Ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչի միացում: ULF-ի դասակարգումը և գործունեության սկզբունքը

2024 Հեղինակ: Trinity Chesterton | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-02 00:33

Ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչը (այսուհետ՝ ULF) էլեկտրոնային սարք է, որը նախատեսված է ցածր հաճախականության տատանումները սպառողի կարիքներին ուժեղացնելու համար: Դրանք կարող են իրականացվել տարբեր էլեկտրոնային տարրերի վրա, ինչպիսիք են տարբեր տեսակի տրանզիստորները, խողովակները կամ գործառնական ուժեղացուցիչները: Բոլոր ULF-ները ունեն մի շարք պարամետրեր, որոնք բնութագրում են իրենց աշխատանքի արդյունավետությունը:

Այս հոդվածում կխոսվի նման սարքի օգտագործման, դրա պարամետրերի, տարբեր էլեկտրոնային բաղադրիչների օգտագործմամբ կառուցման մեթոդների մասին: Դիտարկվելու է նաև ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչների միացումը:

ULF հավելված

ULF-ն ամենից հաճախ օգտագործվում է ձայնի վերարտադրման սարքավորումներում, քանի որ տեխնոլոգիայի այս ոլորտում հաճախ անհրաժեշտ է ուժեղացնել ազդանշանի հաճախականությունը, որը կարող է ընկալել մարդու մարմինը (20 Հց-ից մինչև 20 կՀց):

ULF-ի այլ հավելվածներ՝

• չափման տեխնոլոգիա;
• դեֆեկտոսկոպիա;
• անալոգային հաշվարկ:

Ընդհանուր առմամբ, բասի ուժեղացուցիչները հայտնաբերված են որպես տարբեր էլեկտրոնային սխեմաների բաղադրիչներ, ինչպիսիք են ռադիոները, ակուստիկ սարքերը, հեռուստացույցները կամ ռադիոհաղորդիչները:

Պարամետրեր

Ուժեղացուցիչի համար ամենակարևոր պարամետրը շահումն է: Այն հաշվարկվում է որպես ելքի և մուտքի հարաբերակցություն: Կախված դիտարկվող արժեքից՝ նրանք առանձնացնում են՝

• ընթացիկ շահույթ=ելքային հոսանք / մուտքային հոսանք;
• լարման ավելացում=ելքային լարում / մուտքային լարում;
• հզորություն=ելքային հզորություն / մուտքային հզորություն:

Որոշ սարքերի համար, ինչպիսիք են օպերատիվ ուժեղացուցիչները, այս գործակիցի արժեքը շատ մեծ է, սակայն անհարմար է աշխատել չափազանց մեծ (ինչպես նաև շատ փոքր) թվերի հետ հաշվարկներում, ուստի շահույթը հաճախ արտահայտվում է լոգարիթմական: միավորներ. Դրա համար կիրառվում են հետևյալ բանաձևերը՝

• հզորության ավելացում լոգարիթմական միավորներով=10ցանկալի հզորության լոգարիթմ;
• ընթացիկ շահույթ լոգարիթմական միավորներով=20ցանկալի ընթացիկ աճի տասնորդական լոգարիթմ;
• լարման ավելացում լոգարիթմական միավորներով=20ցանկալի լարման ավելացման լոգարիթմ:

Այս կերպ հաշվարկված գործակիցները չափվում են դեցիբելներով։ Կրճատ անուն - դԲ.

Հաջորդ կարևոր պարամետրըուժեղացուցիչ - ազդանշանի աղավաղման գործակից: Կարևոր է հասկանալ, որ ազդանշանի ուժեղացումը տեղի է ունենում դրա փոխակերպումների և փոփոխությունների արդյունքում: Ոչ այն փաստը, որ միշտ այդ վերափոխումները տեղի են ունենալու ճիշտ: Այդ պատճառով ելքային ազդանշանը կարող է տարբերվել մուտքային ազդանշանից, օրինակ՝ ձևով։

