ප්රතිසම පෙරහන් නිර්මාණ ශිල්පීය ක්රම
ඉලෙක්ට්රොනික ලෝකයේ, තවදුරටත් සැකසීමට පෙර සංඥා වර්ණාවලි හැඩගැස්වීම, පිරිසිදු කිරීම සහ පාලනය කිරීම සඳහා ඇනලොග් පෙරහන් තීරණාත්මක කාර්යභාරයක් ඉටු කරයි. ඩිජිටල් යුගයේ ආධිපත්යය තිබියදීත්, ශ්රව්ය සහ උපකරණවල සිට විදුලි සංදේශනය දක්වා සහ පාලන පද්ධති දක්වා බොහෝ යෙදුම්වල ඇනලොග් පෙරහන් අත්යවශ්ය වේ - මන්ද ඒවා ප්රමාදය සැකසීමකින් තොරව තත්ය කාලීනව ක්රියාත්මක වන අතර ආරම්භයේ සිටම ශබ්දය මැඩපැවැත්වීම සඳහා පරිපථයක ඉදිරිපස කෙළවරේ තැබිය හැකිය. මෙම ලිපිය ප්රායෝගික ඇනලොග් පෙරහන් සැලසුම් ශිල්පීය ක්රම සාකච්ඡා කරයි: මූලික සංකල්ප සහ ස්ථාන විද්යාව තේරීමේ සිට පොදු සැලසුම් පියවර දක්වා.
1. ඇනලොග් පෙරහන් පිළිබඳ මූලික සංකල්පය
ඇනලොග් පෙරහනක් යනු නිශ්චිත සංඛ්යාත පරාසයක් තුළ සංඥා සම්ප්රේෂණය කිරීමට සහ එම පරාසයෙන් පිටත සංඛ්යාත දුර්වල කිරීමට නිර්මාණය කර ඇති පරිපථයකි. ඒවායේ සංඛ්යාත ප්රතිචාරය මත පදනම්ව, ඇනලොග් පෙරහන් වර්ග කිහිපයකට බෙදා ඇත:
1. අඩු-පාස් පෙරහන (LPF): අඩු සංඛ්යාත පසුකර ඉහළ සංඛ්යාත දුර්වල කරයි.
2. අධි-පාස් පෙරහන (HPF): ඉහළ සංඛ්යාත පසුකර අඩු සංඛ්යාත දුර්වල කරයි.
3. බෑන්ඩ්-පාස් පෙරහන (BPF): කලාපයට පහළින් සහ ඉහළින් දුර්වල කරමින්, නිශ්චිත සංඛ්යාත කලාපයක් පසු කරයි.
4. බෑන්ඩ්-ස්ටොප් / නොච් ෆිල්ටරය: ඇතැම් පටු බෑන්ඩ් ප්රතික්ෂේප කරයි (උදා: 50/60 Hz).
5. සියලුම-පාස් පෙරහන: සාපේක්ෂව නියත විස්තාරය, නමුත් අදියර වෙනස් කරයි (අදියර වන්දි සඳහා ප්රයෝජනවත්).
ප්රධාන පෙරහන් පරාමිතීන් අතරට කැපුම් සංඛ්යාතය (fc), ලාභය, රැළිය (පාස්බෑන්ඩ් හි තරංග ආයාම), නැවතුම් කලාප දුර්වල කිරීම සහ පෙරහන් අනුපිළිවෙල (රෝල්-ඕෆ් බෑවුම තීරණය කරයි) ඇතුළත් වේ. සාමාන්යයෙන්, අනුපිළිවෙල වැඩි වන තරමට සංක්රාන්තිය තියුණු වේ, නමුත් පරිපථය වඩාත් සංකීර්ණ වේ.
2. සැලසුම් පිරිවිතර තීරණය කරන්න
හොඳ නිර්මාණ ශිල්පීය ක්රම සෑම විටම පැහැදිලි පිරිවිතරයන්ගෙන් ආරම්භ වේ. ස්ථලකයක් තෝරා ගැනීමට පෙර, තීරණය කරන්න:
– පාස්බෑන්ඩ්: රැළි ඉවසීම ඇතුළුව සම්මත කළ යුතු සංඛ්යාත පරාසය.
– නැවතුම්පළ: දුර්වල කිරීමේ ඉලක්කය (උදා: -40 dB) ඇතුළුව, අඩු කළ යුතු පරාසය.
– සංක්රාන්ති සංඛ්යාතය: පාස්බෑන්ඩ් සහ නැවතුම්බෑන්ඩ් මායිම් අතර දුර. එය පටු වන තරමට, අවශ්ය අනුපිළිවෙල ඉහළ වේ.
