Operational Amplifiers - Part 6

Operational Amplifiers အပိုင်း ( ၆ )

Op-Amp Characteristics

op-amp တခုရဲ့အတွင်းမှာ ရှိတဲ့ circuit တွေဟာ ရှုပ်ထွေးလှပေမဲ့ တကယ်တွကချကကြတဲ့အခါ ပိုလွယ်ကူတဲ့ equivalent circuit model ကို သုံးကြပါတယ်။modelလုပ်ပြီး သုံခြင်းဖြင့် op-amp အများကြီးပါတဲ့ circuit တွေတောင်မှ နာလည်ရ၊ design လုပ်ရ လွယ်ကူစေပါတယ်။

ပုံ (၁) - Operational Amplifier Package

အမည်သတ်မှတ်ပုံ

ပုံ (၂) - Pin Diagram

Op-amp များကို integrated circuit များဖြင့်ထုတ်လုပ်ကြပြီး package အမျိုးတွင် ထည့်သွင်း ရောင်းချကြသည်။ ပုံ(၁) တွင်ပြထားသော IC package မှာ pin 8 ခုပါသော DIP( Dual-in-line Package ) အမျိုးအစားဖြစ်ပြီး pin diagram ကို ပုံ (၂)မှာ ပြထားပါတယ်။ op-amp ကို တြိဂံပုံဖြင့် ဖေါ်ပြပြီး pin 8 ခုပါသော်လည်း အပြင်မှဆက်ပေးရန်လိုတဲ့ pin ကတော့ ၅ ခုဘဲဖြစ်ပါတယ်။


Pin 2 inverting သို့ negative input voltage , vn
Pin 3 non inverting သို့ positive input voltage , vp
Pin 4 negative(-) power supply terminal , Vee
Pin 7 positive(+) power supply terminal , Vcc

Pin 6 output voltage , vo

ပုံ (၃) - Op-Amp တခုရဲ႕ volt နဲ႔ current မ်ားသတ္မွတ္ပုံ

op-amp မှာ input terminal ၂ ခု ( vp and vn ) ပါရှိပြီး output terminal တစ်ခု vo ပါဝင်ပါတယ်။ input current ၂ ခုကို ip နဲ့ in လို့ သတ်မှတ်ဖေါ်ပြပြီး output current ကိုတော့ io , supply current ၂ ခုကိုလည်း icc နဲ့ iee လို့ဖေါ်ပြနိုင်တယ်။ ပုံ(၃) မှာ ကြည့်ပါ။ op-amp circuit တွေဖေါ်ပြတဲ့အခါ ထူးခြားမှုမရှိလျှင် Vcc နဲ့ Vee တွေကို ထည့်မဆွဲတော့ပါ။ ပုံမှာ မပါပေမဲ့လည်း တကယ်သုံးတဲ့အခါ power pin များကို ဆက်ပေးရပါမယ်။
power pin များပါထည့်တွက်ပြီး op-amp ကို KCL ရေးရင်

io= ip + in + icc - iee

လို့ ရေးနိုင်ပေမဲ့ power pin များကို ထည့်မဆွဲတဲ့အခါ KCL ကို

io= ip + in

လို့ရေးရင် မမှန်ပါဘူး။ ပုံ(၄)

ပုံ(၄)- supply pin များဖြုတ်ထားပုံ

Transfer Characteristics

op-amp တခုရဲ့ input နဲ့ output ဆက်စပ်ပုံကို

vo =A( vp - vn )

လို့ ဖေါ်ပြပါတယ်။ A ကို op-amp ရဲ့ open loop gain လို့ ခေါ်ပါ

တယ်။ open loop gain ဆိုတာ op-amp ရဲ့ output မှ input ကို ဘာမှဆက်မထားရင် ရမဲ့ gain ဖြစ်ပါတယ်။ op-amp တခုရဲ့ output ဟာ Vcc နဲ့ Vee ကြားသာ ထွက်နိုင်တဲ့အတွက် ဒီ equation ကို vo ဟာ Vcc ထက် ငယ်ပြီး Vee ထက်ကြီးတဲ့ အချိန်မှာသာ သုံးနိင်ပါတယ်။အဲဒီ နေရာကို linear region လိုခေါ်ပြီး အဲ့ဒီ အပြင်ဘက်ကိုတော့ saturation region လို့ခေါ်ပါတယ်။ op-amp တခု မှာ Positive Saturation Region နဲ့ Negative Saturation ဆိုပြီး ၂ ခုရှိပါတယ်။ပုံ(၅)

