डायोड परिपथ, प्रवर्धक, ऑप-एम्प, सक्रिय निस्यंदक व अंकीय तर्क
1. डायोड परिपथ, प्रवर्धक बायसिंग व आवृत्ति अनुक्रिया
कोई क्लिपर परिपथ किसी संदर्भ स्तर से ऊपर या नीचे तरंगाकार का भाग हटाता है, श्रेणी या शंट में डायोड व एक बायस स्रोत का प्रयोग कर, जबकि क्लैम्पर बिना आकार बदले किसी तरंगाकार का DC स्तर ऊपर या नीचे खिसकाता है, एक डायोड व संधारित्र का प्रयोग कर जो नया संदर्भ बनाए रखने हेतु आवेशित होता है — विभेदक परीक्षण ठीक यही है: क्लिपर आकार बदलता है, क्लैम्पर केवल स्तर बदलता है। एक दिष्टकारी (अर्ध-तरंग या पूर्ण-तरंग, जिसमें ब्रिज मानक पूर्ण-तरंग संरचना है जिसे केंद्र-टैप वाले ट्रांसफॉर्मर की आवश्यकता नहीं) AC को स्पंदित DC में बदलता है, और एक संधारित्र निस्यंदक निर्गम को समतल करता है, लहर (ripple) की कीमत पर जो लोड धारा के साथ बढ़ती व बड़े निस्यंदक संधारित्र के साथ घटती है।
किसी BJT या MOSFET प्रवर्धक को पहले सक्रिय क्षेत्र में एक स्थिर, तापमान-सहिष्णु DC परिचालन (क्विएसेंट) बिंदु स्थापित करने हेतु बायस किया जाता है, इससे पहले कि AC संकेत विश्लेषण उस बिंदु के इर्द-गिर्द बने लघु-संकेत तुल्य परिपथ पर विचार करे — दोनों विश्लेषण (DC बायस, AC लघु-संकेत) सदा अलग-अलग किए जाते हैं, क्योंकि वे भिन्न, असंगत परिपथ प्रतिरूप प्रयोग करते हैं (DC स्रोत AC विश्लेषण हेतु शून्य हो जाते हैं, युग्मन व बायपास संधारित्र AC हेतु शून्य-प्रतिबाधा लघुपथ बन जाते हैं पर DC हेतु खुले परिपथ)। एकल-चरण प्रवर्धक की आवृत्ति अनुक्रिया निम्न आवृत्ति पर युग्मन व बायपास संधारित्रों (जिनकी प्रतिघात आवृत्ति घटने पर बढ़ती है) से तथा उच्च आवृत्ति पर आंतरिक युक्ति धारिताओं (जिनकी प्रतिघात आवृत्ति बढ़ने पर घटती है) से सीमित होती है, दो कोने-आवृत्तियों से घिरा एक मध्य-बैंड क्षेत्र देते हुए जहाँ लब्धि सपाट व अधिकतम है।
2. दोलक, फीडबैक प्रवर्धक, ऑप-एम्प व सक्रिय निस्यंदक
ज्या-तरंगी दोलक एक ऐसा प्रवर्धक है जिसमें धनात्मक फीडबैक ठीक एक आवृत्ति पर बार्कहॉसन कसौटी संतुष्ट करने हेतु अभिकल्पित है: लूप-लब्धि परिमाण 1 के बराबर व लूप कला-शिफ्ट 0 (या 360 अंश का गुणज) के बराबर — इससे कम पर दोलन क्षीण होकर समाप्त हो जाता है, इससे अधिक पर बढ़ता है जब तक अरैखिकता (संतृप्ति) आयाम सीमित न करे, और ठीक इस पर एक अक्षुण्ण ज्या-तरंग परिणाम होता है। किसी आदर्श संक्रियात्मक प्रवर्धक की खुली-लूप लब्धि अनंत, निवेश प्रतिबाधा अनंत व निर्गम प्रतिबाधा शून्य होती है, यही 'आभासी लघुपथ' सन्निकटन का आधार है जो हर मानक ऑप-एम्प परिपथ के विश्लेषण हेतु प्रयुक्त होता है: ऋणात्मक फीडबैक के साथ, दोनों निवेश टर्मिनल एक ही वोल्टेज पर माने जाते हैं भले ही उनके बीच वास्तव में कोई धारा न बहे।
| परिपथ | कार्य |
|---|---|
| व्युत्क्रमी/अव्युत्क्रमी प्रवर्धक | लब्धि विशुद्ध रूप से बाह्य प्रतिरोधक अनुपात से तय, ऋणात्मक फीडबैक |
| समाकलक | निर्गम निवेश के काल-समाकल के अनुक्रमानुपाती |
| अवकलक | निर्गम निवेश की परिवर्तन-दर के अनुक्रमानुपाती |