- ප්රභව සහ පැටවුම් සම්බාධනය: නිෂ්ක්රීය පෙරහන් සඳහා සහ පැටවීම වළක්වා ගැනීම සඳහා වැදගත් වේ.
– සංරචක සීමාවන්: R, C අගයන් ලබා ගැනීමේ හැකියාව, ඉවසීම, ප්රමාණය, පිරිවැය සහ op-amp සීමාවන් (ක්රියාකාරී පෙරහන් සඳහා).
උදාහරණයක් ලෙස, ශ්රව්ය යෙදුම් සඳහා, ඔබට 20 kHz fc, අඩු රැළි සහ අඩු විකෘති කිරීම් සහිත LPF එකක් අවශ්ය විය හැකිය. උපකරණ සඳහා, ප්රධාන සංඥාවට බාධා නොකර විදුලි ශබ්දය ඉවත් කිරීම සඳහා ඔබට 50 Hz නොච් එකක් අවශ්ය විය හැකිය.
3. ප්රතිචාර ආසන්න කිරීම තෝරා ගැනීම: බටර්වර්ත්, චෙබිෂෙව්, බෙසෙල්
කදිම පෙරහන් ප්රතිචාරය ලබා ගැනීමට නොහැකි බැවින්, සම්මත ආසන්න කිරීමේ ශ්රිතය භාවිතා වේ:
– බටර්වර්ත්: උපරිම පැතලි පාස්බෑන්ඩ්. ශ්රව්ය සහ පොදු කාර්ය යෙදුම් සඳහා සුදුසු වේ. සංක්රාන්තිය එකම අනුපිළිවෙලින් චෙබිෂෙව් තරම් තියුණු නොවේ.
– චෙබිෂෙව්: තියුණු සංක්රාන්තිය, නමුත් පාස්බෑන්ඩ් (චෙබිෂෙව් I) හෝ නැවතුම්බෑන්ඩ් (චෙබිෂෙව් II) හි රැළි ඇත. ඉහළ තේරීමක් අවශ්ය විට සුදුසු වේ.
– බෙසල්: ආසන්න රේඛීය අවධිය සහ හොඳ තාවකාලික ප්රතිචාරය (කුඩා අතිරික්තය). ස්පන්දන සංඥා, උපකරණ සහ ඇතැම් ප්රති-අන්වර්ථකරණය සඳහා සුදුසු වේ.
ආසන්න කිරීමේ තේරීම බොහෝ විට ප්රමුඛතාවය මත රඳා පවතී: පැතලි විස්තාරය, තේරීම් හැකියාව හෝ අදියර රේඛීයතාව.
4. පෙරහන් අනුපිළිවෙල සහ වේදිකා ව්යුහය (කැස්කැඩින්)
පෙරහන් අනුපිළිවෙල රෝල්-ඕෆ් බෑවුම තීරණය කරයි: සෑම අනුපිළිවෙලකටම ආසන්න වශයෙන් 20 dB/දශකයක් (හෝ 6 dB/අෂ්ටකයක්) එකතු වේ. උදාහරණයක් ලෙස, දෙවන පෙළ පෙරහනක් ආසන්න වශයෙන් 40 dB/දශකයක් එකතු කරයි. ප්රායෝගිකව, ඉහළ පෙළේ පෙරහන් සාමාන්යයෙන් ඉදිකරනු ලබන්නේ පළමු හෝ දෙවන පෙළ අදියර කිහිපයක් (ද්විපාර්ශ්වික) කැස්කැඩ් කිරීමෙනි. මෙය සුසර කිරීම සහ සංරචක තේරීම සරල කරයි.
සාමාන්ය පියවර:
1. දුර්වල කිරීමේ සහ සංක්රාන්ති පිරිවිතරවල අවම අනුපිළිවෙල තීරණය කරන්න.
2. එය 2 වන අනුපිළිවෙල අදියර කිහිපයකට කඩා දමන්න + අවශ්ය නම් 1 වන අනුපිළිවෙල අදියරක්.
3. වගුව හෝ ගණනය කිරීමේ ප්රතිඵල අනුව එක් එක් අදියර (Q සහ ω0) සඳහා පරාමිතීන් සකසන්න.
