ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් IV (Electronics) - 10

මෙවැනිම තර්ක කිරිල්ලක් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය හා ස්පීකරය (භාරය) අතරද සිදු කළ යුතුය. එහෙත් මුලින්ම ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය සෙවිය යුතුය. පොදු විමෝචක වින්‍යාසයේදී එම අගය කලෙක්ටර් රෙසිස්ටර් අගයට සමාන යැයි ගත හැකිය. ඒ කියන්නේ r_out = Rc වේ.

දැන් ස්පීකරයේ සම්බාදක අගය කලෙක්ටර් අගය මෙන් 10 ගුණයක් විය යුතුද? අප පසුඅධියරයේ සම්බාදක අගය වැඩියෙන් ගන්නේ සංඥාවේ වෝල්ටියතාව ගැන සලකාය. මෙවිට සංඥා ධාරාවට සිදු වන්නේ ඊට විරුද්ධ දේය; එනම්, පසුඅධියරයට ගමන් කරන්නේ සංඥා ධාරාවෙන් කුඩා කොටසකි (පසුඅධියරයේ සම්බාදකය පෙරඅධියරය මෙන් 10 ගුණයක් නම්, ධාරාව 1/10 ප්‍රමාණයකුයි පසුඅධියරයට ගමන් කරන්නේ). එහෙත් වෝල්ටියතාව හා ධාරාව යන දෙකෙහිම සංඥා හැඩය ගැප්ව පවතින නිසා, ඒ දෙකම එකවර අපට සාමාන්‍යයෙන් අවශ්‍ය නැත. එනිසා එකක් කැපකර අනෙකට ප්‍රමුඛතාව දෙයි.

සංඥා හැඩය පරිපථය තුල වැදගත් වුවත්, යම් පරිපථයකින් එම සංඥාව පිට කරන විට හැඩය මෙන්ම සංඥාව තුල ඇති ජවයද වැදගත් වේ. ස්පීකරය යනු පරිපථය හරහා ගමන් කළ සංඥාව අවසාන වශයෙන් පිට වන අවස්ථාවයි. ඒ අනුව ජවයද වැදගත් වේ. “සංඥා හැඩය” වැදගත්වීම හා “හැඩය සමඟ සංඥා ජවය” වැදගත්වීම එක් උපමාවකින් විස්තර කළ හැකිය. සබන් පෙනවලින් ඔබ යම් හැඩයක් මැව්වා යැයි සිතන්න. එම හැඩයම ඔබට හැකියි යකඩයකින් සාදන්නත්. හැඩයෙන් සබන් හා යකඩ නිර්මාණ දෙකම සමාන වුවත්, ශක්තියෙන්/ජවයෙන් යකඩ නිර්මාණය ඉහල බව අමුතුවෙන් කිව යුතු නැහැනෙ. සබන් පෙනෙන් හදපු නිර්මාණය සංඥා වෝල්ටියතාවටත් (හෝ ධාරාව සලකන විට ධාරාවටත්), යකඩෙන් සාදපු නිර්මාණය සංඥා ජවයටත් උපමා වේ.

මෙම පරිපථයෙන් පිට වන සංඥාව යොමු කරන්නේ තවත් ට්‍රාන්සිස්ටරයකට නම් (ඒ කියන්නේ තවමත් සංඥාව පවතින්නේ පරිපථය තුලයි; තවමටත් සංඥාවට පරිපථයෙන් මුලුමනින්ම පිටවීමට අදහසක් නැත), එවිටද සංඥාවේ හැඩය ගැන සැලකිලිමත් වී වෝල්ටියතාවට (හෝ ධාරාවට) ප්‍රමුඛතාව ලැබේවි. එවිට, පසුඅධියරයේ ඉන්පුට් සම්බාදක අගය පෙරඅධියරයේ අවුට්පුට් සම්බාදක අගයට වඩා වැඩි විය යුතුය. එහෙත් මෙම උදාහරණයේදී සංඥාව ස්පීකරයට යන නිසා, සංඥා ජවය ගැන සැලකිල්ලට ගත යුතු නිසා, අපට සිදු වෙනවා සම්බාදක අගයන් දෙක සමාන කිරීමට.

සටහන

Maximum Power Transfer Theorem

පසුඅධියරයේ සම්බාදක අගය පෙරඅධියරයේ සම්බාදක අගයට වඩා වැඩි කරගෙන යන විට වෝල්ටියතා කොටස ක්‍රමයෙන් ඉහල ගියත්, ධාරා කොටස ක්‍රමයෙන් පහල යයි. ජවය = වෝල්ටියතාව x ධාරාව නිසා, එහි ප්‍රතිපලය වන්නේ පෙරඅධියරයෙන් ලැබෙන ජවයෙන් අඩු ප්‍රමාණයක් තමයි පසුඅධියරයට ගමන් කරන්නේ; එය හොඳින්ම පෙනෙනවා වෝල්ටියතාව උපරිම (අනන්තය) කළ විට, ධාරාව අවම (ශූන්‍ය) වන නිසා එම දෙකෙහි ගුණිතය ∞V x 0A = 0W වීමෙන්.

දැන් ඊට ප්‍රතිවිරුද්ධ දේ කළොත් (එනම්, පසුඅධියරයේ ප්‍රතිරෝධය පෙරඅධියරයේ අගයට වඩා අඩු කරගෙන ගියොත්) ධාරා කොටස වැඩි වී වෝල්ටියතා කොටස අඩු වේවි; එයත් පැහැදිලි වෙනවා ධාරාව උපරිම (∞) වී ධාරාව අවම (ශූන්‍ය) වීමෙන් නැවත 0V x ∞A = 0W වීමෙන්. එමඟින්ද සිදු වන්නේ පසුඅධියරයට අඩු ජවයක් සංක්‍රමණය වීමයි.

ඒ කියන්නේ උපරිම ජවයක් සංක්‍රමණය වන්නේ ඉහත අන්ත දෙක අතරමැදි අවස්ථාවකදීය. එනම්, සම්බාදක අගයන් දෙක සමාන කරන විට උපරිම ජව ප්‍රමාණයක් පෙරඅධියරයෙන් පසුඅධියරයට සංක්‍රමණය වේ. ඒ සමඟම ජවය සංක්‍රමණය වීමේ කාර්යක්ෂමතාව 50%ක් වේ (සම්බාදක දෙකක් අතරේ ජවය සංක්‍රමණය විය හැකි උපරිම කාර්යක්ෂමතාව මෙය වේ). මෙලෙස සම්බාදක සමාන කරමින් උපරිම ජවය සංක්‍රමණය කරවීම maximum power transfer theorem (උපරිම ජව සංක්‍රමණ න්‍යාය) ලෙස හැඳින් වේ.

ඒ අනුව, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය ලෙස කලෙක්ටර් ප්‍රතිරෝධ අගය ගත යුතුය. එහෙත් කලෙක්ටර් ප්‍රතිරෝධකයේ පවතින සත්‍ය අගය නිශ්චිත නැති අතර, (කලෙක්ටර් ධාරාව 3.8mA ලෙස ගත් විට), එය 3V / 3.8mA = ඕම් 790 පමණ වේ. ඔබ දැන් මෙම අගයත් ප්‍රායෝගික රෙසිස්ටර් අගයක් බවට පත් කර ගන්නා විට එය ඕම් 820 වේවි (සහනතාව ගැටලු ඇති නොකරන බව පෙනේ විශේෂයෙන්ම ස්මෝල් සිග්නල් වර්ධකවලදී). ඒ අනුව, මෙම උදාහරණයේදී ස්පීකරයේ සම්බාදක අගය ඕම් 800 අවට අගයක් විය යුතු බව පෙනේ. ඊට වඩා බොහෝ අඩු හෝ වැඩි ඕම් ගණනක් ඇති විටත් එය වැඩ කරාවි; නමුත් අකාර්යක්ෂම වේවි.

ඒසී විශ්ලේෂනය අවසන් කිරීමට දැන් අප සංඥා වර්ධනය ගැන බලමු. ධාරා වර්ධනය ගැන අමුතුවෙන් සොයන්නට දෙයක් නැහැනෙ පොදු විමෝචක වින්‍යාසයේදී. එය නිකංම β අගයට සමාන වේ. ගණනය කර කර ඉන්නට දෙයක් නැත. අප සැලසුම් කළ පරිපථයේ වෝල්ටියතා වර්ධනය සොයමු. පොදු විමෝචක වින්‍යාසයේදී වෝල්ටියතා වර්ධනය පහත සූත්‍රයෙන් සෙවිය හැකිය. මෙහි ඍන ලකුණින් අදහස් වන්නේ සංඥාව අපවර්තනය වන බවයි.

r_e අගය එමිටර් ධාරාව මත රඳා පවතින බව ඔබ දන්නවා. ඒ කියන්නේ එමිටර් ධාරාව වැඩි කරන විට, r_e අඩු වීමෙන් වෝල්ටියතා වර්ධනය ඉහල යයි. ඉහත සූත්‍රය අනුව, මෙම උදාහරණයේදී වෝල්ටියතා වර්ධනය දළ වශයෙන් 790/6.63 = 120ක් පමණ වේ. කොමන් එමිටර් වින්‍යාසය සඳහා වෝල්ටියතා වර්ධනය සොයන තවත් පහසු ක්‍රමයක් තිබෙනවා. එම සූත්‍රය පහත දැක්වේ (මේ සියලු සූත්‍ර ලබා ගන්නා අයුරු පසුවට පැහැදිලි කෙරේ).

