संक्रियात्मक प्रवर्धक (ऑपरेशनल एंप्लीफायर)

ऑपरेशनल एंप्लीफायर

एक μA741 एकीकृत सर्किट, सबसे सफल परिचालन एम्पलीफायरों में से एक
प्रकार	Discrete circuit Integrated circuit
आविष्कार किया	कार्ल डी. स्वार्ट्ज़ेल जूनियर
First production	1967
Pin configuration	V+: गैर-इनवर्टिंग इनपुट V−: इनवर्टिंग इनपुट Vout: आउटपुट VS+:सकारात्मक बिजली की आपूर्ति VS−: नकारात्मक बिजली की आपूर्ति
Electronic symbol
एक op amp के लिए सर्किट आरेख प्रतीक। पिन को ऊपर सूचीबद्ध के रूप में लेबल किया गया है।

एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर (संक्षिप्त में op amp या opamp) एक DC-युग्मित उच्च-लाभ वाले इलेक्ट्रॉनिक वोल्टेज एम्पलीफायर है जिसमें एक अंतर इनपुट होता है और आमतौर पर, एक सिंगल-एंड आउटपुट होता है। इस विन्यास में, एक op amp एक आउटपुट क्षमता (सर्किट ग्राउंड के सापेक्ष) का उत्पादन करता है जो आमतौर पर अपने इनपुट टर्मिनलों के बीच संभावित अंतर से 100,000 गुना बड़ा होता है। ऑपरेशनल एम्पलीफायरों की उत्पत्ति एनालॉग कंप्यूटरों में हुई थी, जहां उनका उपयोग रैखिक, गैर-रैखिक और आवृत्ति-निर्भर सर्किट में गणितीय संचालन करने के लिए किया गया था।

एनालॉग सर्किट में एक बिल्डिंग ब्लॉक के रूप में op amp की लोकप्रियता इसकी बहुमुखी प्रतिभा के कारण है। नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करके, एक op-amp सर्किट, इसके लाभ, इनपुट और आउटपुट प्रतिबाधा( आउटपुट इम्पीडेन्स), बैंडविड्थ आदि की विशेषताओं को बाहरी घटकों द्वारा निर्धारित किया जाता है और op amp में तापमान गुणांक या इंजीनियरिंग सहिष्णुता(इंजीनियरिंग टॉलरेंस) पर बहुत कम निर्भरता होती है।

op amps का उपयोग आज इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में व्यापक रूप से किया जाता है, जिसमें उपभोक्ता, औद्योगिक और वैज्ञानिक उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है। कई मानक IC op amps की लागत केवल कुछ सेंट होती है; हालांकि, विशेष प्रदर्शन विनिर्देशों के साथ कुछ एकीकृत या हाइब्रिड परिचालन एम्पलीफायरों की लागत US$100 हो सकती है। op amps को घटकों के रूप में पैक किया जा सकता है या अधिक जटिल एकीकृत सर्किट के तत्वों के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

op amp एक प्रकार का अंतर एम्पलीफायर है। अन्य प्रकार के अंतर एम्पलीफायर में पूरी तरह से अंतर एम्पलीफायर (op amp के समान, लेकिन दो आउटपुट के साथ), इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर (आमतौर पर तीन op amps से निर्मित), आइसोलेशन एम्पलीफायर (इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर के समान लेकिन सिंगल कॉमन-मोड वोल्टेज के प्रति टॉलरेंस के साथ जो एक साधारण op amp को नष्ट कर सकता है), और नेगेटिव-फीडबैक एम्पलीफायर (आमतौर पर एक या एक से अधिक op amps और एक प्रतिरोधक प्रतिक्रिया नेटवर्क से निर्मित)।

ऑपरेशन

नकारात्मक प्रतिक्रिया के बिना एक op amp (एक तुलनित्र)

एम्पलीफायर के अंतर इनपुट में एक गैर-इनवर्टिंग इनपुट (+) वोल्टेज V₊ के साथ होता है और एक इनवर्टिंग इनपुट (−) वोल्टेज V₋ के साथ; आदर्श रूप से op amp दोनों के बीच वोल्टेज में केवल अंतर को बढ़ाता है, जिसे विभेदक इनपुट वोल्टेज कहा जाता है। op amp V_out का आउटपुट वोल्टेज समीकरण द्वारा दिया गया है

$V_{\text{out}}=A_{\text{OL}}(V_{+}-V_{-}),$

जहाँ A_OL एम्पलीफायर का ओपन-लूप गेन है ("ओपन-लूप" शब्द आउटपुट से इनपुट तक एक बाहरी प्रतिक्रिया लूप की अनुपस्थिति को संदर्भित करता है)।

ओपन-लूप एम्पलीफायर

A_OL का परिमाण आम तौर पर बहुत बड़ा है (एकीकृत सर्किट op amps के लिए 100,000 या अधिक), और इसलिए V₊ और V₋ बीच भी एक छोटा सा अंतर एम्पलीफायर को क्लिपिंग या संतृप्ति में ले जाता है। A_OL की परिमाण विनिर्माण प्रक्रिया द्वारा अच्छी तरह से नियंत्रित नहीं होता है, और इसलिए यह एक स्टैंड-अलोन अंतर एम्पलीफायर के रूप में एक ओपन-लूप एम्पलीफायर का उपयोग करना अव्यावहारिक है।

बिना नकारात्मक प्रतिक्रिया, और उत्थान के लिए वैकल्पिक रूप से सकारात्मक प्रतिक्रिया, एक op amp एक तुलनित्र(कॉम्पटर) के रूप में कार्य करता है। यदि इनवर्टिंग इनपुट जमीन (0 V) पर आयोजित किया जाता है, और गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर लागू इनपुट वोल्टेज V _in सकारात्मक है, तो आउटपुट अधिकतम सकारात्मक होगा; यदि V _in ऋणात्मक है, तो आउटपुट अधिकतम ऋणात्मक होगा। क्योंकि आउटपुट से किसी भी इनपुट पर कोई प्रतिक्रिया नहीं है, यह एक ओपन-लूप सर्किट है जो एक तुलनित्र के रूप में कार्य करता है।

बंद-लूप/ क्लोज्ड-लूप एम्पलीफायर

नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ एक op amp (एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर)

यदि अनुमानित ऑपरेशन वांछित है, तो इनवर्टिंग इनपुट पर आउटपुट वोल्टेज के एक हिस्से को लागू करके, नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है। बंद-लूप प्रतिक्रिया सर्किट के लाभ को बहुत कम करती है। जब नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है, तो सर्किट के समग्र लाभ और प्रतिक्रिया को मुख्य रूप से फीडबैक नेटवर्क द्वारा निर्धारित किया जाता है, बजाय op-amp विशेषताओं के। यदि फीडबैक नेटवर्क op amp के इनपुट प्रतिबाधा के सापेक्ष छोटे मूल्यों के साथ घटकों से बना है, तो op amp के ओपन-लूप प्रतिक्रिया का मूल्य A_OL सर्किट के प्रदर्शन को गंभीरता से प्रभावित नहीं करता है। इस संदर्भ में, इनपुट टर्मिनलों पर उच्च इनपुट प्रतिबाधा और आउटपुट टर्मिनलों पर कम आउटपुट प्रतिबाधा एक op amp की विशेष रूप से उपयोगी विशेषताएं हैं।

इनपुट, आउटपुट और फीडबैक सर्किट के साथ op-amp सर्किट की प्रतिक्रिया को एक ट्रांसफर फ़ंक्शन द्वारा गणितीय रूप से चित्रित किया जाता है; एक वांछित ट्रांसफर फंक्शन के लिए एक op-amps सर्किट को डिजाइन करना इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के दायरे में है। ट्रांसफर फ़ंक्शन op amp के अधिकांश अनुप्रयोगों में महत्वपूर्ण हैं, जैसे कि एनालॉग कंप्यूटर में।

गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर में दाईं ओर, वोल्टेज डिवाइडर के माध्यम से नकारात्मक प्रतिक्रिया की उपस्थिति R_f , R_g बंद-लूप लाभ A_CL = V_out / V_in. को निर्धारित करता है। संतुलन स्थापित होगा यदि V_out इनवर्टिंग इनपुट को V_in के समान वोल्टेज में खींचने के लिए पर्याप्त हो । इस प्रकार पूरे सर्किट का वोल्टेज लाभ 1 + R _f / R _g है । एक साधारण उदाहरण के रूप में, यदि V_in  = 1 V और R_f  = R_g , V_out 2 V होगा, ठीक वही राशि जो V_- को 1 V पर रखने के लिए आवश्यक है । R _f , R _g नेटवर्क द्वारा प्रदान की गई प्रतिक्रिया के कारण , यह एक क्लोज्ड-लूप सर्किट है।

इस सर्किट का विश्लेषण करने का एक और तरीका निम्नलिखित (आमतौर पर मान्य) मान्यताओं को बनाकर:

1. जब एक op amp रैखिक (यानी, संतृप्त नहीं) मोड में संचालित होता है, तो गैर-इनवर्टिंग (+) और इनवर्टिंग (−) पिन के बीच वोल्टेज में अंतर नगण्य होता है।
2. (+) और (−) पिन का इनपुट प्रतिबाधा सर्किट में अन्य प्रतिरोधों की तुलना में बहुत बड़ा है।

इनपुट सिग्नल V_in दोनों (+) और (−) पिन प्रति धारणा 1 पर दिखाई देता है, जिसके परिणामस्वरूप करंट i R_g के माध्यम से V_in / R_g के बराबर होगी:

$$i={\frac {V_{\text{in}}}{R_{\text{g}}}}$$

चूंकि किरचॉफ के करंट लॉ में कहा गया है कि एक करंट को नोड को छोड़ना होगा जैसे वह प्रवेश किया था, और चूंकि (-) पिन में प्रतिबाधा प्रति धारणा 2 अनंत के करीब है, हम व्यावहारिक रूप से मान सकते हैं कि सभी एक ही करंट i, R_f के माध्यम से बहता है, जो एक आउटपुट वोल्टेज बनाता है

$$V_{\text{out}}=V_{\text{in}}+iR_{\text{f}}=V_{\text{in}}+\left({\frac {V_{\text{in}}}{R_{\text{g}}}}R_{\text{f}}\right)=V_{\text{in}}+{\frac {V_{\text{in}}R_{\text{f}}}{R_{\text{g}}}}=V_{\text{in}}\left(1+{\frac {R_{\text{f}}}{R_{\text{g}}}}\right)$$

शर्तों के संयोजन से, हम बंद-लूप लाभ A_CLको निर्धारित करते हैं:

$$A_{\text{CL}}={\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}=1+{\frac {R_{\text{f}}}{R_{\text{g}}}}$$

op-amp विशेषताएँ

आदर्श op amps

एक परिचालन एम्पलीफायर का एक समान सर्किट जो कुछ प्रतिरोधक गैर-आदर्श मापदंडों को मॉडल करता है।

एक आदर्श op amp को आमतौर पर निम्नलिखित विशेषताओं वाला माना जाता है:

• अनंत ओपन-लूप लाभ g = v_out / V_in
• अनंत इनपुट प्रतिबाधा R_in, और इसलिए शून्य इनपुट करंट
• शून्य इनपुट ऑफसेट वोल्टेज
• अनंत आउटपुट वोल्टेज रेंज
• शून्य चरण शिफ्ट और अनंत स्लीव दर के साथ अनंत बैंडविड्थ
• शून्य आउटपुट प्रतिबाधा R_out, और इसलिए अनंत आउटपुट करंट सीमा
• शून्य शोर
• अनंत सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात (CMRR)
• अनंत बिजली आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात।

इन आदर्शों को दो गोल्डन रूल्स द्वारा संक्षेपित किया जा सकता है:

1. एक बंद लूप में आउटपुट इनपुट के बीच वोल्टेज अंतर को शून्य करने के लिए जो कुछ भी आवश्यक है वह करने का प्रयास करता है।
2. इनपुट कोई करंट नहीं बनाते हैं।

पहला नियम केवल सामान्य मामले में लागू होता है जहां op amp का उपयोग एक बंद-लूप डिज़ाइन में किया जाता है (नकारात्मक प्रतिक्रिया, जहां किसी प्रकार का सिग्नल पथ आउटपुट से इनवर्टिंग इनपुट में वापस फीडिंग होता है)। इन नियमों का उपयोग आमतौर पर op-amp सर्किट के विश्लेषण या डिजाइन करने के लिए एक अच्छे पहले सन्निकटन के रूप में किया जाता है। इन आदर्शों में से कोई भी पूरी तरह से महसूस नहीं किया जा सकता है। एक वास्तविक op amp को op-amp मॉडल में समकक्ष प्रतिरोधों और कैपेसिटर का उपयोग करके गैर-इनफिनाइट या गैर-शून्य मापदंडों के साथ मॉडल किया जा सकता है।डिजाइनर तब इन प्रभावों को अंतिम सर्किट के समग्र प्रदर्शन में शामिल कर सकता है।कुछ पैरामीटर अंतिम डिजाइन पर नगण्य प्रभाव डाल सकते हैं, जबकि अन्य अंतिम प्रदर्शन की वास्तविक सीमाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं जिनका मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

असली op amps

रियल op amps विभिन्न पहलुओं में आदर्श मॉडल से भिन्न होते हैं।

परिमित लाभ

ओपन-लूप लाभ आदर्श परिचालन एम्पलीफायर में अनंत है, लेकिन वास्तविक परिचालन एम्पलीफायरों में परिमित है। विशिष्ट उपकरण 100,000 से अधिक के ओपन-लूप डीसी लाभ का प्रदर्शन करते हैं। जब तक लूप लाभ (यानी, ओपन-लूप और फीडबैक लाभ का उत्पाद) बहुत बड़ा है, तब तक बंद-लूप लाभ पूरी तरह से नकारात्मक प्रतिक्रिया की मात्रा से निर्धारित किया जाएगा (यानी, यह ओपन-लूप लाभ से स्वतंत्र होगा )। उन अनुप्रयोगों में जहां बंद-लूप लाभ बहुत अधिक होना चाहिए, प्रतिक्रिया लाभ बहुत कम होगा और इन मामलों में कम लूप लाभ सर्किट से गैर-आदर्श व्यवहार का कारण बनता है।

गैर-शून्य आउटपुट प्रतिबाधा

कम आउटपुट प्रतिबाधा कम-प्रतिबाधा भार के लिए महत्वपूर्ण है; इन भारों के लिए, आउटपुट प्रतिबाधा में वोल्टेज ड्रॉप प्रभावी रूप से ओपन-लूप लाभ को कम करता है। वोल्टेज-सेंसिंग नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ कॉन्फ़िगरेशन में, एम्पलीफायर के आउटपुट प्रतिबाधा को प्रभावी रूप से कम किया जाता है; इस प्रकार, रैखिक अनुप्रयोगों में, op amp सर्किट आमतौर पर एक बहुत कम आउटपुट प्रतिबाधा प्रदर्शित करते हैं।

कम-प्रतिबाधा आउटपुट में आमतौर पर आउटपुट चरण में उच्च क्विज़ेन्ट (यानी, निष्क्रिय) वर्तमान की आवश्यकता होती है और यह अधिक शक्ति को भंग कर देगा, इसलिए कम-शक्ति वाले डिज़ाइन जानबूझकर कम आउटपुट प्रतिबाधा का त्याग कर सकते हैं।

परिमित इनपुट प्रतिबाधा

परिचालन एम्पलीफायर के अंतर इनपुट प्रतिबाधा को इसके दो इनपुट के बीच प्रतिबाधा के रूप में परिभाषित किया गया है; सामान्य-मोड इनपुट प्रतिबाधा प्रत्येक इनपुट से जमीन पर प्रतिबाधा है। MOSFET- इनपुट ऑपरेशनल एम्पलीफायरों में अक्सर सुरक्षा सर्किट होते हैं जो प्रभावी रूप से किसी भी इनपुट अंतर को एक छोटी सीमा से अधिक शॉर्ट सर्किट करते हैं, इसलिए इनपुट प्रतिबाधा कुछ परीक्षणों में बहुत कम दिखाई दे सकता है। हालांकि, जब तक इन परिचालन एम्पलीफायरों का उपयोग एक विशिष्ट उच्च-लाभ नकारात्मक प्रतिक्रिया अनुप्रयोग में किया जाता है, तब तक ये सुरक्षा सर्किट निष्क्रिय हो जाएंगे। नीचे वर्णित इनपुट पूर्वाग्रह और रिसाव धाराएं विशिष्ट परिचालन एम्पलीफायर अनुप्रयोगों के लिए एक अधिक महत्वपूर्ण डिजाइन पैरामीटर हैं।

इनपुट समाई

परजीवी समाई के कारण अतिरिक्त इनपुट प्रतिबाधा उच्च आवृत्ति संचालन के लिए एक महत्वपूर्ण मुद्दा हो सकता है जहां यह इनपुट प्रतिबाधा को कम करता है और चरण बदलाव का कारण बन सकता है।

आगत बहाव

पूर्वाग्रह आवश्यकताओं या रिसाव के कारण, वर्तमान की एक छोटी राशि इनपुट में बहती है।जब उच्च आउटपुट प्रतिबाधा वाले उच्च प्रतिरोध या स्रोत सर्किट में उपयोग किए जाते हैं, तो ये छोटी धाराएं वोल्टेज बूंदों का उत्पादन कर सकती हैं।यदि इनपुट धाराओं का मिलान किया जाता है, और दोनों इनपुट से बाहर देखने वाले प्रतिबाधा का मिलान किया जाता है, तो प्रत्येक इनपुट पर उत्पादित वोल्टेज समान होंगे।क्योंकि परिचालन एम्पलीफायर अपने इनपुट के बीच अंतर पर काम करता है, इन मिलान किए गए वोल्टेज का कोई प्रभाव नहीं होगा। इनपुट धाराओं के लिए थोड़ा बेमेल होना अधिक सामान्य है।अंतर को इनपुट ऑफसेट करंट कहा जाता है, और यहां तक कि मिलान किए गए प्रतिरोधों के साथ एक छोटा ऑफसेट वोल्टेज (नीचे इनपुट ऑफसेट वोल्टेज से अलग) का उत्पादन किया जा सकता है।यह ऑफसेट वोल्टेज ऑपरेशनल एम्पलीफायर में ऑफ़सेट या ड्रिफ्टिंग बना सकता है।

निवेश समायोजन विद्युत संचालन शक्ति

यह वोल्टेज, जो कि आउटपुट वोल्टेज को शून्य पर चलाने के लिए ओपी एएमपी के इनपुट टर्मिनलों में आवश्यक है। सही एम्पलीफायर में, कोई इनपुट ऑफसेट वोल्टेज नहीं होगा।हालांकि, यह ओपी एम्प्स के अंतर एम्पलीफायर इनपुट चरण में खामियों के कारण मौजूद है।इनपुट ऑफसेट वोल्टेज दो समस्याएं पैदा करता है: सबसे पहले, एम्पलीफायर के उच्च वोल्टेज लाभ के कारण, यह वास्तव में आश्वस्त करता है कि एम्पलीफायर आउटपुट संतृप्ति में चला जाएगा यदि यह नकारात्मक प्रतिक्रिया के बिना संचालित होता है, तब भी जब इनपुट टर्मिनलों को एक साथ वायर्ड किया जाता है।दूसरा, एक बंद लूप में, नकारात्मक प्रतिक्रिया कॉन्फ़िगरेशन में, इनपुट ऑफसेट वोल्टेज को सिग्नल के साथ -साथ प्रवर्धित किया जाता है और यह एक समस्या पैदा कर सकता है यदि उच्च परिशुद्धता डीसी प्रवर्धन की आवश्यकता होती है या यदि इनपुट सिग्नल बहुत छोटा है।

कॉमन-मोड गेन

एक आदर्श परिचालन एम्पलीफायर अपने दो इनपुटों के बीच केवल वोल्टेज अंतर को बढ़ाता है, पूरी तरह से सभी वोल्टेज को अस्वीकार करता है जो दोनों के लिए सामान्य हैं। हालांकि, एक परिचालन एम्पलीफायर का विभेदक इनपुट चरण कभी भी सही नहीं होता है, जिससे इन सामान्य वोल्टेज के प्रवर्धन को कुछ हद तक बढ़ाया जाता है। इस दोष के मानक माप को कॉमन-मोड अस्वीकृति अनुपात (CMRR) कहा जाता है। सामान्य-मोड लाभ का न्यूनतमकरण नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर में महत्वपूर्ण है। गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायरों में जो उच्च लाभ पर काम करते हैं।

शक्ति-आपूर्ति अस्वीकृति

एक आदर्श परिचालन एम्पलीफायर का उत्पादन बिजली की आपूर्ति वोल्टेज में उतार -चढ़ाव से स्वतंत्र होगा। प्रत्येक वास्तविक परिचालन एम्पलीफायर में एक परिमित बिजली आपूर्ति अस्वीकृति अनुपात (PSRR) होता है जो दर्शाता है कि ओपी एएमपी अपने आपूर्ति वोल्टेज में परिवर्तन को कितनी अच्छी तरह से अस्वीकार कर सकता है।

तापमान प्रभाव

एम्पलीफायर का प्रदर्शन आमतौर पर तापमान में परिवर्तन के साथ, कुछ हद तक बदलता है। इनपुट ऑफसेट वोल्टेज का तापमान बहाव विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

बहाव

रियल ऑप-एम्प पैरामीटर समय के साथ धीमी गति से परिवर्तन के अधीन हैं और तापमान, इनपुट स्थितियों, आदि में परिवर्तन के साथ।

परिमित बैंडविड्थ

सभी एम्पलीफायरों में परिमित बैंडविड्थ है। पहले सन्निकटन के लिए, ओपी amp में लाभ के साथ एक इंटीग्रेटर की आवृत्ति प्रतिक्रिया होती है। यही है, एक विशिष्ट ऑप amp का लाभ आवृत्ति के विपरीत आनुपातिक है और इसके लाभ - बैंडविड्थ उत्पाद (GBWP) की विशेषता है। उदाहरण के लिए, 1 mHz के GBWP के साथ एक op amp; 200 kHz पर 5 का लाभ होगा, और 1 MHz पर 1 का लाभ होगा। op amp के बहुत उच्च डीसी लाभ के साथ युग्मित इस गतिशील प्रतिक्रिया से यह डीसी लाभ द्वारा विभाजित GBWP द्वारा दी गई बहुत अधिक डीसी लाभ और कम कटऑफ आवृत्ति के साथ पहले-क्रम कम-पास फिल्टर की विशेषताएं देता है।

एक op amp की परिमित बैंडविड्थ कई समस्याओं का स्रोत हो सकती है, जिसमें शामिल हैं:

स्थिरता

बैंडविड्थ सीमा के साथ संबद्ध इनपुट सिग्नल और एम्पलीफायर आउटपुट के बीच एक चरण अंतर है जो कुछ फीडबैक सर्किट में दोलन का कारण बन सकता है। उदाहरण के लिए, एक साइनसॉइडल आउटपुट सिग्नल का मतलब उसी आवृत्ति के इनपुट सिग्नल के साथ विनाशकारी रूप से हस्तक्षेप करना है, अगर सकारात्मक प्रतिक्रिया बनाने में 180 डिग्री की देरी हो तो रचनात्मक रूप से हस्तक्षेप करेगा । इन मामलों में, आवृत्ति मुआवजे के माध्यम से फीडबैक सर्किट को स्थिर किया जा सकता है , जिससे लाभ या चरण मार्जिन बढ़ जाता हैओपन-लूप सर्किट का। सर्किट डिजाइनर इस मुआवजे को एक अलग सर्किट घटक के साथ बाहरी रूप से लागू कर सकता है। वैकल्पिक रूप से, मुआवजे को एक प्रमुख ध्रुव के अतिरिक्त परिचालन एम्पलीफायर के भीतर लागू किया जा सकता हैजो परिचालन एम्पलीफायर के उच्च आवृत्ति लाभ को पर्याप्त रूप से क्षीण करता है। इस पोल का स्थान निर्माता द्वारा आंतरिक रूप से तय किया जा सकता है या op amp के लिए विशिष्ट विधियों का उपयोग करके सर्किट डिजाइनर द्वारा कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, प्रमुख-पोल आवृत्ति मुआवजा op amp की बैंडविड्थ को और भी कम कर देता है। जब वांछित बंद-लूप लाभ अधिक होता है, तो op-amp आवृत्ति मुआवजे की अक्सर आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि अपेक्षित ओपन-लूप लाभ पर्याप्त रूप से कम होता है; नतीजतन, उच्च क्लोज्ड-लूप गेन वाले एप्लिकेशन उच्च बैंडविड्थ वाले op amps का उपयोग कर सकते हैं।

विरूपण, और अन्य प्रभाव

सीमित बैंडविड्थ के परिणामस्वरूप उच्च आवृत्तियों पर कम मात्रा में प्रतिक्रिया होती है, जिससे उच्च विरूपण होता है, और आवृत्ति बढ़ने पर आउटपुट प्रतिबाधा होती है।

विशिष्ट कम-लागत, सामान्य-उद्देश्य op amps कुछ मेगाहर्ट्ज़ के GBWP को प्रदर्शित करते हैं। विशेषता और उच्च गति वाले ऑप एम्प्स मौजूद हैं जो सैकड़ों मेगाहर्ट्ज़ का GBWP प्राप्त कर सकते हैं। बहुत उच्च आवृत्ति सर्किट के लिए, एक वर्तमान-प्रतिक्रिया परिचालन एम्पलीफायर अक्सर उपयोग किया जाता है।

शोर

सिग्नल लागू न होने पर भी एम्पलीफायर शोर का उत्पादन करते हैं। यह डिवाइस के आंतरिक थर्मल शोर और झिलमिलाहट शोर के कारण हो सकता है। उच्च लाभ या उच्च बैंडविड्थ वाले अनुप्रयोगों के लिए, शोर एक महत्वपूर्ण विचार बन जाता है और प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए एक कम-शोर एम्पलीफायर की आवश्यकता हो सकती है।

शक्ति-आपूर्ति अस्वीकृति

बढ़ती आवृत्ति के साथ बिजली आपूर्ति अस्वीकृति आमतौर पर बदतर हो जाती है। इसलिए उच्च आवृत्ति तरंगों और संकेतों की आपूर्ति को साफ रखना महत्वपूर्ण हो सकता है, उदाहरण के लिए बाईपास कैपेसिटर के उपयोग से ।

गैर-रैखिक खामियां

एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर में एक संतृप्त op amp का इनपुट (पीला) और आउटपुट (हरा)

संतृप्ति

आउटपुट वोल्टेज बिजली आपूर्ति वोल्टेज के करीब एक न्यूनतम और अधिकतम मूल्य तक सीमित है। पुराने op amps का आउटपुट आपूर्ति रेल के एक या दो वोल्ट के भीतर तक पहुंच सकता है। तथाकथित रेल-टू-रेल op amps का उत्पादन कम आउटपुट धाराएं प्रदान करते समय आपूर्ति रेल के मिलीवोल्ट तक पहुंच सकता है।

स्लीविंग

एम्पलीफायर का आउटपुट वोल्टेज परिवर्तन की अधिकतम दर तक पहुंचता है, स्लीव दर , आमतौर पर वोल्ट प्रति माइक्रोसेकंड (V/μs) में निर्दिष्ट होता है। जब स्लीविंग होती है, तो इनपुट सिग्नल में और वृद्धि का आउटपुट के परिवर्तन की दर पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है। स्लीविंग आमतौर पर इनपुट चरण संतृप्ति के कारण होता है; परिणाम एक निरंतर करंट i है जो एम्पलीफायर में एक कैपेसिटेंस C चला रहा है (विशेषकर वे कैपेसिटेंस जो इसकी आवृत्ति कंपनसेशन को लागू करने के लिए उपयोग किए जाते हैं); स्लीव रेट DV/dt = i/C द्वारा सीमित है।

स्लीविंग एक op amp के बड़े-सिग्नल प्रदर्शन से जुड़ा है । उदाहरण के लिए, 10 के लाभ के लिए कॉन्फ़िगर किया गया एक op amp पर विचार करें। इनपुट को 1  V, 100 kHz सॉटूथ तरंग होने दें। अर्थात्, आयाम 1  V है और अवधि 10 माइक्रोसेकंड है। तदनुसार, इनपुट के परिवर्तन की दर (यानी, ढलान) 0.1 V प्रति माइक्रोसेकंड है। 10 × प्रवर्धन के बाद, आउटपुट 10  V, 100 किलोहर्ट्ज़ सॉटूथ होना चाहिए, जिसमें 1  V प्रति माइक्रोसेकंड की संबंधित स्लीव दर हो। हालांकि, क्लासिक 741 op amp में 0.5  V प्रति माइक्रोसेकंड स्लीव रेट विनिर्देश है, ताकि इसका आउटपुट  सॉटूथ की 10 माइक्रोसेकंड अवधि में 5 V से अधिक न हो। इस प्रकार, यदि कोई आउटपुट को मापता है, तो यह 5 V होगा, 100 किलोहर्ट्ज़ सॉटूथ, 10 V के बजाय  , 100 किलोहर्ट्ज़ सॉटूथ होगा।

इसके बाद एक ही एम्पलीफायर और 100 किलोहर्ट्ज़ सॉटूथ पर विचार करें, लेकिन अब इनपुट आयाम  1 V के बजाय 100 MV है  । 10 × प्रवर्धन के बाद आउटपुट 1  V, 100 किलोहर्ट्ज़ सॉटूथ है जिसमें 0.1  V प्रति माइक्रोसेकंड की संबंधित स्लीव दर है। इस उदाहरण में, 741 इसकी 0.5  V प्रति माइक्रोसेकंड स्लीव दर के साथ इनपुट को ठीक से बढ़ाएगा। आधुनिक हाई स्पीड op amps में 5,000  V प्रति माइक्रोसेकंड से अधिक की दर हो सकती है। हालाँकि, op amps के लिए 5-100  V प्रति माइक्रोसेकंड की सीमा में स्लीव रेट होना अधिक सामान्य है। उदाहरण के लिए, सामान्य प्रयोजन TL081 op amp में 13  V प्रति माइक्रोसेकंड की दर है। एक सामान्य नियम के रूप में, कम शक्ति और छोटे बैंडविड्थ op amps में कम स्लीव दरें होती हैं। एक उदाहरण के रूप में, LT1494 माइक्रोपावर op amp 1.5 माइक्रोएम्प की खपत करता है, लेकिन इसमें 2.7 kHz गेन-बैंडविड्थ उत्पाद और 0.001  V प्रति माइक्रोसेकंड स्लीव रेट है।

गैर - रैखिक इनपुट-आउटपुट संबंध

आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज के बीच अंतर के लिए सटीक आनुपातिक नहीं हो सकता है। इसे आमतौर पर विरूपण कहा जाता है जब इनपुट सिग्नल एक तरंग है। यह प्रभाव एक व्यावहारिक सर्किट में बहुत छोटा होगा जहां पर्याप्त नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है।

चरण उलट

कुछ एकीकृत op amps में, जब प्रकाशित सामान्य मोड वोल्टेज का उल्लंघन किया जाता है (उदाहरण के लिए, आपूर्ति वोल्टेज में से किसी एक इनपुट को संचालित किया जा रहा है), तो आउटपुट सामान्य ऑपरेशन में अपेक्षित अपेक्षा से विपरीत ध्रुवीयता में आ सकता है। ऐसी शर्तों के तहत, नकारात्मक प्रतिक्रिया सकारात्मक हो जाती है, संभावना है कि सर्किट उस अवस्था में बंद हो जाता है।

पावर विचार

सीमित आउटपुट करंट

आउटपुट करंट परिमित होना चाहिए। व्यवहार में, अधिकांश op amps को आउटपुट करंट को सीमित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है ताकि एक निर्दिष्ट स्तर से अधिक न हो - एक प्रकार के 741 IC op amp के लिए लगभग 25 mA - इस प्रकार op amp और संबंधित सर्किटरी को नुकसान से बचाते हैं। आधुनिक डिजाइन पहले के कार्यान्वयन की तुलना में इलेक्ट्रॉनिक रूप से अधिक कठोर हैं और कुछ बिना नुकसान के अपने आउटपुट पर सीधे शॉर्ट सर्किट बनाए रख सकते हैं।

सीमित आउटपुट वोल्टेज

आउटपुट वोल्टेज op amp को आपूर्ति की गई बिजली की आपूर्ति वोल्टेज से अधिक नहीं हो सकता है। अधिकांश op amps का अधिकतम आउटपुट आउटपुट सर्किटरी की सीमाओं के कारण कुछ राशि से कम हो जाता है। विशेष रेल-से-रेल op amps को अधिकतम आउटपुट स्तर के लिए डिज़ाइन किया गया है।

आउटपुट सिंक करंट

आउटपुट सिंक करंट आउटपुट चरण में डूबने की अनुमति अधिकतम करंट है। कुछ निर्माता आउटपुट वोल्टेज बनाम आउटपुट सिंक करंट प्लॉट दिखाते हैं, जो आउटपुट वोल्टेज का एक विचार देता है जब यह आउटपुट पिन में किसी अन्य स्रोत से करंट डूब रहा होता है।

सीमित विघटित शक्ति

आउटपुट करंट op amp के आंतरिक आउटपुट प्रतिबाधा के माध्यम से बहता है, जिससे गर्मी उत्पन्न होती है जिसे विघटित किया जाना चाहिए। यदि op amp बहुत अधिक शक्ति को नष्ट कर देता है, तो इसका तापमान कुछ सुरक्षित सीमा से ऊपर बढ़ जाएगा। op amp थर्मल शटडाउन में प्रवेश कर सकता है, या इसे नष्ट किया जा सकता है।

आधुनिक एकीकृत FET या MOSFET OP amps द्विध्रुवी IC की तुलना में आदर्श op amp को अधिक निकटता से अनुमानित करता है जब यह इनपुट प्रतिबाधा और इनपुट बायस धाराओं की बात आती है। जब इनपुट वोल्टेज ऑफसेट की बात आती है, तो बाइपोलर आम तौर पर बेहतर होते हैं, और अक्सर शोर कम होता है। आम तौर पर, कमरे के तापमान पर, काफी बड़े सिग्नल के साथ, और सीमित बैंडविड्थ, FET और MOSFET OP amp अब बेहतर प्रदर्शन प्रदान करते हैं।

आंतरिक सर्किटरी 741-टाइप op amp

आम 741 op amp का एक घटक-स्तरीय आरेख।बिंदीदार लाइनें रूपरेखा:   करंट मिरर;   विभेदक एम्पलीफायर;   क्लास ए गेन स्टेज;   वोल्टेज स्तर शिफ्टर;   आउटपुट स्टेज।

