Risinot daudzas inženiertehniskās problēmas, kļūst nepieciešams pastiprināt elektriskos signālus. Šim nolūkam kalpo pastiprinātāji, t.i. ierīces, kas paredzētas sprieguma, strāvas un jaudas pastiprināšanai. Pastiprinātāji parasti izmanto bipolārus un lauka efekta tranzistorus un integrālās shēmas.
Vienkāršākais pastiprinātājs ir pastiprinātāja stadija.
Vienkāršākā pastiprināšanas posma sastāvs:
RE - nelineāri vadāms elements (bipolārs vai lauka efekta tranzistors);
R ir rezistors;
E - elektriskās enerģijas avots.
Pastiprinājuma pamatā ir pastāvīga emf avota elektriskās enerģijas pārveidošana. E izejas signāla enerģijā, mainot RE pretestību atbilstoši ieejas signāla noteiktajam likumam.
Galvenie pastiprinātāja posma parametri:
Daudzpakāpju pastiprinātājiem
Atkarībā no ieejas signālu pastiprināto frekvenču diapazona pastiprinātājus iedala:
UPT (līdzstrāvas pastiprinātāji) - lai pastiprinātu lēni mainīgus signālus;
ULF (zemas frekvences pastiprinātāji) - signālu pastiprināšanai audio frekvenču diapazonā (20-20000 Hz);
UHF (augstfrekvences pastiprinātāji) - lai pastiprinātu signālus frekvenču diapazonā no desmitiem kilohercu līdz desmitiem un simtiem megahercu;
Impulsu / platjoslas - lai pastiprinātu impulsa signālus ar frekvenču spektru no desmitiem hercu līdz simtiem megahercu;
Šaurjoslas / selektīvs - signālu pastiprināšanai šaurā frekvenču diapazonā.
Saskaņā ar pastiprinošā elementa ieslēgšanas metodi tos iedala:
Ja kā pastiprinošo elementu izmanto bipolāru tranzistoru:
ar kopīgu bāzi
kopīgs izstarotājs
ar kopējo kolektoru
Ja tiek izmantots lauka efekta tranzistors:
ar kopīgu avotu
Ar kopīgu kanalizāciju
ar kopīgu bāzi
Pastiprināšanas stadija ar kopēju emitētāju.
Pastiprinātāja posms ar OE ir viens no visizplatītākajiem pastiprinātāja posmiem, kurā emitētājs ir kopīgs elektrods ieejas un izejas ķēdēm.
Pastiprinošas pakāpes ķēde ar OE bipolārai tranzistora struktūrai p-r-p.
Pastiprināšanas posma kolektora ķēdei saskaņā ar otro Kirhhofa likumu var uzrakstīt šādu elektriskā stāvokļa vienādojumu:
Kolektora rezistora Rk raksturlielums I–V ir lineārs, un tranzistora I–V raksturlielums ir nelineārs un atspoguļo emitētāja izejas (kolektora) raksturlielumu saimi, kas savienota saskaņā ar OE ķēdi.
Nelineāras ķēdes aprēķins, t.i. definīcija es Uz ,
,
Un
U Uz dažādām bāzes strāvām
es b un rezistoru pretestība
R Uz, var izdarīt grafiski. Lai to izdarītu, tranzistora izejas raksturlielumu saimē ir jānovelk taisna līnija no punkta E Uz uz rezistora Rk raksturlieluma I–V abscisu ass, kas apmierina vienādojumu 
.
Slodzes līnijas krustošanās punkti ar izvades raksturlielumu līnijām dod vienādojuma grafisku risinājumu dotai R b un dažādi es b .
Šos punktus var izmantot, lai noteiktu strāvu kolektora ķēdē, spriegumu U ke Un .
Rezistoru pretestība R Uz atlasīts, pamatojoties uz ieejas signāla pastiprināšanas prasībām. Šajā gadījumā ir jāņem vērā, ka slodzes līnija iet pa kreisi un zem pieļaujamajām vērtībām U Uz maks , es Uz maks , P Uz maks un nodrošināja pietiekami paplašinātu pārejas reakcijas lineāru posmu.
Pastiprinātāja pakāpes ekvivalenta ķēde ar OE un tā parametriem.
Ņemot vērā , mēs varam uzrakstīt šos vienādojumus formā
Atrisinot šos vienādojumus kopā, mēs iegūstam
Mīnusa zīme nozīmē, ka izejas spriegums ir pretfāzē ar ieeju. Mēs iegūstam formulu nenoslogotas pastiprināšanas pakāpes sprieguma pieaugumam ar kopēju emitētāju:
Jo . Tāpēc
Pastiprinātāja posma ar OE ieejas pretestība zemās frekvencēs:
Pastiprinātāja posma ar OE izejas pretestību nosaka izteiksme
Pastiprinātāja posma temperatūras stabilizācija ar OE
AR 
Būtisks tranzistoru trūkums ir to atkarība no temperatūras. Paaugstinoties temperatūrai, jo palielinās mazākuma lādiņu nesēju skaits pusvadītājā, palielinās tranzistora kolektora strāva. Tas noved pie tranzistora izejas raksturlielumu izmaiņām. Palielinoties kolektora strāvai par ΔI k, kolektora spriegums samazinās par .
Tas izraisa tranzistora darbības punkta nobīdi, kas var to izņemt no tranzistora raksturlielumu lineārā apgabala, un tiek traucēta pastiprinātāja normāla darbība.
Lai samazinātu temperatūras ietekmi uz pastiprinātāja posma darbību ar kopēju taisngriezi, tā emitētāja ķēdē ir iekļauts rezistors R uh, šunts ar kondensatoru ARuh. Bāzes ķēdē ir iekļauts sprieguma dalītājs, lai izveidotu sākotnējo spriegumu.
Emitera strāvas palielināšanās temperatūras paaugstināšanās dēļ palielina sprieguma kritumu pretestībā R uh, kas izraisa sprieguma samazināšanos, un tas izraisa bāzes strāvas samazināšanos. Emitera un kolektora strāva saglabā darbības punkta pozīciju raksturlīknes lineārajā sadaļā.
Kolektora strāvas izmaiņu ietekmi izejas ķēdē uz tranzistora ieejas spriegumu sauc par negatīvu līdzstrāvas atgriezenisko saiti. Ja nav kondensatora, pastiprināšanas posma darbība mainās ne tikai līdzstrāvai, bet arī mainīgajā komponentē.
Pastiprināšanas posms ar OK
UZ 
Tranzistora kolektors caur barošanas avotu ir tieši savienots ar pastiprinātāja kopējo punktu, jo sprieguma kritums pāri avota iekšējai pretestībai ir niecīgs. Var pieņemt, ka ieejas spriegums tiek pievadīts tranzistora pamatnei attiecībā pret kolektoru caur kondensatoru AR1
, un izejas spriegums ir vienāds ar sprieguma kritumu visā R uh, kas tiek noņemts no emitētāja attiecībā pret kolektoru. Rezistors
nosaka tranzistora bāzes ķēdes sākotnējo nobīdes strāvu, kas nosaka darba punkta stāvokli miera režīmā. Klātbūtnē Uiekšāķēdē parādās mainīga sastāvdaļa, kas rada sprieguma kritumu R uh ( )
Pastiprināšanas posma sprieguma pieaugums ar OK ir mazāks par vienību, tāpēc pareizāk to saukt par sprieguma pārneses koeficientu.
Kopš ievades vērtības K u tuvu vienotībai, emitētāja sekotāja ieejas pretestība ir daudz lielāka nekā ieejas pretestība h 11 tranzistors un sasniedz vairākus simtus kiloomu.
Emitētāja sekotāja izejas pretestība ir aptuveni desmitiem omu. Tādējādi emitētāja sekotājam ir ļoti liela ieeja un zema izejas pretestība, tāpēc tā strāvas pastiprinājums var būt ļoti augsts.
Pastiprināšanas stadija uz lauka efekta tranzistora
Plkst 
Pastiprināšanas kaskādēm uz lauka efekta tranzistoriem ir liela ieejas pretestība.
Šajā posmā drenāžas ķēdē ir iekļauts rezistors R c , caur kuru tiek veikta pastiprināšana. Avota ķēdei ir pievienots rezistors R Un , radot nepieciešamo sprieguma kritumu miera režīmā U 30 , kas ir nobīdes spriegums starp vārtiem un avotu.
vārtu rezistors R 3 nodrošina miera režīmā vārtu potenciālo vienlīdzību un pastiprināšanas stadijas kopējo punktu. Tāpēc vārtu potenciāls ir zemāks par avota potenciālu par sprieguma krituma daudzumu visā rezistorā R un no pastāvīgās strāvas komponentes I un 0. Tādējādi vārtu potenciāls ir negatīvs attiecībā pret avota potenciālu.
