Төмен жиілікті күшейткіш (бұдан әрі – ULF) - тұтынушыға қажетті төмен жиіліктегі тербелістерді күшейтуге арналған электрондық құрылғы. Олар транзисторлардың, түтіктердің немесе операциялық күшейткіштердің әртүрлі түрлері сияқты әртүрлі электрондық элементтерде орындалуы мүмкін. Барлық ULFs олардың жұмысының тиімділігін сипаттайтын бірқатар параметрлерге ие.
Бұл мақалада мұндай құрылғыны пайдалану, оның параметрлері, әртүрлі электронды компоненттерді қолдану арқылы құрастыру әдістері туралы айтылады. Төмен жиілікті күшейткіштердің схемасы да қарастырылады.
ULF қолданбасы
ULF көбінесе дыбысты қайта шығаратын жабдықта қолданылады, өйткені технологияның бұл саласында жиі сигнал жиілігін адам денесі қабылдай алатындай (20 Гц-тен 20 кГц-ке дейін) күшейту қажет.
Басқа ULF қолданбалары:
- өлшеу технологиясы;
- дефектоскопия;
- аналогтық есептеулер.
Жалпы, басс күшейткіштері радиолар, акустикалық құрылғылар, теледидарлар немесе радиотаратқыштар сияқты әртүрлі электрондық тізбектердің құрамдас бөліктері ретінде кездеседі.
Параметрлер
Күшейткіш үшін ең маңызды параметр - күшейту. Ол шығыстың кіріске қатынасы ретінде есептеледі. Қарастырылып отырған мәнге байланысты олар мыналарды ажыратады:
- ток күшеюі=шығыс тогы / кіріс тогы;
- кернеу күшейту=шығыс кернеуі / кіріс кернеуі;
- қуаттың артуы=шығыс қуаты / кіріс қуаты.
Оп-ампер сияқты кейбір құрылғылар үшін бұл коэффициенттің мәні өте үлкен, бірақ есептеулерде тым үлкен (сонымен қатар тым кішкентай) сандармен жұмыс істеу ыңғайсыз, сондықтан пайда жиі логарифмдік түрде көрсетіледі. бірлік. Бұл үшін келесі формулалар қолданылады:
- логарифмдік бірліктердегі қуат өсімі=10қалаған қуат өсімінің логарифмі;
- логарифмдік бірліктегі ағымдағы күшейту=20қалаған токтың ондық логарифмі;
- логарифмдік бірліктегі кернеудің артуы=20қажетті кернеудің логарифмі.
Осылай есептелген коэффициенттер децибелмен өлшенеді. Қысқартылған атауы - дБ.
Келесі маңызды параметркүшейткіш – сигналдың бұрмалану коэффициенті. Сигналдың күшеюі оның түрленуі мен өзгеруі нәтижесінде болатынын түсіну маңызды. Бұл түрлендірулердің әрқашан дұрыс болатыны емес. Осы себепті шығыс сигнал кіріс сигналынан өзгеше болуы мүмкін, мысалы, пішіні.
Идеал күшейткіштер жоқ, сондықтан бұрмалану әрқашан болады. Рас, кейбір жағдайларда олар рұқсат етілген шектен шықпайды, ал басқаларында. Күшейткіштің шығысындағы сигналдардың гармоникасы кіріс сигналдарының гармоникасымен сәйкес келсе, онда бұрмалану сызықты болады және тек амплитуда мен фазаның өзгеруіне дейін азаяды. Егер шығыста жаңа гармоникалар пайда болса, онда бұрмалау сызықты емес, себебі ол сигнал пішінінің өзгеруіне әкеледі.
Басқаша айтқанда, егер бұрмалау сызықты болса және күшейткіштің кірісінде «а» сигналы болса, онда шығыс «А» сигналы болады, ал сызықтық емес болса, онда шығыс «B» сигналы болады.
