ISTRAŽIVANJE OTPORA
POJAČALO KASKADNO
OSNOVNE KONVENCIJE I KRATICE
AFC - amplitudno-frekvencijski odziv;
PH - prijelazni odziv;
MF - srednje frekvencije;
LF - niske frekvencije;
HF - visoke frekvencije;
K je pojačanje pojačala;
Uc je napon signala s frekvencijom w;
Cp - kondenzator za odvajanje;
R1,R2 - otpor razdjelnika;
Rk - otpor kolektora;
Re - otpor u krugu emitera;
Ce - kondenzator u krugu emitera;
Rn - otpor opterećenja;
CH - nosivost;
S - nagib transkonduktora;
Lk - korekcijski induktivitet;
Rf, Sf - elementi korekcije niske frekvencije.
1. SVRHA RADA.
Svrha ovog rada je:
1) proučavanje rada kaskade otpornika u području niskih, srednjih i visokih frekvencija.
2) proučavanje shema za niskofrekventnu i visokofrekventnu korekciju frekvencijskog odziva pojačala;
2. DOMAĆA ZADAĆA.
2.1. Proučiti krug otporničkog stupnja pojačala, razumjeti svrhu svih elemenata pojačala i njihov utjecaj na parametre pojačala (potodjeljak 3.1).
2.2. Proučiti princip rada i sheme spoja niskofrekventne i visokofrekventne korekcije frekvencijskog odziva pojačala (potodjeljak 3.2).
2.3. Razumjeti svrhu svih elemenata na prednjoj ploči laboratorijskog izgleda (odjeljak 4).
2.4. Pronađite odgovore na sva sigurnosna pitanja (odjeljak 6).
3. KASKADA OTPORNIKA NA BIPOLARNOM TRANZISTORU
Kaskade pojačanja otpornika naširoko se koriste u raznim područjima radiotehnike. Idealno pojačalo ima ujednačen frekvencijski odziv u cijelom frekvencijskom pojasu; pravo pojačalo uvijek ima izobličenje u frekvencijskom odzivu, prvenstveno smanjenje pojačanja na niskim i visokim frekvencijama, kao što je prikazano na slici. 3.1.
Krug AC otporničkog pojačala temeljenog na bipolarnom tranzistoru prema zajedničkom emiterskom krugu prikazan je na sl. 3.2, gdje je Rc unutarnji otpor izvora signala Uc; R1 i R2 - otpori razdjelnika koji postavljaju radnu točku tranzistora VT1; Re je otpor u krugu emitera, koji je spojen kondenzatorom Se; Rk - otpor kolektora; Rn - otpor opterećenja; Cp - kondenzatori za odvajanje koji osiguravaju DC odvajanje tranzistora VT1 od signalnog kruga i kruga opterećenja.
Temperaturna stabilnost radne točke raste s povećanjem Re (zbog povećanja dubine negativne povratne sprege u istosmjernoj kaskadi), stabilnost radne točke također raste sa smanjenjem R1, R2 (zbog povećanja struje razdjelnika te povećanje temperaturne stabilizacije baznog potencijala VT1). Moguće smanjenje R1, R2 ograničeno je dopuštenim smanjenjem ulaznog otpora pojačala, a moguće povećanje Re ograničeno je najvećim dopuštenim padom istosmjernog napona na otporu emitera.
3.1. Analiza rada otporničkog pojačala u niskim, srednjim i visokim frekvencijama.
Ekvivalentni krug je dobiven uzimajući u obzir činjenicu da su na izmjeničnoj struji sabirnica napajanja ("-E p") i zajednička točka ("zemlja") kratko spojene, a također uzimajući u obzir pretpostavku 1/wCe<< Rэ, когда можно считать эмиттер VT1 подключенным на переменном токе к общей точке.
Ponašanje pojačala je različito u području niskih, srednjih i visokih frekvencija (vidi sl. 3.1). Na srednjim frekvencijama (MF), gdje je otpor spojnog kondenzatora Cp zanemariv (1/wCp<< Rн), а влиянием емкости Со можно пренебречь, так как 1/wCо >> Rk, ekvivalentni krug pojačala pretvara se u krug na sl. 3.4.
Iz dijagrama na slici 3.4 slijedi da na srednjim frekvencijama pojačanje kaskade Ko ne ovisi o frekvenciji w:
Ko = - S/(Yi + Yk + Yn),
odakle, uzimajući u obzir 1/Yi > Rn > Rk dobivamo približnu formulu
Posljedično, u pojačalima s opterećenjem visokog otpora, nazivno pojačanje Ko izravno je proporcionalno vrijednosti otpora kolektora Rk.
U području niskih frekvencija (LF) mali kapacitet Co također se može zanemariti, ali je potrebno uzeti u obzir otpor razdjelnog kondenzatora Cp koji raste sa smanjenjem w. To nam omogućuje da iz Sl. 3.3 je ekvivalentni krug niskofrekventnog pojačala u obliku slike 3.5, iz kojeg se vidi da kondenzator Cp i otpor Rn tvore razdjelnik napona uzet iz kolektora tranzistora VT1.
Što je niža frekvencija signala w, veći je kapacitet Cp (1/wCp), a manji dio napona dospijeva na izlaz, što rezultira smanjenjem pojačanja. Dakle, Cp određuje ponašanje frekvencijskog odziva pojačala u niskofrekventnom području i praktički nema utjecaja na frekvencijski odziv pojačala u srednjim i visokim frekvencijama. Što je veći Cp, manje je izobličenje frekvencijskog odziva u niskofrekventnom području, a kod pojačavanja pulsnih signala, manje je izobličenje pulsa u području dugih vremena (opadanje ravnog dijela vrha pulsa) , kao što je prikazano na slici 3.6.
U visokofrekventnom (HF) području, kao iu srednjetonskom, otpor razdjelnog kondenzatora Cp je zanemariv, dok će prisutnost kapaciteta Co odrediti frekvencijski odziv pojačala. Ekvivalentni krug pojačala u HF području prikazan je na dijagramu na sl. 3.7, iz kojeg se vidi da kapacitet Co šuntira izlazni napon Uout, dakle, kako w raste, pojačanje kaskade će se smanjivati. Dodatni razlog za smanjenje RF pojačanja je smanjenje transkonduktancije tranzistora S prema zakonu:
S(w) = S/(1 + jwt),
gdje je t vremenska konstanta tranzistora.
Učinak ranžiranja Co imat će manji učinak kako se smanjuje otpor Rk. Posljedično, da bi se povećala gornja granična frekvencija pojačanog frekvencijskog pojasa, potrebno je smanjiti otpor kolektora Rk, ali to neizbježno dovodi do proporcionalnog smanjenja nazivnog pojačanja.
Jedna od mogućnosti značajnog poboljšanja kvalitete reprodukcije glazbenih datoteka je metoda dijeljenja signala na frekvencijske komponente (LF, MF, HF) u preliminarnim stupnjevima male snage i njihovo daljnje pojačavanje odgovarajućim uskopojasnim pojačalima i dinamičkim sustavima. . Ova opcija omogućuje, na primjer, da se riješite potrebe za korištenjem pasivnih RLC filtara u akustičkim sustavima, koji unose neizbježno prigušenje i izobličenje u signal već na njegovom izlazu iz staze pojačanja. Također, ova opcija omogućuje korištenje zasebnih akustičnih sustava za niske frekvencije () i malih srednjetonskih i visokofrekventnih emitera koji su puno manje zahtjevni za napajanje. Zahtjevi za karakteristike samih pojačala snage također nisu isti za LF, MF i HF signale, a predložena opcija omogućuje optimalno korištenje takvih pojačala. Ovaj članak će dati primjer izgradnje sustava za odvojenu, dvosmjernu reprodukciju srednje snage. Tijekom njegove proizvodnje postavljen je zadatak što učinkovitije iskoristiti male širokopojasne akustične sustave "Radiotehnika S-30" i zvučnike "PHILIPS FB-20PH" dostupne još od sovjetskih vremena. Naravno, uz predloženo pojačalo moguće je koristiti bilo koje druge sustave slične snage i karakteristika.
Kao što znaju svi koji su se jednom susreli sa zvučnicima S-30, kvaliteta reprodukcije zvuka kod ovih zvučnika bila je vrlo osrednja, posebno u srednjetonskom području (srednje visoke frekvencije) zbog korištenja dinamičkih drajvera s ne baš visokim parametrima. Ali korištenje ovih zvučnika kao "subwoofera" za obične stambene prostore sasvim je moguće. Istodobno, postojeći zvučnici iz mini-kompleksa PHILIPS s nazivnom snagom od po 20 W prilično učinkovito reproduciraju srednje HF komponente signala, ali imaju primjetan rollover na frekvencijama ispod 90 Hz. Stoga se pojavila ova opcija za korištenje ove akustike s najvećim mogućim povratom.
Jedna od važnih prednosti ove opcije, kao što je gore spomenuto, je da je pojačalo snage za svaki frekvencijski pojas zasebno i može se optimalno odabrati za snagu i karakteristike. Na temelju nazivne snage korištene akustike, odlučeno je koristiti specijalizirane mikro krugove pojačala snage kao UMZCH (naravno, možete koristiti MS drugih serija u odgovarajućoj vezi ili, na primjer, tranzistorske krugove). Takvi mikro krugovi snage do 45 W po kanalu (obično sadrže 2 ili 4 kanala) naširoko se koriste u maloj radio opremi, na primjer, u auto radio uređajima.
Predstupnjevi s filtrima
Budući da mikrosklopovi pojačala snage serije TDA koji se koriste u ovom pojačalu imaju unipolarno napajanje (+8...18 V), stupnjevi predpojačala su odabrani s unipolarnim napajanjem. Istodobno, zadatak je bio koristiti sklopove s minimalnim brojem kaskada i aktivnih elemenata u njima kako bi se smanjila izobličenja koja te kaskade unose u izvorni signal. Kao ulazni stupanj s filtrom koji izolira niskofrekventnu komponentu signala korišten je sklop na slici 1, objavljen svojedobno u jednom od brojeva časopisa Modelist-Konstruktor, ali uz zamjenu tranzistora s moderni analozi i mijenjanje granične frekvencije filtra na gornju akustiku.
Ovdje tranzistor T1 radi kao fazni pomak; na otpornicima R3 i R4 pojavljuju se protufazni naponi. Izravni signal se uklanja iz emitera i dovodi do sljedećeg stupnja na tranzistoru T2. Propušta komponente srednje i visoke frekvencije signala i odgađa niske frekvencije koje prolaze do niskofrekventnog izlaza kroz kaskadu na T3. Granična frekvencija se odabire odabirom kondenzatora C3 i C4, u ovom slučaju to je oko 150 Hz. Granična frekvencija može se pomaknuti prema višim frekvencijama smanjenjem ovih kapaciteta. Na primjer, u izvornom krugu, s kapacitetima C3 = C4 = 330 pF, granična frekvencija je određena kao 3 kHz. Nažalost, nisam uspio pronaći originalni sklop s detaljnim opisom i izračunima, pa su granična frekvencija i ovi kapaciteti odabrani u gotovom krugu eksperimentalno na temelju najboljeg omjera zvuka niskofrekventnih i srednje visokofrekventnih zvučnika . Nagib filtra je oko 12 dB po oktavi. MF + HF signal s izlaza ovog filtra dovodi se izravno u srednje-visokofrekventno pojačalo snage, a niskofrekventni signal dovodi se u drugi filtar - infra-niske frekvencije (sabsonic), koji odsijeca frekvencije ispod 30 Hz (slika 2).
To nam omogućuje da se riješimo odgovarajućih vibracija vrlo niskih frekvencija, koje korišteni zvučnici praktički ne reproduciraju, ali unatoč tome uzrokuju nepotrebne vibracije njihovih difuzora velike amplitude, što dovodi do velikih preopterećenja i izobličenja signala. Granična frekvencija filtra se postavlja elementima C2, C3, C4, R4, R5, a način rada tranzistora T1 odabirom vrijednosti otpornika R3 (kolektor ovog tranzistora treba postaviti na približno polovinu kaskadnog napona napajanja, tj. 4,5 V). Na izlazu filtra uključen je promjenjivi otpornik (može biti od 10 do 100 kOhm, to ovisi o ulaznom otporu pojačala snage spojenog iza njega). Uz njegovu pomoć možete podesiti razinu pojačanja niskih frekvencija u odnosu na srednje visoke frekvencije kako biste izjednačili ukupni frekvencijski odziv cijelog sustava. Kondenzator C5 nakon promjenjivog otpornika potreban je za dodatno odsijecanje frekvencija iznad 1000 Hz kako bi se uklonili mogući RF šumovi i smetnje, a kondenzator za odvajanje C6 μF može se izostaviti ako se takav kondenzator već koristi na ulazu pojačalo. Kako bi se smanjio vlastiti šum, krugovi su odabrani bez upotrebe oksidnih elektrolitskih kondenzatora u signalnim krugovima (s iznimkom ulaznog kondenzatora C1 prvog filtra, ali se i on može zamijeniti, po želji, običnim, primjerice filmski). Tranzistori u oba filtra mogu se koristiti u bilo kojoj n-p-n strukturi male snage, ali po mogućnosti s visokim pojačanjem i niskom razinom šuma (2PC1815L, BC549C, BC550C, BC849C (smd), BC850C (smd), BC109C, BC179C, itd.)
Konačna pojačala snage
Kako bi se pojednostavio krug i kako bi se smanjila veličina gotovog uređaja, mikro krugovi serije TDA korišteni su kao završna pojačala, koja se naširoko koriste u audio opremi male veličine, na primjer, u auto radio uređajima. Ovi mikro krugovi, u pravilu, imaju prilično prihvatljive karakteristike za kućansku opremu prilično visoke kvalitete. Štoviše, imaju ugrađene zaštitne krugove od preopterećenja, pregrijavanja i kratkih spojeva u opterećenju. Karakteristike snage određene su isključivo snagama dostupnih zvučničkih sustava. Tako je za MF-HF opseg korišten TDA1558Q MS u premosnoj vezi. Ovaj MS može se spojiti pomoću 4-kanalnog kruga od 11 W ili premosnog kruga 2x22 W). Za zvučnike snage 20 W korišten je sljedeći premosni krug (Sl. 3)
Shema je vrlo jednostavna i očito ne zahtijeva poseban opis. Neiskorištene MS pinove - 4,9,15 - treba ostaviti slobodnima. Ako se neće koristiti zasebna sklopka MUTE / ST-BY, pin 14 MC treba spojiti izravno na pozitivnu žicu napajanja. Preporučljivo je postaviti elektrolitički kondenzator velikog kapaciteta (2200 mF) što je moguće bliže MS stezaljkama. O njegovom kapacitetu ne ovisi samo kvaliteta izglađivanja napona napajanja, već i kapacitet preopterećenja pojačala. Kondenzator od 0,1 mF postavljen je u krug napajanja kako bi se filtrirale moguće visokofrekventne komponente. Radni napon svih elemenata ne smije biti manji od napona napajanja (+U).
Za niskofrekventni pojas korišten je jedan od originalnih TDA7575 MS. Ovi mikro krugovi su doista "izvorni" i nalaze se, u pravilu, u uređajima više klase i snage. Pronaći ga nije baš lako, kao ni njegov dijagram povezivanja. Naravno, ovdje se mogu koristiti i mnogi drugi MS-ovi sličnih karakteristika (2 ili 4 kanala po 45 W) za koje se podatkovne tablice lako mogu pronaći na Internetu. Ovaj mikro krug će biti opisan ovdje malo detaljnije za one koji ga žele koristiti (slika 4).
Glavne karakteristike: snaga - 2x45 W ili 1x75 W (za opterećenje od 1 Om), linearni frekvencijski odziv 20...20 000 Hz, Rin = 100 kOhm.
