కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్ ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్: నిర్మాణం, పని మరియు అనువర్తనాలు

ఆప్-ఆంప్ లేదా ఆపరేషనల్ యాంప్లిఫైయర్ అనలాగ్ ఎలక్ట్రానిక్స్ యొక్క వెన్నెముక మరియు సమ్మింగ్ యాంప్లిఫైయర్, డిఫరెన్షియల్ యాంప్లిఫైయర్, ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యాంప్లిఫైయర్, ఒప్-ఆంప్ వంటి అనేక అనువర్తనాలలో కూడా అనలాగ్ సంబంధిత అనువర్తనంలో చాలా ఉపయోగకరమైన సర్క్యూట్.

సాధారణ Op-Amp అనువర్తనాలలో, అవుట్పుట్ ఇన్పుట్ వ్యాప్తికి అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. Op-amp ను ఇంటిగ్రేటర్‌గా కాన్ఫిగర్ చేసినప్పుడు, ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్ యొక్క వ్యవధి కూడా పరిగణించబడుతుంది. అందువల్ల, ఆప్-ఆంప్ ఆధారిత ఇంటిగ్రేటర్ సమయానికి సంబంధించి గణిత సమైక్యతను చేయగలదు. అనుసంధానకర్త ఉత్పాదక వోల్టేజ్ సమగ్ర నేరుగా అనురూపమైన op-amp అంతటా ఒక అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ఉత్పత్తి; అందువల్ల అవుట్పుట్ కొంత కాలానికి ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ మీద ఆధారపడి ఉంటుంది.

Op-amp ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ నిర్మాణం మరియు పని

ఎలక్ట్రానిక్స్లో Op-amp చాలా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడే భాగం మరియు అనేక ఉపయోగకరమైన యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్లను నిర్మించడానికి ఉపయోగిస్తారు.

Op-amp ఉపయోగించి సాధారణ ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ నిర్మాణానికి రెండు నిష్క్రియాత్మక భాగాలు మరియు ఒక క్రియాశీల భాగం అవసరం. రెండు నిష్క్రియాత్మక భాగాలు రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్. రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్ క్రియాశీల భాగం Op-Amp అంతటా మొదటి-ఆర్డర్ తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ Op-amp డిఫరెన్సియేటర్ సర్క్యూట్‌కు సరిగ్గా వ్యతిరేకం.

సరళమైన Op-amp ఆకృతీకరణలో రెండు రెసిస్టర్లు ఉంటాయి, ఇది చూడు మార్గాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఇంటిగ్రేటర్ యాంప్లిఫైయర్ విషయంలో, చూడు నిరోధకం కెపాసిటర్‌తో మార్చబడుతుంది.

పై చిత్రంలో, మూడు సాధారణ భాగాలతో ప్రాథమిక ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ చూపబడుతుంది. రెసిస్టర్ R1 మరియు కెపాసిటర్ C1 యాంప్లిఫైయర్ అంతటా అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి. యాంప్లిఫైయర్ ఇన్వర్టింగ్ కాన్ఫిగరేషన్‌లో ఉంది.

Op-amp లాభం అనంతం, కాబట్టి యాంప్లిఫైయర్ యొక్క విలోమ ఇన్పుట్ ఒక వర్చువల్ గ్రౌండ్. R1 అంతటా వోల్టేజ్ వర్తించినప్పుడు, కెపాసిటర్ చాలా తక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉన్నందున ప్రస్తుతము రెసిస్టర్ ద్వారా ప్రవహించడం ప్రారంభిస్తుంది. కెపాసిటర్ చూడు స్థానంలో కనెక్ట్ చేయబడింది మరియు కెపాసిటర్ యొక్క నిరోధకత చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.

