क्यों MOSFETs पर एक op- amp BJTs का उपयोग करेगा?

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मुझे हमेशा बताया गया है कि आदर्श रूप से, op-amps में अनंत इनपुट प्रतिबाधा होती है। इसलिए जब मैं LM741 के ट्रांजिस्टर स्तर योजनाबद्ध को देख रहा था, तो मैं उलझन में था जब उन्होंने MOSFO के बजाय BJTs का उपयोग किया।

ऑप एंप

BJT परिणाम का उपयोग इनपुट पिंस में वर्तमान प्रवाह में नहीं होगा?

transistors operational-amplifier physical-design

— नैट
स्रोत

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'741 को 1960 में डिजाइन किया गया था। MOSFETs और BJTs के बीच प्रदर्शन / लागत संतुलन तब अलग था। यह पूछने के लिए बेहतर है कि बीजेटी के साथ आज भी कुछ ऑप-एम्प्स डिजाइन किए जाते हैं या नहीं।

— फोटॉन

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यद्यपि MOSFETs का कार्य सिद्धांत BJT की तुलना में बहुत सरल है, MOSFETs बनाना अधिक कठिन है क्योंकि वे प्रक्रिया की स्थितियों (जैसे अशुद्धियों) के प्रति अधिक संवेदनशील हैं। मैं आईसी प्रौद्योगिकी MOSFET प्रौद्योगिकी के शुरुआती दिनों में अभी तक नियंत्रण में नहीं था।

— दही

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741 कबाड़ का एक पुराना टुकड़ा है, मुख्य रूप से सस्ते के लिए बुनियादी इलेक्ट्रॉनिक्स सिखाने के लिए उपयोग किया जाता है। मुझे लगता है कि कहीं न कहीं यह पढ़ते हुए याद आता है कि अगर हर 741 में से कोई एक संग्रह किया जाए, तो पृथ्वी पर हर व्यक्ति को 6 या 8 में से एक देने के लिए पर्याप्त होगा।

आधुनिक ऑप एम्प्स कई श्रेणियों में आते हैं।

सामान्य प्रयोजन - ये ऑप एम्प्स बहुत तेज़ नहीं होते हैं, इनमें ख़राब गैर-आदर्श विशेषताएँ (नैनो में बायोमास), बहाव होता है, मेगाहोम में इनपुट बाधाएँ होती हैं, और लगभग कुछ भी नहीं खर्च होता है। 741 इस श्रेणी में आता है।
एफईटी इनपुट्स - ये थोड़े तेज़ होते हैं, इनमें बेहतर गैर-आदर्श विशेषताओं (पिकोएम्प्स में पूर्वाग्रह), बहुत कम बहाव, अत्यधिक उच्च इनपुट प्रतिबाधा (गीगाओम्स) होते हैं, लेकिन कुछ डॉलर खर्च हो सकते हैं।
सीएमओएस - सीएमओएस ऑप एम्प्स धीमे हैं, लेकिन उत्कृष्ट गैर-आदर्श विशेषताओं (एफईएमटीओएएमएस में पूर्वाग्रह), अत्यंत उच्च इनपुट प्रतिबाधा (टेराओम्स) हैं, जो सामान्य प्रयोजन से अधिक एएमपी के रूप में बहाव करते हैं, और कुछ डॉलर खर्च कर सकते हैं। यह op amp का प्रकार है जो रेल के मिलिवोल्ट्स के भीतर अपना उत्पादन प्राप्त कर सकता है, लेकिन रेल वोल्टेज सीमित है।
चॉपर स्थिर - यह सीएमओएस ऑप amp का दूसरा रूप है। यह बहुत कम बहती है, और बहुत कम ऑफसेट हैं। अधिक जानकारी के लिए इस लेख को देखें

वहाँ अन्य ऑप एम्प्स हैं जो आरएफ आवृत्ति को संभाल सकते हैं, या उच्च आउटपुट धाराओं को संभाल सकते हैं, लेकिन वे वास्तव में इन कैटरगरीज में नहीं आते हैं।

