Friday, March 9, 2018

ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් IV (Electronics) - 5

ට්‍රාන්සිස්ටර් වින්‍යාස (Transistor Configurations)

ඉහත ක්‍රමවලින් බයස් කරපු ට්‍රාන්සිස්ටරයක් හරියට පෙට්‍රල් ගහපු වාහනයක් බඳුය; තෙල් ගහන්නේ නැතිව වාහනයකින් ප්‍රයෝජනයක් නැහැනෙ. දැන් විමසා බලමු ට්‍රාන්සිස්ටරයක් විදුලි සංඥා සමඟ වැඩ කරන හැටි.

රෙසිස්ටර්, කැපෑසිටර්, ඉන්ඩක්ටර්, ඩයෝඩ වැනි පින් දෙකේ පැසිව් උපාංගයකට වඩා වෙනස් විදියකටයි විදුලි සංඥා සමඟ ට්‍රාන්සිස්ටර් වැඩ කරන්නේ. පැසිව් උපාංගයකදී සාමාන්‍යයෙන් එක් අග්‍රයකින් සංඥා ඇතුලු වී අනෙක් අග්‍රයෙන් පිටව යනවා. ඇතුලු වන සංඥාව හා පිටවන සංඥාව දෙකක් නොව එකකි (සමහරවිට පිටවන සංඥාවේ හැඩය හා විශාලත්වය තරමක් වෙනස් විය හැකියි). එහෙත් ට්‍රාන්සිස්ටරයක් තුලට ඇතුලු වන සංඥාව හා ඉන් පිටවන සංඥාව එකිනෙකට අනුරූප වුවත් (එනම්, ඇතුලු වන සංඥා වර්ධිත සංඥාවක් පිට වේ), එම සංඥා දෙක එකක් නොව දෙකකි. ඇතුලු වන සංඥාවට අනුරූපව ට්‍රාන්සිස්ටරය තුල වර්ධිත සංඥාවක් අලුතින් බිහි විය (“කොපියක්” හැදුණා). එම වෙනස හොඳින් තේරුම් ගත යුතුය (ට්‍රාන්සිස්ටර් ක්‍රියාව ලෙස පෙර විස්තර කළේ එයම තමයි). මෙම වෙනස්කම අපට වාසිදායක ලෙස පවතින අයුරු ඉදිරියේදී කියා දෙන්නම්.


ඉහත රූපය බලන විට තවත් දේවල් පැහැදිලි වේ. ඔබ දැනටමත් දන්නවා විදුලි සංඥාවක් හැමවිටම සංවෘත පථයක හෙවත් පරිපථයකනෙ ගමන් කරන්නේ (ඒ කියන්නේ යම් තැනකින් පිට වූ සංඥාවක් නැවත එම තැනටම ළඟා විය යුතුයි). ඒ අනුව, ට්‍රාන්සිස්ටරයක් හරහා සංඥා ගමන් කිරීම අධියර දෙකක් යටතේයි ඇත්තටම සිදු වන්නේ. පළමු අධියරය සංඥා ඇතුලුවන හෙවත් ආදාන (input) කොටස වන අතර, දෙවැනි අධියරය සංඥා පිටවන හෙවත් ප්‍රතිදාන (output) කොටස වේ. පැසිව් උපාංගවල වෙන් වෙන්ව මෙම අධියර දෙක නොපිහිටයි. ට්‍රාන්සිස්ටරයක් සඳහා මෙම සුවිශේෂි තත්වය ඇති වන්නේ “ට්‍රාන්සිස්ටර් ක්‍රියාව” නිසා බව පැහැදිලියිනෙ.

ඉහත රූපයෙන් තවත් දෙයක් පෙනේ. ඉන්පුට් කොටස තුල සංඥාව ගමන් කිරීමට අග්‍ර/වයර් දෙකකුත්, අවුට්පුට් කොටස තුල සංඥා ගමන් කිරීමට තවත් අග්‍ර/වයර් දෙකකුත් අවශ්‍ය වෙනවානෙ. එහෙත් ට්‍රාන්සිස්ටරයක තිබෙන්නේ අග්‍ර 3ක් පමණි. ඒ කියන්නේ එක් අග්‍රයක් ඉන්පුට් සංඥා හා අවුට්පුටු සංඥා යන දෙකම ගමන් කරවීමට යොදා ගැනීමට සිදු වෙනවා (“ෂෙයාර් කරගන්නවා”). ඉහත රූපයේදී එමිටර් අග්‍රය තමයි එම කාර්ය සිදු කරන්නේ. තවද, ඉහත රූපයේ නම් බේස් අග්‍රය හරහා ඉන්පුට් වන සංඥාව එමිටරය හරහා පථය සම්පූර්ණ කර ගන්න අතර, කලෙක්ටර් අග්‍රය හරහා පිට කරන අවුට්පුට් සංඥාව නැවතත් එමිටරය හරහා පථය සම්පූර්ණ කර ගන්නවා. ඒ කියන්නේ එමිටරය ඉන්පුට් හා අවුට්පුට් යන දෙකටම පොදුවේ (common) භාවිතා වෙනවා.

