Op-amp యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహారం మరియు మీ op లో ఇది ఎందుకు ముఖ్యమైనది

ఆపరేషనల్ యాంప్లిఫైయర్స్ లేదా ఆప్-ఆంప్స్ అనలాగ్ ఎలక్ట్రానిక్ డిజైన్స్ యొక్క వర్క్‌హార్స్‌గా పరిగణించబడతాయి. అనలాగ్ కంప్యూటర్ల యుగం నుండి, అనలాగ్ వోల్టేజ్‌లతో గణిత కార్యకలాపాల కోసం ఆప్-ఆంప్స్ ఉపయోగించబడ్డాయి, అందువల్ల దీనికి కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్ అని పేరు. ఇప్పటి వరకు ఆప్-ఆంప్స్ వోల్టేజ్ పోలిక, భేదం, ఏకీకరణ, సమ్మషన్ మరియు అనేక ఇతర విషయాల కోసం విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతున్నాయి. ఆపరేషనల్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్లు వేర్వేరు ప్రయోజనాల కోసం అమలు చేయడం చాలా సులభం అని ప్రత్యేకంగా చెప్పనవసరం లేదు, అయితే దీనికి కొన్ని పరిమితులు ఉన్నాయి, ఇవి తరచుగా సంక్లిష్టతకు దారితీస్తాయి.

అనువర్తనాల విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్‌లో ఆప్-ఆంప్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడం ప్రధాన సవాలు. కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్ అంతటా ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహార సర్క్యూట్‌ను ఉపయోగించడం ద్వారా, ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందన పరంగా యాంప్లిఫైయర్‌ను భర్తీ చేయడం దీనికి పరిష్కారం. యాంప్లిఫైయర్ యొక్క స్థిరత్వం వేర్వేరు పారామితులపై ఎక్కువగా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఈ వ్యాసంలో ఫ్రీక్వెన్సీ కాంపెన్సేషన్ యొక్క ప్రాముఖ్యతను మరియు మీ డిజైన్లలో ఎలా ఉపయోగించాలో అర్థం చేసుకుందాం.

Op-Amp పై శీఘ్ర ప్రాథమికాలు

కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్ల యొక్క ముందస్తు అనువర్తనంలోకి వెళ్ళే ముందు మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహార పద్ధతిని ఉపయోగించి యాంప్లిఫైయర్‌ను ఎలా స్థిరీకరించాలి అనేదాని ముందు, కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్ గురించి కొన్ని ప్రాథమిక విషయాలను అన్వేషిద్దాం.

యాంప్లిఫైయర్‌ను ఓపెన్-లూప్ కాన్ఫిగరేషన్ లేదా క్లోజ్డ్-లూప్ కాన్ఫిగరేషన్‌గా కాన్ఫిగర్ చేయవచ్చు. ఒక ఓపెన్ లూప్ ఆకృతీకరణ, ఏ ఫీడ్బ్యాక్ సర్క్యూట్లు దానితో ముడిపడి ఉన్నాయి. కానీ క్లోజ్డ్-లూప్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో, యాంప్లిఫైయర్ సరిగ్గా పనిచేయడానికి అభిప్రాయం అవసరం. కార్యాచరణ ప్రతికూల అభిప్రాయాన్ని లేదా సానుకూల అభిప్రాయాన్ని కలిగి ఉంటుంది. Op-amp యొక్క పాజిటివ్ టెర్మినల్ అంతటా చూడు నెట్‌వర్క్ అనలాగ్ ఉంటే, దానిని పాజిటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ అంటారు. లేకపోతే, నెగటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ యాంప్లిఫైయర్‌లలో నెగటివ్ టెర్మినల్‌లో ఫీడ్‌బ్యాక్ సర్క్యూట్రీ కనెక్ట్ చేయబడింది.

ఆప్-ఆంప్స్‌లో మనకు ఫ్రీక్వెన్సీ కాంపెన్సేషన్ ఎందుకు అవసరం?

