વિકૃતિ (ઇલેક્ટ્રૉનિક પરિપથ)

વિકૃતિ (ઇલેક્ટ્રૉનિક પરિપથ) : પરિપથમાં થઈને પસાર થતા વિદ્યુતસંકેત (signal) તરંગસ્વરૂપમાં થતો અનૈચ્છિક ફેરફાર. ઇલેક્ટ્રૉનિક પરિપથની રચનામાં નિવેશ કરવામાં આવતા સંકેતમાં (એવી રીતે) ફેરફાર કરવાની જરૂર પડે છે જેથી સ્વીકાર્ય હોય તેનાથી વધુ પ્રમાણમાં વિકૃતિ પેદા ન થાય. તે માટેની સમસ્યા વિચાર માગી લે છે. દા.ત., પ્રવર્ધક (amplifier) અને ધ્વનિવર્ધક (પ્રસારક) તંત્રમાં આવી સમસ્યા ઊભી થતી હોય છે. અહીં વાણી (વ્યાખ્યાન) કે સંગીતનું ભરોસેમંદ પ્રસારણ થઈ શકે તેવી રચના કરવા મહત્તમ પ્રયાસ કરવામાં આવે છે. આના સંદર્ભમાં વિકૃતિના કેટલાક પ્રકાર છે; જેમ કે, કંપવિસ્તારની, આવૃત્તિની, કલાની અને સ્વસ્તિક સમાવર્તન(cross modulation)ની વિકૃતિ જોવા મળે છે.

કંપવિસ્તારની વિકૃતિ અહીં મોટેભાગે પ્રયુક્તિમાં નિવેશિત અને નિર્ગત કંપવિસ્તારોને અરેખીય (nonlinear) સંબંધને કારણે પેદા થતી હોય છે. નિર્વાત-નળી અથવા ટ્રાન્ઝિસ્ટર વડે સામાન્યત: વિકૃતિ દાખલ થાય છે. ટ્રાન્ઝિસ્ટરના કલેક્ટર-પ્રવાહમાં થતો ફેરફાર, અમુક હદ સુધી જ, સંકેત-વોલ્ટેજના ફેરફારના સમપ્રમાણમાં હોય છે. વધુ વધારા માટે ક્લેક્ટર-પ્રવાહનો ફેરફાર સમપ્રમાણતાથી જુદો પડે છે.

નિર્ગત સંકેત y અને નિર્વેશન સંકેત x વચ્ચેનો સંબંધ નીચે પ્રમાણે દર્શાવી શકાય છે :

y = G₁x + G₂x² + G₃x³ +……………………………….

જ્યાં G₁, G₂, G₃, ….. સહગુણાંકો (co-efficients) છે, જેનું દરેક સક્રિય પ્રયુક્ત માટે તેમજ ઉપયોગમાં લીધેલા કાર્યકારી બિંદુ માટે મૂલ્યાંકન કરવાનું રહે છે. નિર્વાત-નળીઓ અને ટ્રાન્ઝિસ્ટરની લાક્ષણિકતાઓમાં અરેખીય સંબંધને કારણે દાખલ થતી વિકૃતિ ઉપરાંત બીજી કેટલીક અન્ય રીતે પણ વિકૃતિઓ વધે છે.

નિર્વાત-નળીમાં ગ્રીડ પ્રવાહ, નિવેશિત સંકેત (signal) સંતૃપ્તતાથી વધે ત્યારે, નિમ્ન પ્રતિબાધા (low-impedance) ઉદ્ગમમાંથી મોટા નિવેશિત સંકેતથી પેદા થતી અધસ્તલન(bottoming)થી પણ વિકૃતિ પેદા થાય છે.

ક્રૉસ ઓવર વિકૃતિ : B વર્ગના ટ્રાન્ઝિસ્ટર પાવર પ્રવર્ધકમાં આ પ્રકારની વિકૃતિ જોવા મળે છે. કેટલીક વખતે જ્યાવક્રીય (sinusoidal) નિવેશિત વોલ્ટેજનું જ્યાવક્રીય નિર્ગત વોલ્ટેજમાં પરિમાણ મળતું નથી. આ પરિસ્થિતિમાં ક્રૉસ ઓવર વિકૃતિ મળે છે.

