Krug pojačala niske frekvencije. Klasifikacija i princip rada ULF-a

Niskonaponsko pojačalo (u daljnjem tekstu ULF) je elektronički uređaj dizajniran za pojačavanje niskih frekvencija oscilacija od onih koje zahtijeva potrošač. Mogu se izvoditi na različitim elektroničkim elementima kao što su tranzistori različitih tipova svjetiljki ili operativna pojačala. Svi UHF imaju niz parametara koji karakteriziraju učinkovitost njihovog rada. U ovom članku, bit će vam rečeno o korištenju takvog uređaja, njegovih parametara, metoda gradnje uz pomoć raznih elektroničkih komponenti. Također, razmotrit će se sklopovi niskofrekventnih pojačala.

Upotreba ULF-a
Često se ULF-ovi koriste u opremi za reprodukciju zvuka, jer je u tom području tehnologije često potrebno povećati frekvenciju signala na onu koju ljudsko tijelo može opaziti (od 20 Hz do 20 kHz).


Ostala područja UFR-a koriste:
  • mjernu opremu;
  • defektoskopija;
  • analogno računanje.
  • Općenito se utvrđuje da su niskofrekventna pojačala komponente raznih elektroničkih sklopova, kao što su radio prijemnici, akustični uređaji, televizori ili radijski odašiljači.

    Parametri

    Najvažniji parametar za pojačalo je dobitak. Izračunava se kao omjer izlaznog signala na ulaz. Ovisno o promatranoj veličini, izdvojite:
  • strujnu dobit = izlaznu struju /ulaznu struju;
  • koeficijentnaponsko pojačanje = izlazni napon /ulazni napon;
  • faktor snage = izlazna snaga /ulazna snaga.
  • Za neke uređaje, kao što su operativna pojačala, vrijednost ovog omjera je vrlo velika, ali nije prikladno raditi s vrlo velikim (kao i vrlo malim) brojevima u izračunima, tako da su faktori pojačanja često izraženi u logaritamskim jedinicama. U tu svrhu koriste se sljedeće formule:


  • dobivanje snage u logaritamskim jedinicama = 10 * decimalni logaritam željenog dobitka na snazi;
  • Tekući dobitak u logaritamskim jedinicama = 20 * Decimalni logaritam željenog pojačanja struje;
  • dobitak napona u logaritamskim jedinicama = 20 * decimalni logaritam željenog faktora naponskog pojačanja.
  • Izračunato na ovaj način, koeficijenti se mjere u decibelima. Kratica - dB. Sljedeći važan parametar pojačala je faktor izobličenja signala. Važno je razumjeti da se pojačavanje signala javlja kao rezultat njegovih transformacija i promjena. Nije činjenica da će se te transformacije uvijek dogoditi ispravno. Zbog toga se izlazni signal može razlikovati od ulaza, na primjer u obliku. Idealna pojačala ne postoje, tako da se uvijek dešava distorzija. Međutim, u nekim slučajevima oni ne prelaze dopuštene granice, dok u drugima idu. Ako se harmonici signala na izlazu pojačala poklapaju s harmonicima ulaznih signala, tadalinearnim izobličenjima i svodi se samo na promjene amplitude i faze. Ako se na izlazu pojavljuju novi harmonici, tada dolazi do nelinearnih distorzija, jer one dovode do promjene oblika signala.
    Jednostavno rečeno, ako je linearno izobličenje i ulaz pojačala bio "a", izlaz će biti signal "A", a ako je nelinearan, izlaz će biti signal "B". Posljednji važan parametar koji karakterizira rad pojačala je izlazna snaga. Varijante snage:
  • Nominalni.
  • Buka za putovnicu.
  • Maksimum je kratkoročan.
  • Maksimalna trajnost.
  • Sva četiri tipa standardizirana su različitim GOST-ovima i standardima.

    Amperi na svjetiljkama

    Povijesno gledano, prva pojačala nastala su na elektronskim cijevima koje pripadaju klasi električnih vakuumskih uređaja. Ovisno o unutrašnjosti zapečaćene žarulje, razlikuju se žarulje elektroda:
  • diode;
  • triode;
  • tetrode;
  • pentode.Maksimalni broj elektroda je osam. Postoje i takvi elektrovakuumski uređaji kao klistroni.

