Operational Amplifiers - Part 4

Operational Amplifier အပိုင်း ( ၄ )

Monolithic IC Op Amp

ပထမဆုံး IC op amp uA702 ကို Fairchild Semiconductor က ၁၉၆၃ မှာ ထုတ်လုပ်ခဲ့ပါတယ်။ designer က လူငယ် အင်ဂျင်နီယာ Robert J. (Bob) Widlar ပုံ(၁) ( Wide-lar လို့အသံထွက်ပါ။)

ပုံ(၁) - Robert John Widlar

အဲ့ဒီတုန်းက သူဟာ အသက် ၂၆ လောက်ဘဲရှိပါသေးတယ်။Text Book တွေမှာပါတဲ့ Widlar Current Source နဲ့ Band-gap voltage reference ဆိုတာတွေဟာ သူတီထွင်ခဲ့တာပါ။) uA702 ပုံ(၂) ဟာ တီထွင်ဆန်းသစ်မှုရှိတာမှန်ပေမဲ့ ဈေးကြီးပြီး ($300) အရည်အသွေးလည်း သိပ်မကောင်းတာမို့ စီးပွားရေးအရ သိပ်မအောင်မြင်ခဲ့ပါ။အဲ့ဒီတုန်းက military နဲ့ aerospace လုပ်ငန်းတွေကသာ ဝယ်သုံးနိုင်ခဲ့ပါတယ်။

ပုံ(၂) uA702

uA709

သိပ်မကြာခင် ၁၉၆၅ မှာ Fairchild က ဘဲ uA709 op amp ကို ထပ်ထုတ်ခဲ့ပါတယ်။ uA709 ဟာ uA702 ထက် အများကြီးပိုကောင်းပါတယ်။ gain 45000 နဲ့ output swing +/-10V အထိထုတ်နိုင်ပြီး input current က 200nA ဘဲရှိပါတယ်။ စရောင်းရောင်ခြင်း $70 လောက်ရှိတယ်။နောက်ပိုင်းမှာ $5 အထိ လျှော့ချနိုင်လို့ အလွန် အသုံးများလာပါတယ်။၁၉၆၉ခုနှစ်မှာဆို $2 လောက်ဘဲရှိပါတော့တယ်။

uA709 ရဲ့design ဟာ uA702 ရဲ့ design principles တွေကိုဆက်သုံးထားပါတယ်။ ပထမ stage နဲ့ ဒုတိယ stage ကို current source Q10-Q11 နဲ့ bias လုပ်ထားပါတယ်။ 709 ရဲ့ design မှာ NPN  transistor တွေကို အဓိကထားသုံးထားပြီး PNP ၂ လုံးဘဲပါတယ်။ PNP Q9 ကို level shifter အနေနဲ့ သုံးထားပြီး Q13 ကတော့

NPN Q14 နဲ့တွဲပြီး complementary output အနေနဲ့လုပ်ပါတယ်။ အဲ့ဒီ စုံတွဲကို bias လုပ်မထားတာကြောင့် class B အနေနဲ အလုပ် လုပ်ပါတယ်။ output မှာ crossover distortion နဲအောင် R15 နဲ့ ICတွင်းမှာ feedback ပြန်ပေးထားတာကို 709 ရဲ့ schematic ပုံ(၃) မှာ လေ့လာကြည့်နိုင်ပါတယ်။

gain stage တွေ များများသုံးထားပြီး negative feedback နဲ့သုံးတဲ့အခါ frequency ဲ မြင့်မြင့်မှာ phase shift ကြောင့် oscillation မဖြစ်ရအောင် compensation လုပ်ပေးဘို့လိုပါတယ်။ frequency compensation လုပ်ဘို့ pin 1 နဲ့ 8 မှာ IC အဲပြင်မှ RC network ၂ခု ထည့်ပေးဘို့ လိုပါတယ်။