ඇත්තටම ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අග්‍ර 3ක් පවතින නිසා, කුමන කුමන අග්‍ර කුමන කුමන කටයුත්ත සඳහා යොදා ගත හැකිදැයි (ඉන්පුට්ද, අවුට්පුට්ද, කොමන්ද යන්න) සිතා බලන්න. එවිට පහත වගුවේ සටහන් වන ආකාරයන් සංයෝජනයන් (combinations) ලබා ගත හැකියි නේද? ට්‍රාන්සිස්ටර් වින්‍යාස කියන්නේ මෙම සංයෝජනවලට තමයි. ඒ කියන්නේ යම් ට්‍රාන්සිස්ටරයක් ගෙන අහවල් අග්‍රයෙන් සංඥා ඉන්පුට් කර, අහවල් අග්‍රයෙන් එහි වර්ධිත සංඥාව අවුට්පුට් කරන (මෙවිට ඉබේම ඉතිරි අග්‍රය පොදු අග්‍රය බවට පත් වේ) පරිදි පවතින විට එය ට්‍රාන්සිස්ටර් වින්‍යාසයකි.

ඉන්පුට් අග්‍රය
අවුට්පුට් අග්‍රය
පොදු අග්‍රය
බේස්
කලෙක්ටර්
එමිටර්
බේස්
එමිටර්
කලෙක්ටර්
එමිටර්
කලෙක්ටර්
බේස්
එමිටර්
බේස්
කලෙක්ටර්
කලෙක්ටර්
බේස්
එමිටර්
කලෙක්ටර්
එමිටර්
බේස්

ඉහත වගුව බලන විට, බැලූබැල්මට වින්‍යාස 6ක් පවතින බව පෙනේ. එහෙත් ඉන් අන්තිම වින්‍යාස 3 භාවිතා කළ නොහැකිය. ඊට හේතුව ට්‍රාන්සිස්ටරයක් සංඥා සමඟ ගනුදෙනු කරන විට කොන්දේසි දෙකක් පැවතීමයි.

1. කිසිම විටක බේස් අග්‍රයකින් සංඥාවක් පිට කළ (output) නොහැකිය.

2. කිසිම විටක කලෙක්ටර් අග්‍රයකින් සංඥාවක් ඇතුලු කළ (input) නොහැකිය.

ඒ අනුව, ඉහත 4වැනි පේලියේදී අවුට්පුට් අග්‍රය බේස් එක නිසා, එම වින්‍යාසය අවලංගු එකකි. එලෙසම, 5වැනි පේලියෙන් පෙන්වන වින්‍යාසය අවලංගු වන්නේ ඉන්පුට් අග්‍රය ලෙස කලෙක්ටරය ගැනීම හා අවුට්පුට් අග්‍රය ලෙස බේසය ගැනීම යන කරුණු දෙකම නිසාය. අවසන් පේලියේදීත් කලෙක්ටරය ඉන්පුට් එක ලෙස ගැනීම නිසා එයද අවලංගු වේ. එවිට ඉතිරි වන වලංගු වින්‍යාස 3 වන්නේ පළමු පේලි 3න් තද අකුරින් පෙන්වා ඇති අවස්ථාය. පොදු අග්‍රය නමින් එම වින්‍යාස පහත ආකාරයට නම් කෙරේ.

1. පොදු පාදම වින්‍යාසය (common base – CB)
2. පොදු විමෝචක වින්‍යාසය (common emitter – CE)
3. පොදු සංග්‍රහක වින්‍යාසය (common collector – CC)

එක් දෙයක් ඉතා හොඳින් මතක තබා ගන්න. එනම්, බයස් කිරීම හා සංඥා වර්ධනය කිරීම යනු එකිනෙකට වෙනස් කාරණා දෙකක් බව. බයස් කිරීමකදී සිදු කළේ ට්‍රාන්සිස්ටරයකින් වැඩ ගැනීමට හැකි තත්වයට පත් කර ගැනීමයි (“වාහනයට තෙල් ගැසීමයි”). එහිදී ඩීසී වෝල්ටියතා හා ධාරාවන් සමඟයි වැඩ කළේ; ඒ කියන්නේ පරිපථය ඔන් කළ මොහොතේ සිට නැවත ඕෆ් කරන තෙක් එම අගයන් වෙනස් නොවී දිගටම නියතව පවතී. එහෙත්, සංඥා වර්ධනය යනු එලෙස බයස් කළ ට්‍රාන්සිස්ටරයකින් වැඩ ගැනීමයි (“තෙල් ගහපු වාහනය අපට අවශ්‍ය පරිදි පැදවීමයි”). මෙවිට අප සලකා බලන්නේ විචලනය වන විදුලිය හෙවත් විදුලි සංඥා හෙවත් ඒසී විදුලිය යි (ඒසී වෝල්ටියතා හා ධාරා).

