Sprendžiant daugelį inžinerinių problemų, reikia stiprinti elektrinius signalus. Tam tarnauja stiprintuvai, t.y. prietaisai, skirti stiprinti įtampą, srovę ir galią. Stiprintuvai paprastai naudoja dvipolius ir lauko tranzistorius bei integrines grandines.
Paprasčiausias stiprintuvas yra stiprinimo pakopa.
Paprasčiausios stiprintuvo pakopos sudėtis:
UE – netiesinis valdomas elementas (dvipolis arba lauko tranzistorius);
R – rezistorius;
E – elektros energijos šaltinis.
Stiprinimas pagrįstas elektros energijos pavertimu iš nuolatinės emf šaltinio. E į išėjimo signalo energiją dėl RE varžos pokyčių pagal įvesties signalo nurodytą dėsnį.
Pagrindiniai stiprintuvo pakopos parametrai:
Skirta kelių pakopų stiprintuvams
Priklausomai nuo įvesties signalų sustiprintų dažnių diapazono, stiprintuvai skirstomi į:
UPT (stiprintuvai nuolatinė srovė) - stiprinti lėtai kintančius signalus;
ULF (žemo dažnio stiprintuvai) – signalams stiprinti garso dažnių diapazone (20-20000 Hz);
UHF (stiprintuvai aukštas dažnis) - stiprinti signalus dažnių diapazone nuo dešimčių kilohercų iki dešimčių ir šimtų megahercų;
Impulsinis/plačiajuostis – skirtas stiprinti impulsinius signalus, kurių dažnių spektras nuo dešimčių hercų iki šimtų megahercų;
Siaurajuostis/selektyvus – skirtas stiprinti signalus siaurame dažnių diapazone.
Pagal stiprintuvo įjungimo būdą jie skirstomi į:
Jei kaip stiprinimo elementą naudojamas bipolinis tranzistorius:
Su bendra baze
Bendras emiteris
Su bendru kolektoriumi
Jei naudojamas lauko efekto tranzistorius:
Su bendru šaltiniu
Su bendru nutekėjimu
Su bendra baze
Stiprintuvo pakopa su bendru emiteriu.
OE stiprintuvo pakopa yra viena iš labiausiai paplitusių stiprintuvo pakopų, kurioje emiteris yra bendras įvesties ir išvesties grandinių elektrodas.
Bipolinio tranzistoriaus struktūros stiprintuvo pakopos diagrama su OE p-p-p.
Stiprintuvo pakopos kolektoriaus grandinei pagal antrąjį Kirchhoffo dėsnį galima parašyti tokią elektros būsenos lygtį:
Kolektoriaus rezistoriaus Rk srovės įtampos charakteristika yra tiesinė, o tranzistoriaus srovės įtampos charakteristika yra netiesinė ir atspindi emiterio, prijungto grandinėje su OE, išėjimo (kolektoriaus) charakteristikų šeimą.
Netiesinės grandinės skaičiavimas, t.y. apibrėžimas aš Į ,
,
Ir
U Į skirtingoms bazinėms srovėms
aš b ir rezistoriaus varža
R Į, galima padaryti grafiškai. Norėdami tai padaryti, tranzistoriaus išėjimo charakteristikų šeimoje reikia nubrėžti tiesią liniją nuo taško E Į rezistoriaus Rk srovės įtampos charakteristikos abscisių ašyje, tenkinanti lygtį 
.
Apkrovos tiesės susikirtimo taškai su išėjimo charakteristikų linijomis pateikia grafinį duotosios lygties sprendimą R b ir įvairių aš b .
Iš šių taškų galite nustatyti srovę kolektoriaus grandinėje, įtampą U ke Ir .
Rezistoriaus vertė R Į parenkami pagal įvesties signalo stiprinimo reikalavimus. Šiuo atveju būtina atsižvelgti į tai, kad apkrovos tiesė eina į kairę ir žemiau leistinų verčių U Į maks , aš Į maks , P Į maks ir pateikė gana ilgą tiesinę trumpalaikio atsako atkarpą.
Lygiavertė stiprintuvo pakopos ekvivalentinė grandinė su OE ir jos parametrais.
Apskaičiuodami šias lygtis galime užrašyti forma
Išspręsdami šias lygtis kartu, gauname
Minuso ženklas reiškia, kad išėjimo įtampa skiriasi nuo įėjimo fazės. Gauname neapkrautos stiprinimo pakopos įtampos padidėjimo formulę su bendru emiteriu:
Nes . Štai kodėl
Stiprintuvo pakopos įvesties varža su OE žemais dažniais:
Stiprintuvo pakopos su OE išėjimo varža nustatoma pagal išraišką
Stiprintuvo pakopos temperatūros stabilizavimas su OE
SU 
Reikšmingas tranzistorių trūkumas yra jų priklausomybė nuo temperatūros. Didėjant temperatūrai, padidėjus mažumos krūvininkų skaičiui puslaidininkyje, didėja tranzistoriaus kolektoriaus srovė. Dėl to pasikeičia tranzistoriaus išėjimo charakteristikos. Kai kolektoriaus srovė padidėja ΔI k, kolektoriaus įtampa sumažėja .
Tai sukelia tranzistoriaus veikimo taško poslinkį, dėl kurio jis gali viršyti tiesinę tranzistoriaus charakteristikų dalį ir sutrinka normalus stiprintuvo veikimas.
Siekiant sumažinti temperatūros įtaką stiprintuvo pakopos darbui su bendru lygintuvu, į jo emiterio grandinę įtrauktas rezistorius R ai, manevruojamas kondensatoriumi SUai. Į bazinę grandinę įtrauktas įtampos daliklis, kuris sukuria pradinę įtampą.
Emiterio srovės padidėjimas dėl temperatūros padidėjimo padidina įtampos kritimą per varžą R ai, dėl ko sumažėja įtampa, o dėl to sumažėja bazinė srovė. Emiterio ir kolektoriaus srovė palaiko veikimo taško padėtį tiesinėje charakteristikos dalyje.
Kolektoriaus srovės keitimo išėjimo grandinėje poveikis tranzistoriaus įėjimo įtampai vadinamas neigiamu nuolatinės srovės grįžtamuoju ryšiu. Jei nėra kondensatoriaus, stiprintuvo pakopos veikimas keičiasi ne tik nuolatinėje srovėje, bet ir kintamajame komponente.
Stiprintuvo pakopa su OK
KAM 
Tranzistoriaus kolektorius per maitinimo šaltinį yra tiesiogiai prijungtas prie bendro stiprintuvo taško, nes Įtampos kritimas per šaltinio vidinę varžą yra nereikšmingas. Galime manyti, kad įėjimo įtampa tranzistoriaus pagrindui perduodama per kondensatorių, palyginti su kolektoriumi. SU1
, o išėjimo įtampa lygi įtampos kritimui skersai R ai, kuris pašalinamas iš emiterio kolektoriaus atžvilgiu. Rezistorius
nustato pradinę tranzistoriaus bazinės grandinės poslinkio srovę, kuri nustato darbo taško padėtį ramybės režimu. Dalyvaujant Uįvestis grandinėje atsiranda kintamasis komponentas, kuris sukuria įtampos kritimą R ai ( )
Stiprintuvo pakopos su OC įtampos padidėjimas yra mažesnis už vienetą, todėl teisingiau jį vadinti įtampos perdavimo koeficientu.
Nuo įvesties vertės K u artimas vienybei, emiterio sekėjo įėjimo varža yra daug didesnė už įėjimo varžą h 11 tranzistorius ir pasiekia kelis šimtus kiloomų.
Emiterio sekiklio išėjimo varža yra maždaug dešimčių omų. Taigi emiterio sekėjas turi labai didelę įėjimo varžą ir mažą išėjimo varžą, todėl jo srovės stiprinimas gali būti labai didelis.
Lauko efekto tranzistoriaus stiprintuvo pakopa
U 
galios pakopos, pagrįstos lauko tranzistoriais, turi didelę įėjimo varžą.
Šiame etape rezistorius R c, kurio pagalba atliekamas stiprinimas, yra įtrauktas į nutekėjimo grandinę. Į šaltinio grandinę įtrauktas rezistorius R Ir , sukuriant reikiamą įtampos kritimą tuščiosios eigos režimu U 30 , kuri yra poslinkio įtampa tarp vartų ir šaltinio.
Vartų rezistorius R 3 Ramybės režimu užtikrina vartų potencialų ir stiprintuvo pakopos bendro taško lygybę. Todėl vartų potencialas yra mažesnis už šaltinio potencialą įtampos kritimo per rezistorių reikšme R o nuo nuolatinės srovės komponento I u0 Taigi vartų potencialas yra neigiamas šaltinio potencialo atžvilgiu.
