ඉලෙක්ට්‍රෝනික්ස් IV (Electronics) - 17

එමිටර් රෙසිස්ටරය යෙදීමෙන් ධාරා වර්ධනය වෙනස් නොවන නිසා, එය β ලෙසම පවතී. ධාරා වර්ධනය හා වෝල්ටියතා වර්ධනයත් දැන් දන්නා නිසා, ඒ දෙක එකිනෙකට ගුණ කළ විට ජව වර්ධනය ලැබේ.

එමිටර් රෙසිස්ටරයක් යෙදූ කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේ පවතින ට්‍රාන්සිස්ටරයක අවුට්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය කොපමණද? එය එමිටර් රෙසිස්ටරයක් නැති කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේ පවතින අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගයෙන් වෙනස් නොවේ; එනම් R_C ම වේ. ඇත්තටම මේ ගැන (එනම් කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේ ට්‍රාන්සිස්ටරයක අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් අගය ගැන) යමක් කිව යුතුය. පහත විස්තරය එමිටර් රෙසිස්ටරයක් දැමූ හා නොදැමූ අවස්ථා දෙකටම අදාල වේ.

යම් වින්‍යාසයක ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් හා අවුට්පුට් ඉම්පිඩන්ස් ගැන කතා කරන්නේ සංඥා (ඒසී) විදුලිය පදනම් කර ගෙනය. “බේස්-එමිටර් කොටස” තුල අභ්‍යන්තරයේ යම් ප්‍රතිරෝධයක් පවතී; එය තමයි r_e ලෙස ගත්තේ. එලෙසම, “බේස්-කලෙක්ටර් කොටස” තුලද අභ්‍යන්තරයේ යම් ප්‍රතිරෝධයක් පවතී (r_c). මෙම r_c අගයත් අප පිටින් සවි කරන්නක් නොව, ට්‍රාන්සිස්ටර් ක්‍රියාකාරිත්වය නිසා ඉබේම හට ගන්නා එකකි. එහි ඕම් අගය මෙගාඕම් ගණනකි (සෛද්ධාන්තිකව එහි ඕම් අගය අනන්තයකි).

අධියර දෙකක් අතරේ සංඥාවක් ගලා යන විට, අවුට්පුට් ඉම්පීඩන්ස් යනු පසුඅධියරයේ සිට පෙරඅධියරය දෙස බලන විට, පසුඅධියරයට පෙනෙන/දැනෙන පෙරඅධියරයේ සමස්ථ ප්‍රතිරෝධයයි. මෙවිට, අප විසින් සවි කරන කලෙක්ටර් රෙසිස්ටරයක්ද සහිත කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේ කලෙක්ටර් අග්‍රය දෙස පසුඅධියරයේ සිට බලන විට සංඥා විදුලි ධාරාව ගලා යන්නේ පහත රූපයේ ආකාරයට බෙදී යමිනි. විදුලි ධාරාවක් බෙදී ගමන් කරන විට, එතැන ඇත්තේ සමාන්තරගත සම්බන්දයක්නෙ (r_c // R_C ලෙස සමාන්තරගත සම්බන්දයක් // මඟින් සංඛේතවත් කෙරේ “එකතු කිරීම” + යනුවෙන් සංඛේතවත් කරන්නා සේ).

ඉතිං, අතිදැවැන්ත ඕම් අගයක් සහිත r_c සමඟ එතරම් විශාල අගයක් නොවන R_C සමාන්තරගතව පවතින විට, කුඩා ඕම් අගය එහි සමක අගය ලෙස ගත හැකියිනෙ (r_c >> R_C නිසා R_C // r_c ≈ R_C වේ). අන්න එලෙසයි කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී අවුට්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය R_C ට සමාන වන්නේ.

සටහන

ඉහත විස්තරය තුල මා r_c ලෙස සටහන් කළ ප්‍රතිරෝධයම ඉහත රූපයේ මා සටහන් කර ඇත්තේ r_o ලෙසයි. ඔබ කියවන පොතපතෙහිද මේ ආකාර දෙකෙන්ම එම ප්‍රතිරෝධය දක්වා තිබිය හැකිය. r_c ලෙස සටහන් කරන විට එය කෙලින්ම කලෙක්ටර් අග්‍රය ආශ්‍රිතව පවතින ප්‍රතිරෝධයක් බව පැහැදිලි වේ. එහෙත් r_o ලෙස පවතින විට ඉන් කියන්නේ output resistance එකක් බවයි. කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී මේ දෙකම එකයි. එහෙත් අප ඉහත සාකච්ඡාව තුල “අවුට්පුට් රෙසිස්ටන්ස්” යනු r_c හා R_C දෙකෙහිම සමක අගය ලෙසයි ගත්තේ. මෙම පටලැවිල්ල විසඳන්නේ කෙසේද?

ඇත්තටම, ට්‍රාන්සිස්ටරය තනිව (වෙනත් භාහිර උපාංග හා සම්බන්ද නොකර) සලකන විට, එහි අවුට්පුට් රෙසිස්ටන්ස් අගය r_o ලෙස තමයි සලකන්නට සිදු වන්නේ. වෙනත් රෙසිස්ටර් භාහිරින් සම්බන්ද කරන්නේ නැහැනෙ. එහෙත් R_C පිටින් සවි කරන විට, එම r_o ප්‍රතිරෝධය ඉහත රූපයේ ආකාරයට R_C සමඟ සමාන්තරගත වේ. එවන් පරිපථයක දැන් සමක ප්‍රතිරෝධයක් පවතී. කෙසේ වෙතත් මේ පටලැවිල්ල මතු වන්නේ නැහැ r_o වෙනුමට r_c ලෙස සටහන් කරන ක්‍රමය භාවිතා කරන විට.