Իդեալական ուժեղացուցիչներ գոյություն չունեն, ուստի աղավաղումը միշտ առկա է: Ճիշտ է, որոշ դեպքերում դրանք դուրս չեն գալիս թույլատրելի սահմաններից, իսկ որոշ դեպքերում՝ դուրս են գալիս։ Եթե ուժեղացուցիչի ելքի վրա ազդանշանների ներդաշնակությունները համընկնում են մուտքային ազդանշանների ներդաշնակության հետ, ապա աղավաղումը գծային է և կրճատվում է միայն ամպլիտուդի և փուլի փոփոխության: Եթե ելքում հայտնվում են նոր ներդաշնակություններ, ապա աղավաղումը ոչ գծային է, քանի որ դա հանգեցնում է ազդանշանի ձևի փոփոխության:

Այլ կերպ ասած, եթե աղավաղումը գծային է և ուժեղացուցիչի մուտքում եղել է «a» ազդանշան, ապա ելքը կլինի «A» ազդանշան, իսկ եթե այն ոչ գծային է, ապա ելքը կլինի «B» ազդանշան։

Վերջին կարևոր պարամետրը, որը բնութագրում է ուժեղացուցիչի աշխատանքը, ելքային հզորությունն է: Հզորության տեսակները՝

1. Գնահատված.
2. Անձնագրային աղմուկ.
3. Առավելագույն կարճաժամկետ.
4. Առավելագույն երկարաժամկետ.

Բոլոր չորս տեսակները ստանդարտացված են տարբեր ԳՕՍՏ-ներով և ստանդարտներով:

Վամպլիֆերներ

Պատմականորեն առաջին ուժեղացուցիչները ստեղծվել են վակուումային խողովակների վրա, որոնք պատկանում են վակուումային սարքերի դասին։

Կախված հերմետիկ կոլբայի ներսում տեղակայված էլեկտրոդներից՝ տարբերվում են լամպերը՝

• դիոդներ;
• տրիոդներ;
• tetrodes;
• պենտոդներ.

Առավելագույնըէլեկտրոդների թիվը ութ է: Կան նաև այնպիսի էլեկտրավակուումային սարքեր, ինչպիսիք են կլիստրոնները։

Triode ուժեղացուցիչ

Առաջին հերթին արժե հասկանալ փոխարկման սխեման: Ստորև տրված է ցածր հաճախականության տրիոդային ուժեղացուցիչի սխեմայի նկարագրությունը:

Թելը, որը տաքացնում է կաթոդը, էներգիա է ստանում: Լարումը կիրառվում է նաև անոդի վրա: Ջերմաստիճանի ազդեցության տակ կաթոդից դուրս են մղվում էլեկտրոններ, որոնք շտապում են դեպի անոդ, որի վրա կիրառվում է դրական պոտենցիալ (էլեկտրոնները բացասական պոտենցիալ ունեն):

Էլեկտրոնների մի մասը ընդհատում է երրորդ էլեկտրոդը՝ ցանցը, որի վրա կիրառվում է նաև լարում՝ միայն փոփոխական։ Ցանցի օգնությամբ կարգավորվում է անոդի հոսանքը (հոսանքն ամբողջությամբ շղթայում)։ Եթե ցանցին կիրառվի մեծ բացասական պոտենցիալ, կաթոդի բոլոր էլեկտրոնները կտեղավորվեն դրա վրա, և ոչ մի հոսանք չի հոսի լամպի միջով, քանի որ հոսանքը էլեկտրոնների ուղղորդված շարժում է, և ցանցը արգելափակում է այդ շարժումը:

Լամպի հզորությունը կարգավորում է ռեզիստորը, որը միացված է էլեկտրամատակարարման և անոդի միջև: Այն սահմանում է գործող կետի ցանկալի դիրքը հոսանքի լարման բնութագրիչի վրա, որից կախված են շահույթի պարամետրերը:

Ինչու է գործառնական կետի դիրքն այդքան կարևոր: Որովհետև դա կախված է նրանից, թե որքան հոսանք և լարում (հետևաբար՝ հզորություն) կուժեղացվեն ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչի միացումում:

Ելքային ազդանշանը տրիոդային ուժեղացուցիչի վրա վերցված է անոդի և դրա դիմաց միացված ռեզիստորի միջև ընկած հատվածից:

Ուժեղացուցիչը միացված էklystron

Ցածր հաճախականության կլիստրոն ուժեղացուցիչի աշխատանքի սկզբունքը հիմնված է ազդանշանի մոդուլյացիայի վրա նախ արագությամբ, ապա խտությամբ:

Կլիստրոնը դասավորված է հետևյալ կերպ. կոլբն ունի կաթոդ, որը տաքացվում է թելիկով, և կոլեկտոր (անոդին նման): Նրանց միջև գտնվում են մուտքային և ելքային ռեզոնատորները: Կաթոդից արտանետվող էլեկտրոնները արագանում են կաթոդի վրա կիրառվող լարման միջոցով և շտապում դեպի կոլեկտոր:

Որոշ էլեկտրոններ կշարժվեն ավելի արագ, մյուսները՝ ավելի դանդաղ. այսպես է թվում արագության մոդուլյացիան: Շարժման արագության տարբերության պատճառով էլեկտրոնները խմբավորվում են ճառագայթների մեջ՝ այսպես է դրսևորվում խտության մոդուլյացիան։ Խտության մոդուլացված ազդանշանը մտնում է ելքային ռեզոնատոր, որտեղ այն ստեղծում է նույն հաճախականության, բայց ավելի մեծ հզորության ազդանշան, քան մուտքային ռեզոնատորը:

Պարզվում է, որ էլեկտրոնների կինետիկ էներգիան վերածվում է ելքային ռեզոնատորի էլեկտրամագնիսական դաշտի միկրոալիքային տատանումների էներգիայի։ Ահա թե ինչպես է ազդանշանն ուժեղանում կլիստրոնում։

Էլեկտրվակուումային ուժեղացուցիչների առանձնահատկությունները

Եթե համեմատենք խողովակային սարքով ուժեղացված միևնույն ազդանշանի որակը և տրանզիստորների վրա ULF-ն, ապա տարբերությունը տեսանելի կլինի անզեն աչքով, ոչ թե վերջինիս օգտին:

Ցանկացած պրոֆեսիոնալ երաժիշտ ձեզ կասի, որ խողովակային ուժեղացուցիչները շատ ավելի լավն են, քան իրենց առաջադեմ գործընկերները:

Էլեկտրվակուումային սարքերը վաղուց դուրս են եկել զանգվածային սպառումից, դրանք փոխարինվել են տրանզիստորներով և միկրոսխեմաներով, բայց դա կապ չունի ձայնի վերարտադրման ոլորտի համար։ Ջերմաստիճանի կայունության և ներսում վակուումի շնորհիվ լամպի սարքերն ավելի լավ են ուժեղացնում ազդանշանը։

ULF խողովակի միակ թերությունը բարձր գինն է, ինչը տրամաբանական է՝ թանկ է արտադրել տարրեր, որոնք զանգվածային պահանջարկ չունեն։

Երկբևեռ տրանզիստորային ուժեղացուցիչ

Հաճախ ուժեղացնող փուլերը հավաքվում են տրանզիստորների միջոցով: Պարզ ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչը կարող է հավաքվել ընդամենը երեք հիմնական տարրերից՝ կոնդենսատորից, ռեզիստորից և n-p-n տրանզիստորից:

Նման ուժեղացուցիչ հավաքելու համար ձեզ հարկավոր է հիմնավորել տրանզիստորի էմիտերը, միացնել կոնդենսատորը հաջորդաբար նրա հիմքին, իսկ դիմադրությունը՝ զուգահեռ: Բեռը պետք է տեղադրվի կոլեկտորի դիմաց: Այս շղթայում խորհուրդ է տրվում միացնել սահմանափակող դիմադրություն կոլեկտորին:

Նման ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչի շղթայի թույլատրելի սնուցման լարումը տատանվում է 3-ից 12 վոլտ: Ռեզիստորի արժեքը պետք է ընտրվի փորձարարական եղանակով՝ հաշվի առնելով այն փաստը, որ դրա արժեքը պետք է լինի առնվազն 100 անգամ բեռի դիմադրությունից: Կոնդենսատորի արժեքը կարող է տատանվել 1-ից մինչև 100 միկրոֆարադ: Դրա հզորությունը ազդում է այն հաճախականության քանակի վրա, որով ուժեղացուցիչը կարող է աշխատել: Որքան մեծ է հզորությունը, այնքան ցածր հաճախականության վարկանիշը, որը կարող է ուժեղացնել տրանզիստորը:

Ցածր հաճախականության երկբևեռ տրանզիստորային ուժեղացուցիչի մուտքային ազդանշանը կիրառվում է կոնդենսատորի վրա: Դրական հոսանքի բևեռը պետք է միացված լինի բեռի միացման կետին, իսկ ռեզիստորը միացված լինի բազային և կոնդենսատորին զուգահեռ։

Նման ազդանշանի որակը բարելավելու համար կարող եք էմիտերին միացնել զուգահեռ միացված կոնդենսատոր և դիմադրություն, որոնք խաղում են բացասական արձագանքի դեր։

Ուժեղացուցիչ երկու երկբևեռ տրանզիստորով

Միացումն ավելացնելու համար դուք կարող եք միացնել երկու միայնակ ULF տրանզիստորներ մեկի մեջ: Այնուհետև այս սարքերի շահույթը կարող է բազմապատկվել:

Չնայած, եթե շարունակեք ավելացնել ուժեղացման փուլերի քանակը, ուժեղացուցիչների ինքնագրգռման հնարավորությունը կավելանա:

Դաշտային ազդեցության տրանզիստորային ուժեղացուցիչ

Ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչները հավաքվում են նաև դաշտային տրանզիստորների վրա (այսուհետ՝ PT): Նման սարքերի շղթաները շատ չեն տարբերվում երկբևեռ տրանզիստորների վրա հավաքվածներից։

Որպես օրինակ կդիտարկվի n-ալիքով մեկուսացված դարպասի FET (ITF տիպի) ուժեղացուցիչ:

Այս տրանզիստորի ենթաշերտին հաջորդաբար միացված է կոնդենսատոր, իսկ զուգահեռաբար միացված է լարման բաժանարար: Ռեզիստորը միացված է FET-ի աղբյուրին (կարող եք նաև օգտագործել կոնդենսատորի և ռեզիստորի զուգահեռ միացում, ինչպես նկարագրված է վերևում): Սահմանափակող ռեզիստորը և հզորությունը միացված են արտահոսքին, և դիմադրության և արտահոսքի միջև ստեղծվում է բեռնման տերմինալ:

Ցածր հաճախականության դաշտային ազդեցության տրանզիստորային ուժեղացուցիչների մուտքային ազդանշանը կիրառվում է դարպասի վրա: Սա նույնպես արվում է կոնդենսատորի միջոցով։

Ինչպես երևում է բացատրությունից, դաշտային ազդեցության տրանզիստորային ուժեղացուցիչի ամենապարզ միացումը ոչնչով չի տարբերվում ցածր հաճախականության երկբևեռ տրանզիստորի ուժեղացուցիչի միացումից:

Սակայն PT-ի հետ աշխատելիս պետք է հաշվի առնել այս տարրերի հետևյալ հատկանիշները՝

1. FET բարձր R_input=I / U_{gate-source: Դաշտային ազդեցության տրանզիստորները կառավարվում են էլեկտրական դաշտով,որը առաջանում է սթրեսից։ Հետևաբար, FET-ները կառավարվում են լարման, ոչ թե հոսանքի միջոցով:}
2. FET-ները գրեթե հոսանք չեն սպառում, ինչը հանգեցնում է սկզբնական ազդանշանի մի փոքր աղավաղման:
3. Չկա լիցքավորման ներարկում դաշտային տրանզիստորներում, ուստի այս տարրերի աղմուկի մակարդակը շատ ցածր է:
4. Ջերմակայուն են։

FET-ների հիմնական թերությունը նրանց բարձր զգայունությունն է ստատիկ էլեկտրականության նկատմամբ:

Շատերին ծանոթ է այն իրավիճակը, երբ թվացյալ ոչ հաղորդիչ բաները ցնցում են մարդուն: Սա ստատիկ էլեկտրականության դրսեւորումն է։ Եթե նման իմպուլս կիրառվի դաշտային տրանզիստորի կոնտակտներից մեկի վրա, տարրը կարող է անջատվել:

Այսպիսով, PT-ի հետ աշխատելիս ավելի լավ է կոնտակտները ձեռքերով չվերցնեք, որպեսզի պատահաբար չվնասեք տարրը։

OpAmp սարք

Գործառնական ուժեղացուցիչը (այսուհետ՝ op-amp) տարբերակված մուտքերով սարք է, որն ունի շատ բարձր հզորություն։

Ազդանշանի ուժեղացումը այս տարրի միակ գործառույթը չէ: Այն կարող է նաև աշխատել որպես ազդանշանի գեներատոր: Այնուամենայնիվ, հենց նրա ուժեղացնող հատկություններն են հետաքրքրում ցածր հաճախականությունների հետ աշխատելու համար:

Օպերատիվ ուժեղացուցիչից ազդանշանի ուժեղացուցիչ պատրաստելու համար հարկավոր է դրան ճիշտ միացնել հետադարձ կապի սխեման, որը սովորական ռեզիստոր է: Ինչպե՞ս հասկանալ, թե որտեղ է միացնել այս միացումը: Դա անելու համար հարկավոր է անդրադառնալ op-amp-ի փոխանցման բնութագրին: Ունի երկու հորիզոնական և մեկ գծային հատված։ Եթե գործառնական կետըսարքը գտնվում է հորիզոնական հատվածներից մեկի վրա, այնուհետև օպերատորը գործում է գեներատորի ռեժիմում (զարկերակային ռեժիմ), եթե այն գտնվում է գծային հատվածում, ապա օպերատորը ուժեղացնում է ազդանշանը։

Op-amp-ը գծային ռեժիմի տեղափոխելու համար անհրաժեշտ է մի կոնտակտով միացնել հետադարձ ռեզիստորը սարքի ելքին, իսկ մյուսը՝ շրջվող մուտքին: Այս ներառումը կոչվում է բացասական արձագանք (NFB):

Եթե պահանջվում է, որ ցածր հաճախականության ազդանշանն ուժեղացվի և չփոխվի փուլով, ապա OOS-ով ինվերտացիոն մուտքը պետք է հիմնավորված լինի, իսկ ուժեղացված ազդանշանը պետք է կիրառվի ոչ հակադարձ մուտքի վրա: Եթե անհրաժեշտ է ուժեղացնել ազդանշանը և փոխել դրա փուլը 180 աստիճանով, ապա չշրջվող մուտքը պետք է հիմնավորված լինի, իսկ մուտքային ազդանշանը պետք է միացվի հակադարձողին։

Այս դեպքում չպետք է մոռանալ, որ գործառնական ուժեղացուցիչը պետք է մատակարարվի հակառակ բևեռականությունների հզորությամբ: Դրա համար նա ունի հատուկ կոնտակտային առաջատարներ:

Կարևոր է նշել, որ նման սարքերի հետ աշխատելը երբեմն դժվար է ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչի միացման համար տարրեր ընտրելը: Դրանց մանրակրկիտ կոորդինացումը պահանջվում է ոչ միայն անվանական արժեքների, այլև այն նյութերի առումով, որոնցից դրանք պատրաստված են, որպեսզի հասնենք շահույթի ցանկալի պարամետրերին:

Ուժեղացուցիչ չիպի վրա

ULF-ը կարող է հավաքվել էլեկտրավակուումային տարրերի, տրանզիստորների և գործառնական ուժեղացուցիչների վրա, միայն վակուումային խողովակներն են անցյալ դարը, իսկ մնացած սխեմաները առանց թերությունների չեն, որոնց ուղղումը անխուսափելիորեն բարդացնում է դիզայնը: ուժեղացուցիչի. Սա անհարմար է։

Ինժեներները վաղուց գտել են ULF ստեղծելու ավելի հարմար տարբերակ. արդյունաբերությունը արտադրում է պատրաստի միկրոսխեմաներ, որոնք գործում են որպես ուժեղացուցիչ:

Այս շղթաներից յուրաքանչյուրը օպերատիվ ուժեղացուցիչների, տրանզիստորների և այլ տարրերի մի շարք է, որոնք միացված են որոշակի ձևով:

Որոշ ULF շարքերի օրինակներ ինտեգրալ սխեմաների տեսքով.

