Alacsony frekvenciájú erősítő áramkör. Az unf besorolása és működési elve

Az alacsony frekvenciájú erősítő (a továbbiakban: LF) olyan elektronikus eszköz, amely az alacsony frekvenciájú rezgések erősítésére szolgál a fogyasztó számára. Különböző elektronikus elemeken, például különböző típusú tranzisztorokon, lámpákon vagy műveleti erősítőkön hajthatók végre. Minden UNC-nek számos paramétere van, amelyek jellemzik munkájuk hatékonyságát.

Ez a cikk egy ilyen eszköz használatáról, paramétereiről, építési módszereiről szól, különféle elektronikus alkatrészek felhasználásával. Az alacsony frekvenciájú erősítők áramkörét is figyelembe veszik.

Az UNF alkalmazása

Leggyakrabban az UHF-et hangvisszaadásra szolgáló berendezésekben használják, mivel ezen a területen gyakran szükséges a jelfrekvenciát az emberi test által érzékelt (20 Hz-től 20 kHz-ig)erősíteni.

Az UNF egyéb alkalmazásai:

• mérőberendezés;
• hiba észlelése;
• analóg számítástechnikai berendezések.

Általában az alacsony frekvenciájú erősítők különböző elektronikus áramkörök, például rádiók, akusztikus eszközök, televíziók vagy rádióadók alkotóelemei.

Paraméterek

Az erősítő legfontosabb paramétere az erősítési tényező. Ezt a kimeneti jelnek a bemenethez viszonyított arányaként számítják ki. A vizsgált értéktől függően:

• jelenlegi erősítés = kimeneti áram / bemeneti áram;
• feszültség nyereség = kimeneti feszültség / Bemeneti feszültség;
• teljesítmény nyereség = kimeneti teljesítmény / bemeneti teljesítmény.

Egyes eszközök, például az operációs erősítők esetében ennek az együtthatónak az értéke nagyon magas, de a számítások során kényelmetlen túl nagy (valamint túl kicsi) számokkal dolgozni, ezért gyakran az erősítési együtthatókat logaritmikus egységekben fejezik ki. Ehhez a következő képleteket használják:

• teljesítménynövekedés logaritmikus egységekben = a kívánt teljesítménynövekedés 10 * decimális logaritmusa;
• aktuális nyereség logaritmikus egységekben = a kívánt áramerősség 20 * decimális logaritmusa;
• feszültségnövekedés logaritmikus egységekben = a kívánt feszültségnövekedés 20 * decimális logaritmusa.

Az így kiszámított együtthatókat decibelben mérjük. Rövidített név-dB.

Az erősítő következő fontos paramétere a jel torzulási együtthatója. Fontos megérteni, hogy a jelerősítés az átalakulások és változások eredményeként következik be. Nem tény, hogy ezek az átalakulások mindig helyesen történnek. Erre ok, a kimenet a jel eltérhet a bemenettől, például a következő formában.

Nincsenek ideális erősítők, így a torzítás mindig megtörténik. Bizonyos esetekben azonban nem lépik túl a megengedett határértékeket, másokban pedig. Ha az erősítő kimenetén lévő jelek harmonikusai egybeesnek a bemeneti jelek harmonikusaival, akkor a torzítás lineáris, és csak az amplitúdó és a fázis változására csökken. Ha új harmonikusok jelennek meg a kimeneten, akkor a torzítás nemlineáris, mert a hullámforma megváltozásához vezet.

Egyszerűen fogalmazva, ha a torzítás lineáris, és az erősítő bemenetén "a" jel volt, akkor a kimenet "A" jel lesz, és ha nemlineáris, akkor a kimenet "B"jel lesz.

Az erősítő működését jellemző utolsó fontos paraméter a kimeneti teljesítmény. A hatalom fajtái:

1. Névleges.
2. Útlevél zaj.
3. Maximális rövid távú.
4. Maximális hosszú távú.

Mind a négy típust különböző GOST szabványok és szabványok normalizálják.

Lámpák erősítői

Történelmileg az első erősítőket elektronikus lámpákon hozták létre, amelyek az elektro-vákuum eszközök osztályába tartoznak.

A lámpa lezárt izzójában található elektródáktól függően:

• diódák;
• triódák;
• tetrodes;
• pentodes.

Az elektródák maximális száma nyolc. Vannak olyan elektro-vákuum eszközök is, mint a klystronok.

Trióda erősítő

Először is meg kell érteni a befogadási rendszert. Az alacsony frekvenciájú erősítő áramkörének leírása a triódán az alábbiakban található.

