Pastiprināšana ir signāla stipruma palielināšanas process, palielinot konkrētā signāla amplitūdu, nemainot tā īpašības. RC savienots pastiprinātājs ir daudzpakāpju pastiprinātāja daļa, kurā dažādi pastiprinātāju posmi ir savienoti, izmantojot rezistora un kondensatora kombināciju. Pastiprinātāja ķēde ir viena no pamata shēmas elektronikā.
Pastiprinātājs, kas pilnībā balstīts uz tranzistoru, būtībā ir pazīstams kā tranzistora pastiprinātājs. Ieejas signāls var būt strāvas signāls, sprieguma signāls vai strāvas signāls. Pastiprinātājs pastiprinās signālu, nemainot tā īpašības, un izeja būs modificēta ieejas signāla versija. Pastiprinātāju pielietojums ir plašs. Tos galvenokārt izmanto audio un video instrumentos, sakaros, kontrolieros utt.
Vienpakāpes kopējā emitētāja pastiprinātājs:
Zemāk parādīta vienpakāpes kopējā emitera tranzistora pastiprinātāja shēma:
Vienpakāpes kopējā emitētāja RC savienots pastiprinātājs
Ķēdes skaidrojums
Vienpakāpes kopējais emitētāja RC savienotais pastiprinātājs ir vienkārša un elementāra pastiprinātāja shēma. Šīs shēmas galvenais mērķis ir iepriekšēja pastiprināšana, proti, panākt, lai vāji signāli būtu pietiekami spēcīgi turpmākai pastiprināšanai. Pareizi projektējot, šis RC savienotais pastiprinātājs var nodrošināt lieliskas signāla īpašības.
Kondensators Cin pie ieejas darbojas kā filtrs, ko izmanto, lai bloķētu līdzstrāvas spriegumu un pieļauj tranzistoram tikai maiņstrāvas spriegumu. Ja kāds ārējs līdzstrāvas spriegums sasniedz tranzistora pamatni, tas mainīs novirzes apstākļus un ietekmēs pastiprinātāja darbību.
R1 un R2 rezistori tiek izmantoti, lai nodrošinātu pareizu bipolārā tranzistora novirzi. R1 un R2 veido novirzes tīklu, kas nodrošina nepieciešamo bāzes spriegumu, lai vadītu tranzistora neaktīvo reģionu.
Reģions starp nogriezto un piesātināto reģionu ir pazīstams kā aktīvais reģions. Reģions, kurā bipolārā tranzistora darbība ir pilnībā izslēgta, ir pazīstams kā izslēgšanas reģions, un reģions, kurā tranzistors ir pilnībā ieslēgts, ir pazīstams kā piesātinājuma reģions.
Rezistori Rc un Re tiek izmantoti, lai pazeminātu Vcc spriegumu. Rezistors Rc ir kolektora rezistors, un Re ir izstarojošais rezistors. Abi ir izvēlēti tā, ka abiem iepriekšminētajā ķēdē vajadzētu samazināt Vcc spriegumu par 50%. Emitētāja kondensators Ce un izstarotāja rezistors veic negatīvas atsauksmes, lai ķēdes darbība būtu stabilāka.
Divpakāpju kopējā emitētāja pastiprinātājs:
Zemāk esošā shēma apzīmē divpakāpju kopējo emitētāja režīma tranzistora pastiprinātāju, kur rezistoru R izmanto kā slodzi, un kondensatoru C izmanto kā savienojuma elementu starp pastiprinātāja ķēdes diviem posmiem.
Divpakāpju kopējā emitētāja RC savienots pastiprinātājs
Ķēdes skaidrojums:
Kad ievada maiņstrāvu. signāls tiek iedarbināts uz 1 tranzistora pamatnisvRC savienotā pastiprinātāja pakāpe, no funkciju ģeneratora, pēc tam to pastiprina visā 1. posma izvadē. Šis pastiprinātais spriegums tiek pievienots pastiprinātāja nākamā posma pamatnei caur sakabes kondensatoru Cout, kur tas tiek vēl vairāk pastiprināts un atkal parādās otrās pakāpes izejā.