5. නිෂ්ක්රීය පෙරහන් එදිරිව ක්රියාකාරී පෙරහන්
නිෂ්ක්රීය පෙරහන
ඇම්ප්ලිෆයර් නොමැතිව R, L සහ C භාවිතා කරයි. වාසි: අඩු ශබ්දය, බල සැපයුමක් අවශ්ය නොවේ, ඉහළ සංඛ්යාතවලදී ක්රියා කළ හැකිය. අවාසි: විශාල/මිල අධික ප්රේරකය, අදියර අතර පැටවීම සහ ලාභය ලබා ගැනීමේ අපහසුතාව.
RF, සම්බාධන ගැලපීම හෝ අධි බල යෙදුම්වල බහුලව භාවිතා වේ.
ක්රියාකාරී පෙරහන
op-amp + R සහ C (ප්රේරකයක් නොමැතිව) භාවිතා කිරීම. වාසි: කුඩා ප්රමාණය, පහසු ලාභ පාලනය, ඉහළ ආදානය සහ අඩු ප්රතිදාන සම්බාධනය. අවාසි: සීමිත op-amp කලාප පළල, op-amp ශබ්දය සහ විභව සන්තෘප්තිය.
ශ්රව්ය සහ අඩු-මැද සංඥා සඳහා, ක්රියාකාරී පෙරහන් බොහෝ විට පළමු තේරීම වේ.
6. පොදු ක්රියාකාරී පෙරහන් ස්ථලක
සමහර ජනප්රිය ස්ථල විද්යාවන්:
1. සැලන්-කී (VCVS)
නිර්මාණය කිරීමට පහසු, සංරචක කිහිපයක්, දෙවන පෙළ LPF/HPF සඳහා සුදුසු වේ. Q ලාභය සහ සංරචක අනුපාතය මගින් බලපායි. බොහෝ විට ශ්රව්යවල භාවිතා වේ.
2. බහු ප්රතිපෝෂණ (MFB)
ඉහළ Q සහිත LPF/BPF සඳහා සුදුසු වේ. Sallen-Key ට වඩා ඉහළ Q සඳහා ස්ථායී වේ, නමුත් සංරචක ගණනය කිරීම තරමක් සංකීර්ණ වේ.
3. රාජ්ය විචල්යය / ටෝ-තෝමස්
LPF, HPF, සහ BPF ප්රතිදාන එකවර නිපදවයි. Q සහ අනුනාද සංඛ්යාතය පහසුවෙන් සකස් කරයි. සුසර කළ හැකි පෙරහන් සඳහා සුදුසු වේ.
4. බික්වාඩ් (සාමාන්ය)
2 වන අනුපිළිවෙල බ්ලොක් එකක් සඳහා සාමාන්ය යෙදුම. බොහෝ ඉහළ පෙළේ පෙරහන් බයික්වාඩ් වලින් ගොඩනගා ඇත.
ස්ථාන විද්යාව තෝරා ගැනීම Q අවශ්යතා, සුසර කිරීමේ පහසුව, ඉවසීමට සංවේදීතාව සහ op-amp හි ලක්ෂණ මගින් බලපායි.
7. ප්රායෝගික නිර්මාණ ශිල්පීය ක්රම (වැඩ ප්රවාහය)
පහත දැක්වෙන්නේ ඇනලොග් පෙරහන් නිර්මාණය කිරීමේදී බහුලව භාවිතා වන කාර්ය ප්රවාහයකි:
1. පිරිවිතර තීරණය කරන්න: පෙරහන් වර්ගය, fc/fo, රැළිය, දුර්වල වීම, අනුපිළිවෙල.
2. ආසන්න අගය තෝරන්න: බටර්වර්ත්/චෙබිෂෙව්/බෙසෙල්.
3. එක් එක් බයික්වාඩ් සඳහා (වගු, මෘදුකාංග හෝ සූත්ර වලින්) ω0 සහ Q යන අදියර පරාමිතීන් ලබා ගන්න.
4. එක් එක් අදියර සඳහා ස්ථලකයක් තෝරන්න: මධ්යම Q සඳහා Sallen-Key, ඉහළ Q සඳහා MFB, සුසර කිරීම සඳහා තත්ව-විචල්යය.
5. සංරචක අගය ගණනය කරන්න: පළමුව සම්මත C තීරණය කරන්න (උදා: 10 nF, 100 nF) ඉන්පසු නිරවද්යතාවය පහසු කිරීම සඳහා R ගණනය කරන්න.
6. සමාකරණය: විශාලත්වය සහ අදියර ප්රතිචාරය බැලීමට SPICE භාවිතා කරන්න, op-amp සන්තෘප්තිය සහ ශබ්දයද පරීක්ෂා කරන්න.
7. ඉවසීම සලකා බලන්න: R 1% සහ C 5% fc සහ Q මාරු කළ හැක. නිරවද්ය යෙදුම් සඳහා, C ඉවසීම 2% හෝ කප්පාදු කිරීම භාවිතා කරන්න.