එනිසා ට්‍රාන්සිස්ටරයක් භාවිතා කරන විට අනිවාර්යෙන්ම ඉහත වින්‍යාස 3න් එකක් යොදා ගත යුතුයි. ඒ එක් එක් වින්‍යාසවල විදුලිමය ගතිලක්ෂණ වෙනස් වේ; එනිසා ඒ ඒ අවශ්‍යතාවට ගැලපෙන වින්‍යාසය අප විසින් තෝරා ගත යුතුය. එය කරන හැටි පෙන්වා දෙන්නම් පසුවට. කෙසේ වෙතත්, කුමන වින්‍යාසයක් භාවිතා කළත් එම ට්‍රාන්සිස්ටරය අප මින් පෙර ඉගෙන ගත් බයසිං ක්‍රමයකින් බයස් කර ගත යුතු වෙනවා. දැන් මේ එක් එක් වින්‍යාසය ගැන පලමුවෙන් කෙටියෙන් විමසා බලමු.

සටහන

වර්ධනය (Gain)

ට්‍රාන්සිස්ටරයක පමණක් නොව අදාල ඕනෑම ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයකම වර්ධනය යනු ඊට ඇතුලු කරන සංඥාවක් ප්‍රමාණාත්මකව විශාල කර පිට කිරීමයි. එම සංඥාව අවශ්‍යයෙන්ම විද්‍යුත් වීමටද අවශ්‍ය නොවේ; දුබල ආලෝක සංඥාවක් ප්‍රබල කිරීමද වර්ධනයකි (ෆයිබර් ඔප්ටික් තාක්ෂණයේදී එය සිදු වේ; ලේසර් සෑදීමේදී එය සිදු වේ). අප විදුලි සංඥා වෙත යොමු වුවොත් වර්ධනය මූලිකව ආකාර 3කින් පවතිනවා. විදුලියේ මූලික ලක්ෂණ 3 වන ධාරාව, වෝල්ටියතාව, ජවය සඳහා වර්ධනය වෙන වෙනම සැලකිය හැකිය.

1. ධාරා වර්ධනය (current gain - AI)ඇතුලු කරන ධාරාව (එනම්, විදුලි සංඥාවේ පවතින ධාරාව) හා පිට කරන ධාරාව අතර අනුපාතයයි.

2. වෝල්ටියතා වර්ධනය (voltage gain - AV)

3. ජව වර්ධනය (power gain - AP)
ඉන්පුට් කරන ප්‍රමාණයට වඩා අවුට්පුට් කරන ප්‍රමාණය වැඩි විට ඊට වර්ධනයක් යැයි කියනවා. Gain යන්න වෙනුවට amplification යන වචනයද ඉංග්‍රිසියෙන් යොදා ගන්නවා. එහෙත් ඉන්පුට් සංඥාවට වඩා අවුට්පුට් සංඥාව කුඩායි නම්, එවිට ඊට වර්ධනය කියන්නේ නැත; ඊට කියන්නේ හායනය (attenuation) කියාය. එය වර්ධනයේ ප්‍රතිවිරුද්ධ ක්‍රියාවයි.

රෙසිස්ටරයක්, කැපෑසිටරයක්, ඉන්ඩක්ටරයක්, දිගු වයරයක්/සන්නායකයක් (එහි ඇති ප්‍රතිරෝධය නිසා), ස්විචයක් ආදී පැසිව් උපාංගයක් හරහා සංඥාවක් යන විට ඉතා කුඩා හෝ සංඥා හායනයක් සිදු වෙනවාමයි; එය වැලැක්විය නොහැකිය (එහෙත් සුදුසු උපක්‍රම යෙදීමෙන් එය අවම කර ගත හැකියි). සංඥාවක් වර්ධනය කළ හැක්කේ ට්‍රාන්සිස්ටර් වැනි ඇක්ටිව් උපාංගයකටයි (ඊට අමතරව ඍණ ප්‍රතිරෝධ (negative resistance) පෙන්වන උපාංගයකත් එම හැකියාව පවතී). එක් එක් වින්‍යාසය තුල ඉහත ගේන් 3ම විවිධ ප්‍රමාණවලින් පවතිනවා.