    Triode amplifier

    Za početak, trebate razmotriti shemu uključivanja. Opis niza niskofrekventnog pojačala u triodu je dan u nastavku. Na gori koja zagrijava katodu, primjenjuje se napon. Također, napon se dovodi do anode. Iz katode, pod utjecajem temperature, izvlače se elektroni, koji su usmjereni na anodu, kojoj je dan pozitivni potencijal (u potencijalu elektrona je negativan). Dio elektrona se presreće trećom elektrodom, koja je također dodanapromjenjivi napon. Uz pomoć rešetke regulira se anodna struja (struja u krugu kao cjelini). Ako rešetka predstavlja veliki negativni potencijal, svi elektroni s katode će se smiriti na njemu, a kroz svjetiljku neće biti struje, jer je struja usmjereno gibanje elektrona, a rešetka blokira kretanje.
    Dobitak žarulje podešava otpornik spojen između napajanja i anode. On određuje potrebnu poziciju radne točke za karakteristiku napon-struja, od koje ovise parametri pojačanja. Zašto je položaj radne stanice tako važan? Jer to ovisi o tome koliko struje i napona (a time i snage) će biti pojačan u krug pojačala niske frekvencije. Izlazni signal na triodnom pojačalu se uklanja iz područja između anode i otpornika koji se nalazi ispred njega.

    Klystron pojačalo

    Princip rada niskofrekventnog pojačala na klistronu temelji se na modulaciji signala na početku pri brzini, a zatim na gustoći. Klaristron je raspoređen na sljedeći način: u tikvici je katoda zagrijana žarnom niti i kolektor (analog anode). Između njih nalaze se ulazni i izlazni rezonatori. Elektroni emitirani iz katode ubrzavaju se naponom dovedenim u katodu i usmjeravaju prema kolektoru. Neki elektroni će se kretati brže, drugi će biti sporiji - to izgleda kao modulacija brzinom. Zbog razlike u brzini elektrona, elektroni su grupirani u snopove - tako je prikazana modulacija gustoće. Signal gustoće moduliran ulazi u izlazni rezonator, gdjegenerira signal iste frekvencije, ali više snage od ulaznog rezonatora. Pokazalo se da se kinetička energija elektrona pretvara u energiju mikrovalnih oscilacija elektromagnetskog polja izlaznog rezonatora. Tako se signal pojačava u klistronu.

    Značajke elektrovakuumskih pojačala

    Ako usporedite kvalitetu istog signala pojačanog s cijevnim uređajem i ULF-om na tranzistorima, tada će razlika biti vidljiva golim okom ne u korist potonjih.

    Svaki profesionalni glazbenik će reći da su pojačala svjetla mnogo bolja od njihovih naprednih kolega. Elektro-vakuumski uređaji već dugo izlaze iz masovne potrošnje, zamjenjuju tranzistore i mikrokontrole, ali to nije relevantno za područje reprodukcije zvuka. Zbog stabilnosti temperature i vakuuma u uređajima za svjetiljke, signal se bolje pojačava. Jedini nedostatak ULF svjetiljke je visoka cijena, što je i logično: skupo je proizvoditi predmete koji nisu popularni.

    Pojačalo u bipolarnom tranzistoru

    Često se pojačavajuće kaskade sklapaju pomoću tranzistora. Jednostavno niskofrekventno pojačalo može prikupiti samo tri glavna elementa: kondenzator, otpornik i n-p-n tranzistor. Za sastavljanje takvog pojačala bit će potrebno uzemljiti odašiljač tranzistora, povezati ga s bazom serijski kondenzator, a paralelno - otpornik. Opterećenje treba postaviti ispred kolektora. Za kolektor u ovom krugu, preporučljivo je spojiti ograničavajući otpornik. Prihvatljivi napon napajanja ovog krugaNiska frekvencija pojačala se kreće od 3 do 12 volti. Nominalnu vrijednost otpornika treba odabrati eksperimentalno, uzimajući u obzir da bi njegova vrijednost trebala biti najmanje 100 puta veća od otpora opterećenja. Nazivni kondenzator može biti u rasponu od 1 do 100 μF. Njegov kapacitet utječe na frekvenciju kojom pojačalo može raditi. Što je kapacitet veći, to je niža frekvencija koju tranzistor može pojačati.
    Ulaz niskofrekventnog pojačala na bipolarnom tranzistoru dovodi se do kondenzatora. Pozitivni stup napajanja treba priključiti na mjesto priključka otpornika opterećenja i paralelno priključiti na bazu i kondenzator. Kako bi se poboljšala kvaliteta ovog signala, moguće je spojiti kondenzator i otpornik paralelno emiteru koji igra negativnu ulogu.