Ieejas spriegums tiek pielietots rezistoram R 3 caur atsaistes kondensatoru AR. Pieliekot mainīgu ieejas spriegumu, lauka efekta tranzistora kanālā parādās mainīgi avota strāvas komponenti. i un un drenāžas strāva i ar un i Un i Ar. Sakarā ar sprieguma kritumu pāri rezistoram R un no mainīgās strāvas komponentes i Un , mainīgā sprieguma sastāvdaļa starp vārtiem un avotu, ko pastiprina lauka efekta tranzistors, var būt daudz mazāks par ieejas spriegumu:
Šī parādība, ko sauc par negatīvu atgriezenisko saiti, noved pie pastiprinātāja pakāpes pastiprinājuma samazināšanās. Lai to novērstu, paralēli rezistoram R un iekļaujiet kondensatoru C un, kura pretestībai pie zemākās pastiprinātā sprieguma frekvences jābūt daudzkārt mazākai par rezistora pretestību. R n . Šādos apstākļos sprieguma kritums no avota strāvas i un ķēdē R un -C un, ko sauc par automātisko novirzes saiti, ir ļoti mazs, tāpēc strāvas mainīgās sastāvdaļas ziņā avotu var uzskatīt par savienotu ar pastiprināšanas posma kopējo punktu.
Izejas spriegums tiek ņemts caur savienojuma kondensatoru AR Ar starp noteku un kaskādes kopējo punktu, tas ir, tas ir vienāds ar mainīgo sprieguma komponentu starp noteku un avotu.
Atsauksmes par pastiprinātājiem
PAR 
brāļu savienojums pastiprinātājos ir pastiprinātāja izejas signāla daļas (vai visa) padeve tā ieejai.
Atsauksmes pastiprinātājos parasti tiek radītas ar nolūku. Tomēr dažreiz tie rodas spontāni. Tiek sauktas spontānas atsauksmes parazitāras.
Ja atgriezeniskās saites klātbūtnē atgriezeniskās saites spriegumam pievieno ieejas spriegumu u in u oc , kā rezultātā pastiprinātājam tiek pielikts paaugstināts spriegums u 1, tad šādu atgriezenisko saiti sauc pozitīvs.
Ja pēc atgriezeniskās saites ieviešanas pastiprinātāja ieejā samazinās spriegumi u 1 un izejā u, ko izraisa atgriezeniskās saites sprieguma atņemšana no ieejas sprieguma u in, tad šādu atgriezenisko saiti sauc. negatīvs.
Visas atsauksmes ir sadalītas atsauksmēs pēc sprieguma Un pēc strāvas. Sprieguma atgriezeniskajā u oc =βu ārā, kur β ir atgriezeniskās saites četrpola pārneses koeficients. Strāvas atgriezeniskās saites u os = R os i out, kur R os ir izejas ķēdes un atgriezeniskās saites ķēdes savstarpējā pretestība. Turklāt visas atgriezeniskās saites tiek sadalītas virknē, kurās atgriezeniskās saites ķēdes ir savienotas virknē ar pastiprinātāja ieejas ķēdēm, un paralēli, kad atgriezeniskās saites ķēdes ir savienotas paralēli pastiprinātāja ieejas ķēdēm.
Negatīvās atsauksmes ietekme uz ieguvumu.
Atvērtās cilpas pastiprinātājam
Secinājums: negatīvas atgriezeniskās saites ieviešana samazina pastiprinātāja pastiprinājumu 1 + βK reizes.
Pozitīvas atgriezeniskās saites ieviešana palielina pastiprinātāja pastiprinājumu. Tomēr pozitīvas atsauksmes elektroniskajos pastiprinātājos praktiski netiek izmantotas, jo šajā gadījumā, kā tiks parādīts zemāk, pastiprinājuma stabilitāte ievērojami pasliktinās.
Neskatoties uz pastiprinājuma samazināšanos, negatīvas atsauksmes pastiprinātājos tiek izmantotas ļoti bieži. Negatīvās atgriezeniskās saites ieviešanas rezultātā ievērojami uzlabojas pastiprinātāja īpašības:
a) pastiprinātāja pastiprinājuma stabilitāte palielinās līdz ar tranzistoru parametru izmaiņām;
b) tiek samazināts nelineāro kropļojumu līmenis;
c) palielinās ieejas pretestība un samazinās pastiprinātāja izejas pretestība utt.
Lai novērtētu atgriezeniskās saites pastiprinātāja pastiprinājuma stabilitāti, jānosaka tā relatīvās izmaiņas:
Secinājums: jebkuras pastiprinājuma izmaiņas negatīvās atgriezeniskās saites darbība vājina 1 + βK reizes.
Ja βK vērtība ir daudz lielāka par vienu, kas ir dziļa negatīva atgriezeniskā saite, tad
Pozitīvas atsauksmes gadījumā pastiprinājuma stabilitāte pasliktinās:
Sērijas sprieguma atgriezeniskās saites ieviešana palielina ieejas pretestību.
Pastiprinātāja ķēde ar paralēlu atgriezenisko saiti:
Ar dziļām negatīvām atsauksmēm
3) magnētiskais savienojums, kas parādās, kad pastiprinātāja ieejas un izejas transformatori ir tuvu.
Līdzstrāvas pastiprinātāji
Ierīces, kas paredzētas ļoti zemu frekvenču signāla pastiprināšanai (par Hz daļām), kuru amplitūdas-frekvences raksturlielumi ir līdz zemākajām frekvencēm, sauc par līdzstrāvas pastiprinātājiem (DCA).
Prasības UPT raksturlielumiem:
ja nav ieejas signāla, nedrīkst būt izejas signāla;
mainoties ieejas signāla zīmei, jāmainās arī izejas signāla zīmei;
slodzes ierīces spriegumam jābūt proporcionālam ieejas spriegumam.
Labākajā veidā šīs prasības atbilst UPT, kas veidotas uz diferenciāli līdzsvarotām kaskādēm. Tie arī nodrošina efektīvu cīņu pret tā saukto TCA nulles novirzi. Būvēts pēc četru roku tilta principa.
Plkst 
tilta līdzsvara vienādojums:
Mainoties Ek, līdzsvars netiek traucēts un strāva slodzes rezistorā Rn ir nulle. No otras puses, proporcionāli mainoties rezistoru R 1, R 2 vai R 3, R 4 pretestībām, tilta līdzsvars arī netiek traucēts. Ja rezistorus R 2 , R 3 aizstājam ar tranzistoriem, iegūstam diferenciālo ķēdi, ko ļoti bieži izmanto UPT.
IN 
diferenciālās pretestības pastiprinātāja rezistori R 2 , R 3 tranzistoru kolektoru ķēdēs ir izvēlēti vienādi, abu tranzistoru režīmi ir iestatīti vienādi. Šādos pastiprinātājos tiek izvēlēti tranzistoru pāri ar stingri identiskām īpašībām.
Elektrisko režīmu stabilitāti būtiski ietekmē rezistora R 1 pretestība, kas stabilizē tranzistoru strāvu. Lai varētu izmantot rezistoru ar lielu pretestību R l, barošanas avota Ek spriegums tiek palielināts līdz vērtībai E 2 E 1, un integrālajās shēmās rezistora R 1 vietā bieži tiek izmantots līdzstrāvas stabilizators. , kas tiek veikta uz 2-4 tranzistoriem.
Mainīgais rezistors R p kalpo kaskādes līdzsvarošanai (lai iestatītu nulli). Tas ir nepieciešams tāpēc, ka nav iespējams izvēlēties divus absolūti identiskus tranzistorus un rezistorus ar vienādām pretestībām R 2, R 3. Mainoties potenciometra slīdņa R p pozīcijai, mainās tranzistoru kolektoru ķēdēs iekļauto rezistoru pretestības un līdz ar to arī potenciāli uz kolektoriem. Pārvietojot potenciometra slīdni R n, slodzes rezistorā R n tiek panākta nulles strāva, ja nav ieejas signāla.
Mainot e. d.s. kolektora barošanas bloks E 1 vai nobīde E 2 maina abu tranzistoru strāvas un to kolektoru potenciālus. Ja tranzistori ir identiski un rezistoru R 2, R 3 pretestības ir precīzi vienādas, tad strāva rezistorā R H e izmaiņu dēļ. d.s. E l , E 2 nebūs. Ja tranzistori nav gluži identiski, tad slodzes rezistorā būs strāva, taču tā būs daudz mazāka nekā parastajā, nelīdzsvarotajā UPT.
Tāpat tranzistora raksturlielumu izmaiņas apkārtējās vides temperatūras izmaiņu dēļ radīs nelielu strāvu vai bez tās slodzes rezistorā.
Tajā pašā laikā, kad tranzistora T 1 pamatnei tiek pielikts ieejas spriegums, mainīsies tā kolektora strāva un spriegums uz tā kolektora, kā rezultātā uz slodzes rezistora R n parādīsies spriegums.
Ar rūpīgu tranzistoru un rezistoru izvēli, stabilizējot barošanas avotu spriegumu, novirzi var samazināt līdz 1-20 μV / ° C vai, strādājot temperatūras diapazonā no -50 līdz + 50 ° C, tas būs 0,1 -2 mV, t.i., salīdzinot ar nelīdzsvarotu UPT, to var samazināt 20-100 reizes.
Saskaņā ar tām pašām shēmām var izgatavot lauka efekta tranzistoru pastiprinātājus. Līdzīgas līdzsvarotas shēmas var izveidot, pamatojoties uz emitenta un avota sekotājiem.
Operacionālie pastiprinātāji
Operacionālais pastiprinātājs ir liela pastiprinājuma līdzstrāvas diferenciālais pastiprinātājs, kas paredzēts dažādu darbību veikšanai ar analogajām vērtībām, darbojoties negatīvās atgriezeniskās saites ķēdēs.
Op-amp ir universāls bloks ar ideālam tuvām īpašībām, uz kura pamata var uzbūvēt daudz dažādu elektronisku komponentu.
Integrālās shēmas K140UD8 shēma un nosacīts grafiskais apzīmējums:
Pirmais posms uz lauka efekta tranzistoriem VT 1 VT 11 un VT 2, VT 9 ar p veida kanālu ir simetrisks diferenciālais posms ar slodzes tranzistoriem VT 3, VT 10. Tranzistori VT 4, VT 5 veido strāvas stabilizatoru pirmā posma avota ķēdē.
Otrais posms - asimetrisks diferenciālais posms uz diviem emitenta sekotājiem - tiek veikts uz tranzistoriem VT 7, VT 12. Saikne starp pirmo un otro posmu ir tieša.
H 
un kompozītmateriālu tranzistors VT 15, tiek izgatavots sprieguma pastiprinātājs, kura slodze ir lauka efekta tranzistors VT 17. Mikroshēmu izejā tiek izmantots beztransformatora jaudas pastiprinātājs, kura pamatā ir saliktie tranzistori VT 20, VT 22 un VT 23, VT 24.
Mikroshēmai K140UD8 ir divas ieejas (4 - neinvertējošs, 3 - invertējošs) un viena izeja (7. tapa), kopējā tapa 1 un tapas barošanas sprieguma pievienošanai: 8 — +E 1 un 5 — E2. secinājumus 2i 6 izmanto, lai līdzsvarotu mikroshēmu, izmantojot mainīgu rezistoru ar pretestību 10 kOhm.
UPT ar sprieguma pārveidošanu
Dreifa samazināšanas metode ir balstīta uz pastiprinātā sprieguma dubultu pārveidošanu.
Strukturālā shēma:
Modulators ir paredzēts, lai pārvērstu lēni mainīgu ieejas spriegumu maiņspriegumā, kura amplitūda ir proporcionāla ieejas spriegumam, un, mainoties ieejas sprieguma zīmei, mainās maiņstrāvas sprieguma fāze.
Uin tiek pārveidots ar frekvenci no 50 Hz līdz 20 MHz.
Ir daudz dažādu modulatoru shēmu. Visizplatītākie no tiem ir:
modulators ar vibrācijas devēju;
tranzistora modulators.
M 
Modulators ar vibrācijas devēju ir mazjaudas elektromagnētiskais kontaktors, kas periodiski (ar strāvas frekvenci, kas piegādā elektromagnēta spoli) savieno ieejas spriegumu vai nu ar primārā tinuma augšējo vai apakšējo (atbilstoši ķēdei) pusi. no transformatora. Šajā gadījumā strāva primārajā tinumā maina virzienu. Transformatora sekundārajā tinumā parādās mainīgs spriegums. Parasti tiek izmantots pakāpju transformators ar transformācijas koeficientu līdz 10, tāpēc sprieguma amplitūda ir vairākas reizes lielāka par ieejas spriegumu.
Vibrācijas devēja priekšrocība ir neliela novirze, ko galvenokārt nosaka termo-e. d.s. kontaktu pāri un to var samazināt līdz 0,01-0,1 µV/h (0,1-0,5 µV/dienā). Ieejas pretestība ir 1-10 kOhm.
D - demodulators - paredzēts, lai pārveidotu maiņstrāvas spriegumu ieejā, lēnām mainot līdzstrāvas spriegumu izejā.
Priekšrocības:
Zema nulles novirze;
Trūkumi:
Slikta frekvences reakcija augstās frekvencēs.
Modulators pie pastiprinātāja ieejas labi pārveido nemainīgus un lēni mainīgus spriegumus. Palielinoties ieejas sprieguma frekvencei, modulatora darbība pasliktinās. Tajā pašā laikā demodulatora izejā tiek piemērots izlīdzināšanas filtrs. Kad signāla frekvence tuvojas atsauces sprieguma u op frekvencei, filtrs nevar atdalīt signālu no atsauces sprieguma.
Lai paplašinātu frekvenču diapazonu, tiek izmantoti augstfrekvences pārveidotāji, kas ļauj palielināt frekvenci f darbojas līdz 0,5-10 MHz.
Kombinētie pastiprinātāji apvieno pastiprinātāju priekšrocības bez un ar sprieguma pārveidotāju.
Kombinētā UPT strukturālā diagramma:
Kombinētajam pastiprinātājam ir novirze TCA līmenī ar signāla spektra pārveidi, un amplitūdas-frekvences reakcija nav sliktāka par pastiprinātāju bez signāla spektra pārveidošanas. Dažas amplitūdas-frekvences raksturlieluma nevienmērības vidējās frekvences reģionā ir viegli izlīdzināmas negatīvas atgriezeniskās saites dēļ. (KD140UD13).
Operacionālie pastiprinātāji ir pamats lielai pastiprinātāju klasei ar īpašiem frekvences raksturlielumiem. Tas tiek panākts, izmantojot dažādas atgriezeniskās saites cilpas.
Operacionālajos pastiprinātājos atgriezeniskā saite ir negatīva, ja to padod no pastiprinātāja izejas uz invertējošo ieeju. Patiešām, šajā gadījumā spriegums U oc , kas ir fāzē ar U izeju, būs pretfāzē ar ieejas spriegumu pie invertējošās ieejas. Un otrādi, atgriezeniskā saite ir pozitīva, ja tā tiek piemērota neinvertējošai ievadei. Ar seriālo atgriezenisko saiti ieejas signāls u in un atgriezeniskās saites signāls tiek padots uz dažādām mikroshēmas ieejām, ar paralēlu atgriezenisko saiti - uz vienu.
Elektrisko signālu pastiprinātājs - šī ir elektroniska ierīce, kas paredzēta, lai palielinātu jaudu, spriegumu vai strāvu signālam, kas pievienots tā ieejai, būtiski neizkropļojot tā formu. Elektriskie signāli var būt EML harmoniskas svārstības, strāva vai jauda, taisnstūra, trīsstūrveida vai citas formas signāli. Frekvence un viļņu forma ir nozīmīgi faktori pastiprinātāja veida noteikšanā. Tā kā signāla jauda pie pastiprinātāja izejas ir lielāka nekā pie ieejas, tad saskaņā ar enerģijas nezūdamības likumu pastiprināšanas ierīce jāiekļauj barošanas avots. Tādējādi jauda, lai darbinātu pastiprinātāju un slodzi, tiek piegādāta no barošanas avota. Pēc tam pastiprināšanas ierīces vispārīgo blokshēmu var attēlot, kā parādīts attēlā. 1.
1. attēls. Pastiprinātāja vispārināta blokshēma.
Elektriskās svārstības nāk no signāla avota uz pastiprinātāja ieeju , kura izejai ir pievienota slodze, enerģija pastiprinātāja un slodzes darbināšanai tiek piegādāta no barošanas avota. Pastiprinātājs ņem strāvu no barošanas avota Ro - nepieciešams, lai pastiprinātu ieejas signālu. Signāla avots nodrošina jaudu pastiprinātāja ieejai R iekšā izejas jauda P ārā piešķirta aktīvajai slodzes daļai. Jaudas pastiprinātājā pastāv šāda nevienlīdzība: R iekšā < P ārā< Ро . Tāpēc pastiprinātājs- tas tiek kontrolēts ar ievadi pārveidotājs barošanas avota enerģija pārvēršas izejas signāla enerģijā. Enerģijas pārveidošana tiek veikta, izmantojot pastiprinošos elementus (UE): bipolāros tranzistorus, lauka efekta tranzistorus, elektroniskās lampas, integrālās shēmas (IC). varicaps un citi.
Vienkāršākais pastiprinātājs satur vienu pastiprinošu elementu. Vairumā gadījumu ar vienu elementu nepietiek un pastiprinātājā tiek izmantoti vairāki aktīvi elementi, kas ir savienoti pakāpeniski: pirmā elementa pastiprinātās svārstības tiek padotas uz otrā, pēc tam trešā utt. tiek saukta pastiprinātāja daļa, kas veido vienu pastiprināšanas pakāpikaskāde. Pastiprinātājs sastāv noaktīvs un pasīvs elementi: k aktīvie elementiietver tranzistorus, el. mikroshēmas un citi nelineāri elementi, kuriem ir iespēja mainīt elektrisko vadītspēju starp izejas elektrodiem vadības signāla ietekmē ieejas elektrodos.Pasīvie elementipolicistiir rezistori, kondensatori, induktori un citi elementi, kas veido nepieciešamo svārstību diapazonu, fāzes nobīdes un citus pastiprinājuma parametrus.Tādējādi katrs pastiprinātāja posms sastāv no minimāli nepieciešamā aktīvo un pasīvo elementu komplekta.