ඉහත සූත්‍රය අනුව වෝල්ටියතා වර්ධනය 40 x 0.0038A x 790R = 120 වේ. බලන්න මෙම අගයත් ඉහත සූත්‍රයෙන් ලැබුණු අගයට සමානයි නේද? පොදු විමෝචක වින්‍යාසයේදී වෝල්ටියතා වර්ධනය සෙවීමට ඉහත දැක්වා ඇති සූත්‍ර දෙකම සමාන බව ඔබ තර්ක කර බැලුවොත් පෙනේවී. ඉහත සමීකරණයේ ඇති 40I_C යන කොටස 40I_E ලෙසද ලිවිය හැකියිනෙ (I_E ඇම්පියර් ඒකකයෙන් වේ). r_e = 25/I_E යන සූත්‍රයේදී ධාරාව දක්වන්නේ මිලිඇම්පියර්වලිනි. මෙවිට 1/r_e = I_E (mA)/25 හෙවත් 1000I_E (A)/25 = 40I_E වේ. කලෙක්ටර් හා එමිටර් ධාරා ආසන්න වශයෙන් සමාන නිසා එය 40I_C ලෙසද සැලකිය හැකිය.

මෙම සූත්‍ර බලන විට අපූරු දෙයක් පෙනේ. එනම්, I_C x R_C = V_C වේ. සාමාන්‍යයෙන් අප එම අගය දළ වශයෙන් සැපයුම් වෝල්ටියතාවෙන් ½ ක් වන සේනෙ තබන්නේ. එවිට, ඉහත සූත්‍රය A_V = 40x(0.5V_CC) යනුවෙන්ද සෑදිය හැකියි (සැපයුම් වෝල්ටියතාවෙන් ½ ක් නොව වෙනත් පංගුවක් ලෙස තබන්නේ නම් ඒ අනුව සූත්‍රය සුදුසු ලෙස වෙනස් කරන්න).

එවිට, ඉන් අදහස් කෙරෙන්නේ, ට්‍රාන්සිස්ටරය තුල කුමක් සිදු වුවත්, එහි වෝල්ටියතා වර්ධන තීරණය කරන්නේ සැපයුම් වෝල්ටියතාව මඟින් බවයි. ඉතිං සැපයුම් වෝල්ටියතාව ඉහල දැමීමෙන් වෝල්ටියතා වර්ධනයද ඉහල දමා ගත හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, වෝල්ට් 12ක් ගන්නා විට වර්ධනය දැන් ලැබී ඇති අගය මෙන් දෙගුණයක් ලැබේ; ඒ කියන්නේ 240කි.

ජව වර්ධනය යනු වෝල්ටියතා හා ධාරා වර්ධන දෙකෙහි ගුණිතයයි. ඒ අනුව, මෙම උදාහරණයේදී සැලසුම් කළ සරල පරිපථයේ ජව වර්ධනය 150 x 120 = 18,000 කි. එවිට, පරිපථයට ඇතුලු වූ මුල්ම සංඥාවේ ජවය නැනෝවොට් 10ක් යැයි සිතුවොත්, ට්‍රාන්සිස්ටරයෙන් පිට වන්නේ 10nW x 18000 = 180μW ක ජවයක් ඇති සංඥාවකි. මෙම පරිපථයේ සත්‍ය අවුට්පුට් ජවය කොපමණදැයි මොහොතකින් ගණනය කරමු.

පොදු විමෝචක වින්‍යාසය සඳහා ජව වර්ධනය පහත සූත්‍රයෙනුත් මැනිය හැකිය. β යනු ධාරා වර්ධනයද, R_C/r_e යනු ඉහතදී පෙන්වා දී ඇති පරිදි වෝල්ටියතා වර්ධනයද වේ.

මෙම පරිපථයේ ඇති ට්‍රාන්සිස්ටරයේ කලෙක්ටරය මත ගොඩනැඟෙන වර්ධිත සංඥාව ගැන සිතන්න. එහි සංඥා වෝල්ටියතාවේ විශාලත්වය වෙත අවධානය යොමු කරමු. එම අගය වනුයේ ඉන්පුට් සංඥාවේ වෝල්ටියතාව මෙන් 120ක ප්‍රමාණයකින් වැඩි වූ (වර්ධනය වූ) අගයකි. උදාහරණයේදී අප ගත්තේ මිලිවෝල්ට් 2ක උපරිම විස්තාරයක් පිට කළ හැකි මයික් එකක්නෙ. ඉතිං, ඉන් මිලිවෝල්ට් 2ක සංඥාවක් ඉන්පුට් කළ විට, ඉන් වැඩිම කොටසක්/භාගයක් ට්‍රාන්සිස්ටරය විසින් උකහා ගන්නා නිසා (පසුඅධියරයේ සම්බාදක අගය පෙරඅධියරයට වඩා බොහෝ විශාල නිසා), අපි උපකල්පනය කරමු එම මිලිවෝල්ට් 2ම ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් කොටසට ලැබෙනවා කියා. එවිට, 2 x 120 = 240mV ක සංඥාවක් තමයි කලෙක්ටරය මත බිහි වන්නේ.

කලෙක්ටරය මත, සංඥා හෙවත් ඒසී වෝල්ටියතාව 240mV ක් වෙද්දී බයස් හෙවත් ඩීසී හෙවත් නිවාත වෝල්ටියතාව දළ වශයෙන් වෝල්ට් 3ක් ලෙස පවතී; එම නිවාත අගය සංඥා අගයට වඩා 3000mV/240mV = 12.5ගුණයක් විශාල වේ. ඒ අනුව, සංඥාවේ විශාලත්වය නිවාත අගයට වඩා බොහෝ සෙයින් කුඩාය. එනිසයි මෙම වර්ධකය small signal (කුඩා සංඥා) යන නමින් හඳුන්වන්නේ. මා සිතනවා ස්මෝල් සිග්නල් යන සංකල්පය දැන් ඉතා හොඳින් වැටහෙන්නට ඇති කියා.

ස්මෝල් සිග්නල් ආකාරයෙන් ක්‍රියාත්මක වන පරිපථයක (ට්‍රාන්සිස්ටරයක) ඇති හොඳ ලක්ෂණයක් නම්, විවිධ හේතු නිසා න්‍යායාත්මක පරිපථ අගයන් වෙනස් වුවත් (උෂ්ණත්වය නිසා, උපාංගවල සහනතා නිසා), පරිපථයේ ක්‍රියාකාරිත්වයට එය එතරම් බල නොපෑමයි. ඊට හේතුව නිවාත අගයන්ට සාපේක්ෂව සංඥාව කුඩා නිසා නිවාත අගයන් එහේ මෙහේ තරමක් විස්ථාපනය වුවත් සංඥාවේ නිසි පැවැත්මට බාධා සිදු නොවේ. එය උපමාවකින් කියතොත්, ඔබගේ විශාල ගෙය වෙනස්කම්වලට භාජනය වුවත්, එහි වසන කුහුඹින් වැනි සතුන්ට ලොකු වෙනසක් ඇති නොවන්නා සේය.

එහි ඇති තවත් හොඳ ලක්ෂණයක් වන්නේ සංඥාව වර්ධනය වීමේදී විකෘතිය ඉතාම කුඩා වීමයි (ඊට හේතුව පසු පාඩම්වල ඇත). ස්මෝල් සිග්නල් වර්ධකයක ඇති අවාසිය වන්නේ නමින්ම කියන පරිදි, සංඥාව වර්ධනයට ලක් වුවත්, එය තවමත් කුඩා සංඥාවක් වීමයි (එනිසා, large signal amp වල අවශ්‍යතාව පැන නඟී; ඒවා ගැන පසුවට බලමු).

දැන් අපේ පරිපථ විශ්ලේෂනයන් අවසන්ය. එනිසා මෙතෙක් කතා කළ පරිපථ සැලසුම් කිරීම පිළිබඳ දීර්ඝ විස්තරය සාරාංශගත කරමු.

