటుంది. అదేవిధంగా V2 కి సరఫరా చేయబడిన వోల్టేజీలు V1 కన్నా ఎక్కువగా ఉంటే అవుట్పుట్ Vout తక్కువగా ఉంటుంది.

Op-amp క్లోజ్డ్ లూప్ సర్క్యూట్ (యాంప్లిఫైయర్స్)

క్లోజ్డ్ లూప్ ఆప్-ఆంప్ సర్క్యూట్లో, అభిప్రాయాన్ని అందించడానికి ఆప్-ఆంప్ యొక్క అవుట్పుట్ పిన్ ఇన్పుట్ పిన్తో అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. ఈ అభిప్రాయాన్ని క్లోజ్డ్ లూప్ కనెక్షన్ అంటారు. క్లోజ్డ్ లూప్ సమయంలో ఒక ఆప్-యాంప్ యాంప్లిఫైయర్‌గా పనిచేస్తుంది, ఈ మోడ్‌లో బఫర్, వోల్టేజ్ ఫాలోయర్, ఇన్వర్టింగ్ యాంప్లిఫైయర్, నాన్-ఇన్వర్టింగ్ యాంప్లిఫైయర్, సమ్మింగ్ యాంప్లిఫైయర్, డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్, వోల్టేజ్ సబ్‌ట్రాక్టర్ వంటి అనేక ఉపయోగకరమైన అనువర్తనాలను కనుగొంటుంది. Vout పిన్ ఇన్వర్టింగ్ టెర్మినల్‌కు అనుసంధానించబడి ఉంది, అప్పుడు దీనిని నెగటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ సర్క్యూట్ (క్రింద చూపబడింది) అని పిలుస్తారు మరియు ఇది ఇన్వర్టింగ్ కాని టెర్మినల్‌కు కనెక్ట్ అయితే దానిని పాజిటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ సర్క్యూట్ అంటారు.

డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ లేదా వోల్టేజ్ సబ్‌ట్రాక్టర్

ఇప్పుడు మన టాపిక్, డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ లోకి వెళ్దాం. అవకలన యాంప్లిఫైయర్ ప్రాథమికంగా రెండు వోల్టేజ్ విలువలను తీసుకుంటుంది, ఈ రెండు విలువల మధ్య వ్యత్యాసాన్ని కనుగొని దాన్ని విస్తరిస్తుంది. ఫలిత వోల్టేజ్ అవుట్పుట్ పిన్ నుండి పొందవచ్చు. ప్రాథమిక డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ క్రింద చూపబడింది.

అయితే వేచి ఉండండి!, ఇది ఫీడ్‌బ్యాక్ లేనప్పుడు కూడా డిఫాల్ట్‌గా ఆప్-ఆంప్ చేస్తుంది, ఇది రెండు ఇన్‌పుట్‌లను తీసుకుంటుంది మరియు అవుట్పుట్ పిన్‌పై వాటి తేడాలను అందిస్తుంది. అప్పుడు మనకు ఈ ఫాన్సీ రెసిస్టర్లు ఎందుకు అవసరం?

అవును, కానీ ఓపెన్ లూప్‌లో (ఫీడ్‌బ్యాక్ లేకుండా) ఉపయోగించినప్పుడు op-amp చాలా ఎక్కువ అనియంత్రిత లాభం కలిగి ఉంటుంది, ఇది ఆచరణాత్మకంగా ఉపయోగపడదు. కాబట్టి ప్రతికూల అభిప్రాయ లూప్‌లో రెసిస్టర్‌లను ఉపయోగించి లాభం యొక్క విలువను సెట్ చేయడానికి పై డిజైన్‌ను ఉపయోగిస్తాము. రెసిస్టర్ పైన ఉన్న మా సర్క్యూట్లో R3 ప్రతికూల అభిప్రాయ నిరోధకంగా పనిచేస్తుంది మరియు రెసిస్టర్లు R2 మరియు R4 సంభావ్య డివైడర్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. రెసిస్టర్‌ల యొక్క సరైన విలువను ఉపయోగించడం ద్వారా లాభం యొక్క విలువను సెట్ చేయవచ్చు.

అవకలన యాంప్లిఫైయర్ యొక్క లాభాన్ని ఎలా సెట్ చేయాలి?

అవకలన యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ఉత్పత్తి వోల్టేజ్ పైన చూపిన క్రింద సూత్రం ద్వారా ఇవ్వవచ్చు

Vout = -V1 (R3 / R1) + V2 (R4 / (R2 + R4)) ((R1 + R3) / R1)

పై సూత్రం సూపర్పొజిషన్ సిద్ధాంతాన్ని ఉపయోగించి పై సర్క్యూట్ యొక్క బదిలీ ఫంక్షన్ నుండి పొందబడింది. కానీ దానిలోకి ఎక్కువగా రానివ్వండి. R1 = R2 మరియు R3 = R4 ను పరిగణనలోకి తీసుకోవడం ద్వారా పై సమీకరణాన్ని మరింత సరళీకృతం చేయవచ్చు. కాబట్టి మేము పొందుతాము

R1 = R2 మరియు R3 = R4 ఉన్నప్పుడు Vout = (R3 / R1) (V2-V1)

పై సూత్రం నుండి R3 మరియు R1 మధ్య నిష్పత్తి యాంప్లిఫైయర్ యొక్క లాభానికి సమానంగా ఉంటుందని మేము నిర్ధారించగలము.