Rezistoriui įvedama įėjimo įtampa R 3 per izoliacinį kondensatorių SU. Kai taikoma kintamoji įėjimo įtampa, lauko efekto tranzistoriaus kanale atsiranda kintamieji šaltinio srovės komponentai i ir nutekėjimo srovė i su ir i Ir i Su. Dėl įtampos kritimo rezistoriuje R ir nuo kintamosios srovės komponento i Ir , kintamoji įtampos tarp vartų ir šaltinio sudedamoji dalis, sustiprinta lauko tranzistoriaus, gali būti žymiai mažesnė už įėjimo įtampą:
Šis reiškinys, vadinamas neigiamu grįžtamuoju ryšiu, sumažina stiprintuvo pakopos stiprinimą. Norėdami jį pašalinti, kondensatorius C ir yra prijungtas lygiagrečiai su rezistoriumi R ir, kurio varža žemiausiu sustiprintos įtampos dažniu turėtų būti daug kartų mažesnė už rezistoriaus varžą. R n . Esant tokioms sąlygoms, įtampos kritimas nuo šaltinio srovės i ir visoje grandinėje R ir -C ir, vadinamas automatiniu poslinkiu, yra labai mažas, todėl, atsižvelgiant į kintamą srovės komponentą, šaltinis gali būti laikomas prijungtu prie bendro stiprintuvo pakopos taško.
Išėjimo įtampa pašalinama per jungties kondensatorių SU Su tarp drenažo ir bendro kaskados taško, t.y. jis yra lygus kintamajai įtampos tarp drenažo ir šaltinio komponentui.
Atsiliepimai apie stiprintuvus
APIE 
„Brother-coupling“ stiprintuvuose – tai dalies (arba viso) stiprintuvo išėjimo signalo perdavimas į jo įvestį.
Atsiliepimai apie stiprintuvus dažniausiai kuriami specialiai. Tačiau kartais jie atsiranda spontaniškai. Spontaniški atsiliepimai vadinami parazitinis.
Jei, esant grįžtamajam ryšiui, įėjimo įtampa uin pridedama prie grįžtamojo ryšio įtampos u os , dėl to į stiprintuvą tiekiama padidinta įtampa u 1, tada toks grįžtamasis ryšys vadinamas teigiamas.
Jeigu, įvedus grįžtamąjį ryšį, stiprintuvo įėjime ir išėjime u 1 įtampa sumažėja, o tai atsiranda atėmus grįžtamąją įtampą iš įėjimo įtampos u in, tai toks grįžtamasis ryšys vadinamas neigiamas.
Visi atsiliepimai yra suskirstyti į atsiliepimus pagal įtampą Ir pagal srovę.Įtampos grįžtamasis ryšys u oc = βu out, kur β yra grįžtamojo ryšio keturpolio perdavimo koeficientas. Srovės grįžtamasis ryšys uoc = Roc i out, kur Roc yra išėjimo grandinės ir grįžtamojo ryšio grandinės abipusė varža. Be to, visas grįžtamasis ryšys skirstomas į nuoseklųjį, kuriame grįžtamojo ryšio grandinės jungiamos nuosekliai su stiprintuvo įvesties grandinėmis, ir lygiagrečiuosius, kai grįžtamojo ryšio grandinės jungiamos lygiagrečiai su stiprintuvo įvesties grandinėmis.
Neigiamo grįžtamojo ryšio poveikis pelnui.
Dėl stiprintuvo be grįžtamojo ryšio
Išvada: neigiamo grįžtamojo ryšio įvedimas sumažina stiprintuvo stiprinimą 1+βK kartų.
Teigiamo grįžtamojo ryšio įvedimas padidina stiprintuvo stiprinimą. Tačiau teigiami atsiliepimai elektroniniuose stiprintuvuose praktiškai nenaudojami, nes tokiu atveju, kaip bus parodyta toliau, stiprinimo stabilumas labai pablogėja.
Nepaisant sumažėjusio stiprinimo, stiprintuvuose labai dažnai naudojamas neigiamas grįžtamasis ryšys. Dėl neigiamo grįžtamojo ryšio įvedimo žymiai pagerėjo stiprintuvo savybės:
a) kintant tranzistoriaus parametrams didėja stiprintuvo stiprinimo stabilumas;
b) sumažinamas netiesinių iškraipymų lygis;
c) stiprintuvo įėjimo varža didėja, o išėjimo varža mažėja ir kt.
Norint įvertinti grįžtamojo ryšio stiprintuvo stiprinimo stabilumą, reikia nustatyti jo santykinį pokytį:
Išvada: bet kokį stiprinimo pokytį neigiamas grįžtamasis ryšys susilpnina 1+βK koeficientu.
Jei βK reikšmė yra daug didesnė už vienybę, kuri reiškia gilų neigiamą grįžtamąjį ryšį, tada
Esant teigiamiems atsiliepimams, pablogėja pelno stabilumas:
Įvedus nuoseklųjį įtampos grįžtamąjį ryšį, padidėja įėjimo varža.
Lygiagrečiojo grįžtamojo ryšio stiprintuvo grandinė:
Su giliais neigiamais atsiliepimais
3) magnetinė jungtis, kuri atsiranda, kai stiprintuvo įvesties ir išvesties transformatoriai yra arti vienas kito.
DC stiprintuvai
Įrenginiai, skirti stiprinti labai žemų dažnių signalą (Hz dalimis), turintys amplitudės-dažnio atsaką iki žemiausių dažnių, vadinami nuolatinės srovės stiprintuvais (DCA).
Reikalavimai UPT charakteristikoms:
nesant įvesties signalo neturi būti išėjimo signalo;
pasikeitus įėjimo signalo ženklui turi keistis ir išėjimo signalo ženklas;
Apkrovos įtaiso įtampa turi būti proporcinga įėjimo įtampai.
Šiuos reikalavimus geriausiai atitinka UPT, pastatyti ant diferencialinių subalansuotų kaskadų. Jie taip pat veiksmingai kovoja su vadinamuoju UPT nuliniu dreifu. Pastatytas keturių rankų tilto principu.
U 
Tilto balanso reguliavimas:
Keičiant Ek pusiausvyra nesutrinka, o srovė apkrovos rezistoriuje Rn lygi nuliui. Kita vertus, proporcingai keičiant rezistorių R 1, R 2 arba R 3, R 4 varžą, tilto pusiausvyra taip pat nepažeidžiama. Jei rezistorius R 2, R 3 pakeisime tranzistoriais, gauname diferencinę grandinę, labai dažnai naudojamą UPT.
IN 
diferencialiniame stiprintuve rezistorių R 2, R 3 varžos tranzistorių kolektoriaus grandinėse parenkamos vienodos, abiejų tranzistorių režimai nustatomi į vienodus. Tokiuose stiprintuvuose parenkamos griežtai identiškų charakteristikų tranzistorių poros.
Elektrinių režimų stabilumui didelės įtakos turi rezistoriaus R1 varža, kuri stabilizuoja tranzistorių srovę. Kad būtų galima naudoti didelės varžos Rl rezistorių, maitinimo šaltinio Ek įtampa padidinama iki vertės E 2 E 1, o integrinėse grandinėse vietoj rezistoriaus R 1 dažnai naudojamas nuolatinės srovės stabilizatorius, kuris atliekamas 2-4 tranzistoriams.
Kintamasis rezistorius R p skirtas kaskados balansui (nustatyti nuliui). Tai būtina dėl to, kad neįmanoma pasirinkti dviejų visiškai identiškų tranzistorių ir rezistorių, kurių varžos yra vienodos R 2, R 3. Pasikeitus potenciometro R p slankiklio padėčiai, keičiasi į tranzistorių kolektoriaus grandines įtrauktų rezistorių varžos, taigi ir potencialai ant kolektorių. Perkeldami potenciometro slankiklį R n, nesant įvesties signalo, apkrovos rezistoriuje R n pasiekiame nulinę srovę.
Keičiant e. d.s. kolektoriaus galios šaltinis E 1 arba poslinkis E 2, keičiasi abiejų tranzistorių srovės ir jų kolektorių potencialai. Jei tranzistoriai yra vienodi, o rezistorių R 2, R 3 varžos yra lygiai lygios, tai srovė rezistoriuje R H dėl e. d.s. El, E 2 nebus. Jei tranzistoriai nėra visiškai identiški, tada apkrovos rezistoriuje atsiras srovė, tačiau ji bus žymiai mažesnė nei įprastame, nesubalansuotame UPT.
Taip pat tranzistoriaus charakteristikų pokyčiai dėl aplinkos temperatūros pokyčių praktiškai nesukels srovės apkrovos rezistoriuje.
Tuo pačiu metu, kai įvesties įtampa įvedama į tranzistoriaus T 1 pagrindą, jo kolektoriaus srovė ir jo kolektoriaus įtampa, dėl kurios apkrovos rezistoriuje R n atsiras įtampa.
Kruopščiai parenkant tranzistorius ir rezistorius, stabilizuojant maitinimo šaltinių įtampas, dreifą galima sumažinti iki 1-20 µV/°C arba dirbant temperatūrų diapazone nuo -50 iki +50°C bus 0,1- 2 mV, t.y., palyginti su nesubalansuotu UPT, jį galima sumažinti 20-100 kartų.
