एम्पलीफायर विरूपण: सर्किट, प्रकार, कैसे कम करें और बनाम विरूपण पैडल

एम्पलीफायर एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है जो छोटे सिग्नल के इनपुट को बड़े ओ/पी सिग्नल में मजबूत करता है। इसलिए आउटपुट सिग्नल कुछ लाभ मूल्यों द्वारा लगातार बदल रहा है। इनका उपयोग वायरलेस संचार और प्रसारण के भीतर सभी प्रकार के ऑडियो उपकरणों में किया जाता है। आदर्श परिस्थितियों में, एम्पलीफायर के प्रवर्धित ओ/पी सिग्नल में बिल्कुल इनपुट सिग्नल के समान तरंगरूप होना चाहिए। हालाँकि, व्यावहारिक तौर पर यह आदर्श स्थिति बिल्कुल भी हासिल नहीं हो पाती है एम्पलीफायरों . इस प्रकार, तरंगरूप के भीतर कुछ संशोधन आयाम में वृद्धि के अतिरिक्त हो सकते हैं जिसे विरूपण के रूप में जाना जाता है। यह अवांछित है क्योंकि यह सिग्नल के माध्यम से की गई खुफिया जानकारी को संशोधित कर सकता है। यह आलेख संक्षिप्त जानकारी प्रदान करता है प्रवर्धक विरूपण , कार्य करना, और इसके अनुप्रयोग।

एम्प्लीफायर विरूपण क्या है?

एम्पलीफायर विरूपण को इस प्रकार परिभाषित किया जा सकता है; किसी एम्पलीफायर के इनपुट सिग्नल से कोई भी अंतर जो पूरे एम्प्लीफिकेशन प्रक्रिया के दौरान होता है और परिमाण, आकार, आवृत्ति सामग्री आदि के संदर्भ में एक परिवर्तित आउटपुट सिग्नल देता है। यह कई कारकों के कारण होता है जैसे; एम्पलीफायर के घटकों के भीतर गैर-रैखिकता, अनुचित पूर्वाग्रह, या एम्पलीफायर ओवरलोडिंग। एम्पलीफायर विरूपण अवांछनीय है क्योंकि यह प्रवर्धित सिग्नल के मूल्य को कम कर देता है।

एम्पलीफायर विरूपण सर्किट

एम्प्लीफायर विरूपण को एक उदाहरण से समझा जा सकता है सामान्य उत्सर्जक (सीई) एम्पलीफायर सर्किट . आउटपुट सिग्नल विरूपण निम्नलिखित कारणों से हो सकता है।

• ग़लत पूर्वाग्रह स्तरों के कारण संपूर्ण सिग्नल चक्र में प्रवर्धन नहीं हो सकता है।
• यदि इनपुट सिग्नल बहुत बड़ा है, तो यह एम्पलीफायरों के ट्रांजिस्टर को वोल्टेज आपूर्ति के माध्यम से सीमित कर देता है।
• प्रवर्धन संपूर्ण इनपुट आवृत्ति रेंज के ऊपर एक रैखिक सिग्नल नहीं हो सकता है, जिसका अर्थ है कि सिग्नल तरंग के प्रवर्धन प्रक्रिया के दौरान, एम्पलीफायर विरूपण होगा।

एम्पलीफायरों को छोटे इनपुट वोल्टेज संकेतों को बड़े आउटपुट संकेतों में प्रवर्धित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसका अर्थ है कि आउटपुट सिग्नल लगातार लाभ मूल्य से बदला जाएगा जो मुख्य रूप से सभी इनपुट आवृत्तियों के लिए इनपुट सिग्नल से गुणा किया जाता है।

निम्नलिखित सामान्य उत्सर्जक (सीई) सर्किट छोटे इनपुट एसी सिग्नलों के लिए संचालित होता है, हालांकि यह उनके काम करने में कुछ परेशानी पैदा करता है। तो, BJT एम्पलीफायर के पूर्वाग्रह बिंदु 'Q' की इच्छित स्थिति सभी प्रकार के ट्रांजिस्टर के लिए संबंधित बीटा मान पर निर्भर करती है।

आम एमिटर-प्रकार ट्रांजिस्टर सर्किट मुख्य रूप से छोटे एसी इनपुट सिग्नल के लिए अच्छी तरह से काम करता है, हालांकि एक मुख्य दोष से ग्रस्त है, द्विध्रुवी एम्पलीफायर के पूर्वाग्रह क्यू-बिंदु की गणना की गई स्थिति मुख्य रूप से सभी प्रकार के ट्रांजिस्टर के संबंधित बीटा मान पर निर्भर करती है। हालाँकि, यह बीटा मान समान प्रकार के ट्रांजिस्टर से उतार-चढ़ाव करता है, जिसका अर्थ है, एक ट्रांजिस्टर का क्यू-पॉइंट विशिष्ट उत्पादन की स्वीकार्यता के कारण समान श्रेणी वाले दूसरे ट्रांजिस्टर से संबंधित नहीं है। उसके बाद, एम्पलीफायर विरूपण होता है क्योंकि एम्पलीफायर रैखिक नहीं है। ट्रांजिस्टर और बायसिंग घटकों का सावधानीपूर्वक चयन एम्पलीफायर विरूपण प्रभाव को कम करने में सहायता कर सकता है।

एम्पलीफायर विरूपण के प्रकार

विभिन्न प्रकार के एम्पलीफायर विरूपण हैं जिनकी चर्चा नीचे की गई है। विरूपण का प्रकार मुख्य रूप से ट्रांजिस्टर, डिवाइस प्रतिक्रिया और संबंधित सर्किट द्वारा उपयोग की जाने वाली विशेषताओं के क्षेत्र पर निर्भर करता है।

अरैखिक विरूपण

गैर-रेखीय विरूपण मुख्य रूप से एक एम्पलीफायर में होता है जब लागू इनपुट सिग्नल बड़ा होता है और सक्रिय डिवाइस अपनी विशेषताओं के गैर-रेखीय क्षेत्र में संचालित होता है। इस विकृति का उपयोग एम्पलीफायर के इनपुट और आउटपुट सिग्नल के बीच एक गैर-रेखीय संबंध का वर्णन करने के लिए किया जाता है। इसलिए यह विकृति उन प्रणालियों से उत्पन्न होती है जहां आउटपुट सिग्नल इनपुट सिग्नल के लिए सटीक रूप से आनुपातिक नहीं होता है और इंटरमॉड्यूलेशन उत्पाद या हार्मोनिक्स उत्पन्न होते हैं।

आयाम विरूपण

आयाम विरूपण एक प्रकार का अरेखीय विरूपण है जो सिग्नल के शिखर मूल्य के भीतर क्षीणन के कारण होता है। क्यू बिंदु के भीतर बदलाव और सिग्नल के 360⁰ से नीचे के प्रवर्धन के कारण मुख्य रूप से आयाम में विकृति आती है। यह विकृति मुख्य रूप से क्लिपिंग और गलत पूर्वाग्रह के कारण होती है। हम जानते हैं कि यदि ट्रांजिस्टर का बायसिंग बिंदु सही है, तो आउटपुट प्रवर्धित आकार के भीतर इनपुट के समान है। इसे निम्नलिखित मामलों के माध्यम से समझा जा सकता है।

मान लीजिए कि एम्पलीफायर को अपर्याप्त बायसिंग प्रदान की गई है, तो क्यू-पॉइंट लोड लाइन के छोटे आधे हिस्से के करीब स्थित होगा। तो इस स्थिति में, इनपुट सिग्नल का नकारात्मक आधा भाग कट जाता है और हमें एम्पलीफायर का विकृत आउटपुट सिग्नल प्राप्त होता है।

यदि हम एक अतिरिक्त पूर्वाग्रह क्षमता प्रदान करते हैं, तो क्यू-बिंदु लोड लाइन के ऊंचे हिस्से पर होगा। तो यह स्थिति एक आउटपुट प्रदान करती है जो तरंग के सकारात्मक आधे भाग पर कट जाएगी।
इनपुट सिग्नल बड़ा होने की स्थिति में उचित बायसिंग कभी-कभी आउटपुट के भीतर विकृति का कारण बन सकती है क्योंकि यह इनपुट सिग्नल एम्पलीफायर के लाभ के माध्यम से प्रवर्धित होता है। तो तरंगरूप का सकारात्मक और नकारात्मक दोनों आधा भाग किसी न किसी हिस्से में कट जाएगा जिसे क्लिपिंग डिस्टॉर्शन कहा जाता है।

रैखिक विरूपण

रैखिक विरूपण मुख्य रूप से तब होता है जब डिवाइस को चलाने के लिए लागू इनपुट सिग्नल छोटा होता है और इसकी विशेषताओं के रैखिक खंड में कार्य करता है। तो यह विकृति मुख्य रूप से सक्रिय उपकरणों की आवृत्ति-निर्भर विशेषताओं के कारण होती है।

आवृत्ति विरूपण

इस प्रकार की विकृति में, प्रवर्धन स्तर आवृत्ति में बदल जाता है। एक यथार्थवादी एम्पलीफायर में प्रवर्धन के दौरान इनपुट सिग्नल में विभिन्न आवृत्ति घटकों के साथ मौलिक आवृत्ति शामिल होती है जिसे हार्मोनिक्स कहा जाता है।

प्रवर्धन के बाद हार्मोनिक आयाम (एचए) मूल आयाम का काफी अंश है। यह आउटपुट तरंग के लिए कोई गंभीर कारण नहीं बनता है। यदि प्रवर्धन के बाद HA उच्च मान पर चला जाता है, तो इसके प्रभाव से बचा नहीं जा सकता क्योंकि यह आउटपुट पर दिखाई देता है।

यहां इनपुट में हार्मोनिक्स सहित मौलिक आवृत्ति है। तो प्रवर्धन पर दोनों का संयोजन आउटपुट पर एक विकृत संकेत प्रदान करता है। यह या तो प्रतिक्रियाशील तत्वों की घटना के कारण होता है (या) एम्पलीफायर सर्किट के इलेक्ट्रोड कैपेसिटेंस के माध्यम से होता है।

चरण विकृति

चरण विरूपण को एम्पलीफायर में विलंब विरूपण भी कहा जाता है क्योंकि जब भी इनपुट और आउटपुट सिग्नल के बीच समय विलंब होता है तो इसे चरण विकृत सिग्नल कहा जाता है। यह विकृति मुख्यतः विद्युत प्रतिक्रिया के कारण उत्पन्न होती है। पहले हमने चर्चा की है कि एक सिग्नल में विभिन्न आवृत्ति घटक शामिल होते हैं, इस प्रकार, जब भी विभिन्न आवृत्तियों में अलग-अलग चरण बदलाव का अनुभव होता है तो चरण विरूपण होता है। ऑडियो एम्पलीफायरों में इस प्रकार की विकृति का कोई व्यावहारिक महत्व नहीं है क्योंकि मानव कान चरण बदलाव के प्रति असंवेदनशील है। विरूपण का प्रकार और मात्रा जो सहने योग्य या असहनीय है, मुख्य रूप से एम्पलीफायर के अनुप्रयोग पर निर्भर करता है। आमतौर पर, जब भी एम्पलीफायर अत्यधिक विकृति पैदा करता है तो सिस्टम का कामकाज प्रभावित होता है।

विकृति के कारण

एम्प्लीफायरों में विकृति मुख्यतः उन मुख्य कारणों से होती है जिनकी चर्चा नीचे की गयी है।

• जब भी इनपुट सिग्नल को इनपुट सिग्नल के पूरे चक्र के लिए प्रवर्धित नहीं किया जाता है तो विरूपण मुख्य रूप से गलत पूर्वाग्रह के कारण होता है।
• यह तब होता है जब लागू इनपुट सिग्नल बहुत बड़ा होता है।
• कभी-कभी, जब भी प्रवर्धन संपूर्ण आवृत्ति रेंज के ऊपर रैखिक नहीं होता है, तो प्रवर्धक विरूपण होता है।
• एम्पलीफायर विरूपण विभिन्न कारकों के कारण हो सकता है; ट्रांजिस्टर या ट्यूब जैसे एम्पलीफायर के घटकों के भीतर गैर-रैखिकताएं।
• इसके अलावा, प्रतिबाधा बेमेल, बिजली आपूर्ति सीमाएं और सिग्नल क्लिपिंग भी एम्पलीफायर विरूपण में योगदान कर सकते हैं। तो इन कारकों के परिणामस्वरूप सिग्नल प्रवर्धन होता है जो इनपुट सिग्नल से बदलता है और मूल सिग्नल विरूपण की ओर ले जाता है।
• आम तौर पर, एम्पलीफायरों के भीतर हार्मोनिक विकृति पैदा हो सकती है
• हार्मोनिक विरूपण एक एम्पलीफायर में एक प्रकार की विकृति है जो आमतौर पर एम्पलीफायर द्वारा होती है जिसे उसके द्वारा प्रदान की जा सकने वाली बिजली आपूर्ति से अधिक वोल्टेज की आवश्यकता होती है।
• ऐसा कुछ आंतरिक सर्किट भागों के उनकी आउटपुट क्षमता से अधिक होने पर भी हो सकता है।
• ट्रांजिस्टर की गैर-रैखिकता के कारण हार्मोनिक विरूपण होता है।
• यह मुख्य रूप से सक्रिय उपकरणों की आवृत्ति-निर्भर विशेषताओं के कारण होता है।
• एम्पलीफायरों में आयाम विरूपण मुख्य रूप से तब होता है जब क्यू-बिंदु के भीतर बदलाव के कारण आवृत्ति तरंग के चरम मान क्षीण हो जाते हैं।

एम्पलीफायरों में हार्मोनिक विरूपण को कैसे कम करें

हार्मोनिक विरूपण (एचडी) उन प्रमुख मुद्दों में से एक है जो विभिन्न समस्याओं का कारण बनता है जैसे; क्रॉसस्टॉक, सिग्नल अखंडता मुद्दे, और ईएमआई (विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप)। यह कई कारणों से हो सकता है और हार्मोनिक विकृति को कम करने या दूर करने के विभिन्न तरीके हैं जिनकी चर्चा नीचे की गई है।

• विभेदक सिग्नलिंग हार्मोनिक विरूपण को कम करने के लिए उपयोग की जाने वाली विधियों में से एक है जो विभिन्न हार्मोनिक्स को रद्द कर सकती है।
• एक और तरीका कम आउटपुट प्रतिबाधा वाली बिजली आपूर्ति का उपयोग करना है जो हार्मोनिक्स को कम करने में भी सहायता कर सकता है।
• नेटवर्क पुनर्विन्यास वह प्रक्रिया है जो हार्मोनिक्स को कम करने में मदद करती है जहां उपयोगकर्ता बड़े हार्मोनिक्स उत्पन्न करते हैं। इन हार्मोनिक्स की पहचान और वर्गीकरण उनके द्वारा उत्पादित हार्मोनिक्स के प्रकार के आधार पर किया जाता है।
• आधे और पूर्ण-तरंग कन्वर्टर्स के उपयोग के दौरान हार्मोनिक्स रद्दीकरण के लिए मल्टी-पल्स कन्वर्टर्स जोड़ने से हार्मोनिक्स को खत्म करने में मदद मिलती है।
• चरण संतुलन एक और तकनीक है जो हार्मोनिक्स को कम करने के लिए उपयुक्त है।
• श्रृंखला रिएक्टर इस्पात संयंत्रों और गलाने में हार्मोनिक्स को कम करते हैं।
• डिफरेंशियल सिग्नलिंग एक ऐसी विधि है जिसका उपयोग अक्सर शोर और क्रॉसस्टॉक प्रभाव को कम करने के लिए हाई-स्पीड डिजिटल सिस्टम में किया जाता है। डिफरेंशियल सिग्नलिंग में दो सिग्नल अलग-अलग तारों पर प्रसारित होते हैं, जिनमें से एक सिग्नल दूसरे के विपरीत होता है। उसके बाद, प्राप्तकर्ता डिवाइस दो सिग्नलों को मर्ज कर देता है और किसी भी सामान्य-मोड शोर को रद्द किया जा सकता है।
• कम आउटपुट प्रतिबाधा के माध्यम से बिजली की आपूर्ति भी हार्मोनिक्स को कम करने में सहायता कर सकती है।
• जब भी करंट खींचा जाता है तो कम-प्रतिबाधा बिजली की आपूर्ति में कम वोल्टेज ड्रॉप होता है, इसलिए यह हार्मोनिक विरूपण के साथ होने वाली कई समस्याओं को कम करने या दूर करने में सहायता कर सकता है।

एम्पलीफायर विरूपण को कैसे मापें?

एम्पलीफायर विरूपण को एनालॉग स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग करके मापा जा सकता है। अधिकांश स्पेक्ट्रम विश्लेषकों में 50ohm इनपुट होते हैं, इसलिए >50ohms DUT लोड का अनुकरण करने के लिए DUT और विश्लेषक के बीच एक अलगाव अवरोधक की आवश्यकता होती है।

एक बार जब स्पेक्ट्रम विश्लेषक स्वीप दर, संवेदनशीलता और बैंडविड्थ के लिए समायोजित हो जाता है, तो इनपुट के ओवरड्राइव के लिए इसे सावधानीपूर्वक सत्यापित करें। सबसे सरल तकनीक विश्लेषक के इनपुट पथ के भीतर 10dB क्षीणन स्थापित करने के लिए वेरिएबल एटेन्यूएटर का उपयोग करना है। स्पेक्ट्रम विश्लेषक के डिस्प्ले पर निगरानी के अनुसार सिग्नल और किसी भी हार्मोनिक्स दोनों को एक निर्धारित मात्रा के माध्यम से क्षीण किया जाना चाहिए। यदि हार्मोनिक्स को >10dB से क्षीण किया जाता है, तो विश्लेषक का इनपुट एम्पलीफायर विरूपण उत्पन्न कर रहा है और संवेदनशीलता कम होनी चाहिए। कई विश्लेषकों के पास ओवरड्राइव की पुष्टि करते समय क्षीणन की ज्ञात मात्रा पेश करने के लिए सामने की प्लेट के शीर्ष पर एक बटन होता है।

एम्पलीफायर विरूपण बनाम विरूपण पेडल के बीच अंतर

एम्पलीफायर विरूपण और विरूपण पैडल के बीच मुख्य अंतर पर नीचे चर्चा की गई है।

इस प्रकार, यह एम्पलीफायर का एक सिंहावलोकन है विकृति, कार्य करना , और इसके अनुप्रयोग। यह इनपुट सिग्नल से किसी भी भिन्नता को संदर्भित करता है जो आउटपुट सिग्नल प्रदान करने के लिए प्रवर्धन प्रक्रिया में होता है। इस सिग्नल को आवृत्ति, आकार, परिमाण आदि के संदर्भ में बदला जा रहा है। यह विभिन्न कारकों के कारण होता है जैसे; एम्पलीफायर के घटकों के भीतर गैर-रैखिकता, अनुचित पूर्वाग्रह, या एम्पलीफायर ओवरलोडिंग। विभिन्न प्रकार की विकृतियाँ उपलब्ध हैं जिनकी विशिष्ट विशेषताएँ और कारण हैं। आम तौर पर एम्पलीफायर विरूपण अवांछनीय है क्योंकि यह प्रवर्धित सिग्नल के मूल्य को कम कर सकता है। यहां आपके लिए एक प्रश्न है कि एम्पलीफायर क्या है?