Tipiska daudzpakāpju pastiprinātāja blokshēma ir parādīta attēlā. 2.
2. attēls. Daudzpakāpju pastiprinātāja shēma.
Ievades posms Un priekšpastiprinātājs ir paredzēti, lai pastiprinātu signālu līdz vērtībai, kas nepieciešama, lai barotu jaudas pastiprinātāju (izejas pakāpi) uz ieeju. Pirmspastiprināšanas posmu skaitu nosaka nepieciešamā pastiprināšana. Ieejas pakāpe nodrošina, ja nepieciešams, saskaņošanu ar signāla avotu, pastiprinātāja trokšņu parametriem un nepieciešamos regulējumus.
Izejas stadija (jaudas pastiprināšanas kaskāde) ir paredzēts, lai slodzei piegādātu noteiktu signāla jaudu ar minimālu tā formas izkropļojumu un maksimālu efektivitāti.
Pastiprināto signālu avoti var būt mikrofoni, kas nolasa magnētisko un lāzera datu glabāšanas ierīču galviņas, dažādus neelektrisko parametru pārveidotājus par elektriskajiem.
slodze ir skaļruņi, elektromotori, signāllampas, sildītāji utt. Barošanas avotiģenerēt enerģiju ar noteiktiem parametriem - sprieguma, strāvas un jaudas nominālvērtībām. Enerģija tiek patērēta tranzistoru kolektoru un bāzes ķēdēs, kvēldiega ķēdēs un lampu anodu ķēdēs; tiek izmantots, lai uzturētu noteiktos pastiprinātāja un slodzes elementu darbības režīmus. Bieži vien strāvas avotu enerģija ir nepieciešama arī ieejas signālu pārveidotāju darbībai.
Pastiprināšanas ierīču klasifikācija.
Pastiprināšanas ierīces tiek klasificētas pēc dažādiem kritērijiem.
Autors prāts pastiprināta elektriskā signāliem pastiprinātāji ir sadalīti pastiprinātājos harmonisks (nepārtraukti) signāli un pastiprinātāji impulsīvs signāliem.
Saskaņā ar joslas platumu un pastiprināto frekvenču absolūtajām vērtībām pastiprinātājus iedala šādos veidos:
- Līdzstrāvas pastiprinātāji (UPT) paredzēts signālu pastiprināšanai, sākot no zemākās frekvences = 0 līdz augšējai darbības frekvencei. UPT pastiprina gan signāla mainīgos komponentus, gan tā pastāvīgo komponentu. UPT plaši izmanto automatizācijas un datortehnoloģiju ierīcēs.
- Sprieguma pastiprinātāji, savukārt tiek iedalīti zemas, augstas un īpaši augstas frekvences pastiprinātājos.
Pēc platuma joslas platums Izšķir pastiprinātās frekvences:
- vēlēšanu pastiprinātāji (augstfrekvences pastiprinātāji - UHF), kuriem faktiskā frekvences attiecība /1 ;
- platjoslas pastiprinātāji ar lielu frekvenču diapazonu, kuriem frekvenču attiecība />>1 (piemēram, ULF - zemfrekvences pastiprinātājs).
- Jaudas pastiprinātāji - ULF spaiļu stadija ar transformatora atsaisti. Maksimālai jaudai R int. Uz= R n, tie. slodzes pretestībai jābūt vienādai ar galvenā elementa (tranzistora) kolektora ķēdes iekšējo pretestību.
Autors dizains Pastiprinātājus var iedalīt divās lielās grupās: pastiprinātāji, kas izgatavoti, izmantojot diskrētu tehnoloģiju, tas ir, ar virsmas vai drukāto vadu metodi, un pastiprinātāji, kas izgatavoti, izmantojot integrētu tehnoloģiju. Pašlaik analogās integrālās shēmas (IC) tiek plaši izmantotas kā aktīvie elementi.
Pastiprinātāja veiktspēja.
Pastiprinātāju darbības rādītāji ietver ieejas un izejas datus, pastiprinājumu, frekvenču diapazonu, deformācijas koeficientu, efektivitāti un citus parametrus, kas raksturo tā kvalitāti un veiktspējas īpašības.
UZ ievades dati attiecas uz ieejas signāla nominālo vērtību (spriegums Uiekšā= U 1 , strāva esiekšā= es 1 vai jauda Piekšā= P 1 ), ieejas pretestība, ieejas kapacitāte vai induktivitāte; tie nosaka pastiprinātāja piemērotību konkrētiem praktiskiem lietojumiem. ievades copretestībaRiekšā salīdzinot ar signāla avota pretestību RUn nosaka pastiprinātāja veidu; atkarībā no to attiecības izšķir sprieguma pastiprinātājus (ar Riekšā >> RUn), strāvas pastiprinātāji (ar Riekšā << RUn) vai jaudas pastiprinātāji (ar Riekšā = RUn). ievadiet emkauluNo iekšpuses, kas ir pretestības reaktīvā sastāvdaļa, būtiski ietekmē darbības frekvenču diapazona platumu.
Izvade ir izejas sprieguma nominālās vērtības U ārā \u003d U 2, strāva Es ārā \u003d I 2, izejas jauda P out = P 2 un izejas pretestība. Izejas pretestībai jābūt ievērojami mazākai par slodzes pretestību. Gan ieejas, gan izejas pretestības var būt aktīvas vai tām var būt reaktīvs komponents (induktīvs vai kapacitīvs). Vispārīgā gadījumā katrs no tiem ir vienāds ar kopējo pretestību Z, kas satur gan aktīvos, gan reaktīvos komponentus
Iegūt ir izejas un ievades attiecība. Ir sprieguma pieaugumsK u= U 2/ U 1 , pēc strāvas K i= es 2/ es 1 un spēks Kp= P2/ P 1 .
Pastiprinātāja raksturlielumi.
Pastiprinātāja īpašības atspoguļo tā spēju ar noteiktu precizitātes pakāpi pastiprināt dažādu frekvenču un formu signālus. Svarīgākās īpašības ietver amplitūda, amplitūda-frekvence, fāzes frekvence un pārejoša.
Rīsi. 3. Amplitūdas raksturlielums.
Amplitūda raksturlielums ir izejas sprieguma amplitūdas atkarība no ieejai pievadītās noteiktas frekvences harmonisko svārstību amplitūdas (3. att.). Ieejas signāls mainās no minimālās uz maksimālo vērtību, un minimālās vērtības līmenim ir jāpārsniedz iekšējā trokšņa līmenis UP ko ģenerē pats pastiprinātājs. Ideālā pastiprinātājā (pastiprinātājs bez traucējumiem) izejas signāla amplitūda ir proporcionāla ieejas amplitūdai Tu ārā= K*Uiekšā un amplitūdas raksturlielumam ir taisnas līnijas forma, kas iet caur izcelsmi. Reālos pastiprinātājos nav iespējams atbrīvoties no traucējumiem, tāpēc tā amplitūdas raksturlielums atšķiras no taisnas līnijas.
Rīsi. 4. Amplitūdas-frekvences raksturlielums.
amplitūda- Un fāzes frekvence raksturlielumi atspoguļo pastiprinājuma atkarību no frekvences. Reaktīvo elementu klātbūtnes dēļ pastiprinātājā dažādu frekvenču signāli tiek pastiprināti atšķirīgi, un izejas signāli tiek novirzīti attiecībā pret ieeju dažādos leņķos. Amplitūda-frekvence raksturlielums atkarības formā parādīts 4. attēlā.
Darbības frekvenču diapazons Pastiprinātāju sauc par frekvences intervālu, kurā koeficienta modulis K paliek nemainīgs vai mainās iepriekš noteiktās robežās.
Fāze-frekvence raksturlielums ir izejas signāla fāzes nobīdes leņķa atkarība no frekvences attiecībā pret ieejas fāzi.
Atsauksmes par pastiprinātājiem.
Atsauksmes (OS) izsaukt savienojumu starp elektriskām ķēdēm, caur kuru signāla enerģija tiek pārsūtīta no ķēdes ar augstāku signāla līmeni uz ķēdi ar zemāku līmeni: piemēram, no pastiprinātāja izejas ķēdes uz ieeju vai no nākamajiem posmiem uz iepriekšējiem. Atgriezeniskās saites pastiprinātāja blokshēma ir parādīta 5. attēlā.
Rīsi. 5. Strukturālā (pa kreisi) un ķēdes shēma ar negatīvu strāvas atgriezenisko saiti (pa labi).
