आवृत्ति प्रतिकरण

इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरिंग में, आवृत्ति मुआवजा एम्पलीफायरों में इस्तेमाल की जाने वाली तकनीक है, और विशेष रूप से नकारात्मक प्रतिक्रिया वाले एम्पलीफायरों में। इसके आम तौर पर दो प्राथमिक लक्ष्य होते हैं: सकारात्मक प्रतिक्रिया के अनजाने निर्माण से बचने के लिए, जो एम्पलीफायर को इलेक्ट्रॉनिक कंपन का कारण बनता है, और एम्पलीफायर के चरण प्रतिक्रिया में ओवरशूट (संकेत)  और  बज रहा है (संकेत)  को नियंत्रित करने के लिए। सिंगल पोल (जटिल विश्लेषण) सिस्टम के बैंडविड्थ (सिग्नल प्रोसेसिंग) को बेहतर बनाने के लिए भी इसका व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

स्पष्टीकरण
अधिकांश एम्पलीफायर अन्य वांछनीय गुणों के लिए अदला - बदली ़  लाभ (इलेक्ट्रॉनिक्स)  के लिए नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं, जैसे कि विरूपण में कमी, शोर में कमी में सुधार या तापमान जैसे मापदंडों की भिन्नता में वृद्धि। आदर्श रूप से, एक एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया की चरण (तरंगें) विशेषता रैखिक होगी; हालाँकि, डिवाइस की सीमाएँ इस लक्ष्य को भौतिक रूप से अप्राप्य बनाती हैं। अधिक विशेष रूप से, एम्पलीफायर के लाभ चरणों के भीतर कैपेसिटेंस उनके द्वारा बनाए गए प्रत्येक ध्रुव (जटिल विश्लेषण) के लिए इनपुट सिग्नल के पीछे 90 डिग्री तक आउटपुट सिग्नल का कारण बनता है। यदि इन फेज लैग्स का योग 360° तक पहुंच जाता है, तो आउटपुट सिग्नल इनपुट सिग्नल के फेज में होगा। इस आउटपुट सिग्नल के किसी भी हिस्से को इनपुट में वापस फीड करना जब एम्पलीफायर का लाभ पर्याप्त होता है, तो एम्पलीफायर दोलन करेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि फीडबैक सिग्नल इनपुट सिग्नल को सुदृढ़ करेगा। यानी प्रतिक्रिया नकारात्मक के बजाय सकारात्मक है।

इस परिणाम से बचने के लिए आवृत्ति मुआवजा लागू किया जाता है।

आवृत्ति मुआवजे का एक अन्य लक्ष्य एक एम्पलीफायर सर्किट की चरण प्रतिक्रिया को नियंत्रित करना है जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है। उदाहरण के लिए, यदि वोल्टेज में एक कदम वोल्टेज एम्पलीफायर के लिए इनपुट है, तो आदर्श रूप से आउटपुट वोल्टेज में एक कदम होगा। हालाँकि, एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया के कारण आउटपुट आदर्श नहीं है, और रिंगिंग (सिग्नल) होता है। योग्यता के कई आंकड़े चरण प्रतिक्रिया की पर्याप्तता का वर्णन करने के लिए आम उपयोग में हैं। एक आउटपुट का उदय समय है, जो आदर्श रूप से छोटा होगा। एक सेकंड वह समय है जब आउटपुट अपने अंतिम मूल्य में लॉक हो जाता है, जो फिर से छोटा होना चाहिए। अंतिम मूल्य पर इस लॉक-इन तक पहुंचने में सफलता को ओवरशूट (सिग्नल) (कितनी दूर प्रतिक्रिया अंतिम मूल्य से अधिक है) और व्यवस्थित समय (आउटपुट अपने अंतिम मूल्य के आगे और पीछे कितनी देर तक झूलता है) द्वारा वर्णित किया गया है। कदम प्रतिक्रिया के ये विभिन्न उपाय आमतौर पर एक दूसरे के साथ संघर्ष करते हैं, अनुकूलन विधियों की आवश्यकता होती है।

चरण प्रतिक्रिया को अनुकूलित करने के लिए फ़्रीक्वेंसी कंपंसेशन लागू किया गया है, पोल का बंटवारा एक तरीका है

परिचालन प्रवर्धकों में प्रयोग करें
क्योंकि परिचालन एम्पलीफायर इतने सर्वव्यापी हैं और प्रतिक्रिया के साथ उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, निम्नलिखित चर्चा इन उपकरणों के आवृत्ति मुआवजे तक ही सीमित होगी।

