சுற்றுகளில் அதிர்வெண் பகுப்பாய்வு நுட்பங்கள்

மின்சுற்றுகளில் அதிர்வெண் பகுப்பாய்வு நுட்பங்கள்

காலப்போக்கில் மாறும் சிக்னல் உள்ளீடு கொடுக்கப்படும்போது, ​​மின்சுற்றின் நடத்தையைப் புரிந்துகொள்வதற்கு, மின்னணுவியல் மற்றும் மின் பொறியியலில் அதிர்வெண் பகுப்பாய்வு மிக முக்கியமான அணுகுமுறைகளில் ஒன்றாகும். நேரத்தின் சார்பாக மின்னழுத்தம் மற்றும் மின்னோட்டத்தை ஆராயும் நேர-களப் பகுப்பாய்வைப் போலல்லாமல், அதிர்வெண்-களப் பகுப்பாய்வானது ஒரு மின்சுற்று குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் கூறுகளுக்கு எவ்வாறு பதிலளிக்கிறது என்பதை ஆய்வு செய்கிறது. இந்த நுட்பம் ஒலிப் பெருக்கிகள், வடிகட்டிகள், தகவல் தொடர்பு அமைப்புகள் , சிக்னல் செயலாக்கம் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு மின்சுற்றுகளின் வடிவமைப்பில் மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது. அதிர்வெண் பதிலைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், ஒரு வடிவமைப்பாளர் ஒரு மின்சுற்றின் ஆதாயம், தணிப்பு, சிதைவு, நிலைத்தன்மை மற்றும் தேர்ந்தெடுப்புப் பண்புகளைக் கணிக்க முடியும்.

அடிப்படைக் கருத்துகள் : சிக்னல்கள் மற்றும் அதிர்வெண் நிறமாலை

பல மெய் சிக்னல்களைப் பல சைன் அலைகளின் கலவையாக வெளிப்படுத்த முடியும். இந்தக் கொள்கை ஃபோரியர் தொடர்கள் மற்றும் ஃபோரியர் உருமாற்றங்கள் மூலம் அறியப்படுகிறது. இவை, ஒரு காலமுறை சிக்னலை அதன் அடிப்படை அதிர்வெண் மற்றும் ஹார்மோனிக்குகளில் உள்ள சைன் கூறுகளாகப் பிரிக்க முடியும் என்று கூறுகின்றன. மறுபுறம், காலமுறையற்ற சிக்னல்களைத் தொடர்ச்சியான ஃபோரியர் உருமாற்றங்களைப் பயன்படுத்திப் பகுப்பாய்வு செய்து அவற்றின் அதிர்வெண் நிறமாலையைப் பெறலாம்.

மின்சுற்றுகளின் சூழலில், அதிர்வெண் பகுப்பாய்வானது பொதுவாக ஒரு ஒற்றை சைனசாய்டல் சிக்னலுக்கு மின்சுற்றின் பிரதிபலிப்பை பல்வேறு அதிர்வெண்களில் ஆராய்வதன் மூலம் செய்யப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, அதிர்வெண் மற்றும் வெளியீட்டு வீச்சு மற்றும் கட்ட மாற்றம் ஆகியவற்றுக்கு இடையேயான ஒரு தொடர்பு கிடைக்கிறது. உள்ளீடு \( V_{in}(t)=V_m \sin(\omega t) \) எனில், ஒரு நேரியல் மின்சுற்றின் வெளியீட்டை பின்வருமாறு எழுதலாம்:
\[
V_{out}(t) = |H(j\omega)| V_m \sin(\omega t + \angle H(j\omega))
\]
இதில் \(H(j\omega)\) என்பது அதிர்வெண் \(\omega\) இல் ஆதாயம் மற்றும் கட்டத் தகவல்களைக் கொண்ட பரிமாற்றச் சார்பு ஆகும்.

சிக்கலான மின்மறுப்பு: ஏசி பகுப்பாய்வின் திறவுகோல்

ஏசி சுற்றுகளுக்கான அதிர்வெண் பகுப்பாய்வு நுட்பங்கள், சிக்கலான மின்மறுப்பு என்ற கருத்தை பெரிதும் சார்ந்துள்ளன. மின்தடையங்கள், மின்தேக்கிகள் மற்றும் மின்தூண்டிகள் ஆகியவை அதிர்வெண்ணுடன் வெவ்வேறு மின்னழுத்தம்-மின்னோட்டத் தொடர்புகளைக் கொண்டுள்ளன. அதிர்வெண் களத்தில், இந்தக் கூறுகள் பின்வருமாறு குறிப்பிடப்படுகின்றன:

– மின்தடை: \( Z_R = R \)
– மின்தூண்டி: \( Z_L = j\omega L \)
– மின்தேக்கி: \( Z_C = \frac{1}{j\omega C} \)

மின்மறுப்பு, ஓம் விதி, கிர்ச்சாஃப் விதிகள் மற்றும் மின்சுற்றுப் பகுப்பாய்வு நுட்பங்களை (வலைப்பின்னல்/முடிச்சு) நேரடியாக, ஆனால் சிக்கலெண் வடிவில் பயன்படுத்தலாம். இதிலிருந்து, நாம் பரிமாற்றச் சார்பை உருவாக்கி, வெளியீட்டு மின்னழுத்தம், மின்னோட்டம் மற்றும் கட்டத்தைக் கணக்கிடலாம்.

பரிமாற்றச் செயல்பாடு மற்றும் அதிர்வெண் பதில்

பரிமாற்றச் சார்பு \(H(s)\) என்பது லாப்லேஸ் களத்தில் வெளியீட்டிற்கும் உள்ளீட்டிற்கும் உள்ள விகிதமாகும்:
\[
H(s) = \frac{V_{out}(s)}{V_{in}(s)}
\]
அதிர்வெண் பகுப்பாய்விற்காக, நாம் \(s\) என்பதற்குப் பதிலாக \(j\omega\) -ஐப் பிரதியிடுகிறோம், அதனால்:
\[
H(j\omega) = H(s)\big|_{s=j\omega}
\]
\( |H(j\omega)| \) என்ற மதிப்பு வீச்சு எவ்வளவு பெருக்கப்படுகிறது அல்லது குறைக்கப்படுகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது, அதே சமயம் \( \angle H(j\omega) \) என்பது கட்ட மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது.

அதிர்வெண் துலங்கல் பொதுவாக இரண்டு முக்கிய வரைபடங்கள் மூலம் காட்சிப்படுத்தப்படுகிறது:
1. பருமை மற்றும் அதிர்வெண் ஒப்பீடு
2. கட்டம் மற்றும் அதிர்வெண் ஒப்பீடு

இவை இரண்டும் பெரும்பாலும் போட் வரைபடத்தின் வடிவில் அமைக்கப்படுகின்றன.

போட் வரைபடம்: மின்சுற்று மதிப்பீட்டிற்கான ஒரு நடைமுறைக் கருவி

போட் வரைபடம் என்பது அதிர்வெண் துலங்கலை மடக்கை அளவுகோலில் வரைவதற்கான ஒரு நிலையான முறையாகும். இதன் அளவு பொதுவாக டெசிபல்களில் (dB) வெளிப்படுத்தப்படுகிறது.
\[
|H|_{dB} = 20 \log_{10} |H(j\omega)|
\]
மடக்கை அளவுகோலின் நன்மை என்னவென்றால், ஒரு பரந்த அதிர்வெண் வரம்பைத் தெளிவாகக் காண்பிக்க முடியும், மேலும் சாய்வில் ஏற்படும் மாற்றங்களையும் எளிதாகக் கவனிக்க முடியும்.

முதல்-வரிசை அமைப்பில், துண்டிப்பு அதிர்வெண்ணை (\( f_c \)) சுற்றி சாய்வு மாறுகிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு தாழ்-அதிர்வெண் RC வடிகட்டியில்:
\[
H(j\omega)=\frac{1}{1+j\omega RC}
\]
துண்டிப்பு அதிர்வெண் பின்வருவனவற்றால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது:
\[
\omega_c=\frac{1}{RC}, \quad f_c=\frac{1}{2\pi RC}
\]
\(f_c\)-க்குக் கீழே, சமிக்ஞை ஒப்பீட்டளவில் தணிவின்றி கடந்து செல்கிறது. \(f_c\)-க்கு மேலே, துலங்கல் ஒவ்வொரு பத்தாண்டுக்கும் சுமார் \(-20\) dB குறைகிறது.

தணிப்பு மதிப்பைப் பொறுத்து, இரண்டாம் நிலைச் சுற்றுகளில் சரிவு பத்தாண்டுக்கு \(-40\) dB வரை அடையலாம் மற்றும் ஒத்ததிர்வு நிகழ்வுகள் தோன்றக்கூடும்.

வடிகட்டிகள்: அதிர்வெண் பகுப்பாய்வின் முக்கியப் பயன்பாடு

வடிகட்டி என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பை ஊடுருவ அல்லது நிராகரிக்க வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு மின்சுற்று ஆகும். பொதுவான வடிகட்டி வகைகள் பின்வருமாறு:

1. தாழ் அதிர்வெண் வடிகட்டி (LPF): குறைந்த அதிர்வெண்களை ஊடுருவ அனுமதித்து, உயர் அதிர்வெண்களைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது.
2. உயர் அலைவரிசை வடிகட்டி (HPF): உயர் அலைவரிசைகளை ஊடுருவ அனுமதித்து, குறைந்த அலைவரிசைகளைத் தக்க வைத்துக் கொள்கிறது.
3. பட்டைவழி வடிகட்டி (BPF): ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பைக் கடத்துகிறது.
4. பேண்ட்-ஸ்டாப் / நாட்ச் ஃபில்டர்: ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பை நிராகரிக்கிறது.

அதிர்வெண் பகுப்பாய்வு, துண்டிப்பு அதிர்வெண், அலைவரிசை அகலம், தரக் காரணி (Q) மற்றும் தணிப்பு நிலை போன்ற முக்கியமான அளவுருக்களைத் தீர்மானிக்க உதவுகிறது. உதாரணமாக, ஒரு RLC பட்டைவழி வடிகட்டியில்:
\[
f_0=\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}
\]
தரக் காரணிகள்:
\[
Q=\frac{\omega_0 L}{R}
\]
\(Q\) மதிப்பு அதிகரிக்க அதிகரிக்க, கடந்து செல்லும் அதிர்வெண் பட்டை குறுகலாகவும், தேர்ந்தெடுப்புத்திறன் கூர்மையாகவும் இருக்கும்.

பகுப்பாய்வு நுட்பங்கள்: கணு, வலைப்பின்னல் மற்றும் மேற்பொருத்தம்

அதிர்வெண் பகுப்பாய்வில் பல்வேறு கணக்கீட்டு நுட்பங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன:

– கணு பகுப்பாய்வு: சமன்பாடுகளை உருவாக்க கணு மின்னழுத்தங்கள் மற்றும் சிக்கலான மின்மறுப்புகளைப் பயன்படுத்துகிறது. பல கிளைகளைக் கொண்ட மின்சுற்றுகளுக்கு மிகவும் பயனுள்ளது.
– வலைப்பின்னல் பகுப்பாய்வு: தெளிவான சுழல்களைக் கொண்ட தளச் சுற்றுகளுக்குப் பொருத்தமானது.
– மேற்பொருத்துதல்: வெவ்வேறு அதிர்வெண்களைக் கொண்ட பல மூலங்கள் இருந்தால், ஒவ்வொரு மூலமும் தனித்தனியாகப் பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டு, அவற்றின் முடிவுகள் ஒன்றாகக் கூட்டப்படுகின்றன. இருப்பினும், இது நேரியல் மின்சுற்றுகளுக்கு மட்டுமே பொருந்தும்.
தெவெனின்/நார்டன் தேற்றம்: சிக்கலான மின்சுற்றுகளை சமானமானவையாக எளிமையாக்குகிறது, இதன்மூலம் அதிர்வெண் துலங்கல் கணக்கீடுகள் எளிதாகின்றன.

இந்தக் கருவிகளைக் கொண்டு, நாம் பரிமாற்றச் சார்பை வருவிக்கலாம் அல்லது கொடுக்கப்பட்ட அதிர்வெண்ணில் துலங்கலை நேரடியாகக் கணக்கிடலாம்.

அதிர்வெண் சுற்றுகளில் ஒத்ததிர்வு மற்றும் நிலைத்தன்மை

ஒரு தூண்டியை உள்ளடக்கிய ஒரு மின்சுற்றில் மற்றும் மின்தேக்கிகள்ஒத்ததிர்வு ஒரு முக்கியமான நிகழ்வாகிறது. மின்தூண்டல் மற்றும் மின்தேக்கி வினைமறுப்புகள் ஒன்றையொன்று சமன்செய்யும்போது ஒத்ததிர்வு ஏற்படுகிறது:
\[
\omega L = \frac{1}{\omega C}
\]
எனவே மின்சுற்றின் மின்மறுப்பு குறைந்தபட்சமாக (தொடர் RLC-இல்) அல்லது அதிகபட்சமாக (இணை RLC-இல்) இருக்கலாம். ஒத்ததிர்வு வானொலி ட்யூனர்கள், அலைவுருவாக்கிகள் மற்றும் அதிர்வெண் அலைவரிசைத் தேர்வாளர்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

பின்னூட்டப் பெருக்கிச் சுற்றுகள் மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளில் , நிலைத்தன்மையை மதிப்பிடுவதற்கு அதிர்வெண் பகுப்பாய்வும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கட்ட விளிம்பு மற்றும் ஆதாய விளிம்பு போன்ற கருத்துருக்கள், சுற்று அலைவுறாமல் அல்லது விரும்பத்தகாத துலங்கல்களை உருவாக்காமல் இருப்பதை உறுதிசெய்ய உதவுகின்றன.

அதிர்வெண் பகுப்பாய்விற்கான அளவீடு மற்றும் உருவகப்படுத்துதல் கருவிகள்

நடைமுறையில், அதிர்வெண் பகுப்பாய்வு பின்வருவனவற்றைப் பயன்படுத்தி செய்யப்படுகிறது:
– உள்ளீட்டு அதிர்வெண்ணை மாற்றுவதற்கான செயல்பாட்டு உருவாக்கி.
– வீச்சு மற்றும் கட்ட மாற்றத்தைக் காண்பதற்கான அலைக்காட்டி.
– மேலும் துல்லியமான அதிர்வெண் துலங்கல் அளவீடுகளுக்கான பிணையப் பகுப்பாய்வி.
– SPICE (LTspice, Multisim, Proteus) போன்ற உருவகப்படுத்துதல் மென்பொருட்கள் AC ஸ்வீப் பகுப்பாய்வை வழங்குகின்றன. இந்த உருவகப்படுத்துதல் மூலம், நாம் போட் வரைபடங்களை நேரடியாகக் காண்பிக்கலாம், துண்டிப்புப் புள்ளிகளைக் கண்டறியலாம், மற்றும் கூறு சகிப்புத்தன்மைகளின் விளைவுகளைச் சரிபார்க்கலாம்.

உருவகப்படுத்துதல் என்பது உண்மையான அளவீடுகளுக்கு மாற்றாகாது, ஆனால் ஆரம்பகட்ட வடிவமைப்பு சரிபார்ப்புக்கு அது மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கிறது.

முடிவுரை

மின்சுற்றுகளில் உள்ள அதிர்வெண் பகுப்பாய்வு நுட்பங்கள், பல்வேறு அதிர்வெண்களில் வரும் சமிக்ஞைகளுக்கு மின்சுற்றுகள் எவ்வாறு பதிலளிக்கின்றன என்பதைப் புரிந்துகொள்வதற்கான ஒரு அடிப்படை அணுகுமுறையாகும். சிக்கலான மின்மறுப்புகள், பரிமாற்றச் சார்புகள் மற்றும் போட் வரைபடங்களைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், நாம் ஆதாயம், கட்டம், வடிகட்டி மற்றும் ஒத்ததிர்வு நடத்தை ஆகியவற்றைக் கணிக்க முடியும். இந்தப் பகுப்பாய்வு, ஒலி முதல் தகவல் தொடர்பு வரையிலான பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்ற, தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட, நிலையான அமைப்புகளை வடிவமைக்க வடிவமைப்பாளர்களுக்கு உதவுகிறது. கோட்பாட்டுரீதியான கணக்கீடுகள், உருவகப்படுத்துதல்கள் மற்றும் நடைமுறை அளவீடுகள் ஆகியவற்றின் கலவையானது, மின்னணுவியல் மற்றும் மின் பொறியியலில் பணிபுரியும் எவருக்கும் அதிர்வெண் பகுப்பாய்வை ஒரு அத்தியாவசியத் திறனாக ஆக்குகிறது.