Tādējādi secīgie posmi pastiprina signālu, un kopējais pieaugums tiek paaugstināts līdz vēlamajam līmenim. Daudz lielāku pastiprinājumu var iegūt, secīgi savienojot vairākus pastiprinātāja posmus.
Pretestības-kapacitātes (RC) savienojumu pastiprinātājos visplašāk izmanto, lai savienotu pirmās pakāpes izvadi ar otrā posma ieeju (bāzi) un tā tālāk. Šis savienojuma veids ir vispopulārākais, jo tas ir lēts un nodrošina pastāvīgu pastiprinājumu plašā frekvenču diapazonā.
Transistors kā pastiprinātāji
Zinot par dažādām RC savienoto pastiprinātāju shēmām, ir svarīgi zināt par tām tranzistoru pamati kā pastiprinātāji. Trīs parasti izmantoto bipolāro tranzistoru konfigurācijas ir kopējais bāzes tranzistors (CB), kopējais emitera tranzistors (CE) un kopējais kolektoru tranzistors (CE). Izņemot tranzistorus, operatīvie pastiprinātāji var izmantot arī pastiprināšanas nolūkos.
- Parastais izstarotājs konfigurācija parasti tiek izmantota audio pastiprinātāja lietojumprogrammā, jo parastajam izstarotājam ir pozitīvs ieguvums un arī lielāks par vienotību. Šajā konfigurācijā izstarotājs ir savienots ar zemi, un tam ir augsta ieejas pretestība. Izejas pretestība būs vidēja. Lielāko daļu šāda veida tranzistora pastiprinātāja lietojumu parasti izmanto RF komunikācija optisko šķiedru sakari (OFC).
- Kopējās bāzes konfigurācijas ieguvums ir mazāks par vienotību. Šajā konfigurācijā kolektors ir savienots ar zemi. Mums ir zema izejas pretestība un augsta ieejas pretestība kopējā bāzes konfigurācijā.
- Parasts kolekcionārs konfigurācija ir pazīstama arī kā izstarotājs sekotājs jo kopējam izstarotājam pielietotā ievade parādās pāri kopējā kolektora izvadam. Šajā konfigurācijā kolektors ir savienots ar zemi. Tam ir zema izejas pretestība un augsta ieejas pretestība. Tā ieguvums ir gandrīz vienāds ar vienotību.
Tranzistora pastiprinātāja pamatparametri
Pirms pastiprinātāja izvēles mums jāņem vērā šādas specifikācijas. Labam pastiprinātājam jābūt visām šīm specifikācijām:
- Tam vajadzētu būt ar augstu ieejas pretestību
- Tam vajadzētu būt ar augstu stabilitāti
- Tam jābūt ar augstu linearitāti
- Tam vajadzētu būt lielam pieaugumam un joslas platumam
- Tam jābūt ar augstu efektivitāti
Joslas platums:
Frekvenču diapazons, ko pastiprinātāja ķēde var pareizi pastiprināt, ir pazīstams kā konkrētā pastiprinātāja joslas platums. Zemāk redzamā līkne apzīmē frekvences reakcija vienpakāpes RC savienotā pastiprinātāja.
R C saistītā frekvences reakcija
Līkni, kas attēlo pastiprinātāja pastiprinājuma variāciju ar frekvenci, sauc par frekvences reakcijas līkni. Joslas platumu mēra starp enerģijas apakšējo un augšējo pusi. P1 punkts ir attiecīgi zemākā jauda un P2 ir attiecīgi augšējā puse. Labam audio pastiprinātājam ir jābūt joslas platumam no 20 Hz līdz 20 kHz, jo tas ir dzirdamais frekvenču diapazons.
Iegūt:
Pastiprinātāja pastiprinājumu definē kā izejas jaudas un ieejas jaudas attiecību. Peļņu var izteikt vai nu decibelos (dB), vai skaitļos. Gain parāda, cik daudz pastiprinātājs spēj pastiprināt tam piešķirto signālu.
Šis vienādojums norāda skaita pieaugumu:
G = menca / tapa
Kur Pout ir pastiprinātāja izejas jauda
Taps ir pastiprinātāja ieejas jauda
Tālāk sniegtais vienādojums norāda pieaugumu decibelos (DB):
Ieguvums DB = 10log (Pout / Pin)
Peļņu var izteikt arī spriegumā un strāvā. Sprieguma pieaugums ir izejas sprieguma attiecība pret ieejas spriegumu, un strāvas pieaugums ir izejas strāvas un ieejas strāvas attiecība. Sprieguma un strāvas pieauguma vienādojums ir parādīts zemāk
Sprieguma pieaugums = izejas spriegums / ieejas spriegums
Strāvas pieaugums = izejas strāva / ieejas strāva
Augsta ieejas pretestība:
Ieejas pretestība ir pretestība, ko piedāvā pastiprinātāja ķēde, kad tā ir pievienota sprieguma avotam. Transistora pastiprinātājam jābūt ar augstu ieejas pretestību, lai neļautu tam ielādēt ieejas sprieguma avotu. Tātad tas ir iemesls, kāpēc pastiprinātājā ir liela pretestība.
Troksnis:
Troksnis attiecas uz nevēlamām signāla svārstībām vai frekvencēm. Tas var būt saistīts ar mijiedarbību starp diviem vai vairākiem sistēmā esošiem signāliem, sastāvdaļu kļūmēm, konstrukcijas kļūdām, ārējiem traucējumiem vai varbūt dažu pastiprinātāja ķēdē izmantoto komponentu dēļ.
Linearitāte:
Pastiprinātājs tiek uzskatīts par lineāru, ja starp ieejas jaudu un izejas jaudu ir kāda lineāra sakarība. Linearitāte atspoguļo guvuma līdzenumu. Praktiski nav iespējams iegūt 100% linearitāti, jo pastiprinātāji izmanto aktīvās ierīces, piemēram, BJT, JFET vai MOSFET, kurām ir tendence zaudēt pastiprinājumu augstās frekvencēs iekšējās parazitārās kapacitātes dēļ. Papildus tam ieejas līdzstrāvas atvienošanas kondensatori nosaka zemāku izslēgšanas frekvenci.
Efektivitāte:
Pastiprinātāja efektivitāte parāda, kā pastiprinātājs var efektīvi izmantot barošanas avotu. Un arī mēra, cik daudz enerģijas no barošanas avota tiek izdevīgi pārveidots pie izejas.
Efektivitāti parasti izsaka procentos, un efektivitātes vienādojumu norāda kā (Pout / Ps) x 100. Kur Pout ir izejas jauda un Ps ir strāvas avota iegūtā jauda.
A klases tranzistora pastiprinātājam ir 25% efektivitāte un tas nodrošina lielisku signāla reproducēšanu, taču efektivitāte ir ļoti zema. C klases pastiprinātāja efektivitāte ir līdz 90%, bet signāla reproducēšana ir slikta. AB klase atrodas starp A un C klases pastiprinātājiem, tāpēc to parasti izmanto audio pastiprinātājs lietojumprogrammas. Šī pastiprinātāja efektivitāte ir līdz 55%.
Griešanās ātrums:
Pastiprinātāja apgriezienu skaits ir maksimālais izejas izmaiņu ātrums laika vienībā. Tas parāda, cik ātri var mainīt pastiprinātāja izeju, reaģējot uz ievades izmaiņām.
Stabilitāte:
Stabilitāte ir pastiprinātāja spēja pretoties svārstībām. Parasti stabilitātes problēmas rodas augstas frekvences darbību laikā, audio pastiprinātāju gadījumā tuvu 20 kHz. Svārstības var būt ar augstu vai zemu amplitūdu.
Es ceru, ka šī pamata, tomēr svarīgā tēma elektroniskie projekti ir sniegta pietiekama informācija. Šeit ir vienkāršs jautājums - kādam nolūkam tiek izmantota kopīga kolektora konfigurācija un kāpēc?
Sniedziet savas atbildes komentāru sadaļā zemāk.