లాభం = R3 / R1

ఇప్పుడు, పై సర్క్యూట్ కోసం రెసిస్టర్‌ల విలువలను ప్రత్యామ్నాయం చేద్దాం మరియు సర్క్యూట్.హించిన విధంగా పనిచేస్తుందో లేదో తనిఖీ చేద్దాం.

డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ యొక్క అనుకరణ

నేను ఎంచుకున్న రెసిస్టర్ విలువ R1 మరియు R2 లకు 10k మరియు R3 మరియు R4 లకు 22k. దాని కోసం సర్క్యూట్ అనుకరణ క్రింద చూపబడింది.

అనుకరణ ప్రయోజనం కోసం, నేను V2 కోసం 4V మరియు V1 కోసం 3.6V ని సరఫరా చేసాను. సూత్రాల ప్రకారం రెసిస్టర్ 22 కె మరియు 10 కె 2.2 (22/10) లాభం పొందుతాయి. కాబట్టి వ్యవకలనం 0.4V (4-3.6) గా ఉంటుంది మరియు ఇది లాభం విలువ 2.2 తో గుణించబడుతుంది కాబట్టి ఫలిత వోల్టేజ్ పై అనుకరణలో చూపిన విధంగా 0.88V అవుతుంది. మేము ఇంతకుముందు చర్చించిన సూత్రాన్ని ఉపయోగించి కూడా అదే ధృవీకరిద్దాం.

R1 = R2 మరియు R3 = R4 = (22/10) (4-3.6) = (2.2) x (0.4) = 0.88v ఉన్నప్పుడు Vout = (R3 / R1) (V2-V1)

హార్డ్‌వేర్‌పై డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్‌ను పరీక్షిస్తోంది

ఇప్పుడు సరదాగా, బ్రెడ్‌బోర్డుపై ఒకే సర్క్యూట్‌ను నిర్మిద్దాం మరియు అదే ఫలితాలను సాధించగలమా అని తనిఖీ చేద్దాం. నేను సర్క్యూట్‌ను నిర్మించడానికి LM324 Op-Amp ని ఉపయోగిస్తున్నాను మరియు మేము ఇంతకు ముందు నిర్మించిన బ్రెడ్‌బోర్డ్ విద్యుత్ సరఫరా మాడ్యూల్‌ను ఉపయోగిస్తున్నాను. ఈ మాడ్యూల్ 5 వి మరియు 3.3 వి అవుట్‌పుట్‌ను అందించగలదు, కాబట్టి నేను నా ఆప్-ఆంప్ మరియు 3.3 వి పవర్ రైల్‌ను వి 1 గా శక్తివంతం చేయడానికి 5 వి పవర్ రైల్‌ను ఉపయోగిస్తున్నాను. పిన్ V2 కు 3.7V అందించడానికి నా RPS (నియంత్రిత విద్యుత్ సరఫరా) ను ఉపయోగించాను. వోల్టేజ్‌ల మధ్య వ్యత్యాసం 0.4 మరియు మనకు 2.2 లాభం ఉంది, అది మాకు 0.88 వి ఇవ్వాలి మరియు అది నాకు లభించింది. దిగువ ఉన్న చిత్రం 0.88V పఠనంతో సెటప్ మరియు మల్టీమీటర్‌ను చూపుతుంది.

అవకలన ఆప్-ఆంప్ గురించి మన అవగాహన సరైనదని ఇది రుజువు చేస్తుంది మరియు అవసరమైన లాభ విలువతో మన స్వంతంగా ఎలా డిజైన్ చేయాలో ఇప్పుడు మనకు తెలుసు. పూర్తి పనిని క్రింద ఇచ్చిన వీడియోలో కూడా చూడవచ్చు. వాల్యూమ్ నియంత్రణ అనువర్తనాలలో ఈ సర్క్యూట్లు ఎక్కువగా ఉపయోగించబడతాయి.

కానీ, సర్క్యూట్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ వైపు (వి 1 మరియు వి 2) రెసిస్టర్లను కలిగి ఉన్నందున ఇది చాలా ఎక్కువ ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ను అందించదు మరియు తక్కువ సిఎమ్ఆర్ఆర్ నిష్పత్తికి దారితీసే అధిక సాధారణ మోడ్ లాభం కూడా కలిగి ఉంది. ఈ ప్రతికూలతలను అధిగమించడానికి ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్ అని పిలువబడే అవకలన యాంప్లిఫైయర్ యొక్క మెరుగైన సంస్కరణ ఉంది, కాని దానిని మరొక ట్యుటోరియల్ కోసం వదిలివేద్దాం.

మీరు ట్యుటోరియల్ అర్థం చేసుకున్నారని మరియు అవకలన యాంప్లిఫైయర్ల గురించి నేర్చుకోవడం ఆనందించారని ఆశిస్తున్నాము. మీకు ఏవైనా ప్రశ్నలు ఉంటే వాటిని వ్యాఖ్య విభాగంలో ఉంచండి లేదా మరిన్ని సాంకేతిక ప్రశ్నలు మరియు వేగవంతమైన ప్రతిస్పందన కోసం ఫోరమ్‌లను ఉపయోగించండి.