जैसा कि आप देख सकते हैं, प्रत्येक प्रकार के ऑप amp में अलग-अलग गैर-आदर्श डीसी विशेषताओं और इनपुट प्रतिबाधा होती है। सेशन amp इनपुट में कितना करंट प्रवाहित होता है, यह इनपुट प्रतिबाधा पर निर्भर करता है। अधिकांश आधुनिक ऑप एम्प्स के लिए, ये बहुत छोटी धाराएँ हैं, और अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए इसे नगण्य माना जा सकता है। आप किस प्रकार के ऑप amp का उपयोग करते हैं, यह एक डिजाइन विचार है, गति, लागत, तापमान सीमा और किसी भी सटीक चिंताओं में फैक्टरिंग है।

— मैट यंग
स्रोत

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741 या LM324 जैसे द्विध्रुवी ऑप्स में FET ओपैंप की तुलना में अलग-अलग ट्रेडऑफ हैं। एक बात के लिए, वे कई साल पहले डिज़ाइन किए गए थे जब एफईटी आईसी तकनीक द्विध्रुवी आईसी तकनीक के सापेक्ष कम उन्नत थी। 741 को कबाड़ कहना अनुचित है; यह अपने समय में कुछ अद्भुत था। इसकी करीबी व्युत्पन्न, LM324, आज भी वॉल्यूम प्रोडक्शन में है, तो जाहिर है कि बहुत से लोग सोचते हैं कि यह उनकी आवश्यकताओं के लिए सही ट्रेडऑफ है।

LM324 का एक महत्वपूर्ण लाभ इसकी कीमत है। अक्सर पर्याप्त आपको बस बहुत सख्त आवश्यकताओं के बिना एक opamp की आवश्यकता होती है। यदि 1 मेगाहर्ट्ज का लाभ × बैंडविड्थ उत्पाद, पूर्वाग्रह वर्तमान, और ऑफसेट के कुछ एमवी सभी पर्याप्त हैं, तो बाकी सब सिर्फ महंगा कबाड़ है।

सामान्य तौर पर, एक ही चिप क्षेत्र के लिए बायपोलर के साथ ऑफसेट वोल्टेज को कुछ एमवी तक नीचे लाना थोड़ा आसान होता है। वर्तमान ड्राइव क्षमता और आपूर्ति वोल्टेज श्रेणी में भी फायदे हैं। पाठ्यक्रम के FETs वास्तव में उच्च इनपुट बाधा है। आजकल ये भेद अधिक धुंधले हैं। आप ऑफसेट वोल्टेज के साथ एफईटी इनपुट ओपेस प्राप्त कर सकते हैं, जो एमवी के नीचे अच्छी तरह से होते हैं, लेकिन फिर उनकी कीमत की तुलना LM324 से करते हैं।

प्रारंभिक FET opamps, जैसे TL07x और TL08x में अन्य समस्याएं थीं, जैसे दोनों छोरों पर बहुत उच्च इनपुट कॉमन मोड रेंज हेडरूम। आजकल, FET ओपैम्प्स इनपुट और आउटपुट दोनों के लिए रेल बनाना आसान है, लेकिन फिर से पुराने स्टैंडबाय LM324 के साथ सबसे सस्ते MCPxxxx की कीमत की तुलना करें। यह भी ध्यान दें कि आपूर्ति वोल्टेज रेंज LM324 पर काम कर सकती है। यह आज के अधिकांश FET opamps के लिए एक कठिन चाल है।

सब कुछ एक व्यापार है।

— ओलिन लेट्रोप
स्रोत

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बहुत अच्छा अंतिम वाक्य। मुझे लगता है कि "अपनी आवश्यकताओं को परिभाषित करें" और "सब कुछ एक व्यापार है" इंजीनियर शिक्षा में अधिक बार कहा जाना चाहिए।

