সক্রিয় বিবর্ধক

সক্রিয় বিবর্ধক বা অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ার বা অপ-এম্প (ইংরেজি: Operational amplifier) একটি উচ্চ গেইন সম্পন্ন ডাইরেক্ট কাপল্ড ঋনাত্বক ফিডব্যাক অ্যামপ্লিফায়ার। একে লিনিয়ার ও নন লিনিয়ার অপারেশনে ব্যবহার করা হয়। বর্তমানে ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট আকারে তৈরি হয়ে থাকে। এটি একধরনের সমন্বিত বর্তনী বা ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট। এটি আকারে খুব ছোট হয়ে থাকে এবং এতে একটি সিলিকন চিপের মধ্যে বেশ কয়েকটি ট্রানজিস্টর‎, রোধসহ অন্যান্য ইলেক্ট্রনিক যন্ত্রপাতি থাকে।

সক্রিয় বিবর্ধক

ধরন	সমন্বিত বর্তনী
আবিস্কারক	Karl D. Swartzel Jr.
প্রথম প্রস্তুতকরণের তারিখ	১৯৪১
পিন বিন্যাস	V+: নন ইনভার্টিং ইনপুট V−: ইনভার্টিং ইনপুট Vout: আউটপুট VS+: ধনাত্মক পাওয়ার সাপ্লাই VS−: ঋনাত্মক পাওয়ার সাপ্লাই

সক্রিয় বিবর্ধক

অপারেশনাল অ্যামপ্লিফায়ার কে সাধারণত নিম্নোক্ত ক্ষেত্রে ব্যবহার করা হয়ঃ

• স্কেল পরিবর্তন
• এনালগ কম্পিউটার অপারেশন
• ইনুস্ট্রুমেন্টেশন ও কন্ট্রোল সিস্টেম এবং বিভিন্ন প্রকার ফেজ শিফট
• অসিলেটর সার্কিটে

অপারেশন

নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া ছাড়া একটি অপ এম্প (একটি তুলনাকারী)

এম্প্লিফায়ারের ডিফারেনশিয়াল ইনপুটগুলি ভোল্টেজ V ₊ সহ একটি নন-ইনভার্টিং ইনপুট (+) এবং ভোল্টেজ V ₋ − একটি ইনভার্টিং ইনপুট (−) নিয়ে গঠিত। আদর্শভাবে op amp শুধুমাত্র দুটির মধ্যে ভোল্টেজের পার্থক্যকে প্রসারিত করে, যাকে বলা হয় ডিফারেনশিয়াল ইনপুট ভোল্টেজ । op amp V _out এর আউটপুট ভোল্টেজ সমীকরণ দ্বারা দেওয়া হয়

$V_{\text{out}}=A_{\text{OL}}(V_{+}-V_{-}),$

যেখানে A _OL হল পরিবর্ধকের ওপেন-লুপ লাভ ("ওপেন-লুপ" শব্দটি আউটপুট থেকে ইনপুট পর্যন্ত একটি বাহ্যিক প্রতিক্রিয়া লুপের অনুপস্থিতিকে বোঝায়)।

ওপেন-লুপ পরিবর্ধক

A _OL এর মাত্রা সাধারণত খুব বড় (একটি বর্তনী op amps-এর জন্য ১০০,০০০ বা তার বেশি), এবং সেইজন্য V ₊ এবং V ₋ এর মধ্যে সামান্য পার্থক্যও পরিবর্ধকটিকে ক্লিপিং বা স্যাচুরেশনে নিয়ে যায়। A _OL এর মাত্রা উত্পাদন প্রক্রিয়া দ্বারা ভালভাবে নিয়ন্ত্রিত হয় না, এবং তাই এটি একটি ওপেন-লুপ অ্যামপ্লিফায়ারকে স্ট্যান্ড-এলোন ডিফারেনশিয়াল অ্যামপ্লিফায়ার হিসাবে ব্যবহার করা অবাস্তব।

নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া ছাড়া, এবং পুনর্জন্মের জন্য ঐচ্ছিকভাবে ইতিবাচক প্রতিক্রিয়া, একটি op amp একটি তুলনাকারী হিসাবে কাজ করে। যদি ইনভার্টিং ইনপুট মাটিতে রাখা হয় (0 V), এবং নন-ইনভার্টিং ইনপুটে প্রয়োগ _করা ইনপুট ভোল্টেজ V ধনাত্মক, আউটপুট সর্বাধিক ধনাত্মক হবে; V _in ঋণাত্মক হলে, আউটপুট সর্বাধিক ঋণাত্মক হবে। কারণ আউটপুট থেকে ইনপুটে কোনো প্রতিক্রিয়া নেই, এটি একটি ওপেন-লুপ সার্কিট যা তুলনাকারী হিসেবে কাজ করে।

বন্ধ লুপ পরিবর্ধক

নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া সহ একটি অপ এম্প (একটি নন-ইনভার্টিং এমপ্লিফায়ার)

যদি পূর্বাভাসযোগ্য অপারেশন ইচ্ছা হয়, ইনভার্টিং ইনপুটে আউটপুট ভোল্টেজের একটি অংশ প্রয়োগ করে নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করা হয়। ক্লোজড-লুপ ফিডব্যাক সার্কিটের লাভকে ব্যাপকভাবে হ্রাস করে। যখন নেতিবাচক প্রতিক্রিয়া ব্যবহার করা হয়, তখন সার্কিটের সামগ্রিক লাভ এবং প্রতিক্রিয়া মূলত ফিডব্যাক নেটওয়ার্ক দ্বারা নির্ধারিত হয়, op-amp বৈশিষ্ট্য দ্বারা নয়। যদি ফিডব্যাক নেটওয়ার্ক এমন উপাদান দিয়ে তৈরি হয় যার মান op amp-এর ইনপুট প্রতিবন্ধকতার তুলনায় ছোট হয়, তাহলে op amp-এর ওপেন-লুপ রেসপন্স A _OL এর মান সার্কিটের কর্মক্ষমতাকে গুরুতরভাবে প্রভাবিত করে না। এই প্রসঙ্গে, ইনপুট টার্মিনালগুলিতে উচ্চ ইনপুট প্রতিবন্ধকতা এবং আউটপুট টার্মিনালগুলিতে কম আউটপুট প্রতিবন্ধকতা একটি অপ এম্পের বিশেষভাবে দরকারী বৈশিষ্ট্য।

অপ-অ্যাম্প সার্কিট এর ইনপুট, আউটপুট এবং ফিডব্যাক সার্কিটের সাথে একটি ইনপুটের প্রতিক্রিয়া একটি স্থানান্তর ফাংশন দ্বারা গাণিতিকভাবে চিহ্নিত করা হয়; একটি পছন্দসই স্থানান্তর ফাংশন আছে এমন একটি অপ-অ্যাম্প সার্কিট ডিজাইন করা বৈদ্যুতিক প্রকৌশলের ক্ষেত্রে। ট্রান্সফার ফাংশনগুলি op amps-এর বেশিরভাগ অ্যাপ্লিকেশনে গুরুত্বপূর্ণ, যেমন এনালগ কম্পিউটারে ।

ডানদিকে নন-ইনভার্টিং এমপ্লিফায়ারে, ভোল্টেজ ডিভাইডার R _f, R _g এর মাধ্যমে নেতিবাচক প্রতিক্রিয়ার উপস্থিতি ক্লোজড-লুপ লাভ A _CL নির্ধারণ করে = V_out / V_in । ভারসাম্য প্রতিষ্ঠিত হবে যখন V _আউট ইনভার্টিং ইনপুটটিকে V _in এর মতো একই ভোল্টেজে টানতে যথেষ্ট। পুরো সার্কিটের ভোল্টেজ লাভ এইভাবে 1 + R_f / R_g । একটি সাধারণ উদাহরণ হিসাবে, যদি ভি _ইন = 1 V এবং R _চ = R _g, V _আউট হবে 2 V, V ₋ কে 1 এ রাখতে ঠিক যে পরিমাণ প্রয়োজন V. R _f, R _g নেটওয়ার্ক দ্বারা প্রদত্ত প্রতিক্রিয়ার কারণে, এটি একটি বন্ধ-লুপ সার্কিট।