దిగువ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ చూద్దాం. ఇది సాధారణ ప్రతికూల అభిప్రాయం నాన్-ఇన్వర్టింగ్ Op-Amp సర్క్యూట్. సర్క్యూట్ ఐక్యత-లాభ అనుచరుడు ఆకృతీకరణగా అనుసంధానించబడింది.

పై సర్క్యూట్ ఎలక్ట్రానిక్స్లో చాలా సాధారణం. మనందరికీ తెలిసినట్లుగా, యాంప్లిఫైయర్లు ఇన్పుట్ అంతటా చాలా ఎక్కువ ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ కలిగి ఉంటాయి మరియు అవుట్పుట్ అంతటా సహేతుకమైన విద్యుత్తును అందించగలవు. అందువల్ల, అధిక కరెంట్ యొక్క లోడ్లను నడపడానికి తక్కువ సిగ్నల్స్ ఉపయోగించి కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్లను నడపవచ్చు.

లోడ్‌ను సురక్షితంగా నడపడానికి ఆప్-ఆంప్ అందించగల గరిష్ట కరెంట్ ఎంత? పై సర్క్యూట్ స్వచ్ఛమైన రెసిస్టివ్ లోడ్లను (ఆదర్శ నిరోధక లోడ్) నడపడానికి సరిపోతుంది, కాని మేము అవుట్పుట్ అంతటా కెపాసిటివ్ లోడ్ను కనెక్ట్ చేస్తే, op-amp అస్థిరంగా మారుతుంది మరియు చెత్త సందర్భంలో లోడ్ కెపాసిటెన్స్ విలువ ఆధారంగా ఆప్-ఆంప్ ఉండవచ్చు డోలనం చేయడం కూడా ప్రారంభించండి.

అవుట్పుట్ అంతటా కెపాసిటివ్ లోడ్ కనెక్ట్ అయినప్పుడు op-amp ఎందుకు అస్థిరంగా ఉంటుందో అన్వేషిద్దాం. పై సర్క్యూట్‌ను సాధారణ సూత్రంగా వర్ణించవచ్చు -

A _{cl =} A / 1 + Aß

ఒక _cl అనేది క్లోజ్డ్-లూప్ లాభం. A అనేది యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ఓపెన్-లూప్ లాభం. ది

పై చిత్రం ఫార్ములా మరియు నెగటివ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ యొక్క ప్రాతినిధ్యం. ఇది గతంలో చెప్పిన సాంప్రదాయ ప్రతికూల యాంప్లిఫైయర్‌తో సమానంగా ఉంటుంది. పాజిటివ్ టెర్మినల్‌లో వారిద్దరూ ఎసి ఇన్‌పుట్‌ను పంచుకుంటారు మరియు రెండూ నెగటివ్ టెర్మినల్‌లో ఒకే అభిప్రాయాన్ని కలిగి ఉంటాయి. వృత్తం సమ్మింగ్ జంక్షన్ రెండు ఇన్పుట్లను కలిగి ఉంది, ఒకటి ఇన్పుట్ సిగ్నల్ నుండి మరియు రెండవది చూడు సర్క్యూట్ నుండి. బాగా, యాంప్లిఫైయర్ ప్రతికూల అభిప్రాయ మోడ్‌లో పనిచేస్తున్నప్పుడు, యాంప్లిఫైయర్ యొక్క పూర్తి అవుట్‌పుట్ వోల్టేజ్ ఫీడ్‌బ్యాక్ లైన్ ద్వారా సమ్మింగ్ జంక్షన్ పాయింట్‌కు ప్రవహిస్తుంది. సమ్మింగ్ జంక్షన్ వద్ద, చూడు వోల్టేజ్ మరియు ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ కలిసి జోడించబడి, యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ఇన్పుట్లోకి తిరిగి ఇవ్వబడతాయి.

చిత్రం రెండు లాభ దశలుగా విభజించబడింది. మొదట, ఇది పూర్తి క్లోజ్డ్-లూప్ సర్క్యూట్‌ను చూపిస్తుంది ఎందుకంటే ఇది క్లోజ్డ్-లూప్ నెట్‌వర్క్ మరియు ఆప్-ఆంప్స్ ఓపెన్-లూప్ సర్క్యూట్ ఎందుకంటే A ని చూపించే ఆప్-ఆంప్ స్వతంత్ర ఓపెన్ సర్క్యూట్, అభిప్రాయం నేరుగా కనెక్ట్ కాలేదు.

