انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر: سرکٹ، ورکنگ، ڈیریویشن، ٹرانسفر فنکشن اور اس کی ایپلی کیشنز

op-amp کی اہم ایپلی کیشنز میں سے ایک ہے۔ خلاصہ یمپلیفائر یا جوڑنے والا۔ جب op-amp کا ان پٹ مائبادا بہت بڑا ہوتا ہے، تو اوپر ایک ان پٹ سگنل انورٹنگ ایمپلیفائر کو فراہم کیا جاتا ہے تاکہ آؤٹ پٹ پر دیئے گئے سگنل کو شامل کیا جا سکے، جسے سمنگ ایمپلیفائر کہا جاتا ہے۔ یہ ایک op-amp سرکٹ ہے جہاں پر مختلف وولٹیج ان پٹ سگنلز شامل کیے جاتے ہیں۔ الٹنے والا یمپلیفائر ایک واحد آؤٹ پٹ وولٹیج میں لہذا، اس سرکٹ کو آؤٹ پٹ کے نشان کی بنیاد پر دو اقسام میں درجہ بندی کیا گیا ہے۔ انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر اور نان انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر۔ یہ مضمون ایک پر مختصر معلومات فراہم کرتا ہے۔ الٹا سمنگ یمپلیفائر اس کا کام کرنا، اور اس کی ایپلی کیشنز۔

Inverting Summing Amplifier کیا ہے؟

ایک انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر ایک اہم op-amp کنفیگریشنز میں سے ایک ہے جہاں ان پٹ سگنلز کا خلاصہ اور آؤٹ پٹ پر الٹا ہوتا ہے۔ یہ یمپلیفائر ان پٹ سگنل کے مقابلے میں آؤٹ پٹ سگنل کے مرحلے یا قطبیت کو الٹ دیتا ہے۔ اس ایمپلیفائر کنفیگریشن میں، op-amp کے انورٹنگ ان پٹ کو ان پٹ وولٹیج ملتا ہے اور نان انورٹنگ ان پٹ GND سے منسلک ہوتا ہے۔ اس طرح، اس یمپلیفائر کے حاصل کو فیڈ بیک ریزسٹر اور ان پٹ ریزسٹر ویلیوز کے انتخاب کے ذریعے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔

سمنگ ایمپلیفائر میں Op-Amp کا کردار:

خلاصہ یمپلیفائر سرکٹ میں، op-amp یا آپریشنل یمپلیفائر ایک اہم کردار ادا کرتا ہے. op-amp کو سمجھنا خلاصہ یمپلیفائر کے رویے کا تعین کرے گا۔ ایک op-amp ایک اعلی حاصل کرنے والا وولٹیج یمپلیفائر ہے جس میں ایک تفریق ان پٹ اور سنگل اینڈڈ آؤٹ پٹ شامل ہے۔ op-amp میں آؤٹ پٹ وولٹیج دو ان پٹ وولٹیج کے اندر فرق کے متناسب ہے۔

سمنگ ایمپلیفائر میں آپریشنل ایمپلیفائر دو مختلف طریقوں میں استعمال ہوتا ہے۔ وولٹیج فالوور اور انورٹر موڈ۔

• وولٹیج فالوور موڈ میں، op-amp آؤٹ پٹ وولٹیج ان پٹ وولٹیج کو دوبارہ تیار کرتا ہے تاکہ آپریشنل ایمپلیفائر کو بنیادی طور پر سگنل بفرنگ کے لیے مثالی بنایا جا سکے۔
• انورٹر موڈ میں، op-amp آؤٹ پٹ وولٹیج کو بڑھایا جا سکتا ہے اور ان پٹ وولٹیج میں الٹا جا سکتا ہے۔

