Niskofrekventni krug pojačavača. Klasifikacija i princip rada unf-a

Niskofrekventni pojačavač (u daljem tekstu LF) je elektronski uređaj dizajniran da pojača niskofrekventne oscilacije na onu koja je potrebna potrošaču. Mogu se izvoditi na različitim elektronskim elementima kao što su tranzistori različitih tipova, lampe ili operativna pojačala. Svi UNC imaju niz parametara koji karakterišu efikasnost njihovog rada.

Ovaj članak govori o upotrebi takvog uređaja, njegovim parametrima, metodama izgradnje pomoću različitih elektronskih komponenti. Takođe će se uzeti u obzir i kola niskofrekventnih pojačala.

Primjena UNF-a

Najčešće se UHF koristi u opremi za reprodukciju zvuka, jer je u ovoj oblasti tehnologije često potrebno pojačati frekvenciju signala na onu koju ljudsko tijelo može percipirati (od 20 Hz do 20 kHz).

Druge primjene UNF-a:

• mjerna oprema;
• detekcija grešaka;
• analogna Računarska oprema.

Uopšteno govoreći, niskofrekventna pojačala se nalaze kao komponente različitih elektronskih kola, na primer, radija, akustičnih uređaja, televizora ili radio predajnika.

Macro parametri

Najvažniji parametar za pojačalo je faktor pojačanja. Izračunava se kao odnos izlaznog signala i ulaza. Ovisno o vrijednosti koja se razmatra, postoje:

• trenutni dobitak = izlazna struja / ulazna struja;
• voltage gain = izlazni voltage / ulazni voltage;
• pojačanje snage = izlazna snaga / ulazna snaga.

Za neke uređaje poput operativnih pojačala vrijednost ovog koeficijenta je vrlo visoka, ali je nezgodno raditi s prevelikim (kao i s premalim) brojevima tijekom proračuna, pa se često koeficijenti pojačanja izražavaju u logaritamskim jedinicama. Za to se koriste sljedeće formule:

• pojačanje snage u logaritamskim jedinicama = 10 * decimalni logaritam željenog pojačanja snage;
• dobitak struje u logaritamskim jedinicama = 20 * decimalni logaritam željenog trenutnog pojačanja;
• pojačanje napona u logaritamskim jedinicama = 20 * decimalni logaritam željenog pojačanja napona.

Ovako izračunati koeficijenti mjere se u decibelima. Skraćeni naziv-dB.

Sljedeći važan parametar amplifier je koeficijent izobličenja signala. Važno je shvatiti da pojačanje signala nastaje kao rezultat njegovih transformacija i promjena. Nije činjenica da će se ove transformacije uvijek desiti ispravno. Za ovo razlog, izlaz signal se može razlikovati od ulaza, na primer, u obliku.

Ne postoje idealna pojačala, tako da se izobličenje uvek dešava. Međutim, u nekim slučajevima ne prelaze dozvoljene granice, au drugim to čine. Ako se harmonici signala na izlazu pojačala poklapaju sa harmonicima ulaznih signala, tada je izobličenje linearno i svodi se samo na promjenu amplitude i faze. Ako se na izlazu pojave novi harmonici, tada je izobličenje nelinearno, jer dovodi do promjene valnog oblika.

Jednostavno rečeno, ako je izobličenje linearno i postojao je signal " a "na ulazu amplifier, tada će izlaz biti signal "a", a ako je nelinearan, tada će izlaz biti signal "B".

Konačni važan parametar koji karakteriše rad amplifier je izlazna snaga. Različiti moći:

1. Nominalno.
2. Buka pasoša.
3. Maksimalno kratkoročno.
4. Maksimalno dugoročno.

Sva četiri tipa su normalizovana različitim GOST standardima i standardima.

Pojačala na lampama

Istorijski gledano, prva pojačala su stvorena na elektronskim lampama, koje pripadaju klasi elektro-vakuumskih uređaja.

U zavisnosti od elektroda koje se nalaze unutar zatvorene sijalice lampe, postoje:

• diode;
• triode;
• tetrode;
• pentode.

Maksimalni broj elektroda je osam. Postoje i takvi elektro-vakuumski uređaji kao što su klystrons.

Pojačalo za Triode

Za početak, potrebno je razumjeti šemu inkluzije. Opis kruga niskofrekventnog pojačala na triodi je dat u nastavku.

Napon se primjenjuje na filament koji zagrijava katodu. Također, napon se primjenjuje na anodu. Elektroni se izbacuju sa katode pod uticajem temperature, koji žure na anodu, na koju se primenjuje pozitivan potencijal (elektroni imaju negativan potencijal).

, Deo elektrona presreće treća elektroda – mreža, u koju se takođe dovodi napon, samo naizmenično. Struja anode (struja u krugu u cjelini) regulira se pomoću mreže. Ako se na mrežu primeni veliki negativni potencijal, svi elektroni sa katode će se taložiti na njoj i nikakva struja neće teći kroz lampu, jer je struja usmereno kretanje elektrona, a mreža blokira ovo kretanje.

Pojačanje lampe reguliše otpornik koji je povezan između napajanja i anode. Postavlja željeni položaj radne tačke na volt-amper karakteristici, od koje zavise parametri pojačanja.

Zašto je položaj radne tačke toliko važan? Zato što zavisi od toga koliko će struja i napon (dakle snaga) biti pojačani u krugu niskofrekventnog amplifier circuit.

Izlazni signal na triodnom pojačalu uklanja se iz područja između anode i otpornika spojenog ispred njega.

Klystron amplifier

Princip rada niskofrekventnog pojačala na klystronu zasniva se na modulaciji signala prvo brzinom, a zatim gustinom.

Klystron je raspoređen na sljedeći način: u tikvici se nalazi katoda zagrijana filamentom i kolektorom (analog anode). Između njih postoje ulazni i izlazni rezonatori. Elektroni koji se emituju iz katode ubrzavaju se naponom koji se dovodi na katodu i jure do kolektora.

Neki elektroni će se kretati brže, drugi sporije-ovako izgleda modulacija brzine. Zbog razlike u brzini kretanja, elektroni se grupišu u snopove - tako se manifestuje modulacija gustine. Signal moduliran gustinom dolazi do izlaznog rezonatora, gdje stvara signal iste frekvencije, ali veće snage od signala ulaznog rezonatora.

Ispostavilo se da se kinetička energija elektrona pretvara u energiju mikrotalasnih oscilacija elektromagnetnog polja izlaznog rezonatora. Ovako se signal pojačava u klystronu.

Karakteristike elektro-vakuumskih pojačavača

Ako uporedimo kvalitet istog signala pojačanog cijevnim uređajem i UNF-om na tranzistorima, onda će razlika biti vidljiva golim okom ne u korist ovog drugog.

Svaki profesionalni muzičar će reći da su cijevi pojačala su mnogo bolji od njihovih naprednih kolega.

Elektro-vakuumski uređaji odavno su van masovne potrošnje, zamijenjeni su tranzistorima i mikročipovima, ali to nije važno za polje reprodukcije zvuka. Zbog temperaturne stabilnosti i usisavanja iznutra, uređaji za lampe bolje pojačavaju signal.

Jedini nedostatak cijevi UNF je visoka cijena, što je i logično: skupa je za proizvodnju elemenata za kojima nije masovna potražnja.

Bipolarni tranzistor amplifier

Često se faze pojačavanja sklapaju pomoću tranzistora. Jednostavno niskofrekventno pojačalo može se sastaviti od samo tri glavna elementa: kondenzatora, otpornika i n-p-n tranzistora.

Da biste sastavili takvo pojačalo, morat ćete uzemljiti emiter tranzistora, serijski spojiti kondenzator na njegovu bazu i paralelno otpornik. Teret treba postaviti ispred sakupljača. Preporučljivo je spojiti ograničavajući otpornik na kolektor u ovoj šemi.

Dozvoljeni napon napajanja takvog niskofrekventnog ampkola lifiera varira od 3 do 12 volti. Nominalnu vrijednost otpornika treba izabrati eksperimentalno, uzimajući u obzir da bi njegova vrijednost trebala biti najmanje 100 puta veća od otpora opterećenja. Nominalna vrijednost kondenzatora može varirati od 1 do 100 UF. Njegov kapacitet utiče na količinu frekvencije sa kojom amplifier može raditi. Što je veći kapacitet, niža je nominalna frekvencija koju tranzistor može pojačati.