Naudodami tas pačias grandines, galite gaminti stiprintuvus naudodami lauko tranzistorius. Panašios subalansuotos grandinės gali būti sukurtos remiantis emiterio ir šaltinio sekėjais.
Operaciniai stiprintuvai
Operacinis stiprintuvas yra didelio stiprumo nuolatinės srovės diferencialinis stiprintuvas, skirtas atlikti įvairias operacijas su analoginiais kiekiais, kai veikia grandinėse su neigiamu grįžtamuoju ryšiu.
Op-amp yra universalus blokas, kurio charakteristikos yra artimos idealui, kurio pagrindu galima sukurti daugybę skirtingų elektroninių komponentų.
Integrinio grandyno K140UD8 diagrama ir simbolinis grafinis žymėjimas:
Pirmoji lauko tranzistorių VT 1 VT 11 ir VT 2, VT 9 pakopa su p tipo kanalu yra simetriška diferencialinė pakopa su apkrovos tranzistoriais VT 3, VT 10. Tranzistoriai VT 4, VT 5 sudaro srovės stabilizatorių pirmosios pakopos šaltinio grandinėje.
Antroji pakopa - asimetrinė diferencinė pakopa ant dviejų emiterio sekėjų - yra pagaminta ant tranzistorių VT 7, VT 12. Ryšys tarp pirmosios ir antrosios kaskados yra tiesioginis.
N 
Kompozitiniame tranzistoryje VT 15 pagamintas įtampos stiprintuvas, kurio apkrova yra lauko tranzistorius VT 17. Mikroschemų išvestyje naudojamas galios stiprintuvas be transformatoriaus, naudojant kompozitinius tranzistorius VT 20, VT 22 ir VT 23, VT 24.
K140UD8 lustas turi du įėjimus (4 - neinvertuojantis, 3 - invertuojantis) ir vienas išėjimas (7 kaištis), bendras kaištis 1 ir maitinimo įtampos prijungimo kaiščiai: 8 - +E 1 ir 5 - -E 2. išvadas 2i 6 naudojamas subalansuoti mikroschemą naudojant kintamąjį rezistorių, kurio varža 10 kOhm.
UPT su įtampos konvertavimu
Dreifo mažinimo metodas pagrįstas dvigubu sustiprintos įtampos konvertavimu.
Struktūrinė schema:
Moduliatorius skirtas lėtai kintančią įėjimo įtampą konvertuoti į kintamoji įtampa, kurios amplitudė proporcinga įėjimo įtampai, o pasikeitus įėjimo įtampos ženklui, kinta kintamosios įtampos fazė.
Uin konvertuojamas dažniu nuo 50 Hz iki 20 MHz.
Yra daug skirtingų moduliatorių schemų. Dažniausi yra šie:
moduliatorius su vibracijos keitikliu;
tranzistoriaus moduliatorius.
M 
Odulatorius su vibracijos keitikliu yra mažos galios elektromagnetinis kontaktorius, kuris periodiškai (elektromagneto ritę tiekiančios srovės dažniu) jungia įėjimo įtampą arba į viršutinę, arba į apatinę (pagal schemą) pirminės apvijos pusę. transformatoriaus. Tokiu atveju srovė pirminėje apvijoje keičia kryptį. Transformatoriaus antrinėje apvijoje atsiranda kintamoji įtampa. Paprastai naudojamas pakopinis transformatorius, kurio transformacijos koeficientas yra iki 10, todėl įtampos amplitudė yra kelis kartus didesnė už įėjimo įtampą.
Vibracijos keitiklio privalumas – nedidelis dreifas, kurį daugiausia lemia termo-e. d.s. kontaktinės poros ir gali būti sumažintas iki 0,01–0,1 µV/h (0,1–0,5 µV per dieną). Įėjimo varža yra 1-10 kOhm.
D – demoduliatorius – skirtas konvertuoti kintamą įtampą įėjime, lėtai kintančią nuolatinę įtampą išėjime.
Privalumai:
Žemas nulinis dreifas;
Trūkumai:
Prasta dažnio atsakas aukštuose dažniuose.
Stiprintuvo įvesties moduliatorius gerai konvertuoja nuolatinę ir lėtai kintančią įtampą. Didėjant įėjimo įtampos dažniui, moduliatoriaus veikimas blogėja. Tuo pačiu metu demoduliatoriaus išvestyje taikomas anti-aliasing filtras. Kai signalo dažnis artėja prie etaloninės įtampos u op dažnio, filtras negali atskirti signalo nuo etaloninės įtampos.
Norint išplėsti dažnių diapazoną, naudojami aukšto dažnio keitikliai, kurie leidžia padidinti dažnį f veikia iki 0,5-10 MHz.
Kombinuoti stiprintuvai apjungia stiprintuvų be ir su įtampos keitikliu privalumus.
Kombinuoto UPT blokinė schema:
Kombinuotas stiprintuvas turi dreifą UPT lygyje su signalo spektro konvertavimu, o amplitudės-dažnio atsakas nėra blogesnis nei stiprintuvo be signalo spektro konvertavimo. Kai kurie amplitudės-dažnio atsako netolygumai vidutinio dažnio srityje lengvai išlyginami dėl neigiamo grįžtamojo ryšio. (KD140UD13).
Operaciniai stiprintuvai yra didelės stiprintuvų klasės su specialiomis dažninėmis charakteristikomis pagrindas. Tai pasiekiama naudojant įvairias grįžtamojo ryšio grandines.
Operaciniuose stiprintuvuose grįžtamasis ryšys yra neigiamas, jei jis taikomas iš stiprintuvo išvesties į invertuojančią įvestį. Iš tiesų, šiuo atveju įtampa U oc , kuri yra fazėje su U out, bus priešinga fazei su įėjimo įtampa invertuojančiame įėjime. Ir atvirkščiai, grįžtamasis ryšys yra teigiamas, jei jis taikomas neinvertuojančiam įėjimui. Naudojant nuoseklųjį grįžtamąjį ryšį, įvesties signalas ir grįžtamojo ryšio signalas tiekiami į skirtingus mikroschemos įėjimus, o lygiagretus grįžtamasis ryšys - į vieną.
Elektrinis signalo stiprintuvas - Tai Elektroninis prietaisas, skirtas padidinti į įvestį nukreipto signalo galią, įtampą arba srovę, reikšmingai neiškraipant signalo formos. Elektriniai signalai gali būti harmoniniai emf, srovės ar galios virpesiai, stačiakampio, trikampio ar kitokios formos signalai. Dažnis ir bangos forma yra svarbūs veiksniai nustatant stiprintuvo tipą. Kadangi signalo galia stiprintuvo išėjime yra didesnė nei įėjime, tai pagal energijos tvermės dėsnį stiprinimo įtaisas turi turėti maitinimo šaltinį. Taigi energija stiprintuvo ir apkrovos veikimui tiekiama iš maitinimo šaltinio. Tada apibendrinta stiprintuvo įrenginio blokinė schema gali būti pavaizduota, kaip parodyta Fig. 1.
1 pav. Apibendrinta stiprintuvo blokinė schema.
Elektrinės vibracijos ateina iš signalo šaltinio į stiprintuvo įvestį , prie kurio išėjimo prijungta apkrova, Energija stiprintuvo veikimui ir apkrovai tiekiama iš maitinimo šaltinio. Stiprintuvas ima energiją iš maitinimo šaltinio Ro - būtinas įvesties signalui sustiprinti. Signalo šaltinis tiekia maitinimą stiprintuvo įėjimui R in išėjimo galia P out skiriama aktyviajai apkrovos daliai. Galios stiprintuve galioja ši nelygybė: R in < P out< Ро . Todėl, stiprintuvas- jis yra valdomas įvesties keitiklis energijos šaltinio energiją į išėjimo signalo energiją. Energija konvertuojama naudojant stiprinimo elementus (AE): bipolinius tranzistorius, lauko efekto tranzistoriai, elektroniniai vamzdžiai, integriniai grandynai (IC). varicaps ir kt.
Paprasčiausias stiprintuvas yra vienas sutvirtinantis elementas. Dažniausiai vieno elemento neužtenka ir stiprintuvas naudoja kelis aktyvius elementus, kurie sujungiami laipsniškai: pirmojo elemento sustiprinti virpesiai tiekiami į antrojo, po to trečiojo ir tt įvestį. vadinamas stiprintuvu, kuris sudaro vieną stiprinimo pakopąkaskados. Stiprintuvas susideda išaktyvus ir pasyvus elementai: k aktyvūs elementaiapima tranzistorius, el. mikroschemos ir kiti netiesiniai elementai, turintys savybę keisti elektros laidumą tarp išėjimo elektrodų, veikiant valdymo signalui įvesties elektroduose.Pasyvūs elementaipolicininkaiyra rezistoriai, kondensatoriai, induktyvumo ritės ir kiti elementai, formuojantys reikiamą virpesių diapazoną, fazių poslinkius ir kitus stiprinimo parametrus.Taigi kiekviena stiprintuvo pakopa susideda iš minimalaus reikalingo aktyviųjų ir pasyviųjų elementų rinkinio.