خلاصہ ایمپلیفائر کا کام بہت حد تک Op Amp کنفیگریشن پر منحصر ہے۔ لہٰذا سمنگ ایمپلیفائر میں آپریشنل ایمپلیفائر کا آپریشن سمنگ ایمپلیفائر کو فراہم کردہ ان پٹ وولٹیجز کا عین مطابق، ایمپلیفائیڈ اور ممکنہ طور پر الٹا حساب فراہم کرتا ہے۔

الٹا سمنگ یمپلیفائر کام کر رہا ہے۔

یہ انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر i/p سگنل کے لیے ایمپلیفائر کے o/p سگنل کے polarity (یا) فیز کو الٹ کر کام کرتا ہے۔ لہذا، اس یمپلیفائر کا ان پٹ سگنل انورٹنگ ان پٹ کو دیا جاتا ہے اور نان انورٹنگ ان پٹ گراؤنڈ ٹرمینل کو دیا جاتا ہے۔ ایمپلیفائیڈ آؤٹ پٹ سگنل جو تیار کیا جا سکتا ہے ان پٹ کے ساتھ ہمیشہ 180° فیز سے باہر ہوتا ہے۔ اس یمپلیفائر کا مثبت ان پٹ منفی آؤٹ پٹ دیتا ہے اور اس کے برعکس۔ اس یمپلیفائر کے فائدے کو فیڈ بیک ریزسٹر اور ان پٹ ریزسٹر ویلیوز کو منتخب کرکے کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ ایک انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر آؤٹ پٹ وولٹیج کا اظہار اس طرح کیا جا سکتا ہے:

Vout = -(Rf/R1)*Vin + -(Rf/R2)*Vin2+…+-(Rf/Rn)*Vinputn

دی الٹا سمنگ یمپلیفائر کا فائدہ گین (Av) = Vout/Vin = -Rf/Rin ہے۔

یہاں یہ نوٹ کرنا ضروری ہے کہ، op-amp summing amplifier کو Non-Inverting کنفیگریشن کے ذریعے بھی ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ لیکن Inverting اور Non-Inverting سمنگ یمپلیفائر کے درمیان بڑا فرق ان پٹ ہے رکاوٹ . فیڈ بیک نیٹ ورک کی وجہ سے ایک انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر میں نان-انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر کے مقابلے میں کم ان پٹ رکاوٹ ہوتی ہے۔ لہٰذا اس ایمپلیفائر کے ان پٹ سگنلز کو اوپ-امپ سے منسلک ریزسٹرس کی بنیاد پر بڑھایا جا سکتا ہے اور ایمپلیفائیڈ ان پٹ سگنلز کا مجموعہ الٹا جا سکتا ہے اور اوپ-امپ پر نظر آتا ہے۔

الٹا سمنگ ایمپلیفائر سرکٹ

انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر انورٹنگ ایمپلیفائر ڈیزائن کا ایک وسیع ورژن ہے جس کا مطلب ہے کہ op-amp کے انورٹنگ ٹرمینل کو کئی ان پٹ فراہم کیے جاتے ہیں جبکہ نان انورٹنگ ٹرمینل GND سے منسلک ہوتا ہے۔ الٹا سمنگ ایمپلیفائر سرکٹ ذیل میں دکھایا گیا ہے۔ اس سرکٹ میں کئی ان پٹ وولٹیجز ہیں جو ایمپلیفائر کے انورٹنگ ان پٹ ٹرمینل سے جڑے ہوئے ہیں اور آؤٹ پٹ تمام لاگو ان پٹ وولٹیجز کی مقدار ہوگی لیکن الٹی۔

مندرجہ بالا سرکٹ میں، جب غیر الٹنے والا ٹرمینل GND سے منسلک ہوتا ہے، Inverting ٹرمینل ورچوئل GND پر ہوتا ہے۔ اس طرح، انورٹنگ ان پٹ نوڈ ایک مثالی نوڈ بن جائے گا بنیادی طور پر i/p کرنٹ کے خلاصے کے لیے۔