Күшейткіштің жұмысын сипаттайтын соңғы маңызды параметр - шығыс қуаты. Қуат түрлері:
- Бағаланған.
- Төлқұжат шуы.
- Максималды қысқа мерзімді.
- Максималды ұзақ мерзімді.
Төрт түрі де әртүрлі ГОСТ және стандарттармен стандартталған.
Вамплизаторлар
Тарихи түрде алғашқы күшейткіштер вакуумдық құрылғылар класына жататын вакуумдық түтіктерде жасалған.
Герметикалық колбаның ішінде орналасқан электродтарға байланысты шамдар бөлінеді:
- диодтар;
- триодтар;
- tetrodes;
- пентодалар.
Максималдыэлектродтардың саны - сегіз. Сондай-ақ клистрон сияқты электровакуумдық құрылғылар бар.
Триодты күшейткіш
Ең алдымен коммутация схемасын түсінген жөн. Төмен жиілікті триодты күшейткіш тізбегінің сипаттамасы төменде берілген.
Катодты қыздыратын жіпке қуат беріледі. Кернеу анодқа да қолданылады. Температураның әсерінен электрондар катодтан шығарылады, олар анодқа қарай асығады, оған оң потенциал беріледі (электрондар теріс потенциалға ие).
Электрондардың бір бөлігін үшінші электрод – тор ұстайды, оған кернеу де беріледі, тек ауыспалы. Тордың көмегімен анодтық ток (тұтастай тізбектегі ток) реттеледі. Торға үлкен теріс потенциал берілсе, катодтың барлық электрондары оған орналасады және шам арқылы ток өтпейді, себебі ток электрондардың бағытталған қозғалысы болып табылады, ал тор бұл қозғалысты блоктайды.
Шамның күшеюі қуат көзі мен анод арасында қосылған резисторды реттейді. Ол күшейту параметрлері тәуелді ток кернеуінің сипаттамасында жұмыс нүктесінің қажетті орнын орнатады.
Жұмыс нүктесінің орны неліктен маңызды? Өйткені бұл төмен жиілікті күшейткіш тізбегінде қанша ток пен кернеу (демек, қуат) күшейтілетініне байланысты.
Триод күшейткішіндегі шығыс сигналы анод пен оның алдында жалғанған резистор арасындағы аймақтан алынады.
Күшейткіш қосулыklystron
Төмен жиілікті клистрондық күшейткіштің жұмыс принципі сигналдың алдымен жылдамдық, содан кейін тығыздығы бойынша модуляциясына негізделген.
Клистрон келесідей орналасады: колбада жіппен қыздырылған катод және коллектор (анодқа ұқсас). Олардың арасында кіріс және шығыс резонаторлар орналасқан. Катодтан шығарылатын электрондар катодқа берілген кернеу арқылы үдетіліп, коллекторға қарай асығады.
Кейбір электрондар жылдамырақ, басқалары баяуырақ қозғалады - жылдамдық модуляциясы осылай көрінеді. Қозғалыс жылдамдығының айырмашылығына байланысты электрондар шоқтарға топтастырылған - тығыздық модуляциясы осылай көрінеді. Тығыздығы модуляцияланған сигнал шығыс резонаторына түседі, онда ол бірдей жиіліктегі сигнал жасайды, бірақ кіріс резонаторынан үлкен қуат.
Электрондардың кинетикалық энергиясы шығыс резонатордың электромагниттік өрісінің микротолқынды тербелістерінің энергиясына айналады екен. Клистронда сигнал осылай күшейтіледі.
Электровакуумдық күшейткіштердің ерекшеліктері
Егер біз транзисторлардағы түтік құрылғысы мен ULF арқылы күшейтілген бірдей сигналдың сапасын салыстыратын болсақ, айырмашылық соңғысының пайдасына емес, жай көзге көрінеді.
Кез келген кәсіби музыкант түтік күшейткіштердің озық аналогтарынан әлдеқайда жақсы екенін айтады.
Электровакуумдық құрылғылар жаппай тұтынудан әлдеқашан шығып кетті, олардың орнын транзисторлар мен микросұлбалар басты, бірақ бұл дыбысты жаңғырту саласы үшін маңызды емес. Температураның тұрақтылығы мен ішіндегі вакуумның арқасында шам құрылғылары сигналды жақсырақ күшейтеді.
ULF түтігінің бірден-бір кемшілігі жоғары баға болып табылады, бұл қисынды: жаппай сұранысқа ие емес элементтерді өндіру қымбатқа түседі.
Биполярлы транзисторлы күшейткіш
Көбінесе күшейткіш сатылар транзисторлар арқылы жиналады. Қарапайым төмен жиілікті күшейткішті үш негізгі элементтен құрастыруға болады: конденсатор, резистор және n-p-n транзистор.
Мұндай күшейткішті құрастыру үшін транзистордың эмитентін жерге қосу керек, конденсаторды оның негізіне тізбектей және резисторды параллель жалғау керек. Жүкті коллектордың алдына қою керек. Бұл тізбектегі коллекторға шектеуші резисторды қосқан жөн.
Осындай төмен жиілікті күшейткіш тізбегінің рұқсат етілген қоректену кернеуі 3-тен 12 вольтке дейін өзгереді. Резистордың мәні оның мәні жүктеме кедергісінің кемінде 100 есе көп болуы керек екенін ескере отырып, эксперименталды түрде таңдалуы керек. Конденсатордың мәні 1-ден 100 микрофарадқа дейін өзгеруі мүмкін. Оның сыйымдылығы күшейткіш жұмыс істей алатын жиілік шамасына әсер етеді. Сыйымдылық неғұрлым үлкен болса, транзистор күшейте алатын жиілік көрсеткіші соғұрлым төмен болады.
Төмен жиілікті биполярлы транзисторлық күшейткіштің кіріс сигналы конденсаторға қолданылады. Оң қуат полюсі жүктеменің қосылу нүктесіне және негіз мен конденсаторға параллель қосылған резисторға қосылуы керек.
Мұндай сигналдың сапасын жақсарту үшін теріс кері байланыс рөлін атқаратын эмиттерге параллель қосылған конденсатор мен резисторды қосуға болады.
Екі биполярлы транзисторы бар күшейткіш
Үстеуді арттыру үшін екі жалғыз ULF транзисторын біреуіне қосуға болады. Сонда бұл құрылғылардың пайдасын көбейтуге болады.
Күшейту сатыларының санын көбейтуді жалғастырсаңыз да, күшейткіштердің өздігінен қозу мүмкіндігі артады.
Өрістік транзисторлы күшейткіш
Төмен жиілікті күшейткіштер өрістік транзисторларда (бұдан әрі - PT) де жинақталған. Мұндай құрылғылардың сұлбалары биполярлы транзисторларда жинақталғандардан айтарлықтай ерекшеленбейді.
Мысал ретінде n-арналы оқшауланған қақпалы FET (ITF түрі) күшейткіші қарастырылады.
Осы транзистордың астарына конденсатор тізбектей қосылған, ал кернеу бөлгіш параллель қосылған. FET көзіне резистор қосылған (жоғарыда сипатталғандай конденсатор мен резистордың параллель қосылымын да пайдалануға болады). Шектеу резисторы мен қуат ағызу құбырына қосылған, ал резистор мен ағызу арасында жүктеме терминалы жасалады.
Төмен жиілікті өрістік транзисторлық күшейткіштерге кіріс сигналы қақпаға қолданылады. Бұл конденсатор арқылы да орындалады.
Түсіндірмеден көріп отырғаныңыздай, ең қарапайым өрістік транзисторлы күшейткіш тізбегі төмен жиілікті биполярлы транзисторлы күшейткіш тізбегінен еш айырмашылығы жоқ.