Įprasto daugiapakopio stiprintuvo blokinė schema parodyta fig. 2.
2 pav. Daugiapakopė stiprintuvo grandinė.
Įvesties etapas Ir pirminis stiprintuvas yra suprojektuoti taip, kad sustiprintų signalą iki vertės, kurios reikia, kad jis būtų tiekiamas į galios stiprintuvo įvestį (išvesties pakopa). Išankstinio stiprinimo etapų skaičius nustatomas pagal reikiamą stiprinimą. Įvesties pakopa prireikus užtikrina suderinimą su signalo šaltiniu, stiprintuvo triukšmo parametrus ir reikiamus reguliavimus.
Išėjimo stadija (galios stiprinimo pakopa) yra skirta tam, kad apkrova būtų tiekiama tam tikro signalo galia, minimaliai iškraipant jo formą ir maksimaliai efektyviai.
Sustiprintų signalų šaltiniai gali būti mikrofonai, magnetinių ir lazerinių informacijos kaupimo įrenginių skaitymo galvutės, įvairūs neelektrinių parametrų keitikliai į elektrinius.
Įkelti yra garsiakalbiai, elektros varikliai, įspėjamieji žibintai, šildytuvai ir kt. Maitinimo šaltiniai generuoti energiją su nurodytais parametrais - nominaliomis įtampų, srovių ir galios vertėmis. Energija suvartojama tranzistorių kolektoriaus ir bazinėse grandinėse, lempų kaitrinėse ir anodinėse grandinėse; naudojami nurodytiems stiprintuvo elementų ir apkrovos darbo režimams palaikyti. Dažnai maitinimo šaltinių energija reikalinga ir įvesties signalo keitiklių darbui.
Stiprinimo įrenginių klasifikacija.
Stiprinimo įrenginiai klasifikuojami pagal įvairius kriterijus.
Autorius protas sustiprinta elektrinė signalus stiprintuvai skirstomi į stiprintuvus harmoninė (nuolatiniai) signalai ir stiprintuvai pulsas signalus.
Pagal pralaidumą ir absoliučiąsias sustiprintų dažnių vertes, stiprintuvai skirstomi į šiuos tipus:
- DC stiprintuvai (UPT) skirtas stiprinti signalus nuo žemiausias dažnis= 0 iki viršutinio darbinio dažnio. UPT sustiprina tiek kintamuosius signalo komponentus, tiek jo pastovias dalis. UPT plačiai naudojami automatizavimo ir kompiuterių įrenginiuose.
- Įtampos stiprintuvai, savo ruožtu jie skirstomi į žemo, aukšto ir itin aukšto dažnio stiprintuvus.
Plotis pralaidumo Išskiriami sustiprinti dažniai:
- rinkimų stiprintuvai (aukšto dažnio stiprintuvai – UHF), kuriems galioja dažnių santykis /1 ;
- plačiajuostis ryšys stiprintuvai su dideliu dažnių diapazonu, kuriems dažnių santykis />>1 (pavyzdžiui, ULF – žemo dažnio stiprintuvas).
- Galios stiprintuvai - ULF galutinė pakopa su transformatoriaus izoliacija. Siekiant užtikrinti maksimalią galią R tarpt. Į= Rn, tie. apkrovos varža turi būti lygi pagrindinio elemento (tranzistoriaus) kolektoriaus grandinės vidinei varžai.
Autorius dizainas stiprintuvus galima suskirstyti į dvi dideles grupes: stiprintuvus, pagamintus naudojant diskrečią technologiją, tai yra, montuojamą ant paviršiaus arba spausdintinės grandinės būdu, ir stiprintuvus, pagamintus naudojant integruotą technologiją. Šiuo metu analoginiai integriniai grandynai (IC) plačiai naudojami kaip aktyvieji elementai.
Stiprintuvo veikimo rodikliai.
Stiprintuvų veikimo rodikliai apima įvesties ir išvesties duomenis, stiprinimą, dažnių diapazoną, iškraipymo koeficientą, efektyvumą ir kitus parametrus, apibūdinančius jo kokybę ir eksploatacines savybes.
KAM įvesties duomenys nurodykite vardinę įvesties signalo vertę (įtampa Uįvestis= U 1 , srovė ašįvestis= aš 1 arba galia Pįvestis= P 1 ), įėjimo varža, įėjimo talpa arba induktyvumas; jie nustato stiprintuvo tinkamumą konkrečiam praktiniai pritaikymai. Įvestis išopozicijaRįvestis lyginant su signalo šaltinio varža RIr iš anksto nustato stiprintuvo tipą; Atsižvelgiant į jų santykį, išskiriami įtampos stiprintuvai (su Rįvestis >> RIr), srovės stiprintuvai (su Rįvestis << RIr) arba galios stiprintuvai (jei Rįvestis = RIr). Įvestis valgytikaulųS įvestis, būdamas reaktyvusis varžos komponentas, turi didelę įtaką veikimo dažnių diapazono pločiui.
Išvestis - tai yra vardinės išėjimo įtampos vertės U out = U 2, srovė Išeinu = aš 2, išėjimo galia P out = P 2 ir išėjimo varža. Išėjimo varža turėtų būti žymiai mažesnė už apkrovos varžą. Tiek įėjimo, tiek išėjimo varžos gali būti aktyvios arba turėti reaktyvųjį komponentą (indukcinį arba talpinį). Apskritai kiekvienas iš jų yra lygus varžai Z, kurioje yra ir aktyvieji, ir reaktyvieji komponentai
Pelnas vadinamas išvesties parametro ir įvesties parametro santykiu. Įtampos padidėjimas yra diferencijuojamasK u= U 2/ U 1 , pagal srovę K i= aš 2/ aš 1 ir galia Kp= P2/ P 1 .
Stiprintuvo charakteristikos.
Stiprintuvo charakteristikos atspindi jo gebėjimą tam tikru tikslumu sustiprinti įvairių dažnių ir formų signalus. Tarp svarbiausių savybių yra amplitudė, amplitudė-dažnis, fazinis dažnis ir perėjimas.
Ryžiai. 3. Amplitudinė charakteristika.
Amplitudė charakteristika – išėjimo įtampos amplitudės priklausomybė nuo į įėjimą tiekiamo tam tikro dažnio harmoninio virpesio amplitudės (3. pav.). Įvesties signalas keičiasi nuo minimalios iki didžiausios vertės, o minimalios vertės lygis turi viršyti vidinio triukšmo lygį UP sukurtas paties stiprintuvo. Idealiame stiprintuve (stiprintuve be trikdžių) išėjimo signalo amplitudė yra proporcinga įvesties amplitudei Išeini= K*Uįvestis o amplitudinė charakteristika turi tiesios linijos, einančios per pradžią, formą. Realiuose stiprintuvuose neįmanoma atsikratyti trukdžių, todėl jo amplitudinė charakteristika skiriasi nuo tiesios linijos.
Ryžiai. 4. Amplitudės-dažnio atsakas.
Amplitudė- Ir fazinis dažnis charakteristikos atspindi stiprinimo priklausomybę nuo dažnio. Dėl to, kad stiprintuve yra reaktyvių elementų, skirtingų dažnių signalai stiprinami nevienodai, o išėjimo signalai įvesties signalų atžvilgiu pasislenka skirtingais kampais. Amplitudė-dažnis charakteristika priklausomybės forma pateikta 4 pav.
Veikimo dažnių diapazonas stiprintuvas vadinamas dažnio intervalu, kuriame yra koeficiento modulis K išlieka pastovus arba kinta iš anksto nustatytose ribose.
Fazinis dažnis charakteristika – išėjimo signalo fazės poslinkio kampo priklausomybė nuo įėjimo signalo fazės dažnio.
Atsiliepimai apie stiprintuvus.
Atsiliepimas (OS) vadinamas jungtimi tarp elektros grandinių, per kurią signalo energija perduodama iš grandinės su aukštesniu signalo lygiu į grandinę su žemesniu signalo lygiu: pavyzdžiui, iš stiprintuvo išvesties grandinės į įvesties grandinę arba iš vėlesnių pakopų į ankstesnę. vieni. Grįžtamojo ryšio stiprintuvo blokinė schema parodyta 5 pav.
Ryžiai. 5. Konstrukcinė (kairėje) ir grandinės schema su neigiamu srovės grįžtamuoju ryšiu (dešinėje).