    Pojačalo na dva bipolarna tranzistora

    Da biste povećali dobitak, možete spojiti dvije pojedinačne ULF-ove u tranzistore u jednu. Tada se dobitak ovih uređaja može povećati. Međutim, ako nastavite povećavati broj stupnjeva pojačala, tada će se povećati vjerojatnost samoosvjesnih pojačala.

    Pojačalo na poljskom tranzistoru

    Niska frekvencijska pojačala također se prikupljaju na terenskim tranzistorima (u daljnjem tekstu PA). Krugovi takvih uređaja se ne razlikuju mnogo od onih prikupljenih na bipolarnim tranzistorima. Kao primjer, razmatrat će se pojačalo na poljskom tranzistoru s izoliranim vratima s n-kanalom (tip TIR). Na podlogu ovogatranzistor je spojen u nizu kondenzator, paralelno - djelitelj napona. Na propuštanje PA-a priključen je otpornik (možete koristiti i paralelnu vezu između kondenzatora i otpornika, kao što je gore opisano). Ograničeni otpornik i napajanje priključeni su na odvod, a zaključak je izvučen između otpornika i odvoda. Ulaz u niskofrekventna pojačala na tranzistorima polja se dovodi do vrata. To se također radi preko kondenzatora. Kao što se može vidjeti iz objašnjenja, shema najjednostavnijeg pojačala u polju tranzistora se ne razlikuje od niskofrekventnog kruga pojačala na bipolarnom tranzistoru. Istina, kod rada s PT potrebno je uzeti u obzir sljedeće značajke ovih elemenata:
  • U PT high R ulaz = I /U propuštanje zatvarača. Polje tranzistora kontrolira električno polje, koje se generira naponom. Dakle, PT su pod kontrolom napona, a ne struje.
  • FT gotovo ne troši struju, što dovodi do slabog izobličenja izlaznog signala.
  • ​​
  • U polju tranzistora nema injektiranja naboja, tako da je razina buke tih elemenata vrlo niska.
  • Otporne su na temperaturne promjene. Glavni nedostatak terenskih tranzistora je visoka osjetljivost na statički elektricitet. Mnogi ljudi poznaju situaciju kada naizgled neprovodljive stvari pogodi čovjekova struja. To je manifestacija statičkog elektriciteta. Ako se taj impuls primijeni na jedan od kontakata tranzistora polja, moguće je onemogućiti element. Dakle, kada radite s PT bolje je ne uzeti ruke za kontakteNemojte slučajno oštetiti predmet.

    Uređaj na operativnom pojačalu

    Operativno pojačalo (u daljnjem tekstu OP) - uređaj s diferenciranim ulazima, koji ima vrlo visok dobitak. Pojačanje signala nije jedina funkcija ovog elementa. Može raditi kao generator signala. Međutim, upravo su njegova svojstva poboljšanja zanimljiva za rad s niskim frekvencijama. Da bi se dobilo pojačalo signala iz op amp, potrebno je na njega ispravno spojiti povratni krug, koji predstavlja normalan otpornik. Kako razumjeti gdje povezati ovaj lanac? Da biste to učinili morate se pozvati na karakteristike prijenosa OS-a. Ima dva horizontalna i jedan linearni presjek. Ako se radna točka uređaja nalazi na jednom od vodoravnih sekcija, tada OP djeluje u modu generatora (pulsni mod), ako je u linearnom području, tada OA pojačava signal. Da bi se OD prebacili u linearni način, potrebno je spojiti otpornik povratne veze s jednim kontaktom na izlaz uređaja, a drugi na invertirajući ulaz. Takvo uključivanje naziva se negativna povratna sprega (OOS). Ako je poželjno da se niskofrekventni signal pojačava i ne mijenja u fazi, tada bi invertirajući ulaz iz EOS-a trebao biti uzemljen, a na neinvertirajući ulaz treba primijeniti signal pojačala. Ako trebate pojačati signal i promijeniti njegovu fazu za 180 stupnjeva, tada neinvertirajući ulaz mora biti uzemljen, i mora se primijeniti invertirajući ulazni signal. U isto vrijeme, ne treba zaboraviti da je potrebno dostaviti operativno pojačalosnaga suprotnog polariteta. Da bi to učinio, on ima posebne kontaktne točke. Važno je napomenuti da je rad s takvim uređajima ponekad teško pokupiti elemente za krug pojačala niske frekvencije. Njihova točna koordinacija potrebna je ne samo za nominalnu vrijednost, već i za materijale iz kojih su izrađeni, kako bi se postigle željene postavke za dobitak.