এই সার্কিট বিশ্লেষণ করার আরেকটি উপায় হল নিম্নলিখিত (সাধারণত বৈধ) অনুমানগুলি তৈরি করে:

1. যখন একটি op amp রৈখিক (অর্থাৎ, স্যাচুরেটেড নয়) মোডে কাজ করে, তখন নন-ইনভার্টিং (+) এবং ইনভার্টিং ( − ) পিনের মধ্যে ভোল্টেজের পার্থক্য খুব কম।
2. (+) এবং ( − ) পিনের ইনপুট প্রতিবন্ধকতা সার্কিটের অন্যান্য প্রতিরোধের তুলনায় অনেক বড়।

ইনপুট সিগন্যাল V অনুমান 1 প্রতি (+) এবং ( − ) উভয় পিনে _{প্রদর্শিত} হয়, যার ফলে একটি কারেন্ট i এর মাধ্যমে R _g এর সমান V_in / R_g :

যেহেতু Kirchhoff-এর বর্তমান আইন বলে যে একই স্রোতটি প্রবেশ করার সাথে সাথে একটি নোড ছেড়ে যেতে হবে, এবং যেহেতু ( − ) পিনের প্রতিবন্ধকতা অনুমান 2 অনুসারে অসীমতার কাছাকাছি, তাই আমরা কার্যত অনুমান করতে পারি একই কারেন্টের সমস্ত i R _f এর মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, তৈরি করে একটি আউটপুট ভোল্টেজ

পদগুলিকে একত্রিত করে, আমরা ক্লোজড-লুপ লাভ A _CL নির্ধারণ করি:

$$A_{\text{CL}}={\frac {V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}}=1+{\frac {R_{\text{f}}}{R_{\text{g}}}}$$

অপারেশনাল অ্যামপ্লিফাইয়ারের বৈশিষ্ট্য

আদর্শ অপ-এম্প

• অসীম ভোল্টেজ গেইন
• অসীম ইনপুট রেজিস্টেন্স
• শূন্য আউটপুট রেজিস্টেন্স
• যখন ইনপুট শূন্য তখন শূন্য আউটপুট ভোল্টেজ
• অসীম CMRR(Common Mode Rejetion Ratio)

ক্রিয়াকলাপ

An op-amp without negative feedback (a comparator)

অপ-অ্যাম্পের ডিফারেনশিয়াল ইনপুট ইনভার্টিং ইনপুট(+) আর নন-ইনভার্টিং ইনপুটের সমন্বয়ে তৈরি হয়, যাকে ডিফারেনশিয়াল ইনপুট ভোল্টেজ বলা হয়। অপ-অ্যাম্পের আউটপুট ভোল্টেজের সমীকরণঃ

$V_{\!{\text{out}}}=A_{\text{OL}}\,(V_{\!+}-V_{\!-})$

যেখানে A_OL খোলা লুপের গেইন।

বিভিন্ন রূপরেখা

অপ-অ্যাম্পের বিভিন্ন বর্তনী রূপরেখা(configuration) আছে যেগুলো বিভিন্ন ধরনের কাজে ব্যবহার করা হয়।

খোলা লুপ রূপরেখা

খোলা লুপ রুপরেখা তিন ধরনের।

• ডিফারেনশিয়াল অ্যাম্পপ্লিফায়ার
• ইনভার্টিং অ্যাম্পপ্লিফায়ার
• নন-ইনভার্টিং অ্যাম্পপ্লিফায়ার

বদ্ধ লুপ রূপরেখা

• ভোল্টেজ সিরিজ ফিডব্যাক
• ভোল্টেজ প্যারালাল শান্ট
• কারেন্ট সিরিজ ফিডব্যাক
• কারেন্ট প্যারালাল ফিডব্যাক

খোলা লুপ রূপরেখা বলতে যে রূপরেখায় কোনো ফিডব্যাক ব্যবহার করা হয় না। আর বদ্ধ লুপ রূপরেখা বলতে বোঝায় যে রূপরেখায় ফিডব্যাক থাকে।