Signalo perdavimas iš išvesties į stiprintuvo įvestį atliekamas naudojant keturių prievadų tinklą IN. Keturių gnybtų grįžtamojo ryšio tinklas yra išorinė elektros grandinė, susidedanti iš pasyvių arba aktyvių, linijinių arba netiesinių elementų. Jei grįžtamasis ryšys apima visą stiprintuvą, tada grįžtamasis ryšys vadinamas bendras: jei grįžtamasis ryšys apima atskiras stiprintuvo stadijas ar dalis, jis vadinamas vietinis. Taigi, paveikslėlyje parodyta stiprintuvo su bendru grįžtamuoju ryšiu blokinė schema.
Stiprintuvo pakopos modelis.
Stiprintuvas nalinis kaskadas - stiprintuvo struktūrinis vienetas - turi vieną ar daugiau aktyvių (stiprinančių) elementų ir pasyviųjų elementų rinkinį. Praktikoje, siekiant didesnio aiškumo, sudėtingi procesai tiriami naudojant paprastus modelius.
Viena iš tranzistorių kaskados, skirtos kintamajai srovei stiprinti, parinkčių parodyta paveikslėlyje kairėje. Tranzistorius V1 p-p-p tipas prijungtas pagal bendrą emiterio grandinę. Įvesties bazės-emiterio įtampa sukuriama iš šaltinio su EMF E c ir vidinis pasipriešinimas R c šaltinis. Bazinėje grandinėje sumontuoti rezistoriai R 1 Ir R 2 . Tranzistoriaus kolektorius prijungtas prie neigiamo šaltinio gnybto E į per rezistorius RĮ Ir R f. Išėjimo signalas imamas iš kolektoriaus ir emiterio gnybtų bei per kondensatorių C 2 patenka į krovinį R n. Kondensatorius Sf kartu su rezistoriumi Rf formų RС -filtro nuoroda ( teigiami atsiliepimai - POS), kuris reikalingas, visų pirma, norint išlyginti maitinimo įtampos bangavimą (su mažos galios šaltiniu E į su dideliu vidiniu pasipriešinimu). Be to, siekiant didesnio įrenginio stabilumo, į emiterio grandinę pridedamas tranzistorius V1 (neigiamas atsiliepimas - OOC) galima papildomai įjungti R.C. - filtras, kuris neleis daliai išėjimo signalo perduoti atgal į stiprintuvo įvestį. Tokiu būdu galima išvengti savaiminio prietaiso sužadinimo efekto. Paprastai sukurta dirbtinai išorės aplinkos apsauga leidžia pasiekti gerus stiprintuvo parametrus, tačiau tai paprastai galioja tik nuolatinės srovės arba žemų dažnių stiprinimui.
Žemo dažnio stiprintuvo grandinė, pagrįsta dvipoliu tranzistoriumi.
Stiprinimo pakopa, pagrįsta dvipoliu tranzistoriumi, sujungtu grandinėje su OE, yra vienas iš labiausiai paplitusių asimetrinių stiprintuvų. Tokios kaskados schema, pagaminta ant atskirų elementų, parodyta paveikslėlyje žemiau.
Šioje grandinėje rezistorius Rк , įtrauktas į pagrindinę tranzistoriaus grandinę, skirtas riboti kolektoriaus srovę, taip pat užtikrinti reikiamą stiprinimą. Naudojant įtampos daliklį R1R2 nustato pradinę poslinkio įtampą tranzistoriaus VT bazėje, reikalingą A klasės stiprinimo režimui.
Grandinė ReSe atlieka poilsio taško emiterio terminio stabilizavimo funkciją; kondensatoriai C1 Ir C2 yra atskirti nuolatinės ir kintamosios srovės komponentams. Kondensatorius Se apeina rezistorių Re pagal kintamąją srovę, nes talpa Se reikšmingas.
Kai į įtampos stiprintuvo įvestį skirtingais dažniais perduodamas pastovios amplitudės signalas, išėjimo įtampa, priklausomai nuo signalo dažnio, pasikeis, nes kondensatorių varža C1 , C2 skiriasi skirtingais dažniais.
Stiprinimo priklausomybė nuo signalo dažnio vadinama amplitudė-dažnis stiprintuvo charakteristikos (dažnio atsakas).
Žemo dažnio stiprintuvai plačiausiai taikyti garso informaciją nešantiems signalams sustiprinti, šiais atvejais jie dar vadinami garso dažnio stiprintuvais, be to, ULF naudojami informacinio signalo stiprinimui įvairiose srityse: matavimo technologijoje ir defektų aptikimui; automatika, telemechanika ir analoginės kompiuterinės technologijos; kitose elektronikos pramonės šakose. Garso stiprintuvą paprastai sudaro pirminis stiprintuvas Ir galios stiprintuvas (PROTO). Išankstinis stiprintuvas skirtas padidinti galią ir įtampą ir priartinti jas iki verčių, reikalingų galutiniam galios stiprintuvo veikimui, dažnai apima garsumo valdiklius, tonų valdiklius arba ekvalaizerį, kartais jis gali būti struktūriškai suprojektuotas kaip atskiras įrenginys.
Stiprintuvas turi tiekti tam tikrą elektros virpesių galią į apkrovos (vartotojo) grandinę. Jo apkrova gali būti garso skleidėjai: akustinės sistemos (garsiakalbiai), ausinės (ausinės); radijo transliacijos tinklas arba radijo siųstuvo moduliatorius. Žemo dažnio stiprintuvas yra neatskiriama visos garso atkūrimo, įrašymo ir radijo transliavimo įrangos dalis.
Stiprintuvo pakopos veikimas analizuojamas naudojant ekvivalentinę grandinę (paveikslėlyje žemiau), kurioje tranzistorius pakeičiamas T formos ekvivalentine grandine.
Šioje lygiavertėje grandinėje į visus fizinius procesus, vykstančius tranzistorius, atsižvelgiama naudojant tranzistoriaus mažo signalo H parametrus, kurie pateikti žemiau.
Stiprintuvams maitinti naudojami mažos vidinės varžos įtampos šaltiniai, todėl galime manyti, kad įvesties signalo atžvilgiu rezistoriai R1 Ir R2 yra įtraukiami lygiagrečiai ir gali būti pakeisti vienu ekvivalentu Rb = R1R2/(R1+R2) .
Svarbus rezistorių verčių pasirinkimo kriterijus Re, R1 Ir R2 yra užtikrinti tranzistoriaus statinio darbo režimo temperatūros stabilumą. Didelė tranzistoriaus parametrų priklausomybė nuo temperatūros lemia nekontroliuojamą kolektoriaus srovės pokytį Ik , dėl to gali atsirasti netiesinių sustiprintų signalų iškraipymų. Norint pasiekti geriausią režimo temperatūros stabilizavimą, būtina padidinti atsparumą Re . Tačiau tai lemia poreikį padidinti maitinimo įtampą E ir padidina iš jo suvartojamą galią. Sumažinus rezistorių varžą R1 Ir R2 taip pat didėja energijos suvartojimas, mažėja grandinės efektyvumas, mažėja stiprintuvo pakopos įėjimo varža.
Integruotas nuolatinės srovės stiprintuvas.
Integruotas stiprintuvas (op-amp) yra labiausiai paplitusi universali mikroschema (IC). Op-amp yra įrenginys su labai stabiliais kokybės indikatoriais, leidžiančiais apdoroti analoginius signalus pagal algoritmą, nurodytą naudojant išorines grandines.
Operacinis stiprintuvas (operacinis stiprintuvas) – vieningas daugiapakopis DC stiprintuvas (UPT), atitinkantis šiuos elektros parametrų reikalavimus:
· įtampos padidėjimas linkęs į begalybę;
· įėjimo varža linkusi į begalybę;
· išėjimo varža linkusi į nulį;
· jei įėjimo įtampa lygi nuliui, tai ir išėjimo įtampa lygi nuliui Uin = 0, Uout = 0;
· begalinė sustiprintų dažnių juosta.
Operatyvinis stiprintuvas turi du įėjimus, apverčiamąjį ir neinvertuojamąjį, ir vieną išvestį. UPT įvestis ir išvestis atliekami atsižvelgiant į signalo šaltinio tipą ir išorinę apkrovą (nesubalansuota, simetriška) ir jų varžų reikšmes. Daugeliu atvejų nuolatinės srovės stiprintuvai, kaip ir kintamosios srovės stiprintuvai, suteikia didelę įėjimo varžą, kad sumažintų nuolatinės srovės stiprintuvo poveikį signalo šaltiniui, ir mažą išėjimo varžą, kad sumažintų apkrovos įtaką nuolatinės srovės stiprintuvo išėjimo signalui.
1 paveiksle pavaizduota invertuojamojo stiprintuvo grandinė, o 2 paveiksle – neinvertuojamojo stiprintuvo. Šiuo atveju pelnas yra lygus:
Invertuojant Kiou = Roс / R1
Neinvertuojant Know = 1 + Roс / R1
Invertuojantis stiprintuvas yra padengtas lygiagrečia OOS įtampa, dėl kurios sumažėja Rin ir Rout. Neinvertuojantis stiprintuvas yra padengtas įtampos serijos grįžtamojo ryšio kilpa, kuri užtikrina Rin padidėjimą ir Rout sumažėjimą. Remdamiesi šiais operaciniais stiprintuvais, galite sukurti įvairias analoginio signalo apdorojimo grandines.