ඇත්තටම එමිටර් රෙසිස්ටරයක් සවි කිරීමෙන් ලැබෙන වාසි මොනවාද? එමිටර් රෙසිස්ටරයක් සවි කිරීම නිසා පරිපථයට ඇති වන තත්වය emitter degeneration කියා හඳුන්වනවා. ඩිජෙනරේෂන් යන වචනය ඇසෙන විට, එතැන නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් තිබෙන බව හැඟවෙනවා. ඒ කියන්නේ එමිටර් රෙසිස්ටරය නිසා පරිපථයේ නෙගටිව්/ඩිජෙනරේටිව් ෆීඩ්බැක් ඇති වෙනවා. පරිපථයට ලැබෙන වාසි සියල්ල අත් වන්නේ මෙම නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් එක නිසාය. මතකද ෆීඩ්බැක් ගැන කතා කරන විට සඳහන් කළා නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් නිසා සංඥා වර්ධනය අඩු විය හැකි වුවත්, ඉන් විශාල වාසි ගණනාවක් ලැබෙනවා කියා? බයිපාස් කැපෑසිටරයක් යොදා ගනිමින් සංඥා හායනය වීමේ දෝෂයද මඟ හරවා ගන්නා හැටි අප දැන් දන්නවා.

එමිටර් රෙසිස්ටර් එක ඍජුවම ට්‍රාන්සිස්ටරයේ අවුට්පුට් එකට සම්බන්ද නැත. එහෙත් අවුට්පුට් ධාරාව (එනම් කලෙක්ටර් ධාරාව) තමයි එමිටර් ධාරාව ලෙසත් R_E හරහා ගලා යන්නේ. එම ධාරාව නිසා එමිටරය දෙපස වෝල්ටියතාවක් පාතනය වේ. පහත ඡේදයේ හිඟි කෙරෙන පරිදි එම වෝල්ටියතාව තමයි ඉන්පසු ට්‍රාන්සිස්ටර් වර්ධකයේ ඉන්පුට් කොටසට ලැබෙන්නේ. ඒ කියන්නේ මෙම ෆීඩ්බැක් එකේදී, කරන්ට් එකයි සාම්පල් කරන්නේ (එනම්, කරන්ට් සාම්ප්ලිං ක්‍රමය මෙහි පවතී).

කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී බේසයට ලැබෙන සංඥා ධාරාව බේස්-එමිටර් සන්ධිය/කොටස හරහා ගොස්, එමිටර් අග්‍රයෙන් එලියට විත් භූගත වේ. ඉතිං, එම සංඥාවට දැන් ශ්‍රේණිගතව පවතින r_e හා R_E හරහා යෑමට සිදු වේ. ඒ කියන්නේ එමිටර් රෙසිස්ටරය (R_E) ට්‍රාන්සිස්ටරයේ ඉන්පුට් කොටසේ අංගයක්ව පවතී; එය පවතින්නේ ශ්‍රේණිගතවද වේ. ඒ අනුව, මෙම එමිටර් රෙසිස්ටරය හරහා පාතනය වන වෝල්ටියතාව ඉන්පුට් කොටසට ඍජුවම බලපානවා (එසේත් නැතිනම්, එමිටර් රෙසිස්ටරය දෙපස පාතනය වන වෝල්ටියතාව ඉන්පුට් කොටසට ලැබෙනවා යැයිද පැවසිය හැකියි). එය සීරීස් මික්සිං ක්‍රමයයි (වෝල්ටියතාවක් මිශ්‍ර කරන විට එය සීරීස් මික්සිං ලෙසනෙ හඳුනා ගන්නේ; ෆීඩ්බැක් පාඩමේ මේ ගැන කතා කළා).

එනිසා, R_E මඟින් ඇති කරන්නේ කරන්ට් සීරීස් ෆීඩ්බැක් එකකි. දැක්කද මෙතැන මහා ලොකුවට ෆීඩ්බැක් පරිපථ කොටසක් නැත. අඩුම ගානේ බැලූබැල්මට මෙතැන ෆීඩ්බැක් සිදු වන බවක්ද එකවර නොපෙනේ. ෆීඩ්බැක් පාඩමේදිත් මා සඳහන් කළ පරිදි තනි රෙසිස්ටරයකින් එය පහසුවෙන්ම සිදු කළ හැකියි. දැන් මෙම ෆීඩ්බැක් එක නෙගටිව් කියා දැනගන්නේ කෙසේද? එයත් පහසුවෙන් සොයා ගත හැකියි.