A katódot melegítő izzószálra feszültséget alkalmaznak. A feszültséget az anódra is alkalmazzák. Az elektronokat a katódból a hőmérséklet hatására kiütik, amelyek az anódhoz rohannak, amelyre pozitív potenciált alkalmaznak (az elektronok negatív potenciállal rendelkeznek).

, Az elektronok egy részét egy harmadik elektróda elfogja – egy rács, amelyhez feszültséget is táplálnak, csak váltakozva. Az anódáramot (az áramkör egészének áramát) rács segítségével szabályozzák. Ha nagy negatív potenciált alkalmaznak a rácsra, akkor a katód összes elektronja leülepszik rajta, és nem áramlik áram a lámpán keresztül, mert az áram az elektronok irányított mozgása, és a rács blokkolja ezt a mozgást.

A lámpa nyeresége szabályozza az ellenállást, amely a tápegység és az anód között csatlakozik. Beállítja a munkapont kívánt helyzetét a volt-amper karakterisztikán, amelyen az erősítési paraméterek függenek.

Miért olyan fontos a munkapont helyzete? Mert attól függ, hogy mennyi az áram és a feszültség (tehát a teljesítmény) erősödik az alacsony frekvenciájú erősítő áramkörben.

A trióda erősítő kimeneti jelét eltávolítják az anód és az előtte csatlakoztatott ellenállás közötti területről.

Klystron erősítő

Az alacsony frekvenciájú erősítő működési elve a klystronon a jel modulációján alapul, először sebességgel, majd sűrűséggel.

A klystron a következőképpen van elrendezve: a lombikban egy izzószállal fűtött katód, valamint egy kollektor (az anód analógja). Közöttük vannak bemeneti és kimeneti rezonátorok. A katódból kibocsátott elektronokat a katódhoz táplált feszültség gyorsítja fel, majd a kollektorhoz rohan.

Egyes elektronok gyorsabban mozognak, mások lassabban-így néz ki a sebesség moduláció. A mozgás sebességének különbsége miatt az elektronok gerendákba vannak csoportosítva - így nyilvánul meg a sűrűség moduláció. A sűrűség-modulált jel a kimeneti rezonátorhoz jut, ahol azonos frekvenciájú, de nagyobb teljesítményű jelet hoz létre, mint a bemeneti rezonátoré.

Kiderül, hogy az elektronok kinetikus energiája átalakul a kimeneti rezonátor elektromágneses mezőjének mikrohullámú oszcillációinak energiájává. Így erősödik a jel a klystronban.

Az elektro-vákuum erősítők jellemzői

Ha összehasonlítjuk ugyanazt a jelet, amelyet egy csőeszköz és egy UNF erősít a tranzisztorokon, akkor a különbség szabad szemmel látható lesz, nem az utóbbi javára.

Bármely profi zenész azt fogja mondani, hogy a csőerősítők sokkal jobbak mint a fejlett társaik.

Az elektro-vákuumos eszközök már régóta nem fogyasztottak tömegfogyasztást, tranzisztorok és mikrochipek váltották fel őket, de ez nem releváns a hangvisszaadás területén. A hőmérséklet stabilitása és a belső vákuum miatt a lámpaeszközök jobban erősítik a jelet.

Az UNF cső egyetlen hátránya a magas ár, ami logikus: drága olyan elemek előállítása, amelyek nem tömeges keresletben vannak.

Bipoláris tranzisztoros erősítő

Gyakran az erősítő szakaszokat tranzisztorok segítségével állítják össze. Egy egyszerű alacsony frekvenciájú erősítőt csak három fő elemből lehet összeállítani: egy kondenzátorból, egy ellenállásból és egy n-p-n tranzisztorból.

Egy ilyen erősítő összeállításához meg kell földelni a tranzisztor emitterét, sorba kell csatlakoztatni egy kondenzátort az alapjához, párhuzamosan pedig egy ellenállást. A terhelést a kollektor előtt kell elhelyezni. Ebben a sémában tanácsos egy korlátozó ellenállást csatlakoztatni a kollektorhoz.

Az ilyen alacsony frekvenciájú erősítő áramkör megengedett tápfeszültsége 3-12 volt. Az ellenállás névleges értékét kísérletileg kell megválasztani, figyelembe véve, hogy értékének legalább 100-szor nagyobbnak kell lennie, mint a terhelési ellenállás. A kondenzátor névleges értéke 1-100 UF között változhat. Kapacitása befolyásolja az erősítő működésének frekvenciáját. Minél nagyobb a kapacitás, annál alacsonyabb a névleges frekvencia, amelyet a tranzisztor fel tud erősíteni.

A bipoláris tranzisztor alacsony frekvenciájú erősítőjének bemeneti jele egy kondenzátorba kerül. A tápegység pozitív pólusát a terhelés csatlakozási pontjához kell csatlakoztatni, és az ellenállást párhuzamosan kell csatlakoztatni az alaphoz és a kondenzátorhoz.