    Pojačalo na čipu

    ULF se može prikupljati i elektrovakuumskim elementima, a na tranzistorima, te na operacijskim pojačalima, samo elektroničke žarulje - ove prošle godine, a druge sheme nisu bez grešaka, fiksiranje koje neizbježno uzrokuje komplikacije dizajna pojačala , To je nezgodno. Inženjeri su odavno pronašli prikladniju mogućnost za stvaranje UFR-a: industrija proizvodi gotove čipove koji djeluju kao pojačala. Svaki od tih krugova - skup op-pojačala, tranzistora i drugih elemenata, povezanih na određeni način. Primjeri nekih serija ULF-ova u obliku integriranih krugova:
  • TDA7057Q.
  • K174UN7.
  • TDA1518BQ.
  • TDA2050.
  • Sve gore navedene serije koriste se u video opremi. Svaki od modela ima različite karakteristike: napon napajanja, izlaznu snagu, faktor pojačanja. Izrađene su u obliku malih elemenata s mnogo zaključaka, koji se jednostavno nalaze na ploči i montiraju. Za rad s niskofrekventnim pojačalom na čipu korisno je poznavati osnove logičke algebre, kao i principe logičkih elemenata I-NOT, OR-NO. Na logičnim elementima možete prikupiti gotovo sveelektronički uređaji, ali u ovom slučaju, mnogi krugovi će biti glomazni i nezgodni za instalaciju. Stoga je upotreba gotovih integriranih sklopova, koji obavljaju funkciju ULF-a, najpraktičnija praktična opcija.

    Poboljšanje krugova

    Primjer kako poboljšati signal pojačala pri radu s bipolarnim i poljskim tranzistorima (spajanjem paralelnog spoja kondenzatora i otpornika) dan je gore. Takva strukturalna modernizacija može se obaviti s gotovo bilo kojom shemom. Naravno, uvođenje novih elemenata povećava pad napona (gubitka), ali zahvaljujući tome možete poboljšati svojstva različitih krugova. Na primjer, kondenzatori su izvrsne frekvencije filtra. Na otpornim, kapacitivnim ili induktivnim elementima, preporučuje se prikupljanje blizinskih filtara koji odsijecaju frekvencije koje ne bi trebale pasti u krug. Kombiniranjem otporničkih i kapacitivnih elemenata s operativnim pojačalima moguće je prikupiti učinkovitije filtre (integratore, Sullen-Ki diferencijatore, odbojne i pojasne filtre).

    U zaključku

    najvažniji parametri pojačala su:
  • dobitak;
  • koeficijent izobličenja signala;
  • izlazna snaga.
  • Niskofrekventna pojačala najčešće se koriste u zvučnoj opremi. Podatke o uređaju moguće je prikupiti praktički na sljedećim elementima:
  • na električnim vakuumskim cijevima;
  • o tranzistorima;
  • na operacijskim pojačalima;
  • na krajučips. Karakteristike niskofrekventnih pojačala mogu se poboljšati uvođenjem otporničkih, kapacitivnih ili induktivnih elemenata. Svaki od gornjih dijagrama ima svoje prednosti i nedostatke: neke pojačala su skupa za prikupljanje, što može biti zasićeno, za neke je teško uskladiti korištene elemente. Uvijek postoje osobitosti s kojima se mora računati osoba koja se bavi dizajnom pojačala. Koristeći sve preporuke u ovom članku, možete izgraditi vlastito pojačalo za kućnu uporabu umjesto kupnje ove opreme, što može koštati mnogo novca kada je riječ o uređajima visoke kvalitete.
  • Povezane publikacije