Negativni ulazni pinovi 9 i 19 u mojoj verziji veze spojeni su na masu (zajednička žica), niskofrekventni signal dovodi se na pinove 8 i 20 (lijevi i desni kanal, respektivno). Ako su ovdje ugrađeni ulazni kondenzatori od 0,33 μF, kondenzator C6 na izlazu filtra prema shemi na sl. 2, naravno, nije potrebno ugrađivati. Kao što vidite, MS sadrži razne ulaze i izlaze dodatne kontrole, koji se u našem slučaju ne koriste i mogu se ostaviti slobodni (pinovi 3,13,14,16,17,18 i 25). Da biste MS prebacili u način rada, +U napon napajanja mora se primijeniti na kontakte ST-BY i MUTE. Mikrokrug vam omogućuje povezivanje akustike s otporom od 1 Ohma i tada može dati izlaznu snagu do 75 W, ali s mostnom vezom i, prema tome, u jednokanalnom načinu rada. U tom slučaju moraju se poštovati sljedeći uvjeti:
- paralelizirati izlaze (OUT1+ spojiti na OUT2+; OUT1- spojiti na OUT2-);
- minimizirati otpor izlazne petlje, tj. neka žice od MC izlaza do zvučnika budu što deblje i kraće, a za to samo pojačalo mora biti smješteno uz zvučnik. Otpor izlazne petlje ima vrlo značajan učinak na harmonijsko izobličenje;
- Primijenite ulazni signal na ulaz IN2 (IN1 - ostavite slobodan ili uzemljen);
- primijenite U=2,5 V na pin "1 Om SETTING" (za dvokanalnu opciju od 45 W, kao u našem slučaju, ovaj izlaz treba ostaviti slobodnim ili spojiti na zajedničku žicu). Ja osobno nisam pokušao koristiti krug s takvim priključkom za zvučnik od 1 Ohma, jer nemam zvučnike s otporom od 1 Ohma, pa ovdje kao referencu navodim podatke za ovu opciju koje sam mogao pronaći u meni dostupnih izvora.
Napajanje
Za napajanje pojačala u cjelini korištena su dva transformatora snage 60-70 W, po jedan za LF i MF-HF kanal. Jedan transformator dovoljne snage (120 W ili više) jednostavno nije "stao" u kućište male veličine po visini. Tu su i dva stabilizatora. Napon napajanja za MC-ove koji se ovdje koriste kreće se od 8 do 18 volti, tako da se transformator može odabrati s odgovarajućim naponom na sekundarnom namotu i izlaznom strujom od najmanje 3 ampera bez značajnog "povlačenja". Nakon transformatora ugrađuju se konvencionalni punovalni mosni ispravljači s diodama potrebne snage ili diodni sklop (na primjer, KBU810 za 8 A). Zatim se ispravljeni napon stabilizira u krugu "snažnog" stabilizatora na MS tipu KREN8 ili sličnom s dodatnim upravljačkim tranzistorom (slika 5)
Izlazni napon stabilizatora može biti u rasponu od 12 - 17 volti kako bi se postigla najveća moguća snaga uz minimalno izobličenje. U ovom slučaju koristi se mikro krug KIA7812 sa stabilizacijskim naponom od 12 volti, a za podizanje izlaznog napona na 15-16 volti, dodatna zener dioda od 3-4 volta (KS133, KS 139) ugrađena je između srednjeg terminala i zajednička žica. Ne biste trebali podizati napon napajanja na 18 volti, iako je takvo ograničenje navedeno u tehničkim tablicama na TDA MS, jer u praksi, u trenutku uključivanja, unutarnji zaštitni sustav ovih mikro krugova može se aktivirati zbog „preopterećenja ”. Možete napajati pojačala s nestabiliziranim naponom, ali to će povećati njihovo zagrijavanje tijekom rada i smanjiti njihovu sposobnost preopterećenja.
Kaskade predpojačanja - filtri - mogu se napajati iz istih stabilizatora, ali je bolje, uostalom, za njih napraviti jedan zajednički stabilizator na 9...12 volti kako bi ih izolirali od smetnji i mogućeg međusobnog utjecaja pojasnih kanala.
Svi mikro krugovi (pojačala snage i stabilizatori), kao i dodatni snažni tranzistori (KT818 ili slični uvezeni) napajanja trebaju biti montirani na hladnjake dovoljne površine. U mom slučaju, svi ti elementi nalaze se na jednom zajedničkom hladnjaku, koji se sastoji od dvije paralelno postavljene aluminijske ploče debljine 3 mm i veličine 70x200 mm. U pravilu, većina TDA i sličnih mikro krugova ima minus napajanja na kućištu i, prema tome, mogu se pričvrstiti na jedan hladnjak bez izolacijskih odstojnika. Tranzistori i stabilizatorski čipovi trebaju biti izolirani. Tiskane pločice u arhivi.
Zaključak
Korištenje pojačala prema ovdje predstavljenim krugovima omogućilo je značajno poboljšanje kvalitete reprodukcije fonograma, čak i korištenjem akustike prosječne razine i kvalitete. Istodobno, zvučnici PHILIPS nisu ni na koji način modificirani, au S-30 svi unutarnji pasivni filtri i 6GDV-1 mid-HF glava su isključeni, a niskofrekventni signal doveden je izravno u woofer (25GDN-1-4). Podešavanje razine niskofrekventne komponente omogućuje balansiranje ukupnog frekvencijskog odziva cijelog sustava, ovisno o veličini prostorije i udaljenosti slušatelja od akustike. Posebno za stranicu - A. Baryshev.
Raspravite o članku DIJAGRAM DOMAĆEG DVOSMJERNOG ZVUČNIKA S ULF-om
Niskofrekventna pojačala uglavnom su dizajnirana da daju određenu snagu izlaznom uređaju, koji može biti zvučnik, glava za snimanje magnetofona, namot releja, zavojnica mjernog instrumenta, itd. Izvori ulaznog signala su prijemnik zvuka, fotoćelija, te razni pretvarači neelektričnih veličina u električne. U pravilu je ulazni signal vrlo mali, njegova vrijednost je nedovoljna za normalan rad pojačala. U tom smislu, jedan ili više stupnjeva predpojačala uključeni su ispred pojačala snage, obavljajući funkcije naponskih pojačala.
U ULF preliminarnim stupnjevima, otpornici se najčešće koriste kao opterećenje; sastavljaju se pomoću lampi i tranzistora.
Pojačala temeljena na bipolarnim tranzistorima obično se sastavljaju pomoću zajedničkog kruga emitera. Razmotrimo rad takve kaskade (slika 26). Napon sinusnog vala ušao si napaja se u dio baza-emiter preko izolacijskog kondenzatora C p1, što stvara valovitost bazne struje u odnosu na konstantnu komponentu ja b0. Značenje ja b0 određen naponom izvora E k i otpor otpornika R b. Promjena struje baze uzrokuje odgovarajuću promjenu struje kolektora koja prolazi kroz otpor opterećenja R n. Izmjenična komponenta kolektorske struje stvara otpor opterećenja Rk amplitudno pojačani pad napona u van.
Izračun takve kaskade može se napraviti grafički koristeći one prikazane na sl. 27 ulazne i izlazne karakteristike tranzistora spojenog prema strujnom krugu s OE. Ako otpor opterećenja R n i napon izvora E k su zadani, tada je položaj crte opterećenja određen točkama S I D. Istovremeno, točka D dano vrijednošću E k, i točka S- elektro šok ja da =E k/R n. Linija opterećenja CD prelazi obitelj izlaznih karakteristika. Odabiremo radno područje na liniji opterećenja tako da je izobličenje signala tijekom pojačanja minimalno. Za to, točke sjecišta linije CD s izlaznim karakteristikama moraju biti unutar ravnih dijelova potonjeg. Stranica ispunjava ovaj zahtjev AB teretne linije.
Radna točka za sinusoidalni ulazni signal nalazi se u sredini ove sekcije - točke OKO. Projekcija segmenta AO na os ordinata određuje amplitudu struje kolektora, a projekcija istog segmenta na os apscisa određuje amplitudu promjenljive komponente napona kolektora. Radna točka O određuje struju kolektora ja k0 i napon kolektora U ke0 koji odgovara režimu mirovanja.
Štoviše, točka O određuje baznu struju mirovanja ja b0, a time i položaj radne točke O" na ulaznoj karakteristici (slika 27, a, b). Na bodove A I U izlazne karakteristike odgovaraju bodovima A" I U" na ulaznoj karakteristici. Projekcija segmenta A "O" x-os određuje amplitudu ulaznog signala U u t, pri čemu će biti osiguran način minimalnog izobličenja.