Signāla pārraide no izejas uz pastiprinātāja ieeju tiek veikta, izmantojot četrpolu IN.Četru polu atgriezeniskā saite ir ārēja elektriskā ķēde, kas sastāv no pasīviem vai aktīviem, lineāriem vai nelineāriem elementiem. Ja atgriezeniskā saite aptver visu pastiprinātāju, tad atgriezeniskā saite tiek izsaukta vispārīgi: ja atgriezeniskā saite aptver atsevišķas pastiprinātāja kaskādes vai daļas, to sauc vietējā. Tādējādi attēlā parādīta pastiprinātāja blokshēma ar kopīgu atgriezenisko saiti.
Pastiprinātāja skatuves modelis.
Pastiprinātājs th kaskāde - pastiprinātāja konstruktīvā saite - satur vienu vai vairākus aktīvos (pastiprinošos) elementus un pasīvo elementu kopu. Praksē lielākas skaidrības labad sarežģīti procesi tiek pētīti uz vienkāršiem modeļiem.
Viens no tranzistora posma variantiem maiņstrāvas pastiprināšanai ir parādīts attēlā pa kreisi. Tranzistors V1 r-p-r tips iekļauts shēmā ar kopīgu emitētāju. Ieejas sprieguma bāze - emitētājs, ko rada avots ar EMF E c un iekšējā pretestība Rc avots. Bāzes ķēdē ir uzstādīti rezistori R 1 Un R 2 . Tranzistora kolektors ir savienots ar avota negatīvo spaili E uz caur rezistoriem R Uz Un R f. Izejas signāls tiek ņemts no kolektora un emitera spailēm un caur kondensatoru No 2 ieiet kravā R n. Kondensators SF kopā ar rezistoru Rf veidlapas RC - filtra bloks ( pozitīvas atsauksmes - attēls), kas jo īpaši nepieciešams, lai izlīdzinātu barošanas sprieguma viļņus (ar mazjaudas avotu E uz ar augstu iekšējo pretestību). Tāpat, lai nodrošinātu lielāku ierīces stabilitāti, tranzistora emitētāja ķēdē V1 (negatīvas atsauksmes - OOS) var iekļaut papildus RC - filtrs, kas neļaus daļu izejas signāla pārsūtīt atpakaļ uz pastiprinātāja ieeju. Tādējādi var izvairīties no ierīces pašiedrošanās efekta. Parasti mākslīgi radīts ārējā CAB ļauj sasniegt labus pastiprinātāja parametrus, taču tas parasti attiecas tikai uz līdzstrāvas vai zemfrekvences pastiprināšanu.
Zemas frekvences pastiprinātāja ķēde uz bipolāra tranzistora.
Bipolārā tranzistora pastiprinātāja stadija, kas savienota saskaņā ar OE ķēdi, ir viens no visizplatītākajiem asimetriskiem pastiprinātājiem. Šādas kaskādes shematiska diagramma, kas izgatavota uz diskrētiem elementiem, ir parādīta zemāk esošajā attēlā.
Šajā shēmā rezistors Rk , kas iekļauts tranzistora galvenajā ķēdē, kalpo kolektora strāvas ierobežošanai, kā arī nepieciešamā pastiprinājuma nodrošināšanai. Ar sprieguma dalītāju R1R2 iestata sākotnējo nobīdes spriegumu, pamatojoties uz tranzistoru VT, kas nepieciešams A klases pastiprināšanas režīmam.
Ķēde ReSe veic atpūtas punkta emitera termiskās stabilizācijas funkciju; kondensatori C1 Un C2 tiek atdalītas pastāvīgajām un mainīgajām strāvas sastāvdaļām. Kondensators Se šunta rezistors Re uz maiņstrāvu, kopš kapacitātes Se nozīmīgs.
Ja pastiprinātāja ieejai dažādās frekvencēs tiek pievadīts nemainīgas amplitūdas signāls, izejas spriegums mainīsies atkarībā no signāla frekvences, jo kondensatoru pretestība C1 , C2 atšķiras dažādās frekvencēs.
Tiek saukta pastiprinājuma atkarība no signāla frekvences amplitūda-frekvence pastiprinātāja raksturlielumi (AFC).
Zemfrekvences pastiprinātāji visplašāk pieteikties lai pastiprinātu signālus, kas nes skaņas informāciju, šajos gadījumos tos sauc arī par audio frekvenču pastiprinātājiem, turklāt ULF izmanto informācijas signāla pastiprināšanai dažādās jomās: mērīšanas tehnoloģijā un defektu noteikšanā; automatizācija, telemehānika un analogās skaitļošanas tehnoloģijas; citās elektronikas nozarēs. Audio pastiprinātājs parasti sastāv no priekšpastiprinātājs Un jaudas pastiprinātājs (PRĀTS). priekšpastiprinātājs paredzēts, lai palielinātu jaudu un spriegumu un panāktu to vērtības, kas nepieciešamas galīgā jaudas pastiprinātāja darbībai, bieži ietver skaļuma, toņa vai ekvalaizera vadības ierīces, dažreiz to var strukturāli izgatavot kā atsevišķu ierīci.
Pastiprinātājs jāsniedz noteiktā elektrisko svārstību jauda slodzes (patērētāja) ķēdei. Tās slodze var būt skaņas izstarotāji: akustiskās sistēmas (skaļruņi), austiņas (austiņas); radio apraides tīkls vai radio raidītāja modulators. Basu pastiprinātājs ir visu skaņas reproducēšanas, skaņas ierakstīšanas un radio apraides iekārtu neatņemama sastāvdaļa.
Pastiprinātāja posma darbības analīze tiek veikta, izmantojot līdzvērtīgu ķēdi (attēlā zemāk), kurā tranzistoru aizstāj ar T formas ekvivalentu ķēdi.
Šajā līdzvērtīgajā shēmā visi fizikālie procesi, kas notiek tranzistorā, tiek ņemti vērā, izmantojot tranzistora mazā signāla H parametrus, kas norādīti zemāk.
Pastiprinātāju darbināšanai tiek izmantoti sprieguma avoti ar zemu iekšējo pretestību, tāpēc varam pieņemt, ka attiecībā uz ieejas signālu rezistori R1 Un R2 savienots paralēli un to var aizstāt ar vienu ekvivalentu Rb \u003d R1R2 / (R1 + R2) .
Svarīgs kritērijs rezistoru vērtību izvēlei Re, R1 Un R2 ir nodrošināt tranzistora statiskā darbības režīma temperatūras stabilitāti. Būtiska tranzistora parametru atkarība no temperatūras izraisa nekontrolētas kolektora strāvas izmaiņas Ik , kā rezultātā var rasties pastiprināto signālu nelineāri kropļojumi. Lai sasniegtu vislabāko režīma temperatūras stabilizāciju, ir jāpalielina pretestība Re . Tomēr tas noved pie nepieciešamības palielināt barošanas spriegumu E un palielina enerģijas patēriņu. Ar rezistoru pretestības samazināšanos R1 Un R2 palielinās arī enerģijas patēriņš, kas samazina ķēdes efektivitāti, un pastiprinātāja posma ieejas pretestība samazinās.
Integrēts līdzstrāvas pastiprinātājs.
Pastiprinātājs (op-amp) integrētajā dizainā ir visizplatītākā universālā mikroshēma (IC). Op-amp ir ierīce ar ļoti stabiliem kvalitātes indikatoriem, kas ļauj apstrādāt analogos signālus saskaņā ar algoritmu, kas iestatīts, izmantojot ārējās shēmas.
Operacionālais pastiprinātājs (operācijas pastiprinātājs) - vienots daudzpakāpju Līdzstrāvas pastiprinātājs (UPT), kas atbilst šādām elektrisko parametru prasībām:
sprieguma pieaugums ir tendence uz bezgalību;
ievades pretestība ir tendence uz bezgalību;
izejas pretestība mēdz būt nulle;
ja ieejas spriegums ir nulle, tad arī izejas spriegums ir nulle Uin = 0, Uout = 0;
· bezgalīga pastiprinātu frekvenču josla.
Operatīvajam pastiprinātājam ir divas ieejas, invertējošā un neinvertējošā, kā arī viena izeja. UPT ievade un izvade tiek veikta, ņemot vērā signāla avota veidu un ārējo slodzi (asimetrisku, simetrisku) un to pretestības vērtības. Daudzos gadījumos TCO, tāpat kā maiņstrāvas pastiprinātāji, nodrošina lielu ieejas pretestību, lai samazinātu TCD ietekmi uz signāla avotu, un zemu izejas pretestību, lai samazinātu slodzes ietekmi uz TCD izejas signālu.
1. attēlā parādīta invertējošā pastiprinātāja diagramma, 2. attēlā ir neinvertējoša pastiprinātāja shēma. Šajā gadījumā ieguvums ir:
Lai apgrieztu Kiou = Roc / R1
Neinvertēšanai Know = 1 + Roc / R1
Invertējamo pastiprinātāju pārklāj OOS paralēlais spriegums, kas izraisa Rin un Rout samazināšanos. Neinvertējošais pastiprinātājs ir pārklāts ar virknes sprieguma atgriezenisko saiti, kas nodrošina Rin palielināšanos un Rout samazināšanos. Pamatojoties uz šiem darbības pastiprinātājiem, varat izveidot dažādas shēmas analogo signālu apstrādei.