709 ဟာ 702 ထက် အများကြီးပိုကောင်းလာတယ်ဆိုပေမဲ့လည်း ချို့ယွင်းချက်ကင်းတာတော့  မဟုတ်ပါဘူး။ ဥပမာ output မှာ current limiting resistor ထည့်မထားရင် output short ဖြစ်သွားရင် IC ပျက်သွားပါမယ်။ သုံးတဲ့သူတွေက frequency compensation လုပ်ရတာ မကြိုက်ကြပါဘူးဦးနှောက်စားလို့ပါ။ input volt၂ ခု သိပ်ကွာခြားသွားရင်လည်း ပျက်သွားနိုင်ပါတယ်။

ပုံ(၃) - uA709 schematic diagram

LM101

၁၉၆၅မှာ November မှာ Widlar ဟာ National Semiconductor သို့ ပြောင်းလုပ်ခဲ့ပါတယ်ပြီး ၁၉၆၇ မှာ LM101 ပုံ(၄) ကို design လုပ်ပါတယ်။ 101 ကို 2nd generation op amp လို့ သတ်မှတ်ပါတယ်။ 709 က first generation ပါ။ LM101 design မှာ 709 ရဲ့ပြဿနာ အများစုကို ဖြေရှင်းထားပါတယ်။

- output မှာ short circuit protection ပါလာတယ်။

- Frequency compensation ကို လုပ်ရလွယ်အောင် ပြင်ထားတယ်။

- Input common mode volt ကြီးရင် Latch မဖြစ်တော့ပါ။

- Differential Input ကြီးရင်လည်း မပျက်တော့ပါ။

- Power ပေးရတာလည်း လွယ်ကူလာပါတယ်။

LM101 ဟာ gain 160000 ရှိပြီး power ကိုလည်း +/- 5V မှ +/-20 V အထိပေးနိုင်လာပါတယ်။ LM101 ရဲ့ frequency compensation ကို လွယ်သွားစေရန် gain stage ကို ၂ ဆင့်ဘဲသုံးထားပါတယ်။ Q1မှ Q8 အထိ ပထမ gain stage ဖြစ်ပါတယ်။ input ကို Q1-Q2 PNP differential pair သုံးထားတာ ထူးခြားပါတယ်။ PNP transistor တွေဟာ current gain နဲပေမဲ့ သူရဲ့အားနဲချက်ကို high gain NPN ၂လုံး နဲ့ buffer လုပ်ထားပေးတဲ့အတွက် input current 20nA သာလိုပါတယ်။PNP သုံးလို့ ရတဲ့အကျိုးကတော့ input volt ကို +Vs မှ -Vs အထိပေးနိင်ခြင်းဖြစ်ပါတယ်။ ဒါဟာ PNP transistor တွေရဲ့ မြင့်မားတဲ့ base-emitter breakdown volt ကြောင့်ပါ။

Q9 က ဒုတိယ gain stage ဖြစ်ပါတယ်။ Q9 ရဲ့ load က Q13 ပါ။ ဒုတိယ stageရဲ့ gain က 60dB လောက်ရပြီး stage ၂ ခုပေါင်း gain 100dB ကျော်ကျော် ရပါတယ်။

Output stage မှာ NPN Q14 နဲ့ equivalent PNP Q16-Q17 ပါဝင်ပါတယ်။ သူတို့ကို Q11 နဲ့ Q12 တိ့ဖြင့် bias လုပ်ထားပါတယ်။ short circuit protection ကိုတော့ Q15, Q16 Q9-Q10 တို့နဲ့လုပ်ထားပါတယ်။

LM101 family မှာ military ,industry နဲ့ commercial temperature range ၃ ခုခွဲပြီး LM101,LM201 နဲ့ LM301 ဆိုပြီး နံပါတ် ခွဲထုတ်ပါတယ်။

Analog circuit မှာ Operational ဟာ အလွန်အသုံးများတဲ့ IC ဖြစ်လို့ သူ့ကို electronic componentအဖြစ် လည်း မှတ်ယူနိင်ပါတယ်။ IC တွေရဲ့ internal circuit diagram များအလုပ်လုပပုံကိုနားလည်ခြင်းဟာ နောင် ဖေါ်ပြမဲ့ op amp application များကို ပိုမိုနားလည်စေနိုင်ပါတယ်။

ဆက်လက်ဖေါ်ပြပါမည်။