આવૃત્તિની વિકૃતિ : આ પ્રકારની વિકૃતિ દરેક પ્રકારના પ્રવર્ધકોમાં સ્વાભાવિક રીતે દાખલ થતી હોય છે. અલબત્ત, યોગ્ય રચનાને આધારે તેને ન્યૂનતમ કરી શકાય છે. પ્રવર્ધક પરિપથનાં હાજર એવાં પ્રતિકારક તત્ત્વો અને અંગભૂત પ્રતિઘાત (reactance) બધી જ આવૃત્તિઓનું એકસરખું પ્રવર્ધન થવા દેતાં નથી. આથી કેટલાક અંશો(ઘટકો)નું પ્રવર્ધન બીજાઓ કરતાં વધુ થતું હોય છે. વધુમાં ધ્વનિપ્રવર્ધકો બાબતે ધ્વનિવર્ધક પણ અસર કરતાં આવૃત્તિની વિકૃતિ પેદા થાય છે. આવૃત્તિની વિકૃતિની અસરને નિવેશિત સંકેતોના મૂળભૂત અને વર્ગતરંગ (squarewave) (હાર્મોનિક) ઘટકો તરીકે ગણી શકાય છે. આવૃત્તિના પ્રત્યેક ઘટક માટે પ્રવર્ધક-પ્રાપ્તિનું મૂલ્ય એકસમાન ન હોય તો નિર્ગત એ નિવેશિતની પ્રવર્ધિત પ્રતિકૃતિ નહિ હોય.

પ્રાવસ્થા(કલા)(phase)ની વિકૃતિ : આવૃત્તિની વિકૃતિની જેમ પરિપથના પ્રતિકારક ઘટકો પ્રાવસ્થાવિકૃતિ પેદા કરે છે. નિવેશિત સંકેતના દરેક આવૃત્તિઘટક માટે પ્રાવસ્થા-વિસ્થાપન (shift) એકસરખું હોતું નથી. નિવેશિત સંકેતના લગભગ અચળ પ્રવર્ધન મૂલ્યવાળા ઘટકો મેળવવા શક્ય છે, પણ પ્રાવસ્થા-વિસ્થાપન સાથે નહિ, જે આવૃત્તિના સમપ્રમાણમાં હોય છે. પરિણામે નિર્ગત પ્રવર્ધન એ નિવેશિત પ્રવર્ધનની પ્રતિકૃતિ તરીકે મળતું નથી. સદ્ભાગ્યે આવૃત્તિવિકૃતિ કરતાં પ્રાવસ્થા વિકૃતિ પ્રત્યે કાન વધુ સહિષ્ણુ હોય છે. ઉચ્ચ તદ્રૂપતા (fidelity) પ્રવર્ધક પ્રણાલીની રચનામાં આ હકીકત સરળતા બક્ષે છે. આવૃત્તિને અનુલક્ષી પ્રાપ્તિમૂલ્ય અચળ હોય અને પ્રાવસ્થા-વિસ્થાપન આવૃત્તિને સમપ્રમાણમાં હોય તો નિર્ગત એ નિવેશિતની પ્રતિકૃતિ હશે પણ સમયના સંદર્ભમાં વિલંબ થાય છે.

સ્વસ્તિક (cross) સમાવર્તન : તેને આંતર સમાવર્તન પણ કહે છે. પ્રયુક્તિની અરેખીય લાક્ષણિકતાઓને કારણે આ અસર ઉદભવે છે. જો અરેખીય ટ્રાન્ઝિસ્ટર કે નિર્વાત-નળીને જુદી જુદી આવૃત્તિવાળા બે સંકેતો પ્રયોજિત કરાય તો નિર્ગતમાં પ્રત્યેક સંકેતના મૂળભૂત અને વિધાયક ઘટકો હાજર હોય છે. આથી જો નિવેશિત સંકેતમાં કેટલાક ઘટકો હોય તો અરેખીયતાથી નવી આવૃત્તિઓ પેદા કરે છે, જે નિવેશિત સાથે સંબંધિત ન હોય. વ્યાપક રીતે આ વિકૃતિ વિધાયક વિકૃતિ કરતાં વધુ જોવા મળે છે.

પુન: નિવેશ (feed back) : ટ્રાન્ઝિસ્ટર અથવા નિર્વાત-નળીની અરેખીય લાક્ષણિકતાને લીધે ઉદભવતી વિકૃતિને ઋણ પુનર્નિવેશથી ઘટાડી શકાય છે. ધ્વનિ-પ્રવર્ધનવિકૃતિ મોટેભાગે પરિપથના છેલ્લા તબક્કામાં પેદા થતી હોય છે. વિકૃતિ(strain  સ્થિતિસ્થાપકતાના સંદર્ભમાં)નાં બળો કે યુગબળોની અસર હેઠળ પદાર્થ સંતુલનમાં હોય ત્યારે તેનાં પરિણામોમાં થતા ફેરફારના એકમ લંબાઈ(કે કદ)ના ફેરફાર તરીકે તેનું માપન કરવામાં આવે છે. તેને રેખીય (કે કદ)ની વિકૃતિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. કોણીય વિકૃતિ(કે વિરૂપણ)ને અપરૂપણ (shear) વિકૃતિ કે માત્ર વિકૃતિ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. અનુક્રમે લંબાઈ, કદ કે આકારમાં ફેરફાર થતો હોય છે. તે સમાન રાશિઓનો ગુણોત્તર કે માત્ર કોણ હોવાથી વિકૃતિ પરિમાણ વિનાની રાશિ છે.

સંપૂર્ણ સ્થિતિસ્થાપક પદાર્થ માટે (i) આપેલ પ્રતિબળ માટે વિકૃતિ હંમેશાં એકસમાન હોય છે; (ii) વિકૃતિ કે વિરૂપણ પેદા કરતું બળ દૂર કરવામાં આવતાં વિકૃતિ સંપૂર્ણપણે અદૃશ્ય થાય છે; (iii) વિકૃતિ ચાલુ રાખવા માટે પ્રતિબળ અચળ રાખવું પડે છે.

તારના એકમ કદ માટે થતું કાર્ય અથવા વિકૃતિ ઊર્જા   = પ્રતિબળ × વિકૃતિ. કદમાં થતા ફેરફાર માટે થતું કાર્ય = પ્રતિબળ × કદમાં ફેરફાર. અપરૂપણ (shear) વિકૃતિ દરમિયાન એકમ કદ માટે થતું કાર્ય = પ્રતિબળ × વિકૃતિ. હૂકનો નિયમ (F = -Kx) સ્થિતિસ્થાપકતાની મર્યાદામાં જ લાગુ પડે છે. સ્થિતિસ્થાપકતાની મર્યાદા બહાર બળને સ્થિતિ-ઊર્જાના વિધેય તરીકે દર્શાવી શકાતું નથી. કારણ કે બળ બીજી કેટલીક બાબતો ઉપર આધાર રાખે છે; જેમ કે, વિકૃતિ(વિરૂપણ)ની ઝડપ અને ઘન પદાર્થોનો પૂર્વ ઇતિહાસ. નોંધવું જોઈએ કે સરળ આવર્ત દોલક માટે પુન: સ્થાપકબળ અને સ્થિતિ-ઊર્જા વિધેય એક પરિમાણમાં મર્યાદાની અંદર વિકૃત કરેલા ઘનના જેવાં જ હોય છે. વિકૃત કરેલા પદાર્થને છોડી દેવામાં આવે તો તે સરળ આવર્ત દોલકની જેમ જ દોલનો (કંપનો) કરે છે.

કંપન કરતી દોરી કે ઝિલ્લી (membrane) ધ્વનિનાં કંપનો ઘન પદાર્થમાં પરમાણુનાં કંપનો અને બખોલ(cavity)માં વિદ્યુત કે ધ્વનિનાં દોલનો સરળ આવર્ત દોલન તંત્રનાં યાંત્રિક દોલનો જેવાં જ હોય છે. આ સરખામણીથી એક ક્ષેત્રની સમસ્યાઓને બીજા ક્ષેત્રે વાપરેલી ટેક્નિકથી હલ કરી શકાય છે.

એક ચોરસઇંચ આડછેદ અને એક ફૂટ લાંબા ઍલ્યુમિનિયમના સળિયા પર બળ F → પ્રતાન(elongation)નો આલેખ આકૃતિમાં દર્શાવ્યો છે. અહીં F = Kx માત્ર Oa વિભાગ માટે જ બરાબર છે. આગળના ભાગમાં ઢાળનું મૂલ્ય x સાથે અણધાર્યું બદલાય છે. b બિંદુ જે સ્થિતિસ્થાપકતાનું મર્યાદાબિંદુ છે ત્યાં આગળ પદાર્થ બળ દૂર કર્યા પછી મૂળ સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરી શકતો નથી. બળ અચળ રાખવા છતાં b અને b’ વચ્ચે પ્રતાન વધે છે. આ વિભાગમાં દ્રવ્ય શ્યાન (સ્નિગ્ધ) (viscous) પ્રવાહીની જેમ વહન કરે છે. c બિંદુ આગળ પદાર્થ વધુ તાણી શકાય છે. હવે પ્રતાનમાં થોડોક પણ વધારો કરવામાં આવે તો પદાર્થ તૂટી જાય છે. બાહ્યબળ અને પુન:સ્થાપકબળનાં મૂલ્ય સરખાં હોય છે. તેનાથી F_i = Kxમાં ઋણ સંજ્ઞાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો નથી.

આનંદ પ્ર. પટેલ