Uz UPT tiek izvirzītas augstas prasības attiecībā uz zemāko un augstāko ieejas pretestību. Tiek saukta spontāna UPT izejas sprieguma maiņa ar nemainīgu ieejas signāla spriegumu pastiprinātāja dreifs . Dreifa iemesli ir ķēdes barošanas spriegumu nestabilitāte, tranzistoru un rezistoru parametru temperatūras un laika nestabilitāte. Šīs prasības atbilst operācijas pastiprinātājam, kurā pirmais posms ir samontēts saskaņā ar diferenciālo ķēdi, kas nomāc visus parastā režīma trokšņus un nodrošina augstu ieejas pretestību. Šo kaskādi var montēt uz lauka efekta tranzistoriem un saliktiem tranzistoriem, kur emitera (avota) ķēdē ir pievienots GST (stabilās strāvas ģenerators), kas uzlabo kopējā režīma trokšņu slāpēšanu. Lai palielinātu ieejas pretestību, tiek izmantota dziļa sērijas OOS un augsta kolektora slodze (šajā gadījumā Jin ir tendence uz nulli).
Līdzstrāvas pastiprinātāji ir paredzēti, lai pastiprinātu signālus, kas laika gaitā mainās lēni, t.i., signālus, kuru ekvivalentā frekvence tuvojas nullei. Tāpēc UPT ir jābūt frekvences reakcija
kā parādīts attēlā pa kreisi. Tā kā operētājsistēmas pastiprinātāja pastiprinājums ir ļoti liels, to var izmantot kā pastiprinātāju tikai tad, ja uz to attiecas dziļa negatīva atgriezeniskā saite (ja nav atgriezeniskās saites, pat ļoti mazs “trokšņa” signāls operētājsistēmas pastiprinātāja ieejā būs dod spriegumu, kas ir tuvu piesātinājuma spriegumam operētājsistēmas pastiprinātāja izejā).
Operacionālā pastiprinātāja vēsture ir saistīta ar to, ka līdzstrāvas pastiprinātāji tika izmantoti analogajā skaitļošanā dažādu matemātisku darbību veikšanai, piemēram, summēšanai, integrēšanai utt. Patlaban, lai gan šīs funkcijas nav zaudējušas savu nozīmi, tās veido tikai neliela daļa no iespējamo op-amp pielietojumu saraksta.
Jaudas pastiprinātāji.
Ko tas pārstāv pastiprinātājs- tālāk īsuma labad sauksim par UM? Pamatojoties uz iepriekš minēto, pastiprinātāja blokshēmu var iedalīt trīs daļās:
- Ievades posms
- Starpposma kaskāde
- Izejas stadija (jaudas pastiprinātājs)
Visas trīs šīs daļas kalpo vienam mērķim - palielināt izejas signāla jaudu, nemainot tā formu līdz tādam līmenim, lai būtu iespējams vadīt slodzi ar zemu pretestību - draiveri vai austiņām.
Tur ir transformators Un bez transformatora UM diagrammas.
1. Transformatoru jaudas pastiprinātāji.
Apsveriet viencikla transformators PRĀTAS, kurā tranzistors ir savienots saskaņā ar shēmu ar OE (att. pa kreisi).
Transformatori TP1 un TP2 ir paredzēti, lai saskaņotu pastiprinātāja slodzes un izejas pretestību un pastiprinātāja ieejas pretestību attiecīgi ar ieejas signāla avota pretestību. Elementi R un D nodrošina tranzistora sākotnējo darbības režīmu, un C palielina tranzistoram T piegādāto mainīgo komponentu.
Tā kā transformators ir nevēlams jaudas pastiprinātāju elements, kopš ir lieli izmēri un svars, salīdzinoši grūti izgatavojams, šobrīd visplašāk izmantotais bez transformatora jaudas pastiprinātāji.
2. Beztransformatora jaudas pastiprinātāji.
Apsveriet push-pull UM uz bipolāriem tranzistoriem ar dažāda veida vadītspēju. Kā minēts iepriekš, ir nepieciešams palielināt izejas signāla jaudu, nemainot tā formu. Lai to izdarītu, tiek ņemts PA līdzstrāvas barošanas avots un pārveidots par maiņstrāvu, bet tādā veidā, ka izejas signāla forma atkārto ieejas signāla formu, kā parādīts attēlā zemāk:
Ja tranzistoriem ir pietiekami augsta transvadītspējas vērtība, tad ir iespējams izveidot shēmas, kas darbojas ar viena oma slodzi, neizmantojot transformatorus. Šāds pastiprinātājs tiek darbināts ar bipolāru barošanas avotu ar iezemētu viduspunktu, lai gan ir iespējams izveidot shēmas vienpolāram barošanas avotam.
Papildu shematiska diagramma izstarotāja sekotājs
- pastiprinātājs ar papildu simetriju - parādīts attēlā pa kreisi. Ar tādu pašu ieejas signālu strāva plūst caur NPN tranzistoru pozitīvu pusciklu laikā. Ja ieejas spriegums ir negatīvs, strāva plūst caur PNP tranzistoru. Apvienojot abu tranzistoru emitētājus, noslogojot tos ar kopīgu slodzi un pieliekot to pašu signālu kombinētajām bāzēm, iegūstam push-pull jaudas pastiprināšanas pakāpi.
Sīkāk apsveriet tranzistoru iekļaušanu un darbību. Pastiprinātāju tranzistori darbojas B klases režīmā.Šajā shēmā tranzistoriem jābūt precīzi vienādiem pēc parametriem, bet pretējiem pēc plaknes struktūras. Kad pastiprinātāja ieejā nonāk pozitīvs pusviļņa spriegums Uin tranzistors T1 , darbojas pastiprināšanas režīmā, un tranzistors T2 - izslēgšanas režīmā. Kad pienāk negatīvs pusviļņs, tranzistori maina lomas. Tā kā spriegums starp atvērta tranzistora bāzi un emitētāju ir mazs (apmēram 0,7 V), spriegums Uout tuvu spriegumam Uin . Tomēr izejas spriegums ir izkropļots tranzistoru ieejas raksturlielumu nelinearitātes ietekmē. Nelineāro kropļojumu problēma tiek atrisināta, bāzes shēmām piemērojot sākotnējo nobīdi, kas novieto stadiju AB režīmā.
Apskatāmajam pastiprinātājam maksimālā iespējamā sprieguma amplitūda pie slodzes hm ir vienāds ar E . Tāpēc maksimālo iespējamo slodzes jaudu nosaka izteiksme
Var parādīt, ka pie maksimālās slodzes jaudas pastiprinātājs no barošanas avotiem patērē jaudu, ko nosaka izteiksme
Pamatojoties uz iepriekš minēto, mēs iegūstam maksimāli iespējamo UM efektivitāte: nmax = P n.max / P patēriņš maks = 0,78.
Zemfrekvences pastiprinātāji galvenokārt ir paredzēti, lai nodrošinātu noteiktu jaudu izvadierīcei, kas var būt skaļrunis, magnetofona ierakstīšanas galviņa, releja tinums, mērierīces spole utt. Ievades signāla avoti ir skaņas uztvērējs, fotoelements un visu veidu neelektrisko daudzumu elektriskie pārveidotāji. Parasti ieejas signāls ir ļoti mazs, tā vērtība nav pietiekama normālai pastiprinātāja darbībai. Šajā sakarā jaudas pastiprinātāja priekšā ir iekļauti viens vai vairāki priekšpastiprināšanas posmi, kas veic sprieguma pastiprinātāju funkcijas.
ULF sagatavošanas posmos rezistori visbiežāk tiek izmantoti kā slodze; tie ir montēti gan uz lampām, gan uz tranzistoriem.
Pastiprinātāji, kuru pamatā ir bipolāri tranzistori, parasti tiek montēti saskaņā ar kopēju emitenta ķēdi. Apsveriet šādas kaskādes darbību (26. att.). Sinusoidālā viļņa spriegums tu iekšā tiek padots uz bāzes izstarotāja sekciju caur atsaistes kondensatoru C p1, kas rada bāzes strāvas pulsāciju attiecībā pret līdzstrāvas komponentu Es b0. Nozīme Es b0 nosaka avota spriegums E uz un rezistoru pretestība R b. Bāzes strāvas izmaiņas izraisa atbilstošas izmaiņas kolektora strāvā, kas iet caur slodzes pretestību R n. Kolektora strāvas mainīgā sastāvdaļa rada slodzes pretestību Rk amplitūdas pastiprināts sprieguma kritums tu esi ārā.