ఈ పరిస్థితిలో, యాంప్లిఫైయర్ లాభ నిష్పత్తిని లెక్కించినట్లయితే, ఫలితం ఐక్యత కంటే తక్కువగా ఉంటుంది. లాభం నిష్పత్తి, X _C / R ₁ చాలా తక్కువగా ఉండటం దీనికి కారణం. ఆచరణాత్మకంగా, కెపాసిటర్ ప్లేట్ల మధ్య చాలా తక్కువ నిరోధకతను కలిగి ఉంటుంది మరియు R1 విలువ ఏమైనప్పటికీ, X _C / R ₁ యొక్క అవుట్పుట్ ఫలితం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.

కెపాసిటర్ ఇన్పుట్ వోల్టేజ్ ద్వారా ఛార్జ్ అవ్వడం ప్రారంభిస్తుంది మరియు అదే నిష్పత్తిలో, కెపాసిటర్ ఇంపెడెన్స్ కూడా పెరగడం ప్రారంభమవుతుంది. ఛార్జింగ్ రేటు R1 మరియు C1 యొక్క RC - సమయ స్థిరాంకం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. Op-amp వర్చువల్ ఎర్త్ ఇప్పుడు దెబ్బతింది మరియు ప్రతికూల అభిప్రాయం ఇన్పుట్ అంతటా వర్చువల్ ఎర్త్ పరిస్థితిని నిర్వహించడానికి op-amp అంతటా అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

కెపాసిటర్ పూర్తిగా ఛార్జ్ అయ్యే వరకు Op-amp ర్యాంప్ అవుట్‌పుట్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. వర్చువల్ భూమి మరియు ప్రతికూల ఉత్పత్తి మధ్య సంభావ్య వ్యత్యాసం యొక్క ప్రభావంతో కెపాసిటర్ ఛార్జ్ కరెంట్ తగ్గుతుంది.

Op-amp ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను లెక్కిస్తోంది

పైన వివరించిన పూర్తి యంత్రాంగాన్ని గణిత నిర్మాణాన్ని ఉపయోగించి వివరించవచ్చు.

పై చిత్రాన్ని చూద్దాం. IR1 అనేది రెసిస్టర్ ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్తు. G వర్చువల్ గ్రౌండ్. Ic1 అనేది కెపాసిటర్ ద్వారా ప్రవహించే విద్యుత్తు.

వర్చువల్ గ్రౌండ్ అయిన జంక్షన్ G అంతటా కిర్చోఫ్ యొక్క ప్రస్తుత చట్టం వర్తింపజేస్తే, iR1 ఇన్వర్టింగ్ టెర్మినల్ (Op-amp పిన్ 2) లో ప్రవేశించే ప్రస్తుత మొత్తం మరియు కెపాసిటర్ C1 గుండా వెళుతుంది.

iR ₁ = i _{విలోమ టెర్మినల్} + iC ₁

Op-amp ఒక ఆదర్శ op-amp మరియు G నోడ్ వర్చువల్ గ్రౌండ్ కాబట్టి, op-amp యొక్క విలోమ టెర్మినల్ ద్వారా ప్రస్తుత ప్రవాహం ప్రవహించదు. కాబట్టి, నేను _{టెర్మినల్} = 0 ను _{విలోమం చేస్తున్నాను}

iR ₁ = iC ₁

కెపాసిటర్ సి 1 వోల్టేజ్-కరెంట్ సంబంధాన్ని కలిగి ఉంది. సూత్రం -

I _C = C (dV _C / dt)

ఇప్పుడు ఈ సూత్రాన్ని ఆచరణాత్మక దృష్టాంతంలో వర్తింపజేద్దాం. ది

ఇంతకు ముందు చూపిన ప్రాథమిక ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్లో లోపం ఉంది. కెపాసిటర్ DC ని బ్లాక్ చేస్తుంది మరియు దీని కారణంగా, Op-Amp సర్క్యూట్ యొక్క DC లాభం అనంతం అవుతుంది. అందువల్ల, Op-amp ఇన్పుట్ వద్ద ఏదైనా DC వోల్టేజ్, Op-amp అవుట్పుట్ను సంతృప్తిపరుస్తుంది. ఈ సమస్యను అధిగమించడానికి, కెపాసిటర్‌తో సమాంతరంగా ప్రతిఘటనను జోడించవచ్చు. రెసిస్టర్ సర్క్యూట్ యొక్క DC లాభాలను పరిమితం చేస్తుంది.