UPT keliami aukšti reikalavimai mažiausia ir didžiausia įėjimo varža. Vadinamas spontaniškas UPT išėjimo įtampos pokytis esant pastoviai įvesties signalo įtampai stiprintuvo dreifas . Dreifo priežastys yra grandinės maitinimo įtampų nestabilumas, tranzistorių ir rezistorių parametrų temperatūros ir laiko nestabilumas. Šiuos reikalavimus tenkina operatyvinis stiprintuvas, kurio pirmoji pakopa surenkama naudojant diferencinę grandinę, kuri slopina visus bendrojo režimo trikdžius ir užtikrina didelę įėjimo varžą. Šią kaskadą galima montuoti ant lauko efekto tranzistorių ir sudėtinių tranzistorių, kur prie emiterio (šaltinio) grandinės yra prijungtas GCT (stabilios srovės generatorius), o tai pagerina bendrojo režimo trukdžių slopinimą. Norint padidinti įėjimo varžą, naudojama gili serija OOS ir didelė kolektoriaus apkrova (šiuo atveju Jin linkusi į nulį).
Nuolatinės srovės stiprintuvai skirti stiprinti signalus, kurie laikui bėgant kinta lėtai, ty signalus, kurių ekvivalentinis dažnis artėja prie nulio. Todėl UPT turi turėti amplitudės-dažnio atsakas
tokia forma, kaip parodyta paveikslėlyje kairėje. Kadangi operacinio stiprintuvo stiprinimas yra labai didelis, jį naudoti kaip stiprintuvą galima tik tuo atveju, jei jį dengia gilus neigiamas grįžtamasis ryšys (nesant neigiamo grįžtamojo ryšio, net labai mažas „triukšmo“ signalas operacinės stiprintuvo įvestyje operacinės stiprintuvo išvestyje sukurs įtampą, artimą soties įtampai).
Operacinio stiprintuvo istorija siejama su tuo, kad nuolatinės srovės stiprintuvai buvo naudojami analoginėje skaičiavimo technologijoje, atliekant įvairias matematines operacijas, tokias kaip sumavimas, integravimas ir kt. Šiuo metu šios funkcijos, nors ir neprarado savo svarbos, vis dėlto sudaro. tik maža dalis galimų operatyvinių stiprintuvų programų sąrašo.
Galios stiprintuvai.
Koks tai jausmas? stiprintuvas- toliau, dėl trumpumo, pavadinsime tai PROTU? Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, stiprintuvo blokinę schemą galima suskirstyti į tris dalis:
- Įvesties etapas
- Tarpinis etapas
- Išėjimo pakopa (galios stiprintuvas)
Visos šios trys dalys atlieka vieną užduotį – padidina išėjimo signalo galią nekeičiant jo formos iki tokio lygio, kad būtų galima vairuoti mažos varžos apkrovą – dinaminę galvutę ar ausines.
Yra transformatorius Ir be transformatoriaus proto grandinės.
1. Transformatorių galios stiprintuvai.
Pasvarstykime vieno ciklo transformatorius PROTAS, kuriame tranzistorius prijungtas pagal grandinę su OE (pav. kairėje).
Transformatoriai TP1 ir TP2 suprojektuoti taip, kad stiprintuvo apkrova ir išėjimo varža bei stiprintuvo įėjimo varža atitinkamai atitiktų įvesties signalo šaltinio varžą. Elementai R ir D suteikia pradinį tranzistoriaus veikimo režimą, o C padidina kintamąjį komponentą, tiekiamą į tranzistorių T.
Kadangi transformatorius yra nepageidautinas galios stiprintuvų elementas, nes. turi didelius matmenis ir svorį, yra gana sunku pagaminti, tada šiuo metu yra labiausiai paplitęs be transformatoriaus galios stiprintuvai.
2. Galios stiprintuvai be transformatorių.
Pasvarstykime stumti ir traukti PA ant bipolinių tranzistorių su skirtingų tipų laidumu. Kaip minėta aukščiau, būtina padidinti išėjimo signalo galią nekeičiant jo formos. Norėdami tai padaryti, imama PA nuolatinė maitinimo srovė ir paverčiama kintamąja srove, tačiau taip, kad išėjimo signalo forma kartotų įvesties signalo formą, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau:
Jei tranzistoriai turi pakankamai didelę translaidumo vertę, tuomet galima konstruoti grandines, veikiančias vieno omo apkrova, nenaudojant transformatorių. Toks stiprintuvas maitinamas dvipoliu maitinimo šaltiniu su įžemintu vidurio tašku, nors galima konstruoti ir vienpolio maitinimo grandines.
Komplemento schema emiterio sekėjas
- stiprintuvas su papildoma simetrija - parodyta paveikslėlyje kairėje. Atsižvelgiant į tą patį įvesties signalą, srovė teka per npn tranzistorių teigiamų pusciklų metu. Kai įėjimo įtampa yra neigiama, srovė tekės per pnp tranzistorių. Sujungus abiejų tranzistorių emiterius, apkraunant juos bendra apkrova ir tiekiant tą patį signalą į kombinuotas bazes, gauname stūmimo-traukimo galios stiprinimo pakopą.
Pažvelkime atidžiau į tranzistorių įtraukimą ir veikimą. Stiprintuvo tranzistoriai veikia B klasės režimu Šioje grandinėje tranzistoriai turi būti absoliučiai identiški savo parametrais, bet priešingi plokštumos struktūra. Kai stiprintuvo įėjime gaunama teigiama pusės bangos įtampa Uin tranzistorius T1 , veikia stiprinimo režimu ir tranzistorius T2 - išjungimo režimu. Kai ateina neigiama pusbanga, tranzistoriai keičiasi vaidmenimis. Kadangi įtampa tarp atviro tranzistoriaus pagrindo ir emiterio yra maža (apie 0,7 V), įtampa Uout arti įtampos Uin . Tačiau išėjimo įtampa pasirodo iškraipyta dėl netiesiškumo įtakos tranzistorių įvesties charakteristikoms. Netiesinio iškraipymo problema išspręsta bazinėms grandinėms pritaikius pradinį poslinkį, kuris perjungia kaskadą į AB režimą.
Aptariamo stiprintuvo didžiausia galima įtampos amplitudė visoje apkrovoje yra Um lygus E . Todėl maksimali galima apkrovos galia nustatoma pagal išraišką
Galima parodyti, kad esant maksimaliai apkrovos galiai, stiprintuvas vartoja energiją iš maitinimo šaltinių, nulemtą išraiškos
Remdamiesi tuo, kas išdėstyta aukščiau, gauname didžiausią galimą UM efektyvumo koeficientas: nmax = P n.max/ P suvartojimas maks = 0,78.
Žemo dažnio stiprintuvai daugiausia skirti tam tikros galios tiekimui išvesties įrenginiui, kuris gali būti garsiakalbis, magnetofono įrašymo galvutė, relės apvija, matavimo prietaiso ritė ir kt. Įvesties signalo šaltiniai yra garso imtuvas, fotoelementas ir įvairūs neelektrinių dydžių keitikliai į elektrą. Paprastai įvesties signalas yra labai mažas, jo vertės nepakanka normaliam stiprintuvo veikimui. Šiuo atžvilgiu prieš galios stiprintuvą yra viena ar kelios išankstinės stiprintuvo pakopos, atliekančios įtampos stiprintuvų funkcijas.
ULF preliminariuose etapuose rezistoriai dažniausiai naudojami kaip apkrova; jie surenkami naudojant ir lempas, ir tranzistorius.
Stiprintuvai, kurių pagrindą sudaro dvipoliai tranzistoriai, dažniausiai surenkami naudojant bendrą emiterio grandinę. Panagrinėkime tokios kaskados veikimą (26 pav.). Sinusinės bangos įtampa tu įeini tiekiamas į bazinio emiterio sekciją per izoliacinį kondensatorių C p1, kuris sukuria bazinės srovės virpėjimą, palyginti su pastoviu komponentu aš b0. Reikšmė aš b0 nustatoma pagal šaltinio įtampą E k ir rezistoriaus varža R b. Bazinės srovės pokytis sukelia atitinkamą kolektoriaus srovės, einančios per apkrovos varžą, pokytį R n. Kintamasis kolektoriaus srovės komponentas sukuria apkrovos pasipriešinimą Rk amplitudės sustiprintas įtampos kritimas tu išeini.
