ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের প্রাথমিক কথা

ভূমিকাঃ

বর্তমান যুগে ইলেকট্রনিক প্রযুক্তি বিশ্বের সবচেয়ে অগ্রসরমান প্রযুক্তি। সময়ের সাথে এই প্রযুক্তি দ্রুত উন্নত হয়। মানব জীবনের প্রায় সকল ক্ষেত্রেই এই প্রযুক্তির অবদান দৃশ্যমান। মোবাইল ফোন, কম্পিউটার হার্ডওয়্যার, ডিভিডি প্লেয়ার, ঘড়ি, ক্যালকুলেটর, বেতার, দুরদর্শন, রাডার সিস্টেম, স্যাটেলাইট ট্রান্সমিশন, ইন্ডাস্ট্রিয়াল কন্ট্রোল সিস্টেম ইত্যাদি বিভিন্ন ক্ষেত্রে ইলেকট্রনিক প্রযুক্তির অভূতপূর্ব উন্নয়ন হয়েছে। এই উন্নতির মূলে ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের বিশেষ অবদান আছে। কেননা এনালগ ইলেকট্রনিক্সের হিসাব নিকাশ, নকশা প্রনয়ন, উন্নয়ন, ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের তুলনায় বেশ জটিল ও কঠিন, বিধায় শুধু এনালগ সিস্টেমের মাধ্যমে প্রযুক্তির দ্রুত উন্নয়ন সম্ভব নয়। একারণে ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স বিজ্ঞান ও প্রযুক্তির ক্ষেত্রে বিশেষ গুরুত্ত্বপূর্ণ স্থান দখল করে আছে।

বৈদ্যূতিক সংকেতঃ

ANALOG
এনালগ সিগনাল

সময়, স্থান, তাপমাত্রা বা এরূপ স্বাধীন কোন ভৌত রাশির সাপেক্ষে পরিবর্তনশীল কোন একটি ভৌত রাশি যা নির্দিষ্ট তথ্য বহন করে তাকে সংকেত বলা হয়। উক্ত পরিবর্তনশীল রাশিটি ভোল্টেজ বা কারেন্ট হলে তাকে আমরা বৈদ্যূতিক সিগনাল বলি। অর্থাত সময়ের সাপেক্ষে পরিবর্তনশীল কোন একটি ভৌত রাশি যেমন কারেন্ট অথবা ভোল্টেজ যা নির্দিষ্ট তথ্য বহন করে তাকে বৈদ্যূতিক সংকেত বলা হয়। বৈশিষ্ট্যের ভিত্তিতে তা দুই প্রকার (১) এনালগ সংকেত এবং (২) ডিজিটাল সংকেত। গণিতবিদগণ যাকে ফাংশন বলে থাকেন, তড়িৎ প্রকৌশলীগণ তাকে সিগনাল বা সংকেত বলে থাকে।

(১) এনালগ সংকেত/সিগনালঃ যে সংকেতের মান (ভোল্টেজ, কারেন্ট, অথবা কম্পাংক) সময়ের সাপেক্ষে নিরবিচ্ছিন্নভাবে পরিবর্তন হয় এবং যে কোন মূহুর্তে যে কোন মানে থাকতে পারে তাকে এনালগ সংকেত বলা হয়। একে অনেক সময় (Continuous Time Signal) নিরবিচ্ছিন্ন সংকেত বলা হয়ে থাকে। প্রকৃতিতে প্রাপ্ত বিভিন্ন ভৌত রাশিমালা যেমন তাপমাত্রা, চাপ ইত্যাদিকে সমতুল্য ইলেকট্রিক্যাল সংকেতে রূপান্তর করলে যে ক্রম পরিবর্তনশীল বৈদ্যূতিক সংকেতের সৃষ্টি হয় তা এনালগ সংকেতের প্রকৃষ্ট উদাহরণ। এ ধরণের সংকেত প্রকৃয়া করণের জন্য ফিল্টার, এমপ্লিফায়ার, মডুলেটর প্রভৃতি এনালগ সার্কিট ব্যবহার করা হয়। চিত্রে একটি অডিও সংকেত দেখানো হয়েছে যা এনালগ সংকেতের ভাল উদাহরণঃ