අවධානය යොමු කරන්න එමිටර් රෙසිස්ටරයක් යෙදූ කොමන් එමිටර් පරිපථයක් වෙත. V_CC අගය වැඩි වීම නිසා හෝ වෙනත් කරුණක් නිසා හෝ කලෙක්ටර්/එමිටර් ධාරාව එහි සැලසුම් කළ නිවාත අගයෙන් ඉහලට යනවා යැයි සිතමු. එම ධාරාව එමිටර් රෙසිස්ටරය හරහා භූගතයට යන නිසා, එමිටර් රෙසිස්ටරයේ උඩ + ලෙසත් එහි පහල – (හෝ භූගතය) ලෙසත් පවතිනවා. එ් කියන්නේ ට්‍රාන්සිස්ටරයේ එමිටර් අග්‍රයේ පවතින්නේ යම් ධන විභවයක්. එමිටර් ධාරාව දැන් වැඩි වීම නිසා, එමිටර් වෝල්ටියතාවද වැඩි වී ඇත.

V_B = V_E + V_BE නිසා හා බයස් කිරීම මඟින් V_B නියතව පවත්වා ගන්නා නිසා, V_E වැඩි වීම V_BE අඩු වීමට හේතු වේ. ඒ කියන්නේ එමිටර්-බේස් සන්ධියේ පෙරනැඹුරුව අඩු වේ. ඒ අනුව එමිටර් ධාරාව වැඩි වන විට සිදු වන්නේ සන්ධියේ පෙරනැඹුරුව අඩු වීමයි. එවිට, ට්‍රාන්සිස්ටර් ක්‍රියාවට එය බලපායි. එනම්, V_BE වෝල්ටියතාව අඩු වීම බේස් ධාරාවේ අඩු වීමකට හේතු වී, එම අඩු වෙච්ච බේස් ධාරාව β අගයෙන් ගුණ වී ලැබෙන්නේද පෙරට වඩා අඩු කලෙක්ටර්/එමිටර් ධාරාවකි. ඒ කියන්නේ ෆීඩ්බැක් එක නිසා අවුට්පුට් වන සංඥාව අඩු වී ඇත. එය නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් එකක ලක්ෂණයයි.

සටහන

යම් මොහොතක ඉන්පුට් කරන සංඥාව 2 mV යැයි සිතමු. එය 100 ගුණයකින් වර්ධනය වෙනවා යැයි සැලකුවොත්, 200 mV ක් අවුට්පුට් වේ. එම අවුට්පුට් වෝල්ටියතාවෙන් 0.1% නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් කරනවා නම්, එම මොහොතේදී ඉන්පුට් සංඥාවේ අලුත් අගය වන්නේ (2 – 0.2) mV = 1.8 mV වේ. අවශ්‍ය නම්, මෙම ප්‍රතිශතය අවුට්පුට් වෝල්ටියතාවේ ප්‍රතිශතයක් ලෙස නොව, ඉන්පුට් වෝල්ටියතාවේ ප්‍රතිශතයක් ලෙසද පැවසිය හැකිය. ඒ අනුව, ඉන්පුට් වෝල්ටියතාවේ ප්‍රතිශතයක් ලෙස ෆීඩ්බැක් වන්නේ 10%ක ප්‍රතිශතයකිනි (2 mV කින් 10%ක් යනුත් 0.2 mV වේ) . 200 mV ක අවුට්පුට් සංඥාව නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් වීම නිසා දැන් 1.8 mV x 100 = 180 mV දක්වා අඩු වී ඇත; (200 – 180)/200 = 10% කින්.

මේ අනුව, නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් එකකදී, ඉන්පුට් සංඥාව යම් ප්‍රතිශතයකින්/අනුපාතයකින් අඩු කිරීමක් පමනක් සිදු වේ. මෙම අඩුවන ප්‍රතිශතය/අනුපාතය අපට අවශ්‍ය ප්‍රමාණයට සකස් කර ගත හැකියි. උදාහරණයක් බලමු. කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී එමිටර් රෙසිස්ටරයක් නැතිව, කලෙක්ටර් රෙසිස්ටර් අගය කිලෝඕම් 1 ද, r_e අගය ඕම් 10ද නම්, එහි වෝල්ටියතා වර්ධනය -1000/10 = -100 වේ. එහෙත් දැන් ඊට ඕම් 100ක එමිටර් රෙසිස්ටරයක් යෙදුවේ නම්, A_V = -R_C/R_E යන සූත්‍රය අනුව, නව වෝල්ටියතා වර්ධනය -1000/(100+10) = -9 වනු ඇත. ඒ කියන්නේ වර්ධනය දළ වශයෙන් 11 ගුණයකින් අඩු වී ඇත.

ඉතිං R_E මඟින් නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් සිදු වන බව දැන් පැහැදිලිය. ඩිකප්ලිං කැප් යොදා සංඥාව ෆීඩ්බැක් වීම සාමාන්‍යයෙන් නවතා දමනවා. R_E යෙදීමෙන් අත්වන වාසි ගැන බලමු.