कई निर्माताओं द्वारा, और कई समान उत्पादों में, एक द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर ऑपरेशनल एम्पलीफायर का एक उदाहरण 741 एकीकृत सर्किट है जिसे 1968 में बॉब विडलर के LM301 एकीकृत सर्किट डिजाइन के बाद फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में डेविड फुलगर द्वारा डिज़ाइन किया गया था। इस चर्चा में, हम एक ट्रांजिस्टर के छोटे-सिग्नल, ग्राउंडेड एमिटर विशेषताओं को चिह्नित करने के लिए हाइब्रिड-पीआई मॉडल के मापदंडों का उपयोग करते हैं। इस मॉडल में, एक ट्रांजिस्टर का करंट गेन h_fe को दर्शाया गया है, जिसे आमतौर पर β कहा जाता है।

वास्तुकला

एक छोटे पैमाने पर एकीकृत सर्किट, 741 op amp शेयरों के साथ अधिकांश op amps एक आंतरिक संरचना जिसमें तीन लाभ चरण होते हैं:

1. अंतर एम्पलीफायर (उल्लिखित डार्क ब्लू)-सामान्य-मोड सिग्नल, कम शोर, उच्च इनपुट प्रतिबाधा, और ड्राइव a की अस्वीकृति के साथ उच्च अंतर प्रवर्धन (लाभ) प्रदान करता है
2. वोल्टेज एम्पलीफायर (उल्लिखित मैजेंटा)-उच्च वोल्टेज लाभ, एक एकल-पोल आवृत्ति रोल-ऑफ, और बदले में ड्राइव करता है
3. आउटपुट एम्पलीफायर (उल्लिखित सियान और ग्रीन)-आउटपुट करंट लिमिटिंग और आउटपुट शॉर्ट-सर्किट प्रोटेक्शन के साथ उच्च करंट लाभ (कम आउटपुट प्रतिबाधा) प्रदान करता है।

इसके अतिरिक्त, इसमें करंट मिरर (आउटलाइन रेड) बायस सर्किटरी और कंपंसेशन कैपेसिटर (30 pF) होता है।

अंतर एम्पलीफायर

इनपुट चरण में एक कैस्केड अंतर एम्पलीफायर (नीले रंग में उल्लिखित) होता है, इसके बाद एक करंट-मिरर एक्टिव लोड होता है। यह एक ट्रांसकॉन्डक्शन एम्पलीफायर का गठन करता है, जो Q1, Q2 के आधारों पर एक अंतर वोल्टेज सिग्नल को Q15 के आधार में एक करंट संकेत में बदल देता है।

इसमें दो कैस्केड ट्रांजिस्टर जोड़े शामिल हैं, जो परस्पर विरोधी आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। पहले चरण में मिलान किए गए NPN एमिटर फॉलोअर जोड़ी Q1, Q2 शामिल हैं जो उच्च इनपुट प्रतिबाधा प्रदान करते हैं। दूसरा मिलान PNP कॉमन-बेस जोड़ी Q3, Q4 है जो अवांछनीय मिलर प्रभाव को समाप्त करता है; यह एक सक्रिय लोड Q7 प्लस मिलान जोड़ी Q5, Q6 चलाता है।

उस सक्रिय लोड को एक संशोधित विल्सन करंट-मिरर के रूप में लागू किया जाता है; इसकी भूमिका (अंतर) इनपुट करंट सिग्नल को अटेंडेंट 50% नुकसान के बिना सिंगल-एंडेड सिग्नल में बदलना है (op amp के ओपन-लूप गेन को 3 dB तक बढ़ाना)। इस प्रकार, Q3 बनाम Q4 में एक छोटा-सिग्नल अंतर करंट, Q15 के आधार पर, वोल्टेज गेन स्टेज के इनपुट के योग (दोगुना) दिखाई देता है।

वोल्टेज एम्पलीफायर

( क्लास-ए ) वोल्टेज गेन स्टेज ( मैजेंटा में उल्लिखित ) में दो NPN ट्रांजिस्टर होते हैं Q15/Q19 एक डार्लिंगटन विन्यास में जुड़े हुए हैं और करंट मिरर Q12/Q13 के आउटपुट साइड को इसके कलेक्टर (डायनेमिक) लोड के रूप में उपयोग करता है ताकि इसका उच्च वोल्टेज प्राप्त किया जा सके। आउटपुट सिंक ट्रांजिस्टर Q20, Q15 और Q19 के सामान्य संग्राहकों से अपना बेस ड्राइव प्राप्त करता है; लेवल-शिफ्टर Q16 आउटपुट सोर्स ट्रांजिस्टर Q14 के लिए बेस ड्राइव प्रदान करता है।

ट्रांजिस्टर Q22 इस चरण को Q20 तक अत्यधिक धारा देने से रोकता है और इस प्रकार आउटपुट सिंक करंट को सीमित करता है।

आउटपुट एम्पलीफायर

आउटपुट चरण (Q14, Q20, CYAN में उल्लिखित) एक वर्ग AB पूरक-समरूपता एम्पलीफायर है। यह ~ 50 के प्रतिबाधा के साथ एक आउटपुट ड्राइव प्रदान करता है, संक्षेप में, करंट गेन। ट्रांजिस्टर Q16 (हरे रंग में उल्लिखित) आउटपुट ट्रांजिस्टर के लिए क्विज़ेन्ट करंट प्रदान करता है, और Q17 आउटपुट करंट सीमित प्रदान करता है।

बायसिंग सर्किट

यह op amp के प्रत्येक चरण के लिए उपयुक्त क्विज़ेन्ट करंट प्रदान करता है।

रेसिस्टर (39 kΩ) (डायोड-कनेक्टेड) Q11 और Q12 को जोड़ने वाला, और दिया गया आपूर्ति वोल्टेज (v_S+ - v_S−), करंट मिरर में करंट का निर्धारण करता है, (मैचड पेअर) Q10/Q11 और Q12/Q13। Q11 का कलेक्टर करंट, i₁₁ × 39 kΩ = V_S+ - V_S− - 2 V_BE

टिपिकल V_S के लिए = ± 20 V, Q11/Q12 में स्थायी करंट (साथ ही Q13 में) ~ 1 mA होगा। एक टिपिकल 741 के लिए एक आपूर्ति करंट लगभग 2 mA इस धारणा से सहमत है कि ये दो बायस धाराएँ क्विज़ेन्ट आपूर्ति करंट पर हावी हैं।

ट्रांजिस्टर Q11 और Q10 एक विडलर करंट मिरर बनाते हैं, Q10 i₁₀ में क्विज़ेन्ट करंट के साथ जैसे कि ln(i)₁₁ / i₁₀) = i₁₀ × 5 kΩ / 28 mv, जहाँ 5 kΩ Q10 के एमिटर रेसिस्टर और 28 mV V_Tको दर्शाता है, (कमरे के तापमान पर थर्मल वोल्टेज) इस केस में i₁₀ ≈ 20 μA।

अंतर एम्पलीफायर

इस चरण के बायसिंग सर्किट को एक प्रतिक्रिया लूप द्वारा सेट किया गया है जो Q10 और Q9 के कलेक्टर धाराओं को (लगभग) मैच करने के लिए मजबूर करता है। इन धाराओं में छोटा अंतर Q3/Q4 के सामान्य आधार के लिए ड्राइव प्रदान करता है (ध्यान दें कि इनपुट ट्रांजिस्टर Q1/Q2 के लिए बेस ड्राइव इनपुट बायस करंट है और इसे बाहरी रूप से सोर्स किया जाना चाहिए)। Q1/Q3 और Q2/Q4 की योगात्मक क्विज़ेन्ट धाराओं को Q8 से Q9 में मिरर किया गया है, जहां इसे Q10 में कलेक्टर करंट के साथ अभिव्यक्त किया गया है, परिणाम Q3/Q4 के आधार पर लागू किया जा रहा है।

Q1/Q3 (resp., Q2/Q4) i₁ की क्विज़ेन्ट धाराएं इस प्रकार ~ 10 μA क्रम की i₁₀ की आधी होगी। Q1 (Resp. Q2) के आधार के लिए इनपुट बायस करंट i₁ / β की राशि देगा; आमतौर पर ~ 50 nA,एक करंट लाभ Q1 (Q2) को लागू करने के लिए h _fe≈ 200

यह फीडबैक सर्किट Q3/Q4 के सामान्य आधार नोड को एक वोल्टेज V_com - 2 V_BE तक खींचता है, जहां V_com इनपुट कॉमन-मोड वोल्टेज है। इसी समय, क्विज़ेन्ट करंट का परिमाण घटकों Q1 -Q4 की विशेषताओं के लिए अपेक्षाकृत असंवेदनशील है, जैसे कि H_fe, यह अन्यथा तापमान निर्भरता या भाग-से-भाग भिन्नता का कारण होगा।

ट्रांजिस्टर Q7 Q5 और Q6 को चालन में तब तक चलाता है जब तक कि उनकी (बराबर) संग्राहक धाराएँ Q1/Q3 और Q2/Q4 से मेल नहीं खातीं। Q7 में क्विज़ेन्ट करंट V_BE / 50 kΩ, लगभग 35 μA है, जैसा कि इसके मिलान ऑपरेटिंग बिंदु के साथ Q15 में क्विज़ेन्ट करंट है। इस प्रकार, क्विज़ेन्ट धाराओं को Q1/Q2, Q3/Q4, Q5/Q6, और Q7/Q15 में मिलान किया जाता है।

वोल्टेज एम्पलीफायर

Q16 और Q19 में क्विज़ेन्ट धाराएं करंट मिरर Q12/Q13 द्वारा निर्धारित की गई हैं, जो ~ 1 mA पर चल रही है। कुछ तंत्र के माध्यम से , Q19 में कलेक्टर करंट उस स्टैंडिंग करंट को ट्रैक करता है।

आउटपुट एम्पलीफायर

Q16 से जुड़े सर्किट में (विभिन्न नाम से रबर डायोड या V_BE गुणक), 4.5 kΩ रेसिस्टर को Q16 V_BE को मोटे तौर पर 700 mv के साथ लगभग 100 μA का संचालन करना चाहिए। फिर V_CB लगभग 0.45 V और V_CE लगभग 1.0 V होना चाहिए। क्योंकि Q16 कलेक्टर एक करंट स्रोत द्वारा संचालित होता है और Q16 एमिटर Q19 कलेक्टर करंट सिंक में ड्राइव करता है, Q16 ट्रांजिस्टर Q14 बेस और Q20 बेस के बीच एक ~ 1 v अंतर स्थापित करता है, भले ही के सामान्य-मोड वोल्टेज Q14/Q20 आधार की परवाह किए बिना। Q14 / Q20 में स्टैंडिंग करंट एक कारक exp(100 mV/V_T) ≈ 36 क्लास A op amp में 1mA क्विज़ेन्ट धारा से छोटा होगा। आउटपुट ट्रांजिस्टर में यह (छोटा) स्टैंडिंग करंट क्लास AB ऑपरेशन में आउटपुट स्टेज स्थापित करता है और इस चरण के क्रॉसओवर विरूपण को कम करता है।

स्मॉल-सिग्नल अंतर मोड

एक छोटा अंतर इनपुट वोल्टेज सिग्नल करंट प्रवर्धन के कई चरणों के माध्यम से, आउटपुट पर एक बहुत बड़े वोल्टेज सिग्नल के लिए वृद्धि देता है।

इनपुट प्रतिबाधा

Q1 और Q3 के साथ इनपुट चरण एक एमिटर-युग्मित जोड़ी (लंबी पूंछ वाली जोड़ी) के समान है, जिसमें Q2 और Q4 कुछ पतित प्रतिबाधा जोड़ते हैं। Q1-Q4 के माध्यम से छोटे धारा के कारण इनपुट प्रतिबाधा अपेक्षाकृत अधिक है।एक विशिष्ट 741 op amp में लगभग 2 MΩ का अंतर इनपुट प्रतिबाधा है। सामान्य मोड इनपुट प्रतिबाधा और भी अधिक है, क्योंकि इनपुट चरण अनिवार्य रूप से स्थिर करंट में काम करता है।