ডিজিটাল সিগনাল
ডিজিটাল সিগনাল

(২) ডিজিটাল সংকেত/সিগনালঃ যে সংকেতের মান সময়ের সাপেক্ষে ধাপে ধাপে পরিবর্তন হয় তাকে ডিজিটাল সংকেত বলা হয়। অনেক সময় একে ডিসক্রিট-টাইম সংকেত বলা হয়ে থাকে। ডিজিটাল সংকেতের যে কোন মুহুর্তের মান একটি নির্দিষ্ট ধাপে/স্টেটে অবস্থান করে। এডার, সাবট্রাকটর, মাল্টিপ্লেক্সার, রেজিস্টার ইত্যাদি সার্কিটের মাধ্যমে ডিজিটাল সংকেতকে প্রকৃয়া করা হয়। নিম্নে ডিজিটাল সংকেত চিত্রের মাধ্যমে দেখানো হলোঃ

ইলেকট্রনিক সিস্টেমঃ

বিশেষ কোন প্রয়োগের উদ্দেশ্যে বিশেষ নিয়মে সজ্জিত বেশ কিছু ইলেকট্রনিক সার্কিটের সমষ্টিকে ইলেকট্রনিক সিস্টেম বলা হয়। বৈশিষ্ট্যের ভিত্তিতে তা তিন প্রকারঃ (১) এনালগ (২) ডিজিটাল এবং (৩) হাইব্রিড।

(১) এনালগ সিস্টেমঃ যে ইলেকট্রনিক সিস্টেমের মাধ্যমে এনালগ সিগনালের প্রকৃয়াকরণ, রূপান্তর ইত্যাদি কার্য সমাধা করা হয় তাকে আমরা এনালগ সিস্টেম নামে চিনি।

(২) ডিজিটাল সিস্টেমঃ যে ইলেকট্রনিক সিস্টেমের মাধ্যমে ডিজিটাল সিগনালের প্রকৃয়াকরণ, রূপান্তর ইত্যাদি কার্য সমাধা করা হয় তাকে আমরা ডিজিটাল সিস্টেম নামে চিনি।

(৩) হাইব্রিড সিস্টেমঃ যে ইলেকট্রনিক সিস্টেমের মাধ্যমে ডিজিটাল এবং এনালগ উভয় ধরণের সিগনালের প্রকৃয়াকরণ, রূপান্তর ইত্যাদি কার্য সমাধা করা হয় তাকে আমরা হাইব্রিড সিস্টেম নামে চিনি।

ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের পরিচয়ঃ

‘ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্স’ ইলেকট্রনিক প্রকৌশলের একটি শাখা যেখানে ডিজিটাল সিগনালের জেনারেশন, প্রকৃয়াকরণ, সংরক্ষণ, পূনঃরুদ্ধার ইত্যাদি কার্য সমাধান করার জন্য ইলেকট্রনিক সিস্টেম ডিজাইন, উন্নয়ন ও গবেষণা করা হয়।

এনালগ ও ডিজিটাল সিগনালের বৈশিষ্ট্যঃ

নিচের চিত্র হতে দেখা যায় এনালগ সিগনালের মান সময়ের সাথে নিরবিচ্ছিন্নভাবে পরিবর্তন হচ্ছে। এবং এর যে কোন মুহুর্তের মান নির্দিষ্ট নয়।

নিচের চিত্র হতে দেখা যাচ্ছে যে, ডিজিটাল সিগনালের মান ধাপে ধাপে পরিবর্তন হচ্ছে। চিত্র (ক)তে 0 হতে 5 পর্যন্ত মোট ৬টি ধাপে পরিবর্তিত হয়েছে ও প্রতিটি ধাপের মান নির্দিষ্ট এবং দুটি ধাপের মধ্যবর্তী কোন মান নেই।