यह उम्मीद की जानी चाहिए कि सबसे सरल परिचालन एम्पलीफायरों के आउटपुट में भी कम से कम दो ध्रुव होंगे। इसका एक परिणाम यह है कि कुछ महत्वपूर्ण आवृत्ति पर, एम्पलीफायर के आउटपुट का चरण = -180° इसके इनपुट सिग्नल के चरण की तुलना में। यदि इस महत्वपूर्ण आवृत्ति पर एक या अधिक का लाभ होता है तो एम्पलीफायर दोलन करेगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि (ए) फीडबैक एक इनवर्टिंग इनपुट के उपयोग के माध्यम से कार्यान्वित किया जाता है जो आउटपुट चरण में अतिरिक्त -180° जोड़ता है जिससे कुल फेज शिफ्ट -360° हो जाता है और (बी) लाभ दोलन को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है।

इसका एक अधिक सटीक कथन निम्नलिखित है: एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर उस आवृत्ति पर दोलन करेगा जिस पर उसका इलेक्ट्रॉनिक फीडबैक लूप लाभ उसके इलेक्ट्रॉनिक फीडबैक लूप लाभ के बराबर होता है, यदि उस आवृत्ति पर,


 * # एम्पलीफायर का ओपन लूप गेन ≥ 1 और है
 * खुले लूप सिग्नल के चरण और बंद लूप आउटपुट बनाने वाले नेटवर्क की चरण प्रतिक्रिया के बीच का अंतर = -180°। गणितीय रूप से: $$\Phi_{OL} - \Phi_{CLnet} = -180^\circ$$

अभ्यास
आवृत्ति मुआवजा एम्पलीफायर के ओपन लूप आउटपुट या इसके फीडबैक नेटवर्क, या दोनों के लाभ और चरण विशेषताओं को संशोधित करके लागू किया जाता है, ताकि दोलन की स्थिति से बचा जा सके। यह आमतौर पर प्रतिरोध-समाई नेटवर्क के आंतरिक या बाहरी उपयोग द्वारा किया जाता है।

प्रमुख-पोल मुआवजा
सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि को प्रमुख-ध्रुव क्षतिपूर्ति कहा जाता है, जो अंतराल क्षतिपूर्ति का एक रूप है। यह एक बाहरी मुआवजा तकनीक है और इसका उपयोग अपेक्षाकृत कम बंद लूप लाभ के लिए किया जाता है। ओपन-लूप प्रतिक्रिया में एक उपयुक्त कम आवृत्ति पर रखा गया एक पोल एम्पलीफायर के लाभ को एक (0 डेसिबल) तक कम कर देता है, जो आवृत्ति के लिए अगले उच्चतम आवृत्ति पोल के स्थान पर या उसके ठीक नीचे होता है। सबसे कम आवृत्ति वाले ध्रुव को प्रमुख ध्रुव कहा जाता है क्योंकि यह उच्च आवृत्ति वाले सभी ध्रुवों के प्रभाव पर हावी होता है। नतीजा यह है कि ओपन लूप आउटपुट फेज और प्रतिक्रिया नेटवर्क के फेज रिस्पांस के बीच का अंतर कभी भी -180 डिग्री से नीचे नहीं गिरता है, जबकि एम्पलीफायर में एक या अधिक का लाभ होता है, जिससे स्थिरता सुनिश्चित होती है।

प्रमुख-ध्रुव मुआवजा सामान्य प्रयोजन परिचालन एम्पलीफायरों के लिए चरण में एक एकीकृत समाई जोड़कर लागू किया जा सकता है जो एम्पलीफायर के लाभ का बड़ा हिस्सा प्रदान करता है। यह कैपेसिटर एक पोल बनाता है जो आवृत्ति पर एक (0 डीबी) के लाभ को कम करने के लिए पर्याप्त कम आवृत्ति पर सेट होता है या उस आवृत्ति के ठीक नीचे होता है जहां आवृत्ति में अगला उच्चतम ध्रुव स्थित होता है। परिणाम अभी भी उच्च ध्रुवों की निकटता के आधार पर ≈ 45° का एक बोड_प्लॉट#लाभ_मार्जिन_और_चरण_मार्जिन है। यह मार्जिन सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले फीडबैक कॉन्फ़िगरेशन में दोलन को रोकने के लिए पर्याप्त है। इसके अलावा, प्रमुख-ध्रुव मुआवजा एम्पलीफायर कदम प्रतिक्रिया में ओवरशूट (सिग्नल) और रिंगिंग (सिग्नल) के नियंत्रण की अनुमति देता है, जो स्थिरता की सरल आवश्यकता से अधिक मांग वाली आवश्यकता हो सकती है।

यह मुआवजा विधि नीचे वर्णित है: होने देना $$A$$ ओपन-लूप कॉन्फ़िगरेशन में ऑप amp का गैर-क्षतिपूर्ति हस्तांतरण कार्य हो जो इसके द्वारा दिया गया है:

$$A(s) = A_{OL}\cdot \frac{1}{1+\frac{s}{\omega_1}} \cdot \frac{1}{1+\frac{s}{\omega_2}} \cdot \frac{1}{1+\frac{s}{\omega_3}}= A_{OL}\cdot \frac{\omega_1\omega_2\omega_3}{(s+\omega1)(s+\omega_2)(s+\omega_3)}$$ कहाँ $$A_{OL}$$ Op-Amp का ओपन-लूप लाभ  है और $$\omega_1$$, $$\omega_2$$, और $$\omega_3$$ कोणीय आवृत्ति हैं जिस पर लाभ कार्य करता है $$A(s)$$ क्रमशः -20dB, -40dB और -60dB द्वारा रोल ऑफ होता है।

