Operational Amplifiers - Part 9

Operational Amplifiers - အပုိင္း (၉)

 Negative Feedback

 Op- amp circuit ေတကြို အမ်ားအားျဖင့္ negative feedback ေပးၿပီးသံုးၾကပါတယ္။ အၾကမ္းအားျဖင့္ output signal ကို non-inverting input သို႔ တနည္းနည္းနဲ႔ ျပန္ေပးရပါတယ္။ ၾကားမွာ signal inversion ျဖစ္ေစတဲ့ component မ်ားပါေနရင္ေတာ့ non-inverting input ကို ေပးရပါတယ္။ ပံု(၁) မွာ output နဲ႔ inverting input ၾကားမွာ resistor တလံုး သံုးထားျခင္းျဖင့္ negative feedback ရစေပါတယ္။ Negative feedback ဟုတ္မဟုတ္ကိုေတာ့ Loop ကို တေနရာမွာ ျဖတ္ၿပီး စိတ္ကူးနဲ႔ signal တခု ထည့္ၾကည့္ရပါတယ္။ ျဖတ္ထားတဲ့ တျခားတဘက္ကျပန္လာတဲ့ signal ဟာ ကိုယ္ထည့္လိုက္တဲ့ signal နဲ႔ direction မတူရင္ negative feedback တူရင္ positive လို႔ သိႏိုင္ပါတယ္။ ဥပမာ- ပံုမွာ output ကိုျဖတ္ၿပီး +DC Volt ထည့္လိုက္တယ္လို႔ စဥ္းစားၾကည့္ပါ။ အဲ့ဒီ volt ဟာ feedback resistor ကေန inverting input ဘက္ေရာက္ျပီး Vn ကိုျမင့္တက္ေစပါတယ္။ op-amp ရဲ႕ output volt ကို Vo = a ( vp-vn ) လို႔ ျပႏိုင္တာမို႔ Vn ျမင့္လာရင္ Vo ကို ေလွ်ာ့ နဲေစပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ negative feedback ပါ။ တကယ္လို႔ op-amp output မွာ inverter တခု သို ႔common emitter bipolar junction transistor amplifier တခုသာခံလိုက္မယ္ဆိုရင္ negative feedback ရဘို႔ non-inverting input ကို feedback ေပးရမွာပါ။ ဒါေၾကာင့္ negative feedback လိုခ်င္ရင္ - input ကို feedback ေပးရတယ္လို႔ အသေမွတ္မထားရပါ။ပံု ( ၂ )
အဲ့ဒီ negative feedback ေပးထားတဲ့ op-amp circuit ကို input ၂ ေနရာကနေ ေပးလို႔ရပါတယ္ ။ inverting input သို႔ non-inverting input ကနေ  ေပးလို႔ရတယ္။၂ ခုစလံုး ကနေ လည္း ေပးလို႔ရပါတယ္။ input ၂ ခုကို vn နဲ႔ vp လို႔ အလယြ္ သတ္မွတ္ပါမယ္။

ပုံ (၁) - Negative Feedback

ပုံ (၂) - Negative Feedback

Golden Rules

op-amp circuit တခုကို negative feedback ေပးထားတဲ့အခါ output saturate မျဖစ္ရင္ ေအာက္ပါ ဥပေဒသ ၂ ခုကို သံုးႏိုင္ပါတယ္။

၁။ vp = vn
၂ ။ ip = in = 0

ပါ။ ဒီ rule ၂ ခု ပုံ (၃)  ဟာ op-amp circuit အေတာ္မ်ားမ်ားရဲ႕ အလုပ္လုပ္ပံုကိုနားလည္ေစႏိုင္တာမို႔ တင္စားၿပီး two golden rules လို႔ေခၚၾကပါတယ္။

ဒီ rule ၂ ခုကိုသံုးျပီး basic negative feedback circuit ကိုၾကည့္ရင္ input ၂ ခုရဲ႕ မတူတဲ့ အရည္အသေြးကို သိႏိုင္ပါတယ္။

ပုံ (၃) - Golden Rules

Low Impedance Input

input signal ကို vn ကနေသငြ္းမယ္ဆိုရင္ vp ကို ground ခ်ထားရပါမယ္။ တနည္းအားျဖင့္ vp ဟာ zero volt ျဖစ္ေနပါတယ္။ တခါ vp = vn ျဖစ္လို႔ vn လည္း zero volt ျဖစ္ပါတယ္။ ဒါကို virtual ground လို႔ေခၚပါတယ္။ဒါဆိုရင္ ဒီ input ကေန volt ထည့္လို႔ရပါမလား ? မရပါဘူး ။ ထည့္ရင္ short circuit ျဖစ္လိမ့္မယ္။ ဒါေပမဲ့ short circuit ဆိုတာ current source ေတရြဲ႕ အႀကိဳက္ပါ။ အဲ့ဒီ input မွာ current ထည့္ေပးရင္ loading effect လံုးဝမရွိတဲ့ အတကြ္ source ကပေးတဲ့ current ကို circuit က အကုန္ရပါတယ္။ဒီ current ဟာ op-amp ထဲကို မဝင္ႏိုင္ပါဘူး။ ဘာျဖစ္လို႔လဲဆိုေတာ့ golden rule အရ ip = in = 0 ျဖစ္လို႔ပါ။ ဒါဆို source ကေန ဝင္လာတဲ့ current ဟာ feedback resistor R ပုံ (၄)ကိုျဖတ္ၿပီး output သို႔ စီးပါတယ္။ resistor ဟာ input current ကို volt ျဖစ္ေအာင္ေျပာင္းလဲေပးပါတယ္။ ဒါေၾကာင့္ ဒီ circuit ကို v to i converter circuit လို႔ေခၚပါတယ္။

ပုံ (၄) - Photodiode Amplifier

V to I converter circuit ကို အသံုးခ်တဲ့ circuit အမ်ားအျပားရွိပါတယ္။ photo-diode amplifier ပုံ(၄) , wave form generator , 4 to 20 mA converter , current transformer amplifier ... စသည္တို႔ျဖစ္ပါတယ္။
ပံု(၄) မွာ photo diode amplifier တခုကိုေဖၚျပထားပါတယ္။ photo diode ကို voltage source , current source နဲ႔ photo conductor အနေနဲ႔ သံုးႏိုင္ရာ current source အနေနဲ႔ သံုးရင္ noise နည္းၿပီး linear ျဖစ္တာေၾကာင့္ instrumentation circuit မ်ားမွာ အသံုးမ်ားပါတယ္။ ဒီ circuit မွာ photo diode ကို current source အျဖစ္ ယူဆပါတယ္။output voltage မွာ

Vo = - is R

ျဖစ္ပါတယ္။

vn ကနေ voltသငြ္းခ်င္တယ္ဆိုရင္ တိုက္႐ိုက္သငြ္းလို႔မရပါ။ input volt ကို resistor တခုခံၿပီး current ျဖစ္ေအာင္ ေျပာင္းရပါတယ္။ အဲ့ဒီ resistor Rs ဟာ Vs ကို Is = Vs/ Rs ေျပာင္းလိုက္တဲ့အတကြ္ output voltage မွာ

Vo = - Vs x Rf/Rs

ျဖစ္လာပါတယ္။ ဒါကို inverting amplifier ပုံ (၅) လို႔ လူသိမ်ားပါတယ္။

ပုံ (၅) - Inverting Amplifier

High Impedance Input

input ကို vp မွ သငြ္းမယ္ဆိုရင္ေတာ့ vn input ကို open လုပ္ထားရပါမယ္။ ip = 0 ျဖစ္တာေၾကာင့္ input volt ဘယ္ေလာက္ေပးေပး current မစီးပါ။ ဒါေၾကာင့္ input ကို volt အျဖစ္ေပးႏိုင္ပါတယ္။ ဒီကနေ input သငြ္းတဲ့ voltage follower နဲ႔ non- inverting amplifier ပုံ (၆) မ်ားဟာ input resistance အလနြ္ႀကီးပါတယ္။

Non-inverting Amplifier ရဲ႕ output voltage ကတော့

Vo = Vp x (1 + R2/R1)

 ျဖစ္ၿပီး gain ကတော့

A = 1 + R2/R1

 ျဖစ္ပါတယ္။

Inverting Amplifier ရဲ႕ input resistance ဟာ Rs ဘဲရွိၿပီးေတာ့ Non-Inverting Amplifier မ်ားရဲ႕
Resistance ဟာ MΩ မွ GΩ range အတြင္းရွိႏိုင္တာမို႔ High Impedance Source မ်ားနဲ႔တဲသြုံးရန္ သင့္ေလ်ာ္ပါတယ္။

ပုံ (၆ ) - Noninverting Amplifier