• TDA7057Q.
• K174UN7.
• TDA1518BQ.
• TDA2050.

Բոլոր վերը նշված շարքերը օգտագործվում են աուդիո սարքավորումներում: Յուրաքանչյուր մոդել ունի տարբեր բնութագրեր՝ սնուցման լարում, ելքային հզորություն, ավելացում:

Պատրաստված են բազմաթիվ քորոցներով փոքր տարրերի տեսքով, որոնք հարմար է տեղադրել տախտակի վրա և ամրացնել։

Միկրոշրջանի վրա ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչով աշխատելու համար օգտակար է իմանալ տրամաբանական հանրահաշիվի հիմունքները, ինչպես նաև տրամաբանական տարրերի ՈՒ-ՉԻ, ԿԱՄ-ՉԻ-ի գործարկման սկզբունքները:

Գրեթե ցանկացած էլեկտրոնային սարք կարելի է հավաքել տրամաբանական տարրերի վրա, սակայն այս դեպքում շատ սխեմաներ կստացվեն մեծածավալ և անհարմար տեղադրման համար:

Հետևաբար, ULF ֆունկցիան կատարող պատրաստի ինտեգրալ սխեմաների օգտագործումը, թվում է, ամենահարմար գործնական տարբերակն է։

Սխեմայի բարելավում

Վերոնշյալը օրինակ էր, թե ինչպես կարելի է բարելավել ուժեղացված ազդանշանը երկբևեռ և դաշտային տրանզիստորների հետ աշխատելիս (կոնդենսատորն ու դիմադրությունը զուգահեռաբար միացնելով):

Նման կառուցվածքային բարելավումներ կարելի է կատարել գրեթե ցանկացած սխեմայով: Իհարկե, ավելանում է նոր տարրերի ներմուծումըլարման անկում (կորուստներ), բայց դրա շնորհիվ տարբեր սխեմաների հատկությունները կարող են բարելավվել: Օրինակ, կոնդենսատորները գերազանց հաճախականության զտիչներ են:

Դիմադրողական, կոնդենսիվ կամ ինդուկտիվ տարրերի վրա խորհուրդ է տրվում հավաքել ամենապարզ ֆիլտրերը, որոնք զտում են այն հաճախությունները, որոնք չպետք է ընկնեն շղթայի մեջ: Համակցելով դիմադրողական և կոնդենսիվ տարրերը գործառնական ուժեղացուցիչների հետ՝ կարելի է հավաքել ավելի արդյունավետ զտիչներ (ինտեգրատորներ, Sallen-Key տարբերակիչներ, խազ և ժապավենային ֆիլտրեր):

Եզրակացություն

Հաճախականության ուժեղացուցիչների ամենակարևոր պարամետրերն են՝

• շահույթ;
• ազդանշանի աղավաղման գործակից;
• ելքային հզորություն։

Ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչներն առավել հաճախ օգտագործվում են աուդիո սարքավորումներում: Դուք կարող եք հավաքել սարքի տվյալները գործնականում հետևյալ տարրերի վրա՝

• վակուումային խողովակների վրա;
• տրանզիստորների վրա;
• գործառնական ուժեղացուցիչների վրա;
• պատրաստ չիպերի վրա:

Ցածր հաճախականության ուժեղացուցիչների բնութագրերը կարող են բարելավվել դիմադրողական, կոնդենսիվ կամ ինդուկտիվ տարրերի ներդրմամբ:

Վերոնշյալ սխեմաներից յուրաքանչյուրն ունի իր առավելություններն ու թերությունները. որոշ ուժեղացուցիչներ հավաքվում են թանկ, որոշները կարող են անցնել հագեցվածության, ոմանց համար դժվար է համակարգել օգտագործվող տարրերը: Միշտ կան առանձնահատկություններ, որոնց հետ պետք է զբաղվի ուժեղացուցիչի դիզայները:

Օգտագործելով այս հոդվածում տրված բոլոր առաջարկությունները, դուք կարող եք կառուցել ձեր սեփական ուժեղացուցիչը տնային օգտագործման համարայս սարքը գնելու փոխարեն, որը կարող է շատ թանկ արժենալ, երբ խոսքը վերաբերում է բարձրորակ սարքերին: