आवृत्ति प्रतिकरण

इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियरिंग में, आवृत्ति कंपनसेशन एम्पलीफायरों में उपयोग की जाने वाली तकनीक है, जिसका उपयोग एम्पलीफायरों में किया जाता है, और विशेष रूप से नकारात्मक प्रतिक्रिया को नियोजित करने वाले एम्पलीफायरों में इसके सामान्यतः दो प्राथमिक लक्ष्य होते हैं: सकारात्मक प्रतिक्रिया के अनजाने निर्माण से बचना, जो एम्पलीफायर को दोलन का कारण बनता है, और एम्पलीफायर के चरण प्रतिक्रिया में ओवरशूट और रिंगिंग को नियंत्रित करने के लिए सिंगल पोल सिस्टम की बैंडविड्थ को उत्तम बनाने के लिए भी इसका बड़े मापदंड पर उपयोग किया जाता है।

स्पष्टीकरण

चित्रा 1: कंपनसेशन की विभिन्न डिग्री के लिए दो-ध्रुव एम्पलीफायर की चरण प्रतिक्रिया। पैरामीटर ζ एक कंपनसेशन कैपेसिटर द्वारा सेट किया गया है: छोटे ζ का परिणाम तेज प्रतिक्रिया में होता है, लेकिन अधिक रिंगिंग और ओवरशूट होता है।

अधिकांश एम्पलीफायर अन्य वांछनीय गुणों के लिए व्यापार लाभ के लिए नकारात्मक प्रतिक्रिया का उपयोग करते हैं, जैसे कि विरूपण में कमी, उत्तम ध्वनि में कमी या तापमान जैसे मापदंडों की भिन्नता में वृद्धि आदर्श रूप से, एक एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया की चरण (तरंगें) विशेषता रैखिक होगी; चूँकि उपकरण की सीमाएँ इस लक्ष्य को भौतिक रूप से अप्राप्य बनाती हैं। अधिक विशेष रूप से, एम्पलीफायर के लाभ चरणों के अंदर 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 भाग 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। अथार्त प्रतिक्रिया नकारात्मक के अतिरिक्त सकारात्मक है।

इस परिणाम से बचने के लिए आवृत्ति कंपनसेशन प्रयुक्त किया जाता है।

आवृत्ति कंपनसेशन का एक अन्य लक्ष्य एक एम्पलीफायर परिपथ 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। चूँकि एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया के कारण आउटपुट आदर्श नहीं है, और रिंगिंग (संकेत) होता है। योग्यता के कई आंकड़े चरण प्रतिक्रिया की पर्याप्तता का वर्णन करने के लिए समान 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 सामान्यतः एक दूसरे के साथ संघर्ष करते हैं अनुकूलन विधियों की आवश्यकता होती है।

चरण प्रतिक्रिया को अनुकूलित करने के लिए आवृति कंपनसेशन प्रयुक्त किया गया है,और पोल का बंटवारा विधि 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 कंपनसेशन 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 (a) 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 (b) लाभ दोलन को प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है।

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

1. एम्पलीफायर का ओपन लूप गेन ≥ 1 और है
2. ओपेन 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 कंपनसेशन एम्पलीफायर के ओपन लूप आउटपुट या इसके फीडबैक नेटवर्क, या दोनों के लाभ और चरण विशेषताओं को संशोधित करके प्रयुक्त किया जाता है, जिससे दोलन की स्थिति से बचा जा सकता है। यह सामान्यतः प्रतिरोध-समाई नेटवर्क के आंतरिक या बाहरी उपयोग द्वारा किया जाता है।

प्रमुख-पोल कंपनसेशन

सबसे अधिक उपयोग की जाने वाली विधि को प्रमुख-ध्रुव कंपनसेशन कहा जाता है, जो अंतराल कंपनसेशन का एक रूप है। यह एक बाहरी कंपनसेशन 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 प्रभावित होता है। परिणाम 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 कंपनसेशन सामान्य प्रयोजन परिचालन एम्पलीफायरों के लिए चरण में एक एकीकृत समाई जोड़कर प्रयुक्त किया जा सकता है जो एम्पलीफायर के लाभ का बड़ा भाग 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 या 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 अतिरिक्त प्रमुख-ध्रुव कंपनसेशन 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 कंपनसेशन विधि नीचे वर्णित है:

यह कंपनसेशन विधि नीचे वर्णित है: मान लीजिए $A$ ओपन-लूप कॉन्फ़िगरेशन में ऑप एम्प का अप्रतिपूर्ति स्थानांतरण कार्य है जो निम्न द्वारा दिया गया है:

$A(s)=A_{OL}\cdot {\frac {1}{1+{\frac {s}{\omega _{1}}}}}\cdot {\frac {1}{1+{\frac {s}{\omega _{2}}}}}\cdot {\frac {1}{1+{\frac {s}{\omega _{3}}}}}=A_{OL}\cdot {\frac {\omega _{1}\omega _{2}\omega _{3}}{(s+\omega 1)(s+\omega _{2})(s+\omega _{3})}}$

जहाँ $A_{OL}$ ओप-एम्प 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, कंपनसेशन के लिए, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, ओप-एम्प के साथ श्रृंखला में एक RC नेटवर्क जोड़कर एक प्रमुख ध्रुव का परिचय दें।

एक प्रमुख पोल का आरेख कंपनसेशन ओपन लूप ओप-एम्प

कंपनसेशन खुले लूप ओप-एम्प परिपथ का स्थानांतरण कार्य निम्न द्वारा दिया गया है:

डोमिनेंट पोल कंपनसेशन के बाद टीएफ

  where fd < f1 < f2 < f3

कंपनसेशन धारिता C को इस प्रकार चुना गया है कि f_d < f₁. इसलिए, एक प्रमुख ध्रुव कंपनसेशन ओपन लूप ऑप-एम्प परिपथ की आवृत्ति प्रतिक्रिया f_d से एक समान लाभ रोल ऑफ दिखाती है और f₁ पर 0 हो जाती है जैसा कि ग्राफ में दिखाया गया है।

प्रमुख ध्रुव कंपनसेशन में आवृत्ति प्रतिक्रिया

प्रमुख पोल कंपनसेशन के लाभ हैं:

1. यह सरल और प्रभावी है।

2. ध्वनि प्रतिरोधक क्षमता में सुधार होता है क्योंकि बैंडविड्थ के बाहर ध्वनि आवृत्ति घटक समाप्त हो जाते हैं।

चूँकि सरल और प्रभावी इस तरह के रूढ़िवादी प्रमुख ध्रुव कंपनसेशन 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 की स्लीव दर को कम करता है। यह कमी उस समय के परिणामस्वरूप होती है जब कंपनसेशन चरण को चलाने के लिए परिमित धारा को कंपनसेशन संधारित्र को चार्ज करने में समय लगता है। इसका परिणाम उच्च आयाम, तेजी से बदलते संकेतों को स्पष्ट रूप से पुन: प्रस्तुत करने में एम्पलीफायर की असमर्थता है।

अधिकांशतः प्रमुख-ध्रुव कंपनसेशन 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 विधियाँ

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

सीसा कंपनसेशन जबकि प्रमुख पोल कंपनसेशन खुले लूप प्रतिक्रिया में ध्रुवों को रखता है या स्थानांतरित करता है, लीड कंपनसेशन उपस्थित ध्रुवों में से एक को समाप्त करने के लिए खुले लूप प्रतिक्रिया में एक शून्य [सी] रखता है।

लीड मुआवजा. जबकि प्रमुख ध्रुव मुआवजा खुले लूप प्रतिक्रिया में ध्रुवों को रखता है या स्थानांतरित करता है, लीड कंपनसेशन उपस्थित ध्रुवों में से एक को समाप्त करने के लिए खुले लूप प्रतिक्रिया में एक शून्य [सी] रखता है।

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

फीड-फॉरवर्ड या मिलर प्रभाव कंपनसेशन 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 विधियों का उद्देश्य एम्पलीफायर बंद लूप स्थिरता को बनाए रखते हुए अधिक से अधिक ओपन लूप बैंडविड्थ की अनुमति देना है। वे अधिकांशतः 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