चार्ज एम्पलीफायर: Difference between revisions
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[[File:Charge amplifier.png|right|thumb|303px| | [[File:Charge amplifier.png|right|thumb|303px|दाब विद्युत संवेदित्र के साथ आवेश प्रवर्धक का आरेख]]प्रवर्धक एक पुनर्निवेशन संदर्भ संधारित्र का उपयोग करके निविष्ट विद्युत धारा को समायोजन करता है, और संदर्भ संधारित्र के मान के व्युत्क्रमानुपाती लेकिन निर्दिष्ट समय अवधि के समय प्रवाहित कुल निविष्ट आवेश के आनुपातिक निर्गम विद्युत-दाब का उत्पादन करता है। | ||
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प्रतिलोमक नोड में निविष्ट आवेश सिग्नल ''q<sub>in</sub>'' और निर्गम से पुनर्निवेश आवेश ''q<sub>f</sub>'' प्रवाहित होता है। किरचॉफ के परिपथ नियमों के अनुसार वे एक दूसरे को क्षतिपूर्ति करते हैं। | |||
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निविष्ट आवेश और निर्गम विद्युत-दाब व्युत्क्रमित चिन्ह के साथ आनुपातिक हैं। पुनर्निवेशन संधारित्र C<sub>f</sub> प्रवर्धन समायोजित करता है। | |||
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[[मिलर प्रभाव]] के कारण | [[मिलर प्रभाव]] के कारण परिपथ का निविष्ट प्रतिबाधा लगभग शून्य है। इसलिए सभी विपथित धारिता (केबल धारिता, प्रवर्धक निविष्ट धारिता, आदि) वस्तुतः आधार हैं और निर्गम सिग्नल पर उनका कोई प्रभाव नहीं है।<ref>[http://www.mmf.de/instrumentation.htm Transducers with Charge Output]</ref> | ||
पुनर्निवेशन प्रतिरोधक R<sub>f</sub> संधारित्र को वियोजित करता है। और ''R<sub>f</sub>'' बिना दिष्ट धारा वृद्धि बहुत अधिक होगी ताकि परिचालन प्रवर्धक के छोटे दिष्ट धारा निविष्ट समायोजित विद्युत धारा भी निर्गम पर अत्यधिक प्रवर्धित दिखाई दें। ''R<sub>f</sub>'' और ''C<sub>f</sub>'' आवेश प्रवर्धन की निम्न आवृत्ति सीमा निर्धारित करते हैं। | |||
:<math>f_l=\frac{1}{2 \pi R_f C_f}</math> | :<math>f_l=\frac{1}{2 \pi R_f C_f}</math> | ||
व्यावहारिक | व्यावहारिक आवेश प्रवर्धको में वर्णित दिष्ट धारा प्रभावों और परिमित वियोजन प्रतिरोधों के कारण परिपथ स्थिर आवेशों के मापन के लिए उपयुक्त नहीं है। उच्च गुणवत्ता वाले आवेश प्रवर्धक, हालांकि, 0.1 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर अर्धस्थैतिक माप की स्वीकृति देते हैं।कुछ निर्माता माप से पहले ''C<sub>f</sub>'' को मैन्युअल रूप से निस्सरण करने के लिए ''R<sub>f</sub>'' के अतिरिक्त पुन: स्थापन स्विच का भी उपयोग करते हैं। | ||
[[File:Charge amplifier.jpg|right|thumb|303px| | [[File:Charge amplifier.jpg|right|thumb|303px|दाब विद्युत संवेदित्र के लिए आवेश प्रवर्धक]]व्यावहारिक आवेश प्रवर्धको में सामान्य रूप से विद्युत-दाब प्रवर्धको, पारक्रमित्र संवेदनशीलता समायोजन, उच्च और निम्न पारक फिल्टर, समाकलित्र और समानता संवीक्षण परिपथ जैसे अतिरिक्त चरण सम्मिलित होते हैं। | ||
आवेश प्रवर्धक के निविष्ट पर आवेश सिग्नल कुछ fC (फेम्टोकूलम्ब = 10<sup>−15</sup>C) जितना कम हो सकता है। केबल के मुड़े होने पर सामान्य समाक्षीय संवेदित्र केबल का एक परप्रेरित प्रभाव आवेश विस्थापन होता है। यहां तक कि केबल की आंशिक गति भी अपेक्षाकृत अधिक आवेश सिग्नल उत्पन्न कर सकती है जिसे संवेदित्र सिग्नल से अलग नहीं किया जा सकता है। इस तरह के प्रभावों को कम करने के लिए आंतरिक वियोजन के एक प्रवाहकीय लेपन के साथ विशेष कम ध्वनि वाले केबल विकसित किए गए हैं। | |||
== अनुप्रयोग == | == अनुप्रयोग == | ||
सामान्य अनुप्रयोगों में [[पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर]] और [[ photodiode ]] जैसे उपकरणों से संकेतों का प्रवर्धन | सामान्य अनुप्रयोगों में [[पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर|दाब विद्युत संवेदित्र]] और [[ photodiode |प्रकाश चालकीय डायोड]] जैसे उपकरणों से संकेतों का प्रवर्धन सम्मिलित है, जिसमें उपकरण से आवेश निर्गम को विद्युत-दाब में परिवर्तित किया जाता है। | ||
आयनीकरण विकिरण को मापने वाले उपकरणों में | आयनीकरण विकिरण को मापने वाले उपकरणों में आवेश प्रवर्धको का भी बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है, जैसे [[आनुपातिक काउंटर|आनुपातिक गणित्र]] या [[जगमगाहट काउंटर|प्रस्फुरण गणित्र]], जहां आयनीकरण घटना के कारण पता लगाए गए विकिरण के प्रत्येक स्पंद की ऊर्जा को मापा जाना चाहिए। संसूचक से आवेश स्पंदों को एकीकृत करने से निविष्ट स्पंद ऊर्जा का एक अत्यधिक विद्युत-दाब निर्गम में स्थानांतरण होता है, जिसे बाद में प्रत्येक स्पंद के लिए मापा जा सकता है। सामान्य रूप से यह विभेदात्मक परिपथ या [[मल्टीचैनल विश्लेषक|बहुसरणी विश्लेषक]] में जाता है। | ||
आगे के अनुप्रयोग | आगे के अनुप्रयोग आवेश-युग्मित उपकरण प्रतिबिंबित्र और समतल -पैनल [[एक्स-रे|एक्स-किरण]] संसूचक सरणी के रीडआउट परिपथिकी में हैं। प्रवर्धक एक पिक्सेल मे संधारित्र के अंदर संग्रहीत बहुत छोटे आवेश को एक विद्युत-दाब स्तर में परिवर्तित करने में सक्षम होता है जिसे आसानी से संसाधित किया जा सकता है। कुछ [[गिटार पिकअप|गिटार]] प्रेक्षण अधिगम प्रवर्धक भी आवेश प्रवर्धको का उपयोग करते हैं। | ||
आवेश प्रवर्धको के लाभों में सम्मिलित हैं: | |||
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== यह भी देखें == | == यह भी देखें == | ||
* मिलर प्रमेय | * मिलर प्रमेय प्रयुक्त करके आभासी शून्य प्रतिबाधा प्राप्त करना | ||
* [[चार्ज ट्रांसफर एम्पलीफायर]] | * [[चार्ज ट्रांसफर एम्पलीफायर|आवेश स्थानांतरण प्रवर्धक]] | ||
== संदर्भ == | == संदर्भ == | ||
Revision as of 09:39, 1 June 2023
आवेश प्रवर्धक एक इलेक्ट्रॉनिक विद्युत धारा समाकलित्र है जो निविष्ट विद्युत धारा के एकीकृत मान या अंतःक्षिप्त किए गए कुल आवेश के आनुपातिक विद्युत-दाब निर्गम का उत्पादन करता है।
प्रवर्धक एक पुनर्निवेशन संदर्भ संधारित्र का उपयोग करके निविष्ट विद्युत धारा को समायोजन करता है, और संदर्भ संधारित्र के मान के व्युत्क्रमानुपाती लेकिन निर्दिष्ट समय अवधि के समय प्रवाहित कुल निविष्ट आवेश के आनुपातिक निर्गम विद्युत-दाब का उत्पादन करता है।
परिपथ इसलिए आवेश-से -विद्युत-दाब परिवर्तक के रूप में कार्य करता है। परिपथ का लाभ पुनर्निवेशन संधारित्र के मानो पर निर्भर करता है।
आवेश प्रवर्धक का आविष्कार वाल्टर किस्लर ने 1950 में किया था।
डिजाइन
आवेश प्रवर्धको का निर्माण सामान्य रूप से एक ऋणात्मक पुनर्निवेशन संधारित्र Cf के साथ एक परिचालन प्रवर्धक या अन्य उच्च लाभ अर्धचालक परिपथ का उपयोग करके किया जाता है
प्रतिलोमक नोड में निविष्ट आवेश सिग्नल qin और निर्गम से पुनर्निवेश आवेश qf प्रवाहित होता है। किरचॉफ के परिपथ नियमों के अनुसार वे एक दूसरे को क्षतिपूर्ति करते हैं।
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निविष्ट आवेश और निर्गम विद्युत-दाब व्युत्क्रमित चिन्ह के साथ आनुपातिक हैं। पुनर्निवेशन संधारित्र Cf प्रवर्धन समायोजित करता है।
मिलर प्रभाव के कारण परिपथ का निविष्ट प्रतिबाधा लगभग शून्य है। इसलिए सभी विपथित धारिता (केबल धारिता, प्रवर्धक निविष्ट धारिता, आदि) वस्तुतः आधार हैं और निर्गम सिग्नल पर उनका कोई प्रभाव नहीं है।[1]
पुनर्निवेशन प्रतिरोधक Rf संधारित्र को वियोजित करता है। और Rf बिना दिष्ट धारा वृद्धि बहुत अधिक होगी ताकि परिचालन प्रवर्धक के छोटे दिष्ट धारा निविष्ट समायोजित विद्युत धारा भी निर्गम पर अत्यधिक प्रवर्धित दिखाई दें। Rf और Cf आवेश प्रवर्धन की निम्न आवृत्ति सीमा निर्धारित करते हैं।
व्यावहारिक आवेश प्रवर्धको में वर्णित दिष्ट धारा प्रभावों और परिमित वियोजन प्रतिरोधों के कारण परिपथ स्थिर आवेशों के मापन के लिए उपयुक्त नहीं है। उच्च गुणवत्ता वाले आवेश प्रवर्धक, हालांकि, 0.1 हर्ट्ज से कम आवृत्तियों पर अर्धस्थैतिक माप की स्वीकृति देते हैं।कुछ निर्माता माप से पहले Cf को मैन्युअल रूप से निस्सरण करने के लिए Rf के अतिरिक्त पुन: स्थापन स्विच का भी उपयोग करते हैं।
व्यावहारिक आवेश प्रवर्धको में सामान्य रूप से विद्युत-दाब प्रवर्धको, पारक्रमित्र संवेदनशीलता समायोजन, उच्च और निम्न पारक फिल्टर, समाकलित्र और समानता संवीक्षण परिपथ जैसे अतिरिक्त चरण सम्मिलित होते हैं।
आवेश प्रवर्धक के निविष्ट पर आवेश सिग्नल कुछ fC (फेम्टोकूलम्ब = 10−15C) जितना कम हो सकता है। केबल के मुड़े होने पर सामान्य समाक्षीय संवेदित्र केबल का एक परप्रेरित प्रभाव आवेश विस्थापन होता है। यहां तक कि केबल की आंशिक गति भी अपेक्षाकृत अधिक आवेश सिग्नल उत्पन्न कर सकती है जिसे संवेदित्र सिग्नल से अलग नहीं किया जा सकता है। इस तरह के प्रभावों को कम करने के लिए आंतरिक वियोजन के एक प्रवाहकीय लेपन के साथ विशेष कम ध्वनि वाले केबल विकसित किए गए हैं।
अनुप्रयोग
सामान्य अनुप्रयोगों में दाब विद्युत संवेदित्र और प्रकाश चालकीय डायोड जैसे उपकरणों से संकेतों का प्रवर्धन सम्मिलित है, जिसमें उपकरण से आवेश निर्गम को विद्युत-दाब में परिवर्तित किया जाता है।
आयनीकरण विकिरण को मापने वाले उपकरणों में आवेश प्रवर्धको का भी बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है, जैसे आनुपातिक गणित्र या प्रस्फुरण गणित्र, जहां आयनीकरण घटना के कारण पता लगाए गए विकिरण के प्रत्येक स्पंद की ऊर्जा को मापा जाना चाहिए। संसूचक से आवेश स्पंदों को एकीकृत करने से निविष्ट स्पंद ऊर्जा का एक अत्यधिक विद्युत-दाब निर्गम में स्थानांतरण होता है, जिसे बाद में प्रत्येक स्पंद के लिए मापा जा सकता है। सामान्य रूप से यह विभेदात्मक परिपथ या बहुसरणी विश्लेषक में जाता है।
आगे के अनुप्रयोग आवेश-युग्मित उपकरण प्रतिबिंबित्र और समतल -पैनल एक्स-किरण संसूचक सरणी के रीडआउट परिपथिकी में हैं। प्रवर्धक एक पिक्सेल मे संधारित्र के अंदर संग्रहीत बहुत छोटे आवेश को एक विद्युत-दाब स्तर में परिवर्तित करने में सक्षम होता है जिसे आसानी से संसाधित किया जा सकता है। कुछ गिटार प्रेक्षण अधिगम प्रवर्धक भी आवेश प्रवर्धको का उपयोग करते हैं।
आवेश प्रवर्धको के लाभों में सम्मिलित हैं:
- कुछ स्थितियों में स्थैतिककल्प माप को सक्षम करता है, जैसे कि कई मिनट तक संचरित वाले दाब पर निरंतर दबाव[2]
- आवेश निर्गम और बाहरी आवेश प्रवर्धको के साथ दाब विद्युत पारक्रमित्र का उपयोग आंतरिक इलेक्ट्रॉनिक्स की तुलना में उच्च तापमान पर किया जा सकता है[2]
- लाभ केवल पुनर्निवेशन संधारित्र पर निर्भर है, विद्युत-दाब प्रवर्धको के विपरीत, जो प्रवर्धक के निविष्ट धारिता और केबल के समांतर धारिता से अपेक्षाकृत अधिक प्रभावित होते हैं।[2][3]
यह भी देखें
- मिलर प्रमेय प्रयुक्त करके आभासी शून्य प्रतिबाधा प्राप्त करना
- आवेश स्थानांतरण प्रवर्धक
संदर्भ
- ↑ Transducers with Charge Output
- ↑ 2.0 2.1 2.2 "Piezoelectric Measurement System Comparison: Charge Mode vs. Low Impedance Voltage Mode (LIVM)". Dytran Instruments. Archived from the original on 2007-12-17. Retrieved 2007-10-26.
- ↑ "Maximum cable length for charge-mode piezoelectric accelerometers". Endevco. January 2007. Archived from the original on 2007-12-17. Retrieved 2007-10-26.