अंतर एम्पलीफायर

एक अंतर वोल्टेज V_in op amp इनपुट्स (क्रमशः पिन 3 और 2) Q1 और Q2 के आधारों में एक छोटे से अंतर को जन्म देता है i_in ≈ V_in / (2h_ieh_fe)।यह अंतर बेस करंट प्रत्येक लेग में i h_fe में अंतर कलेक्टर करंट में बदलाव का कारण बनता है। Q1, g_m = h_fe / h_ie के ट्रांसकॉन्डक्शन का परिचय, Q15 के आधार पर (छोटे-संकेत) करंट (वोल्टेज लाभ चरण का इनपुट) v_ing_m / 2 है।

op amp का यह हिस्सा चतुराई से Q15 के आधार पर एकल-समाप्त सिग्नल के लिए OP amp इनपुट में एक अंतर संकेत को बदल देता है, और एक तरह से जो किसी भी लेग में सिग्नल को बर्बाद करने से बचता है। यह देखने के लिए कि कैसे, ध्यान दें कि इनवर्टिंग इनपुट (Q2 बेस) में वोल्टेज में एक छोटा सा नकारात्मक परिवर्तन इसे चालन से बाहर ले जाता है, और करंट में यह वृद्धिशील कमी सीधे Q4 कलेक्टर से इसके एमिटर तक होती है, जिसके परिणामस्वरूप Q15 के लिए बेस ड्राइव में कमी आती है। दूसरी ओर, नॉन-इनवर्टिंग इनपुट (Q1 बेस) में वोल्टेज में एक छोटा सा सकारात्मक परिवर्तन इस ट्रांजिस्टर को चालन में चलाता है, जो Q3 के कलेक्टर में करंट में वृद्धि में परिलक्षित होता है। यह करंट Q7 को चालन में और आगे बढ़ाता है, जो करंट मिरर Q5/Q6 पर बदल जाता है। इस प्रकार, Q3 एमिटर करंट में वृद्धि Q6 कलेक्टर करंट में वृद्धि में प्रतिबिंबित होती है; बढ़ी हुई कलेक्टर धाराएं कलेक्टर नोड से अधिक शंट करती हैं और परिणामस्वरूप Q15 के लिए बेस ड्राइव करंट में कमी आती है। यहां 3 dB को बर्बाद करने से बचने के अलावा, यह तकनीक सामान्य-मोड लाभ और बिजली की आपूर्ति के शोर को कम करती है।

वोल्टेज एम्पलीफायर

Q15 के आधार पर एक करंट सिग्नल i β ² के क्रम के Q19 में करंट को जन्म देता है ( Q15 और Q19 में से प्रत्येक के h _fe का उत्पाद , जो एक डार्लिंगटन जोड़ी में जुड़ा हुआ है )। यह वर्तमान संकेत आउटपुट ट्रांजिस्टर Q14/Q20 के आधार पर एक वोल्टेज विकसित करता है जो h_ie संबंधित ट्रांजिस्टर के समानुपाती होता है।

आउटपुट एम्पलीफायर

आउटपुट ट्रांजिस्टर Q14 और Q20 प्रत्येक को एमिटर फॉलोअर के रूप में कॉन्फ़िगर किया गया है, इसलिए वहां कोई वोल्टेज लाभ नहीं होता है; इसके बजाय, यह चरण Q14 (resp Q20) के h _fe के बराबर वर्तमान लाभ प्रदान करता है ।

आउटपुट प्रतिबाधा शून्य नहीं है, क्योंकि यह एक आदर्श op amp में होगा, लेकिन नकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ यह कम आवृत्तियों पर शून्य तक पहुंच जाता है।

समग्र ओपन-लूप वोल्टेज लाभ

op amp के नेट ओपन-लूप छोटे-सिग्नल वोल्टेज लाभ में करंट लाभ h_fe का उत्पाद शामिल है कुछ 4 ट्रांजिस्टर में से।व्यवहार में, एक विशिष्ट 741-शैली के op amp के लिए वोल्टेज लाभ 200,000 आदेश का है, और करंट लाभ, इनपुट प्रतिबाधा (~2−6 MΩ) से आउटपुट प्रतिबाधा (~ 50Ω) अधिक (शक्ति) लाभ प्रदान करता है।

अन्य रैखिक विशेषताएं

स्मॉल-सिग्नल कॉमन मोड गेन

आदर्श op amp में अनंत सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात, या शून्य सामान्य-मोड लाभ है।

करंट सर्किट में, यदि इनपुट वोल्टेज एक ही दिशा में बदलते हैं, तो नकारात्मक प्रतिक्रिया Q3/Q4 आधार वोल्टेज का पालन करती है (2 V_BE के साथ नीचे) इनपुट वोल्टेज विविधताएं।अब Q10-Q11 करंट मिरर का आउटपुट पार्ट (Q10) अलग-अलग वोल्टेज के बावजूद Q9/Q8 स्थिरांक के माध्यम से सामान्य करंट को बनाए रखता है। Q3/Q4 कलेक्टर धाराएं, और तदनुसार Q15 के आधार पर आउटपुट करंट, अपरिवर्तित रहता है।

विशिष्ट 741 op amp में, सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात 90 dB है,लगभग 6 के एक ओपन-लूप कॉमन-मोड वोल्टेज लाभ को लागू करना।

आवृत्ति मुआवजा

फेयरचाइल्ड μA741 का नवाचार एक ऑन-चिप (मोनोलिथिक) संधारित्र के माध्यम से आवृत्ति मुआवजे की शुरूआत था, इस फ़ंक्शन के लिए बाहरी घटकों की आवश्यकता को समाप्त करके op amp के आवेदन को सरल बनाता था। 30 pF संधारित्र मिलर मुआवजे के माध्यम से एम्पलीफायर को स्थिर करता है और एक op-एम्प इंटीग्रेटर सर्किट के समान तरीके से कार्यों को रोकता है। 'प्रमुख ध्रुव मुआवजा' के रूप में भी जाना जाता है क्योंकि यह एक पोल का परिचय देता है जो खुले लूप आवृत्ति प्रतिक्रिया में अन्य ध्रुवों के प्रभावों को मास्क (हावी) करता है; एक 741 op amp में यह पोल 10 Hz (जहां यह −3 ओपन लूप वोल्टेज लाभ की हानि का कारण बनता है) के रूप में कम हो सकता है।

यह आंतरिक मुआवजा नकारात्मक प्रतिक्रिया विन्यास में एम्पलीफायर की बिना शर्त स्थिरता को प्राप्त करने के लिए प्रदान किया जाता है जहां प्रतिक्रिया नेटवर्क गैर-प्रतिक्रियाशील है और बंद लूप लाभ एकता या उच्चतर है। इसके विपरीत, μA748 जैसे बाहरी मुआवजे की आवश्यकता वाले एम्पलीफायरों को एकता से काफी अधिक बाहरी मुआवजे या बंद-लूप लाभ की आवश्यकता हो सकती है।

इनपुट ऑफसेट वोल्टेज

Q5/Q6 करंट मिरर के संतुलन को समायोजित करने के लिए, "ऑफसेट नल" पिन का उपयोग बाहरी प्रतिरोधों (आमतौर पर एक पोटेंशियोमीटर के दो सिरों के रूप में, V_S- से जुड़े स्लाइडर के साथ ) को Q5 और Q6 के एमिटर प्रतिरोधों के समानांतर रखने के लिए किया जा सकता है। पोटेंशियोमीटर को इस तरह समायोजित किया जाता है कि जब इनपुट एक साथ शॉर्ट किए जाते हैं तो आउटपुट शून्य (मिडरेंज) होता है।

गैर-रैखिक विशेषताएं

इनपुट ब्रेकडाउन वोल्टेज

ट्रांजिस्टर Q3, Q4 रिवर्स V_BE रेटिंग को बढ़ाने में मदद करता है : NPN ट्रांजिस्टर Q1 और Q2 के बेस-एमिटर जंक्शनों के लगभग 7 V पर टूट जाते हैं, लेकिन PNP ट्रांजिस्टर Q3 और Q4 में V_BE है ब्रेकडाउन वोल्टेज लगभग 50 V के आसपास होता है।

आउटपुट-स्टेज वोल्टेज स्विंग और करंट सीमित

तापमान के साथ क्विज़ेन्ट करंट में भिन्नता, या एक ही प्रकार की संख्या वाले भागों के बीच, सामान्य हैं, इसलिए क्रॉसओवर विरूपण और क्विज़ेन्ट करंट महत्वपूर्ण भिन्नता के अधीन हो सकते हैं।

एम्पलीफायर की आउटपुट रेंज सप्लाई वोल्टेज से लगभग एक वोल्ट कम है, जो कि आउटपुट ट्रांजिस्टर Q14 और Q20 के V_BE के हिस्से में है।

Q14 एमिटर पर 25 Ω रेसिस्टर, Q17 के साथ, Q14 करंट को लगभग 25 mA तक सीमित करने का कार्य करता है; अन्यथा, Q17 कोई धारा प्रवाहित नहीं करता है।

Q20 के लिए करंट सीमित करना वोल्टेज गेन स्टेज में किया जाता है: Q22 में Q19 के एमिटर रेसिस्टर (50Ω) में वोल्टेज हो जाता है);जैसा कि यह चालू होता है, यह ड्राइव करंट को Q15 बेस तक कम कर देता है।

इस एम्पलीफायर के बाद के संस्करण योजनाबद्ध आउटपुट करंट लिमिटिंग की कुछ अलग विधि दिखा सकते हैं।

प्रयोज्यता विचार

जबकि 741 का उपयोग ऐतिहासिक रूप से ऑडियो और अन्य संवेदनशील उपकरणों में किया गया था, इस तरह का उपयोग अब दुर्लभ है क्योंकि अधिक आधुनिक op amps के बेहतर शोर प्रदर्शन के कारण। ध्यान देने योग्य फुफकार उत्पन्न करने के अलावा, 741 और अन्य पुराने Op amps में खराब सामान्य-मोड अस्वीकृति अनुपात हो सकते हैं और इसलिए अक्सर केबल-जनित मेन ह्यूम और अन्य सामान्य-मोड हस्तक्षेप, जैसे स्विच 'क्लिक', संवेदनशील उपकरणों में पेश करेंगे।

741 का अर्थ अक्सर एक जेनेरिक op-amp IC (जैसे μA741, LM301, 558, LM324, TBA221-या TL071 जैसे अधिक आधुनिक प्रतिस्थापन) का अर्थ है। 741 आउटपुट चरण का विवरण कई अन्य डिजाइनों के लिए गुणात्मक रूप से समान है (जिसमें काफी अलग इनपुट चरण हो सकते हैं), सिवाय:

• कुछ उपकरणों (μA748, LM301, LM308) को आंतरिक रूप से मुआवजा नहीं दिया जाता है (कम बंद-लूप लाभ अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने पर परिचालन एम्पलीफायर के भीतर आउटपुट से एक बाहरी संधारित्र की आवश्यकता होती है)।
• कुछ आधुनिक उपकरणों में रेल-से-रेल आउटपुट क्षमता होती है, जिसका अर्थ है कि आउटपुट नकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज के कुछ मिलीवोल्ट्स के भीतर सकारात्मक आपूर्ति वोल्टेज के कुछ मिलीवोल्ट्स के भीतर से हो सकता है।

वर्गीकरण

op amps को उनके निर्माण द्वारा वर्गीकृत किया जा सकता है:

• असतत, व्यक्तिगत ट्रांजिस्टर या ट्यूब/वाल्व से निर्मित
• एकीकृत सर्किट, सबसे आम
• हाइब्रिड

IC op amps को कई तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है, जिनमें शामिल हैं:

• सैन्य, औद्योगिक, या वाणिज्यिक ग्रेड। उदाहरण के लिए: LM301 LM101 का वाणिज्यिक ग्रेड संस्करण है, LM201 औद्योगिक संस्करण है। यह ऑपरेटिंग तापमान रेंज और अन्य पर्यावरणीय या गुणवत्ता वाले कारकों को परिभाषित कर सकता है।
• पैकेज प्रकार के आधार पर वर्गीकरण पर्यावरणीय कठोरता के साथ-साथ विनिर्माण विकल्पों को भी प्रभावित कर सकता है; DIP, और अन्य थ्रू-होल पैकेज सरफेस-माउंट डिवाइसेस द्वारा प्रतिस्थापित किए जाने की प्रवृत्ति रखते हैं ।
• आंतरिक मुआवजे द्वारा वर्गीकरण: op amps कुछ नकारात्मक प्रतिक्रिया सर्किट में उच्च आवृत्ति अस्थिरता से पीड़ित हो सकते हैं जब तक कि एक छोटा मुआवजा संधारित्र चरण और आवृत्ति प्रतिक्रियाओं को संशोधित नहीं करता है। एक अंतर्निहित संधारित्र के साथ op amps को मुआवजा दिया जाता है, और बिना किसी बाहरी संधारित्र के साथ संचालित करने के लिए कुछ निर्दिष्ट बंद-लूप लाभ के ऊपर सर्किट की अनुमति देते हैं। विशेष रूप से, op amps जो 1 के बंद लूप लाभ के साथ भी स्थिर हैं, उन्हें एकता लाभ मुआवजा कहा जाता है।
• कई वाणिज्यिक op-amp IC के एकल, दोहरे और क्वाड संस्करण उपलब्ध हैं, जिसका अर्थ है 1, 2 या 4 ऑपरेशनल एम्पलीफायरों को एक ही पैकेज में शामिल किया गया है।
• रेल-टू-रेल इनपुट (और/या आउटपुट) op amps इनपुट (और/या आउटपुट) सिग्नल के साथ काम कर सकते हैं जो बिजली की आपूर्ति रेल के बहुत करीब हैं।
• CMOS OP AMPS (जैसे CA3140ई) अत्यधिक उच्च इनपुट प्रतिरोध प्रदान करता है, जो JFET-इनपुट OP AMPS से अधिक है, जो सामान्य रूप से द्विध्रुवी-इनपुट op Amps की तुलना में अधिक है।
• op amp की अन्य किस्मों में प्रोग्रामेबल op amps शामिल हैं (बस का अर्थ है कि क्विसेंट करंट, बैंडविड्थ और इतने पर एक बाहरी अवरोधक द्वारा समायोजित किया जा सकता है)।
• निर्माता अक्सर उद्देश्य के अनुसार अपने op amps को सारणीबद्ध करते हैं, जैसे कि कम-शोर पूर्व-एम्पलीफायर, विस्तृत बैंडविड्थ एम्पलीफायरों, और इसी तरह।

अनुप्रयोग

741-प्रकार के opरेशनल एम्पलीफायर के लिए डुबकी पिनआउट

Main article: Operational amplifier applications

इलेक्ट्रॉनिक्स सिस्टम डिज़ाइन में उपयोग करें

सर्किट ब्लॉक के रूप में op amps का उपयोग उनके सभी व्यक्तिगत सर्किट तत्वों (ट्रांजिस्टर, प्रतिरोधों, आदि) को निर्दिष्ट करने की तुलना में बहुत आसान और स्पष्ट है, चाहे उपयोग किए गए एम्पलीफायरों को एकीकृत या असतत सर्किट हैं। पहले सन्निकटन में op amps का उपयोग किया जा सकता है जैसे कि वे आदर्श अंतर लाभ ब्लॉक थे; बाद के चरण की सीमाओं को प्रत्येक op amp के लिए मापदंडों की स्वीकार्य सीमा पर रखा जा सकता है।

सर्किट डिज़ाइन सभी इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के लिए समान लाइनों का अनुसरण करता है। एक विनिर्देश को नियंत्रित किया जाता है कि सर्किट को स्वीकार्य सीमाओं के साथ क्या करना है। उदाहरण के लिए, लाभ को 100 गुना होने की आवश्यकता हो सकती है, 5% की सहिष्णुता के साथ, लेकिन निर्दिष्ट तापमान सीमा में 1% से कम का बहाव; इनपुट प्रतिबाधा एक megohm से कम नहीं है; आदि।

एक बुनियादी सर्किट को अक्सर सर्किट मॉडलिंग (कंप्यूटर पर) की मदद से डिज़ाइन किया जाता है। विशिष्ट व्यावसायिक रूप से उपलब्ध op amps और अन्य घटकों को तब चुना जाता है जो स्वीकार्य लागत पर निर्दिष्ट सहनशीलता के भीतर डिज़ाइन मानदंडों को पूरा करते हैं। यदि सभी मानदंडों को पूरा नहीं किया जा सकता है, तो विनिर्देश को संशोधित करने की आवश्यकता हो सकती है।

एक प्रोटोटाइप तब बनाया और परीक्षण किया जाता है; विनिर्देश को पूरा करने या सुधारने, कार्यक्षमता को बदलने या लागत को कम करने के लिए परिवर्तन, बनाया जा सकता है।

किसी भी प्रतिक्रिया का उपयोग किए बिना आवेदन

op amp का उपयोग वोल्टेज तुलनित्र के रूप में किया जा रहा है। ध्यान दें कि मुख्य रूप से एक तुलनित्र के रूप में डिज़ाइन किया गया एक उपकरण बेहतर हो सकता है यदि, उदाहरण के लिए, गति महत्वपूर्ण है या इनपुट वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला पाई जा सकती है, क्योंकि ऐसे उपकरण जल्दी से पूर्ण या पूर्ण (संतृप्त) राज्यों से उबर सकते हैं।

एक वोल्टेज स्तर डिटेक्टर प्राप्त किया जा सकता है यदि संदर्भ वोल्टेज V_ref op amp के इनपुट में से एक पर लागू होता है। इसका मतलब यह है कि op amp को एक सकारात्मक वोल्टेज का पता लगाने के लिए एक तुलनित्र के रूप में स्थापित किया गया है। यदि वोल्टेज को संवेदी किया जाए, तो E_i op amp के (+) इनपुट पर लागू होता है, परिणाम एक गैर-सकारात्मक-स्तरीय डिटेक्टर है: जब E_i V_ref से ऊपर है, V_O बराबर +V_sat;जब E_i V_ref से नीचे है, V_O बराबर −V_sat। अगर E_i इनवर्टिंग इनपुट पर लागू होता है, सर्किट एक इनवर्टिंग पॉजिटिव-लेवल डिटेक्टर है: जब E_i V_ref से ऊपर है, V_O बराबर −V_sat

एक शून्य वोल्टेज स्तर डिटेक्टर (E_i = 0) परिवर्तित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, एक फ़ंक्शन जनरेटर से एक साइन-वेव का आउटपुट एक चर-आवृत्ति वर्ग तरंग में। अगर E_i एक साइन वेव, त्रिकोणीय तरंग, या किसी भी अन्य आकार की लहर है जो शून्य के आसपास सममित है, शून्य-क्रॉसिंग डिटेक्टर का आउटपुट वर्ग होगा। शून्य-क्रॉसिंग डिटेक्शन मुख्य समय पर ट्राइक को ट्रिगर करने में भी उपयोगी हो सकता है ताकि मुख्य हस्तक्षेप और करंट स्पाइक्स को कम किया जा सके।

पॉजिटिव-फीडबैक एप्लिकेशन

श्मिट ट्रिगर एक गैर-इनवर्टिंग तुलनित्र द्वारा कार्यान्वित किया गया

op-amp का एक और विशिष्ट विन्यास सकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ है, जो आउटपुट सिग्नल का एक अंश वापस गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर ले जाता है। इसका एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग हिस्टैरिसीस, श्मिट ट्रिगर के साथ तुलनित्र है। कुछ सर्किट एक ही एम्पलीफायर के आसपास सकारात्मक प्रतिक्रिया और नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग कर सकते हैं, उदाहरण के लिए त्रिभुज-लहर ऑसिलेटर और सक्रिय फिल्टर।

विस्तृत स्लीव रेंज और सकारात्मक प्रतिक्रिया की कमी के कारण, ऊपर वर्णित सभी ओपन-लूप स्तर के डिटेक्टरों की प्रतिक्रिया अपेक्षाकृत धीमी होगी।बाहरी समग्र सकारात्मक प्रतिक्रिया लागू की जा सकती है, लेकिन (आंतरिक सकारात्मक प्रतिक्रिया के विपरीत जो एक उद्देश्य-डिज़ाइन किए गए तुलनित्र के बाद के चरणों के भीतर लागू किया जा सकता है) यह स्पष्ट रूप से शून्य-क्रॉसिंग डिटेक्शन पॉइंट की सटीकता को प्रभावित करता है। उदाहरण के लिए, E_i की आवृत्ति, एक सामान्य-उद्देश्य op amp का उपयोग करना साइन टू स्क्वायर वेव कनवर्टर के लिए संभवतः 100 Hz से नीचे होना चाहिए।

नकारात्मक-फीडबैक एप्लिकेशन

नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर

गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर विन्यास में जुड़ा एक op amp

एक गैर-इनवर्टिंग एम्पलीफायर में, आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज के समान दिशा में बदलता है।

op amp के लिए लाभ समीकरण है

$V_{\text{out}}=A_{\text{OL}}(V_{+}-V_{-}).$

हालांकि, इस परिपथ में V₋ V_out का एक फलन है क्योंकि R₁ R₂ नेटवर्क से नकारात्मक प्रतिक्रिया के कारण है। R₁ और R₂ एक वोल्टेज विभक्त बनाते हैं , और चूंकि V_- एक उच्च-प्रतिबाधा इनपुट है, यह इसे सराहनीय रूप से लोड नहीं करता है। फलस्वरूप

$V_{-}=\beta V_{\text{out}},$

जहाँ

$\beta ={\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}.$

इसे समीकरण में प्रतिस्थापित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं

$V_{\text{out}}=A_{\text{OL}}(V_{\text{in}}-\beta V_{\text{out}}).$

के लिए हल करना $V_{\text{out}}$:

$V_{\text{out}}=V_{\text{in}}\left({\frac {1}{\beta +{\frac {1}{A_{\text{OL}}}}}}\right).$

यदि $A_{\text{OL}}$ बहुत बड़ा है, यह सरल है

$V_{\text{out}}\approx {\frac {V_{\text{in}}}{\beta }}={\frac {V_{\text{in}}}{\frac {R_{1}}{R_{1}+R_{2}}}}=V_{\text{in}}\left(1+{\frac {R_{2}}{R_{1}}}\right).$

परिचालन एम्पलीफायर के गैर-इनवर्टिंग इनपुट को DC टू ग्राउंड के लिए एक पथ की आवश्यकता होती है; यदि सिग्नल स्रोत DC पथ की आपूर्ति नहीं करता है, या यदि उस स्रोत को दिए गए लोड प्रतिबाधा की आवश्यकता होती है, तो सर्किट को गैर-इनवर्टिंग इनपुट से ग्राउंड तक एक और रेसिस्टर की आवश्यकता होगी। जब परिचालन एम्पलीफायर के इनपुट बायस धाराएं महत्वपूर्ण होती हैं, तो इनपुट को चलाने वाले DC स्रोत प्रतिरोधों को संतुलित किया जाना चाहिए। फीडबैक रेसिस्टर्स (न्यूनतम ऑफसेट वोल्टेज देने के लिए) के लिए आदर्श मूल्य ऐसा होगा कि समानांतर में दो प्रतिरोध लगभग गैर-इनपेरिंग इनपुट पिन पर जमीन के प्रतिरोध के बराबर हों।यह आदर्श मूल्य मानता है कि बायस धाराएं अच्छी तरह से मेल खाती हैं, जो सभी op amps के लिए सही नहीं हो सकती हैं।