ఇంటిగ్రేటర్ కాన్ఫిగరేషన్‌లోని Op-Amp వేరే రకం మారుతున్న ఇన్‌పుట్ సిగ్నల్‌లో వేర్వేరు అవుట్‌పుట్‌ను అందిస్తుంది. సైన్ వేవ్ ఇన్పుట్, స్క్వేర్ వేవ్ ఇన్పుట్ లేదా త్రిభుజాకార వేవ్ ఇన్పుట్ యొక్క ప్రతి సందర్భంలో ఇంటిగ్రేటర్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అవుట్పుట్ ప్రవర్తన భిన్నంగా ఉంటుంది.

స్క్వేర్ వేవ్ ఇన్‌పుట్‌లో Op-amp ఇంటిగ్రేటర్ బిహేవియర్

స్క్వేర్ వేవ్ ఇంటిగ్రేటర్ యాంప్లిఫైయర్‌కు ఇన్‌పుట్‌గా అందించబడితే, ఉత్పత్తి అవుట్‌పుట్ త్రిభుజాకార తరంగంగా లేదా దంతాల తరంగాన్ని చూస్తుంది. అటువంటప్పుడు, సర్క్యూట్‌ను రాంప్ జనరేటర్ అంటారు . చదరపు తరంగంలో, వోల్టేజ్ స్థాయిలు తక్కువ నుండి అధికంగా లేదా అధికంగా తక్కువకు మారుతాయి, దీనివల్ల కెపాసిటర్ ఛార్జ్ అవుతుంది లేదా విడుదల అవుతుంది.

చదరపు తరంగం యొక్క సానుకూల శిఖరం సమయంలో, ప్రస్తుతము రెసిస్టర్ ద్వారా ప్రవహించడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు తరువాతి దశలో, కెపాసిటర్ ద్వారా ప్రస్తుత ప్రవాహం. Op-amp ద్వారా ప్రస్తుత ప్రవాహం సున్నా కాబట్టి, కెపాసిటర్ ఛార్జ్ అవుతుంది. స్క్వేర్ వేవ్ ఇన్పుట్ యొక్క ప్రతికూల శిఖరం సమయంలో రివర్స్ విషయం జరుగుతుంది. అధిక పౌన frequency పున్యం కోసం, కెపాసిటర్ పూర్తిగా ఛార్జ్ చేయడానికి చాలా తక్కువ సమయం పొందుతుంది.

చార్జింగ్ మరియు డిచ్ఛార్జ్ రేటు నిరోధకం-కెపాసిటర్ కలయిక ఆధారపడి. ఖచ్చితమైన సమైక్యత కోసం, ఇన్పుట్ స్క్వేర్ వేవ్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ లేదా ఆవర్తన సమయం సర్క్యూట్ సమయ స్థిరాంకం కంటే తక్కువగా ఉండాలి, దీనిని ఇలా సూచిస్తారు: T CR (T <= CR) కన్నా తక్కువ లేదా సమానంగా ఉండాలి.

చదరపు తరంగాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి స్క్వేర్ వేవ్ జనరేటర్ సర్క్యూట్ ఉపయోగించవచ్చు.