Tokios kaskados apskaičiavimas gali būti atliktas grafiškai, naudojant tuos, kurie parodyta fig. 27 tranzistoriaus, prijungto pagal grandinę su OE, įėjimo ir išėjimo charakteristikos. Jei atsparumas apkrovai R n ir šaltinio įtampa E k yra pateikti, tada krovinio linijos padėtis nustatoma pagal taškus SU Ir D. Tuo pačiu taškas D duota pagal vertę E k, ir taškas SU- elektros šokas aš į =E k/R n. Apkrovos linija CD kerta išėjimo charakteristikų šeimą. Apkrovos linijos darbo sritį parenkame taip, kad signalo iškraipymas stiprinimo metu būtų minimalus. Tam linijos susikirtimo taškai CD su išvesties charakteristikomis turi būti pastarųjų tiesių atkarpų ribose. Svetainė atitinka šį reikalavimą AB apkrovos linijos.
Sinusinio įvesties signalo veikimo taškas yra šios sekcijos viduryje – taškas APIE. Atkarpos AO projekcija į ordinačių ašį lemia kolektoriaus srovės amplitudę, o to paties atkarpos projekcija į abscisių ašį – kolektoriaus įtampos kintamos dedamosios amplitudę. Veikimo taškas O nustato kolektoriaus srovę aš k0 ir kolektoriaus įtampa U ke0 atitinkantį poilsio režimą.
Be to, taškas O nustato bazinę ramybės srovę aš b0, taigi ir veikimo taško padėtis O" ant įvesties charakteristikos (27 pav., a, b). Į taškus A Ir IN išvesties charakteristikos atitinka taškus A" Ir IN" dėl įvesties charakteristikos. Linijinės atkarpos projekcija A"O" x ašis nustato įvesties signalo amplitudę U įvesties t, kuriame bus užtikrintas minimalaus iškraipymo režimas.
Griežtai kalbant, U įvesties t, turi būti nustatytas pagal įvesties charakteristikų šeimą. Bet kadangi įvesties charakteristikos esant skirtingoms įtampos vertėms U ke, šiek tiek skiriasi, praktiškai jie naudoja įvesties charakteristiką, atitinkančią vidutinę reikšmę U ke=tu 0.
Esmė išmanantiems praktikams
Stiprintuvas surenkamas pagal „dvigubo mono“ principą, parodyta vieno kanalo schema 1 pav. Pirmasis tranzistorių VT1-VT4 etapas yra įtampos stiprintuvas, kurio koeficientas yra apie 2,9, antroji VT5 pakopa yra srovės stiprintuvas (emiterio sekėjas). Kai įvesties įtampa yra 1 V, išėjimo galia yra apie 0,5 W esant 16 omų apkrovai. Veikimo dažnių diapazonas esant -1 dB lygiui yra maždaug nuo 3 Hz iki 250 kHz. Stiprintuvo įėjimo varža 6,5...7 kOhm, išėjimo varža 0,2 Ohm.
THD grafikai esant 1 kHz su 0,52 W ir 0,15 W išėjimo galia rodomi 2 pav Ir 3 pav(signalas į garso plokštę tiekiamas per „30:1“ daliklį).
Įjungta 4 pav rodo intermoduliacijos iškraipymo rezultatą, matuojant dviem vienodo lygio tonais (19 kHz ir 20 kHz).
Stiprintuvas surenkamas tinkamo dydžio korpuse, paimtame iš kito stiprintuvo. Ventiliatoriaus valdymo blokas ( 5 pav), valdant vieno iš išėjimo tranzistoriaus aušintuvų temperatūrą (paviršiaus montavimo plokštė matoma centre 6 pav).
Garso įvertinimas pagal ausį yra „neblogas“. Garsas nėra "susietas" su garsiakalbiais, yra panorama, bet jo "gylis" yra mažesnis nei aš įpratęs. Su kuo tai susiję, dar nesupratau, bet įmanoma (išbandytos galimybės su kitais tranzistoriais, išėjimo pakopų ramybės srovės keitimas ir įvesties/išvesties „įžeminimo“ jungčių taškų paieška).
Dabar tiems, kam įdomu, šiek tiek apie eksperimentus
Eksperimentai užtruko gana ilgai ir buvo atliekami šiek tiek chaotiškai – buvo daromi perėjimai iš vieno į kitą, kai vieni klausimai buvo sprendžiami, o atsiranda kiti, todėl diagramose ir matavimuose gali būti pastebimi tam tikri neatitikimai. Diagramose tai atsispindi kaip elementų numeracijos pažeidimas, o matavimuose - kaip triukšmo lygio pokytis, trukdžiai iš 50 Hz tinklo, 100 Hz pulsacijos ir jų gaminių (buvo naudojami skirtingi maitinimo šaltiniai). Tačiau dažniausiai matavimai buvo atliekami kelis kartus, todėl netikslumai neturėtų būti itin reikšmingi.
Visus eksperimentus galima suskirstyti į keletą. Pirmasis buvo atliktas siekiant įvertinti esminius TND etapo veikimus, kiti – patikrinti tokias charakteristikas kaip apkrova, stiprinimas, priklausomybė nuo tiesiškumo ir veikimas su išėjimo pakopa.
Gana išsamią teorinę informaciją apie TND kaskados veikimą galite rasti G.F. Prishchepov žurnaluose „Schemų inžinerija“ Nr. 9 2006 ir „Radio hobis“ Nr. 3 2010 (ten tekstai yra maždaug vienodi), todėl čia bus nagrinėjamas tik jo praktinis pritaikymas.
Taigi, pirmas dalykas yra įvertinti pagrindinį našumą
Pirma, grandinė buvo surinkta naudojant KT315 tranzistorius, kurių stiprinimas buvo maždaug trys ( 7 pav). Patikrinus paaiškėjo, kad esant diagramoje parodytoms R3 ir R4 reikšmėms, stiprintuvas veikia tik su žemo lygio signalais, o įjungus 1 V, įėjime atsiranda perkrova (1 V yra lygis kad gali išvesti PCD ir kompiuterio garso plokštė, todėl beveik visi matavimai yra sumažinami iki jo). Įjungta 8 pav Apatinis grafikas rodo išėjimo signalo spektrą, viršutinis grafikas rodo įvesties signalą ir jame matomi iškraipymai (THI turėtų būti apie 0,002-0,006%). Žvelgiant į grafikus ir lyginant lygius kanaluose, reikia atsižvelgti į tai, kad išvesties signalas į garso plokštę patenka per 10:1 skirstytuvą (kurios įėjimo varža apie 30 kOhm, rezistoriai R5 ir R6 7 pav) – žemiau tekste daliklio parametrai skirsis ir tai visada bus nurodyta).
Jei darysime prielaidą, kad įvesties signalo iškraipymas rodo kaskados įėjimo varžos pasikeitimą (kurią dažniausiai sukelia neteisingai parinktas nuolatinės srovės režimas), tai norint dirbti su didesniais įvesties signalais, varža R4 turėtų būti padidinta ir , atitinkamai, norėdami išlaikyti Kus lygų trims, padidinkite R3 .
Nustačius R3=3,3 kOhm, R4=1,1 kOhm, R1=90 kOhm ir padidinus maitinimo įtampą iki 23 V, buvo galima gauti daugmaž priimtiną THD reikšmę ( 9 pav). Taip pat paaiškėjo, kad TND kaskadas „nemėgsta“ mažo pasipriešinimo apkrovų, t.y. kuo didesnė kito etapo varža, tuo žemesni harmonikų lygiai ir arčiau apskaičiuotos vertės stiprinimas (kitas pavyzdys bus nagrinėjamas toliau).
Tada stiprintuvas buvo surinktas ant spausdintinės plokštės ir prie jo prijungtas emiterio sekiklis, pagrįstas kompozitiniu tranzistoriumi KT829A (grandinė įjungta figūra 1). Sumontavę tranzistorių ir plokštę ant radiatoriaus ( 10 pav), stiprintuvas buvo išbandytas veikiant 8 omų apkrovai. Įjungta 11 pav matyti, kad SOI reikšmė žymiai padidėjo, tačiau tai yra emiterio sekėjo veikimo rezultatas (signalas iš stiprintuvo įvesties (viršutinis grafikas) patenka tiesiai į kompiuterį, o iš išvesties - per 3: 1 daliklis (apatinis grafikas)).
Įjungta 12 pav rodomas THD grafikas su 0,4 V įvesties signalu:
Po to buvo išbandyti dar du kartotuvų variantai - su kompozitiniu tranzistoriumi, pagamintu iš dvipolio KT602B + KT908A ir su lauko efekto IRF630A (reikėjo padidinti ramybės srovę ant vartų įrengiant + 14,5 V ir sumažinus varžą R7 iki 5 omų, esant pastoviai 9. 9 V įtampai (ramybės srovė apie 1,98 A)). Geriausi rezultatai, gauti esant 1 V ir 0,4 V įėjimo įtampai, parodyti nuotraukos 13 Ir 14 (KT602B+KT908A), 15 Ir 16 (IRF630A):
Po šių patikrinimų grandinė grįžo į versiją su tranzistoriumi KT829, buvo surinktas antrasis kanalas, o pasiklausius prototipo maitinant iš laboratorinių šaltinių, stiprintuvas parodytas 6 pav. Prireikė dviejų ar trijų dienų klausymo ir nedidelių modifikacijų, tačiau tai beveik neturėjo įtakos garsui ir stiprintuvo charakteristikoms.