Ulazni signal niskofrekventnog pojačavača na bipolarnom tranzistoru dovodi se u kondenzator. Pozitivni pol napajanja mora biti spojen na priključnu tačku opterećenja, a otpornik paralelno s bazom i kondenzatorom.

Da biste poboljšali kvalitetu takvog signala, možete spojiti kondenzator i otpornik spojen paralelno s emiterom, igrajući ulogu negativne povratne informacije.

Pojačalo sa dva bipolarna tranzistora

Da biste povećali pojačanje, možete spojiti dva pojedinačna UHF Tranzistora u jedan. Tada se koeficijenti pojačanja ovih uređaja mogu pomnožiti.

Iako ako nastavimo da povećavamo broj stepena pojačavača, šansa za samo-pobudu pojačavača će se povećati.

Tranzistor sa efektom polja amplifier

Niskofrekventna pojačala se takođe sklapaju na tranzistorima sa efektom polja (u daljem tekstu PT). Krugovi takvih uređaja se ne razlikuju mnogo od onih koji su sastavljeni na bipolarnim tranzistorima.

Kao primer, razmotrićemo pojačalo na tranzistoru sa efektom polja sa izolovanom kapijom sa n-kanalom (tir tip).

Kondenzator je serijski spojen na podlogu ovog tranzistora, a paralelno je spojen razdjelnik napona. Otpornik je spojen na izvor PT (možete koristiti i paralelnu vezu kondenzatora i otpornika, kao što je gore opisano). Ograničavajući otpornik i napajanje povezani su na odvod, a između otpornika i odvoda stvara se izlaz opterećenja.

Ulazni signal do niskofrekventnih pojačala na tranzistorima sa efektom polja se dovodi do kapije. Ovo se takođe radi preko kondenzatora.

Kao što se može vidjeti iz objašnjenja, krug najjednostavnijeg amplifier na tranzistoru sa efektom polja se ne razlikuje od kruga niskofrekventnog amplifier na bipolarnom tranzistoru.

Međutim, kada radite s PT-om, vrijedi uzeti u obzir sljedeće karakteristike ovih elemenata:

1. PT ima visok R_ulaz = I / U_{izvor kapije}. Tranzistore sa efektom polja kontroliše električno polje koje nastaje zbog napona. Stoga se PT kontroliše naponom, a ne strujom.
2. PT gotovo ne troši struju, što podrazumijeva slabo izobličenje originalnog signala.
3. U tranzistorima sa efektom polja nema ubrizgavanja naboja, tako da je nivo buke ovih elemenata veoma nizak.
4. Otporni su na promjene temperature.

Glavni nedostatak tranzistora sa efektom polja je visoka osetljivost na statički elektricitet.

Mnogi ljudi su upoznati sa situacijom kada naizgled neprovodne stvari šokiraju osobu. Ovo je manifestacija statičkog elektriciteta. Ako se takav impuls primijeni na jedan od kontakata tranzistora polja-efekat, moguće je onemogućiti element.

Dakle, kada radite sa PT-om, bolje je da ne preuzimate kontakte rukama, kako slučajno ne biste oštetili element.

Uređaj na operativnom pojačalu

Operativni amplifier (u daljem tekstu OP AMP) Je uređaj sa diferenciranim ulazima koji imaju veoma visok dobitak.

Pojačanje signala nije jedina funkcija ovog elementa. Takođe može raditi kao generator signala. Ipak , njegova pojačavajuća svojstva su zanimljiva za rad sa niskim frekvencijama.

Da biste od op amp-a napravili pojačalo signala, potrebno je na njega pravilno spojiti povratno kolo, koje je konvencionalni otpornik. Kako da shvatim, gdje spojiti ovaj krug? Da biste to učinili, morate se obratiti karakteristikama prijenosa za op. Ima dva horizontalna i jedan linearni deo. Ako se radna tačka uređaja nalazi na jednoj od horizontalnih sekcija, tada op-amp radi u generatorskom režimu (pulsni režim), ako se nalazi na linearnom delu, tada op-amp pojačava signal.

Da biste prebacili op-amp u linearni način rada, morate spojiti povratni otpornik jednim kontaktom na izlaz uređaja, a drugim na invertni ulaz. Takva inkluzija se zove negativna povratna informacija (OOS).

