- ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ప్రాముఖ్యత
- ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క పని
- ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ డిజైన్
- ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ సిమ్యులేషన్
- ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అనువర్తనాలు
సరళమైన మాటలలో వివరించడానికి ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ అనేది కన్వర్టర్ సర్క్యూట్, ఇది ఇన్పుట్ కరెంట్ను అనుపాత అవుట్పుట్ వోల్టేజ్గా మారుస్తుంది. ఒక రెసిస్టర్ ద్వారా కరెంట్ ప్రవహించినప్పుడు మనకు తెలిసినట్లుగా, ఇది రెసిస్టర్ అంతటా వోల్టేజ్ డ్రాప్ను సృష్టిస్తుంది, ఇది కరెంట్ విలువకు మరియు విలువ రెసిస్టర్కు అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. ఇక్కడ, రెసిస్టర్ యొక్క విలువ ఆదర్శంగా స్థిరంగా ఉంటుందని uming హిస్తే వోల్టేజ్ విలువ ఆధారంగా కరెంట్ విలువను లెక్కించడానికి ఓమ్స్ లాను సులభంగా ఉపయోగించవచ్చు. వోల్టేజ్ కన్వర్టర్కు ఇది చాలా ప్రాథమిక కరెంట్, మరియు దీనిని సాధించడానికి మేము ఒక రెసిస్టర్ (నిష్క్రియాత్మక మూలకం) ను ఉపయోగించినందున దీనిని వోల్టేజ్ కన్వర్టర్ నుండి నిష్క్రియాత్మక కరెంట్ అంటారు.
మరోవైపు, ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ వోల్టేజ్ కన్వర్టర్కు చురుకైన కరెంట్, ఎందుకంటే ఇది ఇన్పుట్ కరెంట్ను అనుపాత అవుట్పుట్ వోల్టేజ్గా మార్చడానికి Op-Amp వంటి క్రియాశీల భాగాన్ని ఉపయోగిస్తుంది. BJT లు, IGBT లు, MOSFET లు వంటి ఇతర క్రియాశీల భాగాలను ఉపయోగించి క్రియాశీల I నుండి V కన్వర్టర్లను నిర్మించడం కూడా సాధ్యమే. కరెంట్ టు వోల్టేజ్ కన్వర్టర్ సాధారణంగా ఉపయోగించే ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ (TIA), కాబట్టి ఈ వ్యాసంలో మనం దీని గురించి మరింత తెలుసుకుంటాము మరియు మీ సర్క్యూట్ డిజైన్లలో దీన్ని ఎలా ఉపయోగించాలి.
ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ప్రాముఖ్యత
కరెంట్ను వోల్టేజ్గా మార్చడానికి ఒక రెసిస్టర్ను కూడా ఉపయోగించవచ్చని ఇప్పుడు మనకు తెలుసు, ఒప్-ఆంప్ ఉపయోగించి వోల్టేజ్ కన్వర్టర్లకు యాక్టివ్ కరెంట్ను ఎందుకు నిర్మించాలి? నిష్క్రియాత్మక V నుండి I కన్వర్టర్లపై దాని ప్రయోజనం మరియు ప్రాముఖ్యత ఏమిటి?
దానికి సమాధానం చెప్పడానికి ఫోటోసెన్సిటివ్ డయోడ్ (ప్రస్తుత మూలం) దానిపై పడే కాంతిని బట్టి దాని టెర్మినల్లో విద్యుత్తును అందిస్తుందని మరియు అవుట్పుట్ కరెంట్ను అనుపాత వోల్టేజ్గా మార్చడానికి ఫోటోడియోడ్లో సరళమైన తక్కువ-విలువ నిరోధకం అనుసంధానించబడి ఉంది. క్రింద ఉన్న చిత్రం.
పై సర్క్యూట్ సిద్ధాంతం ద్వారా బాగా పనిచేయవచ్చు కాని ఆచరణలో పనితీరు డీకోర్టికేట్ అవుతుంది ఎందుకంటే ఫోటో-డయోడ్ విచ్చలవిడి కెపాసిటెన్స్ అని పిలువబడే కొన్ని అవాంఛిత కెపాసిటివ్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటుంది. సెన్స్ రెసిస్టర్ యొక్క చిన్న విలువ కోసం, సమయం స్థిరాంకం (టి) (టి = సెన్స్ రెసిస్టెన్స్ x స్ట్రే కెపాసిటెన్స్) చిన్నదిగా ఉంటుంది మరియు అందువల్ల లాభం తక్కువగా ఉంటుంది. సెన్స్ రెసిస్టెన్స్ పెరిగితే ఖచ్చితమైన లాభం జరుగుతుంది, లాభం ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు సమయ స్థిరాంకం చిన్న రెసిస్టర్ విలువ కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ అసమాన లాభం శబ్ద నిష్పత్తికి తగినంత సిగ్నల్కు దారి తీస్తుందిమరియు అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ యొక్క వశ్యత పరిమితం. అందువల్ల, పేలవమైన లాభం మరియు శబ్దం సంబంధిత సమస్యలను పరిష్కరించడానికి, ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ తరచుగా ప్రాధాన్యత ఇవ్వబడుతుంది. ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్లో దీనికి జోడిస్తే, డిజైనర్ బ్యాండ్విడ్త్ మరియు డిజైన్ అవసరాలకు అనుగుణంగా సర్క్యూట్ యొక్క లాభ ప్రతిస్పందనను కూడా కాన్ఫిగర్ చేయవచ్చు.
ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క పని
ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ సర్క్యూట్ ప్రతికూల అభిప్రాయంతో సరళమైన ఇన్వర్టింగ్ యాంప్లిఫైయర్. యాంప్లిఫైయర్తో పాటు, ఒకే ఫీడ్బ్యాక్ రెసిస్టర్ (R1) క్రింద చూపిన విధంగా యాంప్లిఫైయర్ యొక్క విలోమ ముగింపుకు అనుసంధానించబడి ఉంది.
ఆప్-ఆంప్ యొక్క ఇన్పుట్ కరెంట్ దాని అధిక ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ కారణంగా సున్నా అవుతుంది అని మనకు తెలుసు, అందువల్ల మన ప్రస్తుత మూలం నుండి కరెంట్ పూర్తిగా రెసిస్టర్ R1 గుండా వెళ్ళాలి. ఈ కరెంట్ను ఈస్గా పరిశీలిద్దాం. ఈ సమయంలో, Op-Amp యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ (Vout) కింది సూత్రాన్ని ఉపయోగించి లెక్కించవచ్చు -
Vout = -Is x R1
ఈ ఫార్ములా ఆదర్శ సర్క్యూట్లో నిజం అవుతుంది. రియల్ సర్క్యూట్లో, ఆప్-ఆంప్ దాని ఇన్పుట్ పిన్స్ అంతటా ఇన్పుట్ కెపాసిటెన్స్ మరియు విచ్చలవిడి కెపాసిటెన్స్ యొక్క కొంత విలువను కలిగి ఉంటుంది, ఇది అవుట్పుట్ డ్రిఫ్ట్ మరియు రింగింగ్ డోలనాన్ని కలిగిస్తుంది, మొత్తం సర్క్యూట్ అస్థిరంగా ఉంటుంది. ఈ సమస్యను అధిగమించడానికి, ఒకే నిష్క్రియాత్మక భాగానికి బదులుగా, ట్రాన్సింపెడెన్స్ సర్క్యూట్ యొక్క సరైన పని కోసం రెండు నిష్క్రియాత్మక భాగాలు అవసరం. ఆ రెండు నిష్క్రియాత్మక భాగాలు మునుపటి రెసిస్టర్ (R1) మరియు అదనపు కెపాసిటర్ (C1). రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్ రెండూ యాంప్లిఫైయర్స్ నెగటివ్ ఇన్పుట్ మరియు అవుట్పుట్ మధ్య సమాంతరంగా అనుసంధానించబడి ఉన్నాయి.
ఇక్కడ పనిచేసే యాంప్లిఫైయర్ మళ్ళీ ప్రతికూల అభిప్రాయ స్థితిలో రెసిస్టర్ R1 మరియు కెపాసిటర్ C1 ద్వారా ఫీడ్బ్యాక్గా అనుసంధానించబడింది. ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ఇన్వర్టింగ్ పిన్కు వర్తించే ప్రస్తుత (ఇస్) అవుట్పుట్ వైపు సమాన వోల్టేజ్గా Vout గా మార్చబడుతుంది. ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను నిర్ణయించడానికి ఇన్పుట్ కరెంట్ యొక్క విలువ మరియు రెసిస్టర్ (R1) యొక్క విలువను ఉపయోగించవచ్చు.
అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ చూడు నిరోధకంపై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది, కానీ ఇది చూడు కెపాసిటర్ సి 1 విలువతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. సర్క్యూట్ బ్యాండ్విడ్త్ చూడు కెపాసిటర్ విలువ C1 పై ఆధారపడుతుంది, కాబట్టి ఈ కెపాసిటర్ విలువ మొత్తం సర్క్యూట్ యొక్క బ్యాండ్విడ్త్ను మార్చగలదు. మొత్తం బ్యాండ్విడ్త్లో సర్క్యూట్ యొక్క స్థిరమైన ఆపరేషన్ కోసం, అవసరమైన బ్యాండ్విడ్త్ కోసం కెపాసిటర్ విలువను లెక్కించే సూత్రాలు క్రింద చూపించబడ్డాయి.
C1 ≤ 1 / 2π x R1 xf p
ఇక్కడ, R1 అనేది చూడు నిరోధకం మరియు f p అవసరమైన బ్యాండ్విడ్త్ పౌన.పున్యం.
నిజమైన పరిస్థితిలో, పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ఇన్పుట్ కెపాసిటెన్స్ ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క స్థిరత్వానికి కీలక పాత్ర పోషిస్తాయి. సర్క్యూట్ యొక్క శబ్దం లాభం ప్రతిస్పందన సర్క్యూట్ దశ షిఫ్ట్ మార్జిన్ కారణంగా అస్థిరతను సృష్టిస్తుంది మరియు ఓవర్షూట్ స్టెప్ రెస్పాన్స్ ప్రవర్తనకు కారణమవుతుంది.
ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ డిజైన్
ఆచరణాత్మక డిజైన్లలో TIA ను ఎలా ఉపయోగించాలో అర్థం చేసుకోవడానికి, ఒకే రెసిస్టర్ మరియు కెపాసిటర్ ఉపయోగించి ఒకదాన్ని రూపకల్పన చేద్దాం మరియు దాని పనిని అర్థం చేసుకోవడానికి దానిని అనుకరించండి. Op-amp ఉపయోగించి కరెంట్ టు వోల్టేజ్ కన్వర్టర్ కోసం పూర్తి సర్క్యూట్ క్రింద చూపబడింది
పై సర్క్యూట్ సాధారణ తక్కువ శక్తి యాంప్లిఫైయర్ LM358 ను ఉపయోగిస్తుంది. రెసిస్టర్ R1 చూడు నిరోధకంగా పనిచేస్తుంది మరియు కెపాసిటర్ చూడు కెపాసిటర్ యొక్క ప్రయోజనాన్ని అందిస్తోంది. యాంప్లిఫైయర్ LM358 ప్రతికూల అభిప్రాయ ఆకృతీకరణలో అనుసంధానించబడి ఉంది. ప్రతికూల ఇన్పుట్ పిన్ స్థిరమైన ప్రస్తుత మూలానికి అనుసంధానించబడి ఉంటుంది మరియు సానుకూల పిన్ భూమికి లేదా 0 సంభావ్యతతో అనుసంధానించబడుతుంది. ఇది ఒక అనుకరణ మరియు మొత్తం సర్క్యూట్ ఒక ఆదర్శ సర్క్యూట్ వలె దగ్గరగా పనిచేస్తున్నందున కెపాసిటర్ విలువ చాలా ప్రభావితం చేయదు కాని సర్క్యూట్ భౌతికంగా నిర్మించబడితే అది అవసరం. 10pF ఒక సహేతుకమైన విలువ, అయితే ఇంతకు ముందు చర్చించినట్లుగా C1 ≤ 1 / 2π x R1 xf p ఉపయోగించి లెక్కించగలిగే సర్క్యూట్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్విడ్త్ను బట్టి కెపాసిటర్ విలువను మార్చవచ్చు.
ఖచ్చితమైన ఆపరేషన్ కోసం, op-amp +/- 12V అయిన ద్వంద్వ విద్యుత్ రైలు సరఫరా నుండి కూడా శక్తిని పొందుతుంది. చూడు నిరోధక విలువ 1 కేగా ఎంపిక చేయబడింది.
ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ సిమ్యులేషన్
డిజైన్.హించిన విధంగా పనిచేస్తుందో లేదో తనిఖీ చేయడానికి పై సర్క్యూట్ను అనుకరించవచ్చు. మా ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ను కొలవడానికి DC వోల్ట్మీటర్ op-amp అవుట్పుట్ అంతటా అనుసంధానించబడి ఉంది. సర్క్యూట్ సరిగ్గా పనిచేస్తుంటే, వోల్టమీటర్లో ప్రదర్శించబడే అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ విలువ ఆప్-ఆంప్ యొక్క విలోమ పిన్కు వర్తించే ప్రస్తుతానికి అనులోమానుపాతంలో ఉండాలి.
పూర్తి అనుకరణ వీడియో క్రింద చూడవచ్చు
పరీక్ష కేసు 1 లో, op-amp అంతటా ఇన్పుట్ కరెంట్ 1mA గా ఇవ్వబడుతుంది. ఆప్-ఆంప్ యొక్క ఇన్పుట్ ఇంపెడెన్స్ చాలా ఎక్కువగా ఉన్నందున , ప్రస్తుత ఫీడ్బ్యాక్ రెసిస్టర్ ద్వారా ప్రవహించడం ప్రారంభమవుతుంది మరియు అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ ప్రస్తుత ప్రవహించే ఫీడ్బ్యాక్ రెసిస్టర్ విలువ సమయాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది, ఇది Vout = -Is x R1 ఫార్ములా చేత నిర్వహించబడుతుంది మేము ముందు చర్చించాము.
మా సర్క్యూట్లో రెసిస్టర్ R1 విలువ 1 కే. అందువల్ల, ఇన్పుట్ కరెంట్ 1mA అయినప్పుడు, Vout ఉంటుంది, Vout = -Is x R1 Vout = -0.001 Amp x 1000 Ohms Vout = 1 వోల్ట్
మేము మా కరెంట్ టు వోల్టేజ్ అనుకరణ ఫలితాన్ని తనిఖీ చేస్తే, అది ఖచ్చితంగా సరిపోతుంది. ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ ప్రభావంతో అవుట్పుట్ సానుకూలంగా మారింది.
పరీక్ష కేసు 2 లో, op-amp అంతటా ఇన్పుట్ కరెంట్.05mA లేదా 500 మైక్రోఅంపీర్లుగా ఇవ్వబడుతుంది. అందువల్ల అవుట్పుట్ వోల్టేజ్ యొక్క విలువను ఇలా లెక్కించవచ్చు.
Vout = -Is x R1 Vout = -0.0005 Amp x 1000 Ohms Vout =.5 వోల్ట్
మేము అనుకరణ ఫలితాన్ని తనిఖీ చేస్తే, ఇది కూడా సరిగ్గా సరిపోతుంది.
మరోసారి ఇది అనుకరణ ఫలితం. సర్క్యూట్ను నిర్మించేటప్పుడు ఆచరణాత్మకంగా సరళమైన విచ్చలవిడి కెపాసిటెన్స్ ఈ సర్క్యూట్లో సమయ స్థిరమైన ప్రభావాన్ని కలిగిస్తుంది. భౌతికంగా నిర్మించేటప్పుడు డిజైనర్ ఈ క్రింది పాయింట్ల గురించి జాగ్రత్తగా ఉండాలి.
- కనెక్షన్ కోసం బ్రెడ్బోర్డులు లేదా రాగి ధరించిన బోర్డులు లేదా ఇతర స్ట్రిప్ బోర్డులను నివారించండి. పిసిబిలో మాత్రమే సర్క్యూట్ నిర్మించండి.
- ఐసి హోల్డర్ లేకుండా ఆప్-ఆంప్ను నేరుగా పిసిబికి కరిగించాలి.
- ఫీడ్బ్యాక్ మార్గాలు మరియు ఇన్పుట్ కరెంట్ సోర్స్ (ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ ద్వారా కొలవడానికి అవసరమైన ఫోటోడియోడ్ లేదా ఇలాంటివి) కోసం చిన్న జాడలను ఉపయోగించండి.
- కార్యాచరణ యాంప్లిఫైయర్కు వీలైనంత దగ్గరగా చూడు నిరోధకం మరియు కెపాసిటర్ను ఉంచండి.
- షార్ట్ లీడెడ్ రెసిస్టర్లను ఉపయోగించడం మంచిది.
- విద్యుత్ సరఫరా రైలులో పెద్ద మరియు చిన్న విలువలతో సరైన ఫిల్టర్ కెపాసిటర్లను జోడించండి.
- డిజైన్ యొక్క సరళత కోసం యాంప్లిఫైయర్ యొక్క ఈ ప్రయోజనం కోసం ప్రత్యేకంగా రూపొందించిన సరైన ఆప్-ఆంప్ను ఎంచుకోండి.
ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ యొక్క అనువర్తనాలు
లైట్ సెన్సింగ్ సంబంధిత ఆపరేషన్ కోసం ట్రాన్సింపెడెన్స్ యాంప్లిఫైయర్ ప్రస్తుత సిగ్నల్ కొలత సాధనం. ఇది కెమికల్ ఇంజనీరింగ్, ప్రెజర్ ట్రాన్స్డ్యూసర్స్, వివిధ రకాల యాక్సిలెరోమీటర్లు, అడ్వాన్స్డ్ డ్రైవర్ అసిస్టెంట్ సిస్టమ్స్ మరియు అటానమస్ వాహనాల్లో ఉపయోగించే లిడార్ టెక్నాలజీలో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతుంది.
ట్రాన్సింపెడెన్స్ సర్క్యూట్ యొక్క అత్యంత క్లిష్టమైన భాగం డిజైన్ స్థిరత్వం. దీనికి కారణం పరాన్నజీవి మరియు శబ్దం సంబంధిత సమస్యలు. సరైన యాంప్లిఫైయర్ను ఎంచుకోవడంలో డిజైనర్ జాగ్రత్తగా ఉండాలి మరియు సరైన పిసిబి మార్గదర్శకాలను ఉపయోగించడంలో జాగ్రత్తగా ఉండాలి.