इनवर्टिंग एम्पलीफायर

इनवर्टिंग एम्पलीफायर विन्यास में जुड़ा एक op amp

एक इनवर्टिंग एम्पलीफायर में, आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज के विपरीत दिशा में बदलता है।

नॉन-इनवर्टिंग एम्पलीफायर के साथ, हम op amp के लाभ समीकरण के साथ शुरू करते हैं:

$V_{\text{out}}=A_{\text{OL}}(V_{+}-V_{-}).$

इस बार, V₋ दोनों V_out और V_in का एक फलन है गठित वोल्टेज डिवाइडर R_f और R_in के कारण। फिर, Op-amp इनपुट एक प्रशंसनीय लोड लागू नहीं करता है, इसलिए

$V_{-}={\frac {1}{R_{\text{f}}+R_{\text{in}}}}\left(R_{\text{f}}V_{\text{in}}+R_{\text{in}}V_{\text{out}}\right).$

इसे लाभ समीकरण में प्रतिस्थापित करना और इसके लिए हल करना $V_{\text{out}}$:

$V_{\text{out}}=-V_{\text{in}}{\frac {A_{\text{OL}}R_{\text{f}}}{R_{\text{f}}+R_{\text{in}}+A_{\text{OL}}R_{\text{in}}}}.$

यदि $A_{\text{OL}}$ बहुत बड़ा है, यह सरल है

$V_{\text{out}}\approx -V_{\text{in}}{\frac {R_{\text{f}}}{R_{\text{in}}}}.$

एक अवरोधक को अक्सर गैर-इनवर्टिंग इनपुट और ग्राउंड के बीच डाला जाता है (इसलिए दोनों इनपुट समान प्रतिरोध देखते हैं), बायस करंट के कारण अलग-अलग वोल्टेज ड्रॉप के कारण इनपुट ऑफसेट वोल्टेज को कम करते हैं, और कुछ op amps में विकृति को कम कर सकते हैं।

DC-ब्लॉकिंग कैपेसिटर को इनपुट रेसिस्टर के साथ श्रृंखला में डाला जा सकता है जब DC के लिए एक आवृत्ति प्रतिक्रिया की आवश्यकता नहीं होती है और इनपुट पर किसी भी DC वोल्टेज को अवांछित होता है।अर्थात्, इनपुट प्रतिबाधा का कैपेसिटिव घटक एक DC शून्य और एक कम-आवृत्ति पोल सम्मिलित करता है जो सर्किट को एक बैंडपास या उच्च-पास विशेषता देता है।

परिचालन एम्पलीफायर इनपुट में क्षमता इनवर्टिंग विन्यास में वस्तुतः स्थिर (जमीन के पास) रहती है। निरंतर परिचालन क्षमता आमतौर पर विकृति के स्तर में होती है जो गैर-अस्वाभाविक टोपोलॉजी के साथ प्राप्य की तुलना में कम होती है।

अन्य अनुप्रयोग

• ऑडियो- और वीडियो-फ्रीक्वेंसी प्री-एम्पलीफायर और बफ़र्स
• विभेदक एम्पलीफायरों
• विभेदक और इंटीग्रेटर्स
• फिल्टर
• प्रिसिजन रेक्टिफायर
• प्रिसिजन पीक डिटेक्टर
• वोल्टेज और करंट नियामक
• एनालॉग कैलकुलेटर
• एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स
• डिजिटल-टू-एनालॉग कन्वर्टर्स
• वोल्टेज क्लैंपिंग
• ऑसिलेटर और वेवफॉर्म जनरेटर
• क्लिपर
• क्लैम्पर (DC इन्सर या रिस्टोरर)
• लॉग और एंटीलॉग एम्पलीफायरों

उपलब्ध अधिकांश एकल, दोहरे और क्वाड op amps में एक मानकीकृत पिन-आउट होता है जो एक प्रकार को वायरिंग परिवर्तनों के बिना दूसरे के लिए प्रतिस्थापित करने की अनुमति देता है। एक विशिष्ट op amp को इसके खुले लूप लाभ, बैंडविड्थ, शोर प्रदर्शन, इनपुट प्रतिबाधा, बिजली की खपत, या इन कारकों में से किसी के बीच समझौता करने के लिए चुना जा सकता है।

ऐतिहासिक समयरेखा

1941: एक वैक्यूम ट्यूब op amp- एक op amp, जिसे एक सामान्य-उद्देश्य, DC-युग्मित, उच्च लाभ, इनवर्टिंग फीडबैक एम्पलीफायर के रूप में परिभाषित किया गया है, पहली बार U.S. Patent 2,401,779 1941 में बेल लैब्स के कार्ल डी. स्वार्टज़ेल जूनियर द्वारा दायर किए गए एम्पलीफायर को समनिंग एम्पलीफायर में पाया गया था। इस डिजाइन में 90 dB का लाभ प्राप्त करने के लिए तीन वैक्यूम ट्यूब का इस्तेमाल किया गया और ± 350 V के वोल्टेज रेल पर संचालित किया गया। यह अंतर इनवर्टिंग और गैर-इनवर्टिंग इनपुट के बजाय एक एकल इनवर्टिंग इनपुट था, जैसा कि आज के op amps में आम हैं। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, स्वार्टज़ेल के डिजाइन ने बेल लैब्स में डिज़ाइन किए गए एम 9 आर्टिलरी डायरेक्टर में उदारतापूर्वक उपयोग कर अपना मूल्य साबित कर दिया। इस आर्टिलरी डायरेक्टर ने असाधारण हिट दरों (90%के पास) प्राप्त करने के लिए SCR584 रडार सिस्टम के साथ काम किया जो अन्यथा संभव नहीं होता।

गैप/आर K2-W: एक वैक्यूम-ट्यूब op amp (1953)

1947: एक स्पष्ट गैर-इनपेरिंग इनपुट के साथ एक op amp- 1947 में, परिचालन एम्पलीफायर को पहली बार औपचारिक रूप से परिभाषित किया गया था और कोलंबिया विश्वविद्यालय के जॉन आर. रागज़िनी द्वारा एक पेपर में नामित किया गया था। इसी पेपर में एक फुटनोट ने एक छात्र द्वारा एक op-amp डिज़ाइन का उल्लेख किया जो काफी महत्वपूर्ण था। लोएबे जूली द्वारा डिज़ाइन किया गया यह op amp विभिन्न तरीकों से बेहतर था। इसके दो प्रमुख नवाचार थे। इसके इनपुट स्टेज ने आउटपुट में बहाव को कम करने के लिए लोड के साथ एक लंबी-पूंछ वाली ट्रायोड जोड़ी का उपयोग किया और, अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि यह दो इनपुट (एक इनवर्टिंग, अन्य गैर-इनवर्टिंग) के लिए पहला op-amp डिज़ाइन था। अंतर इनपुट ने नई कार्यक्षमता की एक पूरी श्रृंखला को संभव बना दिया, लेकिन चॉपर-स्थिर एम्पलीफायर के उदय के कारण लंबे समय तक इसका उपयोग नहीं किया जाएगा।

1949: एक चॉपर-स्थिर op amp- 1949 में, एडविन ए. गोल्डबर्ग ने एक चॉपर-स्थिर op amp डिजाइन किया। यह सेट-अप एक अतिरिक्त एसी एम्पलीफायर के साथ एक सामान्य op amp का उपयोग करता है जो op amp के साथ जाता है। चॉपर DC वोल्टेज और जमीन के बीच एक तेज़ दर (60 Hz या 400 Hz) के बीच स्विच करके DC से एक एसी सिग्नल प्राप्त करता है। इस सिग्नल को तब op amp के गैर-इनवर्टिंग इनपुट में प्रवर्धित, सुधार, फ़िल्टर किया गया और खिलाया जाता है। इसने आउटपुट ड्रिफ्ट और DC ऑफसेट को काफी कम करते हुए op amp के लाभ में काफी सुधार किया। दुर्भाग्य से, कोई भी डिज़ाइन जो चॉपर का उपयोग करता है, वह किसी अन्य उद्देश्य के लिए अपने गैर-इनवर्टिंग इनपुट का उपयोग नहीं कर सकता है। फिर भी, चॉपर-स्थिर op amp की बहुत बेहतर विशेषताओं ने इसे op amps का उपयोग करने का प्रमुख तरीका बना दिया। नियमित रूप से गैर-इनवर्टिंग इनपुट का उपयोग करने वाली तकनीकें 1960 के दशक तक बहुत लोकप्रिय नहीं होंगी जब op-एम्प IC ने मैदान में दिखाना शुरू किया।

1953: एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध op amp- 1953 में, वैक्यूम ट्यूब op amps जॉर्ज ए. फिलब्रिक रिसर्च से मॉडल K2-W की रिहाई के साथ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हो गए। दिखाए गए उपकरणों पर पदनाम, GAP/R, पूरी कंपनी के नाम के लिए एक संक्षिप्त नाम है। दो नौ-पिन 12AX7 वैक्यूम ट्यूब एक ऑक्टल पैकेज में लगाए गए थे और एक मॉडल K2-P चॉपर ऐड-ऑन उपलब्ध था जो प्रभावी रूप से गैर-इनवर्टिंग इनपुट का उपयोग करेगा। यह op amp लोबे जूली के 1947 के डिजाइन के वंशज पर आधारित था और इसके उत्तराधिकारियों के साथ, उद्योग में op amps के व्यापक उपयोग को शुरू करेगा।

गैप/आर मॉडल P45: एक ठोस-राज्य, असतत op amp (1961)।

1961: एक असतत IC op amp- 1947 में ट्रांजिस्टर के जन्म के साथ, और 1954 में सिलिकॉन ट्रांजिस्टर, ICएस की अवधारणा एक वास्तविकता बन गई।1959 में प्लानर प्रक्रिया की शुरूआत ने ट्रांजिस्टर और ICएस को व्यावसायिक रूप से उपयोगी होने के लिए पर्याप्त स्थिर बना दिया।1961 तक, ठोस-राज्य, असतत op amps का उत्पादन किया जा रहा था। ये op amps प्रभावी रूप से छोटे सर्किट बोर्ड थे जैसे कि एज कनेक्टर्स जैसे पैकेज।वे आमतौर पर वोल्टेज ऑफसेट और बहाव जैसी चीजों को बेहतर बनाने के लिए हाथ से चुने गए प्रतिरोधों के होते थे। P45 (1961) में 94 db का लाभ था और ±15 v रेल पर भाग गया।इसका उद्देश्य की सीमा में संकेतों से निपटने का इरादा था ±10 V।

1961: एक वर्क्टर ब्रिज op amp- ओप-एम्प डिजाइन में कई अलग-अलग दिशाएँ ली गई हैं।1960 के दशक की शुरुआत में वर्क्टर ब्रिज Op amps का उत्पादन शुरू हुआ। वे बहुत छोटे इनपुट करंट के लिए डिज़ाइन किए गए थे और अभी भी उनके इनपुट पर सैकड़ों वोल्ट के साथ सही ढंग से निपटने की क्षमता के साथ सामान्य-मोड अस्वीकृति के संदर्भ में उपलब्ध सर्वश्रेष्ठ op amps में से हैं।