8. PCB පිරිසැලසුම: දිගු මාර්ග අවම කිරීම, ඇනලොග් බිම් වෙන් කිරීම, සම්බන්ධ වීමෙන් වැළකීම සහ ධාරිත්රක op-amp අසල තැබීම.
9. මූලාකෘති පරීක්ෂාව: සංඛ්යාත ප්රතිචාරය මැනීම (අතුගා දැමීම), විකෘති කිරීම පරීක්ෂා කිරීම (ශ්රව්ය සඳහා THD), සහ උෂ්ණත්ව විචලනයන්ට එරෙහිව වලංගු කිරීම.
8. බොහෝ විට නොසලකා හරින පරමාදර්ශී නොවන අංශ
සැබෑ ඇනලොග් පෙරහන් වලට බලපාන්නේ:
– Op-amp කලාප පළල (GBW): ඉහළ Q සහ ඉහළ සංඛ්යාත සඳහා, op-amp හි මෙහෙයුම් සංඛ්යාතයට වඩා GBW ඉහළ අගයක් තිබිය යුතුය.
– ස්ලූ අනුපාතය: ඉහළ සංඛ්යාතවල විශාල විස්තාර සංඥා විකෘති වීමට හේතු විය හැක.
– ශබ්දය: ප්රතිරෝධක සහ op-amps ශබ්දය එකතු කරයි. උපකරණකරණයේදී, ප්රතිරෝධක අගයන් ප්රශස්ත කර අඩු ශබ්ද op-amps තෝරන්න.
– සංරචක ඉවසීම්: Q ඉතා සංවේදී ය; “ශක්තිමත්” සැලසුම් අවශ්ය නොවේ නම් අන්ත Qs වළක්වයි.
– අදියර අතර පූරණය: බෆරින් සහතික කරන්න හෝ අන්තර්ක්රියා අඩු කරන ස්ථලකයක් භාවිතා කරන්න.
ආරම්භයේ සිටම පරමාදර්ශී නොවන සාධක සැලකිල්ලට ගැනීමෙන්, අවසාන ප්රතිඵලය සාක්ෂාත් වූ විට අපේක්ෂාවන්ට වඩා අනුකූල වනු ඇත.
9. යෙදුම් උදාහරණ
– ශ්රව්ය හරස්වර්ගය: ට්වීටර් සහ වූෆර් වෙත සංඛ්යාත බෙදීමට අනුපිළිවෙල 2–4 හි LPF සහ HPF භාවිතා කරයි.
– ප්රති-අන්වර්ථකරණය: ඉහළ සංඛ්යාත සංරචක ශබ්දයට නැමීම වැළැක්වීම සඳහා ADC ට පෙර LPF.
– නොච් 50/60 Hz: ECG/EEG සංඥා හෝ කාර්මික සංවේදකවල හම් ඉවත් කිරීමට.
– RF ඉදිරිපස අන්තය: නිශ්චිත නාලිකාවක් තෝරා ගැනීමට පටු කලාප-පාස්.
නිගමනය
ඇනලොග් පෙරහන් නිර්මාණ ශිල්පීය ක්රම අතරට පිරිවිතර තේරීම, ප්රතිචාර ආසන්න කිරීම (බටර්වර්ත්, චෙබිෂෙව්, බෙසෙල්), ඇණවුම් නිර්ණය, ස්ථල විද්යාව තේරීම (සැලන්-කී, එම්එෆ්බී, තත්ව-විචල්යය) සහ සංරචක ඉවසීම් සහ ඔප්-ඇම්ප් සීමාවන් වැනි පරමාදර්ශී නොවන සාධක ඇගයීම ඇතුළත් වේ. ක්රමානුකූල සැලසුම් ප්රවාහයක් සහ හොඳ සමාකරණයක් සමඟින්, ඇනලොග් පෙරහන් නිවැරදි, ස්ථාවර සහ යෙදුම් අවශ්යතා අනුව - ශ්රව්ය, උපකරණ හෝ සන්නිවේදනය සඳහා වේවා - කළ හැකිය.
ඔබට අවශ්ය නම්, RC අගයන් සහ න්යායික සමාකරණ ප්රතිඵල සහිත සම්පූර්ණ ගණනය කිරීමේ උදාහරණයක් (උදා: Sallen-Key ස්ථලකය සහිත 4 වන අනුපිළිවෙල බටර්වර්ත් LPF) නිර්මාණය කිරීමට මට ඔබට උදව් කළ හැකිය.