R_E යෙදීම නිසා පරිපථයේ වෝල්ටියතා වර්ධනය තීරණය කිරීමේදී එය වැදගත් සාධකයක් බවට පත් වේ (A_V = -R_C/R_E). එය හොඳ තත්වයකි මොකද එවිට වර්ධනය සම්පූර්ණයෙන්ම තීරණය වන්නේ අපගේ අභිමතය පරිදි යොදා ගන්නා රෙසිස්ටර් අගයන් දෙකක් මතයි. එය නොතිබුණේ නම්, වෝල්ටියතා වර්ධනය තීරණය වනු ඇත්තේ -R_C/r_e මඟිනි. මෙහි R_C යනු අප විසින් යොදන රෙසිස්ටරයක් නිසා එහි පාලනය තිබෙන්නේ පරිපථය නිර්මාණය කරන කෙනා අතේය. එහෙත් r_e හි අගය උෂ්ණත්වය හා තවත් සාධක මත වෙනස් වේ. ඔබ මීට පෙර දුටු r_e = 25/I_E (mA) යන “අහිංසක” සමීකරණය වලංගු වන්නේ උෂ්ණත්වය දළ වශයෙන් සෙල්සියස් 27දී පමණ වන බව මීට පෙරත් මා පෙන්වා දුන්නා (මෙම සමීකරණයේ සත්‍යම ස්වරූපය ගැන දෙවැනි අතිරේකයේ විස්තර වේ); උෂ්නත්වය විචලනය වන විට r_e අගයත් විචලනය වේ.

තවද, වෝල්ටියතා වර්ධනය β මතද රඳා පවතී. A_V = -R_C/r_e යන සමීකරණයෙන් β සාධකය එකවර නොපෙනුනත්, වෝල්ටියතා වර්ධනය සොයන වෙනත් සූත්‍රයකින් β සාධකය එහි පවතින බව පෙන්වා දිය හැකිය. ඉතිං, එමිටර් රෙසිස්ටරයක් දැමූ විට, සැලකිය යුතු ප්‍රමාණයකින් උෂ්නත්වය විචලනයට හා β විචලනයට වර්ධකය අසංවේදී වේ.

පරිපථයක් සාර්ථකව නිර්මාණය කිරීමේදී එහි අත්‍යවශ්‍ය සියලු සාධක අපට හොඳින් පාලනය කළ හැකි විය යුතුය. උෂ්නත්වයට හෝ වෙනත් දෙයක් අනුව එම සාධක වෙනස් වන්නේ නම් පරිපථය අප බලාපොරොත්තු වන ක්‍රියාකාරී මට්ටමින් ඔබ්බට යාවි.

මෙහි තවත් වාසියක් වන්නේ ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය ඉහල යෑමයි. r_e ට වඩා හැමවිටම වාගේ R_E අතිවිශාල වන අතර, කොමන් එමිටර් වින්‍යාසයේදී ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය (β+1)(R_E+r_e) ≈ β(R_E+r_e) ≈ βR_E වේ. ඒ කියන්නේ එමිටර් රෙසිස්ටර් අගය β වලින්ද ගුණ වී තවත් විශාල අගයක් සේ දැනේ. පෙරඅධියරයට වඩා පසුඅධියර ඉම්පිඩන්ස් අගය විශාල වීම සුදුසු නිසා R_E මඟින් අපට වාසියක් ලැබී ඇත.

R_E යෙදීම මඟින් අත් වන තවත් වාසියක් ඇත; එනම් පරිපථ කොටස් දෘඪ වීමයි. එමිටර් රෙසිස්ටරයක් නැති විටදී, ට්‍රාන්සිස්ටරයේ බේසය මත තිබිය යුත්තේ 0.7 V පමණ වෝල්ටියතාවක්නෙ. බේසය මත ඇති මෙම කුඩා නිවාත බේස් වෝල්ටියතා අගය සංඥා ප්‍රභවයෙන් එන සංඥා වෝල්ටියතාවට සාපෙක්ෂව එතරම් විශාල නොවිය හැකිය.

සංඥාව යනු ඒසී විදුලියක් ලෙසත් නිවාත අගයන් යනු ඩීසී විදුලියක් ලෙසත් සලකන අතර, සංඥා විදුලිය විචලනය වීම මඟින් නිවාත අගයන් විචලනය වීම හැකි තරම් අවම කළ යුතුය. ඊට අදාල පරිපථ කොටස stiff (දෘඪ) කරනවා යැයි කියනවා. තවත් විදියකට එය කියතොත්, ට්‍රාන්සිස්ටරයක නිවාත අගයන් සෙට් කරන පරිපථ කොටස් වෝල්ටියතා ප්‍රභව (වෝල්ටේජ් සෝස්) හෝ ධාරා ප්‍රභව (කරන්ට් සෝස්) ලෙස පවත්වා ගෙන යා යුතුය; ඉන් හැඟවෙන්නේ පසුඅධියර කොටසේ ඉම්පිඩන්ස් අගය විචලනය වීම මඟින් තමන් එම පරිපථ කොටස්වල පවතින ස්ථාවර වෝල්ටියතා හෝ ධාරා වෙනස් නොවිය යුතු බවයි.

එය උපමාවකින් මෙසේ කිව හැකිය. ඔබ ගාව රුපියල් 100ක් තිබේ නම්, ඉන් රුපියල් 20ක් යාචකයකුට දීමෙන් ඔබට දැනෙන වෙනසක් ඇති වේ (100 කින් 20ක් කියන්නේ දැනෙන ප්‍රමාණයක්නෙ). එහෙත් දැන් ඔබ සතුව රුපියල් ලක්ෂයක් තිබේ නම්, ඉන් රුපියල් 20ක් දීම ඔබට දැනෙන්නේ නැත. ඉතිං යාචකයකුට මුදලක් දුන් විට ඉන් තමන්ට නොදැනෙන තරමට “පොහොසත්කමක්” තිබීම වැදගත් නේද?