Алайда PT-мен жұмыс істегенде бұл элементтердің келесі ерекшеліктерін ескеру қажет:
- FET жоғары Rкіріс=I / Uқақпа көзі. Өрістік транзисторлар электр өрісімен басқарылады,ол стресстен туындайды. Сондықтан FETs токпен емес, кернеумен басқарылады.
- FET дерлік ток тұтынбайды, бұл бастапқы сигналдың аздап бұрмалануына әкеледі.
- Өрістік транзисторларда заряд инъекциясы жоқ, сондықтан бұл элементтердің шу деңгейі өте төмен.
- Олар температураға төзімді.
ФЭТ-тердің негізгі кемшілігі - олардың статикалық электрге жоғары сезімталдығы.
Өткізбейтін болып көрінетін нәрселер адамды таң қалдыратын жағдайды көбі біледі. Бұл статикалық электр тогының көрінісі. Егер мұндай импульс өрістік транзистордың контактілерінің біріне берілсе, элементті өшіруге болады.
Осылайша, PT-мен жұмыс істегенде, элементті кездейсоқ зақымдамау үшін контактілерді қолмен алмаған дұрыс.
OpAmp құрылғысы
Операциялық күшейткіш (бұдан әрі – op-amp) – кірістері дифференциалданған құрылғы, оның күшейту коэффициенті өте жоғары.
Сигнал күшейту бұл элементтің жалғыз функциясы емес. Ол сигнал генераторы ретінде де жұмыс істей алады. Дегенмен, оның күшейткіш қасиеттері төмен жиіліктермен жұмыс істеуді қызықтырады.
Оператордан сигнал күшейткішті жасау үшін оған кері байланыс тізбегін дұрыс қосу керек, ол кәдімгі резистор. Бұл схеманы қайда қосу керектігін қалай түсінуге болады? Ол үшін оп-ампердің тасымалдау сипаттамасына сілтеме жасау керек. Оның екі көлденең және бір сызықтық бөлімі бар. Жұмыс нүктесі болсақұрылғы көлденең секциялардың бірінде орналасса, онда оп-ампер генераторлық режимде (импульстік режим) жұмыс істейді, егер ол сызықтық секцияда орналасса, онда оп-амп сигналды күшейтеді.
Оп-амперді сызықтық режимге ауыстыру үшін бір контактімен кері байланыс резисторын құрылғының шығысына, ал екіншісін - инвертивті кіріске қосу керек. Бұл қосу теріс пікір (NFB) деп аталады.
Төмен жиілікті сигналды күшейту және фазада өзгермеу қажет болса, OOS бар инвертивті кіріс жерге тұйықталуы керек, ал күшейтілген сигнал инвертирленбейтін кіріске қолданылуы керек. Егер сигналды күшейту және оның фазасын 180 градусқа өзгерту қажет болса, онда инвертирленбейтін кіріс жерге тұйықталуы керек, ал кіріс сигналы инвертивтіге қосылуы керек.
Бұл жағдайда операциялық күшейткіш қарама-қарсы полярлық қуатпен қамтамасыз етілуі керек екенін ұмытпау керек. Бұл үшін оның арнайы контактілері бар.
Мұндай құрылғылармен жұмыс істеу кейде төмен жиілікті күшейткіш тізбегі үшін элементтерді таңдау қиынға соғатынын ескеру маңызды. Қажетті күшейту параметрлеріне қол жеткізу үшін оларды тек номиналды мәндер бойынша ғана емес, сонымен қатар олар жасалған материалдар тұрғысынан да мұқият үйлестіру қажет.
Чиптегі күшейткіш
ULF электровакуумдық элементтерге, транзисторларға және операциялық күшейткіштерге жинауға болады, тек өткен ғасырдағы вакуумдық түтіктер, ал қалған тізбектер кемшіліктерсіз емес, оларды түзету сөзсіз дизайнды қиындатады. күшейткіштің. Бұл ыңғайсыз.
Инженерлер ULF құрудың ыңғайлы нұсқасын бұрыннан тапқан: өнеркәсіп күшейткіш ретінде әрекет ететін дайын микросұлбаларды шығарады.
Бұл тізбектердің әрқайсысы белгілі бір жолмен қосылған оп-ампер, транзисторлар және басқа элементтер жиынтығы.
Интегралдық схемалар түріндегі кейбір ULF серияларының мысалдары:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Жоғарыда аталған сериялардың барлығы аудио жабдықта қолданылады. Әрбір модельдің әртүрлі сипаттамалары бар: қоректендіру кернеуі, шығыс қуаты, күшейту.
Олар көптеген түйреуіштері бар шағын элементтер түрінде жасалған, оларды тақтаға орналастыруға және бекітуге ыңғайлы.
Микросұлбада төмен жиілікті күшейткішпен жұмыс істеу үшін логикалық алгебраның негіздерін, сонымен қатар логикалық элементтердің ЖӘНЕ-ЕМЕС, НЕМЕСЕ-ЕМЕС жұмыс істеу принциптерін білу пайдалы.
Кез келген дерлік электрондық құрылғыны логикалық элементтерге жинауға болады, бірақ бұл жағдайда көптеген тізбектер көлемді және орнатуға ыңғайсыз болып шығады.
Сондықтан ULF функциясын орындайтын дайын интегралды схемаларды пайдалану ең қолайлы практикалық нұсқа болып көрінеді.
Схеманы жақсарту
Жоғарыда биполярлы және өрістік транзисторлармен жұмыс істегенде күшейтілген сигналды жақсартуға болатын мысал болды (конденсатор мен резисторды параллель қосу арқылы).
Мұндай құрылымдық жаңартуларды кез келген дерлік схемамен жасауға болады. Әрине, жаңа элементтерді енгізу артадыкернеудің төмендеуі (шығындар), бірақ осының арқасында әртүрлі тізбектердің қасиеттерін жақсартуға болады. Мысалы, конденсаторлар тамаша жиілік сүзгілері болып табылады.
Резистивті, сыйымдылық немесе индуктивті элементтерде тізбекке түспеуі керек жиіліктерді сүзетін қарапайым сүзгілерді жинау ұсынылады. Резистивті және сыйымдылықты элементтерді операциялық күшейткіштермен біріктіру арқылы тиімдірек сүзгілерді (интеграторлар, Sallen-Key дифференциаторлары, ойық және өткізу жолағы сүзгілері) жинауға болады.
Қорытынды
Жиілік күшейткіштерінің ең маңызды параметрлері:
- пайда;
- сигналдың бұрмалану факторы;
- қуат шығысы.
Төмен жиілікті күшейткіштер көбінесе аудио жабдықта қолданылады. Құрылғы деректерін іс жүзінде келесі элементтерде жинауға болады:
- вакуумдық түтіктерде;
- транзисторларда;
- операциялық күшейткіштерде;
- дайын чиптерде.
Төмен жиілікті күшейткіштердің сипаттамаларын резистивті, сыйымдылық немесе индуктивті элементтерді енгізу арқылы жақсартуға болады.
Жоғарыда көрсетілген схемалардың әрқайсысының өзіндік артықшылықтары мен кемшіліктері бар: кейбір күшейткіштерді жинау қымбат, кейбіреулері қанықтылыққа түсуі мүмкін, кейбіреулер үшін қолданылатын элементтерді үйлестіру қиын. Әрқашан күшейткіш дизайнер шешуі керек мүмкіндіктер бар.
Осы мақалада берілген барлық ұсыныстарды пайдалана отырып, үйде пайдалану үшін өзіңіздің күшейткішті жасай аласызБұл құрылғыны сатып алудың орнына, жоғары сапалы құрылғыларға келетін болсақ, ол көп ақша жұмсауы мүмкін.