Šādas kaskādes aprēķinu var veikt grafiski, izmantojot tos, kas parādīti attēlā. 27 tranzistora ieejas un izejas raksturlielumi, kas savienoti saskaņā ar OE ķēdi. Ja slodzes pretestība R n un avota spriegumu E uz ir doti, tad kravas līnijas novietojums tiek noteikts pēc punktiem AR Un D. Tajā pašā laikā punkts D iestatīts uz E uz, un punkts AR– strāva Es uz =E uz/R n. Slodzes līnija CD krustojas izejas raksturlielumu saime. Mēs izvēlamies darba sadaļu uz slodzes līnijas tā, lai signāla kropļojumi pastiprināšanas laikā būtu minimāli. Šai līnijas šķērsošanas vietai CD ar izejas raksturlielumiem jāatrodas pēdējās taisnajās daļās. Šo prasību izpilda AB kravas līnijas.
Darbības punkts sinusoidālajam ievades signālam ir šīs sadaļas vidū - punkts PAR. Segmenta AO projekcija uz ordinātu asi nosaka kolektora strāvas amplitūdu, un tā paša segmenta projekcija uz abscisu asi nosaka kolektora sprieguma mainīgās komponentes amplitūdu. Darbības punkts O nosaka kolektora strāvu Es k0 un kolektora spriegumu U ke0 kas atbilst atpūtai.
Turklāt punkts O nosaka bāzes miera strāvu Es b0 un līdz ar to arī darbības punkta pozīciju O" uz ieejas raksturlielumu (27. att., a, b). punktus A Un IN izejas raksturlielumi atbilst punktiem A" Un IN" par ievades raksturlielumu. Līnijas projekcija A"O" uz x ass nosaka ieejas signāla amplitūdu U in t, kas nodrošinās minimālu izkropļojumu režīmu.
Stingri sakot, U in t, ir jānosaka pēc ievades raksturlielumu saimes. Bet tā kā ievades raksturlielumi pie dažādām sprieguma vērtībām U ke, nedaudz atšķiras, praksē tie izmanto ievades raksturlielumu, kas atbilst vidējai vērtībai U ke=tu 0.
Pati būtība zinošiem praktiķiem
Pastiprinātājs ir samontēts pēc "dubultā mono" principa, viena kanāla shēma ir parādīta att.1. Pirmais posms tranzistoros VT1-VT4 ir sprieguma pastiprinātājs ar koeficientu aptuveni 2,9, VT5 otrais posms ir strāvas pastiprinātājs (emitera sekotājs). Ja ieejas spriegums ir 1 V, izejas jauda ir aptuveni 0,5 W 16 omu slodzē. Darbības frekvenču diapazons -1 dB līmenī ir aptuveni no 3 Hz līdz 250 kHz. Pastiprinātāja ieejas pretestība ir 6,5 ... 7 kOhm, izejas pretestība ir 0,2 omi.
THD diagrammas ar frekvenci 1 kHz ar izejas jaudu 0,52 W un 0,15 W ir parādītas att.2 Un att.3(signāls uz skaņas karti tiek padots caur "30:1" dalītāju).
Ieslēgts att.4 parāda intermodulācijas kropļojumu rezultātu, mērot ar diviem vienāda līmeņa toņiem (19 kHz un 20 kHz).
Pastiprinātājs ir salikts piemērota izmēra korpusā, kas ņemts no cita pastiprinātāja. Ventilatora vadības bloks ir pievienots viena kanāla barošanas ķēdēm ( att.5), kas kontrolē viena no izejas tranzistoru radiatoru temperatūru (shēmas plate ar virsmas stiprinājumu ir redzama centrā uz 6. attēls).
Skaņas novērtējums pēc auss - "nav slikti". Skaņa nav “piesieta” pie skaļruņiem, ir panorāma, bet tās “dziļums” ir mazāks nekā pierasts. Es vēl neesmu noskaidrojis, ar ko tas ir saistīts, tas ir iespējams (tika pārbaudītas iespējas ar citiem tranzistoriem, mainot izejas pakāpju miera strāvu un meklējot savienojuma punktus ievades / izejas "zemēm").
Tagad tiem, kam interesē, nedaudz par eksperimentiem
Eksperimenti ilga diezgan ilgu laiku un tika veikti nedaudz haotiski - tika veiktas pārejas no viena uz otru, jo atsevišķi jautājumi tika atrisināti un parādījās citi, tāpēc shēmās un mērījumos var būt manāmas dažas neatbilstības. Diagrammās tas atspoguļojas kā elementu numerācijas pārkāpums, bet mērījumos - kā trokšņa līmeņa izmaiņas, traucējumi no 50 Hz tīkla, 100 Hz pulsācijas un to produkti (tika izmantoti dažādi barošanas avoti) . Bet vairumā gadījumu mērījumi tika veikti vairākas reizes, tāpēc neprecizitātēm nevajadzētu būt īpaši nozīmīgām.
Visus eksperimentus var iedalīt vairākos. Pirmais tika veikts, lai novērtētu TND posma fundamentālo veiktspēju, nākamā - pārbaudītu tādus raksturlielumus kā kravnesība, pastiprinājums, linearitātes atkarība, darbs ar izejas stadiju.
Pietiekami pilnīgu teorētisko informāciju par TND kaskādes darbību var atrast G.F. rakstos. Prishchepova žurnālos "Schemotekhnika" Nr.9, 2006 un "Radiohobby" Nr.3, 2010 (tur ir aptuveni vienādi teksti), tāpēc šeit tiks aplūkots tikai tā praktiskais pielietojums.
Tātad, pirmais ir fundamentālās darbības novērtējums
Pirmkārt, uz tranzistoriem KT315 tika salikta ķēde ar pastiprinājumu aptuveni trīs ( att.7). Pārbaudot, izrādījās, ka ar R3 un R4 nomināliem, kas parādīti diagrammā, pastiprinātājs darbojas tikai ar zema līmeņa signāliem, un, pieslēdzot 1 V, rodas ieejas pārslodze (1 V ir līmenis, ko PCD un datora skaņas karte var dot, tāpēc tai ir doti gandrīz visi mērījumi). Ieslēgts 8. attēls apakšējā grafikā ir redzams izejas signāla spektrs, augšējā grafikā ir redzams ieejas signāla spektrs un uz tā ir redzami kropļojumi (THD jābūt apmēram 0,002-0,006%). Apskatot grafikus un salīdzinot līmeņus kanālos, jāņem vērā, ka izejas signāls skaņas kartē nonāk caur 10:1 dalītāju (ar ieejas pretestību ap 30 kOhm, rezistori R5 un R6 ieslēgti att.7) - zemāk tekstā dalītāju parametri būs atšķirīgi, un tas vienmēr tiks norādīts).
Ja pieņemam, ka izkropļojumu parādīšanās ieejas signālā norāda uz skatuves ieejas pretestības izmaiņām (ko parasti izraisa nepareizi izvēlēts līdzstrāvas režīms), tad, lai strādātu ar lielākiem ieejas signāliem, jāpalielina pretestība R4 un , attiecīgi, lai Kus būtu vienāds ar trīs, palieliniet R3 .
Pēc R3 = 3,3 kOhm, R4 = 1,1 kOhm, R1 = 90 kOhm iestatīšanas un barošanas sprieguma palielināšanas līdz 23 V, mums izdevās iegūt vairāk vai mazāk pieņemamas THD vērtības ( att.9). Tāpat izrādījās, ka TND kaskādei "nepatīk" zemas pretestības slodze, t.i. jo lielāka ir nākamā posma pretestība, jo zemāki harmoniku līmeņi un pastiprinājums kļūst tuvāks aprēķinātajai vērtībai (cits piemērs tiks aplūkots tālāk).
Pēc tam pastiprinātājs tika samontēts uz iespiedshēmas plates un tam tika pievienots emitera sekotājs, kura pamatā ir salikts tranzistors KT829A (shēma, pamatojoties uz 1. attēls). Pēc tranzistora un dēļa uzstādīšanas uz radiatora ( att.10), pastiprinātājs ir pārbaudīts ar 8 omu slodzi. Ieslēgts 11. attēls var redzēt, ka THD vērtība ir ievērojami palielinājusies, bet tas ir emitera sekotāja darbības rezultāts (signāls no pastiprinātāja ieejas (augšējais grafiks) tiek nosūtīts tieši uz datoru un no izejas caur 3: 1 dalītājs (apakšējais grafiks)).
Ieslēgts 12. attēls parāda THD grafiku ar 0,4 V ieejas signālu:
Pēc tam tika pārbaudīti vēl divi retranslatoru varianti - ar kompozītmateriālu tranzistoru no bipolāra KT602B + KT908A un ar lauku IRF630A (viņam vajadzēja palielināt miera strāvu, iestatot + 14,5 V uz vārtiem un samazinot pretestību R7 līdz 5 omiem plkst. pastāvīgs spriegums uz tā 9, 9 V (miera strāva aptuveni 1,98 A)). Labākais rezultāts ar ieejas spriegumu 1 V un 0,4 V ir parādīts zīmējumi 13 Un 14 (CT602B+CT908A), 15 Un 16 (IRF630A):
Pēc šīm pārbaudēm ķēde atgriezās pie versijas ar tranzistoru KT829, tika salikts otrais kanāls, un pēc izkārtojuma noklausīšanās, kad baroja no laboratorijas avotiem, pastiprinātājs, kas parādīts 6. attēls. Divas vai trīs dienas tika pavadītas klausīšanai un nelieliem uzlabojumiem, taču tas gandrīz neietekmēja pastiprinātāja skaņu un īpašības.