సైన్ వేవ్ ఇన్పుట్లో Op-amp ఇంటిగ్రేటర్ బిహేవియర్

ఆప్-ఆంప్ ఆధారిత ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్‌లోని ఇన్పుట్ ఒక సైన్ వేవ్ అయితే, ఇంటిగ్రేటర్ కాన్ఫిగరేషన్‌లోని ఆప్-ఆంప్ అవుట్పుట్ అంతటా 90 డిగ్రీల దశ సైన్ వేవ్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. దీనిని కొసైన్ వేవ్ అంటారు. ఈ పరిస్థితిలో, ఇన్పుట్ సైన్ వేవ్ అయినప్పుడు, ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ చురుకైన తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్ వలె పనిచేస్తుంది.

ఇంతకుముందు చర్చించినట్లుగా, తక్కువ పౌన frequency పున్యంలో లేదా DC లో, కెపాసిటర్ ఒక నిరోధక ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది చివరికి అభిప్రాయాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ సంతృప్తమవుతుంది. అటువంటి సందర్భంలో, కెపాసిటర్‌తో సమాంతరంగా ఒక రెసిస్టర్ అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. ఈ అదనపు నిరోధకం చూడు మార్గాన్ని అందిస్తుంది.

పై చిత్రంలో, కెపాసిటర్ C1 తో సమాంతరంగా అదనపు రెసిస్టర్ R2 అనుసంధానించబడి ఉంది. అవుట్పుట్ సైన్ వేవ్ 90 డిగ్రీల దశలో ఉంది.

సర్క్యూట్ యొక్క మూలలో పౌన frequency పున్యం ఉంటుంది

Fc = 1 / 2πCR2

మరియు మొత్తం DC లాభం ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు -

లాభం = -ఆర్ 2 / ఆర్ 1

ఇంటిగ్రేటర్ ఇన్పుట్ కోసం సైన్ తరంగాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి సైన్ వేవ్ జెనరేటర్ సర్క్యూట్ ఉపయోగించవచ్చు.

త్రిభుజాకార వేవ్ ఇన్‌పుట్‌పై Op-amp ఇంటిగ్రేటర్ బిహేవియర్

త్రిభుజాకార తరంగ ఇన్పుట్లో, op-amp మళ్ళీ సైనూసోయిడల్ తరంగాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది. యాంప్లిఫైయర్ తక్కువ పాస్ ఫిల్టర్‌గా పనిచేస్తున్నందున, హై-ఫ్రీక్వెన్సీ హార్మోనిక్స్ బాగా తగ్గుతాయి. అవుట్పుట్ సైన్ వేవ్ తక్కువ-ఫ్రీక్వెన్సీ హార్మోనిక్స్ మాత్రమే కలిగి ఉంటుంది మరియు అవుట్పుట్ తక్కువ వ్యాప్తి కలిగి ఉంటుంది.

Op-amp ఇంటిగ్రేటర్ యొక్క అనువర్తనాలు

1. ఇంటిగ్రేటర్ ఇన్స్ట్రుమెంటేషన్ యొక్క ఒక ముఖ్యమైన భాగం మరియు దీనిని రాంప్ తరం లో ఉపయోగిస్తారు.
2. ఫంక్షన్ జనరేటర్‌లో, త్రిభుజాకార తరంగాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ ఉపయోగించబడుతుంది.
3. వేరొక రకమైన ఛార్జ్ యాంప్లిఫైయర్ వంటి వేవ్ షేపింగ్ సర్క్యూట్లో ఇంటిగ్రేటర్ ఉపయోగించబడుతుంది.
4. ఇది అనలాగ్ కంప్యూటర్లలో ఉపయోగించబడుతుంది, ఇక్కడ అనలాగ్ సర్క్యూట్ ఉపయోగించి ఇంటిగ్రేషన్ అవసరం.
5. ఇంటిగ్రేటర్ సర్క్యూట్ డిజిటల్ కన్వర్టర్‌కు అనలాగ్‌లో కూడా విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.
6. ఉపయోగకరమైన ఫలితాలను పునరుత్పత్తి చేయడానికి వేర్వేరు సెన్సార్లు కూడా ఇంటిగ్రేటర్‌ను ఉపయోగిస్తాయి.