Az ilyen jel minőségének javítása érdekében csatlakoztathat egy kondenzátort és egy ellenállást, amely párhuzamosan kapcsolódik az emitterhez, negatív visszacsatolás szerepét játszva.

Erősítő két bipoláris tranzisztorral

A nyereség növelése érdekében két egyetlen UHF tranzisztort csatlakoztathat egybe. Ezután ezeknek az eszközöknek az erősítési együtthatói megsokszorozhatók.

Bár ha továbbra is növeljük az erősítő szakaszok számát, az erősítők öngerjesztésének esélye növekszik.

Terepi hatású tranzisztor erősítő

Az alacsony frekvenciájú erősítőket terepi tranzisztorokra (a továbbiakban: PT)is összeszerelik. Az ilyen eszközök áramkörei nem különböznek nagyban a bipoláris tranzisztorokon összeszerelt áramköröktől.

Példaként egy terepi hatású tranzisztor erősítőjét vesszük figyelembe egy N-csatornás (TIR típusú)elszigetelt kapuval.

Ennek a tranzisztornak a hordozójához sorba van kötve egy kondenzátor, párhuzamosan pedig egy feszültségelosztó. A PT forrásához egy ellenállás van csatlakoztatva (a kondenzátor és az ellenállás párhuzamos csatlakoztatását is használhatja, a fent leírtak szerint). Egy korlátozó ellenállás és tápegység csatlakozik a lefolyóhoz, és egy terhelés kimenet jön létre az ellenállás és a lefolyó között.

A terepi tranzisztorok alacsony frekvenciájú erősítőinek bemeneti jele a kapuhoz kerül. Ez egy kondenzátoron keresztül is megtörténik.

Amint az a magyarázatból látható, a térhatású tranzisztor legegyszerűbb erősítőjének áramköre nem különbözik a bipoláris tranzisztor alacsony frekvenciájú erősítőjének áramkörétől.

A PT-vel való munka során azonban érdemes figyelembe venni ezeknek az elemeknek a következő jellemzőit:

1. A PT magas R-vel rendelkezik_bejárat = I / E_kapu-forrás. A terepi tranzisztorokat egy elektromos mező vezérli, amely a feszültség miatt alakul ki. Ezért a PT-t feszültség vezérli, nem áram.
2. A PT szinte nem fogyaszt áramot, ami az eredeti jel gyenge torzulását vonja maga után.
3. A terepi tranzisztorokban nincs töltés-befecskendezés, ezért ezeknek az elemeknek a zajszintje nagyon alacsony.
4. Ezek ellenállnak a hőmérséklet-változásoknak.

A terepi tranzisztorok fő hátránya a statikus elektromosságra való nagy érzékenység.

Sokan ismerik azt a helyzetet, amikor a látszólag nem vezetőképes dolgok sokkolják az embert. Ez a statikus elektromosság megnyilvánulása. Ha ilyen impulzust alkalmaznak a terepi tranzisztor egyik érintkezőjére, akkor letilthatja az elemet.

Így a PT - vel való munkavégzés során jobb, ha nem veszi fel az érintkezőket a kezével, hogy ne véletlenül károsítsa az elemet.

Eszköz egy műveleti erősítőn

Az operációs erősítő (a továbbiakban: OP AMP) Olyan eszköz, amelynek differenciált bemenetei nagyon nagy erősítéssel rendelkeznek.

A jelerősítés nem az egyetlen funkciója ennek az elemnek. Jelgenerátorként is működhet. Mindazonáltal , az erősítő tulajdonságai érdekesek az alacsony frekvenciákkal való munkavégzéshez.

Annak érdekében, hogy jelerősítőt készítsen egy op erősítőből, helyesen kell csatlakoztatni hozzá egy visszacsatoló áramkört, amely egy hagyományos ellenállás. Hogyan lehet megérteni, hol csatlakoztassa ezt az áramkört? Ehhez hivatkoznia kell az op átviteli jellemzőjére. Két vízszintes és egy lineáris szakasza van. Ha a készülék működési pontja az egyik vízszintes szakaszon található, akkor az op-amp Generátor üzemmódban működik (impulzus üzemmód), Ha lineáris szakaszon helyezkedik el, akkor az op-amp erősíti a jelet.

Az op–amp lineáris üzemmódba kapcsolásához egy visszacsatoló ellenállást kell csatlakoztatnia az egyik érintkezővel a készülék kimenetéhez, a másik pedig az invertáló bemenethez. Az ilyen befogadást negatív visszacsatolásnak (Oos)nevezzük.

