Wednesday, May 2, 2018

ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් IV (Electronics) - 15

ප්‍රතිපෝෂනය (feedback)

ප්‍රතිපෝෂණය යනු අවුට්පුට් කොටසෙන් එලියට එන අවුට්පුට් සංඥාවෙන් යම් කොටසක් (උකහා ගෙන) නැවත ඉන්පුට් කොටසට ලබා දීමයි. මෙහිදී එම අවුට්පුට් සංඥා කොටස නැවත ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ මිශ්‍ර වේ.

අවුට්පුට් කොටසින් යම් සංඥා ප්‍රමාණයක් උකහා ගැනීම sampling ලෙස හැඳින්වෙන අතර (සාම්ප්ලිං ක්‍රියාව සිදු කරන පරිපථ කොටස එවිට sampling network ලෙස හඳුන්වමු), එම කොටස නැවත ඉන්පුට් කොටස සමඟ මිශ්‍ර කිරීම mixing (මික්සිං ක්‍රියාව සිදු කරන පරිපථ කොටස mixing network හෙවත් mixer හෙවත් comparator ලෙස හඳුන්වමු) වේ. සාම්ප්ලිං හා මික්සිං ක්‍රියාව අතරමැද පවතින්නේ feedback network නමින් හැඳින්වෙන (සරල) පරිපථ කොටස වන අතර ප්‍රතිපෝෂනයට අවශ්‍ය විද්‍යුත් පරිවර්තන ක්‍රියාවලිය සිදු වන්නේ මෙහිය. සමහරවිට ස්ම්ප්ලිං, ෆීඩ්බෑක්, හා මික්සිං යන මේ කාර්යන් තුනම සිදු කරන්නේ තනි රෙසිස්ටරයක් මඟිනි.


ඔබ තාර්කිකව සිතා බැලුවොත් පෙනෙනවා, යම් මොහොතක යම් සංඥාවක් යම් උපාංගයකට (ට්‍රාන්සිස්ටරයකට) ඇතුලු කළ විට, එම සංඥාව එම උපාංගයෙන් පිට වීමට යම් කාලයක් ගත වෙනවා; කාලයක් ගත නොවී කිසියම් සිදු වීමක් විය නොහැකියිනෙ. තවද, එම අවුට්පුට් වන සංඥාවෙන් යම් කොටසක් නැවත ඉන්පුට් කොටසට ගෙන යෑමටද යම් කාලයක් ගත වේ. ඉතිං, මෙලෙස කාල පමා දෙකක් ඇතුවයි එම සංඥා කොටස ඉන්පුට් එකට ළඟා වෙන්නේ.

එවිට එම සංඥා කොටස ඇත්තටම මිශ්‍ර වන්නේ මුල් සංඥාව සමඟ නොව, මුල් සංඥාවේ යම් කුඩා කාලයකට පසුව පවතින සංඥාව සමඟයි. එහෙත් විදුලිය දළ වශයෙන් ආලෝකයේ ප්‍රවේගයෙන් ගමන් කරන නිසා, මිලිමීටර් කිහිපයක දුරක් යෑමට ගත වන කාලය සිතා ගත නොහැකි තරම් කුඩා වේ (ප්‍රතිපෝෂනය සිදු වන සන්නායක/වයර් කොටස සෙන්ටිමීටර් කිහිපයක දිගින් යුක්තයි); නැනෝතත්පර කිහිපයක කාලයකි. සාමාන්‍ය සංඥාවක (එනම් සංඛ්‍යාතය ඉතා අධික නොවන සංඥාවක) වෝල්ටියතා විචලනය නැනෝතත්පරයක් වැනි ඉතා කුඩා කාල පරාසයක් තුල නියත වේ; එනම් එවන් කුඩා කාලයක් සංඥාවට දැනෙන්නේ කාලය ගත වී නැත ලෙසයි.


මෙම තත්වය සරල සිතුවිලි නිදර්ශනයකින් තවදුරටත් පැහැදිලි කර ගත හැකිය. යම් වාහනයක් පැයට කිලෝමීටර් 60ක වේගයෙන් කිලෝමීටර් 60ක දුර ගමනක් යනවා යැයි සිතමු. එවිට යෑමට ඇති මුලු දුර කිලෝමීටර් 60ක් වන අතර ඒ සඳහා පැයක් ගත වන බව පැහැදිලිය. තත්පරයකට එය මීටර් 17ක් පමණ යයි. මීටර් 17ක් යනුද විශාල දුරක්නෙ. ඒ කියන්නේ ඔබ එම වාහනයෙන් යෑමට පිටත් වූ ගමනින් මීටර් 17ක දුරක් තත්පරයක් ඇතුලත ගමන් කරයි. මිලිතත්පරයක කාලයකදී සෙන්ටිමීටර් 1.7ක් ගමන් කරයි. ගමන් කිරීමට ඇති දුරට සාපේක්ෂව මෙම 1.7cm ක දුර එතරම් දුරක් නොවේ. මයික්‍රොතත්පරයකදී මයික්‍රොමීටර් 17ක දුරක්ද, නැනෝතත්පරයකදී නැනෝමීටර් 17ක දුරක්ද ගමන් කරාවි. නැනෝමීටර් 17ක් යනු පරමාණුවක විශාලත්වය වැනි ඉතා කුඩා දුරකි. ප්‍රායෝගිකව අපට දැන් කිව හැකියිනෙ නැනෝතත්පරයකදී වාහනය කිසිදු දුරක් ගොස් නැති බව (ඇත්තටම ඉතා කුඩා දුරක් ගමන් කර ඇතත්).

එනිසා, ප්‍රතිපෝෂනය වන විට අවුට්පුට් සංඥා කොටස මිශ්‍ර වන්නේ ඉන්පුට් කොටසේ ඇති එම සංඥාවම සමඟ බවට සිතිය හැකිය. එය සිතන විට තරමක අපහසුතාවක් (අතාර්කික බවක්) තිබුණත්, දැන් විස්තර කළ ලෙස ප්‍රායෝගිකව සලකන විට තත්වය එසේ වේ.

ප්‍රතිපෝෂණයේදී සාම්ප්ලිං ක්‍රියාව ආකාර දෙකකින් සිදු කළ හැකිය.

1. Voltage sampling
2. Current sampling

වෝල්ටේජ් ස්ම්ප්ලිං වලදී සිදු වන්නේ අවුට්පුට් කොටසෙන් පිටවන අවුට්පුට් වෝල්ටියතාවෙන් යම් කොටසක් උකහා ගැනීමයි. කරන්ට් ස්ම්ප්ලිං වලදී සිදු වන්නේ අවුට්පුට් කොටසින් පිටවන අවුට්පුට් ධාරාවෙන් යම් කොටසක් උකහා ගැනීමයි.


තවද, ප්‍රතිපෝෂනයේදී මික්සිං ක්‍රියාවද ආකාර දෙකකින් සිදු කළ හැකිය.

1. Series mixing/input
2. Shunt/Parallel mixing/input

සීරීස් මික්සිං මඟින් සිදු වන්නේ අවුට්පුට් කොටසින් උකහා ගත් සංඥා විදුලිය සංඥා වෝල්ටියතාවක් වශයෙන් ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ මිශ්‍ර කිරීමයි. ෂන්ට් මික්සිං මඟින් සිදු වන්නේ අවුට්පුට් කොටසින් උකහා ගත් සංඥා විදුලිය සංඥා ධාරාවක් වශයෙන් ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ මිශ්‍ර කිරීමයි.


ඉහත ඡේදය හොඳින් කියවූ විට ෆීඩ්බැක් නෙට්වර්ක් එකේ වැදගත්කම දැනේ. අවුට්පුට් කොටසින් සංඥා විභවය (වෝල්ටේජ් සාම්ප්ලිං මඟින්) හෝ ධාරාව (කරන්ට් සාම්ප්ලිං මඟින්) යන දෙකෙන් එකක් උකහා ගැනේ. මේ දෙකෙන් කුමක් උකහා ගත්තත්, අපට හැකියි එය ධාරාවක් වශයෙන් (ෂන්ට් මික්සිං මඟින්) හෝ විභවයක් වශයෙන් (සීරීස් මික්සිං මඟින්) ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ මිශ්‍ර කරන්නට. ඒ කියන්නේ සාම්ප්ලිං හා මික්සිං අධියර දෙක අතර වෝල්ටියතා හා ධාරා එකිනෙකට ගැලපෙන ලෙස පරිවර්තනය කිරීමක් සිදු වේ. එය තමයි ෆීඩ්බැක් නෙට්වර්ක් එකකින් සිදු කරන්නේ.

ඉහත එකිනෙකට වෙනස් සාම්ප්ලිං හා මික්සිං ක්‍රම නිසා අවසාන වශයෙන් අපට පහත ආකාරයට ප්‍රතිපෝෂන පරිපථ වර්ග (topologies) 4ක් ගැන කතා කළ හැකිය.

1. Voltage Series feedbackවෝල්ටේජ් සාම්ප්ලිං හා සීරීස් මික්සිං සහිත ප්‍රතිපෝෂනය
2. Current Series feedbackකරන්ට් සාම්ප්ලිං හා සීරීස් මික්සිං සහිත ප්‍රතිපෝෂනය
3. Voltage Shunt feedbackවෝල්ටේජ් සාම්ප්ලිං හා ෂන්ට් මික්සිං සහිත ප්‍රතිපෝෂනය
4. Current Shunt feedbackකරන්ට් සාම්ප්ලිං හා ෂන්ට් මික්සිං සහිත ප්‍රතිපෝෂනය


වර්ධක වර්ග

ප්‍රතිපෝෂනය සිදු වන්නේ වර්ධකයකයි. ඉහත රූපවල basic amplifier (මූලික වර්ධකය) ලෙස හඳුන්වා ඇත්තේ එයයි. ඉතිං, ඉහත විස්තර කළ ආකාරයට අවසාන වශයෙන් ප්‍රතිපෝෂන වර්ග (ටොපෝලොජි) 4ක් තිබෙනවානෙ. යම් වර්ධක පරිපථයක් ගත් විට ඒ 4 ආකාරයම එම වර්ධකයට යෙදිය නොහැකිය. ඉන් එකක් හෝ දෙකක් පමණයි යෙදිය හැක්කේ. ඒ අනුව වර්ධක පරිපථද වර්ග 4ක් තිබෙන බව අපට සැලකීමට සිදු වෙනවා. ඒ එක් එක් වර්ධක වර්ගයට ගැලපෙන ෆීඩ්බැක් ටොපොලොජි එකක් තිබෙනවා. ඉහත රූපයේ එම එක් එක් වර්ධක වර්ග හා ඊට ගැලපෙන ටොපොලොජි හොඳින් දක්වා තිබෙනවා. එම වර්ධක වර්ග 4 පහත ආකාරයට මා නැවත ලියන්නම්.

1. Voltage amplifier
2. Current amplifier
3. Transconductance amplifier
4. Transresistance amplifier

ඇත්තටම ඉහත වර්ධක වර්ග 4 නිල වශයෙන් නිර්වචනය කරන්නේ ඊට ඈඳෑ ඇති ෆීඩ්බැක් වර්ගය අනුව නොවේ (ෆීඩ්බැක් වර්ගය අනුව ඒවා මතක තබා ගත්තත් වරදක් නැත). වර්ධකයක සිදු වන්නේ විදුලි සංඥා වර්ධනයක්නෙ. ඉතිං, විදුලියේ මූලික ආකාර දෙකක් තිබෙනවානෙ වෝල්ටියතාව හා ධාරාව ලෙස. එවිට, වර්ධකයට ඉන්පුට් කරන සංඥාව වෝල්ටියතා සංඥාවක් ලෙස හෝ ධාරා සංඥාවක් ලෙස සැලකිය හැකියි. දැන් එම වෝල්ටියතා හෝ ධාරා සංඥාව වර්ධනය කර වර්ධකයෙන් පිට කරන වර්ධිත සංඥාවද නැවත වෝල්ටියතා සංඥාවක් හෝ ධාරා සංඥාවක් ලෙස සැලකිය හැකියි. එවිට, ඉහත 4 ආකාරයක වර්ධක ලැබේ.

වෝල්ටේජ් ඈම්ප් එකක සිදු වන්නේ වෝල්ටියතා සංඥාවක් ඉන්පුට් කර, එය වර්ධනය කර, වෝල්ටියතා සංඥාවක් අවුට්පුට් කිරීමයි. අප මෙතෙක් ඉගෙන ගත් පෙරවර්ධකය ඒ අනුව වැටෙන්නේ මේ යටතටයි මොකද අප එම වර්ධක පරිපථය නිර්මාණය කරන විට ඉන්පුට් හා අවුට්පුට් වෝල්ටියතා අගයන්ටනෙ ප්‍රමුඛතාව ලබා දුන්නේ. වෝල්ටේජ් ඈම්ප් එකක වර්ධනය වන්නේ “අවුට්පුට් වෝල්ටියතාව / ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව” වේ. එනිසා ලැබෙන පිලිතුරේ ඒකක නොමැත; එය නිකංම අනුපාතයකි. AV ලෙස එම වර්ධන අනුපාතය සංඛේතවත් කෙරේ.

සාමාන්‍යයෙන් වෝල්ටේජ් ඈම්ප් එකක් නිර්මාණය කරන විට, වර්ධකයේ ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය වර්ධකයට සංඥා ඇතුලු කරන සංඥා ප්‍රභවයේ ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා බොහෝ වැඩි විය (ri >> RS) යුතු අතර, වර්ධකයේ අවුට්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය වර්ධකයට සවිකරන පසුඅධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා බෙහෙවින් අඩු විය (ro << RL) යුතුය. මෙවිට සංඥා ප්‍රභවයෙන් ජනනය වන වෝල්ටියතාවෙන් වැඩිම පංගුව ට්‍රාන්සිස්ටරය ලබා ගන්නා අතර, ට්‍රාන්සිස්ටරය තුල වර්ධනය වී පිට වන සංඥා වෝල්ටියතාවෙන් වැඩිම පංගුව පසුඅධියරයටද ගමන් කරවයි. මෙම ගතිලක්ෂණ ඇතුව යම් ප්‍රායෝගික වර්ධකයක් නිර්මාණය කළා නම්, එය ඉබේම වෝල්ටේජ් ඈම්ප් එකක් ලෙස සැලකේ. පහසුවෙන්ම බයිපෝලර් හා ෆෙට් ට්‍රාන්සිස්ටර්වලින් මෙම ගතිලක්ෂණ සහිත වර්ධක (එනම්, වෝල්ටියතා වර්ධක) නිර්මාණය කළ හැකිය.

කරන්ට් ඈම්ප් එකක සිදු වන්නේ ධාරා සංඥාවක් ඉන්පුට් කර, එය වර්ධනය කර, ධාරා සංඥාවක්ම අවුට්පුට් කිරීමයි. එහි වර්ධනය “අවුට්පුට් ධාරාව / ඉන්පුට් ධාරාව” වන අතර, AI ලෙස එය සංඛේතවත් කෙරේ. AI ද ඒකක රහිත අනුපාත අගයකි. සාමාන්‍යයෙන් කරන්ට් ඈම්ප් එකක් නිර්මාණය කරන විට, වර්ධකයේ ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය සංඥා ප්‍රභවයේ ඉම්පීඩන්ස් අගයට වඩා බෙහෙවින් අඩු විය (ri << RS) යුතු අතර, වර්ධකයේ අවුට්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය පසුඅධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා බොහෝ වැඩි විය (ro >> RL) යුතුය. මෙවිට සංඥා ප්‍රභවයෙන් ජනනය වන සංඥා ධාරාවෙන් වැඩිම පංගුව ට්‍රාන්සිස්ටරය තුලට ලබා ගන්නා අතර, එය වර්ධනය වී පිට කරන සංඥා ධාරාවෙන් වැඩිම පංගුව පසුඅධියරයට ලබා දේ. බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර්වලින් මෙවැනි ඈම්ප් පහසුවෙන්ම නිර්මාණය කළ හැකිය.

ට්‍රාන්ස්කොන්ඩක්ටන්ස් ඈම්ප් එකකදී සිදු වන්නේ වෝල්ටියතා සංඥාවක් ඉන්පුට් කර, එම සංඥාවේ ගැබ්ව පවතින ධාරාව වර්ධනය කර, එම ධාරාව අවුට්පුට් කිරීමයි. එවිට ට්‍රාන්ස්කොන්ඩක්ටන්ස් ඈම්ප් එකක වර්ධනය ලෙස අර්ථ දක්වන්නේ “අවුට්පුට් ධාරාව / ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව” වේ. මෙම වර්ධනය Gm ලෙස සංඛේතවත් කෙරේ. මෙම වර්ධන අනුපාතයට සීමන්ස් ඒකකය ඇත. මෙවන් වර්ධකයක් නිර්මාණය කරන විට, ඉන්පුට් කොටස වෝල්ටේජ් වර්ධකයේ ඉන්පුට් කොටසට සමාන ලෙස හැසිරෙන අතර, අවුට්පුට් කොටස කරන්ට් වර්ධකයේ අවුට්පුට් කොටසට සමාන ලෙස හැසිරේ. එනිසා, ට්‍රාන්ස්කොන්ඩක්ටන්ස් ඈම්ප් එකක ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය සංඥා ප්‍රභවයේ ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා බොහෝ වැඩි විය යුතු අතර, ඈම්ප් එකේ අවුට්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය පසුඅධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා බොහෝ වැඩි විය යුතුය. ෆෙට් ට්‍රාන්සිස්ටර් හා රික්ත නල යොදා ගෙන මෙවැනි ට්‍රාන්ස්කොන්ඩක්ටන්ස් වර්ධක නිර්මාණය කළ හැකිය.

සටහන

Mutual conductance, හා mutual resistance

ධාරාවක් වෝල්ටියතාවකින් බෙදන විට ලැබෙන්නේ conductance (සන්නායකතාව) නමින් හැඳින්වෙන සංකල්පයයි (මෙය ප්‍රතිරෝධය නමැති සංකල්පයේ ප්‍රතිලෝම/විරුද්ධ අදහසයි). සාමාන්‍යයෙන් විදුලියේදී සන්නායකතාව සංඛේතවත් කිරීමට යොදා ගැනෙන අක්ෂරය වන්නේ G . කන්ඩක්ටන්ස් හෙවත් සන්නායකතාව මනින ඒකකය සීමන්ස් (Siemens – S) වේ. එය ඕම්වල ප්‍රතිවිරුද්ධ සංකල්පය නිසා, ohm යන වචනය ආපස්සට ලියූ විට ලැබෙන mho (මෝ) යන ඒ්කකෙයන්ද කන්ඩක්ටන්ස් මැනිය හැකිය (එහෙත් දැන් මෝ යන්න වෙනුවට සීමන්ස් යන ඒකකය තමයි බහුලවම යොදා ගන්නේ). 1 S = 1 mho වේ.

Gm හි, m යනු mutual (අන්‍යොන්‍ය) යන වචනයයි. ඉලෙක්ට්‍රොනික්ස් වලදී මෙම මියුචුවල් යන වචනය යෙදෙන්නේ එක හේතුවක් නිසාය (මෙතැන පමණක් නොව, වෙනත් තැන්වලටද මෙය අදාල වේ). මියුචුවල් යන වචනයේම තේරුම ලබා දීමට trans නම් උපසර්ග පදයද සමහරවිට යොදා ගැනේ. ඒ ගැන විමසමු.

සාමාන්‍ය රෙසිසටරයක් සලකන්න. එය දෙපස යම් විභවයක් පිහිටයි; ඒ හරහා යම් ධාරාවක්ද ගලයි. ඉතිං, රෙසිස්ටරය දෙපස පිහිටන වෝල්ටියතාව ඒ හරහා ගලන ධාරාවෙන් බෙදූ විට අපට එම රෙසිස්ටරයේ ප්‍රතිරෝධය ලැබේ. එලෙසම, එම රෙසිස්ටරය ගැන මෙලෙසත් කතා කළ හැකියි. එනම්, එම රෙසිස්ටරය හරහා ගලා යන ධාරාව එම රෙසිස්ටරය දෙපස පිහිටන වෝල්ටියතාවෙන් බෙදූ විට එම රෙසිස්ටරයේ කන්ඩක්ටන්ස් අගය ලැබේ. ඕම් අගය හෝ සීමන්ස් අගය හෝ එලෙස ලබා ගත්තේ එකම උපාංගයේ ධාරාව හා වෝල්ටියතා සැලකීමෙන්. ඒ කියන්නේ මෙවන් සරල අවස්ථාවකදී ලබා ගත් එම අනුපාත ඍජු අනුපාත වේ.

එහෙත් ට්‍රාන්සිස්ටරයක් (වර්ධකයක්) යනු රෙසිස්ටරය මෙන් සරල උපාංගයක් නොවේ. ට්‍රාන්සිස්ටරය තනි උපාංගයක් වුවද, ඒ තුල එකිනෙකට වෙනස් කොටස් දෙකක් පවතී (ඉන්පුට් කොටස හා අවුට්පුට් කොටස). එනිසා එවන් උපාංගයක ක්‍රියාකාරිත්වය ගැන අධ්‍යනය කරන විට, එම කොටස් දෙක අවස්ථා දෙකක් ලෙස සැලකීමට සිදු වෙනවා; වෙන වෙනම උප-උපාංග දෙකක් ලෙසද සැලකුවත් වරදක් නැත. ඉතිං, ට්‍රාන්සිස්ටරයෙන් පිට වන සංඥාවේ ධාරාව හා එම ට්‍රාන්සිස්ටරයටම ඇතුලු වන සංඥාවේ වෝල්ටියතාව යන දෙක අතර අනුපාතය හෙවත් “අවුට්පුට් ධාරාව / ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව, අර සරල රෙසිස්ටර් උපාංගයේ අනුපාතය වන “ධාරාව / වෝල්ටියතාව” වගේ නොවේ. ට්‍රාන්සිස්ටරය තනි ඒකකයක්/උපාංගයක් ලෙස ගත්තත්, එම ධාරාව හා වෝල්ටියතාව සැබැවින්ම පිහිටන්නේ එම ඒකකයේ/උපාංගයේ වෙන වෙනම කොටස් දෙකක් තුලය. මෙවිට mutual යන විශේෂනය පදය සහිතව ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අනුපාතය පැවසීමට සිදු වෙනවා.

ඉතිං, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් කොටසේ පිහිටන ධාරාව, එම ට්‍රාන්සිස්ටරයේම වෙනත් කොටසක් වන ඉන්පුට් කොටසේ පවතින වෝල්ටියතාවෙන් බෙදූ විට, mutual conductance හෙවත් transconductanceයන නමින් එය හැඳින්විය යුතුයිනෙ. එලෙසමයි, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් කොටසේ පිහිටන වෝල්ටියතාව, එම ට්‍රාන්සිස්ටරයේම ඉන්පුට් කොටසේ පිහිටන ධාරාවෙන් බෙදූ විට ලැබෙන්නේ නිකංම රෙසිස්ටන්ස් (ප්‍රතිරෝධ අගයක්) නොව, mutual resistance හෙවත් transresistance එකකි.

ට්‍රාන්ස්රෙසිස්ටන්ස් ඈම්ප් එකකදී, ධාරා සංඥාවක් ඉන්පුට් කර, එහි ගැබ්ව ඇති වෝල්ටියතාව වර්ධනය කර, එම වෝල්ටියතාව අවුට්පුට් කිරීම සිදු වේ. එහි වර්ධනය “අවුට්පුට් වෝල්ටියතාව / අවුට්පුට් ධාරාව” ලෙස අර්ථ දැක්වෙන අතර, එය Rm මඟින් සංඛේතවත් කෙරේ. මෙම අනුපාතයට ප්‍රතිරෝධයේ ඒකකය ඇත; එනම් මෙම වර්ධනය ඕම් ඒකකයෙන් පවසයි. මෙවන් වර්ධකයක ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය සංඥා ප්‍රභවයේ ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා බෙහෙවින් අඩු විය යුතු අතර, වර්ධකයේ අවුට්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය පසුඅධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා බෙහෙවින් අඩු විය යුතුය.

ඉහත ආකාර 4ක වූ ගේන් ඇත (එක් එක් වර්ධකය සඳහා එකක් බැඟින්). ඒවා කරන්ට් ගේන් (AI), වෝල්ටේජ් ගේන් (AV), ට්‍රාන්ස්රෙසිස්ටන්ස් (Rm), ට්‍රාන්ස්කොන්ඩක්ටන්ස් (Gm) ලෙස නම් කළත්, මේ සියලු ගේන් පොදුවේ forward transfer gain/ratio ලෙස හඳුන්වමු (A ලෙස මෙම ෆෝවර්ඩ් ට්‍රාන්ස්ෆර් ගේන් එක සංඛේතවත් කෙරේ).

තවද, ඉන්පුට් සංඥාවේ වෝල්ටියතාව (V) හෝ ධාරාව (I) පිලිවෙලින් IS හා VS මඟින් නිරූපණය කළ හැකි අතර, ධාරාවද වෝල්ටියතාවද යන වග අමතක කර (ඒ දෙකෙන් කුමක් වුව කමක් නැත යන අදහසින්), පොදුවේ එම සංඥාව XS ලෙස හඳුන්වමු. එවිට, සංඥා වෝල්ටියතාව සලකන අවස්ථාවේදී XS යනු VS බවට සිතා ගත යුතු අතර, සංඥා ධාරාව සලකන අවස්ථාවේදී XS යනු IS ලෙස සැලකිය යුතුය. අවුට්පුට් සංඥාවත් එසේම සලකා XO ලෙස පොදුවේ ලිවිය හැකිය. එලෙසම, අවුට්පුට් එකෙන් උකහා ගන්නා සංඥා කොටසද (feedback signal) Xf ලෙස හඳුන්වමු. එවිට, ප්‍රතිපෝෂන පද්ධතියේ මික්සිං කොටස තුල එම සංඥා දෙක එකිනෙකට මිශ්‍ර වේ. එය පහත ආකාරයට ලිවිය හැකිය. මෙහි Xd යන්න difference signal හෙවත් error signal ලෙස හැඳින්වේ (මෙම සමීකරණය ලබා ගෙන ඇත්තේ නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් සලකා ගෙන බව පෙනේ).

Xd = XS Xf

කරන්ට් හා වෝල්ටේජ් යන වර්ධක වර්ග දෙක ගැන ඔබට නුහුරු ගතියක් නැතත්, අනෙක් වර්ග දෙක ගැන නම් යම් නුහුරු ගතියක් ඇති. වර්ධනය/ගේන් එක කෙසේද ඕම් හෝ සීමන්ස් ඒකකවලින් පවසන්නේ යැයි සිතෙනු ඇති. එහෙත් ඉහත විස්තරය හොඳින් කියවා එම තත්වය සාමාන්‍ය කර ගන්න; එම සංකල්පවලට හුරුවන්න.

තවද, අප ඇත්තටම කරන්ට් ඈම්ප් එකක් හෝ ට්‍රාන්ස්කොන්ඩක්ටන්ස් ඈම්ප් එකක් හෝ හදනවා යැයි සාමාන්‍යයෙන් පවසන්නේ නැත. ඔබ සාදනු ඇත්තේ අවශ්‍යතාවේ හැටියට පෙරවර්ධක, ජව වර්ධක ආදියයි. ඒ සඳහා බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර්, ෆෙට් ට්‍රාන්සිස්ටර්, හා සමහරවිට රික්ත නල යොදා ගනු ඇති. අයිසීද යොදා ගනු ඇති. එලෙස ඔබ සාදන කිනම් හෝ වර්ගයක වර්ධකය හැබැයි අනිවාර්යෙන්ම අප මේ කතා කළ වර්ග 4න් එකක් යටතට වැටේ. උදාහරණයක් ලෙස බලන්න, අප දැනට නිර්මාණය කර තිබෙන පෙරවර්ධකයේ විස්තර මතක් කර බලන විට, එය වෝල්ටේජ් ඇම්ප්ලිෆයර් එකක් බව පැහැදිලි වෙනවානෙ.

මෙම වර්ධක වර්ග 4 ගැන සිදු කළ විස්තරය/අධ්‍යයනය න්‍යායාත්මක වේ. විවිධාකාරයේ වර්ධක නිර්මාණය කිරීමේදී මෙම කරුණු මතක තිබීම වාසියකි. ඒ සියලු විස්තර මා සංක්ෂිප්තව පහත වගුගත කර ඇත.

Amplifier Type
Input Resistance, Ri
Output Resistance, Ro
Gain relationship
Voltage Amplifier Ri >> RS Ro << RL Vo = AVVS
Current Amplifier Ri << RS Ro >> RL Io = AIIS
Transconductance Amp Ri >> RS Ro >> RL Io = GmVS
Transresistance Amp Ri << RS Ro << RL Vo = RmIS

Positive Feedback හා Negative Feedback

සංඥාවක් යනු ප්‍රත්‍යාවර්ත (ඒසී) විදුලියක්නෙ. එනිසා ඊට කලාව (phase) නම් ගතිලක්ෂණයක් තිබෙන බව අප ඉගෙන තියෙනවා (සංඛ්‍යාතය/තරංග ආයාමය, විස්ථාරය, තරංග වේගය යන එහි අනෙක් ගතිලක්ෂණවලට අමතරව). ඉතිං, අවුට්පුට් කොටසින් උකහා ගත් සංඥාව හෙවත් ෆීඩ්බැක් සංඥාව හා එය මිශ්‍රවන ඉන්පුට් සංඥාව (මෙයත් අර උකහා ගත් සංඥාවමයි; ඇත්තටම උකහා ගත් කොටස මෙහිම ෆොටෝකොපියකි) එකිනෙකට මිශ්‍රවන මොහොත වන විට කලා වෙනසක් පවතී. එම සංඥා කොටස් දෙක අතර මීට පෙර විස්තර කළ ආකාරයට යම් ඉතා සුලු (නොසලකා හැරිය හැකි තරමේ) කාල පමාවක් තිබෙන නිසා එම සංඥා කොටස් දෙක අතර ඉතා සුලු (නොසලකා හැරිය හැකි තරමේ) කලා වෙනසක් පවතී. ප්‍රායෝගිකම එම කලා වෙනස ශූන්‍ය ලෙසයි සලකන්නෙත්.

ඕනෑම ෆීඩ්බැක් එකකදී, අවුට්පුට් කොටසින් උකහ ගන්නා සංඥා කොටස හැමවිටම එය මිශ්‍ර කරන ඉන්පුට් සංඥාවට වඩා කුඩාය.