এনালগ ও ডিজিটাল সিগনালের তুলনা
এনালগ ও ডিজিটাল সিগনালের তুলনা

এনালগ ও ডিজিটাল সিগনালের পার্থক্যঃ

(ক) এনালগ সিগনাল নিরবিচ্ছিন্ন সিগনাল কিন্তু ডিজিটাল সিগনাল ডিসক্রিট-টাইম সিগনাল।
(খ) এনালগ সিগনালের মান যে কোন মানে থাকতে পারে কিন্তু ডিজিটাল সিগনালের মান নির্দিষ্ট ধাপে বা স্টেটে থাকে।
(গ) এনালগ সিগনালের মান অসীম সংখ্যাক হয় কিন্তু ডিজিটাল সিগনালের মান সসীম সংখ্যক হয়।
(ঘ) এনালগ সিগনালের হিসাব খুব জটিল এবং সর্বদা সঠিকভাবে নির্ণয় করা সম্ভব হয় না কিন্তু ডিজিটাল সিগনালের হিসাব সহজ এবং সঠিকভাবে নির্ণয় করা সম্ভব হয়।

ডিজিটাল সিস্টেমের সুবিধাঃ

১। ডিজিটাল সিস্টেমে সিগনালের হিসাব সহজ হওয়ায় সহজে বর্তনীর নকশা প্রনয়ন করা যায়।
২। ডিজিটাল সিস্টেমের আউটপুট অত্যন্ত সুক্ষ এবং নয়েজ মুক্ত।
৩। ডিজিটাল সিস্টেমে বর্তনীর নকশা প্রনয়নের জন্য বিভিন্ন লজিক ফ্যামিলি বা ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট ব্যবহার করা হয় যার ফলে বর্তনীর আকার ছোট এবং দামে সস্তা হয়।
৪। ডিজিটাল সিস্টেমের বর্তনীতে সিগনাল নয়েজ আক্রান্ত কম হয়। এবং নয়েজ আক্রান্ত হলেও তা ডিজিটাল পদ্ধতিতে স্বীকৃত দুটি মান 1 এবং 0 থাকায় নয়েজ শনাক্তকরন সহজ হয়।
৫। ডিজিটাল পদ্ধতিতে ফ্লাশ মেমোরীতে বিপুল পরিমান ডাটা সংরক্ষণ করা যায়।

লজিক লেভেলঃ

কোন ডিজিটাল সার্কিটে একটি সিগনালের সসীম সংখ্যাক ধাপ/স্টেট হতে যে কোন একটি ধাপ/স্টেটকে ঐ সংকেতের লজিক লেভেল বলা হয়। ব্যবহারিকভাবে লজিক লেভেলকে সিগনাল স্টেট এবং গ্রাউন্ডের বা এ ধরণের অন্য কোন রেফারেন্স পয়েন্টের মধ্যবর্তী ভোল্টেজ পার্থক্য দ্বারা উপস্থাপন করা হয়।

লজিক লেভেল নির্ধারণের দুটি পদ্ধতিঃ

লজিক লেভেলসমূহ
লজিক লেভেলসমূহ

ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের সার্কিটগুলিতে দুটি পদ্ধতিতে লজিক লেভেল নির্ধারণ করা হয়। (১) পজেটিভ লজিক লেভেল পদ্ধতি (২) নেগেটিভ লজিক লেভেল পদ্ধতি।

(১) পজেটিভ লজিক লেভেল পদ্ধতিঃ এই পদ্ধতিতে সিগনালের উচ্চ ভোল্টেজ স্টেটকে লজিক-হাই বা 1 ধরা হয় এবং নিম্ন ভোল্টেজ লেভেলকে লজিক-লো বা 0 ধরা হয়।

(২) নেগেটিভ লজিক লেভেল পদ্ধতিঃ এই পদ্ধতিতে সিগনালের উচ্চ ভোল্টেজ স্টেটকে লজিক-লো বা 0 ধরা হয় এবং নিম্ন ভোল্টেজ লেভেলকে লজিক-হাই বা 1 ধরা হয়।

তবে অধিকাংশ ডিজিটাল সার্কিটগুলিতে পজেটিভ লজিক লেভেল পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, একারনে আমরা পরবর্তী পাঠ্যাংশ শুধু পজেটিভ লজিক লেভেল পদ্ধতি নিয়ে আলোচনা করবো।