1. මුලින්ම තමන් සවි කරන්නට බලාපොරොත්තු වන ඩයිනමික් මයික්‍රෆෝනයේ (හෝ වෙනත් සංඥා ප්‍රභවයක) උපරිම ඉම්පීඩන්ස් අගය තීරණය කළ යුතුය. මෙහි ඉම්පීඩන්ස් අගය අඩු වන තරමට හොඳය.

2. එම ඉම්පීඩන්ස් අගයට වඩා වැඩි (බොහෝදුරට 10 ගුණයක්) ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයක් ලැබෙන පරිදි දළ කලෙක්ටර්/එමිටර් ධාරාව තීරණය කළ යුතුය (ඒ සඳහා වූ සූත්‍ර මා පෙන්වා ඇත).

3. පරිපථයට අවශ්‍ය සැපයුම් වෝල්ටියතාව තීරණය කරන්න. සරල පරිපථයක් නම් එය මෙසේ තීරණය කළ හැකියි - පොදු විමෝචක වින්‍යාසයේ ට්‍රාන්සිස්ටරයක වෝල්ටියතා වර්ධනය තීරණය වන්නේ මෙම සැපයුම් වෝල්ටියතා අගය මත නිසා, ඔබට අවශ්‍ය වෝල්ටියතා වර්ධන ප්‍රමාණය ලැබෙන පරිදි අගයක් තීරණය කළ හැකිය.

4. පෙර ලබා ගත් දළ කලෙක්ටර් ධාරාව බීටා අගයෙන් බෙදා දළ බේස් අගය තීරණය කරන්න. ඉන්පසු, ඉන් නාමික බේස් රෙසිස්ටර් අගය ගණනය කරන්න. එම නාමික අගය ආසන්නතම ප්‍රායෝගික අගයක් බවට පත් කර ගන්න. දැන් එම ප්‍රායෝගික බේස් රෙසිස්ටර් අගය යොදා නැවත සත්‍ය බේස් ධාරාව සොයන්න.

5. සත්‍ය බේස් ධාරාව බීටා අගයෙන් වැඩි කර නැවත සත්‍ය කලෙක්ටර් ධාරාව සොයන්න. එම ධාරාව යොදා ගෙන නාමික කලෙක්ටර් රෙසිස්ටර් අගය සොයන්න. එම නාමික කලෙක්ටර් අගය ආසන්නතම ප්‍රායෝගික රෙසිස්ටර් අගයකට ගන්න/වටයන්න. අවශ්‍ය නම්, දැන් ඔබට සත්‍ය ලෙසම පවතින කලෙක්ටර් වෝල්ටියතාව ගණනය කළ හැකිය.

6. ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයට ගැලපෙන (එනම්, සංඥාව අවසන් වෙනවා නම්, ඉම්පීඩන්ස් අගය සමාන වන ලෙසත්, තවදුරටත් පරිපථය තුලම රැඳේ නම්, ඉම්පීඩන්ස් අගය වැඩි වන ලෙසත්) පසුඅධියර ඉම්පීඩන්ස් අගයක් තැබිය යුතුය.

7. මින්පසු පෙන්වා දෙන්නට යන වැඩිදියුණු කිරීම්ද හැකි තරම් ඇතුලත් කරන්න.

පහත දැක්වෙන්නේ උදාහරණයට ගත් පරිපථය අපේ අවශ්‍යතාවලට ගැලපෙන සේ සැකසූ පසු ලැබෙන ආකාරයයි. මෙම පරිපථය ඉතා අනර්ඝ එකක් නොවේ; ඊට හේතුව එය තවදුරටත් වැඩිදියුණු කළ හැකිය. එය ලෝක ස්වභාවයකි. ඔබ දන්නවා ඕනෑම දෙයක් අපට ඕනෑ තරමක් දක්වා දිගින් දිගටම වැඩිදියුණු කළ හැකියිනෙ. එහෙත් ප්‍රායෝගික ලෝකයේදී එවැනි වැඩිදියුණු කිරීම්වලද සීමාවක් තිබේ මොකද එසේ කරන්නට ගියොත් මුදල්, කාලය, ශ්‍රමය අනවශ්‍ය ප්‍රමාණයට වැය වේ. එනිසා අවශ්‍යතාවේ හැටියට සුදුසු දෙයක් ඒ ප්‍රමාණෙට නිර්මාණය කිරීමටයි උත්සහ කළ යුත්තේ. මා සාමාන්‍යයෙන් කියන්නේ යට ඇඳුම්වලට මල් සැරසිලි කිරීමෙන් පලක් නැත කියාය.

ඉහත පරිපථයේ කැපෑසිටර් දෙකක් ඇතුලත් කර ඇත. ඒවායේ කර්තව්‍ය කුමක් විය හැකිදැයි සිතා බලන්න. සාමාන්‍යයෙන් කැපෑසිටරය යන නම කියවෙනකොටම මතක් වෙන්නේ කැප් එකකින් ඩීසී විදුලිය බ්ලොක් කර ඒසී විදුලියට ගමන් කිරීමට ඉඩ සලසනවා යන්නයි (ඉන්පසුව, කැප් එකක් හරහා යන සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට එහි ප්‍රතිබාදය අඩු වන බවත් සිහිපත් වෙනවා). මෙම පරිපථයේදී කැප් දෙකෙන් කරන්නේ ඩීසී බ්ලොකර කර සංඥාවට (ඒසී) ගමන් කිරීමට සැලැස්වීම තමයි.

ස්පීකරය හා ට්‍රාන්සිස්ටර් කලෙක්ටර් අග්‍රය අතර කැපෑසිටරය නැති විට ඇති වන තත්වය විමසා බලන්න. එවිට, කලෙක්ටර් අග්‍රය R_C හරහා සැපයුම් විභවයේ ධන අග්‍රයට සම්බන්ද වෙනවාට අමතරව ස්පීකරය (එනම් ස්පීකරයේ ඇති කොයිල් එක) හරහා සැපයුම් විභවයේ භූගතයටද කෙලින්ම සම්බන්ද වේ. එවිට කලෙක්ටර් ධාරාව කලෙක්ටර් අග්‍රයේදී බෙදී යයි. සාමාන්‍යයෙන් ස්පීකරයක් යනුද අඩු ඕම් ගණනක් තිබෙන උපාංගයක් නිසා, කලෙක්ටර් ධාරාවෙන් විශාල කොටසක් ස්පීකරය හරහා භූගත වේ ට්‍රාන්සිස්ටරය හරහා නොගොස්.

එවිට එය ට්‍රාන්සිස්ටර් ක්‍රියාවට බාධාවක් වේ; ට්‍රාන්සිස්ටර් බයස් එක මුලුමනින්ම අවුල් වී යා හැකියි. තවද, ස්පීකරය හරහා නිකංම ඩීසී ධාරාවක් නිරන්තරයෙන්ම ගමන් කිරීම ස්පීකරයටද කිසිසේත් යෝග්‍ය නැත. ස්පීකරයක් හරහා විදුලියක් යවනවා නම් එය සංඥා විදුලිය පමණක් විය යුතුය මොකද සංඥා විදුලියෙන් පමණි ස්පීකරයෙන් අපට අවශ්‍ය කරන ශබ්දය නිපදවිය හැක්කේ. කොටින්ම, ස්පීකරයකට ඩීසී විදුලිය පොඩ්ඩක්වත් අවශ්‍ය නැත.

සටහන

ස්පීකරයකින් ශබ්දය ඇසෙන්නේ එහි ඇති කඩදාසි කෝන් එක විදුලි සංඥාවට අනුව ඉස්සරහට පස්සට කම්පනය වීමෙන් එමඟින් අවට ඇති වාතය කම්පනය කිරීමෙනි. කෝන් එක කම්පනය වන්නේ ඊට ඒසී විදුලියක් ලබා දෙන විටයි.

එහෙත්, ඊට යම් ඩීසී විදුලියක් ලබා දුන් විට සිදු වන්නේ එම කෝන් එක එක් පැත්තකට ගමන් කොට දිගටම එම තැනම රැඳී තිබීමයි. සමහරවිට ඩීසී විදුලිය විශාල අගයක් ගනී නම්, ඉන් කෝන් එක එක දිගටම ඇදී තිබීම නිසා විනාශ වන්නටත් පුලුවන්. ඩිසී විදුලිය එතරම් විශාල නැති නම් කෝන් එක විනාශ නොවේවි; නමුත් ඊට යොමු වන සංඥාවට අනුව ලස්සනට කම්පනය වන්නට බාධාවක් වේ; එවිට නිවැරදිව ශබ්දය නිපද වන්නේ නැත. එය හරියට ලස්සනට නටන්නට හැකි පුද්ගලයකු නටන විට කෙනෙකු ඔහුගේ අතින් එකදිගට ඇදගෙන ඉන්නවා සේය; එවිට සුපුරුදු ලස්සනට නටන්නට බැරි වේ.

