அனலாக் வடிகட்டி வடிவமைப்பு நுட்பங்கள்

அனலாக் வடிகட்டி வடிவமைப்பு நுட்பங்கள்

மின்னணுவியல் உலகில், சமிக்ஞை நிறமாலைகளை மேலதிக செயலாக்கத்திற்கு முன் வடிவமைப்பதிலும், தூய்மைப்படுத்துவதிலும், கட்டுப்படுத்துவதிலும் அனலாக் வடிப்பான்கள் ஒரு முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. டிஜிட்டல் யுகத்தின் ஆதிக்கம் இருந்தபோதிலும், ஒலி மற்றும் இசைக்கருவிகள் முதல் தொலைத்தொடர்பு மற்றும் கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள் வரையிலான பல பயன்பாடுகளில் அனலாக் வடிப்பான்கள் இன்றியமையாதவையாகவே இருக்கின்றன. ஏனெனில், அவை செயலாக்கத் தாமதமின்றி நிகழ்நேரத்தில் செயல்படுகின்றன, மேலும் தொடக்கத்திலிருந்தே இரைச்சலை அடக்குவதற்காக ஒரு மின்சுற்றின் முன்பகுதியிலேயே அவற்றை வைக்க முடியும். இந்தக் கட்டுரை, அடிப்படைக் கருத்துகள் மற்றும் கட்டமைப்புத் தேர்வு முதல் பொதுவான வடிவமைப்புப் படிகள் வரையிலான நடைமுறை அனலாக் வடிப்பான் வடிவமைப்பு நுட்பங்களைப் பற்றி விவாதிக்கிறது.

1. அனலாக் வடிப்பான்களின் அடிப்படைக் கருத்து

அனலாக் ஃபில்டர் என்பது ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் சிக்னல்களை ஊடுருவ அனுமதிக்கவும், அந்த வரம்பிற்கு வெளியே உள்ள அதிர்வெண்களைக் குறைக்கவும் வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு மின்சுற்று ஆகும். அவற்றின் அதிர்வெண் துலங்கலின் அடிப்படையில், அனலாக் ஃபில்டர்கள் பல வகைகளாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன:

1. தாழ் அதிர்வெண் வடிகட்டி (LPF): குறைந்த அதிர்வெண்களை ஊடுருவ அனுமதித்து, உயர் அதிர்வெண்களைக் குறைக்கிறது.
2. உயர் கடத்தி வடிகட்டி (HPF): உயர் அதிர்வெண்களைக் கடத்துகிறது மற்றும் குறைந்த அதிர்வெண்களைத் தணிக்கிறது.
3. பட்டைவழி வடிகட்டி (BPF): ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் பட்டையை ஊடுருவ அனுமதித்து, அந்தப் பட்டைக்குக் கீழேயும் மேலேயும் உள்ள அலைகளின் தீவிரத்தைக் குறைக்கிறது.
4. பேண்ட்-ஸ்டாப் / நாட்ச் ஃபில்டர்: குறிப்பிட்ட குறுகிய அலைவரிசைகளை (எ.கா. 50/60 ஹெர்ட்ஸ்) நிராகரிக்கிறது.
5. அனைத்து-வழி வடிகட்டி: ஒப்பீட்டளவில் நிலையான வீச்சு கொண்டது, ஆனால் கட்டத்தை மாற்றுகிறது (கட்ட ஈடுசெய்தலுக்குப் பயனுள்ளது).

முக்கிய வடிகட்டி அளவுருக்களில் துண்டிப்பு அதிர்வெண் (fc), ஆதாயம், சிற்றலை (கடப்புப்பட்டையில் உள்ள சிற்றலைகள்), தடுப்புப்பட்டை தணிப்பு மற்றும் வடிகட்டி வரிசை (சரிவுச் சரிவைத் தீர்மானிக்கிறது) ஆகியவை அடங்கும். பொதுவாக, வரிசை அதிகமாக இருந்தால், நிலைமாற்றம் கூர்மையாக இருக்கும், ஆனால் சுற்று மிகவும் சிக்கலானதாக இருக்கும்.

2. வடிவமைப்பு விவரக்குறிப்புகளைத் தீர்மானித்தல்

நல்ல வடிவமைப்பு நுட்பங்கள் எப்போதும் தெளிவான விவரக்குறிப்புகளுடன் தொடங்குகின்றன. ஒரு கட்டமைப்பைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கு முன், பின்வருவனவற்றைத் தீர்மானிக்கவும்:

– கடப்புப் பட்டை: சிற்றலை சகிப்புத்தன்மை உட்பட, கடந்து செல்ல வேண்டிய அதிர்வெண் வரம்பு.
– நிறுத்தற்குறிப் பட்டை: தணிப்பு இலக்கு (எ.கா. -40 dB) உட்பட, தணிக்கப்பட வேண்டிய அலைவரிசை வரம்பு.
– நிலைமாற்ற அதிர்வெண்: கடப்புப் பட்டைக்கும் தடுப்புப் பட்டைக்கும் இடையிலான எல்லைகளின் தூரம். இது எவ்வளவு குறுகலாக இருக்கிறதோ, அவ்வளவு அதிக வரிசை தேவைப்படும்.
– மூல மற்றும் சுமை மின்மறுப்பு: செயலற்ற வடிகட்டிகளுக்கும், சுமையேற்றத்தைத் தவிர்ப்பதற்கும் முக்கியமானது.
– கூறு வரம்புகள்: R, C மதிப்புகளின் கிடைக்கும்தன்மை, சகிப்புத்தன்மை, அளவு, விலை, மற்றும் ஆப்-ஆம்ப் வரம்புகள் (செயலில் உள்ள வடிப்பான்களுக்கு).

உதாரணமாக, ஆடியோ பயன்பாடுகளுக்கு, 20 kHz fc, குறைந்த சிற்றலை மற்றும் குறைந்த சிதைவு கொண்ட ஒரு LPF உங்களுக்குத் தேவைப்படலாம். இசைக்கருவிகளுக்கு, பிரதான சிக்னலுக்கு இடையூறு செய்யாமல் மின்சார இரைச்சலை நீக்குவதற்கு உங்களுக்கு 50 Hz நாட்ச் தேவைப்படலாம்.

3. மறுமொழி தோராயத்தைத் தேர்ந்தெடுத்தல்: பட்டர்வர்த், செபிஷேவ், பெசல்

சிறந்த வடிகட்டிப் பிரதிபலிப்பை அடைவது சாத்தியமற்றது, எனவே நிலையான தோராயச் சார்பு பயன்படுத்தப்படுகிறது:

– பட்டர்வர்த்: மிகவும் தட்டையான கடப்புப்பட்டை. ஒலி மற்றும் பொதுப் பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது. அதே வரிசையில் இதன் மாறுதல், செபிஷேவைப் போலக் கூர்மையாக இல்லை.
– செபிஷேவ்: கூர்மையான நிலைமாற்றம், ஆனால் கடப்புப் பட்டையில் (செபிஷேவ் I) அல்லது தடுப்புப் பட்டையில் (செபிஷேவ் II) சிற்றலைகள் உள்ளன. அதிக தேர்ந்தெடுப்புத்திறன் தேவைப்படும்போது பொருத்தமானது.
– பெசல்: ஏறக்குறைய நேரியல் கட்டம் மற்றும் நல்ல நிலைமாற்றத் துலங்கல் (சிறிய மிகைப்பாய்வு). துடிப்பு சமிக்ஞைகள், கருவியமைப்பு மற்றும் குறிப்பிட்ட அலைமறுப்புத் தடுப்புக்கு ஏற்றது.

தோராய முறையின் தேர்வு பெரும்பாலும் முன்னுரிமையைப் பொறுத்து அமைகிறது: சீரான வீச்சு, தேர்ந்தெடுப்புத்தன்மை அல்லது கட்ட நேர்கோட்டுத்தன்மை.

4. வடிகட்டுதல் வரிசை மற்றும் படிநிலை அமைப்பு (அடுக்குமுறை)

வடிகட்டியின் வரிசையானது சரிவுச் சாய்வைத் தீர்மானிக்கிறது: ஒவ்வொரு வரிசையும் தசாப்தத்திற்கு தோராயமாக 20 dB (அல்லது ஆக்டேவிற்கு 6 dB) சேர்க்கிறது. எடுத்துக்காட்டாக, ஒரு இரண்டாம் வரிசை வடிகட்டி தசாப்தத்திற்கு தோராயமாக 40 dB சேர்க்கிறது. நடைமுறையில், உயர் வரிசை வடிகட்டிகள் பொதுவாக பல முதல் அல்லது இரண்டாம் வரிசை நிலைகளை (பைகுவாட்) ஒன்றன்பின் ஒன்றாக இணைப்பதன் மூலம் கட்டமைக்கப்படுகின்றன. இது இசைச் சீரமைப்பையும் கூறுத் தேர்வையும் எளிதாக்குகிறது.

பொதுவான படிகள்:
1. தணிப்பு மற்றும் நிலைமாற்ற விவரக்குறிப்புகளின் குறைந்தபட்ச வரிசையைத் தீர்மானிக்கவும்.
2. அதை பல இரண்டாம் நிலைக் கட்டங்களாகவும், தேவைப்பட்டால் ஒரு முதல் நிலைக் கட்டமாகவும் பிரிக்கவும்.
3. அட்டவணை அல்லது கணக்கீட்டு முடிவுகளின்படி ஒவ்வொரு கட்டத்திற்குமான அளவுருக்களை (Q மற்றும் ω0) அமைக்கவும்.

5. செயலற்ற மற்றும் செயல்படும் வடிப்பான்கள்

செயலற்ற வடிகட்டி
பெருக்கி இல்லாமல் R, L, மற்றும் C-ஐப் பயன்படுத்துகிறது. நன்மைகள்: குறைந்த இரைச்சல், மின்சாரம் தேவையில்லை, உயர் அதிர்வெண்களில் செயல்பட முடியும். தீமைகள்: பெரிய/விலையுயர்ந்த மின்தூண்டி, நிலைகளுக்கு இடையில் சுமையேற்றம், மற்றும் பெருக்கத்தை அடைவதில் சிரமம்.

பொதுவாக RF, இம்பெடன்ஸ் மேட்சிங் அல்லது உயர் சக்தி பயன்பாடுகளில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

செயலில் உள்ள வடிகட்டி
ஆப்-ஆம்ப் + R மற்றும் C-ஐப் பயன்படுத்துதல் (மின்தூண்டி இல்லை). நன்மைகள்: சிறிய அளவு, எளிதான பெருக்கக் கட்டுப்பாடு, உயர் உள்ளீட்டு மற்றும் குறைந்த வெளியீட்டு மின்மறுப்பு. தீமைகள்: வரையறுக்கப்பட்ட ஆப்-ஆம்ப் அலைவரிசை, ஆப்-ஆம்ப் இரைச்சல், மற்றும் மின்னழுத்தச் செறிவூட்டல்.

ஆடியோ மற்றும் குறைந்த-நடுத்தர சிக்னல்களுக்கு, ஆக்டிவ் ஃபில்டர்கள் பெரும்பாலும் முதல் தேர்வாக இருக்கின்றன.

6. பொதுவான செயலுறு வடிகட்டி இடவியல் அமைப்புகள்

சில பிரபலமான இடவியல் அமைப்புகள்:

1. சல்லன்-கீ (VCVS)
வடிவமைக்க எளிதானது, குறைவான கூறுகள், இரண்டாம் நிலை LPF/HPF-க்கு ஏற்றது. Q என்பது கெயின் மற்றும் கூறு விகிதத்தால் பாதிக்கப்படுகிறது. பெரும்பாலும் ஆடியோவில் பயன்படுத்தப்படுகிறது.

2. பல்தரப்பு பின்னூட்டம் (MFB)
உயர் Q கொண்ட LPF/BPF-க்கு ஏற்றது. சல்லன்-கீயை விட உயர் Q-விற்கு அதிக நிலைத்தன்மை கொண்டது, ஆனால் கூறு கணக்கீடு சற்றே சிக்கலானது.

3. நிலை மாறி / டோ-தாமஸ்
LPF, HPF மற்றும் BPF வெளியீடுகளை ஒரே நேரத்தில் உருவாக்குகிறது. Q மற்றும் ஒத்ததிர்வு அதிர்வெண்ணை எளிதாகச் சரிசெய்யலாம். டியூனபிள் ஃபில்டர்களுக்கு ஏற்றது.

4. பைகுவாட் (பொதுவானது)
இரண்டாம் வரிசைத் தொகுதிக்கான பொதுவான சொல். பல உயர் வரிசை வடிகட்டிகள் பைக்குவாட்களிலிருந்து உருவாக்கப்படுகின்றன.

கட்டமைப்புத் தேர்வானது, Q தேவைகள், சரிசெய்வதற்கான எளிமை, சகிப்புத்தன்மைக்கான உணர்திறன் மற்றும் செயல்பாட்டுப் பெருக்கியின் பண்புகள் ஆகியவற்றால் பாதிக்கப்படுகிறது.

7. நடைமுறை வடிவமைப்பு நுட்பங்கள் (பணிப்பாய்வு)

அனலாக் வடிப்பான்களை வடிவமைப்பதில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு பணிப்பாய்வு பின்வருமாறு:

1. விவரக்குறிப்புகளைத் தீர்மானிக்கவும்: வடிகட்டி வகை, fc/fo, சிற்றலை, தணிப்பு, வரிசை.
2. தோராய முறையைத் தேர்ந்தெடுக்கவும்: பட்டர்வர்த்/செபிஷேவ்/பெசல்.
3. ஒவ்வொரு பைகுவாடிற்கும் உரிய கட்ட அளவுருக்களான ω0 மற்றும் Q-ஐ (அட்டவணைகள், மென்பொருள் அல்லது சூத்திரங்களிலிருந்து) பெறவும்.
4. ஒவ்வொரு கட்டத்திற்கும் ஒரு கட்டமைப்பைத் தேர்ந்தெடுக்கவும்: நடுத்தர Q-க்கு சல்லன்-கீ, உயர் Q-க்கு MFB, மற்றும் ட்யூனிங்கிற்கு ஸ்டேட்-வேரியபிள்.
5. கூறு மதிப்பைக் கணக்கிடுங்கள்: துல்லியத்தை எளிதாக்குவதற்காக, முதலில் தரநிலை C-ஐ (எ.கா. 10 nF, 100 nF) நிர்ணயித்து, பின்னர் R-ஐக் கணக்கிடுங்கள்.
6. உருவகப்படுத்துதல்: வீச்சு மற்றும் கட்டப் பிரதிபலிப்பைக் காண SPICE-ஐப் பயன்படுத்தவும், மேலும் செயல்பாட்டுப் பெருக்கியின் செறிவூட்டல் மற்றும் இரைச்சலையும் சரிபார்க்கவும்.
7. சகிப்புத்தன்மையைக் கவனத்தில் கொள்க: R 1% மற்றும் C 5% ஆகியவை fc மற்றும் Q-ஐ மாற்றக்கூடும். துல்லியமான பயன்பாடுகளுக்கு, C சகிப்புத்தன்மை 2% அல்லது சரிசெய்தலைப் பயன்படுத்தவும்.
8. PCB தளவமைப்பு: நீண்ட பாதைகளைக் குறைக்கவும், அனலாக் கிரவுண்டுகளைப் பிரிக்கவும், இணைப்பைத் தவிர்க்கவும், மற்றும் மின்தேக்கிகளை ஆப்-ஆம்பிற்கு அருகில் வைக்கவும்.
9. முன்மாதிரி சோதனை: அதிர்வெண் துலங்கலை (ஸ்வீப்) அளவிடுதல், சிதைவைச் சரிபார்த்தல் (ஆடியோவிற்கு THD), மற்றும் வெப்பநிலை மாறுபாடுகளுக்கு எதிராகச் சரிபார்த்தல்.

8. பெரும்பாலும் கவனிக்கப்படாத இலட்சியமற்ற அம்சங்கள்

உண்மையான அனலாக் வடிப்பான்கள் பின்வருவனவற்றால் பாதிக்கப்படுகின்றன:

– ஆப்-ஆம்ப் அலைவரிசை அகலம் (GBW): உயர் Q மற்றும் உயர் அதிர்வெண்களுக்கு, ஆப்-ஆம்ப் அதன் இயக்க அதிர்வெண்ணை விட மிக அதிகமான GBW-ஐக் கொண்டிருக்க வேண்டும்.
– ஸ்லூ ரேட்: உயர் அதிர்வெண்களில் உள்ள பெரிய வீச்சு சமிக்ஞைகள் சிதைவை ஏற்படுத்தக்கூடும்.
– இரைச்சல்: மின்தடையிகள் மற்றும் ஆப்-ஆம்ப்ஸ் இரைச்சலை ஏற்படுத்துகின்றன. அளவீட்டுக் கருவிகளில், மின்தடையிகளின் மதிப்புகளை மேம்படுத்தி, குறைந்த இரைச்சல் கொண்ட ஆப்-ஆம்ப்ஸ்களைத் தேர்ந்தெடுக்கவும்.
– கூறு சகிப்புத்தன்மைகள்: Q என்பது மிகவும் உணர்திறன் வாய்ந்தது; அவசியமில்லாத பட்சத்தில், “உறுதியான” வடிவமைப்புகள் அதீத Q மதிப்புகளைத் தவிர்க்கின்றன.
– நிலைகளுக்கு இடையேயான ஏற்றம்: இடையகப்படுத்தலை உறுதிசெய்யுங்கள் அல்லது ஊடாட்டத்தைக் குறைக்கும் ஒரு கட்டமைப்பைப் பயன்படுத்துங்கள்.

தொடக்கத்திலிருந்தே சாதகமற்ற காரணிகளைக் கருத்தில் கொள்வதன் மூலம், இறுதி முடிவு நிறைவேறும் போது அது எதிர்பார்ப்புகளுக்கு மிகவும் இணக்கமாக இருக்கும்.

9. பயன்பாட்டு எடுத்துக்காட்டுகள்

– ஆடியோ கிராஸ்ஓவர்: ட்வீட்டர் மற்றும் வூஃபருக்கு அதிர்வெண்களைப் பிரிக்க, 2 முதல் 4 வரையிலான வரிசையுடைய LPF மற்றும் HPF-ஐப் பயன்படுத்துகிறது.
– ஆன்டி-அலியாசிங்: உயர் அதிர்வெண் கூறுகள் இரைச்சலில் மடிவதைத் தடுக்க, ADC-க்கு முன் LPF பயன்படுத்தப்படுகிறது.
– நாட்ச் 50/60 ஹெர்ட்ஸ்: ஈசிஜி/ஈஈஜி சிக்னல்கள் அல்லது தொழில்துறை சென்சார்களில் ஏற்படும் இரைச்சலை நீக்குவதற்காக.
– RF ஃப்ரண்ட்-எண்ட்: ஒரு குறிப்பிட்ட சேனலைத் தேர்ந்தெடுக்க குறுகிய பேண்ட்-பாஸ் வசதி.

முடிவுரை

அனலாக் வடிகட்டி வடிவமைப்பு நுட்பங்களில் விவரக்குறிப்புத் தேர்வு, துலங்கல் தோராயமாக்கல் (பட்டர்வர்த், செபிஷேவ், பெசல்), வரிசை நிர்ணயம், இடவியல் தேர்வு (சல்லன்-கீ, MFB, நிலை-மாறி), மற்றும் கூறு சகிப்புத்தன்மைகள், செயல்பாட்டு பெருக்கி வரம்புகள் போன்ற இலட்சியமற்ற காரணிகளின் மதிப்பீடு ஆகியவை அடங்கும். ஒரு முறையான வடிவமைப்பு ஓட்டம் மற்றும் நல்ல உருவகப்படுத்துதலுடன், ஒலி, இசைக்கருவிகள் அல்லது தகவல் தொடர்பு என எதுவாக இருந்தாலும், அனலாக் வடிகட்டிகளைத் துல்லியமாகவும், நிலையானதாகவும், பயன்பாட்டுத் தேவைகளுக்கு ஏற்பவும் உருவாக்க முடியும்.

நீங்கள் விரும்பினால், RC மதிப்புகள் மற்றும் கோட்பாட்டு உருவகப்படுத்துதல் முடிவுகளுடன் கூடிய ஒரு முழுமையான கணக்கீட்டு எடுத்துக்காட்டை (எ.கா., சல்லன்-கீ டோபாலஜியுடன் கூடிய 4ஆம் வரிசை பட்டர்வர்த் LPF) உருவாக்க நான் உங்களுக்கு உதவ முடியும்.