ပုံ(၅) - Op-Amp တခုရဲ့ characteristics

Equivalent-Circuit Model

op-amp တခုဟာ linear region ထဲမှာ အလုပ်လုပ်နေတဲ့အခါ သူ့ရဲ့ အလုပ်လုပ်ပုံကို ပုံ(၆) မှာဖေါ်ပြထားတဲ့ model နဲ့ ပုံစံပြု ဖေါ် ပြနိုင်ပါတယ်။ equivalent circuit မှာ voltage controlled voltage source တခုပါဝင်ပြီး သူ့ရဲ gain ဟာ A ရှိပါတယ်။ input resistance Ri နဲ့ output resistance Ro တို့ပါဝင်ပါတယ်။ ideal op-amp တခုဆိုရင် 

A = ∞

Ro = 0

Ri = ∞ 

ip = in = 0 A

ရှိရပါမယ်။ တကယ် လက်တွေ့မှာတော့ မဖြစ်နိုင်ပါဘူး ။ ဥပမာ uA741 op-ampမှာဆိုရင်

A= 200000
Ro= 25 Ω
Ri = 2 MΩ
ip = in = 80 nA

သာရှိပါတယ်။ ideal op amp characteristics တွေကို သုံးခြင်းဖြင့် op-amp circuit တွေရဲ့ အလုပ်လုပ်ပုံကို နားလည်ရလွယ်စေပါတယ်။

ပုံ (၆)- op-amp ရဲ့ Equvalent Circuit Model

Controlled Source

Voltage source တခု ဟာ သူထွက်ချင်တဲ့ volt ထွက်နိုင်ရင် independent source လို့ခေါ်ပြီး တခြားတနေရာရာပေါ်မှုတည်ပြီးထွက်ရတယ်ဆိုရင် dependent source သို့ controlled source လို့ခေါ်ပါတယ်။ ဥပမာ Battery တခုဟာ independent source ဖြစ်ပြီး transformer တခုဟာ dependent source ဖြစ်ပါတယ်။ Transformer ရဲ့ secondary volt ဟာ ထွက်ချင်သလို ထွက်လို့မရဘဲ primary ပေါ်မှီခိုနေရလို့ဖြစ်ပါတယ်။ Transformer ရဲ့ output ၂ ခုဆက်စပ်ပုံကို ဖေါ်ပြရရင်

Vs = Vp Ns/Np

လို့ ရေးနိင်ပါတယ်။ Amplifier တွေကို model လုပ်ရင် controlled source နဲ့ဖေါ်ပြပါတယ်။ Amplifier တခုဖြစ်ဘို့ရာမှာ controlled source ဖြစ်ရုံနဲ့မရပါဘူး power gain ၁ ထက်ကြီးရမှာပါ။ ဆိုလိုတာက output power ဟာ input ထက် ကြီးဘို့လိုပါတယ်။ Step up transformer တလုံးဟာ controlled source ဖြစ်ပြီး voltage gain ရှိနိုင်ပေမဲ့ output power ဟာ input ထက်မကြီးနိင်တဲ့အတွက် amplifier မဖြစ်ပါ။

Controlled source ၄ မျိုးရှိပါတယ်။

၁။ voltage controlled voltage source - VCVC
၂။ voltage controlled current source - VCCS
၃။ current controlled voltage source - CCVS
၄။ current controlled current source - CCCS

တို့ဖြစ်ပါတယ်ပုံ(၇)။BJT transistor ကို အများအားဖြင့် CCCS နဲ့ဖေါ်ပြပြီး FET တွေကတော့ VCCS ဖြစ်ပါတယ်။ OP-AMP တွေကတော့ VCVS ထဲပါဝင်ပါတယ်။ controlled source များမှာ input port နဲ့ output port မှာပါဝင်ပြီး input မှာ load ဖြစ်တဲ့အတွက် resistance သို့ impedance နဲ့ဖေါ်ပြပြီး output မှာ dependent source တခုခုနဲ့ internal resistance သို့ impedance နဲ့ ဖေါ်ပြပါတယ်။

Operation circuit များနဲ့ op-amp အမျိုးအစား များ အကြောင်းဆက်လက်ဖေါ်ပြပါမည်။

ပုံ (၇) - Controlled Source များ