Operational Amplifiers - Part 7

Operational Amplifier အပိုင္း ( ၇ )

Basic Op-Amp Circuits

Op-amp circuit မ်ားကိုနားလည္ဘို႔အတြက္ Virtual short နဲ႔ virtual ground တို႔ကို နားလည္ထားဘို႔လိုပါတယ္။

Virtual Short

Node ၂ ခုၾကား current ဘယ္ေလာက္စီးစီး volt မရွိရင္ short circuit လို႔ သတ္မွတ္ၿပီး voltဘယ္ေလာက္ေပးေပး current မစီးရင္ open circuit လို႔ သတ္မွတ္ႏိုင္ပါတယ္။
linear op-amp circuit ေတြမွာ inverting နဲ႔ non-inverting terminal ၂ခုၾကားမွာ zero volt ျဖစ္ေနၿပီး current လည္း မစီးတဲ့အခါၾကေတာ့ virtual short လို႔ေခၚပါတယ္ ပုံ(၁) ။virtual short ကို V-I characteristic curve မွာ ၾကည့္ရင္ origin မွာ ရွိတဲ့ point တခု အျဖစ္သာျမင္ရပါမယ္။ ဆိုလိုတာက volt ေရာ current ေရာ zero ျဖစ္ပါတယ္။ virtual short သေဘာတရားဟာ op-amp circuit ေတာ္ေတာ္မ်ားမ်ားကို နားလည္ဘို႔ အေထာက္အကူ ျဖစ္ေစပါတယ္။

virtual ground ကိုေတာ့ inverting amplifier circuit မွာ ေတြ႕ပါမယ္။

ပုံ (၁) - Virtual Short

Voltage Follower Circuit

ပုံ(၂) - Voltage Follower Circuit

Op-amp circuit ေတြထဲမွာ နားလည္ဘို႔ အလြယ္ဆံုးကေတာ့ voltage follower circuit ျဖစ္ပါတယ္။ ပံု(၂) မွာ input voltage ကို non-inverting terminal နဲ႔ဆက္ထားၿပီး inverting ကိုေတာ့ output ကေန feedback ျပန္ေပးထားပါတယ္။ ideal op-amp မွာ inverting နဲ႔ non-inverting terminal ၂ ခုၾကားမွာ current မစီးပါဘူး။ op-amp ရဲ႕ gain ကလည္း infinite ျဖစ္တဲ့အတြက္ terminal ၂ ခုအၾကား voltage ကို op-amp ရဲ႕ basic characteristic equation နဲ႔ ျပန္တြက္ၾကည့္ရင္

Vo = A ( Vp - Vn ) 

A = ∞

∴ Vp - Vn = 0

ျဖစ္ပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ input terminal ၂ ခုအၾကားမွာ virtual short ျဖစ္ေနတဲ့ အတြက္

Vs = Vp = Vn = Vo

(သို႔) 

Vo = Vs

Amplifier တခုရဲ႕ input ကို

Vo = G Vs ( G = closed loop gain )

လို႔ ေဖၚျပႏိုင္ရင္ Gain တန္ဘိုး ဟာ 1 ျဖစ္ပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ voltage follower circuit ဆိုတာ unity gain ရွိတဲ့ circuit သို႔ output ဟာ input အတိုင္း ျပန္ထြက္တဲ့ amplifier တခုျဖစ္ပါတယ္။

Voltage Follower ကို ဘယ္မွာသံုးမလဲ ?

႐ုတ္တရက္ၾကည့္ရင္ gain 1 ရွိတဲ့ amplifier တခုဟာ ဘာအသံုးဝင္မွာလည္းလို႔ ထင္စရာရွိပါတယ္။ Amplifier တခုရဲ႕ အလုပ္ဟာ voltage တခုထည္း ခ်ဲ႕တာမဟုတ္ပါဘူး။ power ကိုခ်ဲ႕တာပါ။ voltage follower ဟာ Voltage gain 1 သာရွိေပမဲ့ input current ဟာ zero ျဖစ္တဲ့အတြက္ power gain အလြန္ႀကီးပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ အလြန္ power အားနဲတဲ့ signal မ်ားကို power ႀကီးလာေအာင္ လုပ္ေပးႏိုင္ပါတယ္။ဒီ သေဘာတရားကို digital buffer gate ေတြမွာလည္း ေတြ႕ႏိုင္ပါတယ္။ buffer ဆိုတာ အဝင္နဲ႔ အထြက္ logic level တူေပမဲ့ gate မ်ားစြာကို ေမာင္းနိင္တဲ့ စြမ္းအားရွိတဲ့ gate တမ်ိဳးပါ။ voltage follower နဲ႔ သေဘာတရား တူပါတယ္။

အသံုခ် circuit အခ်ိဳ႕

Single to Dual Rail Converter

ပုံ (၃) - Single Rail မွ Dual Rail ေျပာင္းေပးေသာ circuit

op-amp circuit အမ်ားစုဟာ V+ ,GND, V- dual voltage ေပးရပါတယ္။ အလြယ္တကူရႏိုင္တဲ့ power supply ေတြက V+ နဲ႔ GND ပါဝင္တဲ့ single rail supply ေတြျဖစ္ပါတယ္။ Single Rail ကို Dual Rail ျဖစ္ေအာင္ voltage follower သံုးၿပီး ျပဳလုပ္ႏိုင္ပါတယ္ ပုံ(၃) ။ တကယ္လို႔ power မ်ားမ်ားလိုခ်င္ရင္ BJT transistor မ်ားနဲ႔ တြဲသံုးႏိုင္တယ္ ပုံ(၄) ။

ပုံ (၄) - Power Boost လုပ္နည္း

Voltage Follower နဲ႔ Loading Effect

Voltage Source တိုင္းမွာ internal resistance ရွိပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ voltage source တခုကို load တခုနဲ႔ဆက္လိုက္ရင္ volt က်သြားပါတယ္။ Load Resistance နဲေလ Volt က်ေလ၊ Source ရဲ႕ internal resistance မ်ားေလ volt က်ေလပါဘဲ။ တခိ်ဳ႕ signal source မ်ားဟာ internal resistance အလြန္ႀကီးပါတယ္။ အဲဒီလို source မ်ားမွာ signal ကို မေလ်ာ့က်ေစဘဲ voltage follower က ဆြဲထုတ္ႏိုင္စြမ္း ရွိပါတယ္။ ဥပမာ digital volt meter မ်ား မွာ သံုးထားတာ ေတြ႕ႏိုင္ပါတယ္။ ပုံ(၅)

ပုံ (၅)