— मार्कस मुलर

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MOSFETs कई सटीक एम्पलीफायर अनुप्रयोगों के लिए बहुत शोर हैं। यदि आपके पास कम प्रतिबाधा स्रोत है, तो किसी भी उपलब्ध अखंड एम्पलीफायर के सबसे कम शोर के लिए, आपको एक द्विध्रुवीय एम्पलीफायर जैसे कि LT1028 पर जाने की आवश्यकता है जिसमें सफेद शोर वर्णक्रमीय घनत्व 1.1nV / sqrt (Hz) है। (यदि यह पर्याप्त अच्छा नहीं है, तो एक असतत डिजाइन बेहतर कर सकता है)।

इसके विपरीत एक सामान्य MOSFET- इनपुट एम्पलीफायर जैसे कि MCP601, जो कि आमतौर पर 29nV / sqrt (Hz) है, या शक्ति के मामले में लगभग 700 गुना बदतर है।

यदि आप ऑडियोफाइल ऑडियो प्रोसेसिंग कर रहे हैं, तो दुनिया में सबसे अच्छा एम्पलीफायर एक टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स (नी-बूर-ब्राउन) द्विध्रुवी हिस्सा है। इसमें बहुत अधिक इनपुट पूर्वाग्रह वर्तमान है, लेकिन बहुत कम विरूपण है।

MOSFET एम्पलीफायर भी शायद ही कभी उच्च आपूर्ति वोल्टेज के साथ काम करने में सक्षम होते हैं, जैसे कि +/- 15V (सटीक इंस्ट्रूमेंटेशन की एक और लगातार आवश्यकता), और यदि वे हैं, तो वे एक हाथ और एक पैर की लागत करते हैं, मुझे लगता है कि ज्यादातर इसलिए है क्योंकि उनके पास है एक विशेष हाई-वोल्टेज सीएमओएस प्रक्रिया लाइन पर बनाया जाना चाहिए और डिजिटल सामान के साथ नहीं मिलाया जाना चाहिए।

741 को 1960 के दशक के मध्य में डिजाइन किया गया था, इसलिए लगभग 50 साल पहले। यह पहले से ही op-amps (जैसे कि uA709) पर कुछ हद तक सुधार था, लेकिन यह दांत में बहुत लंबा है। दशकों के लिए श्रव्य अनुप्रयोगों में आदरणीय जेआरसी 4558 जैसे दोहरे संस्करणों का उपयोग किया गया है। जैसा कि ओलिन बताते हैं, LM324 समान है (आउटपुट चरण में महत्वपूर्ण अंतर है, इसे "एकल आपूर्ति" बनाने के लिए), लेकिन इसकी मात्रा में केवल एक पैसा या दो प्रति एम्पलीफायर का खर्च होता है।

LM324 के अलावा, मुझे नहीं लगता कि किसी अन्य सेशन-amp ने 741 के रूप में व्यापक उपयोग के रूप में हासिल किया है (शायद कुछ JFET एम्पलीफायरों के करीब आते हैं) - डिजाइनर के लिए कई अलग-अलग विकल्पों के साथ बाजार अधिक संतुलित है, प्रत्येक के साथ इसके अपने फायदे और नुकसान हैं। विवेक ला प्रसार!

— स्पेरो पेफेनी
स्रोत

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यह इंगित करने योग्य है कि मूल रूप से BJT का पारगमन एक MOSFET की तुलना में बहुत अधिक है। यानी करंट BJT के मामले में लागू वोल्टेज के घातांक के साथ बदलता रहता है, जबकि यह केवल MOSFET के लिए वोल्टेज के वर्ग के साथ बदलता रहता है।

आदर्श रूप से सभी सिस्टम BJT और MOS का मिश्रण होंगे, लेकिन ऐसा नहीं है कि दुनिया कैसे काम करती है। असतत प्रणालियों के लिए, BJT राजा है। एक चिप पर एकीकृत प्रणाली के लिए एमओएस राजा है।

— पैट्रिक
स्रोत

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BJT को एक ट्रांसकांक्शन एम्पलीफायर के रूप में मानने के लिए धन्यवाद (जो सभी के लिए बुरा नहीं है)।