| तुलनित्र | खुला-लूप (या धनात्मक फीडबैक), कौन-सा निवेश बड़ा है इसके आधार पर निर्गम उच्च या निम्न पर संतृप्त |
3. संयोजी व अनुक्रमिक तर्क, मल्टीप्लेक्सर व डीमल्टीप्लेक्सर
संयोजी परिपथ का निर्गम केवल उसके वर्तमान निवेशों पर निर्भर करता है, भूत की कोई स्मृति नहीं (योजक, डिकोडर, मल्टीप्लेक्सर, एनकोडर), जबकि अनुक्रमिक परिपथ का निर्गम वर्तमान निवेशों व एक संचित आंतरिक अवस्था दोनों पर निर्भर करता है (फ्लिप-फ्लॉप, काउंटर, रजिस्टर), यही ठीक वह है जो इसे स्मृति देता है — अवस्था स्वयं परिपथ के भीतर फीडबैक द्वारा (सामान्यतः क्रॉस-युग्मित गेटों की एक जोड़ी या एक घड़ीबद्ध लैच द्वारा) धारण की जाती है, किसी बाह्य अवयव द्वारा नहीं। मल्टीप्लेक्सर चयन-रेखाओं के आधार पर कई आँकड़ा निवेशों में से एक को एकल निर्गम की ओर प्रेषित करने हेतु चुनता है (2^n निवेशों को n चयन-रेखाएँ चाहिए), और डीमल्टीप्लेक्सर उलटा करता है, एकल निवेश को कई निर्गमों में से एक की ओर प्रेषित करते हुए — दोनों एक-दूसरे के फलनात्मक व्युत्क्रम हैं।
| प्रकार | मुख्य व्यवहार |
|---|---|
| SR | दोनों निवेश एक साथ उच्च होना निषिद्ध (अवैध) अवस्था है |
| D | निर्गम घड़ी-किनारे पर D निवेश का सीधा अनुसरण करता है, कोई निषिद्ध अवस्था नहीं |
| JK | SR की निषिद्ध स्थिति हल करता है: दोनों निवेश उच्च होने पर निर्गम TOGGLE करता है |
| T | T उच्च होने पर हर सक्रिय घड़ी-किनारे पर निर्गम टॉगल करता है; T निम्न होने पर धारण करता है |
4. श्मिट ट्रिगर, नमूना-व-धारण परिपथ, तथा A/D व D/A परिवर्तक
श्मिट ट्रिगर धनात्मक फीडबैक वाला एक तुलनित्र है, जो इसे एक के बजाय दो अलग स्विचिंग सीमाएँ (शिथिलता) देता है — यह ऊपर जाते हुए केवल ऊपरी सीमा से ऊपर उच्च में स्विच होता है, और नीचे जाते हुए केवल निचली सीमा से नीचे निम्न में स्विच होता है। यही ठीक वह है जो इसे किसी रवयुक्त संकेत के प्रति प्रतिरक्षित बनाता है जो एक सादी सीमा के इर्द-गिर्द मँडराता हो और जो एक सादे तुलनित्र पर अन्यथा कई मिथ्या अतिरिक्त संक्रमण उत्पन्न करता; श्मिट ट्रिगर ठीक इसी कारण 'रवयुक्त अंकीय किनारे को साफ़ करने' का मानक निर्माण-खंड है।
नमूना-व-धारण परिपथ किसी अनुरूप निवेश को एक संक्षिप्त प्रतिचयन काल के दौरान अर्जित (अनुसरण) करता है, फिर उस मान को एक संधारित्र पर जमा (धारण) करता है जबकि शेष रूपांतरण परिपथ अपना कार्य करता है — हर व्यावहारिक ADC को इससे पहले एक की आवश्यकता होती है, क्योंकि अधिकांश ADC वास्तुकलाओं को पूरे रूपांतरण-समय हेतु निवेश को स्थिर रहना चाहिए, जबकि वास्तविक-जगत संकेत बदलता रहता है। यह जिस विशेष समस्या को हल करता है उसे एपर्चर त्रुटि कहते हैं: धारण के बिना, रूपांतरण के दौरान बदलता निवेश परिवर्तित अंकीय कोड को वास्तविक तरंगाकार के किसी एक क्षण से असंगत बना देगा।
| प्रकार | गति | जटिलता/लागत |
|---|---|---|
| फ्लैश (समांतर तुलनित्र) | सबसे तेज़ — एक घड़ी-चक्र | 2^n − 1 तुलनित्र, हर जोड़े बिट के साथ दोगुना |
| क्रमिक सन्निकटन (SAR) | मध्यम — n बिट हेतु n चक्र | एक तुलनित्र, एक DAC, मानक सामान्य-प्रयोजन चुनाव |
| द्वि-प्रवणता (समाकलनी) | सबसे धीमा | बहुत सरल, उच्च यथार्थता, अवयव-अपवाह से प्रतिरक्षित |
मुख्य बिंदु
- क्लिपर तरंगाकार का आकार वास्तव में बदलता है (उसका भाग त्यागते हुए); क्लैम्पर आकार ठीक-ठीक सुरक्षित रखता है व केवल उसका DC स्तर खिसकाता है — दोनों को ठीक इसी भेद से परखा जाता है।
- ज्या-तरंगी दोलक ठीक दोलन आवृत्ति पर बार्कहॉसन कसौटी संतुष्ट करता है, लूप-लब्धि = 1 व लूप-कला = 0 (या 360 अंश का गुणज)।
- व्यावहारिक अवकलक को अपनी अन्यथा असीमित उच्च-आवृत्ति लब्धि सीमित करने हेतु एक श्रेणी प्रतिरोधक चाहिए; समाकलक को ऐसी कोई समस्या नहीं क्योंकि इसकी लब्धि आवृत्ति के साथ बढ़ती नहीं, घटती है।
- JK की J=K=1 टॉगल स्थिति विशेष रूप से SR की निषिद्ध, रेस-प्रवण S=R=1 स्थिति हेतु एक निश्चयात्मक परिणाम देने हेतु है।
- फ्लैश ADC तुलनित्र-गिनती का व्यापार अधिकतम गति हेतु करता है; SAR एक स्थिर n-चक्र विलंब का व्यापार मध्यम हार्डवेयर हेतु करता है (डिफ़ॉल्ट चुनाव); द्वि-प्रवणता गति का व्यापार पूर्णतः अपवाह-प्रतिरक्षित यथार्थता हेतु करता है।
अभ्यास प्रश्न (9)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
क्लैम्पर परिपथ को, क्लिपर से भिन्न, किससे अभिलक्षित किया जाता है
उत्तर देखें
उत्तर: B — तरंगाकार का ठीक आकार सुरक्षित रखते हुए उसका DC स्तर खिसकाना
क्लैम्पर का डायोड-संधारित्र नेटवर्क बिना आकार बदले पूरे तरंगाकार को एक नए DC संदर्भ की ओर ऊपर या नीचे खिसकाता है — क्लिपर वह है जो आकार का भाग त्यागता है, और कोई भी युक्ति अपने आप में दिष्टकारी या प्रवर्धक नहीं है।BJT प्रवर्धक का DC बायस विश्लेषण व AC लघु-संकेत विश्लेषण सदा अलग क्यों रखे जाते हैं
उत्तर देखें
उत्तर: B — दोनों विश्लेषणों में DC स्रोत शून्य किए जाते हैं व प्रतिघाती अवयवों को भिन्न व्यवहार (लघुपथ या खुला) दिया जाता है
दोनों विश्लेषण वास्तव में असंगत सरलीकृत प्रतिरूप प्रयोग करते हैं — AC लघु-संकेत विश्लेषण हेतु DC स्रोत शून्य हो जाते हैं जबकि युग्मन/बायपास संधारित्र लघुपथ बन जाते हैं, वहीं DC बायस विश्लेषण हेतु उलटा है (संधारित्र खुले हैं, DC स्रोत सक्रिय हैं) — अतः दोनों को एक पास में मिलाना अर्थपूर्ण नहीं; हर व्यावहारिक प्रवर्धक वास्तव में एक साथ बायस व AC से चलाया जाता है, बस दो अलग चरणों में विश्लेषित।अक्षुण्ण ज्या-तरंगी दोलन हेतु बार्कहॉसन कसौटी को चाहिए
उत्तर देखें
उत्तर: B — लूप-लब्धि परिमाण ठीक 1 व लूप-कला 0 (या 360 अंश का गुणज)
बार्कहॉसन की कसौटी ठीक दोलन आवृत्ति पर लूप-लब्धि परिमाण 1 (एकांक) व लूप कला-शिफ्ट 0 अंश (या 360 का गुणज) है — 1 से अधिक होने पर आयाम तब तक बढ़ता है जब तक संतृप्ति सीमित न करे, 1 से कम होने पर दोलन क्षीण होकर समाप्त हो जाता है, और शून्य लूप-लब्धि (विकल्प D) कुछ भी अक्षुण्ण नहीं रख सकती।व्यावहारिक ऑप-एम्प अवकलक परिपथ अपने निवेश संधारित्र के श्रेणी में एक छोटा प्रतिरोधक मुख्यतः किसलिए जोड़ता है
उत्तर देखें
उत्तर: B — अन्यथा असीमित उच्च-आवृत्ति लब्धि को सीमित करने व रव-प्रतिरक्षा सुधारने हेतु
आदर्श अवकलक की लब्धि आवृत्ति बढ़ने पर असीमित बढ़ती है, उच्च-आवृत्ति रव को प्रवर्धित करते हुए व अस्थायित्व का जोखिम लेते हुए; जोड़ा गया श्रेणी प्रतिरोधक इस लब्धि को उच्च आवृत्ति पर एक सुरक्षित, परिमित मान पर सीमित करता है, अत्यधिक उच्च आवृत्तियों पर आदर्श अवकलनी व्यवहार की कुछ कीमत पर।संयोजी बनाम अनुक्रमिक परिपथों के विषय में निम्न में से कौन-से सही ढंग से सत्य हैं
उत्तर देखें
उत्तर: A — संयोजी परिपथ का निर्गम केवल वर्तमान निवेशों पर निर्भर करता है।; B — अनुक्रमिक परिपथ की स्मृति परिपथ के भीतर फीडबैक द्वारा धारित होती है, अकेले किसी बाह्य अवयव से नहीं।
पहले दो सही परिभाषाएँ हैं। मल्टीप्लेक्सर व डीमल्टीप्लेक्सर एक-दूसरे के फलनात्मक व्युत्क्रम हैं (बहु-से-एक बनाम एक-से-बहु), समान कार्य नहीं, और डिकोडर एक संयोजी परिपथ है (इसका निर्गम केवल वर्तमान निवेश-कोड पर निर्भर करता है, कोई संचित अवस्था नहीं) — अनुक्रमिक नहीं।JK फ्लिप-फ्लॉप में, सक्रिय घड़ी-किनारे पर निवेश संयोजन J=1, K=1 निर्गम में क्या करता है
उत्तर देखें
उत्तर: B — अपनी पिछली अवस्था के विपरीत टॉगल करता है
J=K=1 विशेष रूप से JK फ्लिप-फ्लॉप को टॉगल कराने हेतु परिभाषित है, ठीक वही स्थिति जो सरल SR लैच में निषिद्ध व रेस-प्रवण छोड़ी गई थी — यही निश्चयात्मक टॉगल व्यवहार वह पूरा कारण है जिससे JK को सामान्य-प्रयोजन फ्लिप-फ्लॉप के रूप में वरीयता दी जाती है।श्मिट ट्रिगर सामान्य तुलनित्र से मुख्यतः किस बात में भिन्न है
उत्तर देखें
उत्तर: B — दो भिन्न सीमाएँ (शिथिलता), एकल स्तर के इर्द-गिर्द रव से प्रतिरक्षित
श्मिट ट्रिगर का धनात्मक फीडबैक दो भिन्न स्विचिंग सीमाएँ (ऊपरी व निचली) बनाता है, अतः एकल स्तर के इर्द-गिर्द मँडराता रवयुक्त संकेत मिथ्या बहु संक्रमण उत्पन्न नहीं करता जैसा वह किसी सामान्य एकल-सीमा तुलनित्र पर करता — यह शिथिलता ठीक इसकी परिभाषित विशेषता है।नमूना-व-धारण परिपथ ADC से पहले मुख्यतः किसे रोकने हेतु रखा जाता है
उत्तर देखें
उत्तर: B — रूपांतरण-समय के दौरान निवेश बदलने से एपर्चर त्रुटि
धारण के बिना, परिमित रूपांतरण-समय के दौरान बदलता रहता निवेश परिणामी अंकीय कोड को तरंगाकार के किसी एक सुपरिभाषित क्षण से असंगत बना देगा — यह एपर्चर त्रुटि है, परिमाणीकरण त्रुटि (एक विभेदन-सीमा) व अपररूपण (अपस्ट्रीम में प्रति-अपररूपण निस्यंदक द्वारा संभाला जाने वाला प्रतिचयन-दर मुद्दा) से भिन्न।कोई फ्लैश ADC 2^n − 1 तुलनित्रों का प्रयोग कर n बिट विभेदित करता है। n = 4 बिट हेतु, आवश्यक तुलनित्रों की संख्या है ___
संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।
उत्तर देखें
उत्तर: 15
2^4 − 1 = 16 − 1 = 15 तुलनित्र — यह गिनती हर जोड़े बिट के साथ लगभग दोगुनी होती है, यही ठीक कारण है कि फ्लैश परिवर्तक, उपलब्ध सबसे तेज़ वास्तुकला होने के बावजूद, केवल कम बिट-संख्या हेतु प्रयुक्त होते हैं।