Slodzes vērtējums
Tā kā vēlme pārbaudīt TND kaskādi attiecībā uz “nestspēju” vēl nav zudusi, uz 4 tranzistoriem ķēdē tika salikts jauns izkārtojums ( att.17). Barošanas spriegums +19 V, dalītājs pie posma izejas 30 kOhm “10:1”, ieejas signāls 0,5 V, izejas signāls 1,75 V (pastiprinājums 3,5, bet ja dalītājs ir pagriezts). izslēgts, tad izejas spriegums ir aptuveni 1,98 V, kas norāda Kus \u003d 3,96):
Izvēloties rezistora R1 pretestību, jūs varat iegūt minimālo SOI, un šis grafiks ar slodzi 30 kOhm tiek parādīts 18. attēls. Bet, ja tagad virknē ar rezistoru R5 uzstādām vēl vienu tāda paša jaudas (54 kOhm), harmonikas iegūst formu, kas parādīta attēlā. 19. attēls- otrā harmonika pieaug par aptuveni 20 dB attiecībā pret pamata toni, un, lai to atgrieztu zemā vērtībā, atkal jāmaina pretestība R1. Tas netieši norāda, ka, lai iegūtu visstabilākās THD vērtības, ir jāstabilizē kaskādes barošanas avots. To ir viegli pārbaudīt - barošanas sprieguma maiņa aptuveni maina arī harmonikas "astes" izskatu.
Tātad, labi, šis posms darbojas ar 0,5 voltiem ieejā. Tagad būtu jāpārbauda pie 1 V un, teiksim, ar pastiprinājumu "5".
Ieguvuma novērtējums
Kaskāde ir montēta uz tranzistoriem KT315, barošanas spriegums +34,5 V ( att.20). Lai iegūtu Kus \u003d 5, rezistori R3 un R4 tika piegādāti ar nominālvērtību 8,38 kOhm un 1,62 kOhm. Slodzei rezistoru dalītāja formā "10: 1" ar ieejas pretestību aptuveni 160 kOhm izejas spriegums izrādījās aptuveni 4,6 V.
Ieslēgts 21. attēls var redzēt, ka THD ir mazāks par 0,016%. Liels 50 Hz trokšņu līmenis un citi daudzkārtēji augstāka frekvence ir slikta jaudas filtrēšana (darbojas pie robežas).
Šai kaskādei tika pievienots atkārtotājs uz KP303 + KT829 ( att.22) un pēc tam tika ņemti visa pastiprinātāja raksturlielumi, strādājot ar 8 omu slodzi ( att.23). Barošanas spriegums ir 26,9 V, pastiprinājums ir aptuveni 4,5 (4,5 V izmaiņas izejā pie 8 omu slodzes ir aptuveni 2,5 W). Iestatot retranslatoru uz minimālo SOI līmeni, man bija jāmaina kaskādes slīpo spriegums TND, bet tā kā tā kropļojumu līmenis ir daudz mazāks nekā atkārtotājam, tas nekādā veidā neietekmēja ausi - tika salikti divi kanāli. un klausījās maizes dēļa versijā. Skaņas atšķirības nebija ar iepriekš aprakstīto pusvatu pastiprinātāja versiju, taču, tā kā jaunās versijas pastiprinājums bija pārmērīgs un tas rada vairāk siltuma, ķēde tika demontēta.
Regulējot TND posma nobīdes spriegumu, var atrast tādu pozīciju, ka harmonikas "astei" ir vienmērīgāks samazinājums, bet tas kļūst garāks un tajā pašā laikā otrās harmonikas līmenis palielinās par 6-10 dB (kopā THD kļūst par aptuveni 0,8-0,9%).
Ar tik lielu sekotāja THD, mainot rezistora R3 vērtību, var droši mainīt pirmā posma pastiprinājumu gan uz augšu, gan uz leju.
Pārbauda posmu ar lielāku miera strāvu
Ķēde tika samontēta uz KTS613B tranzistora bloka. 3,6 mA posma miera strāva ir lielākā no visām pārbaudītajām opcijām. Izejas spriegums uz 30 kΩ rezistoru dalītāja izrādījās 2,69 V, savukārt THD ir aptuveni 0,008% (( att.25). Tas ir apmēram trīs reizes mazāks, nekā parādīts attēlā 9. attēls pārbaudot kaskādi uz KT315 (ar tādu pašu pastiprinājumu un aptuveni tādu pašu barošanas spriegumu). Bet, tā kā citu identisku tranzistora komplektu nevarēja atrast, otrais kanāls netika salikts un pastiprinātājs attiecīgi nepakļāvās.
Kad pretestība R5 dubultojas un neregulējot nobīdes spriegumu, THD kļūst aptuveni 0,01% ( att.26). Mēs varam teikt, ka "astes" izskats nedaudz mainās.
Mēģinājums novērtēt darbības frekvenču joslu
Pirmkārt, tika pārbaudīts izkārtojums, kas samontēts uz tranzistora komplekta. Izmantojot ģeneratoru GZ-118 ar izejas frekvenču joslu no 5 Hz līdz 210 kHz, "bloķējumi malās" netika atrasti.
Pēc tam tika pārbaudīts jau saliktais pusvatu pastiprinātājs. Tas vājināja 210 kHz signālu par aptuveni 0,5 dB (kamēr pie 180 kHz nebija nekādu izmaiņu).
Nebija ko novērtēt apakšējo robežu, vismaz nebija iespējams redzēt atšķirību starp ieejas un izejas signāliem, palaižot programmas slaucīšanas ģeneratoru, sākot no 5 Hz frekvencēm. Tāpēc mēs varam pieņemt, ka to ierobežo sakabes kondensatora C1 kapacitāte, TND posma ieejas pretestība, kā arī "izejas" kondensatora C7 kapacitāte un pastiprinātāja slodzes pretestība - aptuvens aprēķins programma rāda -1 dB ar frekvenci 2,6 Hz un -3 dB ar frekvenci 1,4 Hz ( att.27).
Tā kā TND kaskādes ieejas pretestība ir diezgan zema, skaļuma regulators jāizvēlas ne vairāk kā 22 ... 33 kOhm.
Jebkurš atkārtotājs (strāvas pastiprinātājs) ar pietiekami lielu ieejas pretestību var aizstāt izejas posmu.
Tekstam pievienoti divu variantu iespiedshēmas plates faili programmas 5. versijas formātā (plātņu izgatavošanas laikā zīmējums ir “jāatspoguļo”).
Pēcvārds
Dažas dienas vēlāk es palielināju strāvas padevi kanāliem par 3 V, nomainīju 25 V elektrolītiskos kondensatorus pret 35 V un noregulēju pirmo posmu nobīdes spriegumus līdz minimālajam SOI. Izejas pakāpju miera strāva kļuva aptuveni 1,27 A, THD un IMD vērtības 0,52 W izejas jauda samazinājās līdz 0,028% un 0,017% ( att.28 Un 29 ). Grafikos redzams, ka 50 Hz un 100 Hz pulsācijas ir palielinājušās, taču tās nav dzirdamas.
Literatūra:
1. G. Priščepovs, “Lineārie platjoslas TND pastiprinātāji un retranslatori”, žurnāls “Circuit Engineering” 2006.g.9.nr.
Andrejs Goļcovs, r9o-11, Iskitim
Radio elementu saraksts
| Apzīmējums | Tips | Denominācija | Daudzums | Piezīme | Veikals | Mans piezīmju bloks | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Attēls Nr. 1, informācija par vienu kanālu | |||||||
| VT1...VT4 | bipolārs tranzistors | PMSS3904 | 4 | Uz piezīmju grāmatiņu | |||
| VT5 | bipolārs tranzistors | KT829A | 1 | Uz piezīmju grāmatiņu | |||
| VD1...VD4 | Diode | KD2999V | 4 | Uz piezīmju grāmatiņu | |||
| R1 | Rezistors | 91 kOhm | 1 | smd 0805, iestatīšanas laikā atlasiet precīzu vērtību | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R2 | Rezistors | 15 kOhm | 1 | smd 0805 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R3 | Rezistors | 3,3 kOhm | 1 | smd 0805 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R4 | Rezistors | 1,1 kOhm | 1 | smd 0805 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R5, R6 | Rezistors | 22 omi | 2 | smd 0805 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R7 | Rezistors | 12 omi | 1 | zvaniet no PEV-10 | Uz piezīmju grāmatiņu | ||
| R8, R9 | Rezistors | ||||||