කොමන් එමිටර් වින්‍යාසය

වැඩිපුරම භාවිතා කරන වින්‍යාසය මෙය වේ. යම් සංවේදකයකින්/පාරනායකයකින් (sensor/transducer) පිට වන දුබල සංඥාව බේස් අග්‍රයෙන් ඇතුලු වී එමිටර් අග්‍රයෙන් එය පිට වී නැවත සංවේදකය වෙත පැමිණ පථය සම්පූර්ණ කරගනී. ඒ අනුව බේස් එමිටර් සන්ධිය/ඩයෝඩය ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් එකයි. එවිට ට්‍රාන්සිස්ටර් ක්‍රියාව නිසා වර්ධිත සංඥාවක් කලෙක්ටර් අග්‍රයෙන් පිට කෙරේ. එලෙස පිට කරන සංඥාව භාරය (load) හරහා ගොස් නැවත එමිටරය හරහා ට්‍රාන්සිස්ටරය තුලට ඇතුලු වී පථය සම්පූර්ණ කර ගනී. එවිට, කලෙක්ටර් එමිටර් අග්‍ර දෙක එකතුව සාදන්නේ කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේ පවතින ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් එකයි. ඉන්පුට් හා අවුට්පුට් දෙකටම එමිටරය පොදු වූ බැවින් කොමන් එමිටර් වින්‍යාසය යන නම ඊට ලැබේ.

යම් වින්‍යාසයක් ගත් විට ඉන් අපට වැදගත් කරුණු/පරාමිතින් කිහිපයක් ගැන හිඟි ලබා ගත හැකිය. ආදාන ප්‍රතිරෝධය (input resistance), ප්‍රතිදාන ප්‍රතිරෝධය (output resistance), වර්ධනය (ධාරා, වෝල්ටියතා, ජව යන තුන් වර්ගයේම) ප්‍රධානතම පරාමිතින් වේ. ඊට අමතරව විවිධ ස්ට්‍රේ කැපෑසිටන් අගයන්ද ට්‍රාන්සිස්ටරයක පවතී; ඒවා බලපාන අයුරු පසුවට සලකා බලමු. එක් එක් වින්‍යාසය තුල එම පරාමිතින් වෙනස් වේ. එම පරාමිතින් 3 ගැන එකින් එක දැන් විමසමු.

ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස්

ඉන්පුට් රෙසිස්ටන්ස්/ඉම්පිඩන්ස් යනු යම් සංවේදක උපාංගයකින් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් අග්‍රයට යම් සංඥාවක් ඇතුලු කරන විට, එම ඉන්පුට් සංඥාවට දැනෙන ප්‍රතිරෝධක අගයයි.


ඉම්පීඩන්ස් (impedance) යන වචනය රෙසිස්ටන්ස් යන වචනයට වඩා බහුලව භාවිතා වන්නක් (ඇත්තටම රෙසිස්ටන්ස් යනු ඉම්පීඩන්ස් සංකල්පයේ උපකොටසක්/උපකුලකයක් බව මීට පෙර අප ඉගෙන තිබෙනවා). CE වින්‍යාසයේදී ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය ඉතා කුඩාය. ඊට හේතුව කුමක්දැයි කල්පනා කළොත් ඉතා පහසුවෙන් වැටහෙනවා.

සංවේදකය කෙලින්ම ඉහත රූපයේ ආකාරයට ට්‍රාන්සිස්ටරයට සම්බන්ද වූයේ නම්, එම සංඥාවට දැනෙන එකම ප්‍රතිරෝධය වනුයේ ට්‍රාන්සිස්ටරය තුලින් (එනම්, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේස්-එමිටර් ඩයෝඩය හරහා) යන විට දැනෙන ප්‍රතිරෝධක අගයයි. පෙරනැඹුරු කළ ඕනෑම පීඑන් සන්ධියක ප්‍රතිරෝධය ඕම් කිහිපයක් තරම් කුඩා අගයකි.

සාමාන්‍යයෙන් ට්‍රාන්සිස්ටරයක ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය විශාල වන තරමට හොඳය. ඊට හේතුව බලමු. යම් විදුලි සංඥාවක් නිපදවන පාරනායකයක්/සංවේදකයක් අපට ආදර්ශනය කළ හැකියි (කුඩා) ඒසී විදුලි ප්‍රභවයක් (AC source) ලෙස; හරියට ඉතා කුඩා පරිමාණයේ විදුලි ජෙනරේටරයක් බඳුය. ඉහත රූපයේ පාරනායකය වෙනුවට ඒසී විදුලි ප්‍රභවයේ සංඛේතය යොදා තිබෙන්නේද ඒ නිසාය.

ඉතා කුඩා වේවා ඉතා විශාල වේවා, (ඒසී වේවා ඩීසී වේවා), සෑම විදුලි උත්පාදකයක්ම ඉහත රූපයේ ආකාරයට පරිපූර්ණ (ideal) නැත. ඒ සෑම විදුලි උත්පාදකයකම (හා පාරනායකයකම) ඉහත රූපයේ පෙන්වා තිබෙන පරිපූර්ණ උත්පාදකයට අමතරව ශ්‍රේණිගතව යම් ප්‍රතිරෝධයක්ද පවතී. මෙය අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධය (internal resistance හෝ source resistance – RS) ලෙස නම් කෙරේ.