එය පරිපථ නිර්මාණය කිරීමේ යම් රීතියකි. ට්‍රාන්සිස්ටර්වලදී මෙම කොන්දේසිය සපුරා ගත හැකි හොඳම ක්‍රමයක් නම්, සංඥා විදුලියට සාපේක්ෂව නිවාත විදුලි අගයන් හැකි තරම් විශාලව තැබීමයි. එනම්, සංඥාව ස්මෝල් සිග්නල් පැත්තට බර කරනවා.

උදාහරණයක් ලෙස, එය සිදු කිරීමට තමයි අප විභව බෙදුම් බයස් ක්‍රමය යොදා ගැනීමේදී බේස් ධාරාවට වඩා 10 ගුණයක පමණ ධාරාවක් බේස් රෙසිස්ටර් දෙක හරහා යෑමට සලස්වන්නේ. මෙමඟින් බයස් රෙසිස්ටර් පද්ධතිය, ධාරාව සඳහා දෘඪ කිරීම සිදු වේ. ඉතිං, එය තවත් දෘඪ කිරීමට හැකියිනෙ බේස් රෙසිස්ටර් යුගලය හරහා බේස් ධාරාව මෙන් 10 ගුණයක නොව 100 ගුණයක හෝ දහස් ගුණයක ධාරාවක් යෑමට සැලැස්වීමෙන්. ඔව් එසේ කළ හැකි නම් හොඳයි; එහෙත් මෙහි තවත් නරක පැත්තක්ද තිබේ. එනම්, රෙසිස්ටරයක් හරහා ධාරාවක් යවන විට ඉන් තාපය උත්සර්ජනය කරයි; එය විදුලි නාස්තියක් පමනක් නොව අමතර තාපය ජනනය වීමක්ද වේ. ධාරාවේ වර්ගයෙන් එම තාප උත්සර්ජනය සිදු වේ (P = I²R අනුව). ඒ අනුව ධාරාව දෙගුණයකින් වැඩි කරන විට තාප උත්සර්ජනය එහි වර්ගය වන 4 ගුණයකින්ද, ධාරාව 10 ගුණයකින් වැඩි කරන විට තාප උත්සර්ජානය 10² = 100 ගුණයකින් ආදී ලෙස ඉතා සීග්‍රයෙන් වැඩි වේ. එනිසයි බේස් ධාරාව මෙන් 10 ගුණයක් වන සේ තබා තිබෙන්නේ.

පරිපථයක අවශ්‍යතාවට වඩා වැඩිපුර ධාරාවන් ගලා යෑම හැකි තරම් අවම කළ යුතුය (එමඟින් අනවශ්‍ය තාප උත්සර්ජනයන් නවතා ගත හැකිය). වියලි කෝෂ (බැටරි) භාවිතා කරන්නේ නම්, එමඟින් වැඩි කාලයක් බැටරි පාවිච්චි කළ හැකි වේවි.

එයත් පරිපථ නිර්මාණය කිරීමේදී සැලකිලිමත් විය යුතු තවත් රීතියකි. නිවාත බයස් ධාරාව සඳහා එම පරිපථ කොටස එසේ දෘඪ වුවත් නිවාත බයස් වෝල්ටියතාව එමඟින් තවමත් දෘඪ වී නැත. සංඥා වෝල්ටියතාව 10 mV නම්, බේසය මත පවතින නිවාත වෝල්ටියතාවේ ප්‍රතිශතයක් ලෙස එය (10 mV /700 mV) x 100 = 1.43% කි. ප්‍රායෝගික වශයෙන් බලන විට මෙම ප්‍රතිශතය 10%ට බොහෝ අඩු නිසා මෙම උදාහරණයේදී නම් සංඥාවට සාපෙක්ෂව බේසය දැනටමත් හොඳ දෘඪතාවක් පෙන්වයි.

එමිටර් රෙසිස්ටරයක් සවි කරන විට වෝල්ටියතාව සඳහාද බයස් රෙසිස්ටර් කොටස තවත් දෘඪ වේ. එමිටර් රෙසිස්ටරය නිසා එමිටර් අග්‍රය මත යම් ධන වෝල්ටියතාවක් පිහිටන අතර, එම අගයට තවත් 0.7 V ක වෝල්ටියතාවක් එකතු වී (V_B = V_E + V_BE අනුව), බේස් අග්‍රය මත වෝල්ටියතාව දැන් ඉහල යයි. මෙවිට බේසය හා භූගතය අතර සවි කරන බයස් රෙසිස්ටරය දෙපස වැඩි වෝල්ටියතාවක් ඩ්‍රොප් වේ. එමිටර් රෙසිස්ටරය දැමූ පසු සංඥා වෝල්ටියතාවට සාපේක්ෂව බේසය මත නිවාත වෝල්ටියතාව ප්‍රතිශතයක් ලෙස (10 mV / 2200 mV) x 100 = 0.45% කි. ඒ කියන්නේ තිබුණාට වඩා බොහෝ ස්ටිෆ් වී ඇත.

