2020 A/L Physics Past Paper · Question 15 (Tamil Medium)

Answer: (5) ஒரு செயற்பாட்டு விரியலாக்கி (op-amp) ஆனது ஒரு வோல்ற்றளவு ஒப்பாளியாகப் பயன்படுத்தப்படும் போது அடைத்த தட நிலை பயன்படுத்தப்படும்.

வினா என்ன கேட்கிறது

ஐந்து கூற்றுகளையும் "சரியானது", "சரியானதன்று" என வகைப்படுத்த வேண்டும்; வினா கேட்பது சரியானதன்று எனும் ஒரே கூற்றை. உருப்படிகள்: (1) உள்ளீட்டுக் குறைகடத்தி, (2) முழு அலைச் சீராக்கி, (3) இருமைமுனைவுத் திரான்சிற்றர், (4) JFET, (5) செயற்பாட்டு விரியலாக்கி ஒப்பாளி.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

உள்ளீட்டுக் குறைகடத்தியின் வெப்பநிலையை அதிகரிக்கும்பொது பிணைப்புக்கள் அதிகமதிகமாக உடைகின்றமையால் உள்ளீட்டுக் காவிச் செறிவு ($n_i$) அதிகரிக்கும். எனவே தடை குறைவடையும்.

மேற்குறிப்பிட்ட சீராக்குஞ் சுற்றுக்கள் இரண்டினதும் பயப்பாகக் கிடைக்கும் ஓட்டமானது ஒரு திசையில் பாயும் ஒரு நேரோட்டம் (DC) ஆயினும், அதற்குரிய வோல்ற்றளவு பூச்சியத்திலிருந்து $V_m$ வரை வேறுபடுகின்ற ஒரு வோல்ற்றளவுத் துடிப்புத் தொடராகும்.

காவிகளைக் காலுவதற்குப் பயன்படும் குறைகடத்தியானது அதிக அளவில் மாசூட்டப்பட்டுள்ள காவிகளின் எண்ணிக்கையை அதிகரிப்பதே அதற்கான காரணமாகும்.

காவிகளைச் சேர்க்கும் சேகரிப்பான், ஆனது காலி, அடி ஆகியவற்றின் மாசூட்டலுக்கு இடைப்பட்ட அளவில் மாசூட்டப்பட்டுள்ளது.

$V_{GS} = 0$ ஆகும்போது $I_{DSS} = 8\text{mA}$ ஆகுமாறு நிரம்பல் சந்தர்ப்பம் அமைந்துள்ளமை வளையியின் படி தெரிகின்றது.

இந்த $I_{DSS}$ ஓட்டம் எந்தச் சந்தர்ப்பத்திலாயினும் அந்த FET இதற்குக் குறுக்காகப் பாயக்கூடிய உச்ச $I_D$ ஓட்டமாகும்.

எனவே திறந்த தட செயற்பாட்டு விரியலாக்கியொன்று மிகச்சிறிய பெய்ப்பு வோல்ற்றளவு வீச்சில் மாத்திரமே விரியலாக்கியாகத் தொழிற்படும்.

இரண்டு பயப்பு நிலைகள் வழங்கப்படுகின்றமையால் இந்த செயற்பாட்டு விரியலாக்கிச் சுற்றானது வோல்ற்றளவு ஏகபாளியாகத் (Comparator) தொழிற்படுகின்றது.

ஒவ்வொரு கூற்றின் பண்பு: (1) உள்ளீட்டுக் காவிச் செறிவு வெப்பநிலையுடன் கூடுகிறது; (2) சீராக்கிய பயப்பு துடிக்கும் நேரோட்டம்; (3) மாசூட்டல் காலி > சேகரிப்பான் > அடி; (4) $I_{DSS}$ ($V_{GS} = 0$) உச்ச வடிகால் ஓட்டம்; (5) ஒப்பாளியில் பின்னூட்டம் இல்லை — திறந்த தடத்தின் மிகப் பெரிய நயத்தால் சிறு வித்தியாசமும் பயப்பை $\pm V_S$ இற்குத் தள்ளுகிறது.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

ஒவ்வொரு கூற்றும் அதன் சாதனத்தின் நடத்தையுடன் வகைப்படுத்தப்பட்டுள்ளது.

(1) உள்ளீட்டுக் கடத்தாறு வெப்பநிலையுடன் கூடுகிறது

சரியானது

பிணைப்புகள் உடைந்து $n_i$ கூட, தடை குறைகிறது

(2) முழு அலைச் சீராக்கி மாறா d.c. தராது

பயப்பு $0$ முதல் $V_m$ வரை துடிக்கிறது; ஒப்பமாக்கல் தேவை

(3) காலி சேகரிப்பானிலும் அதிகமாக மாசூட்டப்படுகிறது

காலி அதிகம்; சேகரிப்பான் காலிக்கும் அடிக்கும் இடைப்பட்டது

(4) $V_{GS} = 0$ இல் $I_D$ உயர்ந்தபட்சம்

$I_{DSS}$ — எந்தச் சந்தர்ப்பத்திலும் உச்ச $I_D$

(5) ஒப்பாளி அடைத்த தடத்தில்

சரியானதன்று

ஒப்பாளி பின்னூட்டமின்றி திறந்த தடத்தில்; இரு பயப்பு நிலைகள் $\pm V_S$

முழு வகைப்படுத்தலையும் தெரிவுகளுடன் ஒப்பிட: (1)–(4) சரியானவை; சரியானதன்று எனும் வகைக்குப் பொருந்துவது (5) மட்டுமே — தெரிவு (5).

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

சரியான கூற்று: வெப்பநிலையுடன் உள்ளீட்டுக் காவிகள் கூடுகின்றன.

சரியான கூற்று: சீராக்கிய பயப்பு துடிப்புத் தொடர்.

சரியான கூற்று: காலியே மிக அதிகமாக மாசூட்டப்படுகிறது.

சரியான கூற்று: $I_{DSS}$ உச்ச ஓட்டம்.

முடிவு

ஒப்பாளி திறந்த தடத்தில் இயங்குகிறது; "அடைத்த தட நிலை" எனும் (5) சரியானதன்று — விடை (5).

அடைத்த தடப் பின்னூட்டம் எல்லா op-amp சுற்றுகளுக்கும் வேண்டும் எனக் கொள்ளல்.

விரியலாக்கிகளுக்குப் பின்னூட்டம்; ஒப்பாளிக்கு இல்லை — அதன் பயப்பு $+V_S$ அல்லது $-V_S$ மட்டுமே.