— लविवि 12

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इस सवाल का कई बार जवाब दिया गया है, लेकिन मुझे लगता है कि एक उल्लेख जेएफईटी इनपुट चरणों से बना होना चाहिए। कुछ ऑप एम्प्स (उदाहरण के लिए, TL074 या LF357) द्विध्रुवी-केवल डिज़ाइन की तुलना में कुछ मामलों में बेहतर विशेषताओं को प्राप्त करने के लिए JFETs और BJTs के मिश्रण का उपयोग करते हैं। (JFET को MOSFETs से अधिक पसंद किया जाता है, क्योंकि यह अधिक अधिभार और स्थैतिक निर्वहन की बात आती है।

ये op amps आम तौर पर इनपुट अंतर एम्पलीफायर चरण के लिए JFETs का उपयोग करते हैं, बाकी के अधिकांश सर्किट उन कारणों के लिए द्विध्रुवी होते हैं जो अन्य ने अपने जवाब में दिए हैं। इनपुट चरण के लिए एफईटी का उपयोग करने का लाभ बिल्कुल वैसा है जैसा कि आप कहते हैं: उनके पास बहुत अधिक इनपुट प्रतिबाधा है। यदि आप विभिन्न जेएफईटी-इनपुट ऑप एम्प्स के चश्मे को देखते हैं, तो आप उन लोगों को देखेंगे जिनके पास दस से अधिक पिकोम्प्रेसेस के इनपुट पूर्वाग्रह धाराएं हैं - और यदि आप AD549L को देखते हैं, उदाहरण के लिए, इसमें 60 से अधिक नहीं के इनपुट पूर्वाग्रह हैं femtoamperes। तुलना के लिए, मानक द्विध्रुवी ऑप एम्प्स, आमतौर पर कुछ नैनोएम्पर्स (ओपी 07 ईई में) के आदेश पर इनपुट बायस धाराओं के होते हैं, कुछ मामलों में माइक्रोएम्पियर या दो तक (प्रसिद्ध एलएम 441 के रूप में)। इसी तरह, और एक ही कारणों के लिए, एक JFET- इनपुट सेशन amp के इनपुट प्रतिबाधा द्विध्रुवी सेशन amp की तुलना में अधिक परिमाण के पांच या छह आदेश होंगे।

हालांकि एक व्यापार है। JFET इनपुट सेशन एम्प में काफी अधिक इनपुट वोल्टेज का शोर होता है। ऊपर उल्लिखित द्विध्रुवीय OP07E में प्रति दस हर्ट्ज प्रति दस नैनोवोल्ट्स के क्रम पर 0.6 माइक्रोवाल्ट्स पीक-टू-पीक और उच्च-आवृत्ति शोर घनत्व की कम आवृत्ति शोर है, जबकि एडी 549 के साथ इसकी जांघ-असंभव कम इनपुट पूर्वाग्रह कम है- 6 माइक्रोवाल्ट्स पीक-टू-पीक और हाई-फ्रिक्वेंसी नॉइज़ डेन्सिटी तक का फ़ोकस शोर 90 लीटर नैनोवोलट्स प्रति रूट हर्ट्ज़ (हालाँकि यह 1 kHz से ऊपर 35 nV / aboveHz तक गिरता है)।

जीवन में सब कुछ के साथ, कोई रामबाण नहीं है जो आपकी सभी समस्याओं को हल करता है, कोई भी ऑप amp नहीं है जो आप सुनिश्चित कर सकते हैं कि वे जो भी हैं, आपकी आवश्यकताओं को पूरा करेंगे। यदि आपको अल्ट्रा-लो बायस करंट या बहुत उच्च इनपुट प्रतिबाधा की जरूरत है, तो JFET- इनपुट सेशन amp के साथ जाएं। यदि आपको कम शोर या कम लागत की आवश्यकता है, तो द्विध्रुवी सेशन amp के साथ जाएं। यदि आपको कुछ चाहिए तो दोनों में से कोई भी आपूर्ति नहीं कर सकता है, ठीक है, कुछ और अधिक विदेशी में देखें। संभावना है, आप इसे कहीं बाहर मिल जाएगा।

— भट्ठी
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