වියලි කෝෂ (බැටරි) වැනි උපාංගයක අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධය කාලයත් සමඟ මෙන්ම බැටරිය බැසීමත් (ඩිස්චාජ්) සමඟද ක්‍රමයෙන් වැඩි වේ. එහෙත් මයික් වැනි උපාංගයක එහි අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධය සාමාන්‍යයෙන් වෙනස් නොවේ (බැරිවෙලාවත් වෙනස් වෙනවා නම්, එය දිගු කාලයක් තිස්සේ සෙමින් සිදු වේවි).

දැන් මයික් එකක් (හෝ ඕනෑම පාරනායකයක්) ට්‍රාන්සිස්ටරයේ “ඉන්පුට් එකට” හෙවත් ඉන්පුට් සර්කිට් එකට සම්බන්ද කරන විට, පහත රූපයේ දැක්වෙන ආකාරයට විභව බෙදුම් පරිපථයක් එතැන ඉබේම ඇති වේ. ඒ කියන්නේ මයික් එක (හෝ විදුලි සංඥා උත්පාදනය කරන වෙනත් ඕනෑම පාරනායකයක්) විසින් නිපදවන ඉතා කුඩා/දුර්වල විදුලි සංඥාවේ වෝල්ටියතාව දැන් මයික් එකේ අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධය හා ට්‍රාන්සිස්ටර් ඉන්පුට් ප්‍රතිරෝධය අතර බෙදී යයි.


අප පුනපුනා පැවසූ දෙයක්නේ විදුලි සංඥාව ලෙස බොහෝවිට සලකනු ලබන්නේ සංඥාවේ වෝල්ටියතාව බව. ඉතිං, මයික් එකෙන් නිපදවන එම සංඥා වෝල්ටියතාවෙන් උපරිම කොටසක් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් එකට ලැබිය යුතුය; එනම්, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් රෙසිස්ටන්ස් එක දෙපස ඩ්‍රොප් විය යුතුය. ඒ සඳහා පාරනායකයේ අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝද අගයට වඩා ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් රෙසිස්ටන්ස් අගය විශාල විය යුතුයි නේද?

පාරනායකයක් හා ට්‍රාන්සිස්ටරයක් අතර පමණක් නොව, ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස්වල ඕනෑම සංඥා ගමන් කරන අධියර දෙකක් අතර ඉහත සංසිද්ධිය එලෙස සිදු විය යුතුය. සංඥා එක් අධියරක සිට ඊළඟ අධියරයට ගමන් කරන විට, එයත් සංඥා විදුලි උත්පාදකයකින් පිටවන සංඥා විදුලිය ප්‍රතිරෝධ දෙකක් අතර බෙදී යන විභව බෙදුම් පරිපථයක් ලෙස ආදර්ශනය කළ හැකිය. එවිට, මුල් අධියරයේ තිබෙන ප්‍රතිරෝධය එම අධියරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් ලෙස හැඳින් වෙන අතර, ඊට සම්බන්දිත දෙවැනි අධියරයේ තිබෙන ප්‍රතිරෝධය එම දෙවැනි අධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් ලෙස හැඳින් වේ.

ඒ අනුව ට්‍රාන්සිස්ටරයට සම්බන්ද කරන පාරනායකයේ අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධයට (හෝ ට්‍රාන්සිස්ටරයට සම්බන්ද කරන පෙර අධියරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයට) වඩා ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය විශාල විය යුතුය. කොතරම් විශාල විය යුතුද? හැකි තරම් විශාල විය හැකි නම් හොඳය (සිය ගුණයක්, දහස් ගුණයක්…). සාමාන්‍යයෙන් එය 10 ගුණයක් ලෙස සලකන සිරිතක් තිබෙනවා.

ට්‍රාන්සිස්ටරයකට විවිධ පාරනායක (හෝ අධියර) සම්බන්ද කරන්න පුලුවන්නේ. ඒ එක් එක් උපාංගවල අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝද අගය (හෝ අධියරවල අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය) විවිධ වේවි; අසවල් අගය යැයි නිශ්චිත නැත. එනිසා, අප බොහෝම කැමතියි ඒ ඕනෑම අවස්ථාවකට ගැලපෙන්නට හැකියාව ලැබෙන නිසා ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය හැකි උපරිම වෙනවා නම්. එහෙත් අවාසනාවකට මෙන් බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර්වල ඕනෑම වින්‍යාසයකදී ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය එතරම් විශාල අගයක් නොවේ. පසුවට ඉගෙන ගන්නා ෆෙට් ට්‍රාන්සිස්ටර්වල නම් අතිදැවැන්ත ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයක් පවතිනවා.

අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස්

යම් උපාංගයක් තුලට සංඥාවක් පැමිනි පසු ඒ මත යම් කර්තව්‍යයක් සිදු කර එම උපාංගයෙන් එම සංඥාව පිටතට යැවිය යුතුයිනෙ ඊළඟ උපාංගයට/අධියරයට. යම් උපාංගයකින් සංඥාවක් තවත් උපාංගයකට/අධියරයකට ඇතුලු වන විට, එම දෙවැනි උපාංගයට/අධියරයට දැනෙනවා (පෙනෙනවා) සංඥාව පිට කළ අර උපාංගය සංඥා උත්පාදකයක් සේ. එවිට මොහොතකට පෙර ඔබ දැනගත් සේ, මෙම සංඥා උත්පාදකය අයිඩියල් (පරිපූර්ණ) නැති නිසා, ඊට ශ්‍රේණිගතව යම් (අභ්‍යන්තර) ප්‍රතිරෝධයක් පවතිනවා සේ ගත යුතුයිනෙ. මෙම ශ්‍රේණිගත ප්‍රතිරෝධය තමයි ප්‍රතිදාන සම්බාදකය/ප්‍රතිරෝධය (output impedance/resistance) කියන්නේ. උපාංගයෙන්/අධියරයෙන් සංඥා එලියට පිටත් කරන කොටසේ/පරිපථයේ (output circuit එකේ) මෙම ප්‍රතිරෝධය පවතින නිසා ඊට එම නම ලැබී ඇත. ඉහත රූපය බලන්න.

මෙම ප්‍රතිරෝධය පසු අධියරයේ ඇති ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් එකත් සමඟ විභව බෙදුම් පරිපථයක් සාදනවා. එනිසා, පෙරත් සඳහන් කළ සේම සංඥාවෙන් හැකිතරම් විශාල පංගුවක් පසු අධියරයට ලබා දීමට නම් පසු අධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයට වඩා විශාල වශයෙන් පෙර අධියරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය අඩු විය යුතුය.

සාමාන්‍යයෙන් පසු අධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයට වඩා අඩුම ගානේ 10 ගුණයක්වත් පෙර අධියරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය අඩු විය යුතු යැයි සලකනවා. ට්‍රාන්සිස්ටරයෙන් අවුට්පුට් වන සංඥාව ලබා ගැනීමට විවිධ උපාංග ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් සර්කිට් එකට සම්බන්ද කළ හැකි නිසාත්, ඒ එක් එක් උපාංගයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය විවිධ විය හැකි නිසාත්, ඒ සියල්ලටම සරිලන්නට නම් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය හැකි තරම් කුඩා අගයක් වීම සුදුසුය.

කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී සංඥා අවුට්පුට් වන්නේ පසුනැඹුරු වූ සන්ධියක්ද සහිත ට්‍රාන්සිස්ටර් කොටසකින්ය (එනම්, පෙරනැඹුරු වී ඇති සන්ධියක් අවුට්පුට් කොටසට අයත් නැත). ඔබ දන්නවා පසුනැඹුරු වූ විට ඩයෝඩය/සන්ධිය විශාල ප්‍රතිරෝධයක් හිමි කර ගන්නවා. ඒ කියන්නේ කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය විශාල අගයකි (එය අවාසියකි).

සංඥා වර්ධනය

වර්ධනය (gain) ගැන දළ අවබෝධයක් දැනටමත් ඔබට ඇත. තුන් ආකාරයක ගේන් පවතිනවානෙ. කොමන් එමිටර් වින්‍යාසය සඳහා වූ එම තුන් ආකාරයේම ගේන් ගැන දැන් බලමු. ඉන්පුට් සංඥා ධාරාව බේස් ධාරාව (iB) වන අතර, අවුට්පුට් සංඥා ධාරාව වන්නේ කලෙක්ටර් ධාරාවයි (iC). එවිට කරන්ට් ගේන් එක වන්නේ iC/iB වේ. කලෙක්ටර් ධාරාව බේස් ධාරාවෙන් බෙදීමෙන් ලැබෙන අගය ගැන ඔබට මතකයක් තිබේද? ඔව්, β යනුවෙන් හැඳින ගත්තේ මෙම පරාමිතියමයි. එහෙත් එහිදී අප ධාරාවන් සංඛේතවත් කළේ කැපිටල් අයි අකුරිනි (IB, IC); දැන් ධාරාවන් සංඛේතවත් කරන්නේ සිම්පල් අයි අකුරිනි (iB, iC). ඒ දෙක අතර යම් වෙනසක් තිබෙනවා නේද?