الٹا سمنگ ایمپلیفائر مساوات

op-amp کا استعمال کرتے ہوئے الٹا سمنگ ایمپلیفائر نیچے دکھایا گیا ہے۔ اس سرکٹ میں، تمام شامل کردہ ان پٹ سگنلز الٹنے والے ان پٹ ٹرمینل کو دیے جا سکتے ہیں۔ تو، دو ان پٹ کے ساتھ سرکٹ
مندرجہ بالا سرکٹ میں، غیر الٹنے والا ٹرمینل یا پوائنٹ B گراؤنڈ ہے، کیونکہ ورچوئل GND تصور کی وجہ سے، نوڈ-A مجازی GND پوٹینشل پر بھی ہو سکتا ہے۔

VA = VB = 0 —— (I)

اس سرکٹ کے ان پٹ سائیڈ سے؛

I1 = V1-VA/R1 = V1/R1 —— (ii)

I2 = V2-VA/R2 = V2/ R2 —— (iii)

نوڈ-اے پر لاگو کرنا اور ان پٹ op-amp پر کرنٹ صفر ہے۔

I = I1 + I2—— (iv)

یمپلیفائر کے آؤٹ پٹ سے،

I = VA-Vo/Rf = -Vo/Rf————– (v)

iv میں ii، iii مساوات کا متبادل۔

-Vo/Rf = V1/R1 + V2/ R2۔

Vo = -Rf (V1/R1 + V2/ R2)۔

Vo = – ((Rf /R1) V1 + (Rf /R2) V2)۔

اگر تینوں R1، R2 اور Rf مزاحمتیں برابر ہیں تو R1=R2 = Rf، تو مندرجہ بالا مساوات اس طرح بن جائے گی؛

Vo = – (V1 + V2)………(Vi)

R1, R2 اور Rf کو صحیح طریقے سے منتخب کرنے سے، ہم ان پٹ سگنلز کا وزنی اضافہ حاصل کر سکتے ہیں جیسے کہ؛ aV1 + bV2 جو Vi مساوات سے ظاہر ہوتا ہے۔ درحقیقت اس طرح، 'n' ان پٹ وولٹیجز شامل کیے جاتے ہیں۔

لہذا، آؤٹ پٹ وولٹیج کی شدت ان پٹ وولٹیجز کی مقدار ہے اور اس طرح اس سرکٹ کو ایڈر یا سمر سرکٹ کے نام سے جانا جاتا ہے۔ آؤٹ پٹ پر، رقم کے منفی اشارے کی وجہ سے اسے انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر کے نام سے جانا جاتا ہے۔

انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر ٹرانسفر فنکشن کو کیسے حاصل کریں۔

یہ یمپلیفائر ان پٹ سگنلز کو شامل کرتا ہے اور آؤٹ پٹ کو الٹا دیتا ہے۔ اس یمپلیفائر میں ان پٹ سگنلز ان کے حاصل کے ساتھ شامل کیے جاتے ہیں۔ مندرجہ ذیل سرکٹ دو ان پٹ سمیت الٹا سمنگ ایمپلیفائر دکھاتا ہے۔ اس یمپلیفائر کا ٹرانسفر فنکشن ذیل میں دکھایا گیا ہے۔

Vout = -[V1(Rf/R1)+V2(Rf/R2)]

کا استعمال کرتے ہوئے سپرپوزیشن تھیوریم آئیے V2 ان پٹ صفر بنا کر شروع کریں جیسا کہ مندرجہ ذیل تصویر میں دکھایا گیا ہے۔ یہاں اہم نکتہ یہ سمجھنا ہے کہ اوپ-امپ کے الٹنے والے ان پٹ پر وولٹیج کی سطح صفر وولٹ ہے کیونکہ غیر الٹا ان پٹ GND سے جڑا ہوا ہے۔

