செயல்படு மிகைப்பிகள்  வகைபாடு

மின்கருவிகளில், மின்குறிப்பலைகளைப் பதப்படுத்தவும் மிகைப்படுத்தவும் ஓர் அடிப்படை செயற்கருவான உறுப்புசெய்மிகைப்பி (Op-Amp) ஆகும். பொதுவாக வெப்பநிலை,அழுத்தம், இதயத்துடிப்பு, ஈரப்பதம் போன்ற ஏதொன்றையும் நாம் அளக்கவோ, பயன்படுத்தவோ முதலில் அளக்க வேண்டிய பண்பை மின் குறிப்பலையாக மாற்ற வேண்டும். இதற்கு பெயர்ப்பி (translator) என்று பெயர். இப்படி மாற்றிப் பெறப்படும் மின் குறிப்பலைகள் பொதுவாக மிகவும் மங்கிய அல்லது வலு குறைவானவையாகவும், குறிப்புகள் தரா பின்புல இரைச்சல் அலைகளோடும் கலந்தே கிடைக்கும். வானொலிப் பெட்டியிலோ, தொலைக்காட்சிப் பெட்டியிலோ அலைவாங்கி (அலைக்கம்பம்)யில் மின்காந்த அலைகளால் தூண்டப்பட்டு உருவாகும் மின்குறிப்பலையும் இப்படி மிக நுண்ணிய அளவினதாகும். இதே போல், குறிகைச் செயலாக்கம் (signal processing) குறிப்பாக மருத்துவக் கருவிகள், ஏதேனும் வடிப்பிகள் (filters), அலைவரைவிகள் (oscilloscopes), தேட்ட அட்டைகள் (probe cards) போன்றவற்றிலும் இது போன்ற மிகைப்பிகள் தேவைப்படுகின்றன. இவற்றைப் பயன்படுத்த தகவல் தரா இரைச்சலை நீக்கி, நமக்குத் தேவையான குறிப்பலைகளை மட்டும் பெரிதாக்க தகுந்த மிகைப்பிகள் தேவைப் படுகின்றன. இப்படிப்பட்ட பொதுப் பயன்பாடு மிகைப்பிகள்தான் செய்மிகைப்பிகள். இச் செய்மிகைப்பிகள் தம் அமைப்பால் மிகமிக அதிக மடங்கு (10 மில்லியன் போன்ற மிகப்பன்படங்கு) உள்ளிடும் குறிப்பலைகளை பெரிதாக்கக் கூடியவை, ஆனால் இவற்றைச் சரிவர சீராகப் பயன்படுத்த தகுந்த அளவு மிகைப்பளவை மட்டுப்படுத்த வேண்டும். இதற்குள்ள இரு வழிகள் பற்றிப் பார்ப்போம். முதல் வகையில், குறிப்பலைகளைப் பெருக்கி வெளியீடு செய்யும் பயன்பெறு-உறுப்பில் இருந்து மின்குறிப்பலை அழுத்தத்தை சிறிதளவு ஒற்றி அதனைப் பின்னூட்டமாக உள்ளீடு செய்யும் அமைப்புக்கு மின்னழுத்தப் பின்னூட்டு செய்மிகைப்பி என்று பெயர். இரண்டாவது வகையில் மிகைப்படுத்தப்பட்டு வெளியீடு செய்யும் உறுப்பில் பாயும் மின்னோட்டத்தின் ஒரு பகுதியை ஒற்றி அதனைப் பின்னூட்டமாக உள்ளீடு செய்யும் அமைப்புக்கு மின்னோட்டப் பின்னூட்ட செய்மிகைப்பி என்று பெயர்.இச்சாதனங்கள் இரு வகைகளில் கிடைக்கின்றன- மின்னழுத்தப் பின்னூட்டு செய்மிகைப்பிகள் (voltage feedback op-amps-VFB) மற்றும் மின்னோட்டப் பின்னூட்டுச் செய்மின்னழுத்தப் பின்னூட்டு மிகைப்பிகள் (current feedback op-amps-CFB).

VFB செய்மிகைப்பியின் உள்ளீட்டுக் கூற்றிலுள்ள (Input Stage) திரிதடையங்கள் சமச்சீராக (symmetrical) அமைக்கப்பட்டிருக்கும். இவ்விருதிரிதடைய அமைப்பு வேறுபாடு இணை (differential pair) என அழைக்கப்படுகிறது. இந்தச் செய்மிகைப்பியின் இரு உள்ளீடுகள்-புரட்டும் முனை (inverting terminal) மற்றும் புரட்டா முனை (non-inverting terminal) திரிதடையங்களின் அடிவாய்களில் (bases) இணைக்கப்பட்டன. உள்ளீட்டுக் கூற்றில் இரண்டுத் திரிதடையங்களும் ஒரே சாருகை மின்னோட்டத்தில் (bias voltage) இயக்கப்படுகின்றன. இது சில்லு தயாரிப்பு முறைகளில் உறுதிபடுத்தப்படுகிறது. VFBயின் புரட்டும் உள்ளீட்டு முனை அதிக மின் எதிர்ப்பை அளிக்கிறது. இதன் காரணமாக அந்த முனையில் மின்னழுத்தப் பின்னூட்டு (voltage feedback) ஏற்படுகிறது. VFB செய்மிகப்பியின் இரண்டு உள்ளீடுகளிலும் மின்தடை அதிகமாக இருக்கும். இந்த வேறுபாடு இணையின் சமச்சீர் காரணத்தால் இந்த VFB செய்மிகைப்பிகளின் மின்னழுத்தப் பெய்ர்ச்சி (voltage offset) CFB செய்மிகைப்பிகளைவிடக் குறைவானது. VFB செய்மிகைப்பிகளில் சம உள்ளீடு எதிர்ப்பு வீதமும் (common mode rejection ratio-CMRR) மற்றும் திறன் மாறுபாடு எதிர்ப்பு வீதம் (power supply rejection ratio) அதிகமானது. CMRR மற்றும் PSRR எண்கள் ஒரு செய்மிகைப்பியில் அதிகமாக இருப்பது உன்னதம்.





மின்னோட்டப் பின்னூட்டு மிகைப்பிகளின் (CFB) முதல் கூறு நிஜத்தில் ஒரு மின்னழுத்த இடையகம் (voltage buffer) ஆகும். இந்த இடையகத்தின் உள்ளீடு, வெளியீடு முறையே புரட்டா, புரட்டும் முனைகளுக்கு இணையதாக கருதலாம். இதன் கட்டமைப்பு அடிப்படையிலே சமச்சீரற்றதாக (asymmetrical) இருக்கிறது. புரட்டும் உள்ளீட்டு முனை திரிதடையங்களின் அடிவாய்க்கும்; புரட்டா உள்ளீட்டு முனை திரிதடையங்களின் உமிழ்வாய்க்கும் (emitter) இணைக்கப்படிருக்கின்றன. இவ்விரண்டு முனைகளும் NPN, PNP இருவகையான திரிதடையங்களில் இணைகின்றன. இவ்விரண்டு திரிதடையங்களின் சாருகை மின்னழுத்தங்கள் மின்னோட்டங்களில் எப்பொழுதும் வேறுபாடுகள் இருக்கும். இதனால், மின்னோட்ட மின்னழுத்தப் பெயர்ச்சிகளCFB செய்மிகைப்பிகளில் VFBஐவிட அதிகமாக இருக்கும். புரட்டா முனையின் அதாவது இடையகத்தின் உள்ளீட்டின் மின் எதிர்ப்பு குறைவாகவும் புரட்டும் முனை அதாவது இடையகத்தின் வெளியீட்டின் மின் எதிர்ப்பு அதிகமாகவும் இருக்கும். ஆகையால் புரட்டும் முனையின் உள் மின்னோட்டம் புரட்டா முனையைவிட 2 இலிருந்து 5 வரை அதிகமாகும் (இது பின்னூட்டுப் பிணையத்தை பொறுத்து). இடையகத்தின் கற்றை அகலம் (band-width) CFBயில் மற்ற கூற்றுக்களைவிட அதிகமாகும். மின்னழுத்த இடையகத்திற்கு அடுத்ததாக அமையும் கூறு ஒரு மின்னோட்டப் பிம்பப்படுத்தி (current mirror) ஆகும். அதிலிருந்து வெளிவரும் மின்னோட்டம் ஒரு உயர் மின்எதிர்ப்பு கணுவில் (node) விடப்படுகிறது. இந்த மின்னோட்டப் பிம்பப்படுத்தி மற்றும் உயர் மின்எதிர்ப்பு கணு கூட்டாக ஒரு குறுக்கு எதிர்ப்புகை மிகைப்பி (trans-impedence amplifier) ஆக செயல்பட்டு வருகிறது. இம்மிகைப்பி CFB உள்ளீடு முனைகளுக்கிடையே திகழும் பிழை மின்னோட்டத்தை (error current) பெருக்கிறதSு.





VFB செய்மிகைப்பியில் Q3யின் உமிழ்வாய் மின்னோட்டம் VFB செய்மிகப்பியின் திருப்பு வீதத்தை (slew rate) உறுதிபடுத்துகிறது. ஆனால் CFB செய்மிகைப்பிகளில் திருப்பு மின்னோட்டத் தேவைகள் புரட்டும் முனை மூலம் வெளியிலிருந்தும் பூர்த்தி செய்யப்படுகிறது. ஆகையால் CFB செய்மிகைப்பிகளின் திருப்பு வீதம் VFBஐவிட பல்மடங்கு அதிகமாகிறது.VFBஇன் பின்னூட்டு வழிமுறைப்படி மின்னோட்டப் பிழை VERR குறைக்கப்படுகிறது. CFBஇன் பின்னூட்டு வழிமுறைப்படி மின்னோட்டப் பிழை IERR குறைக்கப்படுகிறது. இறுச் சாதனங்களிலும் திறந்த விளையப் பெருக்கம் (open loop gain), A மற்றும் Z மிக உயர்வானவை.






VFB மூடு வளையப் பெருக்கம் (closed-loop gain) கீழ்க்காணும்படி வருவிக்கப்படுகிறது:





VFB செய்மிகைப்பியின் திறந்த வளையப் பெருக்கத்தின் (open loop gain) அலைவெண் எதிர்விளைவில் (frequency response) ஒரு நேரோட்டப் பகுதி, முட்டி முனை மற்றும் வீழ்ச்சிப் பகுதி ஆகியவை உள்ளன. இவ்வீழ்ச்சி வீதம் 20 dB/தஸமம், அதாவது ஒவ்வொரு இருமடங்கு அலைவெண் அதிகரிப்பில் பத்து மடங்கு குறைவு.



CFB திறந்த வளையப் பெருக்கத்தின் வருவிப்பு கீழ்ப்படி காண்க:



இந்தச் சமன்பாடு VFBயின் திறந்த வளையப் பெருக்கம் போன்றதே. CFBயின் அலைவெண் எதிர்விளைவில் ஒற்றுமைகள் உண்டு. இது மூலம் CFB மூடு வளையப் பெருக்கம் கீழ்ப்படி வருவிக்கலாம்:



நன்றிகள்

திருத்தங்கள் 17 மேழை-விடை 2009, பேரா. C R செல்வக்குமார்

மூலம்:

Bonnie Baker, Burr Brown, High Speed Amplifiers

THOZHILNUTPAM.COM