කැපිටල් අකුරින් විදුලි ඒකක ලියන්නේ එම අගයන් ඩීසී වන විටයි; සිම්පල් අකුරින් ලියන්නේ එම අගයන් ඒසී අගයන් හෙවත් සංඥා වන විටයි. ඒ අනුව IC/IB යනු ට්‍රාන්සිස්ටරය බයස් කිරීමේදී බේසය හරහා දිගටම ඒකාකාරව බේසය තුලින් ගමන් කරන (ඩීසී) ධාරාව වන අතර, එවිට කලෙක්ටර් අග්‍රය තුලට βIB ට සමාන ඒකාකාර (ඩීසී) කලෙක්ටර් ධාරාවක් නිරන්තරයෙන් ගලා යයි. ඉතිං, බේසය තුලට යම් ධාරාවක් ඇතුලු වේද, එම ධාරාව මෙන් බීටා ගුණයක ධාරාවක් කලෙක්ටරයෙන් පිට වේ එ්වා ඒසී වුවද ඩීසී වුවද (ට්‍රාන්සිස්ටරයට ඒසී ඩීසී භේදය නැති බවක් පෙනේ අපට ලොකු වෙනසක් තිබුණත්). ඒසී හා ඩීසී අවස්ථා දෙක සඳහාම ට්‍රාන්සිසිටරයක බීටා සූත්‍රය සාධාරණ වුවත්, ඒ දෙක වෙන් වෙන්ව හඳුනා ගැනීමට βac (ඒසී සඳහා) හා βdc (ඩීසී සඳහා) යන සංඛේත දෙක භාවිතා වේ. ඊටත් අමතරව, βac යන සංඛේතය වෙනුවට hfe , βdc වෙනුවට hFE ද සමහරුන් යොදා ගන්නවා.

කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී විශාල ධාරා වර්ධනයක් තිබෙන බව පෙනේ (බීටා අගය සාමාන්‍යයෙන් 100කට වඩා වන බව අප දන්නවා). මීළඟට වෝල්ටියතා වර්ධනය ගැන විමසමු. මෙසේ තර්ක කර බලන්න. ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව = (ඉන්පුට් ධාරාව)x(ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස්), හා අවුට්පුට් වෝල්ටියතාව = (අවුට්පුට් ධාරාව)x(අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස්) විය යුතුය (V=IR යන ඕම් නියමය අනුව). ඉතිං, අප මොහොතකට පෙර දැනගත්තා කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයට වඩා ඉතා විශාල අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයක් පවතින බව; තවද, ඉන්පුට් ධාරාවට වඩා සිය ගණනක් විශාල අවුට්පුට් ධාරාවක්ද පවතිනවා. වෝල්ටියතා වර්ධනය = (අවුට්පුට් වෝල්ටියතාව)/(ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව) නිසා, ඒ අනුව අතිදැවැන්ත වෝල්ටියතා වර්ධනයක් කොමන් එමිටර් වින්‍යාසය සතුව පවතිනවා.

ඊළඟට අප ජව වර්ධනය ගැනත් බලමු. අවුට්පුට් ජවය = (අවුට්පුට් වෝල්ටියතාව)x(අවුට්පුට් ධාරාව), හා ඉන්පුට් ජවය = (ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව)x(ඉන්පුට් ධාරාව) වේ. ඉන්පුට් වෝල්ටියතාවට වඩා අවුට්පුට් වෝල්ටියතාව අතිදැවැන්ත නිසාත්, ඉන්පුට් ධාරාවට වඩා අවුට්පුට් ධාරාව ඉතා විශාල නිසාත්, ජව වර්ධනය = (අවුට්පුට් ජවය)/(ඉන්පුට් ජවය) ට අනුව, කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී ජව වර්ධනය අති-අතිදැවැන්ත වේ. පහත ආකාරයටත් ජව වර්ධනය ව්‍යුත්පන්න කරගත හැකිය.

ඉහත ව්‍යුත්පන්නය අනුව, යම් වින්‍යාසයක ජව වර්ධනය යනු එම වින්‍යාසයේම වෝල්ටියතා වර්ධනය හා ධාරා වර්ධනයේ ගුණිතයයි. ඉතිං, අප දන්නවා කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී ධාරා වර්ධනය සිය ගණනක් පමණ විශාල බව; එලෙසම වෝල්ටියතා වර්ධනය ඊටත් වඩා අතිවිශාල බව. ඒ අනුව, ජව වර්ධනය කොතරම් අති දැවැන්ත විශාලත්වයක් හිමි කර ගන්නවාද යන්න ගැන සිතා ගත හැකියිනෙ.

සංඥා අපවර්තනය

පොදු විමෝචක වින්‍යාසයේදී ඉන්පුට් කරන සංඥාවේ වර්ධිත සංඥාවක් කලෙක්ටරයේ සෑදෙන අතර, එම වර්ධිත සංඥාවේ හැඩය ඉන්පුට් කරපු සංඥාවේ හැඩයට අනුරූප වුවත් යම් වෙනසක් ඒ දෙක අතර පවතී. පහත රූපය බලන්න. එක් සංඥාවක් අනෙක් සංඥාවේ “කනපිට” (upside down) වේ. විද්‍යාත්මත/තාක්ෂනික වචනයෙන් එම තත්වය හඳුන්වන්නේ සංඥා අපවර්තනය (signal inversion) කියාය. ඕනෑම සංඥාවක් ගත් විට එහි කනපිට ගහපු සංඥාවක් පවතින විට ඊට අපවර්තනය යන වචනය යෙදෙනවා. අපවර්තනය හඳුනාගැනීමේ ලක්ෂණ දෙකකි - සංඥා දෙකෙහිම ශූන්‍ය මට්ටම් (එනම් තිරස් රේඛාව කපන ස්ථාන) එකම මොහොතේ වේ; එක් සංඥාවක් එම ශූන්‍ය මට්ටමේ සිට ඉහලට යන විට අනෙක් සංඥාව ශූන්‍ය මට්ටමේ සිට පහලට යයි (එමෙන්ම එකක් පහලට යන විට අනෙක ඉහලට යයි).



2 comments:

  1. Amplifier එකකට බෆල්/මයික් සෙට් කරද්දී හරි ඒ දෙකේ impedance මැච් කරන්න ඕන ඇයි? එහෙම නොකලොත් මොකද වෙන්නේ?

    ReplyDelete
    Replies
    1. මෙතන ඔබ ඇම්ප්ලිෆයර් කියා කිව්වත් එය ඇත්තට ජව වර්ධකයක් (power amplifier) වේ. ඔබ ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් ගැන දැනුමක් ඇත් නම් දන්නවා ඇති, එක් අධියරක සිට තවත් අධියරකට සංඥා ජවය (ශක්තිය) හුවමාරු කරන විට, එය වඩාත්ම කාර්යක්ෂමව සිදු වන්නේ පෙර හා පසු අධියර දෙකෙහි සම්බාදක (impedance) අගයන් සමාන වන විටයි. මාද මේ ගැන කිහිප වතාවක්ම පාඩම්වල පැහැදිලි කර තිබේ (කියවා බලන්න).

      ඉතිං පවර්ඈම්ප් එකෙන් පිට වන්නේ ශබ්දයට අදාල විද්‍යුත් සංඥාවයි. ස්පීකරයෙන් කරන්නේ ඊට ලැබෙන විදුලි සංඥා ශබ්ද සංඥා (ශබ්දය) බවට පත් කිරීමයි. ස්පීකරයට වැඩිපුර ශබ්දයක් පිට කිරීමට අවශ්‍ය නම් ඊට වැඩිපුර විදුලි ජවයක් සහිත සංඥා ඉන්පුට් කළ යුතුයි. ඒ සඳහා වැඩි වොට් ගණනක් තිබෙන පවර්ඈම්ප් එකක් යොදා ගත හැකිය; නමුත් අර කියපු විදියට ඉම්පීඩන්ස් මැච් නොකළොත් ඈම්ප් එකේ වෝට්වලින් කුඩා ප්‍රමාණයකුයි ස්පීකරයට යන්නේ. ඉතිරි ජවය ශබ්දය බවට පත් නොවී තාපය ලෙස හානි වේ.

      ඉතිං, ඉම්පීඩන්ස් මැච් නොකළොත් අනිවාර්යෙන්ම ස්පීකරයෙන් ඇසෙන ශබ්දය අඩු වේ. ඊට අමතරව උපකරණ රත් විය හැකිය. ස්පීකර් කොයිල් හරහා ඊට දැරිය නොහැකි තරමේ ධාරාවක් ගලා ගියොත් (ස්පීකරයේ ඉම්පීඩන්ස් අගය ඈම්ප් එකේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයට වඩා ඉතා කුඩා වූ විට) ස්පීකරය පිලිස්සී යෑමටද හැකිය. සමහරවිට ඈම්ප් එකටද හානි විය හැකිය.

      සාමාන්‍යයෙන් මයික් එකකදී ඉහත ගැටලුව නැත මොකද මයික් එකක් හැමවිටම කුඩා විදුලි සංඥාවා සමඟයි වැඩ කරන්නේ (උපාංගයක් පිලිස්සීමට තරම් එය ප්‍රබල නැත). තවද, වෝල්ටියතාවයි මයික්වලදී ප්‍රමුඛ වන්නේ; ජවය නොවේ. එනිසා මයික්වලදී මැච් කරනවාට වඩා bridge කිරීමයි සිදු වන්නේ (ඒ කියන්නේ පසුඅධියරයේ ඉම්පීඩන්ස් අගය මයික් එකේ ඉම්පීඩන්ස් අගයට වඩා බොහෝ විශාල වන පරිදියි සෙට් කරන්නේ).

      Delete