বাইনারী লজিকঃ

বাইনারী লজিক
বাইনারী লজিক

ব্যবহারিকভাবে ডিজিটাল সিগনালের হিসাব ও বিশ্লেষনের সুবিধার্থে ডিজিটাল সর্কিটে দুটি লজিক লেভেল গ্রহন করা হয়, একটি ‘লজিক-হাই’ যা বাইনারী অংক 1 এবং অপরটি ‘লজিক-লো’ যা বাইনারী অংক 0 এর সাথে প্রতিস্থাপন করে ডিজিটাল সিগনালের যাবতীয় গাণিতিক ও যৌক্তিক অপারেশন সম্পন্ন করা সম্ভব এবং তা বেশ সহজসাধ্য। বাইনারী সংখ্যা পদ্ধতিতে মোট অংকের সংখ্যা ২টি এবং এই দুটি অংকের মাধ্যমেই যাবতীয় গাণিতিক ও যৌক্তিক অপারেশন সম্ভব। বাইনারী পদ্ধতিকে কাজে লাগালে মাত্র দুটি লজিক লেভেল গ্রহণ করেই বর্তনীর নকশা প্রণয়নের কাজ ও হিসাব সহজে করা যায়। পক্ষান্তরে অন্যান্য সংখ্যা পদ্ধতিতে দুইয়ের অধিক অংক থাকায় তাতে দুইয়ের অধিক লজিক লেভেল গ্রহন করতে হয় যার হিসাব এবং বর্তনীর নকশা প্রণয়ন অপেক্ষাকৃত জটিল, একারনে ডিজিটাল ইলেকট্রনিক্সের সার্কিটে বাইনারী লজিক গ্রহন করা হয়ে থাকে।

বর্তনীতে বাইনারী লজিক লেভেলের মানঃ ব্যবহারিক বর্তনীতে বাইনারী লজিক লেভেলের আদর্শ মান TTL সার্কিটের ক্ষেত্রে Logic High = +5 ভোল্ট এবং Logic Low = 0 ভোল্ট । CMOS সার্কিটের ক্ষেত্রে Logic High = +10 ভোল্ট এবং Logic Low = 0 ভোল্ট ।

বিটঃ

যে কোন একটি বাইনারী লজিক লেভেল 1 অথবা 0 কে বিট বলা হয়।

বাইটঃ

৮টি বিট একত্রে বাইট গঠন করে। যেমনঃ 10111011 ইহা এক বাইট ডাটা।

পাল্‌সঃ

আদর্শ ও প্রকৃত পাল্‌স
আদর্শ ও প্রকৃত পাল্‌স

একটি বৈদ্যূতিক সিগনাল (ভোল্টেজ অথবা কারেন্ট) যার কিছু সময়ের ব্যপ্তি, স্থির এমপ্লিচুড এবং একক পোলারিটি থাকে তাকে পাল্‌স বলা হয়। পোলারিটি পজিটিভ অথবা নেগেটিভ যে কোন একটি হবে। একটি পালসে একই সাথে পজিটিভ এবং নেগেটিভ উভয় পোলারিটি থাকবে না।

আদর্শ (Ideal) পাল্‌সঃ যে পালসের রাইজ টাইম এবং ফল টাইম শূণ্য থাকে এবং কোন নন-আইডিয়াল কন্ডিশন (যেমনঃ ওভারশুট, ড্রপ, রিংগিং ইত্যাদি) থাকেনা তাকে আদর্শ পাল্‌স বলে কিন্তু বাস্তবে এমন কোন সার্কিট পাওয়া যাবেনা যা আদর্শ পাল্‌স তৈরী করতে পারে।

প্রকৃত (Real) পাল্‌সঃ বাস্তব ইলেকট্রনিক সার্কিটে যে পাল্‌স তৈরী হয় তা-ই প্রকৃত পাল্‌স। প্রকৃত পালসের রাইজ টাইম এবং ফল টাইম খুব কম হলেও তা শূন্য নয়। চিত্রে প্রকৃত পাল্‌স দেখানো হলোঃ

রাইজ টাইমঃ কোন পাল্‌স সিগনাল পূর্ণ এ্যামপ্লিচুডের ১০% হতে ৯০% এ্যামপ্লিচুডে পৌছাতে যে সময় লাগে তাকে রাইজ টাইম বলা হয়। চিত্র (খ)তে একটি প্রকৃত পাল্‌সের রাইজ-টাইম দেখানো হয়েছে। একে tr দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

ফল টাইমঃ কোন পাল্‌স সিগনাল পূর্ণ এ্যামপ্লিচুডের ৯০% হতে ১০% এ্যামপ্লিচুডে নামতে যে সময় লাগে তাকে ফল-টাইম বলা হয়। চিত্র (খ)তে একটি প্রকৃত পাল্‌সের ফল-টাইম দেখানো হয়েছে। একে tf দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