సమ్-జంక్షన్ యొక్క అవుట్పుట్ op-amp ఓపెన్-లూప్ లాభం ద్వారా మరింత విస్తరించబడుతుంది. అందువల్ల, ఈ పూర్తి విషయం గణిత నిర్మాణంగా సూచించబడితే, సమ్మింగ్ జంక్షన్ అంతటా అవుట్పుట్ -

విన్ - వౌటా

అస్థిరత సమస్యను అధిగమించడానికి ఇది గొప్పగా పనిచేస్తుంది. RC నెట్‌వర్క్ ఐక్యత లేదా 0dB లాభం వద్ద ఒక ధ్రువమును సృష్టిస్తుంది, అది ఇతర అధిక-పౌన frequency పున్య ధ్రువ ప్రభావాలను ఆధిపత్యం చేస్తుంది లేదా రద్దు చేస్తుంది. ఆధిపత్య పోల్ కాన్ఫిగరేషన్ యొక్క బదిలీ ఫంక్షన్ -

ఇక్కడ, A (లు) అసంపూర్తిగా బదిలీ చేయబడిన ఫంక్షన్, A అనేది ఓపెన్-లూప్ లాభం, ώ1, ώ2 మరియు ώ3 వరుసగా -20dB, -40dB, -60dB వద్ద లాభం రోల్-ఆఫ్ అయిన పౌన encies పున్యాలు. భవిష్యత్తును చెప్పు ప్లాట్లు ప్రదర్శనలు క్రింద ఏమి ఆధిపత్య పోల్ పరిహారం టెక్నిక్ op-amp అవుట్పుట్, FD ఉన్న అంతటా జత ఉంటే జరుగుతుంది ఆధిపత్య పోల్ ఫ్రీక్వెన్సీ.

2. మిల్లెర్ పరిహారం

మరొక ప్రభావవంతమైన పరిహార సాంకేతికత మిల్లర్ పరిహార సాంకేతికత మరియు ఇది ఇన్-లూప్ పరిహార సాంకేతికత, ఇక్కడ లోడ్ ఐసోలేషన్ రెసిస్టర్ (నల్లింగ్ రెసిస్టర్) తో లేదా లేకుండా సాధారణ కెపాసిటర్ ఉపయోగించబడుతుంది. అంటే ఆప్-యాంప్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతిస్పందనను భర్తీ చేయడానికి చూడు లూప్‌లో కెపాసిటర్ అనుసంధానించబడి ఉంది.

మిల్లెర్ పరిహారం సర్క్యూట్ క్రింద చూపించాం. ఈ పద్ధతిలో, కెపాసిటర్ అవుట్‌పుట్ అంతటా రెసిస్టర్‌తో చూడుతో అనుసంధానించబడుతుంది.

సర్క్యూట్ అనేది R1 మరియు R2 పై ఆధారపడిన విలోమ లాభంతో సరళమైన ప్రతికూల అభిప్రాయ యాంప్లిఫైయర్. R3 శూన్య నిరోధకం మరియు CL అనేది op-amp అవుట్పుట్ అంతటా కెపాసిటివ్ లోడ్. CF అనేది పరిహార ప్రయోజనాల కోసం ఉపయోగించే ఫీడ్‌బ్యాక్ కెపాసిటర్. కెపాసిటర్ మరియు రెసిస్టర్ విలువ యాంప్లిఫైయర్ దశల రకం, పోల్ పరిహారం మరియు కెపాసిటివ్ లోడ్ మీద ఆధారపడి ఉంటుంది.

అంతర్గత ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహార పద్ధతులు

ఆధునిక కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్లు అంతర్గత పరిహార పద్ధతిని కలిగి ఉన్నాయి. అంతర్గత పరిహార పద్ధతిలో, రెండవ దశల మధ్య ఆప్-ఆంప్ ఐసి లోపల ఒక చిన్న ఫీడ్‌బ్యాక్ కెపాసిటర్ అనుసంధానించబడి ఉంది కామన్ ఎమిటర్ ట్రాన్సిస్టర్. ఉదాహరణకు, కింది చిత్రం జనాదరణ పొందిన op-amp LM358 యొక్క అంతర్గత రేఖాచిత్రం.

సిసి కెపాసిటర్ Q5 మరియు Q10 లలో అనుసంధానించబడి ఉంది. ఇది పరిహారం కెపాసిటర్ (సిసి). ఈ పరిహార కెపాసిటర్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది మరియు అవుట్‌పుట్ అంతటా డోలనం మరియు రింగింగ్ ప్రభావాన్ని నివారిస్తుంది.

Op-amp యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహారం - ప్రాక్టికల్ అనుకరణ

ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహారాన్ని మరింత ఆచరణాత్మకంగా అర్థం చేసుకోవడానికి ఈ క్రింది సర్క్యూట్‌ను పరిగణనలోకి తీసుకొని దానిని అనుకరించటానికి ప్రయత్నిద్దాం -

సర్క్యూట్ అనేది LM393 ను ఉపయోగించి సాధారణ ప్రతికూల అభిప్రాయ యాంప్లిఫైయర్. ఈ op-amp లో అంతర్నిర్మిత పరిహార కెపాసిటర్ లేదు. మేము 100pF కెపాసిటివ్ లోడ్‌తో Pspice లోని సర్క్యూట్‌ను అనుకరిస్తాము మరియు తక్కువ మరియు అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ ఆపరేషన్‌లో ఇది ఎలా పని చేస్తుందో తనిఖీ చేస్తుంది.

దీన్ని తనిఖీ చేయడానికి, సర్క్యూట్ యొక్క ఓపెన్-లూప్ లాభం మరియు దశ మార్జిన్‌ను విశ్లేషించాలి. ఖచ్చితమైన సర్క్యూట్‌ను అనుకరించడం వలన ఇది పైన చూపిన విధంగా, దాని క్లోజ్డ్-లూప్ లాభాలను సూచిస్తుంది కాబట్టి ఇది పిస్పైస్‌కు కొంచెం గమ్మత్తైనది. అందువల్ల ప్రత్యేక పరిగణనలు తీసుకోవలసిన అవసరం ఉంది. Pspice లో ఓపెన్-లూప్ లాభం అనుకరణ (లాభం vs దశ) కోసం పై సర్క్యూట్‌ను మార్చడానికి దశ క్రింద పేర్కొనబడింది,

1. చూడు ప్రతిస్పందనను పొందడానికి ఇన్పుట్ గ్రౌన్దేడ్ చేయబడింది; అవుట్పుట్కు క్లోజ్డ్-లూప్ ఇన్పుట్ విస్మరించబడుతుంది.
2. ఇన్వర్టింగ్ ఇన్పుట్ రెండు భాగాలుగా విభజించబడింది. ఒకటి వోల్టేజ్ డివైడర్ మరియు మరొకటి ఆప్-ఆంప్ యొక్క నెగటివ్ టెర్మినల్.
3. అనుకరణ దశలో రెండు వేర్వేరు నోడ్లు మరియు గుర్తింపు ప్రయోజనాలను సృష్టించడానికి రెండు భాగాల పేరు మార్చబడింది. వోల్టేజ్ డివైడర్ విభాగం ఫీడ్‌బ్యాక్‌గా పేరు మార్చబడింది మరియు నెగటివ్ టెర్మినల్‌ను ఇన్-ఇన్‌పుట్‌గా మార్చారు. (ఇన్వర్ట్ విలోమం).
4. ఈ రెండు విరిగిన నోడ్లు 0V DC వోల్టేజ్ మూలంతో అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి. ఇది జరుగుతుంది ఎందుకంటే, DC వోల్టేజ్ పదం నుండి, రెండు నోడ్లు ఒకే వోల్టేజ్ కలిగివుంటాయి, ఇది ప్రస్తుత ఆపరేటింగ్ పాయింట్ అవసరాన్ని తీర్చడానికి సర్క్యూట్కు అవసరం.
5. AC ఉద్దీపన యొక్క 1V తో వోల్టేజ్ మూలాన్ని కలుపుతోంది. ఇది AC విశ్లేషణ సమయంలో రెండు వ్యక్తిగత నోడ్స్ వోల్టేజ్ వ్యత్యాసాన్ని 1 గా మారుస్తుంది. ఈ సందర్భంలో ఒక విషయం అవసరం, ఫీడ్బ్యాక్ యొక్క నిష్పత్తి మరియు విలోమ ఇన్పుట్ సర్క్యూట్ల ఓపెన్-లూప్ లాభంపై ఆధారపడతాయి.

పై దశలను చేసిన తరువాత, సర్క్యూట్ ఇలా కనిపిస్తుంది -

సర్క్యూట్ 15V +/- విద్యుత్ సరఫరా రైలును ఉపయోగించి నడుస్తుంది. సర్క్యూట్‌ను అనుకరించండి మరియు దాని అవుట్పుట్ బోడ్ ప్లాట్‌ను తనిఖీ చేద్దాం.

సర్క్యూట్‌కు ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహారం లేనందున, అనుకరణ తక్కువ పౌన frequency పున్యంలో అధిక లాభం మరియు అధిక పౌన.పున్యంలో తక్కువ లాభం చూపిస్తుంది. అలాగే, ఇది చాలా పేలవమైన దశ మార్జిన్‌ను చూపుతోంది. 0 డిబి లాభం వద్ద దశ ఏమిటో చూద్దాం.

మీరు 0dB లాభం లేదా ఐక్యత లాభం క్రాస్ఓవర్ వద్ద కూడా చూడగలిగినట్లుగా, op-amp 6 డిగ్రీల దశ మార్పును కేవలం 100pF కెపాసిటివ్ లోడ్ వద్ద మాత్రమే అందిస్తోంది.

ఇప్పుడు ఆప్-ఆంప్ అంతటా మిల్లర్ పరిహారాన్ని సృష్టించడానికి మరియు ఫలితాన్ని విశ్లేషించడానికి ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహార నిరోధకం మరియు కెపాసిటర్‌ను జోడించి సర్క్యూట్‌ను మెరుగుపరుద్దాం. 50 ఓంల శూన్య నిరోధకం op-amp మరియు అవుట్పుట్ 100pF పరిహార కెపాసిటర్‌తో ఉంచబడుతుంది.

అనుకరణ పూర్తయింది మరియు వక్రత క్రింద కనిపిస్తుంది,

దశ వక్రత ఇప్పుడు చాలా బాగుంది. 0 డిబి లాభం వద్ద దశ మార్పు దాదాపు 45.5 డిగ్రీలు. ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహార పద్ధతిని ఉపయోగించి యాంప్లిఫైయర్ స్థిరత్వం బాగా పెరుగుతుంది. అందువల్ల, ఆప్-మ్యాప్ యొక్క మెరుగైన స్థిరత్వం కోసం ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహార సాంకేతికత బాగా సిఫార్సు చేయబడిందని నిరూపించబడింది. కానీ బ్యాండ్‌విడ్త్ తగ్గుతుంది.

ఓపాంప్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ పరిహారం యొక్క ప్రాముఖ్యతను మరియు అస్థిరత సమస్యలను నివారించడానికి మా Op-Amp డిజైన్లలో దీన్ని ఎలా ఉపయోగించాలో ఇప్పుడు మేము అర్థం చేసుకున్నాము. మీరు ట్యుటోరియల్ చదవడం ఆనందించారని మరియు ఉపయోగకరమైనదాన్ని నేర్చుకున్నారని ఆశిస్తున్నాము. మీకు ఏవైనా ప్రశ్నలు ఉంటే వాటిని మా ఫోరమ్‌లలో లేదా దిగువ వ్యాఖ్య విభాగంలో ఉంచండి.