ෆීඩ්බැක් මඟින් ඉන්පුට් සංඥාවට මිශ්‍රවන ෆීඩ්බැක් සංඥාව ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ හරියටම සමපාත වන විට එම සංඥා දෙක එකතු වී විශාල සංඥාවක් බවට පත් වේ. මෙවිට අප කියන්නට පුරුදුව සිටිනවා සංඥා දෙක අතර කලා වෙනස ශූන්‍ය යැයි කියා. එහෙත් වඩා නිවැරදි වන්නේ සංඥා දෙකම එකිනෙකට සමපාතව එකට ඉහල යනවා එකට පහල යනවා ලෙස සිතීමයි. මෙවැනි ෆීඩ්බැක් එකක් regenerative feedback (පුනර්ජනනීය ප්‍රතිපෝෂනය) ලෙස හැඳින්වේ. එයම positive feedback ලෙසත් හැඳින්වේ.


එය මෙසේ තර්ක කර බලන්න. යම් මොහොතක ඉන්පුට් සංඥාව (සංඥා වෝල්ටියතාව) දැන් සිටින තැන සිට නැනෝතත්පරයක කාලයක් තුල තරමක් ඉහලට යනවා යැයි සිතන්න (මිලිවෝල්ට් 1 සිට 1.001 දක්වා). මෙවිට ඉන්පුට් සංඥාව එම ඉතා කුඩා කාලය තුල ට්‍රාන්සිස්ටරය තුලින් ගොස් යම් වර්ධනයක් සිදු වී (එම වර්ධනය 100 ගුණයක් යැයි සිතමු), ට්‍රාන්සිස්ටරයෙන් අවුට්පුට් වේ (මිලිවෝල්ට් 1 x 100 = 100 සිට 1.001 x 100 = 100.1 දක්වා) . එම අවුට්පුට් වූ සංඥාවෙන් ඉතා කුඩා කොටසක් (200න් පංගුවක් යැයි සිතමු) දැන් පොසිටිව් ෆීඩ්බැක් කරනවා යැයි සිතමු ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ. ඒ කියන්නේ 100/200 mV සිට 100.1/200 mV හෙවත් 0.5 mV සිට 0.5005 mV දක්වා වූ සංඥා කොටසක් තමයි ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ මිශ්‍ර වන්නේ. එවිට, නව ඉන්පුට් සංඥාවේ වෝල්ටියතාව වන්නේ මිලිවෝල්ට් (1 + 0.5 =) 1.5 සිට (1.001 + 0.5005 =) 1.50015 දක්වා වූ වඩා ඉහල අගයන් වේ.

අප පටන් ගන්නා මොහොතේ ඉන්පුට් වෝල්ටියතාව මිලිවෝල්ට් 1 සිට 1.001 දක්වා කොටසකි තිබුණේ. එහෙත් ඉහත ආකාරයට දැන් එය පොසිටිව් ෆීඩ්බැක් නිසා එකවරම මිලිවෝල්ට් 1.5 සිට 1.50015 දක්වා වැඩි වී තිබේ. ඊළඟ මොහොතේදී ඇතුලු වන සංඥා කොටසටත් එයම සිදු වේ. ඒ කියන්නේ දැන් නැවතත් අපට ඉන්පුට් සංඥාව වෙනස් අගයක් ලෙස සලකන්නට සිදු වේ. එලෙස දිගින් දිගටම සංඥාවේ විශාලත්වය වැඩි වේ. සමහරවිට මෙලෙස නොකඩවා සංඥාව පුනර්ජනනීය ලෙස ෆීඩ්බැක් වීම ඉතා ඉක්මනින්ම සංඥා විකෘතියක් කරා පරිපථය රැගෙන යා හැකියි.

මෙලෙස පොසිටිව් ෆීඩ්බැක් නිසා ඇති වන ශබ්ද/සංඥා විකෘතිය ඔබ නිතර අත්විඳ ඇති දෙයකි. සංදර්ශනයක හෝ රැස්වීමකදී ලවුඩ්ස්පීකර් භාවිතා කරන විට හිටපු ගමන් ලවුඩ්ස්පීකර්වලින් නීන් නීන්… ආදී ලෙස ශබ්දය ඉතා වේගයෙන් වැඩි වෙමින් කන් බෙරය ඉරෙන තරමට සිහින් හඬක් ඇති වෙනවා නේද? එවිට විගහට මයික් එක ඕෆ් කර එය නතර කරනවානෙ. එය සිදු වන්නේ මයික් එකෙන් ඇතුලු වන යම් අහඹු හඬක් වර්ධනය වී ලවුඩ්ස්පීකර් එකෙන් පිට වී, එම ලවුඩ්ස්පීකර් ශබ්දය නැවත මයික් එකට ඇතුලු වී අර විස්තර කළ ආකාරයට පොසිටිව් ෆීඩ්බැක් වීමයි.

