Operational Amplifiers - Part 8

Operational Amplifiers အပိုင္း ( ၈ )

Loadig Effect ( သို႔မဟုတ္ ) Source နဲ႔ Load တို႔ရဲ႕ တိုက္ပဲြ

Electronic circuit ေတကြို Design လုပ္တဲ့ အခါမွာ load နဲ႔ source တေြရဲ႕ ဆက္ဆံပံုကို သိထားဘို႔ အလနြ္အရေးႀကီးပါတယ္

။ amplifier မ်ား design လုပ္ရာမွာ ၊ digital circuitမ်ား interface လုပ္ရာမွာ၊ အိမ္မွာမီးဖငြ့္တာ ၊ phone charging သငြ္းတာကအစ load နဲ႔ source တို႔ကို ခ်ိတ္ဆက္ေပးတာပါ။ Operational amplifier , transistor amplifier တေအြၾေကာင္း သေသေခ်ာခ်ာ နားလည္ဘို႔ ဆိုရင္ loading effect အၾေကာင္း သိထားရပါမယ္။

source ဆိုတာ ေပးသူပါ။ load ဆိုတာ ယူသူပါ။ source နဲ႔ load ဆက္တယ္ဆိုတာ ေပးသူနဲ႔ ယူသူကိုပေးတေြ႔တာပါ။ electronic circuit ေတမြွာ load ကို source နဲ႔ဆက္ရျခင္း အၾေကာင္းက

၁။ source ဆီမွ voltage ယူခ်င္လို႔ပါ။
၂။ source ဆီမွ current လိုခ်င္လို႔ပါ။
၃။ source ဆီမွ power လိုခ်င္လို႔ပါ။

ပုံ (၁) - Source and Load

signal တို႔ frequency တို႔ဆိုတာ electrical volt နဲ႔ current ေတပြါဘဲ။ ကိုယ္လိုခ်င္တဲ့ signal ပံုစံေပၚလိုက္ၿပီး circuit ေတကြို ကိုက္ညီေအာင္ design လုပ္ေပးရပါတယ္။ တကယ္ေတာ့ volt ရယ္ current ရယ္ power ရယ္ဟာ အတူတဲြၿပီးရွိေနတတ္တာမို႔ခဲြျခားရခက္ပါတယ္။ source က signal ကို voltage နဲ႔ ထုတ္ေပးရင္ load က voltage ကိုယူႏိုင္ရင္ အကောင္းဆံုးပါ။ voltage နဲ႔ေပးတာကို current နဲ႔ ယူလိုေတာ့ရပါတယ္ ကိုယ္က v ကို i ေျပာင္း ေပးရပါမယ္။ ဥပမာ dynamic microphone ေတရြဲ႕ output ကို voltage source အေနနဲ႔ မွတ္ယူၿပီး photo diode ေတရြဲ႕ output ေတကြိုတော့ current အျဖစ္ ယူနိင္ပါတယ္။Antenna ေတကြိုေတာ့ power source အျဖစ္ သတ္မွတ္ၿပီး design လုပ္နိင္ပါတယ္။ op-amp ေတဟြာsignal ေတကြို volt အေနနဲ႔ရော current အနေနဲ႔ပါ လက္ခံႏိုင္ပါတယ္။

ပုံ (၂) - Voltage Amplifier

Voltageလိုခ်င္ရင္ ...

Source တိုင္းမွာ internal resistance ပုံ(၂) ရွိပါတယ္။ internal resistance ကို voltage source နဲ႔ series ဆက္ၿပီးေဖၚျပပါတယ္။ dry cell, battery, generator, microphone ... စတဲ့ source တိုင္းမွာရွိပါတယ္။ အဲ့ဒါရွိတဲ့အတြက္ load က currentဆဲရြင္ load မွာရနိင္တဲ့ volt နည္းလာပါတယ္။ current ဆဲြလေ ရႏိုင္တဲ့ volt နည္းလေပါဘဲ။ အဲ့ဒါကို Loading effect လို႔ခေၚတာပါ။

ဒါေၾကာင့္ ကိုယ္က amplifier တခု design လုပ္တဲ့အခါ source ဆီက ရသမွ် voltage အားလံုး ယူႏိုင္ေလကောင္းေလပါဘဲ။ ဘယ္လို လုပ္ရင္ အမ်ားဆံုးရမလဲဆိုတာ သိခ်င္ရင္ source နဲ႔ Load ရဲ႕ voltage divider formula ကိုၾကည့္ပါ။

Vl = Vs Rl/(Rs + Rl)

Vl= Vs ျဖစ္ခ်င္ရင္ ၂ နည္းရွိပါတယ္။

၁။ Rs = 0 သို႔
၂။ Rl = infinity

တခုခု ျဖစ္ရပါမယ္။ ဆိုလိုတာက source တခုဆီက voltage ကိုအကုန္လိုခ်င္ရင္ source ရဲ႕ internal resistance zero ျဖစ္ရပါမယ္။ ဒါမွမဟုတ္ Load ရဲ႕ Resistance အလနြ္ႀကီးရပါမယ္။ လက္ေတမြွာ မျဖစ္ႏိုင္ရင္ source ရဲ႕ resistance နဲ႔ load ရဲ႕ resistance ကခြျခားခ်က္ဟာ ၁၀ ဆ အထက္ ရွိရပါမယ္။ Amplifier တခုဆိုတာ input မွာ load ျဖစ္ၿပီး output မွာ source ျဖစ္တာေၾကာင့္ voltage amplifier ပုံ(၂) တခုဟာ input resistance ႀကီးေလ ေကာင္းေလျဖစ္ၿပီး output resistance ငယ္ေလ ေကာင္းေလ ျဖစ္ပါတယ္။

ပုံ (၃) - Current Amplifier

Current လိုခ်င္ရင္ ...

တခ်ိဳ႕ signal ေတဟြာ current အနေနဲ႔ လာၾကပါတယ္။ အဲ့ဒီအခါ Amplifier ေတဟြာ source ကပေးတဲ့ current ကို အားလံုးရအောင္ ၾကိဳးစားရပါတယ္။ current source တိုင္းဟာလည္း internal resistance ရွိၿပီး current source နဲ႔ parallel model လုပ္ၿပီး ေဖၚျပပါတယ္။ current source တခုကို load နဲ႔ဆက္လိုက္တဲ့အခါ load မွရမဲ့ current ေဝစုကို ေအာက္ပါပံုေသနည္းနဲ႔ ေဖၚျပႏိုင္ပါတယ္။

IL = Is Rs/(Rs + Rl)

ဒီပံုေသနည္းက load မွ ရမဲ့ current ဟာ source ကပေးတာထက္ ေလ်ာ့ၿပီးရမယ္ဆိုတာ ေဖၚျပပါတယ္။ဒါကို loading effect လို႔ေခၚါပါတယ္။

load က source ရဲ႕ current ကို အကုန္ရခ်င္ရင္

၁။ Rs = ∞ သို႔
၂။ Rl = 0

အနည္းဆံုးတခုျဖစ္ရပါမယ္။ ဆိုလိုတာက load က source ရဲ႕ current ကို အကုန္လိုခ်င္ရင္ Source ရဲ႕ resistance infinity ျဖစ္ခ်င္ျဖစ္ ဒါမွမဟုတ္ load resistance zero ျဖစ္ရမယ္။ လက္ေတ႔မြွာ မျဖစ္ႏိုင္ရင္ Load resistance ဟာ Source Resistance ထက္ အနည္းဆံုး ၁၀ ဆ ေက်ာ္ ေလ်ာ့နည္းရပါမယ္။

loading effect ဟာ Amplifier ေတရြဲ႕ gain ကို source နဲ load အမ်ိဳးအစားေပၚလိုက္ၿပီး အမ်ိဳးမ်ိဳးေျပာင္းေစတာမို႔ မရွိေလ ေကာင္းေလပါဘဲ။

ပုံ (၄) - Basic Amplifiers and their ideal terminal resistances

Load အမ်ိဳးမ်ိဳး ၊ source အမ်ိဳးမ်ိဳးနဲ႔ အလုပ္လုပ္ႏိုင္ဘို႔ဆိုရင္ Amplifier ၄ မ်ိ္းလိုပါတယ္။ ပုံ (၄)

၁ ။ Voltage Amplifier - Volt input , Volt output
၂ ။ Trans-conductance Amplifier - Volt input , Current output
၃ ။ Trans-resistance Amplifier - Current input , Volt output
၄ ။ Current Amplifier - Current input , Current output

Operational Amplifier အမ်ားစုဟာ Voltage Amplifier မ်ားျဖစ္ၾကပါတယ္။ BJT transistor မ်ားကတော့ Current Amplifier မ်ားျဖစ္ၿပီး FET transistor မ်ားဟာ Trans-conductance Amplifier ေတျဖြစ္ပါတယ္။သို႔သော္လည္း အျခားျပင္ပမွ component မ်ားနဲ႔တဲြဖက္ၿပီး Amplifier type တခုမွ အျခားတခုသို႔ ေျပာင္းႏိုင္ပါတယ္။

ဘယ္ type ဘဲျဖစ္ျဖစ္ input က volt ျဖစ္ရင္ Amplifier ရဲ႕ input resistance မ်ားရမယ္ current ျဖစ္ရင္ input resistance နဲေလ ေကာင္းေလ။ zero ျဖစ္ရင္ အကောင္းဆံုး။ Amplifier ဟာ output signal ကို volt အနေနဲ႔ထုတ္ရင္ Amplifier ရဲ႕ output resistance နဲေလ ေကာင္းေလဘဲ။Signal ကို Current အေနနဲ႔ထုတ္မယ္ဆိုရင္ Amplifier ရဲ႕ output resistance ႀကီးေလကောင္းေလပါ။
Operational Amplifier မ်ားဟာ Negative Feedback နဲ႔တၿြဲပီး အသံုးျပဳမယ္ဆိုရင္ အလနြ္တိက်တဲ့ gain ကိုရႏိုင္တဲ့အျပင္ Loading Effect ကိုပါ မရွိသေလာက္ေလွ်ာ့ခ်ႏိုင္တဲ့အတကြ္ analog signal processing အတကြ္ အလနြ္အရေးပါေၾကာင္းပါ။