Ha az alacsony frekvenciájú jelet fel kell erősíteni, és nem változik a fázisban, akkor az OOS invertáló bemenetét földelni kell, és a nem invertáló bemenetre erősített jelet kell alkalmazni. Ha szükséges a jel erősítése és fázisának 180 fokos megváltoztatása, akkor a nem invertáló bemenetet földelni kell, és bemeneti jelet kell alkalmazni az invertálóra.

Ugyanakkor nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy az operációs erősítőt ellentétes polaritású energiával kell ellátni. Ezt csináld meg, ő különleges kapcsolat vezet.

Fontos megjegyezni, hogy amikor ilyen eszközökkel dolgozik, néha nehéz kiválasztani az alacsony frekvenciájú erősítő áramkör elemeit. Gondos összehangolásuk nemcsak a névleges értékek, hanem az anyagok esetében is szükséges, amelyekből készültek, a kívánt erősítési paraméterek elérése érdekében.

Erősítő egy chipen

Az UNF elektro–vákuum elemekre, tranzisztorokra és műveleti erősítőkre szerelhető, csak az elektronikus lámpák a múlt század, a többi áramkör pedig nem hátrányai, amelyek korrekciója elkerülhetetlenül az erősítő kialakításának komplikációját vonja maga után. Ez kényelmetlen.

A mérnökök már régóta találtak egy kényelmesebb módot az ULF létrehozására: az ipar kész chipeket gyárt, amelyek erősítőként működnek.

Ezen áramkörök mindegyike op–erősítők, tranzisztorok és más, bizonyos módon csatlakoztatott elemek halmaza.

Példák az UNF egyes sorozataira integrált áramkörök formájában:

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

A fenti sorozatokat audio berendezésekben használják. Mindegyik modellnek különböző jellemzői vannak: tápfeszültség, kimeneti teljesítmény, erősítési együtthatók.

Kis elemek formájában készülnek, sok terminállal, amelyek kényelmesek a táblára és a tartóra.

Ahhoz, hogy egy alacsony frekvenciájú erősítővel dolgozzon egy chipen, hasznos tudni a logikai algebra alapjait is mivel a működési elvek logikai elemek és-nem, vagy-nem.

Szinte minden elektronikus eszköz összeszerelhető logikai elemekre, de ebben az esetben sok áramkör nehézkes és kényelmetlen lesz a telepítéshez.

Ezért az ULF funkcióját ellátó kész integrált áramkörök használata tűnik a legkényelmesebb gyakorlati lehetőségnek.

A rendszerek javítása

A fentiekben bemutattunk egy példát arra, hogyan javítható az erősített jel bipoláris és terepi tranzisztorokkal végzett munka során (egy kondenzátor és egy ellenállás párhuzamos csatlakoztatásával).

Az ilyen szerkezeti fejlesztések szinte bármilyen rendszerrel elvégezhetők. Természetesen az új elemek bevezetése növeli a feszültségcsökkenést (veszteséget), de ennek köszönhetően javítható a különböző áramkörök tulajdonságai. Például a kondenzátorok kiváló frekvenciaszűrők.

Ellenálló, kapacitív vagy induktív elemeken ajánlott összeállítani a legegyszerűbb szűrőket, amelyek kiszűrik azokat a frekvenciákat, amelyek nem eshetnek az áramkörbe. Az ellenállásos és kapacitív elemek műveleti erősítőkkel való kombinálásával hatékonyabb szűrőket lehet összeállítani (integrátorok, differenciálók a Sallen séma szerint, notch és bandpass szűrők).

Összefoglalva

A frekvenciaerősítők legfontosabb paraméterei a következők:

• nyereség;
• jel torzítási tényező;
• kimeneti teljesítmény.

Az alacsony frekvenciájú erősítőket leggyakrabban a hangberendezésekben használják. Az eszközadatok gyakorlatilag a következő elemeken gyűjthetők:

• vákuumcsöveken;
• tranzisztorokon;
• működési erősítőkön;
• kész zsetonokon.

Az alacsony frekvenciájú erősítők jellemzői javíthatók rezisztív, kapacitív vagy induktív elemek bevezetésével.

A fent felsorolt rendszerek mindegyikének megvan a maga saját előnyei és hátrányai: egyes erősítők összeszerelése drága, egyesek telítettségbe kerülhetnek, mások számára nehéz összehangolni a használt elemeket. Mindig vannak olyan jellemzők, amelyekkel az erősítők tervezésében részt vevő személynek számolnia kell.

Az ebben a cikkben megadott összes ajánlás felhasználásával összeállíthatja saját erősítőjét otthoni használatra, ahelyett, hogy megvásárolná ezt az eszközt, ami sok pénzbe kerülhet, ha kiváló minőségű eszközökről beszélünk.