එනිසා, පෙරඅධියරයේ (එනම් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ) ඇති ඩීසී විදුලිය බ්ලොක් කර ස්පීකරය වෙතට සංඥාව පමණක් යැවීමට කැපෑසිටරයක් භාවිතා කළ යුතු වෙනවා. කැපෑසිටරය මෙවැනි අරමුණකින් යොදා ගන්නා විට ඊට ඈදුම් ධාරිත්‍රකය (coupling capacitor) යැයි කියනවා. මෙම කැපෑසිටරයේ අගය කොපමණ විය යුතුද? සරලව කියතොත් හැකි උපරිම ෆැරඩ් අගයක් යෙදුවට කමක් නැත. එහෙත් කැපෑසිටරයක අගය වැඩි වන විට එහි මිලද වැඩි වන නිසා, අපගේ අවශ්‍යතාවට ගැලපෙන අගයක් සෙයා ගත යුතුය. තවද, මෙම කැපෑසිටරයේ තිබිය හැකි අවම අගයක් නම් තිබෙනවා. ඊට වඩා අඩු අගයක් යෙදීම සුදුසු නොවේ. එම අගය මා මීට පෙර කැපෑසිටර් පාඩම්වල සඳහන් කර තිබෙන සූත්‍රයක් භාවිතා කර පහසුවෙන්ම සෙවිය හැකිය (එම පාඩම් නැවත බලන්න). ඒ ගැන නැවත කෙටියෙන් බලමු.

කැපෑසිටරයක් නිකංම ඒසී සංඥාවට තමන් හරහා යන්න දෙන්නෙ නැහැනෙ. ගමන් කරන සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය අනුව කැප් එක විසින් යම් ප්‍රතිරෝධයක් (ඊට ධාරිත්‍රක ප්‍රතිබාදය – capacitive reactance – X_C යැයි කියනවා) ඇති කරනවා. සංඛ්‍යාතය වැඩි වන විට ප්‍රතිබාදය අඩු වෙනවා. ප්‍රතිබාදය සොයන්නේ X_C = 1/(2πfC) යන සූත්‍රයට අනුවයි.

කප්ලිං කැප් එකක් ලෙස ධාරිත්‍රකයක් යොදන විට අපට කිසිසේත් අවශ්‍ය වන්නේ නැහැ ඒ හරහා ගමන් කරන සංඥාවට ප්‍රතිබාදයක් කැප් එක විසින් ඇති කරනවාට. එම ප්‍රතිබාදය හැකි තරම් අවම කළ යුතු වෙනවා. ඒ සඳහා අපට එක්කෝ සංඥා සංඛ්‍යාතය වැඩි කිරීමට සිදු වෙනවා; නැතිනම් කැප් එකේ කැපෑසිටන්ස් එක වැඩි කිරීමට සිදු වෙනවා. එහෙත් අපට බැහැ සංඥාවේ සංඛ්‍යාතය වැඩි කරන්නට. සංඥාව යනු සංඥාවයි; ඊට යම් සංඛ්‍යාතයක් තිබීම අවශ්‍ය නම් ඊට ඉඩ දිය යුතු වෙනවා අප විසින් අනවශ්‍ය කොන්දේසි නොදමා. එහෙත් අපට ඊට වඩා පහසුවෙන් කැප් එකේ ෆැරඩ් ගණන නම් වැඩි කිරීමට හැකියි නේද?

මෙවිට නැවත අප පිහිටන්නේ වර්ස්ට් කේස් සිනාරියෝ එක මතයි. ඒ කියන්නේ පරිපථයේ ගමන් කරන සංඥාවේ තිබිය හැකි (පුරෝකථනය කළ හැකි) අවම සංඛ්‍යාතයයි අප සලකන්නේ. අවම සංඛ්‍යාතයට පහසුවෙන් කැප් එක හරහා යා හැකි නම් ඊට වඩා ඉහල සංඛ්‍යාතයන්ට ඉතාම පහසුවෙන් යා හැකියිනෙ. එවිට, ඉහත සමීකරණයේ f ට ආදේශ කරන්නේ මෙම අවම සංඛ්‍යාතයයි.

අපට එම සමීකරණයෙන් සොයන්නට වෙන්නේ C අගයනෙ. එවිට X_C ට යම් සුදුසු අගයක් ආදේශ කළ විට සූත්‍රය පහසුවෙන්ම C = 1/(2πfX_C) ලෙසට C උක්ත කර අගයක් ලබා ගත හැකියි. X_C ට ආදේශ කරන අගය කුමක්ද? සංඥාව කැපෑසිටරය හරහා ගමන් කරන පසුඅධියරයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයට සමාන අගයකි.

මෙම උදාහරණයේ පසුඅධියරයේ ඉම්පීඩන්ස් අගය ඕම් 800ක් පමණ වේ. තවද, මෙම පරිපථය හරහා ගලා යන්නේ ශබ්ද තරංග වේ. එම පරිපථය ශ්‍රව්‍ය පරාසය (මිනිස් කනට ඇසෙන සංඛ්‍යාත පරාසය) තුල ක්‍රියාත්මක කරවන එකක් යැයි උපකල්පනය කළ හැකිය. එවිට, අවම සංඛ්‍යාතය හර්ට්ස් 20 ලෙස ගමු (ඊට වඩා වැඩි හර්ට්ස් ගණනක් ගත්තත් ගැටලුවක් නැත). දැන් අදාල අගයන් සූත්‍රයට ආදේශ කළ විට C = 1/(2x3.14x20x800) = 10μF ලැබේ. ඒ කියන්නේ මයික්‍රොෆැරඩ් 10ට අඩු කැප් එකක් යෙදිය නොහැකිය.

සටහන

ඇත්තෙන්ම ශබ්දය වර්ධනය කිරීමට යොදා ගන්නා සියලුම පෙරවර්ධක ශ්‍රව්‍ය පරාසය තුල පමණක් තිබීමට අවශ්‍ය නැත. විවිධ පර්යේෂණ සඳහා එම පරාසයෙන් පිටත ඇති ශබ්ද සඳහාද මෙවන් පරිපථයක් නිර්මාණය කළ හැකිය. ඒ ඕනෑම අවස්ථාවකදී ඔබට දැනුමක් පවතිනවා තමන් අරමුණු කරන ශබ්දයේ අවම හා උපරිම සංඛ්‍යාත පරාසය ගැන.

කැපෑසිටර්ද රෙසිස්ටර්වල මෙන්ම ඕනෑම අගයකින් ගත නොහැකිය. ඒ සඳහා E12 ශ්‍රේණිගත කැපෑසිටර් අගයන් ලබා ගන්න. එවිට 22μ අගයක කැපෑසිටරයක් යෙදිය හැකිය.

ශ්‍රව්‍ය පරාසයේ අවම සංඛ්‍යාතය ලෙස හර්ට්ස් 20 ගෙන ඉහත ආකාරයට කප්ලිං කැපෑසිටරයේ අගය සෙවිය හැකිය. හරියටම මෙම සංඛ්‍යාතයේදී, කැපෑසිටරය හරහා යන සංඥා ජවයෙන් හරියටම 50%ක් පමණයි අනෙක් පසට ගමන් කරන්නේ (කැපෑසිටර් පාඩම් කියවා බලන්න). හර්ට්ස් 20ට අඩු සංඛ්‍යාතයන් සහිත සංඥා කොටස්වල සංඛ්‍යාතය අඩු වේගෙන යන පැත්තට සීග්‍රයෙන් කපා හැරෙන අතර, හර්ට්ස් 20 ට වැඩි සංඛ්‍යාතයන් සහිත සංඥා කොටස් සංඛ්‍යාතය වැඩි වන පැත්තට අඩුවෙන් කපා දමමින් ඉක්මනින්ම “පොඩ්ඩසක්වත් කපා නොහරින” (ෆ්ලැට්) මට්ටමකට පත් වේ.

සටහන

ෆිල්ටර්වල ක්‍රියාකාරිත්වය ඉහත ආකාරයට ප්‍රස්ථාර වශයෙන් දක්වන විට තරමක විවිධත්වයක් තිබිය හැකිය. සිරස් අක්ෂය මඟින් වෝල්ටියතාව, ජවය, හෝ ඩෙසිබල් නිරූපණය කළ හැකිය. මේ අතරින් හැමවිටම වාගේ ඩෙසිබල් තෝරා ගැනේ. ඩෙසිබල් යනු ලඝු පරිමාණයක් නිසා, සිරස් අක්ෂයද ඒ අනුව ලඝු පරිමාණයෙන් පවතී. තිරස් අක්ෂය මඟින් සංඛ්‍යාතය නිරූපණය වේ. මෙම සංඛ්‍යාත (තිරස්) අක්ෂයද රේඛීය මෙන්ම ලඝු පරිමාණයෙන් දක්වා තිබීමට පුලුවන. විවිධත්වය ඇතත්, ඉහත රූපයේ දැක්වෙන ප්‍රස්ථාරයට සමාන ආකාරයක් දළ වශයෙන් හෝ ඒ සියලු ප්‍රස්ථාර තුල ඇත. ප්‍රස්ථාරවල අක්ෂ රේඛීය හා ලඝු වීමේදී ප්‍රස්ථාර හැඩයට සිදු වන වෙනස්කම් සරලව අවබෝධ කර ගත හැකි අතර, ඒ ගැන සොයා බලා දැනගන්න.

ඉහත ප්‍රස්ථාරයෙන්ද දැක්වෙන පරිදි කපැ හැරෙන සංඛ්‍යාතය අවටදී සංඥාවෙන් සැලකිය යුතු ජව ප්‍රමාණයක්ද කපා හැරෙනවා. උදාහරණයක් ලෙස, හර්ට්ස් 20 හා 100 අතරදිත් තරමක විශාල සංඥා ජව කොටසක් කපා හැරේ (හානි වේ). එය අපට වැලැක්විය හැකි නම් හොඳයි නේද මොකද අපට අවශ්‍ය කරන්නේ හර්ට්ස් 20ට වැඩි සියලු සංඛ්‍යාතයන් කිසිදු (හෝ සැලකිය යුතු තරමේ) හානියක් නැතිව ගලා යෑමටයි. මේ සඳහා බොහෝ පරිපථ නිර්මාණකරුවන් කරන දෙයක් තමයි කපා හැරීමේ සංඛ්‍යාතය හර්ට්ස් 20ටත් අඩුවෙන් තැබීමයි. උදාහරණ ලෙස, හර්ට්ස් 10 හෝ 5 ගත හැකිය. මෙවිට අවශ්‍යයෙන්ම කැපෑසිටරයේ අගය ඉහල යනවා. එහෙත් ඉහත ප්‍රස්ථාරයෙන් පැහැදිලි වන ලෙස, කපා හැරීමේ සංඛ්‍යාතයට වැඩි සංඛ්‍යාතයන්වලදී ප්‍රස්ථාරය වේගයෙන් පැතිලි (flat response) වන නිසා, හර්ට්ස් 20 පමණ වන විට බොහෝ අඩුවෙන් ජවය හානි වීමට පටන් ගනී.

කපා හැරීම් සංඛ්‍යාතය අවට සංඛ්‍යාතයන් සහිත සංඥා කොටස්වල ඇති වන විශාල ජව හානිය පමණක් නොවේ ෆිල්ටරයකින් අපට තිබෙන එකම අභියෝගය. සෑම ෆිල්ටරයක් විසින්ම ඊට යොමු වන සංඥා යම් කලා වෙනසකටත් ලක් කරනවා. හරියටම කපාහැරීමේ සංඛ්‍යාතයේදී මෙම කලා වෙනස අංශක 45කි. ඉහත රූපයේ මෙම කලා වෙනස අංශක +90ත් -90ත් අතර විචලනය වන අයුරුත් දක්වා තිබෙනවා. ප්‍රශ්නය වන්නේ කලා වෙනසම නොවේ; එම කලා වෙනස සංඛ්‍යාතය අනුව අඩු වැඩි වීමයි. සංඥාවක් යනු එකවර විවිධ සංඛ්‍යාතයන්ගේ මිශ්‍රනයක් වන බැවින්, එය සංඥා විකෘතියකට හේතු විය හැකිය. එය උපමාවකින් මෙසේ කිව හැකිය.

ඔබේ සිරුරට ලස්සන හැඩයක් තිබෙනවානෙ; ඊට හේතුව සිරුරේ සෑම අංගයකම විශාලත්වය සුදුසු අනුපාතවලින් තිබීමයි. සිතන්න ඔබේ ඔලුව කුඩා වී, කන් හා නාස විශාල වී, වම් අත කුඩා වී, ආදි ලෙස විවිධ අංගවල විශාලත්වයන් දැනට පවතින අනුපාතවලට වඩා වෙනස් අගයන්ගෙන් ලොකු කුඩා වී ඇතැයි කියා. එවිට ඔබව විකෘතියක් සේ පෙනේවි. එහෙත් සියලු අංග දැනට තිබෙන අනුපාතයම රැකගෙන ලොකු කුඩා වූවොත්, ඔබව ලොකුවට හෝ කුඩාවට පෙනේවි; නමුත් විකෘතියක් සේ නොපෙනේවි. එකිනෙකට වෙනස් සංඛ්‍යාත රොත්තකින් සැදුම්ලත් සංඥා ගැනද කියන්නට තිබෙන්නේ එයමයි.

මීටද ඇති විසඳුම තමයි කපාහැරීමේ සංඛ්‍යාතය ඉහත විස්තර කළ පරිදි අඩු කිරීම. ඉහත ප්‍රස්ථාරයෙන් පෙනෙනවා ෆිල්ටර් ප්‍රස්ථාරය පැතිලි කොටස තුල කලා වෙනස ඉතා කුඩා බවත්, කලා වෙනස වෙනස් වන්නේද ඉතා අඩු වශයෙන් බව (ඒ කියන්නේ කලා වෙනස පෙන්වන ප්‍රස්ථාරයද දළ වශයෙන් පැතිලි වී ඇත). ඉතිං, අප කළ යුත්තේ මෙම පැතලි කොටස හැකි තරම් අපට අවශ්‍ය (අවම) සංඛ්‍යාතයට ළං වන සේ පැවැත්වීමයි. එය කළ හැක්කේ (අවම) කපාහැරීමේ සංඛ්‍යාතය “සත්‍ය අවම සංඛ්‍යාතයට” වඩා ඉතා අඩුවෙන් ගෙන ගණනය කිරීමයි.

එනිසා, අපගේ පරිපථයේ සත්‍ය අවම සංඛ්‍යාතය වූ හර්ට්ස් 20 වෙනුවට ඊටත් අඩු සංඛ්‍යාතයක් වන හර්ට්ස් 5 යොදා ගෙන ගණනය කිරීම් සිදු කළ හැකිය. නැවතත් මතක් කර ගන්න අප කප්ලිං කැපෑසිටර් පරිපථයට යෙදුවේ හයිපාස් ෆිල්ටරයක් සෑදීමට නොවේ; පරිපථ අධියරවල බයස්/ඩීසී විදුලි එකිනෙකට මිශ්‍ර වී පරිපථය අවුල් වීම වැලැක්වීමටයි. එහෙත් කැපෑසිටරයට පසුව සම්බාදක අගයක් තිබෙන නිසා ඉබේම එතැන හයිපාස් ෆිල්ටරයක් සෑදුණි. හයිපාස් ෆිල්ටරයක් එතැනි ඉබේම සෑදුණු නිසා, අපට කැපෑසිටරයේ අවම ෆැරඩ් ගණන සෙවීමට සුදුසු සූත්‍රයක්ද ලැබුණි (එම සූත්‍රය යොදා ගෙනනෙ කැපෑසිටර් අගය සෙව්වේ).

කපාහැරීමේ සංඛ්‍යාතය හර්ට්ස් 5 ලෙස ගෙන ගණනය කළ විට, ධාරිත්‍රක අගය මයික්‍රොෆැරඩ් 40ක් පමණ වේ. එවිට ප්‍රායෝගික අගයක් වන 47 μF යොදා ගත හැකිය. මෙම කතාවට තවත් පැතිකඩක් තිබේ. එනම්, හර්ට්ස් 20 යනු මිනිස් කනට ඇසෙන පරාසයේ අවම සීමාව වේ. ක්‍රමයෙන් වයස වැඩි වන විට එම අවම සීමාව ඉහලට යයි (එනම්, වයස වැඩි අයට හර්ට්ස් 20ට ආසන්න අගයන් ඇසෙන්නේ නැත). තවද, සාමාන්‍ය මිනිස් කටහඬේද මෙවැනි අඩු සංඛ්‍යාතයන් අවම වේ. එනිසා, හර්ට්ස් 20 හා ඊට ආසන්න සංඛ්‍යාතයන් නොඇසුණා කියා එතරම් ගැටලුවක් ඇති නොවේ. ශ්‍රව්‍ය කලාපය තුල, එවැනි අඩු සංඛ්‍යාතයන්වල වැදගත්කම තිබෙන්නේ උසස් කොලිටියක් අවශ්‍ය වන සංගීතය සහිත අවස්ථාවලදීය. එනිසා, උසස් ශබ්ද ගුණාත්මයක් අවශ්‍ය තැන්වලදී 47 μF වැනි විශාල අගයක් සහිත කැපෑසිටර්ද, සාමාන්‍ය කොලිටියක් අවශ්‍ය තැන්වල 22 μF වැනි අගයක් තිබෙන කැපෑසිටරයක්ද යෙදිය හැකිය.

C_IN ගැනද කියන්නට තිබෙන්නේ එවැනිම දෙයකි. එමඟින්ද කරන්නේ පෙර හා පසු අධියර දෙකේ පවතින ඩීසී වෝල්ටියතාවන් එම පැතිවලම පවත්වාගෙන යමින් සංඥාවට පමණක් ගමන් කිරීමට ඉඩ දීමයි. එලෙසම C_OUT ද ගණනය කළ විට, 1/(2x3.14x20x1000) = 8μF ලැබේ. එ් සඳහාද 22μ කැපෑසිටරයක් යොදමු.

කැපෑසිටර් වර්ග ගණනාවක් තිබෙනවානෙ - මයිලර්, ඉලෙක්ට්‍රලිටික්, සෙරමික් ආදි ලෙස. මේ එක් එක් කැපෑසිටර් වර්ගවල විවිධ ගති ගුණ තිබේ. එනිසා එක් එක් අවස්ථාවලදී වඩා ගැලපෙන මෙන්ම නොගැලපෙන වර්ගය තෝරා ගැනීමට සිදු වේ. උදාහරණ ලෙස ඉලෙක්ට්‍රලිටික් කැපෑසිටර්වල ධාරිතාව ඉතා වැඩිය (එය වාසියකි); එහි කාන්දු ධාරාව ඉහලය (එය අවාසියකි). ඉතිං, අප මේ සලකා බලමින් සිටින්නේ ඕඩියෝ සංඥා ගමන් කරන පරිපථයක්නෙ. මෙවැනි යෙදුමක් සඳහා සෙරමික් කැපෑසිටර් කිසිසේත් හොඳ නැත. ඊට හේතුව සංඥාව තමන් හරහා යන විට, සෙරමික් කැපෑසිටර්වල කැපෑසිටන්ස්/ධාරිතාව සංඥා වෝල්ටියතාවට අනුව සියුම්ව විචලනය වේ; එමඟින් සංඥා විකෘතියක් ඇති වේ. මයිලර් කැපෑසිටර් මේ සඳහා උචිතය.

ඇත්තටම මයිලර් යනු යම් වෙළඳ නාමයක් වන අතර මෙම කැපෑසිටර්වල පොදු නාමය වනුයේ පොලියෙස්ටර් කැපෑසිටර් වේ. සෙල්සියස් අංශක 120කට ඉහල උෂ්නත්වයකදී එය පිලිස්සී යයි. රේඩියෝ සංඛ්‍යාත සංඥා සඳහා උචිත නැත. ඉලෙක්ට්‍රලිටික් කැපෑසිටර් මඟින්ද යම් සංඥා විකෘතියක් කළ හැකි වුවත්, මයිලර් යොදා ගැනීමට නොහැකි විට ඒවා යෙදිය හැකිය.

ඇත්තටම මෙම පරිපථයේ මයික් එකෙන් නිපදවෙන සංඥා ජවය කොපමණ පමණ වේද? එය ගණනය කළ හැකියි. මයික් එකෙන් නිපදවෙන සංඥාවේ උපරිම වෝල්ටියතාව 2mV ක් බව පැවසුවනෙ; පසුඅධියරයේ සම්බාදකය පෙර අධියරයට වඩා බෙහෙවින් වැඩි නිසා එම වෝල්ටියතාවෙන් අතිශය බහුතරය (සියල්ලම පාහේ) පසුඅධියරය වෙතට ගමන් කරයි. එම වෝල්ටියතාව නිසා ගමන් කරන ධාරාව මයික් එකේ අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධය හා ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් ඉම්පීඩන්ස් එක හරහා ගමන් කළ යුතු වෙනවා. එවිට ඕම් නියමය අනුව, මයික් එකෙන් ගලන උපරිම ධාරාව වන්නේ 2mV/(1000R + 200R) = 1.6μA පමණ වේ. දැන් p=vi යන සූත්‍රයට අනුව, මයික් එකෙන් ජනනය වන උපරිම සංඥා ජවය වන්නේ 1.6μ x 2mV = 3.2nW පමණ වේ.

මෙය උපරිම ජවයයි (එනම් වෝල්ටියතාවද උපරිම විට, එවිට ධාරාවද සමකලා බැවින් උපරිම වී, එම උපරිම අගයන් දෙකේ ගුණිතයයි). අවශ්‍ය නම් එම අගය rms අගයක් බවට පත් කළ හැකියි එම උපරිම ධාරා හා වෝල්ටියතා අගයන් දෙකේ rms අගයන් වෙන වෙනම සොයා ඒ දෙක එකිනෙකට ගුණ කළොත්. එවිට එම rms ජවය ලෙස, (1.6x0.707)x(2x0.707) = 1.6nW (rms) ලැබේ.

දැන් අපට තවත් අමතර ගැටලුවක් මතු වේ. මෙම අවස්ථාවේදී අප සැලකිය යුත්තේ උපරිම ජවයද නැතිනම් rms ජවයද? ඇත්තටම මෙම දෙකම සැලකිල්ලට ගත හැකිය. එහෙත් අපට ජවය ගැන අවංකම සත්‍යම අදහසක් ගැනීමට අවශ්‍ය නම් ගත යුත්තේ rms ජවයයි. මෙම ජවයන් දෙකෙහි වෙනස මුල් පාඩම්වල මා පෙන්වා දී තිබෙනවා. ඒ අනුව අපි නැනෝවොට් 1.6 යන අගය සලකමු. ජවයට පමණක් නොව, අවස්ථාව අනුව ධාරාවේ හා වෝල්ටියතාවේ උපරිම අගයද rms අගයද ගන්නේ යන්න ඔබටම තීරණය කළ හැකියි.

එවිට ට්‍රාන්සිස්ටරය විසින් එය 1.6nW x 18000 = 28.8μW දක්වා වර්ධනය කර ලබා දේවි (ආසන්න අගයට වැටයූ විට එය මයික්‍රොවොට් 29ක් ලෙස සලකමු). කෙසේ වෙතත්, මෙම මයික්‍රොවොට් 29ක ජවයම ස්පීකරයට සංක්‍රමණය නොවේ. ඒ ඇයි? (වර්ධිත සංඥාව ගැන පමණක් සලකන විට, ට්‍රාන්සිස්ටරය එම සංඥාව නිපදවන සංඥා ප්‍රභවය ලෙස සැලකිය යුතුය. එය සිහියේ තබා ගෙන පහත විස්තරය කියවන්න.)

ස්පීකරයේ හා කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරයේ අගයන් සමාන නිසා, ට්‍රාන්සිස්ටරය මඟින් වර්ධිත සංඥාවේ ධාරා ප්‍රමාණයෙන් දළ වශයෙන් අඩක් පමණයි ස්පීකරයට යන්නේ; ඉතිරි භාගය කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය හරහා ගමන් කරයි. අගයන් අසමාන වූවා නම්, එම ප්‍රතිරෝධ අගයන්ගේ අනුපාතයට ප්‍රතිලෝම සමානුපාතිකව මෙම අගයන් පිහිටයි (ධාරා බෙදුම් පරිපථය – current divider circuit). උදාහරණයක් ලෙස, කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය මෙන් දෙගුණයක් වේ නම් ස්පීකරයේ සම්බාදක අගය, එවිට ට්‍රාන්සිස්ටරයෙන් පිටවන සංඥා ධාරාවෙන් 1/(2+1) = 1/3 ක් ස්පීකරය හරහාද ඉතිර් 2/3 කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය හරහාද ගමන් කරාවි. එලෙසම, ස්පීකරයේ සම්බාදක අගය මෙන් 3 ගුණයක් කලෙක්ටර් රෙසිස්ටර් අගය වේ නම්, ¼ ක ධාරා ප්‍රමාණයක් කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය හරහා යන විට ඉතිරි ¾ ක ප්‍රමාණය ස්පීකරය හරහා ගමන් කරාවි.

එලෙසම, සංඥා වෝල්ටියතාවෙන් භාගයක් තමයි ස්පීකරයට යන්නෙත්. සංඥා (ඒසී) විදුලිය සඳහා, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් කොටසට කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය හා භාර ප්‍රතිරෝධකය යන දෙකම සමාන්තරගතව තිබෙන්නාක් සේ පෙනේ. එනිසානේ ඉහත ඡේදයේ විස්තර කළ පරිදි සංඥා ධාරාව එම රෙසිස්ටර් දෙක හරහා බෙදී යන්නෙත්. මෙම ප්‍රතිරෝධයේ අගය ඒ හරහා ගමන් කරන ධාරාවෙන් ගුණ කළ විට, එම රෙසිස්ටරය හරහා ඩ්‍රොප් වන වෝල්ටියතාව ලැබේ. එක් ප්‍රතිරෝධයක වෝල්ටියතාව සෙවීම ප්‍රමාණවත්ය; අනෙක් රෙසිස්ටරය දෙපස පිහිටන්නේත් මෙම වෝල්ටියතාවමනෙ. පහත රූපයෙන් මෙම විස්තර තවත් හොඳින් පැහැදිලි වේ. v_ce අගයත් මෙම සංඥා වෝල්ටියතාවටම සමාන වේ. (නැවත මතක් කර ගන්න මේ අප කතා කරන්නේ ඩීසී බයස් අගයන් නොව ඒසී සංඥාවේ වෝල්ටියතා/ධාරා ගැන පමණක් බව).

භාර ප්‍රතිරෝධය (ස්පීකරයේ සම්බාදක අගය) වෙනස් වන විට භාර ප්‍රතිරෝධය හරහා පිහිටන වෝල්ටියතාව වෙනස් වේ. එලෙසමයි කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරයේ අගය වෙනස් වන විටත්. එහෙත් කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය අපට දැන් වෙනස් කරන්නට බැහැනෙ; එතකොට ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බයස් එකත් වෙනස් වෙනවා.

ඉහත පැහැදිලි කළ ආකාරයට සම්බාදක ගැලපීම නිසා, සංඥා ධාරාව මෙන්ම සංඥා වෝල්ටියතාවද ස්පීකරයට (භාරයට) ගමන් කරන්නේ ට්‍රාන්සිස්ටරය තුල නිපදවූ ප්‍රමාණවලින් හරි අඩක් බැඟිනි. එවිට ස්පීකරයට ලැබෙන ජව ප්‍රමාණය වන්නේ ½ v_s x ½ i_s = ¼ (v_s.i_s) = ¼ p_s යන ප්‍රමාණයයි. ඒ කියන්නේ ට්‍රාන්සිස්ටරය තුල ඇති වන මුලු සංඥා ජවයෙන් (p_s ) කාලක් පමණ ප්‍රමාණයකුයි ඇත්තටම ස්පීකරයට සංක්‍රමණය වන්නේ.

මැක්සිමම් පවර් ට්‍රාන්ස්ෆර් න්‍යාය අනුව ¼ ක් නොව, ½ ක් නේද පෙරඅධියරයෙන් පසුඅධියරට යා යුත්තේ සම්බාදක සමාන විට? ඇත්තෙන්ම අධියර දෙක සම්භාදක දෙකක් මඟින් ආදර්ශනය කළ හැකි විට, මැක්සිමම් පවර් ට්‍රාන්ස්ෆර් න්‍යාය ඒ කියපු ලෙසටම අදාල වේ. එහෙත් අපගේ පරිපථය බලන්න. ට්‍රාන්සිස්ටරයෙන් පිටවන සංඥා ධාරාව ස්පීකරයට මෙන්ම කලෙක්ටර් ප්‍රතිරෝධය හරහාද බෙදී ගමන් කරන්නට සිදු වේ; ධාරාව අර්ධයක් වේ. එනිසා සාමාන්‍ය මැක්සිමම් පවර් ට්‍රාන්ස්ෆර් න්‍යායෙන් ලැබුණු අගය නැවත ½ ක් බව පත් වේ.

මා මෙම පරිපථය පරිගනක සිම්‍යුලේෂන් ප්‍රෝග්‍රෑම් එකක් මඟින් විශ්ලේෂනය කර බැලුවා භාර ප්‍රතිරෝධ අගයට විවිධ අගයන් ආදේශ කරමින්. එවිට එම පරිපථය ක්‍රියාත්මක වීමේදී ලැබුණු දත්ත කිහිපයක් පහත දක්වා තිබෙනවා. ඉහත විස්තර කළ කරුණු මෙම දත්ත තුලත් දක්නට ලැබෙනවා නේද? භාර ප්‍රතිරෝධය වෙනස් වන විට භාරය හරහා වෝල්ටියතාව හා ධාරාව වෙනස් වන හැටිත්, භාර වෝල්ටියතාවට සමාන වෝල්ටියතාවක් හැමවිටම කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය හරහා පිහිටන හැටිත් බලන්න. තවද, භාර ප්‍රතිරෝධයේ බලපෑමෙන් ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් කොටස නිදහස්ය; එනිසයි i_b, v_b, p_i යන ඒකක වෙනස් නොවී තිබෙන්නේ. එලෙස, මෙම වගුවෙන් තවත් රටා මතු කර බලන්න.

සටහන

පරිගනක තාක්ෂණය දියුණු නැති කාලේ පරිපථ නිර්මාණය කරන විට, සෛද්ධාන්තිකව සැලසුම් කළ පරිපථය ඇත්තටම වැඩ කරනවාද යන්න සොයා බැලීමට තිබුණු එකම ක්‍රමය වූයේ එය පරිපථයක් ලෙස සාදා බැලීමයි. ඉන්පසු මල්ටිමීටර්, ඔසිලොස්කෝප් වැනි ටෙස්ටිං උපකරණ යොදා ගෙන එම පරිපථයේ එක් එක් තැන්වල පවතින විභවයන් හා ධාරාවන් මැනිය හැකි වූවා.

එම පරිපථයේ යම් යම් උපාංග වෙනස් කරන විට පරිපථය කෙසේ හැසිරේදැයි සොයා බැලීමට අවශ්‍ය වූ විට, එක් එක් උපාංගය ("කෑල්ල") පරිපථයෙන් ගලවා අලුත් “කෑලි” සවි කර කර නැවත නැවත එකම ක්‍රියාවලිය සිදු කිරීමට අවශ්‍ය වූවා.

බැලූබැල්මටම මෙම පැරණි ක්‍රමය මුදල් මෙන්ම කාලය හා ශ්‍රමයද බොහෝ වැය වන ක්‍රමයක් බව අමුතුවෙන් කිව යුතු නොවේ. එහෙත් දැන් මෙම සම්පූර්ණ ක්‍රියාවලිය අපට සිදු කළ හැකියි පරිගනකයක් ඇසුරින්. ඒ සඳහාම නිපදවූ පරිගනක වැඩසටහන් තිබෙනවා. එවැනි වැඩසටහන් නොමිලේ මෙන්ම මුදලටද ලබා ගත හැකියි.

එහිදී, පරිගනක වැඩසටහනේ අපගේ පරිපථය අඳිනවා/සැලසුම් කරනවා. ඉන්පසු එම පරිපථය ක්‍රියාත්මක කරන්න (රන් කරන්න) යැයි උපදෙස් දෙනවා. පරිගනක වැඩසටහන තුල තිබෙනවා අවශ්‍ය ගණිත සූත්‍ර හා ආකෘති සෑම ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංගයක් සඳහාම. එමඟින් ඊට හැකියාව තිබෙනවා විදුලිය ඒ ඒ උපාංගවලට යෙදෙන විට කුමක් සිදු වේදැයි ගණනය කරන්නට. ඉතිං පරිපථයක් යනු ඉලෙක්ට්‍රොනික් උපාංග ගොන්නක එකතුවක් නිසා, එම පරිගනක වැඩසටහනට හැකියි සමස්ථ පරිපථ ක්‍රියාකාරිත්වය පරිගනකය මත “මවන්නට”. යම් ප්‍රායෝගික ක්‍රියාකාරිත්වයක් පරිගනක වැඩසටහනක් මඟින් පරිගනකය තුල “මවා පෙන්වීම” simulation යන වචනයෙන් හඳුන්වනවා.

සිම්‍යුලේෂන් නිසා පරිපථ නිර්මාණය ඉතා පහසු, ඉක්මන්, ලාබදායි වී තිබෙනවා. පරිපථය ඇත්තටම කෑලි යොදා ගෙන නිර්මාණය කිරීමට පෙර පරිගනකයෙන් බැලිය හැකියි එහි සමස්ථ ක්‍රියාකාරිත්වය ගැන. වියදම් අධික උපාංග වැරදීමෙන් පිලිස්සී යෑමද ඉන් වැලකෙනවා. කෙසේ වෙතත් මෙවන් සිම්‍යුලේෂන් එකකින්ම බැහැ 100%ක්ම ප්‍රායෝගිකව නිවැරදි පරිපථයක් සාදන්නට. එහෙත් නිවැරදි උපක්‍රම හා විධික්‍රම භාවිතා කරනවා නම්, ඉතාම නිවැරදිව එය කළ හැකිය.

බලන්න භාර ප්‍රතිරෝධය වෙනස් වන විට පරිපථය තුල සංඥා වෝල්ටියතාවන් හා ධාරාවන් වෙනස් වන හැටි. භාරය හරහා පවතින සංඥා ජව ප්‍රමාණය උපරිම වන්නේ පෙර හා පසු සම්බාදක අගයන් සමාන වන අවස්ථාවේදීය. ඒ කියන්නේ මැක්සිමම් පවර් ට්‍රාන්ස්ෆර් න්‍යාය මෙහිදිත් වලංගු වේ; නමුත් ජවයෙන් භාගයක් වෙනුවට ¼ ක් පමණයි ගමන් කරන්නේ. ඉහත දත්ත ප්‍රස්ථාර ගත කළ විට උපරිම ජව සංක්‍රමණය වන අවස්ථාව පහත රූපයේ ආකාරයට දැක්විය හැකිය.

මෙහිදී වැදගත් දෙයක් සිහි තබා ගත යුතුය. එනම්, කලෙක්ටරය හරහා ධාරාවන් දෙකක් ගමන් කරන බවයි. එකක් නම් ඩීසී/නිවාත ධාරාවයි. අනෙක සංඥා ධාරාවයි. ඩීසී ධාරාව කැපෑසිටරය හරහා ගමන් කරන්නේ නැහැනෙ. එනිසා, නිවාත ධාරාව හැමවිටම කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරය හරහා විත්, CE හරහා ගොස් එමිටරයෙන් භූගතයට ගමන් කරයි. එහෙත් සංඥා ධාරාව අර කියූ ලෙස R_CE හා R_L දෙක හරහාම අඩක් බැඟින් බෙදී ගමන් කරයි.

අවසානයේදී ස්පීකරයෙන් ඇත්තටම ශබ්ද තරංග ලෙස පිටවන්නේ මයික්‍රොවොට් ට්‍රාන්සිස්ටරයෙන් පිටවන ජවයෙන් ¼ ක් වන 28.8μW x ¼ = 7.2μW ක් පමණය. සිම්‍යුලේෂන් මඟින් ලැබෙන දත්ත හා අප අතින් ගණනය කර ලබා ගත් අගයන් අතර සුලු වෙනස්කම් පවතී (එය සාමාන්‍ය දෙයකි). ඉන් 38dB SPL /1 meter පමණ සැරක් සහිත ශබ්දයක් පිට වේවි. එය අප සාමාන්‍යයෙන් කතා කරන විට නැගෙන සැරට වඩා අඩු සැරකි.

සටහන

ස්පීකරයක විදුලි ජවය හා ශබ්ද ජවය අතර සම්බන්දය

මයික්‍රොවොට් 1ක් යනු ඉතා කුඩා ජවයක් නේද? යම් විද්‍යුත් සංඥාවක ජවය මයික්‍රොවොට් 1ක් නම්, එම කුඩා සංඥා ජවය ස්පීකරයක් වෙත යොමු කළ විට ඉන් අපට ශබ්ද තරංගවලින් (එනම්, යාන්ත්‍රික තරංග වශයෙන්) මයික්‍රොවොට් 1ක් ලැබේවිද? නැත. ඊට හේතුව, ස්පීකර් යනු ඉතාම ආකාර්යක්ෂම උපකරණයකි. ස්පීකරයකට ඉන්පුට් කරන වොට් ගණනින් 5%ක් වැනි ඉතා කුඩා ප්‍රමාණයකුයි ශබ්ද තරංග බවට පත් වන්නේ; ඉතිරි 95% තාපය වශයෙන් ස්පීකරය තුල හානි වේ.

මේ අනුව ඉහත උදාහරණයේදී ස්පීකරය වෙතට යොමු වන ජවයෙන් 5%ක් වන 7.2μW x 5/100 = 0.26μW වැනි ජව ප්‍රමාණයක් තමයි ඇත්තටම ශබ්දය බවට පත් වන්නේ. නිකමට සිතා බලන්න මයික්‍රොවොට් 1ක ශබ්ද තරංගයක් කොතරම් විශාල/සැර/ප්‍රබල ශබ්දයක් වේවිද? ඒ ගැන හැඟීමක් දළ වශයෙන් ගත හැකිය.

ඇත්තටම ස්පීකරයකින් ඇසෙන ශබ්දය කෙබඳුදැයි වැටහීමක් ගැනීමට සාධක කිහිපයක්ම පවතී. එම ස්පීකරය තිබෙන පරිසරයේ/කාමරයේ තිබෙන බිත්ති හා සීලිංවල තත්වය, ස්පීකරයේ කොලිටිය, පරිපථයේ කොලිටිය, සංඥා සංඛ්‍යාතය ආදිය බලපායි. එහෙත් අප දැන් බලාපොරොත්තු වන්නේ ස්පීකරයට දෙන විදුලි ශක්තියෙන් කොතරම් ශබ්ද තරංග ශක්තියක් ලැබේදැයි දළ වශයෙන් සෙවීමටයි (අනෙක් සාධක සැලකිල්ලට නොගෙන).

ස්පීකරයක වැදගත් දත්ත අතර තිබෙන තවත් වැදගත් දත්තයක් තමයි ස්පීකරයේ සංවේදිතාව (sensitivity). ස්පීකරයක් සම්බන්දයෙන් සංවේදිතාව යනු ඊට දෙන විදුලි වොට් ගණනින් කොපමණ ශබ්ද තරංග ප්‍රමාණයක් ලැබේද යන්නයි. එය අර්ථ දක්වා තිබෙන්නේ යම් ස්පීකරයකට වොට් 1ක ජවයෙන් යුතු කිලෝහර්ට්ස් 1ක සංඛ්‍යාතයෙන් යුතු විදුලි සංඥාවක් යොමු කළ විට, ස්පීකරයේ සිට හරි කෙලින් මීටර් 1ක් දුරින් ඉන් පිටවන ශබ්දයේ සැර (loudness) කොතරම්ද යන්නයි. මෙම සැර dB SPL නම් ඩෙසිබල් ආශ්‍රිත ඒකකයෙන් මැනේ. මේ පිළිබඳ වැඩි විස්තරයක් අතිරේකයේ ඇත. මෙම දත්තය තුලට ඉහත කතා කළ ස්පීකරයේ කාර්යක්ෂමතාව (එනම්, විදුලි ජවයෙන් කොපමණ ශබ්ද තරංග ජවයක් ඇති කෙරෙන්නේද යන්න) ඇතුලත් වේ.

උදාහරණයක් ලෙස අපි සිතමු 90 dB SPL /1W /1 m (මීටරයකට වොට් එකකට ඩෙසිබල්) සංවේදිතාවක් සහිත ස්පීකරයක් භාවිතා කරනවා කියා. ඒ කියන්නේ මෙම ස්පීකරයට වොට් 1ක විදුලි සංඥාවක් දුන් විට ඉන් ඩෙසිබල් 90ක ශබ්දයක් ලැබේ. ඩෙසිබල්වලින් මැනෙන නිසා ඩෙසිබල් ගැන දැනුමක් තිබීම වැදගත් වේ. තිබෙන විදුලි ශක්තිය (වොට් ගණන) දැන් තිබෙන ප්‍රමාණයට වඩා දෙගුණයකින් වැඩි කරන විට ශබ්දයේ සැර වැඩි වන්නේ 3dB කිනි. එලෙසම විදුලි වොට් ගණන දෙගුණයකින් අඩු වන විට, ශබ්දයේ සැර අඩු වන්නේද -3dBකිනි.

ඒ අනුව, මෙම ස්පීකරයෙන් ඊට ලැබෙන ඕනෑම විදුලි වොට් ගණනක් සඳහා පිට කරන ශබ්දය ගණනය කළ හැකියි. දෙගුණයකින් අඩු කළ විට (එනම් 500mW ක් සඳහා), ශබ්දයේ සැර 90 – 3 = 87db ක් ලැබේ. තවත් දෙගුණයකින් අඩු කළ විට (250mW සඳහා), ශබ්දයේ සැර 87 – 3 = 84db ක් ලැබේවි. ඒ ආදි ලෙස බලන විට, මයික්‍රොවොට් 1ක් සඳහා මෙම ස්පීකරයෙන් ඩෙසිබල් 30ක් වේවි. ජවය 1000කින් 1 පංගුවක් බවට පත් වන විට, ශබ්දයේ සැර ඩෙසිබල් 30කින් අඩු වේ යැයි මතක තබා ගන්න. අප සලකා බැලූ උදාහරණයේදී 7.2μW ක විදුලි ජවයකට ශබ්දයේ සැර ස්පීකරයේ සිට මීටර් 1ක දුරින් සිට අසන විට 38dB SPLක් පමණ වේවි.