පහත රූපය බලන්න. ඉහත කතා කළ බොහෝ කරුණු මෙම වගුව තුල දැක ගත හැකියි. විවිධ බේස් ධාරාවන් හා විවිධ β අගයන් සඳහා ගණනය කර ලබා ගත් අගයන් එහි ඇත. එහි සමක අගය යන තීරුවෙන් පෙන්වන්නේ R_down හා R_up යන බේස් බයස් රෙසිස්ටර් යුගලයේ සමක ප්‍රතිරෝධයයි. (සමක අගය) // r_in යන තීරුවෙන් කියන්නේ එම රෙසිස්ටර් යුගලයේ සමක අගය ට්‍රාන්සිස්ටර් ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අගය සමඟ සමාන්තරගතව සාදන සමක අගයයි (මෙම අගය තමයි සංඥා ප්‍රභවයට සත්‍ය ලෙස දැනෙන්නේ).

එමිටර් රෙසිස්ටරයක් යෙදූ විට සංඥා ප්‍රභවයට දැනෙන සමස්ථ සමක අගය ඉහල ගොස් ඇති බව ඉහත වගුවෙන් පෙනේ. වගුවේ අවසානයට ඇති තීරුවෙන් කියන්නේ බේස් බයස් රෙසිස්ටර් යුගලයේ සමක අගය හා ට්‍රාන්සිස්ටර් ඉන්පුට් ඉම්පිඩන්ස් අතර අනුපාතයයි. මෙම අනුපාතය වැඩියි නම්, ඉන් කියන්නේ ට්‍රාන්සිස්ටර් ඉන්පුට් කොටස මඟින් බයස් රෙසිස්ටර් යුගලය මත සර්කිට් ලෝඩිං කරන බවයි. එය යහපත් තත්වයක් නොවේ.

සංඥා ගමන් කරන පරිපථ මාර්ගය දිගේ තිබෙන පරිපථ කොටස් අතර තිබිය යුතු වැදගත් සම්බන්දතාවක් තිබේ. එනම්, පෙරඅධියරයේ (මුල් පරිපථ කොටසක) ඉම්පිඩන්ස් අගයට වඩා පසුඅධියරයේ (පසු පරිපථ කොටසක) ඉම්පිඩන්ස් අගය විශාල විය යුතුය. එවිටනෙ සංඥා වෝල්ටියතාව ඉතා හොඳින් ඉදිරියට යන්නේ.

බේස් බයස් රෙසිස්ටර් හරහා යන ධාරා ප්‍රමාණය වැඩි කළොත් එමඟින් බයස් රෙසිස්ටර් අගයන් අඩු වී, සර්කිට් ලෝඩිං තත්වයද යහපත් වේ. මෙවිට සමක අගය තීරුවේ අගයන්ද අඩු වේ; තාප උතසර්ජනයද වැඩි වේ. බේස් ධාරාව මෙන් 10 ගුණයක ධාරාවක් බේස් බයස් රෙසිස්ටර් හරහා යන ලෙසයි ඉහත වගුවේ අගයන් ගණනය කර තිබෙන්නේ. උදාහරනයක් ලෙස, එය 20ගුණයක් (දැනට පවතින මට්ටමින් දෙගුණයක්) කළ විට, අර අනුපාතය තවත් අඩු වී සර්කිට් ලෝඩිං තත්වය (දැනට තිබෙන මට්ටමට වඩා) දෙගුණයකින් අඩු වේ.

අවාසනාවකට මෙන්, එමිටර් රෙසිස්ටරය යෙදීමෙන් සර්කිට් ලෝඩිං තත්වය අයපහත් අතට හැරී තිබේ. ට්‍රාන්සිස්ටරයේ β අගය වැඩි වන්නට වන්නට එය තව තවත් බරපතල වන බවද පෙනේ. යම් විචලනයක්/සාධකයක් වෙනස් කරන විට එය සමහර පැතිවලට හොඳින්ද තවත් සමහර පැතිවලට නරකින්ද බලපානවා. එනිසා වඩා ප්‍රශස්ථ මට්ටමකට පරිපථය අගයන් තැබීමටයි උත්සහ කළ යුත්තේ.

 

කිසියම්ම හෝ හේතුවක් නිසා (හැබැයි සංඥාව නිසා නොව), කලෙක්ටර් ධාරාව ඉහල හෝ පහල ගියොත් ඉන් පරිපථයේ නිවාත අගයන් විශාල ලෙස එහා මෙහා යෑම අඩු වෙනවා R_E යෙදීම මඟින් (100%ක්ම නැති නොවේ). පෙර විස්තර කළ ලෙසට, කලෙක්ටර් ධාරාව ඉහල ගියොත් නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් මඟින් කලෙක්ටර් ධාරාව ට්‍රාන්සිස්ටරය විසින් ඉබේම අඩු කෙරේ. එලෙසම, කලෙක්ටර් ධාරාව වැඩි වන විට ඊට විරුද්ධ දේ සිදු වේ. ඒ කෙසේද?

කලෙක්ටර් ධාරාව අඩු වන විට, එමිටර් රෙසිස්ටරය හරහාද එම අඩු වෙච්ච ධාරාව ගමන් කිරීම හේතුවෙන්, එමිටර් රෙසිස්ටරය දෙපස පාතනය වූ වෝල්ටියතාව දැන් අඩු වේ. V_B = V_E + V_BE අනුව, එවිට V_BE අගය ඉහල යයි. එමඟින් බේස් ධාරාව ඉහල යන අතර, එම වැඩි වෙච්ච බේස් ධාරාව β අගයෙන් ගුණ වීමෙන් කලෙක්ටර් ධාරාවද තිබුණට වඩා වැඩි අගයක් ගනී. ඒ කියන්නේ ඉස්සෙල්ලා (මොකක් හරි හේතුවක් නිසා) අඩු වෙච්ච කලෙක්ටර් ධාරාව දැන් ෆීඩ්බැක් එකෙන් වැඩි විය.

ඉහත ඡේද දෙකෙහි විස්තර කළ දේම සංඥාව සඳහාත් සිදු වෙනවා බයිපාස් කැප් යොදන්නේ නැතිනම්. ඇත්තටම සංඥාව සඳහාද යම් තරමක නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් එකක් සිදු වීම වාසියකි. එහෙත් එම වාසිය හොඳින්ම ලබා ගන්නේ ලාජ් සිග්නල් වර්ධක විසිනි. අප මේ කතා කරමින් සිටින ස්මෝල් සිග්නල් වර්ධක හෙවත් පෙරවර්ධක සඳහා එම වාසිය එතරම් වැදගත් නොවේ. එම වාසිය වන්නේ සංඥා වර්ධකයේ අරේඛීය ස්වභාවය (non-linearity) අඩු කිරීමයි. මෙහිදී යම් ප්‍රමානයක නෙගටිව් ෆීඩ්බැක් කිරීමක් සංඥාවටද සිදු කරයි. එය කරන ආකාර දෙකක් ඇත. මා දන්නවා එසේ කීවාට ඔබට එය තේරෙන්නේ නැත. එහෙත් පසුවට අප ලාජ් සිග්නල් වර්ධක සැලසුම් කරන විට, මේ ගැන ඉතා හොඳින් සාකච්ඡා කරමු.

Thermal Runaway

තර්මල් රනවේ (තාපික පලායෑම) යනු ට්‍රාන්සිස්ටර්වලට තාපය නිසා ඇතිවන එක් අහිතකර තත්වයකි. එනම්, ට්‍රාන්සිස්ටරය ක්‍රියාකාරී වෙමින් පවතින විට එය ක්‍රමයෙන් රත් වේ. ට්‍රාන්සිස්ටර් ඇතුලු ඕනෑම උපාංගයක් රත් විය හැකි උපරිම අගයක් තිබේ. එම අගය ඩේටාෂීට් එකේ සටහන් කර ඇත. සුදුසු උපක්‍රම යොදා එම උපරිම උෂ්නත්වයට අඩුවෙන් එම උපාංග හැමවිටම පවත්වාගෙන යා යුතුය (ඒ සඳහා විවිධ උපක්‍රම ඇත). එහෙත් තාපික පලායෑම යටතේ අප කතා කරන්නේ එවන් ප්‍රශ්නයක් නොවේ.

පිලිස්සී යන තරමට අධික උෂ්නත්වයකට පත් නොවූවත්, ට්‍රාන්සිස්ටරයක උෂ්නත්වය ඉහල යන්නට යන්නට එය β අගයට බලපායි; r_e අගයටත් බලපායි. උෂ්ණත්වය ඉහල යන විට β අගය ඉහල යයි. බීටා අගය නියතව ඉහල අගයක්ව පැවතීම වාසියක් වුවත් මෙලෙස උෂ්නත්වය අඩු වැඩි වන වන වාරයට β ද අඩු වැඩි වීම සංඥා විකෘතියකට හේතු වෙනවා. නිවාත අගයන් මෙන්ම සංඥාවද වෙනස් වෙනවා β වෙනස් වීමෙන්.

උදාහරණයක් ලෙස, නිවාත අගයන් තීරණය කරන විට කලෙක්ටර් ධාරාව β වලින් බෙදීමෙන්නෙ අප බේස් ධාරාව තීරණය කළේ. ඉතිං, උෂ්නත්වය වැඩි වීම නිසා β අගය වැඩි වීමෙන් බේස් ධාරාව මෙම වැඩි වෙච්ච β අගයෙන් ගුණ වී සැලසුම් කළ ප්‍රමාණයට වඩා වැඩි නිවාත කලෙක්ටර් ධාරාවක් ලැබේ. එවිට කලෙක්ටර් වෝල්ටියතාව පහල ගොස් සංඥාවේ පහල කොටස් ක්ලිප් විය හැකිය.

ඒ විතරක්ද නොවේ, උෂ්ණත්වය වැඩි වීමෙන් β වැඩි වී එමඟින් කලෙක්ටර් ධාරාව වැඩි වේ. කලෙක්ටර් ධාරාව වැඩි වීම නිසා පෙරටත් වඩා ට්‍රාන්සිස්ටරය රත් වේ. ට්‍රාන්සිස්ටරය පෙරටත් වඩා රත් වීම නිසා එම උෂ්ණත්ව වැඩි වීම මඟින් β අගය ආයෙත් වැඩි වේ. මෙය චක්‍රයක් සේ දිගින් දිගටම සීඝ්‍රයෙන් සිදු වේ. තාපික පලායෑම කියන්නේ මෙන්න මෙම විෂම චක්‍රයටයි. ඉතා ඉක්මනින්ම ට්‍රාන්සිස්ටරයට දැරිය හැකි උපරිම උෂ්ණත්වයට ළං වී ට්‍රාන්සිස්ටරය ඉන් පිලිස්සී යාවි.