මෙහිදී මයික් එකට නැවත ඇසෙන ශබ්දයද සාමාන්‍යයෙන් මයික් එකට ඇතුලු වන සංඥාව තරම්ම ඉහලය. එනිසයි සතතයෙන් එකවර සංඥාව විශාල වී විකෘති වන්නේ. ලවුඩ්ස්පීකරයෙන් මයික් එකට ඇතුලු වන සංඥාව මයික් එකට සාමාන්‍යයෙන් ඇතුලු වන සංඥාවට වඩා කුඩායි නම්, එවන් විකෘතියක්/ඝෝෂාවක් ඇති නොවේ. ඉතිං, මයික් එකක් සමඟ ලවුඩ්ස්පීකර් භාවිතා කරන විට මෙලෙස ලවුඩ්ස්පීකර් හඬ නැවත මයික් එකට ඇතුලු නොවන පරිදි මයික් එක තබා ගත යුතු හා ලවුඩ්ස්පීකර් ස්ථාන ගත කළ යුතුය.

එහෙත් ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ ප්‍රතිපෝෂනයෙන් උකහා ගත් සංඥාව මිශ්‍ර වන්නේ එකක් ඉහල යන විට අනෙක පහල යන ආකාරයෙන් එකිනෙකට විලෝම ලෙස නම්, මෙවිට මිශ්‍ර වීමේදී සංඥාව විශාල වන්නේ නැත; ඒ වෙනුවට සිදු වන්නේ සංඥාව දුර්වල වීමයි. තවත් විදියකින් කියතොත් ඉන්පුට් සංඥාවේ අපවර්තිත (inverted) සංඥාවක් එම ඉන්පුට් සංඥාව සමඟ මිශ්‍ර වීමක් මෙහිදී සිදු වේ. මෙය degenerative feedback හෙවත් negative feedback ලෙස හැඳින්වේ. inverse feedback ලෙසද හැඳින්විය හැකිය.

සමහරුන් මෙය හඳුන්වන්නේ සංඥාවක් එහිම අංශක 180ක කලා වෙනසක් සහිත සංඥාව සමඟ මිශ්‍ර වෙනවා කියාය. පිරිසිදු සයිනාකාර තරංග, කොටු තරංග, ත්‍රිකෝණාකාර තරංග වැනි විශේෂිත සවිධි හැඩයක් සහිත සංඥා සඳහා එලෙස කලා වෙනස අනුසාරයෙන් විස්තර කළ හැකි වුවද, සාමාන්‍යයෙන් අනෙක් සෑම සංඥාවක් සඳහාම කලා වෙනස මඟින් එය පැහැදිලි කළ නොහැකිය. අංශක 180ක කලා වෙනසක් ඇති වූ විට එය ඔරිජිනල් සංඥාවේ අපවර්තිත ස්වරූපය ගන්නා අවස්ථාවලදී පමනක් එම ක්‍රමයෙන් විස්තර කිරීමේදී දෝෂය නොපෙනේ (නමුත්, බැලූබැල්මට නොපෙනනුත් දෝෂය එලෙසම පවතී). එනිසා සංඥා අපවර්තනය ඇසුරින්ම නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් පැහැදිලි කරන්නට හුරු විය යුතුය.

පොසිටිව් වේවා නෙගටිව් වේවා, සංඥා ෆීඩ්බැක් කිරීම අපට අවශ්‍ය පරිදි පාලනය කළ හැකිය. ඒ සඳහා ෆීඩ්බැක් නෙට්වර්ක් එකේ ඇති උපාංග/උපාංගය සැලසුම් කළ යුතුය. බොහෝවිට එම උපාංගය නිකංම රෙසිස්ටරයක් වන අතර, එහි ඕම් අගය සැකසීමෙන් එය කළ හැකිය. රෙසිස්ටරයට අමතරව කොයිල් හා කැපෑසිටර්ද යොදා ගෙන එය කළ හැකිය. ඒ ගැන පසුවට බලමු. මා මෙහි සිදු කළේ ෆීඩ්බැක් ගැන සෛද්ධාන්තික විස්තරයක් පමනි. ප්‍රායෝගිකව එය සිදු කරන විට මෙම කරුණු මතකයේ තිබීම වැදගත් වේ.

පොසිටිව් ෆීඩ්බැක් අප යොදා ගන්නේ ඔසිලේටර් පරිපථ නිර්මාණය සඳහාය. නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් භාවිතා වනුයේ සංඥාවේ විකෘති වීම් වලක්වා ගැනීම, ට්‍රාන්සිස්ටර් වැනි අරේඛීය ක්‍රියාකාරිත්වයක් සහිත උපාංගවලින් රේඛීය ක්‍රියාකාරිත්වයක් ලබා ගැනීම, උපාංග උෂ්නත්වය ආදී විචල්‍යයන් මත අනිසි ලෙස විචලනය වීම වැලැක්වීම වැනි වටිනා කාර්යන් සඳහාය. මේ සෑම එකක්ම පසුවට විස්තරාත්මකව පැහැදිලි කෙරේ. ඇත්තටම කෙනෙකුට ගැටලුවක් ඇති විය හැකියිනෙ සංඥාවේ විශාලත්වය අඩු කරයි නම් මොකටද ඉතිං නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් භාවිතා කරන්නේ කියා. අර කියූ ප්‍රියෝජන රැසක් අපට ඉන් ලබා ගත හැකි නිසා බහුලවම නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් අප පරිපථ සැලසුම්කරණයේදී යොදා ගන්නවා.

No comments:

Post a Comment