Ako je potrebno da se niskofrekventni signal pojača i da se ne mijenja u fazi, tada treba uzemljiti invertni ulaz iz OOS-a, a na neinvertujući ulaz treba primijeniti pojačani signal. Ako je potrebno pojačati signal i promijeniti njegovu fazu za 180 stepeni, tada se neinvertujući ulaz mora uzemljiti, a ulazni signal se mora primijeniti na invertni.

Istovremeno, ne smijemo zaboraviti da operativni pojačavač mora biti snabdjeven snagom suprotnih polariteta. Da bi to učinio, on ima posebne kontakte za kontakt.

Važno je napomenuti da je prilikom rada sa takvim uređajima ponekad teško izabrati elemente za niskofrekventno pojačalo kolo. Njihova pažljiva koordinacija potrebna je ne samo za nominalne vrijednosti, već i za materijale od kojih su izrađene, kako bi se postigli željeni parametri pojačanja.

Pojačalo na čipu

UNF se može sastaviti na elektro–vakuumskim elementima, tranzistorima i operativnim pojačalima, samo su elektronske lampe prošlog veka, a ostali krugovi nisu bez nedostataka, čija korekcija neizbežno podrazumeva komplikaciju dizajna pojačala. Nezgodno je.

Inženjeri su odavno pronašli pogodniji način za stvaranje ULF-a: industrija proizvodi gotove čipove koji djeluju kao pojačala.

Svaki od ovih krugova je skup op-ampera, tranzistora i drugih elemenata povezanih na određeni način.

Primjeri nekih serija UNF-a u obliku integrisanih kola:

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

Sve gore navedene serije se koriste u audio opremi. Svaki od modela ima različite karakteristike: napon napajanja, izlazna snaga, koeficijenti pojačanja.

Izrađeni su u obliku malih elemenata sa mnogo terminala, koji su pogodni za postavljanje na ploču i montiranje.

Za rad sa niskofrekventnim pojačalom na čipu, korisno je poznavati i osnove logičke algebre kao principi operacije logičkim elementima i-ne, ili-ne.

Gotovo svi elektronski uređaji mogu se sastaviti na logičkim elementima, ali u ovom slučaju mnogi krugovi će se pokazati glomaznim i nezgodnim za montažu.

Stoga se čini da je upotreba gotovih integrisanih kola koja obavljaju funkciju ULF najprikladnija praktična opcija.

Poboljšanje šema

Gore je dat primjer kako se pojačani signal može poboljšati pri radu s bipolarnim i terenskim tranzistorima (spajanjem paralelne veze kondenzatora i otpornika).

Takve strukturne nadogradnje mogu se izvršiti sa gotovo svim šemama. Naravno, uvođenje novih elemenata povećava pad napona (gubitak), ali zahvaljujući tome moguće je poboljšati svojstva različitih krugova. Na primjer, kondenzatori su odlični frekvencijski filteri.

Na otpornim, kapacitivnim ili induktivnim elementima preporučuje se montiranje najjednostavnijih filtera koji filtriraju frekvencije koje ne bi trebale pasti u krug. Kombinacijom otpornih i kapacitivnih elemenata sa operativnim pojačalima moguće je sastaviti efikasnije filtere (integratore, diferencijatore prema sallen šemi, filterima zarez i pojas).

U zaključku

Najvažniji parametri frekvencijskih pojačala su:

• gain;
• faktor izobličenja signala;
• izlazna snaga.

Niskofrekventna pojačala se najčešće koriste u ozvučenju. Moguće je prikupiti podatke uređaja praktično za sljedeće elemente:

• na vakuumskim cijevima;
• na tranzistorima;
• na operativnim pojačalima;
• na gotovim čipovima.

Karakteristike niskofrekventnih pojačala mogu se poboljšati uvođenjem otpornih, kapacitivnih ili induktivnih elemenata.

Svaka od gore navedenih šema ima svoju vlastite prednosti i nedostaci: neki amplifieri su skupi za montažu, neki mogu ići u zasićenost, za neke je teško koordinirati korištene elemente. Uvek postoje karakteristike sa kojima osoba uključena u dizajn pojačala mora da računa.

Koristeći sve preporuke date u ovom članku, možete sastaviti vlastito pojačalo za kućnu upotrebu umjesto kupovine ovog uređaja, što može koštati mnogo novca ako govorimo o visokokvalitetnim uređajima.