ऑप एम्प या ऑपरेशनल एम्प्लिफायर

एक ऑपरेशनल एम्प्लिफायर या ओप एम्प को डीसी कॉप्ल्ड वोल्टेज एम्प्लिफायर कहा जाता है जिसका बहुत उच्च वोल्टेज गेन होता है।

ओप एम्प मूल रूप से एक बहु-स्तरीय एम्प्लिफायर होता है जिसमें अनेक एम्प्लिफायर स्तर एक दूसरे से बहुत जटिल तरीके से जुड़े होते हैं। इसका आंतरिक सर्किट बहुत से ट्रांजिस्टर, एफईटी और प्रतिरोधक से बना होता है। यह सब बहुत कम स्थान घेरता है। इसलिए, यह एक छोटे पैकेज में पैक किया जाता है और इंटीग्रेटेड सर्किट (IC) रूप में उपलब्ध होता है। ओप एम्प शब्द का उपयोग एक ऐसे एम्प्लिफायर को दर्शाने के लिए किया जाता है जिसे विभिन्न ऑपरेशन जैसे एम्प्लिफिकेशन, घटाव, विभेदन, जोड़, इंटीग्रेशन आदि करने के लिए कॉन्फिगर किया जा सकता है। एक उदाहरण बहुत लोकप्रिय IC 741 है।

संकेत और इसका वास्तविक दृश्य IC रूप में नीचे दिखाया गया है। संकेत आउटपुट से इनपुट तक बहता है, जो एक तीर के रूप में दिखाया गया है।

ऑपरेशनल एम्प्लिफायर के इनपुट और आउटपुट टर्मिनल

एक ओप-एम्प में दो इनपुट टर्मिनल और एक आउटपुट टर्मिनल होता है। ओप-एम्प में ऊपर दिखाए गए दो वोल्टेज सप्लाई टर्मिनल भी होते हैं। दो इनपुट टर्मिनल डिफरेंशियल इनपुट बनाते हैं। हम नकारात्मक (-) चिह्न वाले टर्मिनल को इनवर्टिंग टर्मिनल और सकारात्मक (+) चिह्न वाले टर्मिनल को नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल कहते हैं। यदि हम इनवर्टिंग टर्मिनल (-) पर इनपुट सिग्नल लगाते हैं तो आउटपुट सिग्नल इनपुट सिग्नल से 180o फेज में अलग होता है। यदि हम नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल (+) पर इनपुट सिग्नल लगाते हैं तो आउटपुट सिग्नल इनपुट सिग्नल के साथ फेज में रहता है, अर्थात् इसका कोई फेज शिफ्ट नहीं होता।

ऑपरेशनल एम्प्लिफायर के लिए पावर सप्लाई

ऊपर दिखाए गए सर्किट संकेत से दो इनपुट पावर सप्लाई टर्मिनल +VCC और –VCC हैं। ओप-एम्प के ऑपरेशन के लिए दोहरी पोलारिटी डीसी सप्लाई आवश्यक है। दोहरी पोलारिटी सप्लाई में, हम +VCC को सकारात्मक डीसी सप्लाई और –VCC टर्मिनल को नकारात्मक डीसी सप्लाई से जोड़ते हैं। हालांकि कुछ ओप-एम्प एकल पोलारिटी सप्लाई पर भी काम कर सकते हैं। ध्यान दें कि ओप-एम्प में कोई सामान्य ग्राउंड टर्मिनल नहीं होता है, इसलिए ग्राउंड बाहर से स्थापित किया जाना होता है।

ओप-एम्प का कार्य तत्व

ऑपरेशनल एम्प्लिफायर का ओपन लूप ऑपरेशन

जैसा कि ऊपर कहा गया है, ओप-एम्प में डिफरेंशियल इनपुट और सिंगल एंडेड आउटपुट होता है। इसलिए, यदि हम दो सिग्नल लगाते हैं, एक इनवर्टिंग और दूसरा नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल पर, तो एक आदर्श ओप-एम्प दो लगाए गए इनपुट सिग्नलों के बीच का अंतर एम्प्लिफाय करेगा। हम इन दो इनपुट सिग्नलों के बीच का अंतर डिफरेंशियल इनपुट वोल्टेज कहते हैं। नीचे दी गई समीकरण ऑपरेशनल एम्प्लिफायर के आउटपुट को देती है।जहाँ, VOUT ओप-एम्प के आउटपुट टर्मिनल पर वोल्टेज है। AOL दिए गए ओप-एम्प के लिए ओपन-लूप गेन है और यह नियत (आदर्श रूप से) होता है। IC 741 के लिए AOL 2 x 105 है।
V1 नॉन-इनवर्टिंग टर्मिनल पर वोल्टेज है।
V2 इनवर्टिंग टर्मिनल पर वोल्टेज है।
(V1 – V2) डिफरेंशियल इनपुट वोल्टेज है।
उपरोक्त समीकरण से स्पष्ट है कि आउटपुट तभी गैर-शून्य होगा जब डिफरेंशियल इनपुट वोल्टेज गैर-शून्य हो (V1 और V2 समान नहीं हैं), और यदि V1 और V2 समान होंगे तो आउटपुट शून्य होगा। ध्यान दें कि यह एक आदर्श स्थिति है, वास्तविक रूप से ओप-एम्प में छोटी असंतुलन होते हैं। ओप-एम्प का ओपन-लूप गेन बहुत उच्च होता है। इसलिए, एक ओपन लूप ऑपरेशनल एम्प्लिफायर एक छोटे लगाए गए डिफरेंशियल इनपुट वोल्टेज को एक बहुत बड़े मूल्य में एम्प्लिफाय करता है।
यह भी सच है कि यदि हम छोटा डिफरेंशियल इनपुट वोल्टेज लगाते हैं, तो ओप-एम्प इसे एक महत्वपूर्ण मूल्य में एम्प्लिफाय करता है, लेकिन आउटपुट पर यह महत्वपूर्ण मूल्य ओप-एम्प के सप्लाई वोल्टेज से ऊपर नहीं जा सकता। इसलिए यह ऊर्जा संरक्षण के नियम का उल्लंघन नहीं करता है।

बंद लूप ऑपरेशन

ऊपर दिया गया ओप-एम्प का ऑपरेशन ओपन-लूप था, अर्थात फीडबैक के बिना। हम बंद लूप विन्यास में फीडबैक पेश करते हैं। यह फीडबैक पथ आउटपुट सिग्नल को इनपुट पर फीड करता है। इसलिए, इनपुट पर दो सिग्नल एक साथ मौजूद होते हैं। एक उन्हें मूल लगाया गया सिग्नल है, और दूसरा फीडबैक सिग्नल है। नीचे दी गई समीकरण बंद लूप ओप-एम्प के आउटपुट को देती है।