इस प्रकार, मुआवजे के लिए, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, Op-Amp के साथ श्रृंखला में एक RC नेटवर्क जोड़कर एक प्रमुख ध्रुव का परिचय दें। क्षतिपूर्ति खुले लूप Op-Amp सर्किट का स्थानांतरण कार्य निम्न द्वारा दिया गया है: जहां चd < च1 < च2 < च3 क्षतिपूर्ति धारिता C को इस प्रकार चुना जाता है कि fd < च1. इसलिए, एक प्रमुख ध्रुव की आवृत्ति प्रतिक्रिया ओपन लूप Op-Amp सर्किट की भरपाई करती है, f से एकसमान लाभ रोल ऑफ दिखाती हैd और f पर 0 हो जाता है1 जैसा कि ग्राफ में दिखाया गया है। प्रमुख पोल मुआवजे के लाभ हैं: 1. यह सरल और प्रभावी है। 2. शोर प्रतिरोधक क्षमता में सुधार होता है क्योंकि बैंडविड्थ के बाहर शोर आवृत्ति घटक समाप्त हो जाते हैं।

हालांकि सरल और प्रभावी, इस तरह के रूढ़िवादी प्रमुख ध्रुव मुआवजे में दो कमियां हैं:
 * 1) यह एम्पलीफायर की बैंडविड्थ को कम करता है, जिससे उच्च आवृत्तियों पर उपलब्ध ओपन लूप गेन कम हो जाता है। यह बदले में, विरूपण सुधार आदि के लिए उच्च आवृत्तियों पर उपलब्ध फीडबैक की मात्रा को कम करता है।
 * 2) यह एम्पलीफायर के कई दर को कम करता है। यह कमी उस समय से उत्पन्न होती है जब क्षतिपूर्ति संधारित्र को चार्ज करने के लिए मुआवजा चरण को चलाने के लिए परिमित धारा लगती है। परिणाम उच्च आयाम को पुन: उत्पन्न करने के लिए एम्पलीफायर की अक्षमता है, तेजी से बदलते संकेतों को सटीक रूप से।

अक्सर, प्रमुख-ध्रुव मुआवजे के कार्यान्वयन के परिणामस्वरूप ध्रुव विभाजन की घटना होती है। इसका परिणाम यह होता है कि असम्बद्ध प्रवर्धक का निम्नतम आवृत्ति ध्रुव प्रमुख ध्रुव बनने के लिए और भी कम आवृत्ति की ओर बढ़ता है, और असम्बद्ध प्रवर्धक का उच्च-आवृत्ति ध्रुव उच्च आवृत्ति की ओर बढ़ता है। इन कमियों को दूर करने के लिए 'पोल ज़ीरो कंपनसेशन' का प्रयोग किया जाता है।

अन्य तरीके
कुछ अन्य मुआवजा विधियां हैं: लीड मुआवजा, लीड-लैग मुआवजा और फीड-फॉरवर्ड मुआवजा।


 * सीसा मुआवजा। जबकि प्रमुख पोल मुआवजा खुले लूप प्रतिक्रिया में ध्रुवों को रखता है या स्थानांतरित करता है, लीड मुआवजा शून्य रखता है मौजूदा पोल में से किसी एक को रद्द करने के लिए ओपन लूप प्रतिक्रिया में।


 * लीड-लैग कम्पेसाटर|लीड-लैग कॉम्पेन्सेटर ओपन लूप प्रतिक्रिया में शून्य और पोल दोनों को रखता है, पोल आमतौर पर एक से कम के ओपन लूप गेन पर होता है।


 * फीड-फॉरवर्ड या मिलर प्रभाव  मुआवजा उच्च आवृत्तियों पर एम्पलीफायर में एक चरण को बायपास करने के लिए एक संधारित्र का उपयोग करता है, जिससे चरण द्वारा बनाए गए ध्रुव को समाप्त कर दिया जाता है।

इन तीन तरीकों का उद्देश्य एम्पलीफायर बंद लूप स्थिरता को बनाए रखते हुए अधिक से अधिक ओपन लूप बैंडविड्थ की अनुमति देना है। वे अक्सर उच्च लाभ, व्यापक बैंडविड्थ एम्पलीफायरों की भरपाई के लिए उपयोग किए जाते हैं।

यह भी देखें

 * ध्रुव विभाजन
 * बोडे प्लॉट
 * नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर
 * कदम की प्रतिक्रिया

श्रेणी:इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन