Transimpedance amplifier
इलेक्ट्रानिक्सआव, मोनसे ट्रान्सिमपिडेन्स एम्पलीफायर (टि. आइ. ए.) मोनसे कारेन्टनिफ्राय भोल्टेज कनवर्टर, जाय प्राय जर 'खा महरै मोनसे एबा गोबां अपारेशनल एम्पलीफायरफोरजों बाहायजायो। टी. आई. ए. का उपयोग गीगर-मुलर ट्यूबों, फोटो मल्टीप्लायर ट्यूबों, एक्सेलेरोमीटरों, फोटो डिटेक्टरों और अन्य प्रकार के सेंसरों के वर्तमान उत्पादन को उपयोग करने योग्य वोल्टेज में बढ़ाने के लिए किया जा सकता है। विद्युत धारा से विद्युत धारा परिवर्तक का उपयोग ऐसे संवेदक के साथ किया जाता है जिसमें विद्युत धारा प्रतिक्रिया होती है जो विद्युत धारा प्रतिक्रिया की तुलना में अधिक रैखिक होती है। यह फोटोडायोड्स के मामले में है जहां वर्तमान प्रतिक्रिया के लिए प्रकाश इनपुट की एक विस्तृत श्रृंखला पर 1 प्रतिशत से बेहतर अरैखिकता होना असामान्य नहीं है। पारगमन एम्पलीफायर फोटोडायोड के लिए एक कम प्रतिबाधा प्रस्तुत करता है और इसे परिचालन एम्पलीफायर के आउटपुट वोल्टेज से अलग करता है। अपने सबसे सरल रूप में एक पारगमन एम्पलीफायर में सिर्फ एक बड़ा मूल्यवान प्रतिक्रिया प्रतिरोधक, आर. एफ. होता है। एम्पलीफायर का गेन इस रेसिस्टर द्वारा निर्धारित किया जाता है और क्योंकि एम्पलीफायर एक इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन में है, इसका मान-Rf है। पारगमन एम्पलीफायरों के कई अलग-अलग विन्यास हैं, जिनमें से प्रत्येक एक विशेष अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त है। एक कारक जो उन सभी में समान है, वह है संवेदक के निम्न-स्तरीय प्रवाह को वोल्टेज में बदलने की आवश्यकता। गेन, बैंडविड्थ के साथ-साथ करंट और वोल्टेज ऑफसेट विभिन्न प्रकार के सेंसर के साथ बदलते हैं, जिसके लिए ट्रांसिमपेडेन्स एम्पलीफायरों के विभिन्न विन्यास की आवश्यकता होती है। चित्र 1 में दिखाए गए परिपथ में फोटोडायोड (वर्तमान स्रोत के रूप में दिखाया गया है) ग्राउंड और ऑप-एम्प के इनवर्टिंग इनपुट के बीच जुड़ा हुआ है। ऑप-एम्प का दूसरा इनपुट भी ग्राउंड से जुड़ा होता है। यह फोटोडायोड के लिए कम प्रतिबाधा भार प्रदान करता है, जो फोटोडायोड वोल्टेज को कम रखता है। फोटोडायोड बिना किसी बाहरी पूर्वाग्रह के फोटोवोल्टिक मोड में काम कर रहा है। ऑप-एम्प का उच्च लाभ फोटोडायोड धारा को आर. एफ. के माध्यम से प्रतिक्रिया धारा के बराबर रखता है। इस स्व-पक्षपाती फोटोवोल्टिक मोड में फोटोडायोड के कारण इनपुट ऑफसेट वोल्टेज बहुत कम होता है। यह किसी भी बड़े उत्पादन ऑफसेट वोल्टेज के बिना एक बड़े लाभ की अनुमति देता है। इस विन्यास का उपयोग फोटोडायोड के साथ किया जाता है जो कम प्रकाश स्तर के साथ प्रकाशित होते हैं और इसके लिए बहुत अधिक लाभ की आवश्यकता होती है। एक पारगमन एम्पलीफायर का डीसी और कम आवृत्ति लाभ समीकरण द्वारा निर्धारित किया जाता है इसलिए यदि लाभ बड़ा है, तो ऑप-एम्प के गैर-इनवर्टिंग इनपुट पर किसी भी इनपुट ऑफसेट वोल्टेज के परिणामस्वरूप एक आउटपुट डीसी ऑफसेट होगा। ऑप-एम्प के इनवर्टिंग टर्मिनल पर एक इनपुट बायस करंट इसी तरह एक आउटपुट ऑफसेट में परिणाम देगा। इन प्रभावों को कम करने के लिए, पारगमन एम्पलीफायरों को आमतौर पर फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एफईटी) इनपुट ऑप-एम्प्स के साथ डिज़ाइन किया जाता है जिसमें बहुत कम इनपुट ऑफसेट वोल्टेज होते हैं। एक उल्टा टी. आई. ए. का उपयोग फोटोकंडक्टिव मोड में काम करने वाले फोटोडायोड के साथ भी किया जा सकता है, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है। फोटोडायोड के कैथोड पर एक सकारात्मक वोल्टेज एक विपरीत पूर्वाग्रह लागू करता है। यह विपरीत पूर्वाग्रह ह्रास क्षेत्र की चौड़ाई को बढ़ाता है और जंक्शन कैपेसिटेंस को कम करता है, जिससे उच्च आवृत्ति प्रदर्शन में सुधार होता है। जहाँ उच्च बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है वहाँ एक पारगमन फोटोडायोड एम्पलीफायर के फोटोकंडक्टिव विन्यास का उपयोग किया जाता है। आमतौर पर स्थिरता में सुधार के लिए प्रतिक्रिया संधारित्र सी. एफ. की आवश्यकता होती है। बैंडविड्थ और स्थिरता एक पारगमन एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया प्रतिक्रिया प्रतिरोधक द्वारा निर्धारित लाभ के व्युत्क्रमानुपाती होती है। जिन सेंसरों का उपयोग पारगमन एम्पलीफायरों के साथ किया जाता है, उनमें आमतौर पर एक ऑप-एम्प संभालने की तुलना में अधिक क्षमता होती है। संवेदक को एक वर्तमान स्रोत और एक संधारित्र सी. आई. के रूप में मॉडल किया जा सकता है। ऑप-एम्पी के इनपुट टर्मिनलों में यह धारिता, जिसमें ऑप-एम्पी की आंतरिक धारिता शामिल है, प्रतिक्रिया पथ में एक लो-पास फ़िल्टर का परिचय देती है। इस फिल्टर की लो-पास प्रतिक्रिया को प्रतिक्रिया कारक के रूप में वर्णित किया जा सकता हैः जब इस लो-पास फिल्टर प्रतिक्रिया के प्रभाव पर विचार किया जाता है, तो सर्किट का प्रतिक्रिया समीकरण बन जाता हैः ऑप-एम्प का ओपन-लूप लाभ कहाँ है। कम आवृत्तियों पर प्रतिक्रिया कारक β का प्रवर्धक प्रतिक्रिया पर बहुत कम प्रभाव पड़ता है। एम्पलीफायर प्रतिक्रिया आदर्श के करीब होगीः जब तक लूप गेन यूनिटी से बहुत अधिक है। बिना किसी मुआवजे के एक पारगमन एम्पलीफायर के बोडे प्लॉट में, शिखर के साथ सपाट वक्र, जिसे I-to-V गेन लेबल किया गया है, पारगमन एम्पलीफायर की आवृत्ति प्रतिक्रिया है। लाभ वक्र का शिखर असंक्रमित या खराब रूप से क्षतिपूर्ति किए गए पारगमन प्रवर्धकों की विशेषता है। एओएल लेबल वाला वक्र एम्पलीफायर की खुली-लूप प्रतिक्रिया है। प्रतिक्रिया कारक, जिसे पारस्परिक के रूप में प्लॉट किया गया है, को 1/β लेबल किया गया है। चित्र में। 4 1/β वक्र और एओएल आवृत्ति अक्ष के साथ एक समद्विबाहु त्रिभुज बनाते हैं। दोनों पक्षों में बराबर लेकिन विपरीत ढलानें हैं, क्योंकि एक प्रथम क्रम के ध्रुव का परिणाम है, और दूसरा प्रथम क्रम के शून्य का। प्रत्येक ढलान का परिमाण 20 डी. बी./दशक है, जो 90° के चरण परिवर्तन के अनुरूप है। जब एम्पलीफायर के 180° चरण व्युत्क्रम को इसमें जोड़ा जाता है, तो परिणाम फाई अवरोधन पर एक पूर्ण 360° होता है, जो डैश ऊर्ध्वाधर रेखा द्वारा इंगित होता है। उस अवरोधन पर, AOLβ = 1 के लूप लाभ के लिए 1/β = AOL। 360° फेज शिफ्ट, या पॉजिटिव फीडबैक, और यूनिटी गेन के कारण आवृत्ति फाई पर दोलन होगा। इन प्रभावों को कम करने के लिए, ट्रांसिमपिडेन्स एम्पलीफायरों के डिजाइनर प्रतिक्रिया प्रतिरोधक के समानांतर एक छोटे-मूल्य वाले क्षतिपूर्ति संधारित्र (ऊपर दिए गए चित्र में सी. एफ.) को जोड़ते हैं। जब इस प्रतिक्रिया संधारित्र पर विचार किया जाता है, तो क्षतिपूर्ति प्रतिक्रिया कारक बन जाता है प्रतिक्रिया संधारित्र आवृत्ति पर एक शून्य, या प्रतिक्रिया वक्र में विक्षेपण उत्पन्न करता है यह आवृत्ति पर Ci द्वारा उत्पादित ध्रुव का प्रतिकार करता है। 5, जहां प्रतिपूरित प्रतिक्रिया कारक एक पारस्परिक के रूप में प्लॉट किया गया है, 1/β, फाई से पहले लुढ़कना शुरू कर देता है, जिससे अवरोधन पर ढलान कम हो जाती है। लूप गेन अभी भी एकता है, लेकिन कुल चरण बदलाव पूर्ण 360° नहीं है। दोलन के लिए आवश्यकताओं में से एक क्षतिपूर्ति संधारित्र को जोड़ने के साथ समाप्त हो जाता है, और इसलिए परिपथ में स्थिरता होती है। यह लाभ शिखर को भी कम करता है, जिससे एक बेहतर समग्र प्रतिक्रिया प्राप्त होती है। क्षतिपूर्ति संधारित्र के मूल्य की गणना करने के लिए कई विधियों का उपयोग किया जाता है। एक क्षतिपूर्ति संधारित्र जिसका मूल्य बहुत अधिक है, प्रवर्धक की बैंडविड्थ को कम कर देगा। यदि संधारित्र बहुत छोटा है, तो दोलन हो सकता है। चरण क्षतिपूर्ति की इस विधि के साथ एक कठिनाई संधारित्र का परिणामी छोटा मूल्य है, और मूल्य को अनुकूलित करने के लिए अक्सर पुनरावृत्ति विधि की आवश्यकता होती है। संधारित्र मूल्य की गणना के लिए कोई स्पष्ट सूत्र नहीं है जो सभी मामलों के लिए काम करता है। एक क्षतिपूर्ति विधि जो एक बड़े मूल्य वाले संधारित्र का उपयोग करती है जो परजीवी संधारिता प्रभावों के लिए अतिसंवेदनशील नहीं है, का भी उपयोग किया जा सकता है। शोर पर विचार अधिकांश व्यावहारिक मामलों में, एक पारगमन प्रवर्धक में शोर का प्रमुख स्रोत प्रतिक्रिया प्रतिरोधक होता है। आउटपुट-संदर्भित वोल्टेज शोर सीधे प्रतिक्रिया प्रतिरोध पर वोल्टेज शोर है। इस जॉनसन-नाइक्विस्ट शोर में एक आर. एम. एस. आयाम होता है, हालांकि उत्पादन शोर वोल्टेज आनुपातिक रूप से बढ़ता है, पारगमन रैखिक रूप से बढ़ता है, जिसके परिणामस्वरूप एक इनपुट-संदर्भित शोर प्रवाह होता है। हालांकि, एक बड़ा प्रतिक्रिया प्रतिरोध आउटपुट वोल्टेज स्विंग को बढ़ाता है, और परिणामस्वरूप परिचालन एम्पलीफायर से एक उच्च लाभ की आवश्यकता होती है, जो उच्च लाभ-बैंडविड्थ उत्पाद के साथ एक परिचालन एम्पलीफायर की मांग करता है। प्रतिक्रिया प्रतिरोध और इसलिए संवेदनशीलता इस प्रकार पारगमन प्रवर्धक की आवश्यक परिचालन आवृत्ति द्वारा सीमित है। ऑप-एम्प के साथ टी. आई. ए. के लिए व्युत्पत्ति प्रतिक्रिया प्रतिरोधक का शोर प्रवाह बराबर होता है। एम्पलीफायर होल्ड्स के नकारात्मक इनपुट पर आभासी आधार के कारण। इसलिए हम रूट मीन स्क्वायर (आरएमएस) नॉइज़ आउटपुट वोल्टेज प्राप्त करते हैं। एक उच्च प्रतिक्रिया प्रतिरोधक वांछनीय है क्योंकि प्रवर्धक का पारगमन प्रतिरोध के साथ रैखिक रूप से बढ़ता है लेकिन उत्पादन शोर केवल प्रतिक्रिया प्रतिरोध के वर्गमूल के साथ बढ़ता है। असतत टी. आई. ए. डिजाइन लाभ तत्व के लिए एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर का उपयोग करके असतत घटकों के साथ एक पारगमन एम्पलीफायर का निर्माण करना भी संभव है। यह वहाँ किया गया है जहाँ बहुत कम शोर की आवश्यकता थी। पिन डायोड ऑप्टिकल संचार स्रोत संदर्भ एनालॉग सर्किट इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायर भी देखें।