یہ آپریشنل ایمپلیفائر o/p لیول کو ایک وولٹیج پر سیٹ کرے گا جو اس کے الٹنے والے ان پٹ کو نان انورٹنگ ان پٹ کی طرح کی حد تک لے آتا ہے۔ تو یہ اس op-amp کے 100,000 کی طرح بہت زیادہ تفریق حاصل کرنے کی وجہ سے ہے۔ اگر o/p چند وولٹ (5V) ہے، تو آپریشنل ایمپلیفائر کے ان پٹ پر تفریق وولٹیج ہونا ضروری ہے

Vd = 5V/100,000 = 50uV۔

اوپ-امپ کے ان پٹ کے درمیان کچھ مائیکرو وولٹس کے ساتھ الٹی اور غیر الٹی ان پٹ کو ایک جیسی صلاحیت پر سمجھا جاتا ہے۔ الٹا ان پٹ کے اندر موجود ورچوئل GND 'Rf' فیڈ بیک ریزسٹر پر وولٹیج ڈراپ کا تعین کرنے میں مدد کرتا ہے۔ چونکہ انورٹنگ ان پٹ 0V پر ہے، اس لیے Rf کے اوپر وولٹیج ڈراپ Vout کی طرح ہے۔ اس طرح، پورے آر ایف میں کرنٹ، اگر لکھا جا سکتا ہے؛

اگر = Vout/Rf

پورے R1 ریزسٹر میں کرنٹ کا بہاؤ کرنٹ 'I1' ہے اور اسے درج ذیل مساوات کی طرح لکھا جا سکتا ہے۔

I1=V1/R1

آپریشنل یمپلیفائر مثالی ہے۔

آپریشنل ایمپلیفائر کو مثالی سمجھا جا سکتا ہے، اس لیے ان پٹ بائیس کرنٹ 'Ib' صفر کے بہت قریب ہے۔ اس کے علاوہ، ریزسٹر 'R2' ایک ٹانگ کے ساتھ GND سے جڑا ہوا ہے جبکہ دوسری ٹانگ ورچوئل GND نوڈ سے منسلک ہے۔ ریزسٹر 'R2' میں کرنٹ کا بہاؤ صفر کے بہت قریب ہے۔ یہاں کرچوف کا موجودہ قانون کہتا ہے کہ نوڈ کے اندر تمام کرنٹ کا مجموعہ صفر ہے، اس طرح ہم لکھ سکتے ہیں کہ،

اگر + I1 + I2 + Ib = 0

'If' اور I1 کو تبدیل کرنے کے بعد،

Vout/Rf = -V1/R1 یا -V1 (Rf/R1)

اوپر کی مساوات ایک الٹی کنفیگریشن میں op amp ٹرانسفر فنکشن کی طرح نظر آتی ہے۔ اس کے i/p میں V1 سمیت یمپلیفائر ایک باقاعدہ انورٹر ہے کیونکہ پورے 'R2' میں کرنٹ کا بہاؤ صفر ہے۔
درج ذیل سپرپوزیشن تھیوریم کی شرائط میں، ہم 'V2' کو ذخیرہ کرتے ہیں اور 'V1' صفر بناتے ہیں۔ 'V1' کے لیے مندرجہ ذیل ملتے جلتے خیالات، o/p وولٹیج Vout2 جب بھی ان پٹ ایمپلیفائر کے اندر صرف 'V2' ہوتا ہے؛

Vout2 = -V2 (Rf/R1)

ٹرانسفر فنکشن:

دو o/p وولٹیجز کو جوڑ کر، الٹا سمنگ ایمپلیفائر کا T.F

Vout = Vout1 + Vout2

Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2)]

'n' ان پٹ سگنلز کے ساتھ اس یمپلیفائر کا ٹرانسفر فنکشن ہے۔

Vout = – [V1 (Rf/R1) + V2 (Rf/R2) +…+ Vn (Rf/Rn)]

مثال 1:

آئیے انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر Rf = 100KOhms، R1=10KOhms اور R2=10KOhms کے لیے ریزسٹرس کی قدریں فرض کرتے ہیں۔ اس یمپلیفائر کے ان پٹ آڈیو سگنلز 'Vinput1 = 1V اور Vinput2 = 2V ہیں، لہذا اس یمپلیفائر کے لیے Vout کا حساب لگائیں۔

ہم جانتے ہیں کہ Rf = 100KOhms، R1=10KOhms اور R2=10KOhms۔

Vinput1 = 1V اور Vinput2 = 2V

اگر ہم ان اقدار کو سمنگ ایمپلیفائر مساوات میں بدل دیتے ہیں، تو ہم حاصل کر سکتے ہیں۔

Vout = – (Rf/R1) * Vinput1 – (Rf/R2) * Vinput2

= – (100/10) * 1 – (100/10) * 2

= – (10) * 1 – (10) * 2 = – 10 * – 20 = -30V۔

آؤٹ پٹ وولٹیج -30 وولٹ ہے، جو مزاحمتی اقدار کی ایڈجسٹمنٹ کے بعد ان پٹ سگنلز کا ایک وسیع اور سمیٹ ہے۔ مختلف عوامل ایمپلیفائر کے آؤٹ پٹ کو تبدیل کرتے ہیں جیسے؛ بینڈوتھ پروڈکٹ، وولٹیج کی فراہمی اور لوڈنگ کے اثرات حاصل کریں۔ تاہم، خلاصہ یمپلیفائر کی مندرجہ بالا مثال بنیادی ریاضی اور اجزاء کے تعامل کی بصیرت فراہم کرتی ہے جو اس یمپلیفائر کو چلاتے ہیں۔ سمنگ اور ایمپلیفائنگ سگنلز کے عمل کو مختلف سگنلز کو مشترکہ طور پر شامل کرنے کے لیے چھوٹا کیا جا سکتا ہے۔

مثال 2:

اگر تین آڈیو سگنل اس یمپلیفائر کو چلاتے ہیں تو درج ذیل سمنگ ایمپلیفائر سرکٹ کے لیے آؤٹ پٹ وولٹیج کیا ہوگا؟

مندرجہ بالا سرکٹ میں ہر چینل کے لیے، بند لوپ وولٹیج کے فوائد کو اس طرح ناپا جا سکتا ہے؛

ACL1 = – (Rf/R1) => – (100 کلو اوہم / 20 کلو اوہم) => – 5 کلو اوہم۔

ACL2 = – (Rf/R2) => – (100 کلو اوہم / 10 کلو اوہم) => ACL2 = – 10 کلو اوہم۔

ACL3 = – (Rf/R3) => – (100 کلو اوہم / 50 کلو اوہم) => ACL3 = – 2 کلو اوہم۔

اس سمنگ ایمپلیفائر کے لیے o/p وولٹیج اس طرح دیا جا سکتا ہے۔

VOUT => (ACL1 V1 + ACL2 V1 + ACL3 V1)

= – [(5 * 100 mVolts) + (10 * 200 mVolts) + (2 * 300 mVolts)]

= – (0.5 وولٹ + 2 وولٹ + 0.6 وولٹ) => – 3.1 وولٹ۔

فائدے اور نقصانات

دی سمنگ ایمپلیفائر کو الٹا کرنے کے فوائد مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• اس یمپلیفائر میں خلاصہ نقطہ عملی طور پر زمین کی صلاحیت پر ہے اور اس طرح ہر مختلف چینل سے سیٹنگز اور سگنلز ایک دوسرے پر اثر انداز نہیں ہوتے ہیں۔ اس طرح، سگنل کی سطح وغیرہ کے علاوہ ہر چینل کو ملایا جاتا ہے یا خلاصہ کیا جاتا ہے۔
• یہ ایمپلیفائر آڈیو ماہرین کو اجازت دیتا ہے کہ وہ مختلف چینلز کے سگنلز کو ضم کر سکیں اور انہیں ایک واحد ٹریک میں دوبارہ پیش کریں۔ ہر ایک آڈیو ان پٹ آؤٹ پٹ کو پریشان کیے بغیر الگ سے کنفیگر کیا جاتا ہے۔
  اس قسم کا یمپلیفائر نوڈ پر اپنے ورچوئل GND کی وجہ سے انفرادی ان پٹ اور آؤٹ پٹ کے درمیان تنہائی فراہم کرتا ہے۔

دی سمنگ ایمپلیفائر کو الٹا کرنے کے نقصانات مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر کا سب سے بڑا نقصان یہ ہے کہ اس کے مقابلے میں کافی کم فائدہ ہوتا ہے۔ غیر الٹی قسم .
• یہ ایمپلیفائر شور کے لیے حساس ہے اس لیے یہ S/N تناسب کو کم کرتا ہے اور آؤٹ پٹ سگنل کی درستگی کو کم کرتا ہے۔
• جب ان پٹ کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے تو اس یمپلیفائر کا کیلکولیشن پیچیدہ ہو جاتا ہے۔
• اس یمپلیفائر میں رقم کا الٹا کچھ معاملات میں مطلوبہ نہیں ہوسکتا ہے۔

درخواستیں

دی انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل شامل ہیں.

• سمنگ ایمپلیفائر کو الٹا کرنے سے ان پٹ سگنل کے ساتھ ایمپلیفائر کے o/p سگنل کی قطبیت (یا) مرحلے کو الٹنے میں مدد ملتی ہے۔
• یہ ایک بہت ہی خاص ایمپلیفائر کنفیگریشن ہے جہاں کہیں بھی ان پٹ سگنلز کا خلاصہ کیا جاتا ہے اور آؤٹ پٹ پر الٹا جاتا ہے۔
• اس قسم کا سمنگ ایمپلیفائر سگنلز کو شامل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
• یہ یمپلیفائر آڈیو مکسر میں مساوی فوائد کے ساتھ مختلف سگنلز کو شامل کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
• اس سمنگ ایمپلیفائر کو AC سگنل وولٹیج کے ذریعے DC آفسیٹ وولٹیج لگانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔
• یہ صرف ایک o/p وولٹیج فراہم کر کے ایک subtractor کے طور پر بھی کام کر سکتا ہے جو کہ دو وولٹیج کے تغیر کے برابر ہے۔

اس طرح، یہ ایک الٹا ایمپلیفائر، سرکٹس، ورکنگ، اخذ، فوائد، نقصانات اور ایپلی کیشنز کا ایک جائزہ ہے۔ اس یمپلیفائر کا بنیادی کام o/p سگنل کے مرحلے کو الٹنا ہے۔ یہ یمپلیفائر کم آؤٹ پٹ مائبادا، اعلی ان پٹ مائبادا اور بہت لچکدار سرکٹ اقدار ہیں جو ہر ان پٹ سگنل کے حاصل کو سنبھالنے کے لیے آسانی سے ایڈجسٹ کی جا سکتی ہیں۔

خلاصہ میں آپریشنل یمپلیفائر یمپلیفائر سرکٹ کا تعین کرتا ہے۔ اس کا رویہ. اس یمپلیفائر میں op-amp وولٹیج فالوور یا انورٹر موڈ میں کام کرتا ہے۔ اس یمپلیفائر کی مساوات صرف o/p وولٹیج کی نشاندہی کرتی ہے جو ان پٹ وولٹیجز کے ساتھ ساتھ سرکٹ کے اندر موجود ریزسٹرس سے متعلق ہے۔ یہ سمنگ ایمپلیفائر مختلف عملی ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں جیسے؛ آڈیو مکسر، جہاں بھی مختلف ان پٹ سگنلز کو ایک ہی آؤٹ پٹ میں ضم کیا جاتا ہے۔ یہاں آپ کے لیے ایک سوال ہے، نان انورٹنگ سمنگ ایمپلیفائر کیا ہے؟