صنعتی الیکٹرانکس میں الیکٹرانک یمپلیفائر

یہ وہ آلات ہیں جو بجلی کے سگنل کی وولٹیج، کرنٹ اور طاقت کو بڑھانے کے لیے بنائے گئے ہیں۔

سب سے آسان یمپلیفائر ٹرانزسٹر سرکٹ ہے۔ ایمپلیفائر کا استعمال اس حقیقت کی وجہ سے ہے کہ عام طور پر الیکٹرانک آلات میں داخل ہونے والے برقی سگنلز (وولٹیجز اور کرنٹ) چھوٹے طول و عرض کے ہوتے ہیں اور انہیں مزید استعمال کے لیے ضروری قدر تک بڑھانا ضروری ہوتا ہے (تبدیلی، ٹرانسمیشن، لوڈ کو بجلی کی فراہمی) )۔

تصویر 1 ایمپلیفائر کو چلانے کے لیے درکار آلات دکھاتا ہے۔

شکل 1 — یمپلیفائر ماحول

ایمپلیفائر لوڈ ہونے پر جاری ہونے والی پاور اس کی پاور سپلائی کی تبدیل شدہ طاقت ہے اور ان پٹ سگنل صرف اسے چلاتا ہے۔ یمپلیفائر براہ راست موجودہ ذرائع سے چلتے ہیں۔

عام طور پر، یمپلیفائر کئی ایمپلیفیکیشن مراحل پر مشتمل ہوتا ہے (تصویر 2)۔ ایمپلیفیکیشن کے پہلے مراحل، جو بنیادی طور پر سگنل وولٹیج کو بڑھانے کے لیے ڈیزائن کیے گئے ہیں، کو پریمپلیفائر کہا جاتا ہے۔ ان کے سرکٹس کا تعین ان پٹ سگنل سورس کی قسم سے ہوتا ہے۔

وہ مرحلہ جو سگنل کی طاقت کو بڑھانے کا کام کرتا ہے اسے ٹرمینل یا آؤٹ پٹ کہا جاتا ہے۔ان کی اسکیم کا تعین بوجھ کی قسم سے ہوتا ہے۔ نیز، یمپلیفائر میں درمیانی مراحل شامل ہوسکتے ہیں جو ضروری امپلیفیکیشن حاصل کرنے اور (یا) ایمپلیفائیڈ سگنل کی ضروری خصوصیات بنانے کے لیے بنائے گئے ہیں۔

شکل 2 — یمپلیفائر کا ڈھانچہ

یمپلیفائر کی درجہ بندی:

1) ایمپلیفائیڈ پیرامیٹر، وولٹیج، کرنٹ، پاور ایمپلیفائر پر منحصر ہے۔

2) ایمپلیفائیڈ سگنلز کی نوعیت سے:

• ہارمونک (مسلسل) سگنلز کے امپلیفائر؛

• پلس سگنل ایمپلیفائر (ڈیجیٹل ایمپلیفائر)۔

3) ایمپلیفائیڈ فریکوئنسی کی حد میں:

• ڈی سی یمپلیفائر؛

• AC یمپلیفائرز

• کم تعدد، اعلی، انتہائی اعلی وغیرہ

4) تعدد ردعمل کی نوعیت سے:

• گونج (ایک تنگ فریکوئنسی بینڈ میں سگنل کو بڑھانا)؛

• بینڈ پاس (ایک مخصوص فریکوئنسی بینڈ کو بڑھاتا ہے)؛

• وائڈ بینڈ (پوری فریکوئنسی رینج کو بڑھا دیتا ہے)۔

5) مضبوط کرنے والے عناصر کی قسم کے لحاظ سے:

• الیکٹرک ویکیوم لیمپ کے؛

• سیمی کنڈکٹر آلات پر؛

• انٹیگریٹڈ سرکٹس پر

ایمپلیفائر کا انتخاب کرتے وقت، ایمپلیفائر کے پیرامیٹرز سے باہر نکلیں:

• آؤٹ پٹ پاور واٹ میں ماپا جاتا ہے۔ ایمپلیفائر کے مقصد کے لحاظ سے آؤٹ پٹ پاور وسیع پیمانے پر مختلف ہوتی ہے، مثال کے طور پر ساؤنڈ ایمپلیفائر میں — ہیڈ فون میں ملی واٹس سے لے کر آڈیو سسٹم میں دسیوں اور سینکڑوں واٹس تک۔

• فریکوئینسی رینج، ہرٹز میں ماپا جاتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک ہی آڈیو ایمپلیفائر کو عام طور پر فریکوئنسی رینج 20-20,000 ہرٹز، اور ٹیلی ویژن سگنل ایمپلیفائر (امیج + ساؤنڈ) — 20 Hz — 10 MHz اور اس سے زیادہ کا فائدہ فراہم کرنا چاہیے۔

• غیر لکیری مسخ، فیصد فیصد میں ماپا جاتا ہے۔ یہ ایمپلیفائیڈ سگنل کی شکل کی مسخ کو نمایاں کرتا ہے۔ عام طور پر، دیا گیا پیرامیٹر جتنا کم ہوگا، اتنا ہی بہتر ہے۔

• کارکردگی (کارکردگی کا تناسب) فیصد فیصد میں ماپا جاتا ہے۔دکھاتا ہے کہ بجلی کی فراہمی سے کتنی طاقت لوڈ میں بجلی کو ختم کرنے کے لیے استعمال کی جا رہی ہے۔ حقیقت یہ ہے کہ ماخذ کی طاقت کا کچھ حصہ ضائع ہوتا ہے، زیادہ حد تک یہ حرارت کے نقصانات ہیں - کرنٹ کا بہاؤ ہمیشہ مواد کو گرم کرنے کا سبب بنتا ہے۔ یہ پیرامیٹر خود سے چلنے والے آلات کے لیے خاص طور پر اہم ہے (جمع کرنے والوں اور بیٹریوں سے)۔

شکل 3 ایک عام دوئبرووی ٹرانجسٹر پریمپ سرکٹ کو دکھاتا ہے۔ ان پٹ سگنل وولٹیج سورس Uin سے آتا ہے۔ بلاک کرنے والے Capacitors Cp1 اور Cp2 متغیر کو پاس کرتے ہیں یعنی۔ ایمپلیفائیڈ سگنل اور ڈائریکٹ کرنٹ نہیں گزرتے ہیں، جس سے سیریز سے منسلک ایمپلیفائر مراحل میں ڈائریکٹ کرنٹ کے لیے آزاد آپریٹنگ موڈز بنانا ممکن ہو جاتا ہے۔

شکل 3 - بائپولر ٹرانجسٹر کے ایمپلیفائر مرحلے کا خاکہ

ریزسٹر Rb1 اور Rb2 مرکزی تقسیم کرنے والے ہیں جو ٹرانزسٹر Ib0 کی بنیاد کو ابتدائی کرنٹ فراہم کرتے ہیں، ریزسٹر Rk کلکٹر Ik0 کو ابتدائی کرنٹ فراہم کرتا ہے۔ ان دھاروں کو لیمینر کرنٹ کہتے ہیں۔ ایک ان پٹ سگنل کی غیر موجودگی میں، وہ مسلسل ہیں. شکل 4 یمپلیفائر کے ٹائمنگ ڈایاگرام کو دکھاتا ہے۔ ٹائم پلاٹ وقت کے ساتھ پیرامیٹر میں تبدیلی ہے۔

ریزسٹر ری منفی کرنٹ فیڈ بیک (NF) فراہم کرتا ہے۔ فیڈ بیک (OC) آؤٹ پٹ سگنل کے ایک حصے کو یمپلیفائر کے ان پٹ سرکٹ میں منتقل کرنا ہے۔ اگر ان پٹ سگنل اور فیڈ بیک سگنل فیز میں مخالف ہوں تو فیڈ بیک کو منفی کہا جاتا ہے۔ OOS فائدہ کو کم کرتا ہے، لیکن ساتھ ہی ہارمونک بگاڑ کو کم کرتا ہے اور یمپلیفائر کے استحکام کو بڑھاتا ہے۔ یہ تقریباً تمام امپلیفائرز میں استعمال ہوتا ہے۔

Resistor Rf اور capacitor Cf فلٹر عناصر ہیں۔Capacitor Cf سورس اپ سے یمپلیفائر کے ذریعے استعمال ہونے والے کرنٹ کے متغیر جزو کے لیے کم مزاحمتی سرکٹ بناتا ہے۔ فلٹرنگ عناصر ضروری ہیں اگر کئی یمپلیفائر ذرائع ماخذ سے کھلائے جائیں۔

جب ایک ان پٹ سگنل Uin لاگو ہوتا ہے، موجودہ Ib ~ ان پٹ سرکٹ میں ظاہر ہوتا ہے، اور آؤٹ پٹ Ik ~ میں۔ لوڈ Rn کے ذریعے موجودہ Ik ~ کے ذریعے پیدا ہونے والا وولٹیج ڈراپ ایمپلیفائیڈ آؤٹ پٹ سگنل ہوگا۔

وولٹیجز اور کرنٹ کے عارضی خاکوں (تصویر 3) سے یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ ان پٹ Ub ~ اور آؤٹ پٹ Uc ~ = Uout پر موجود وولٹیجز کے متغیر اجزاء اینٹی فیز ہیں، یعنی۔ OE ٹرانزسٹر کا حاصل مرحلہ مخالف سمت میں ان پٹ سگنل کے مرحلے کو تبدیل کرتا ہے (الٹا)۔

شکل 4 - بائپولر ٹرانجسٹر کے ایمپلیفائر مرحلے میں کرنٹ اور وولٹیج کے ٹائمنگ ڈایاگرام

ایک آپریشنل ایمپلیفائر (OU) ایک DC/AC یمپلیفائر ہے جس میں زیادہ فائدہ اور گہرے منفی تاثرات ہوتے ہیں۔

یہ الیکٹرانک آلات کی ایک بڑی تعداد کو لاگو کرنے کی اجازت دیتا ہے، لیکن روایتی طور پر ایک یمپلیفائر کہا جاتا ہے.

ہم کہہ سکتے ہیں کہ آپریشنل ایمپلیفائر تمام اینالاگ الیکٹرانکس کی ریڑھ کی ہڈی ہیں۔ آپریشنل ایمپلیفائرز کا وسیع استعمال ان کی لچک (ان کی بنیاد پر مختلف الیکٹرانک آلات بنانے کی صلاحیت، اینالاگ اور پلس دونوں)، وسیع فریکوئنسی رینج (DC اور AC سگنلز کی افزائش)، بیرونی عدم استحکام سے اہم پیرامیٹرز کی آزادی سے وابستہ ہے۔ عوامل (درجہ حرارت میں تبدیلی، سپلائی وولٹیج وغیرہ)۔ انٹیگریٹڈ ایمپلیفائرز (IOUs) بنیادی طور پر استعمال ہوتے ہیں۔

نام میں لفظ "آپریشنل" کی موجودگی کی وضاحت اس امکان سے ہوتی ہے کہ یہ امپلیفائر متعدد ریاضیاتی عمل انجام دے سکتے ہیں - اضافہ، گھٹاؤ، تفریق، انضمام وغیرہ۔

شکل 5 UGO IEE دکھاتا ہے۔یمپلیفائر میں دو ان پٹ ہیں - فارورڈ اور ریورس اور ایک آؤٹ پٹ۔ جب ان پٹ سگنل کو غیر الٹنے والے (براہ راست) ان پٹ پر لاگو کیا جاتا ہے، تو آؤٹ پٹ سگنل کی قطبیت (فیز) - شکل 5، a۔

شکل 5 — آپریشنل امپلیفائر کے روایتی گرافک عہدہ

انورٹنگ ان پٹ کا استعمال کرتے وقت، آؤٹ پٹ سگنل کا فیز ان پٹ سگنل کے فیز کی نسبت 180 ° منتقل ہو جائے گا (پولرٹی ریورسڈ) — شکل 6، b۔ ریورس ان پٹس اور آؤٹ پٹس کو چکر لگایا جاتا ہے۔

شکل 6 — op-amp کے وقت کے خاکے: a) — غیر الٹا، b) — الٹا

جب وال پیپر پر وولٹیج کا اطلاق ہوتا ہے تو آؤٹ پٹ وولٹیج ان پٹ وولٹیج کے درمیان فرق کے متناسب ہوتا ہے۔ یہ. الٹنے والے ان پٹ سگنل کو «-« نشان کے ساتھ قبول کیا جاتا ہے۔ Uout = K (Uneinv — Uinv)، جہاں K فائدہ ہے۔

شکل 7 — op-amp کی طول و عرض کی خصوصیت

op-amp ایک دو قطبی ذریعہ سے چلتا ہے، عام طور پر +15V اور -15V۔ یونی پولر پاور سپلائی کی بھی اجازت ہے۔ IOU کے بقیہ نتائج کی نشاندہی کی جاتی ہے جیسا کہ وہ استعمال ہوتے ہیں۔

op-amp کے آپریشن کی وضاحت طول و عرض کی خصوصیت سے کی گئی ہے - شکل 8۔ خصوصیت پر، ایک لکیری حصے کو ممتاز کیا جا سکتا ہے، جس میں آؤٹ پٹ وولٹیج ان پٹ وولٹیج میں اضافے کے ساتھ متناسب طور پر بڑھتا ہے، اور سنترپتی U + کے دو حصے۔ بیٹھ گیا اور U- بیٹھ گیا۔ ان پٹ وولٹیج Uin.max کی ایک خاص قدر پر، یمپلیفائر سنترپتی موڈ میں چلا جاتا ہے، جس میں آؤٹ پٹ وولٹیج زیادہ سے زیادہ قدر (Up = 15 V، تقریباً Uns = 13 V کی قیمت پر) فرض کر لیتا ہے اور مزید کوئی تبدیلی نہیں کرتا ان پٹ سگنل میں اضافہ سنترپتی موڈ آپریشنل امپلیفائر پر مبنی پلس ڈیوائسز میں استعمال ہوتا ہے۔

پاور ایمپلیفائرز کو ایمپلیفیکیشن کے آخری مراحل میں استعمال کیا جاتا ہے اور انہیں لوڈ میں مطلوبہ طاقت پیدا کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔

ان کی اہم خصوصیت اعلی ان پٹ سگنل کی سطح اور اعلی آؤٹ پٹ کرنٹ پر آپریشن ہے، جس کے لیے طاقتور ایمپلیفائر کے استعمال کی ضرورت ہوتی ہے۔

امپلیفائر A، AB، B، C اور D موڈ میں کام کر سکتے ہیں۔

موڈ A میں، ایمپلیفائر ڈیوائس (ٹرانزسٹر یا الیکٹرانک ٹیوب) کا آؤٹ پٹ کرنٹ ایمپلیفائیڈ سگنل کی پوری مدت کے لیے کھلا رہتا ہے (یعنی، مسلسل) اور آؤٹ پٹ کرنٹ اس کے ذریعے بہتا ہے۔ کلاس A پاور ایمپلیفائر ایمپلیفائیڈ سگنل میں کم سے کم تحریف کو متعارف کراتے ہیں، لیکن ان کی کارکردگی بہت کم ہے۔

موڈ B میں، آؤٹ پٹ کرنٹ کو دو حصوں میں تقسیم کیا جاتا ہے، ایک ایمپلیفائر سگنل کی مثبت نصف لہر کو بڑھاتا ہے، دوسرا منفی۔ نتیجے کے طور پر، موڈ A کے مقابلے میں اعلی کارکردگی، بلکہ ٹرانجسٹرز کو سوئچ کرنے کے وقت ہونے والی بڑی غیر لکیری بگاڑ بھی۔

AB موڈ B موڈ کو دہراتا ہے، لیکن ایک آدھی لہر سے دوسری میں منتقلی کے وقت، دونوں ٹرانزسٹر کھلے ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے اعلی کارکردگی کو برقرار رکھتے ہوئے بگاڑ کو کم کرنا ممکن ہوتا ہے۔ AB موڈ ینالاگ یمپلیفائرز کے لیے سب سے عام ہے۔

موڈ سی ان صورتوں میں استعمال کیا جاتا ہے جہاں ایمپلیفیکیشن کے دوران ویوفارم کا کوئی بگاڑ نہیں ہوتا ہے، کیونکہ ایمپلیفائر کا آؤٹ پٹ کرنٹ آدھے سے بھی کم عرصے تک بہتا رہتا ہے، جو یقیناً بڑے بگاڑ کا باعث بنتا ہے۔

ڈی موڈ ان پٹ سگنلز کو دالوں میں تبدیل کرتا ہے، ان دالوں کو بڑھاتا ہے، اور پھر انہیں واپس تبدیل کرتا ہے۔اس صورت میں، آؤٹ پٹ ٹرانزسٹر کلیدی موڈ میں کام کرتے ہیں (ٹرانزسٹر مکمل طور پر بند یا مکمل طور پر کھلا ہوا ہے)، جو ایمپلیفائر کی کارکردگی کو 100٪ کے قریب لاتا ہے (اے وی موڈ میں، کارکردگی 50٪ سے زیادہ نہیں ہوتی ہے)۔ ڈی موڈ میں کام کرنے والے ایمپلیفائر کو ڈیجیٹل ایمپلیفائر کہا جاتا ہے۔

پش پل سرکٹ میں، ایمپلیفیکیشن (موڈ B اور AB) گھڑی کے دو چکروں میں ہوتا ہے۔ پہلے نصف سائیکل کے دوران، ان پٹ سگنل کو ایک ٹرانجسٹر کے ذریعے بڑھا دیا جاتا ہے، اور دوسرا اس نصف سائیکل یا اس کے کچھ حصے کے دوران بند ہو جاتا ہے۔ دوسرے نصف سائیکل میں، سگنل کو دوسرے ٹرانجسٹر کے ذریعے بڑھایا جاتا ہے جبکہ پہلا بند کر دیا جاتا ہے۔

ٹرانجسٹر ایمپلیفائر کا سلائیڈنگ سرکٹ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے۔ ٹرانجسٹر سٹیج VT3 آؤٹ پٹ ٹرانزسٹر VT1 اور VT2 کو ایک دھکا فراہم کرتا ہے۔ مزاحم R1 اور R2 ٹرانجسٹروں کے آپریشن کا مستقل موڈ سیٹ کرتے ہیں۔

منفی نصف لہر Uin کی آمد کے ساتھ، کلکٹر کرنٹ VT3 بڑھ جاتا ہے، جو ٹرانزسٹر VT1 اور VT2 کی بنیادوں پر وولٹیج میں اضافے کا باعث بنتا ہے۔ اس صورت میں، VT2 بند ہو جاتا ہے اور VT1 کے ذریعے کلیکٹر کرنٹ سرکٹ سے گزرتا ہے: + Up، K-E VT1، C2 (چارج کے دوران)، Rn، کیس۔

جب مثبت آدھی لہر آتی ہے، Uin VT3 بند ہو جاتا ہے، جس سے ٹرانزسٹر VT1 اور VT2 کی بنیادوں پر وولٹیج میں کمی واقع ہوتی ہے — VT1 بند ہو جاتا ہے، اور VT2 کے ذریعے کلیکٹر کرنٹ سرکٹ میں بہتا ہے: + C2، منتقلی EK VT2، کیس، Rn، -C2۔ ٹی

یہ اس بات کو یقینی بناتا ہے کہ ان پٹ وولٹیج کی دونوں نصف لہروں کا کرنٹ بوجھ کے ذریعے بہتا ہے۔

شکل 8 — پاور ایمپلیفائر کا اسکیمیٹک

موڈ D میں، یمپلیفائر کام کرتے ہیں۔ پلس چوڑائی ماڈیولیشن (PWM)… ان پٹ سگنل ماڈیول کرتا ہے۔ مستطیل دالیںان کی مدت کو تبدیل کرکے۔اس صورت میں، سگنل ایک ہی طول و عرض کی مستطیل دالوں میں تبدیل ہو جاتا ہے، جس کا دورانیہ کسی بھی لمحے سگنل کی قدر کے متناسب ہوتا ہے۔

پلس ٹرین کو امپلیفیکیشن کے لیے ٹرانجسٹر کو کھلایا جاتا ہے۔ چونکہ ایمپلیفائیڈ سگنل پلس ہوتا ہے، ٹرانزسٹر کلیدی موڈ میں کام کرتا ہے۔ کلیدی موڈ میں آپریشن کم سے کم نقصانات کے ساتھ منسلک ہوتا ہے، کیونکہ ٹرانزسٹر یا تو بند یا مکمل طور پر کھلا ہوتا ہے (کم سے کم مزاحمت ہوتی ہے)۔ ایمپلیفیکیشن کے بعد، لو-پاس فلٹر کا استعمال کرتے ہوئے سگنل سے کم فریکوئنسی جزو (ایمپلیفائیڈ اصل سگنل) نکالا جاتا ہے۔ LPF) اور بوجھ کو کھلایا۔

شکل 9 — کلاس D یمپلیفائر کا بلاک ڈایاگرام

کلاس ڈی ایمپلیفائر لیپ ٹاپ آڈیو سسٹمز، موبائل کمیونیکیشنز، موٹر کنٹرول ڈیوائسز وغیرہ میں استعمال ہوتے ہیں۔

جدید یمپلیفائرز انٹیگریٹڈ سرکٹس کے وسیع پیمانے پر استعمال کی خصوصیت رکھتے ہیں۔