GAP/R मॉडल PP65: एक ठोस-राज्य op amp इन ए पॉटेड मॉड्यूल (1962)

1962: एक पॉटेड मॉड्यूल में एक op amp- 1962 तक, कई कंपनियां मॉड्यूलर पॉटेड पैकेज का उत्पादन कर रही थीं, जिन्हें मुद्रित सर्किट बोर्डों में प्लग किया जा सकता था। ये पैकेज महत्वपूर्ण रूप से महत्वपूर्ण थे क्योंकि उन्होंने परिचालन एम्पलीफायर को एक एकल ब्लैक बॉक्स में बनाया था जिसे आसानी से एक बड़े सर्किट में एक घटक के रूप में माना जा सकता था।

1963: एक मोनोलिथिक IC op amp- 1963 में, फेयरचाइल्ड सेमीकंडक्टर में बॉब विडलर द्वारा डिज़ाइन किए गए μA702 का पहला मोनोलिथिक IC op amp जारी किया गया था। मोनोलिथिक IC एक चिप और असतत भागों (एक असतत IC) या कई चिप्स बंधे और एक सर्किट बोर्ड (एक हाइब्रिड IC) पर जुड़े हुए कई चिप के विपरीत एकल चिप से मिलकर बनता है। लगभग सभी आधुनिक op amps मोनोलिथिक IC हैं; हालांकि, यह पहला IC ज्यादा सफलता के साथ नहीं मिला। एक असमान आपूर्ति वोल्टेज, कम लाभ और एक छोटी गतिशील रेंज जैसे मुद्दे 1965 तक मोनोलिथिक op amps के प्रभुत्व से दूर हो गए जब μA709 (बॉब विडलर द्वारा भी डिज़ाइन किया गया) जारी किया गया था।

1968: μA741 की रिलीज़- 1967 में LM101 की रिहाई पर मोनोलिथिक op amps की लोकप्रियता में और सुधार किया गया था, जिसने विभिन्न प्रकार के मुद्दों को हल किया था, और 1968 में μA741 की बाद की रिलीज हुई थी। μA741 LM101 के समान था, सिवाय इसके कि फेयरचाइल्ड की सुविधाओं ने उन्हें अनुमति दी थी। बाहरी मुआवजे की आवश्यकता के बजाय चिप के अंदर एक 30 PF मुआवजा संधारित्र शामिल करें। इस सरल अंतर ने 741 कैनोनिकल op amp और कई आधुनिक amps ने 741 पर उनके पिनआउट को आधार बनाया है। ΜA741 अभी भी उत्पादन में है, और इलेक्ट्रॉनिक्स में सर्वव्यापी हो गया है - कई निर्माता इस क्लासिक चिप का एक संस्करण बनाते हैं, जो 741 वाले भाग संख्याओं द्वारा पहचानने योग्य है। एक ही हिस्सा कई कंपनियों द्वारा निर्मित है।

1970: पहली हाई-स्पीड, लो-इनपुट करंट FET डिजाइन- 1970 के दशक की हाई स्पीड में, फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर | FETs का उपयोग करके कम-इनपुट करंट डिज़ाइन बनाए जाने लगे। इन्हें काफी हद तक 1980 के दशक में MOSFETs के साथ किए गए op amps द्वारा प्रतिस्थापित किया जाएगा।

LH0033CG: एक उच्च गति हाइब्रिड IC op amp

1972: सिंगल साइडेड सप्लाई op amps का उत्पादन किया जा रहा है- एक सिंगल साइडेड सप्लाई op amp वह है जहां इनपुट और आउटपुट वोल्टेज नकारात्मक बिजली की आपूर्ति वोल्टेज के रूप में कम हो सकते हैं, बजाय इसके कि इसके ऊपर कम से कम दो वोल्ट होने की आवश्यकता होती है। इसका परिणाम यह है कि यह op amp पर नकारात्मक आपूर्ति पिन के साथ कई अनुप्रयोगों में संचालित हो सकता है जो सिग्नल ग्राउंड से जुड़ा हो रहा है, इस प्रकार एक अलग नकारात्मक बिजली की आपूर्ति की आवश्यकता को समाप्त करता है।

LM324 (1972 में जारी) एक ऐसा op amp था जो क्वाड पैकेज (एक पैकेज में चार अलग -अलग op amps) में आया था और एक उद्योग मानक बन गया। एक ही पैकेज में कई op amps को पैकेज करने के अलावा, 1970 के दशक में हाइब्रिड पैकेजों में op amps का जन्म भी देखा गया। इन op amps को आम तौर पर मौजूदा मोनोलिथिक op amps के संस्करणों में सुधार किया गया था। जैसा कि मोनोलिथिक op amps के गुणों में सुधार हुआ है, अधिक जटिल हाइब्रिड ICs को जल्दी से उन प्रणालियों के लिए फिर से स्थापित किया गया था जिनके लिए बहुत लंबी सेवा जीवन या अन्य विशेष प्रणालियों की आवश्यकता होती है।

एक मिनी डिप पैकेज में एक op amp

हाल के रुझान- हाल ही में एनालॉग सर्किट में आपूर्ति वोल्टेज में कमी आई है (जैसा कि डिजिटल लॉजिक में है) और कम-वोल्टेज op amps को यह दर्शाते हुए पेश किया गया है। 5 V और तेजी से 3.3 V (कभी -कभी 1.8 V) के रूप में आपूर्ति आम हैं। सिग्नल रेंज को अधिकतम करने के लिए आधुनिक op amps में आमतौर पर रेल-से-रेल आउटपुट (आउटपुट सिग्नल सबसे कम आपूर्ति वोल्टेज से उच्चतम तक हो सकता है) और कभी-कभी रेल-से-रेल इनपुट होता है।

यह भी देखें

• सक्रिय फ़िल्टर
• एनालॉग कंप्यूटर
• बॉब विडलर
• वर्तमान कन्वेयर
• वर्तमान-फीडबैक ऑपरेशनल एम्पलीफायर
• विभेदक प्रवर्धक
• जॉर्ज ए. फिलब्रिक
• इंस्ट्रूमेंटेशन एम्पलीफायर
• नकारात्मक प्रतिक्रिया एम्पलीफायर
• op-amps स्वैपिंग
• परिचालन एम्पलीफायर अनुप्रयोग
• परिचालन ट्रांसकॉन्डक्टेंस एम्पलीफायर
• सालेन-कुंजी टोपोलॉजी

अग्रिम पठन

Books

• Op Amps For Everyone; 5th Ed; Bruce Carter, Ron Mancini; Newnes; 484 pages; 2017; ISBN 978-0128116487. (2 MB PDF - 1st edition)
• Operational Amplifiers - Theory and Design; 3rd Ed; Johan Huijsing; Springer; 423 pages; 2017; ISBN 978-3319281261.
• Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits - Theory and Application; 3rd ed; James Fiore; Creative Commons; 589 pages; 2016.(13 MB PDF Text)(2 MB PDF Lab)
• Analysis and Design of Linear Circuits; 8th ed; Roland Thomas, Albert Rosa, Gregory Toussaint; Wiley; 912 pages; 2016; ISBN 978-1119235385.
• Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits; 4th ed; Sergio Franco; McGraw Hill; 672 pages; 2015; ISBN 978-0078028168.
• Small Signal Audio Design; 2nd ed; Douglas Self; Focal Press; 780 pages; 2014; ISBN 978-0415709736.
• Linear Circuit Design Handbook; 1st ed; Hank Zumbahlen; Newnes; 960 pages; 2008; ISBN 978-0750687034. (35 MB PDF)
• Op Amp Applications Handbook; 1st ed; Walt Jung; Analog Devices & Newnes; 896 pages; 2005; ISBN 978-0750678445. (17 MB PDF)
• Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits; 6th ed; Robert Coughlin, Frederick Driscoll; Prentice Hall; 529 pages; 2001; ISBN 978-0130149916.
• Active-Filter Cookbook; 2nd ed; Don Lancaster; Sams; 240 pages; 1996; ISBN 978-0750629867. (28 MB PDF - 1st edition)
• IC Op-Amp Cookbook; 3rd ed; Walt Jung; Prentice Hall; 433 pages; 1986; ISBN 978-0138896010. (18 MB PDF - 1st edition)
• engineer's Mini-Notebook – OpAmp IC Circuits; 1st ed; Forrest Mims III; Radio Shack; 49 pages; 1985; ASIN B000DZG196. (4 MB PDF)
• Intuitive IC Op Amps - from Basics to Useful Applications; 1st ed; Thomas Frederiksen; National Semiconductor; 299 pages; 1984; ISBN 978-9997796677.
• Designing with Operational Amplifiers - Applications Alternatives; 1st ed; Jerald Graeme; Burr-Brown & McGraw Hill; 269 pages; 1976; ISBN 978-0070238916.
• Applications of Operational Amplifiers - Third Generation Techniques; 1st ed; Jerald Graeme; Burr-Brown & McGraw Hill; 233 pages; 1973; ISBN 978-0070238909. (37 MB PDF)
• Understanding IC Operational Amplifiers; 1st ed; Roger Melen and Harry Garland; Sams Publishing; 128 pages; 1971; ISBN 978-0672208553. (archive)
• Operational Amplifiers - Design and Applications; 1st ed; Jerald Graeme, Gene Tobey, Lawrence Huelsman; Burr-Brown & McGraw Hill; 473 pages; 1971; ISBN 978-0070649170.

Books with opamp chapters

• Learning the Art of electronics - A Hands-On Lab Course; 1st ed; Thomas Hayes, Paul Horowitz; Cambridge; 1150 pages; 2016; ISBN 978-0521177238. (Part 3 is 268 pages)
• The Art of electronics; 3rd ed; Paul Horowitz, Winfield Hill; Cambridge; 1220 pages; 2015; ISBN 978-0521809269. (Chapter 4 is 69 pages)
• Lessons in electric Circuits - Volume III - Semiconductors; 5th ed; Tony Kuphaldt; Open Book Project; 528 page; 2009. (Chapter 8 is 59 pages) (4 MB PDF)
• Troubleshooting Analog Circuits; 1st ed; Bob Pease; Newnes; 217 pages; 1991; ISBN 978-0750694995. (Chapter 8 is 19 pages)
• Analog Applications Manual; 1st ed; Signetics; 418 pages; 1979. (Chapter 3 is 32 pages) (32 MB PDF)

बाहरी संबंध

• Op Amp Circuit Collection- National Semiconductor Corporation
• Operational Amplifiers - Chapter on All About Circuits
• Loop Gain and its effects on Analog Circuit Performance - Introduction to loop gain, gain and phase margin, loop stability
• Simple Op Amp Measurements How to measure offset voltage, offset and bias current, gain, CMRR, and PSRR.
• Operational Amplifiers. Introductory on-line text by e. J. Mastascusa (Bucknell University).
• Introduction to op-amp circuit stages, second order filters, single op-amp bandpass filters, and a simple intercom
• MOS op amp design: A tutorial overview
• Operational Amplifier Noise Prediction (All Op Amps) using spot noise
• Operational Amplifier Basics
• History of the Op-amp, from vacuum tubes to about 2002
• Loebe Julie historical OpAmp interview by Bob Pease
• www.PhilbrickArchive.org  – A free repository of materials from George A Philbrick / Researches - Operational Amplifier Pioneer
• What's The Difference Between Operational Amplifiers And Instrumentation Amplifiers?, electronic Design Magazine

डेटाशीट / डेटाबुक

• LM301, Single BJT OpAmp, Texas Instruments
• LM324, Quad BJT OpAmp, Texas Instruments
• LM741, Single BJT OpAmp, Texas Instruments
• NE5532, Dual BJT OpAmp, Texas Instruments (NE5534 is similar single)
• TL072, Dual JFET OpAmp, Texas Instruments (TL074 is Quad)