එනිසා උෂ්ණත්වයට ට්‍රාන්සිස්ටරය හැකි තරම් අසංවේදී කරවිය යුතුය. එය සිදු කරන ඉතා හොඳම ක්‍රමය නම් අප ඉහතදී කතා කළ එමිටර් රෙසිස්ටරයක් යෙදීමයි. බලන්න එමිටර් රෙසිස්ටරයකින් කොතරම් වාසි ලැබෙනවාද?

එමිටර් රෙසිස්ටරයෙන් තාපික පලායෑම අවම කරන්නේ කෙසේද යන්න දැන් ඔබටම තර්ක කර බැලිය හැකි විය යුතුය. කෙසේ වෙතත් මා එය කෙටියෙන් විස්තර කරන්නම්. උෂ්ණත්වය ඉහල යෑම නිසා β අගය ඉහල යනවා යැයි සිතමු. එවිට කලෙක්ටර් ධාරාව ඉහල යයි. එමඟින් එමිටර් රෙසිස්ටරය හරහා ඩ්‍රොප් වන වෝල්ටියතාවද වැඩි වී එමිටර් වෝල්ටියතාව වැඩි කරයි. ඉන් V_BE අගය අඩු වී, බේස් ධාරාවද එමඟින් අඩු වේ. දැන් β අගය වැඩි වුවද, බේස් ධාරාව අඩු වී ඇති නිසා වැඩි වෙච්ච β හා අඩු වෙච්ච බේස් ධාරාව එකිනෙකට ගුණ වීමෙන් ලැබෙන කලෙක්ටර් ධාරාව නැවත අඩු වේ. ඒ කියන්නේ β වැඩි වීමෙන් වැඩි වූ කලෙක්ටර් ධාරාව නැවත අඩු වී යථා තත්වයට පත් වේ. එමඟින් අමතරව ට්‍රාන්සිස්ටරය රත් වීම වැලකී ගොස් විෂම චක්‍රයද නවතී.

උෂ්ණත්වය අඩු වුවොත් ඉහත ක්‍රියාවලියේ විලෝමය සිදු වී නිවාත අගයන් වෙනස් වීම අවම කරයි. උෂ්ණත්වය අඩු වීමෙන් β අඩු වී එමඟින් කලෙක්ටර් ධාරාවද අඩු වේ. එවිට එමිටර් රෙසිස්ටරයේ දෙපස ඩ්‍රොප්වන වෝල්ටියතාව අඩු වී එමිටර් වෝල්ටියතාවද අඩු වේ. එමඟින් V_BE අගය වැඩි වී, ඉන් බේස් ධාරාව වැඩි වේ. වැඩි වෙච්ච බේස් ධාරාව අඩු වෙච්ච β මඟින් ගුණ වීමෙන් කලෙක්ටර් ධාරාව තිබූ නිවාත මට්ටමට නැවත එස වේ.

අප මෙතෙක් කතා කළේ ස්ථිර බයස් ක්‍රමය යොදා ගෙන පොදු විමෝචක වින්‍යාසයේ පෙරවර්ධක පරිපථයක් නිර්මාණය කරන අයුරුය. ඒ සමඟම පරිපථ සැලසුම්කරණයේදී වැදගත් වන බොහෝ කරුණුද අප සොයා බැලුවා. දැන් බලමු අනෙක් ප්‍රචලිත බයස් ක්‍රම දෙකත් යොදා ගෙන පරිපථ සැලසුම් කරන අයුරු.

ඊට පෙර සාරාංශගත කරමු ස්ථිර බයස් ක්‍රමයේ තිබෙන දෝෂ කුමක්ද කියා. අප නිර්මාණය කරන පරිපථ එම ගණනය කිරීම් අනුවම ක්‍රියාකාරි වේ නම් කුමන බයස් ක්‍රමය යොදා ගත්තත් එතරම් ගැටලුවක් ඇති නොවේ. එහෙත් උෂ්ණත්වය ආදී සාධක නිසා පරිපථය ක්‍රියාකාරිව තිබියදී එහි නිවාත අගයන් සේම ට්‍රාන්සිස්ටරයේ සමහර පරාමිතින් එහා මෙහා විචලනය වේ. තවද, කලෙක්ටර් ධාරාව සැලසුම් කළ අගයට වඩා එහා මෙහා යන විටත් නිවාත අගයන් හා සමහර ට්‍රාන්සිස්ටර් පරාමිතින් විචලනය වේ. ෆික්ස්ඩ්/ස්ථිර බයස් ක්‍රමයේදී මෙම විචලනයන් තනිවම පාලනය කළ නොහැකිය.

කෙසේ වෙතත් ස්ථිර බයස් ක්‍රමය ඉතා සරලය. බයස් කිරීමට අවශ්‍ය උපාංග ගණනද අඩුය. තවද, ස්මෝල් සිග්නල් වර්ධක සඳහා නිවාත අගයන් තරමක් එහා මෙහා ගියාට එතරම් ප්‍රශ්නයක්ද නැත. එමිටර් රෙසිස්ටරයක් යෙදීමෙන් පරිපථය ස්ථාවර කර ගතද හැකිය. එනිසා ස්ථිර බයස් ක්‍රමයත් තවමත් භාවිතා වේ විශේෂයෙන් ස්මෝල් සිග්නල් වර්ධක සඳහා.