Apkrovos įvertinimas
Kadangi noras išbandyti TND kaskadą „apkrovai“ dar neišnyko, buvo surinktas naujas prototipas naudojant 4 tranzistorius grandinėje ( 17 pav). Maitinimo įtampa +19 V, daliklis kaskados išėjime 30 kOhm „10:1“, įvesties signalas – 0,5 V, išėjimas – 1,75 V (stiprinimas 3,5, bet išjungus daliklį, išėjimo įtampa apie 1,98 V, kuri rodo Kus = 3,96):
Pasirinkę rezistoriaus R1 varžą, galite gauti tam tikrą minimalų SOI, o šis grafikas su 30 kOhm apkrova parodytas 18 pav. Bet jei dabar įdiegsime kitą tokios pat vertės (54 kOhm) nuosekliai su rezistoriumi R5, tada harmonikos bus tokios formos, kaip parodyta 19 pav– antroji harmonika, lyginant su pagrindiniu tonu, padidėja apie 20 dB ir norint ją grąžinti į žemą, reikia dar kartą pakeisti varžą R1. Tai netiesiogiai rodo, kad norint gauti stabiliausias SOI vertes, reikia stabilizuoti kaskadinį maitinimo šaltinį. Tai lengva patikrinti - maždaug pakeitus maitinimo įtampą, pasikeičia ir harmoninės „uodegos“ išvaizda.
Gerai, taigi šis etapas veikia su 0,5 V įvestimi. Dabar turime patikrinti jį esant 1 V įtampai ir, tarkime, su „5“ padidėjimu.
Pelno įvertinimas
Kaskados surinkimas naudojant KT315 tranzistorius, maitinimo įtampa +34,5 V ( 20 pav). Norint gauti Kus = 5, buvo tiekiami rezistoriai R3 ir R4, kurių vardinės vertės buvo 8,38 kOhm ir 1,62 kOhm. Esant apkrovai 10:1 rezistoriaus daliklio pavidalu, kurio įėjimo varža yra apie 160 kOhm, išėjimo įtampa buvo apie 4,6 V.
Įjungta 21 pav matyti, kad SOI yra mažesnis nei 0,016%. Didelis 50 Hz trukdžių lygis ir kiti aukštesnių dažnių kartotiniai reiškia prastą galios filtravimą (veikia iki ribos).
Prie šios pakopos buvo prijungtas KP303+KT829 kartotuvas ( 22 pav) ir tada buvo paimtos viso stiprintuvo charakteristikos, kai jis veikia 8 omų apkrova ( 23 pav). Maitinimo įtampa 26,9 V, stiprinimas apie 4,5 (4,5 V kintamosios srovės išėjimas esant 8 omų apkrovai yra maždaug 2,5 W). Nustatant retransliatorių iki minimalaus SOI lygio, reikėjo pakeisti TND pakopos poslinkio įtampą, tačiau kadangi jos iškraipymo lygis yra daug mažesnis nei kartotuvo, tai klausymui jokios įtakos neturėjo – buvo du kanalai. surinkta ir išklausyta prototipo versija. Nebuvo jokių garso skirtumų naudojant aukščiau aprašytą pusės vato stiprintuvo versiją, tačiau kadangi naujos versijos stiprinimas buvo per didelis ir generavo daugiau šilumos, grandinė buvo išardyta.
Reguliuojant kaskados poslinkio įtampą TND, galite rasti tokią padėtį, kad harmoninė "uodega" tolygiau nyksta, bet tampa ilgesnė ir tuo pačiu antrosios harmonikos lygis padidėja 6-10 dB (iš viso THD tampa apie 0,8-0,9%).
Su tokiu dideliu SOI kartotuvu, pakeitus rezistoriaus R3 reikšmę, galite saugiai keisti pirmos pakopos stiprinimą tiek aukštyn, tiek žemyn.
Kaskados tikrinimas su didesne ramybės srove
Grandinė buvo surinkta naudojant KTS613B tranzistorių. Kaskados 3,6 mA ramybės srovė yra didžiausia iš visų išbandytų variantų. 30 kOhm rezistoriaus daliklio išėjimo įtampa pasirodė esanti 2,69 V, o THD - apie 0,008% (( 25 pav). Tai yra maždaug tris kartus mažiau nei parodyta 9 pav tikrinant KT315 kaskadą (su tuo pačiu stiprėjimu ir maždaug ta pačia maitinimo įtampa). Bet kadangi nepavyko rasti kito panašaus tranzistoriaus mazgo, antrasis kanalas nebuvo surinktas ir stiprintuvas, atitinkamai, neklausė.
Kai varža R5 padvigubėja ir nereguliuojant poslinkio įtampos, SOI tampa apie 0,01% ( 26 pav). Galime pasakyti, kad "uodegos" išvaizda šiek tiek keičiasi.
Bandymas įvertinti veikimo dažnių juostą
Pirmiausia buvo patikrintas prototipas, surinktas ant tranzistoriaus mazgo. Naudojant GZ-118 generatorių, kurio išėjimo dažnių juosta nuo 5 Hz iki 210 kHz, „užsikimšimų kraštuose“ neaptikta.
Tada buvo patikrintas jau surinktas pusės vato stiprintuvas. Jis susilpnino 210 kHz signalą maždaug 0,5 dB (be pokyčio esant 180 kHz).
Nebuvo ko įvertinti bent apatinės ribos, nebuvo įmanoma pamatyti skirtumo tarp įvesties ir išvesties signalų, kai paleistas programos sweep generatorius, pradedant nuo 5 Hz dažnių. Todėl galime manyti, kad jį riboja sukabinimo kondensatoriaus C1 talpa, TND pakopos įėjimo varža, taip pat „išėjimo“ kondensatoriaus C7 talpa ir stiprintuvo apkrovos varža - apytikslis skaičiavimas programa rodo -1 dB 2,6 Hz dažniu ir -3 dB 1,4 Hz dažniu ( 27 pav).
Kadangi TND pakopos įėjimo varža yra gana maža, garso reguliatorius turėtų būti pasirinktas ne daugiau kaip 22...33 kOhm.
Išėjimo pakopos pakaitalas gali būti bet koks kartotuvas (srovės stiprintuvas), turintis pakankamai didelę įėjimo varžą.
Prie teksto pridedami dviejų versijų spausdintinių plokščių failai programos versijos 5 formatu (gaminant plokštes brėžinys turi būti „veidrodinis“).
Pokalbis
Po kelių dienų maitinimą kanalams padidinau 3 V, 25 voltų elektrolitinius kondensatorius pakeičiau 35 voltais, o pirmųjų pakopų poslinkio įtampas sureguliavau iki minimalios SOI. Išėjimo pakopų ramybės srovės tapo apie 1,27 A, SOI ir IMD reikšmės esant 0,52 W išėjimo galiai sumažėjo iki 0,028% ir 0,017% ( 28 pav Ir 29 ). Grafikai rodo, kad 50 Hz ir 100 Hz bangavimas padidėjo, tačiau jie nėra girdimi.
Literatūra:
1. G. Priščepovas, „Linijiniai plačiajuosčio ryšio TND stiprintuvai ir kartotuvai“, žurnalas „Schemų inžinerija“ Nr.9, 2006 m.
Andrejus Goltsovas, r9o-11, Iskitimas
Radioelementų sąrašas
| Paskyrimas | Tipas | Denominacija | Kiekis | Pastaba | Parduotuvė | Mano užrašų knygelė | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 paveikslas, vieno kanalo detalės | |||||||
| VT1...VT4 | Bipolinis tranzistorius | PMSS3904 | 4 | Į užrašų knygelę | |||
| VT5 | Bipolinis tranzistorius | KT829A | 1 | Į užrašų knygelę | |||
| VD1...VD4 | Diodas | KD2999V | 4 | Į užrašų knygelę | |||
| R1 | Rezistorius | 91 kOhm | 1 | smd 0805, konfigūruodami pasirinkite tikslią reikšmę | Į užrašų knygelę | ||
| R2 | Rezistorius | 15 kOhm | 1 | smd 0805 | Į užrašų knygelę | ||
| R3 | Rezistorius | 3,3 kOhm | 1 | smd 0805 | Į užrašų knygelę | ||
| R4 | Rezistorius | 1,1 kOhm | 1 | smd 0805 | Į užrašų knygelę | ||
| R5, R6 | Rezistorius | 22 omų | 2 | smd 0805 | Į užrašų knygelę | ||
| R7 | Rezistorius | 12 omų | 1 | rinkti iš PEV-10 | Į užrašų knygelę | ||
| R8, R9 | Rezistorius | ||||||