প্রকৃত পালসের বিভিন্ন উপাদান
প্রকৃত পালসের বিভিন্ন উপাদান

পাল্‌স উইথঃ সাধারণ হিসাবে কোন পাল্‌স সিগনালের রাইজ টাইমের ৫০% হতে ফল টাইমের ৫০% পর্যন্ত পৌছাতে যে সময় লাগে তাকে পাল্‌স উইথ বলা হয়। তবে বিশেষ সিস্টেমের ক্ষেত্রে তা পরিবর্তন হতে পারে। পাল্‌স উইথকে tw দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

ওভারশুটঃ স্টেট পরিবর্তনের/রাইজিং এর সময় একটি সিগনাল পাল্‌স তার নির্ধারিত পূর্ণ এ্যামপ্লিচুড অতিক্রম করে কিছুটা বৃদ্ধি পায় একে ওভারশুট (Overshoot) বলা হয়।

রিংগিং – ওভারশুট কন্ডিশনের পরবর্তি কিছু সময় ধরে একটি সাইনুসইডাল ড্যাম্পড অসিলেসন প্রত্যক্ষ করা যায় একেই রিংগিং (Ringing) অবস্থা বলা হয়। রিংগিং পরবর্তি সময়ে পাল্‌স সিনাল তার পূর্ণ স্টেডি স্টেট এ্যামপ্লিচুড লাভ করে। পাল্‌স জেনারেটর সার্কিটের আউটপুটে ইন্ডাকটিভ ও ক্যাপাসিটিভ ইফেক্টের কারণে এরূপ রিংগিং কন্ডিশন তৈরী হয়।

ড্রপঃ একটি পাল্‌স সিগনাল তার পূর্ণ স্টেডি স্টেট এ্যামপ্লিচুডে পৌছানো পর থেকে শুরু করে ফল-টাইমে পৌছা পর্যন্ত সময়ের মধ্যে পাল্‌স এ্যামপ্লিচুড কিছুটা হ্রাস পায়। হ্রাস প্রাপ্ত ভোল্টেজকে পাল্‌স ড্রপ (Pulse Droop) বা ভোল্টেজ ড্রপ (Voltege Droop) বলা হয়।

পাল্‌স সাইকেলঃ একটি পালসের রাইজ বিন্দু হতে পরবর্তী পালসের রাইজ বিন্দু পর্যন্ত দূরত্বকে পূর্ণ সাইকেল বলে। অথবা একটি পালসের ফল বিন্দু হতে পরবর্তী পালসের ফল বিন্দু পর্যন্ত দূরত্বকে পূর্ণ সাইকেল বলে।

পাল্‌স রেট এবং ফ্রেকুয়েন্সিঃ প্রতি সেকেন্ডে পালসের সংখ্যাকে পাল্‌স রেট বা পাল্‌সের হার বলা হয়, এবং প্রতি সেকেন্ডে যতগুলি পূর্ণ সাইকেল সম্পন্ন হয় তাকে ফ্রেকুয়েন্সী বলা হয়। ফ্রেকুয়েন্সীকে f দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

পিরিওড
পিরিওড

পিরিয়ডঃ একটি পূর্ণ পাল্‌স সাইকেল সম্পন্ন হতে যে সময় লাগে তাকে পিরিওড বলা হয়। একে T দ্বারা প্রকাশ করা হয়।

ডিউটি সাইকেলঃ কোন সিগনালের পাল্‌স উইথ পূর্ণ সাইকেলের শতকরা অংশকে ডিউটি সাইকেল tduty বলা হয়। ডিউটি সাইকেল পিরিওডিক সিগনালের একটি বৈশিষ্ট্য।

ডিউটি সাইকেল = (পাল্‌স উইথ / পিরিওড)×১০০%।
বা, tduty=(tw/T)×100%

পাল্‌স উইথ পূর্ণ সাইকেলের অর্ধেক হলে, ডিউটি সাইকেল ৫০% হবে।

সূত্রঃ

  1. Digital Electronics Principles and Applications – Tokheim
  2. Digital Principles and Logic Design – A Saha and N Mann

Share this post

Post Comment