Strogo govoreći, U u t, mora biti određena familijom ulaznih karakteristika. No budući da ulazne karakteristike pri različitim vrijednostima napona U ke, malo razlikuju, u praksi koriste ulaznu karakteristiku koja odgovara prosječnoj vrijednosti U ke=U ke 0.
Pojačalo električnog signala - je elektronički uređaj dizajniran za povećanje snage, napona ili struje signala primijenjenog na njegov ulaz bez značajnog izobličenja njegovog valnog oblika. Električni signali mogu biti harmonijske oscilacije emf, struje ili snage, signali pravokutnog, trokutastog ili drugog oblika. Frekvencija i valni oblik značajni su čimbenici u određivanju tipa pojačala. Budući da je snaga signala na izlazu pojačala veća nego na ulazu, tada prema zakonu održanja energije uređaj za pojačanje moraju sadržavati izvor napajanja. Dakle, energija za rad pojačala i opterećenja dobiva se iz izvora napajanja. Tada se generalizirani blok dijagram uređaja pojačala može prikazati kao što je prikazano na sl. 1.
Slika 1. Generalizirana blok shema pojačala.
Električne vibracije dolaze od izvora signala do ulaza pojačala , na čiji je izlaz priključeno opterećenje, Energija za rad pojačala i opterećenja napaja se iz izvora napajanja. Pojačalo se napaja iz izvora napajanja Ro - potrebno za pojačanje ulaznog signala. Izvor signala daje snagu ulazu pojačala R in izlazna snaga P van dodijeljen aktivnom dijelu opterećenja. U pojačalu snage vrijedi nejednakost: R in < P van< Ро . Stoga, pojačalo- upravlja se unosom konverter energija izvora napajanja u energiju izlaznog signala. Pretvorba energije provodi se pomoću elemenata za pojačavanje (AE): bipolarni tranzistori, tranzistori s efektom polja, elektroničke cijevi, integrirani sklopovi (IC). varikapa i drugi.
Najjednostavnije pojačalo sadrži jedan element za pojačanje. U većini slučajeva jedan element nije dovoljan i u pojačalu se koristi nekoliko aktivnih elemenata koji su povezani stupnjevito: oscilacije pojačane prvim elementom dovode se na ulaz drugog, zatim trećeg itd. Dio pojačala koje čini jedan pojačalni stupanj naziva sekaskada. Pojačalo se sastoji odaktivni i pasivni elementi: k aktivni elementiuključuju tranzistore, el. mikrosklopovi i drugi nelinearni elementi koji imaju svojstvo mijenjanja električne vodljivosti između izlaznih elektroda pod utjecajem upravljačkog signala na ulaznim elektrodama.Pasivni elementipolicajcisu otpornici, kondenzatori, induktori i drugi elementi koji tvore traženi raspon oscilacija, fazne pomake i druge parametre pojačanja.Dakle, svaki stupanj pojačala sastoji se od minimalno potrebnog skupa aktivnih i pasivnih elemenata.
Blok dijagram tipičnog višestupanjskog pojačala prikazan je na sl. 2.
Slika 2. Sklop višestupanjskog pojačala.
Ulazni stupanj I pretpojačalo dizajnirani su za pojačavanje signala do vrijednosti potrebne za dovođenje na ulaz pojačala snage (izlazni stupanj). Broj stupnjeva pretpojačanja određen je potrebnim pojačanjem. Ulazni stupanj osigurava, ako je potrebno, usklađivanje s izvorom signala, parametre šuma pojačala i potrebna podešavanja.
Izlazni stupanj (stupanj za pojačanje snage) dizajniran je za isporuku zadane snage signala opterećenju uz minimalno izobličenje njegovog oblika i maksimalnu učinkovitost.
Izvori pojačanih signala mogu postojati mikrofoni, glave za čitanje magnetskih i laserskih uređaja za pohranu informacija, razni pretvarači neelektričnih parametara u električne.
Opterećenje su zvučnici, električni motori, svjetla upozorenja, grijači itd. Napajanje generirati energiju s određenim parametrima - nazivnim vrijednostima napona, struja i snage. Energija se troši u krugovima kolektora i baza tranzistora, u krugovima sa žarnom niti i anodnim krugovima svjetiljki; koristi se za održavanje navedenih načina rada elemenata pojačala i opterećenja. Često je za rad pretvarača ulaznog signala potrebna i energija izvora napajanja.
Klasifikacija uređaja za pojačanje.
Uređaji za pojačavanje klasificiraju se prema različitim kriterijima.
Po um pojačani električni signale pojačala se dijele na pojačala harmonik (kontinuirani) signali i pojačala puls signale.
Na temelju propusnosti i apsolutnih vrijednosti pojačanih frekvencija, pojačala se dijele na sljedeće vrste:
- DC pojačala (UPT) dizajnirani su za pojačavanje signala u rasponu od najniže frekvencije = 0 do gornje radne frekvencije. UPT pojačava i promjenjive komponente signala i njegovu konstantnu komponentu. UPT-ovi se naširoko koriste u automatizaciji i računalnim uređajima.
- Pojačala napona, pak se dijele na pojačala niske, visoke i ultra visoke frekvencije.
Širina propusnost razlikuju se pojačane frekvencije:
- izborni pojačala (visokofrekventna pojačala - UHF), za koje vrijedi odnos frekvencija /1 ;
- širokopojasni pojačala s velikim frekvencijskim rasponom, za koje je omjer frekvencija />>1 (na primjer, ULF - niskofrekventno pojačalo).
- Pojačala snage - ULF završni stupanj s izolacijom transformatora. Kako bi se osigurala maksimalna snaga R int. Do= Rn, oni. otpor opterećenja mora biti jednak unutarnjem otporu kolektorskog kruga ključnog elementa (tranzistora).
Po oblikovati Pojačala se mogu podijeliti u dvije velike skupine: pojačala izrađena diskretnom tehnologijom, odnosno nadgradnom ili tiskanom montažom, i pojačala izrađena integriranom tehnologijom. Trenutno se analogni integrirani sklopovi (IC) široko koriste kao aktivni elementi.
Pokazatelji učinka pojačala.
Pokazatelji učinka pojačala uključuju ulazne i izlazne podatke, pojačanje, frekvencijski raspon, faktor izobličenja, učinkovitost i druge parametre koji karakteriziraju njegovu kvalitetu i radna svojstva.
DO ulazni podaci odnose se na nazivnu vrijednost ulaznog signala (napon Uulazni= U 1 , Trenutno jaulazni= ja 1 ili moć Pulazni= P 1 ), ulazni otpor, ulazni kapacitet ili induktivitet; oni određuju prikladnost pojačala za specifične praktične primjene. Unos izprotivljenjeRulazni u usporedbi s impedancijom izvora signala RI unaprijed određuje vrstu pojačala; Ovisno o njihovom omjeru, razlikuju se pojačala napona (sa Rulazni >> RI), strujna pojačala (sa Rulazni << RI) ili pojačala snage (ako Rulazni = RI). Unos jestikostS ulaz, kao reaktivna komponenta otpora, ima značajan utjecaj na širinu radnog frekvencijskog područja.
Izlaz - ovo su nazivne vrijednosti izlaznog napona U izlaz = U 2, Trenutno izlazim = ja 2, izlazna snaga P van = P 2 i izlazni otpor. Izlazna impedancija bi trebala biti znatno manja od impedancije opterećenja. I ulazni i izlazni otpori mogu biti aktivni ili imati jalovu komponentu (induktivnu ili kapacitivnu). Općenito, svaki od njih je jednak impedanciji Z, sadržavajući i aktivnu i reaktivnu komponentu
dobitak naziva se odnos izlaznog i ulaznog parametra. Naponski dobici su diferenciraniK u= U 2/ U 1 , po struji K i= ja 2/ ja 1 i moć K str= P2/ P 1 .
Karakteristike pojačala.
Karakteristike pojačala odražavaju njegovu sposobnost da pojača signale različitih frekvencija i oblika s određenim stupnjem točnosti. Najvažnije karakteristike uključuju amplituda, amplituda-frekvencija, faza-frekvencija i prijelaz.
Riža. 3. Amplitudna karakteristika.
Amplituda karakteristika je ovisnost amplitude izlaznog napona o amplitudi harmonijske oscilacije određene frekvencije dovedene na ulaz (slika 3.). Ulazni signal se mijenja od minimalne do maksimalne vrijednosti, a razina minimalne vrijednosti mora premašiti razinu unutarnjeg šuma UP koju stvara samo pojačalo. U idealnom pojačalu (pojačalo bez smetnji) amplituda izlaznog signala proporcionalna je amplitudi ulaznog U van= k*Uulazni a amplitudna karakteristika ima oblik pravca koji prolazi kroz ishodište. U pravim pojačalima nije moguće riješiti se smetnji, pa se njegova amplitudna karakteristika razlikuje od pravolinijske.
Riža. 4. Amplitudno-frekvencijski odziv.
Amplituda- I faza-frekvencija karakteristike odražavaju ovisnost pojačanja o frekvenciji. Zbog prisutnosti reaktivnih elemenata u pojačalu, signali različitih frekvencija se pojačavaju nejednako, a izlazni signali su pomaknuti u odnosu na ulazne signale pod različitim kutovima. Amplitudno-frekvencija Karakteristika je u obliku ovisnosti prikazana na slici 4.
Radni frekvencijski raspon pojačala naziva se frekvencijski interval unutar kojeg modul koef K ostaje konstantan ili varira unutar unaprijed određenih granica.
Fazno-frekvencija karakteristika je frekvencijska ovisnost kuta faznog pomaka izlaznog signala u odnosu na fazu ulaznog signala.
Povratna veza u pojačalima.
Povratne informacije (OS) nazovite vezu između električnih krugova, kroz koje se energija signala prenosi iz kruga s višom razinom signala u krug s nižom razinom signala: na primjer, iz izlaznog kruga pojačala u ulazni krug ili iz sljedećih stupnjeva u prethodni one. Blok dijagram pojačala s povratnom spregom prikazan je na slici 5.
Riža. 5. Strukturna (lijevo) i strujna shema s negativnom povratnom spregom (desno).
Prijenos signala od izlaza do ulaza pojačala provodi se pomoću mreže s četiri priključka U. Mreža s povratnom spregom s četiri priključka je vanjski električni krug koji se sastoji od pasivnih ili aktivnih, linearnih ili nelinearnih elemenata. Ako povratna sprega pokriva cijelo pojačalo, poziva se povratna sprega Općenito: ako povratna veza obuhvaća pojedine stupnjeve ili dijelove pojačala naziva se lokalni. Dakle, slika prikazuje blok dijagram pojačala s općom povratnom spregom.
Model stupnja pojačala.
Pojačalo nalnu kaskadu - strukturna jedinica pojačala – sadrži jedan ili više aktivnih (pojačavajućih) elemenata i skup pasivnih elemenata. U praksi se radi veće jasnoće složeni procesi proučavaju pomoću jednostavnih modela.
Jedna od opcija tranzistorske kaskade za pojačavanje izmjenične struje prikazana je na slici lijevo. Tranzistor V1 p-p-p tip spojen prema zajedničkom emiterskom krugu. Ulazni napon baza-emiter stvara izvor s EMF-om E c i unutarnji otpor R c izvor. Otpornici su ugrađeni u osnovni krug R 1 I R 2 . Kolektor tranzistora spojen je na negativni pol izvora E do kroz otpornike R Do I R f. Izlazni signal se uzima sa terminala kolektora i emitera i kroz kondenzator C 2 ulazi u teret R n. Kondenzator Sf zajedno s otpornikom Rf oblicima RS - poveznica za filter ( pozitivna povratna informacija - POS), koji je posebno potreban za izglađivanje valovitosti napona napajanja (s izvorom male snage E do s velikim unutarnjim otporom). Također, za veću stabilnost uređaja, tranzistor je dodan u krug emitera V1 (negativna povratna informacija - OOC) može se dodatno omogućiti R.C. - filter koji će spriječiti da se dio izlaznog signala vrati natrag na ulaz pojačala. Na taj način se može izbjeći efekt samopobude uređaja. Obično se umjetno stvara vanjska zaštita okoliša omogućuje postizanje dobrih parametara pojačala, ali to općenito vrijedi samo za pojačanje istosmjerne struje ili niskih frekvencija.
Niskofrekventni sklop pojačala baziran na bipolarnom tranzistoru.
Stupanj pojačanja temeljen na bipolarnom tranzistoru spojenom u krug s OE jedno je od najčešćih asimetričnih pojačala. Shematski dijagram takve kaskade, napravljen na diskretnim elementima, prikazan je na donjoj slici.
U ovom krugu otpornik Rk , uključen u glavni krug tranzistora, služi za ograničavanje struje kolektora, kao i za osiguranje potrebnog dobitka. Korištenje razdjelnika napona R1R2 postavlja početni prednapon na bazi tranzistora VT, potreban za način pojačanja klase A.
Lanac ReSe obavlja funkciju toplinske stabilizacije emitera točke mirovanja; kondenzatori C1 I C2 odvajaju komponente istosmjerne i izmjenične struje. Kondenzator Se zaobilazi otpornik Ponovno prema izmjeničnoj struji, budući da kapacitet Se značajan.
Kada se signal konstantne amplitude primijeni na ulaz naponskog pojačala na različitim frekvencijama, izlazni napon će se, ovisno o frekvenciji signala, promijeniti, jer otpor kondenzatora C1 , C2 različite na različitim frekvencijama.
Ovisnost pojačanja o frekvenciji signala naziva se amplitudno-frekvencijski karakteristike pojačala (frekvencijski odziv).
Niskofrekventna pojačala najšire primijeniti za pojačavanje signala koji nose audioinformacije, u tim se slučajevima nazivaju i audiofrekvencijskim pojačalima; osim toga, ULF se koriste za pojačavanje informacijskog signala u raznim područjima: mjerna tehnologija i detekcija nedostataka; automatika, telemehanika i analogna računalna tehnika; u drugim elektroničkim industrijama. Audio pojačalo obično se sastoji od pretpojačalo I pojačalo (UM). Predpojačalo dizajniran da poveća snagu i napon i dovede ih do vrijednosti potrebnih za rad konačnog pojačala snage, često uključuje kontrole glasnoće, kontrole tona ili ekvilajzer, ponekad može biti konstruktivno izveden kao zaseban uređaj.
Pojačalo mora isporučiti zadanu snagu električnih oscilacija krugu opterećenja (potrošača). Njegovo opterećenje mogu biti emiteri zvuka: akustični sustavi (zvučnici), slušalice (slušalice); radiodifuzna mreža ili modulator radio odašiljača. Niskofrekventno pojačalo je sastavni dio svih uređaja za reprodukciju, snimanje i radio emitiranje zvuka.
Rad stupnja pojačala analiziran je pomoću ekvivalentnog kruga (na donjoj slici), u kojem je tranzistor zamijenjen ekvivalentnim krugom u obliku slova T.
U ovom ekvivalentnom krugu, svi fizički procesi koji se odvijaju u tranzistoru uzeti su u obzir pomoću H-parametara malog signala tranzistora, koji su dati u nastavku.
Za napajanje pojačala koriste se izvori napona s malim unutarnjim otporom, pa možemo pretpostaviti da su u odnosu na ulazni signal otpornici R1 I R2 uključeni su paralelno i mogu se zamijeniti jednim ekvivalentom Rb = R1R2/(R1+R2) .
Važan kriterij za odabir vrijednosti otpornika Re, R1 I R2 je osigurati temperaturnu stabilnost statičkog načina rada tranzistora. Značajna ovisnost parametara tranzistora o temperaturi dovodi do nekontrolirane promjene struje kolektora Ik , zbog čega se mogu pojaviti nelinearna izobličenja pojačanih signala. Da bi se postigla najbolja temperaturna stabilizacija režima, potrebno je povećati otpor Ponovno . Međutim, to dovodi do potrebe za povećanjem napona napajanja E i povećava snagu koja se iz njega troši. Smanjenjem otpora otpornika R1 I R2 povećava se i potrošnja energije, smanjujući učinkovitost kruga, a smanjuje se i ulazni otpor stupnja pojačala.
Integrirano DC pojačalo.
Integrirano pojačalo (op-amp) najčešći je univerzalni mikrosklop (IC). Op-amp je uređaj s vrlo stabilnim pokazateljima kvalitete koji omogućuju obradu analognih signala prema algoritmu određenom pomoću vanjskih sklopova.
Operacijsko pojačalo (op-amp) - unificirano višestupanjsko DC pojačalo (UPT), koji zadovoljava sljedeće zahtjeve za električne parametre:
· naponski dobitak teži beskonačnosti;
· ulazni otpor teži beskonačnosti;
· izlazni otpor teži nuli;
· ako je ulazni napon nula, tada je i izlazni napon nula Uin = 0, Uout = 0;
· beskrajni pojas pojačanih frekvencija.
Op-amp ima dva ulaza, invertirajući i neinvertirajući, i jedan izlaz. Ulaz i izlaz UPT-a izrađuju se uzimajući u obzir vrstu izvora signala i vanjsko opterećenje (neuravnoteženo, simetrično) i vrijednosti njihovih otpora. U mnogim slučajevima, DC pojačala, poput AC pojačala, pružaju visoku ulaznu impedanciju kako bi se smanjio utjecaj DC pojačala na izvor signala i nisku izlaznu impedanciju kako bi se smanjio utjecaj opterećenja na izlazni signal DC pojačala.
Na slici 1 prikazan je sklop invertirajućeg pojačala, a na slici 2 neinvertirajuće pojačalo. U ovom slučaju dobitak je jednak:
Za invertiranje Kiou = Ros / R1
Za neinvertirajući Know = 1 + Ros / R1
Invertirajuće pojačalo pokriveno je OOS paralelnim naponom, što uzrokuje smanjenje Rin i Rout. Neinvertirajuće pojačalo pokriveno je petljom povratne sprege serije napona, koja osigurava povećanje Rin i smanjenje Rout. Na temelju ovih op-pojačala možete izgraditi različite sklopove za analognu obradu signala.
UPT podliježe visokim zahtjevima za najmanji i najveći ulazni otpor. Poziva se spontana promjena izlaznog napona UPT-a s konstantnim naponom ulaznog signala pomak pojačala . Uzroci drifta su nestabilnost napona napajanja kruga, temperaturna i vremenska nestabilnost parametara tranzistora i otpornika. Ove zahtjeve ispunjava operacijsko pojačalo u kojem je prvi stupanj sastavljen pomoću diferencijalnog kruga, koji potiskuje sve smetnje zajedničkog načina rada i osigurava visoku ulaznu impedanciju. Ova se kaskada može sastaviti na tranzistorima s efektom polja i na kompozitnim tranzistorima, gdje je GCT (generator stabilne struje) spojen na krug emitera (izvora), što poboljšava potiskivanje smetnji zajedničkog načina rada. Da bi se povećao ulazni otpor, koriste se OOS duboke serije i visoko opterećenje kolektora (u ovom slučaju Jin teži nuli).
DC pojačala dizajnirana su za pojačavanje signala koji se sporo mijenjaju tijekom vremena, to jest signala čija se ekvivalentna frekvencija približava nuli. Stoga UPT mora imati amplitudno-frekvencijski odziv
u obliku prikazanom na slici lijevo. Budući da je pojačanje operacijskog pojačala vrlo visoko, njegova uporaba kao pojačala moguća je samo ako je pokriveno dubokom negativnom povratnom spregom (u nedostatku negativne povratne sprege, čak i iznimno mali signal "šuma" na ulazu op-pojačala će proizvesti napon blizak naponu zasićenja na izlazu op-amp).
Povijest operacijskog pojačala povezana je s činjenicom da su se pojačala istosmjerne struje koristila u analognoj računalnoj tehnologiji za provedbu raznih matematičkih operacija, kao što su zbrajanje, integracija itd. Trenutno, iako ove funkcije nisu izgubile na važnosti, one predstavljaju samo mali dio popisa mogućih primjena operacijskih pojačala.
Pojačala snage.
Kako je? pojačalo- dalje, kratkoće radi, zvati ćemo UM? Na temelju navedenog, blok dijagram pojačala može se podijeliti u tri dijela:
- Ulazni stupanj
- Srednja faza
- Izlazni stupanj (pojačalo snage)
Sva ova tri dijela obavljaju jednu zadaću - povećati snagu izlaznog signala bez promjene njegovog oblika do te razine da je moguće pogoniti opterećenje niske impedancije - dinamičku glavu ili slušalice.
Tamo su transformator I bez transformatora sklopovi uma.
1. Transformatorska pojačala snage.
Razmotrimo jednociklusni transformator UM, u kojem je tranzistor spojen prema krugu s OE (Sl. lijevo).
Transformatori TP1 i TP2 dizajnirani su za usklađivanje opterećenja i izlazne impedancije pojačala, odnosno ulazne impedancije pojačala s impedancijom izvora ulaznog signala. Elementi R i D daju početni način rada tranzistora, a C povećava varijabilnu komponentu koja se dovodi na tranzistor T.
Budući da je transformator nepoželjan element pojačala snage, jer. ima velike dimenzije i težinu, te je relativno težak za izradu, tada trenutno najrasprostranjeniji bez transformatora pojačala snage.
2. Pojačala snage bez transformatora.
Razmotrimo push-pull PA na bipolarnim tranzistorima s različitim vrstama vodljivosti. Kao što je gore navedeno, potrebno je povećati snagu izlaznog signala bez promjene njegovog oblika. Da bi se to postiglo, uzima se istosmjerna struja napajanja PA i pretvara u izmjeničnu struju, ali na način da oblik izlaznog signala ponavlja oblik ulaznog signala, kao što je prikazano na slici ispod:
Ako tranzistori imaju dovoljno visoku vrijednost transkonduktivnosti, tada je moguće konstruirati krugove koji rade na opterećenju od jednog ohma bez upotrebe transformatora. Takvo se pojačalo napaja bipolarnim napajanjem s uzemljenom središnjom točkom, iako je moguće konstruirati i sklopove za unipolarno napajanje.
Shematski dijagram komplementarnih emiterski sljedbenik
- pojačalo s dodatnom simetrijom - prikazano na slici lijevo. S obzirom na isti ulazni signal, struja teče kroz npn tranzistor tijekom pozitivnih poluciklusa. Kada je ulazni napon negativan, struja će teći kroz pnp tranzistor. Kombiniranjem emitera obaju tranzistora, njihovim opterećenjem zajedničkim opterećenjem i dovođenjem istog signala na kombinirane baze, dobivamo push-pull stupanj pojačanja snage.
Pogledajmo pobliže uključivanje i rad tranzistora. Tranzistori pojačala rade u načinu rada klase B. U ovom krugu tranzistori moraju biti apsolutno identični u svojim parametrima, ali suprotni u planarnoj strukturi. Kada se na ulazu pojačala primi pozitivan poluvalni napon Uin tranzistor T1 , radi u načinu pojačanja, a tranzistor T2 - u režimu isključenja. Kada dođe negativni poluval, tranzistori mijenjaju uloge. Budući da je napon između baze i emitera otvorenog tranzistora mali (oko 0,7 V), napon Uout blizu napona Uin . Međutim, ispada da je izlazni napon izobličen zbog utjecaja nelinearnosti u ulaznim karakteristikama tranzistora. Problem nelinearnog izobličenja riješen je primjenom početnog prednapona na osnovne krugove, koji prebacuje kaskadu u AB mod.
Za dotično pojačalo najveća moguća amplituda napona na opterećenju je Hm jednak E . Stoga je najveća moguća snaga opterećenja određena izrazom
Može se pokazati da pri maksimalnoj snazi opterećenja pojačalo troši snagu iz izvora napajanja, što je određeno izrazom
Na temelju navedenog dobivamo maksimalno moguće UM faktor učinkovitosti: n max = P n.max/ P potrošnjamaks = 0,78.
Pri rješavanju mnogih inženjerskih problema postoji potreba za pojačavanjem električnih signala. U tu svrhu služe pojačala, tj. uređaji namijenjeni za pojačavanje napona, struje i snage. Pojačala obično koriste bipolarne tranzistore i tranzistore s efektom polja i integrirane krugove.
Najjednostavnije pojačalo je stupanj za pojačanje.
Sastav najjednostavnijeg stupnja pojačala:
UE – nelinearni upravljani element (bipolarni ili tranzistor s efektom polja);
R – otpornik;
E – izvor električne energije.
Pojačanje se temelji na pretvorbi električne energije iz izvora konstantne emf. E u energiju izlaznog signala zbog promjena u otporu RE prema zakonu određenom ulaznim signalom.
Glavni parametri stupnja pojačala:
Za višestupanjska pojačala
Ovisno o rasponu pojačanih frekvencija ulaznih signala, pojačala se dijele na:
UPT (pojačala istosmjerne struje) - za pojačavanje signala koji se sporo mijenjaju;
ULF (niskofrekventna pojačala) - za pojačavanje signala u audio frekvencijskom rasponu (20-20000 Hz);
UHF (visokofrekventna pojačala) - za pojačavanje signala u frekvencijskom rasponu od desetaka kiloherca do desetaka i stotina megaherca;
Pulse/broadband - za pojačanje pulsnih signala s frekvencijskim spektrom od desetaka herca do stotina megaherca;
Uskopojasni/selektivni - za pojačavanje signala u uskom frekvencijskom području.
Prema načinu uključivanja pojačala dijele se na:
U slučaju korištenja bipolarnog tranzistora kao elementa za pojačanje:
Sa zajedničkom bazom
Zajednički emiter
Sa zajedničkim kolektorom
U slučaju korištenja tranzistora s efektom polja:
Sa zajedničkim izvorom
Sa zajedničkim odvodom
Sa zajedničkom bazom
Stupanj pojačala sa zajedničkim emiterom.
Stupanj OE pojačala jedan je od najčešćih stupnjeva pojačala u kojem je emiter zajednička elektroda za ulazni i izlazni krug.
Dijagram stupnja pojačala s OE za strukturu bipolarnog tranzistora p-p-p.
Za kolektorski krug stupnja pojačala, u skladu s drugim Kirchhoffovim zakonom, može se napisati sljedeća jednadžba električnog stanja:
Strujno-naponska karakteristika kolektorskog otpornika Rk je linearna, a strujno-naponska karakteristika tranzistora je nelinearna i predstavlja familiju izlaznih (kolektorskih) karakteristika emitera spojenog u krug s OE.
Proračun nelinearnog kruga, tj. definicija ja Do ,
,
I
U Do za različite bazne struje
ja b i otpor otpornika
R Do, može se napraviti grafički. Da biste to učinili, na obitelji izlaznih karakteristika tranzistora potrebno je povući ravnu liniju iz točke E Do na apscisnoj osi strujno-naponske karakteristike otpornika Rk, koja zadovoljava jednadžbu 
.
Točke sjecišta ravne linije opterećenja s linijama izlaznih karakteristika daju grafičko rješenje jednadžbe za zadanu R b i razne ja b .
Iz ovih točaka možete odrediti struju u krugu kolektora, napon U ke i .
Otpor otpornika R Do odabran na temelju zahtjeva za pojačanje ulaznog signala. U tom slučaju potrebno je uzeti u obzir da pravac opterećenja prolazi lijevo i ispod dopuštenih vrijednosti U Do max , ja Do max , P Do max i dao je prilično dugačak linearni dio prijelaznog odziva.
Nadomjesni nadomjesni sklop pojačalnog stupnja s OE i njegovi parametri.
Brojeći , možemo napisati ove jednadžbe u obliku
Rješavajući ove jednadžbe zajedno, dobivamo
Znak minus znači da izlazni napon nije u fazi s ulaznim. Dobivamo formulu za pojačanje napona neopterećenog stupnja pojačanja sa zajedničkim emiterom:
jer . Zato
Ulazna impedancija stupnja pojačala s OE na niskim frekvencijama:
Izlazna impedancija stupnja pojačala s OE određena je izrazom
Temperaturna stabilizacija stupnja pojačala s OE
S 
Značajan nedostatak tranzistora je njihova ovisnost o temperaturi. S povećanjem temperature, zbog povećanja broja manjinskih nositelja naboja u poluvodiču, raste kolektorska struja tranzistora. To dovodi do promjene izlaznih karakteristika tranzistora. Kada kolektorska struja poraste za ΔI k, napon kolektora opada za .
To uzrokuje pomak u radnoj točki tranzistora, što ga može odvesti izvan linearnog dijela karakteristike tranzistora, a normalan rad pojačala je poremećen.
Kako bi se smanjio utjecaj temperature na rad stupnja pojačala sa zajedničkim ispravljačem, otpornik je uključen u njegov krug emitera R uh, šuntiran kondenzatorom Suh. Razdjelnik napona uključen je u osnovni krug za stvaranje početnog napona.
Povećanje struje emitera zbog povećanja temperature dovodi do povećanja pada napona na otporu R uh, što uzrokuje smanjenje napona, a to uzrokuje smanjenje bazne struje. Struja emitera i kolektora održava položaj radne točke na linearnom dijelu karakteristike.
Učinak promjene kolektorske struje u izlaznom krugu na ulazni napon tranzistora naziva se negativna istosmjerna povratna sprega. U nedostatku kondenzatora, rad stupnja pojačala se mijenja ne samo u istosmjernoj struji, već iu izmjeničnoj komponenti.
Stupanj pojačala s OK
DO 
Kolektor tranzistora spojen je izravno na zajedničku točku pojačala preko izvora napajanja, jer Pad napona na unutarnjem otporu izvora je zanemariv. Možemo smatrati da se ulazni napon primjenjuje na bazu tranzistora u odnosu na kolektor kroz kondenzator S1
, a izlazni napon je jednak padu napona na R uh, koji je uklonjen iz emitera u odnosu na kolektor. Otpornik
postavlja početnu prednaponsku struju kruga baze tranzistora, koja određuje položaj radne točke u načinu mirovanja. U prisutnosti Uulazni u krugu se pojavljuje izmjenična komponenta, koja stvara pad napona R uh ( )
Naponski dobitak stupnja pojačala s OC manji je od jedinice, pa ga je ispravnije nazvati koeficijentom prijenosa napona.
Budući da ulazna vrijednost K u blizak jedinici, ulazni otpor emiterskog pratioca mnogo je veći od ulaznog otpora h 11 tranzistora i doseže nekoliko stotina kilo-oma.
Izlazni otpor emiterskog pratioca je reda desetaka ohma. Dakle, emiterski pratilac ima vrlo visok ulazni otpor i mali izlazni otpor, stoga njegovo strujno pojačanje može biti vrlo veliko.
Stupanj pojačala tranzistora s efektom polja
U 
stupnjevi snage temeljeni na tranzistorima s efektom polja imaju veliki ulazni otpor.
U ovoj kaskadi, otpornik R c, uz pomoć kojeg se provodi pojačanje, uključen je u odvodni krug. Otpornik je uključen u krug izvora R I , stvarajući potreban pad napona u stanju mirovanja U 30 , što je prednapon između vrata i izvora.
Otpornik vrata R 3 U mirnom načinu rada osigurava jednakost potencijala vrata i zajedničke točke stupnja pojačala. Stoga je potencijal vrata niži od potencijala izvora za vrijednost pada napona na otporniku R a od konstantne komponente struje I u0.Dakle, potencijal vrata je negativan u odnosu na potencijal izvora.
Ulazni napon se dovodi na otpornik R 3 preko izolacijskog kondenzatora S. Kada se primijeni izmjenični ulazni napon, izmjenične komponente struje izvora pojavljuju se u kanalu tranzistora s efektom polja ja i i struja odvoda ja s, i ja I ja S. Zbog pada napona na otporniku R a od komponente izmjenične struje ja I , izmjenična komponenta napona između vrata i izvora, pojačana tranzistorom s efektom polja, može biti znatno manja od ulaznog napona:
Ovaj fenomen, nazvan negativna povratna sprega, uzrokuje smanjenje pojačanja stupnja pojačala. Da bi se to uklonilo, kondenzator C i spojen je paralelno s otpornikom R i, čiji bi otpor na najnižoj frekvenciji pojačanog napona trebao biti mnogo puta manji od otpora otpornika. R n . Pod ovim uvjetom, pad napona od struje izvora i i preko kruga R i -C i, nazvan automatski prednaponski spoj, vrlo je malen, tako da se na temelju izmjenične komponente struje izvor može smatrati spojenim na zajedničku točku stupnja pojačala.
Izlazni napon se uklanja kroz spojni kondenzator S S između odvoda i zajedničke točke kaskade, tj. jednaka je izmjeničnoj komponenti napona između odvoda i sorsa.
Povratna veza u pojačalima
OKO 
Recipročno spajanje u pojačalima je prijenos dijela (ili cijelog) izlaznog signala pojačala na njegov ulaz.
Povratna veza u pojačalima obično se stvara namjerno. Međutim, ponekad se javljaju spontano. Spontane povratne informacije nazivaju se parazitski.
Ako se u prisutnosti povratne veze ulazni napon uin doda povratnom naponu u os , što rezultira povećanim naponom koji se dovodi do pojačala u 1, tada se takva povratna sprega naziva pozitivan.
Ako se nakon uvođenja povratne sprege napon u 1 na ulazu i u out na izlazu pojačala smanji, što je uzrokovano oduzimanjem povratnog napona od ulaznog napona u in, tada se takva povratna sprega naziva negativan.
Sve povratne informacije dijele se na povratne informacije po naponu I po struji. U naponskoj povratnoj sprezi u oc = βu out, gdje je β koeficijent prijenosa povratnog kvadrupola. U strujnoj povratnoj sprezi uoc = Roc i out, gdje je Roc međusobni otpor izlaznog kruga i povratnog kruga. Osim toga, sve povratne veze dijele se na serijske, u kojima su povratni krugovi spojeni serijski s ulaznim krugovima pojačala, i paralelne, kada su povratni krugovi spojeni paralelno s ulaznim krugovima pojačala.
Učinak negativne povratne sprege na dobit.
Za pojačalo bez povratne veze
Zaključak: uvođenje negativne povratne veze smanjuje pojačanje pojačala za 1+βK puta.
Uvođenje pozitivne povratne sprege povećava pojačanje pojačala. Međutim, pozitivna povratna sprega praktički se ne koristi u elektroničkim pojačalima, jer je u ovom slučaju, kao što će biti prikazano u nastavku, stabilnost pojačanja značajno pogoršana.
Unatoč smanjenju pojačanja, negativna povratna sprega se vrlo često koristi u pojačalima. Kao rezultat uvođenja negativne povratne sprege, svojstva pojačala su značajno poboljšana:
a) stabilnost pojačanja pojačala se povećava kada se mijenjaju parametri tranzistora;
b) smanjena je razina nelinearnih izobličenja;
c) povećava se ulazna impedancija pojačala, a smanjuje izlazna impedancija itd.
Za procjenu stabilnosti pojačanja pojačala s povratnom spregom treba odrediti njegovu relativnu promjenu:
Zaključak: bilo koja promjena pojačanja prigušena je djelovanjem negativne povratne sprege za faktor od 1+βK.
Ako je vrijednost βK puno veća od jedinice, što predstavlja duboku negativnu povratnu spregu, tada
U slučaju pozitivne povratne sprege, stabilnost pojačanja se pogoršava:
Uvođenje serijske povratne sprege napona povećava ulaznu impedanciju.
Krug pojačala s paralelnom povratnom spregom:
S dubokim negativnim povratnim informacijama
3) magnetska sprega koja se pojavljuje kada su ulazni i izlazni transformatori pojačala blizu jedan drugome.
DC pojačala
Uređaji dizajnirani za pojačavanje signala vrlo niskih frekvencija (reda frakcija Hz), koji imaju amplitudno-frekvencijski odziv sve do najnižih frekvencija, nazivaju se pojačala istosmjerne struje (DCA).
Zahtjevi za karakteristike UPT-a:
u nedostatku ulaznog signala ne smije biti izlaznog signala;
kada se promijeni predznak ulaznog signala, mora se promijeniti i predznak izlaznog signala;
Napon na uređaju za opterećenje mora biti proporcionalan ulaznom naponu.
Ove zahtjeve najbolje ispunjavaju UPT-ovi izgrađeni na diferencijalno uravnoteženim kaskadama. Oni također pružaju učinkovitu borbu protiv takozvanog pomaka nule UPT-a. Građen na principu četverokrakog mosta.
U 
Podešavanje ravnoteže mosta:
Kada se Ek promijeni, ravnoteža nije poremećena i struja u otporniku opterećenja Rn je nula. S druge strane, s proporcionalnom promjenom otpora otpornika R 1, R 2 ili R 3, R 4, ravnoteža mosta također nije poremećena. Ako otpornike R 2, R 3 zamijenimo tranzistorima, dobivamo diferencijalni krug, koji se vrlo često koristi u UPT-ovima.
U 
u diferencijalnom pojačalu, otpori otpornika R 2, R 3 u kolektorskim krugovima tranzistora su odabrani jednaki, modovi oba tranzistora su postavljeni na isti. U takvim pojačalima odabiru se parovi tranzistora sa strogo identičnim karakteristikama.
Na stabilnost električnih modova značajno utječe otpor otpornika R1, koji stabilizira struju tranzistora. Da bi se mogao koristiti otpornik s velikim otporom Rl, napon napajanja Ek se povećava na vrijednost E 2 E 1, au integriranim krugovima umjesto otpornika R 1 često se koristi stabilizator istosmjerne struje, koji se izvodi na 2-4 tranzistora.
Promjenjivi otpornik R p služi za uravnoteženje kaskade (podešavanje na nulu). Ovo je potrebno zbog činjenice da nije moguće odabrati dva apsolutno identična tranzistora i otpornika s jednakim otporima R 2, R 3. Kada se promijeni položaj klizača potenciometra R p, mijenjaju se otpori otpornika uključenih u kolektorske krugove tranzistora, a time i potencijali na kolektorima. Pomicanjem klizača potenciometra R n postižemo nultu struju u otporniku opterećenja R n u nedostatku ulaznog signala.
Prilikom promjene e. d.s. izvora kolektorske snage E 1 ili prednapona E 2 mijenjaju se struje oba tranzistora i potencijali njihovih kolektora. Ako su tranzistori identični i otpori otpornika R 2, R 3 potpuno jednaki, tada će struja u otporniku R H zbog promjene e. d.s. El, E 2 neće postojati. Ako tranzistori nisu potpuno identični, tada će se struja pojaviti u otporniku opterećenja, ali će biti znatno manja nego u konvencionalnom, neuravnoteženom UPT-u.
Isto tako, promjene u karakteristikama tranzistora zbog promjena u temperaturi okoline uzrokovat će gotovo da nema struje u otporniku opterećenja.
Istodobno, kada se ulazni napon primijeni na bazu tranzistora T 1, njegova kolektorska struja i napon na njegovom kolektoru će se promijeniti, što će uzrokovati pojavu napona na otporniku opterećenja R n.
Pažljivim odabirom tranzistora i otpornika, pri stabilizaciji napona izvora napajanja, drift se može smanjiti na 1-20 µV/°C, odnosno pri radu u temperaturnom području od -50 do +50°C bit će 0,1- 2 mV, tj. U usporedbi s neuravnoteženim UPT-om, može se smanjiti za 20-100 puta.
Koristeći iste krugove, možete napraviti pojačala pomoću tranzistora s efektom polja. Slični uravnoteženi sklopovi mogu se izgraditi na temelju emiterskih i izvornih sljedbenika.
Operacijska pojačala
Operacijsko pojačalo je istosmjerno diferencijalno pojačalo visokog pojačanja dizajnirano za izvođenje različitih operacija na analognim veličinama kada radi u krugovima s negativnom povratnom spregom.
Op-amp je univerzalni blok s karakteristikama blizu idealnih, na temelju kojih se mogu izgraditi mnoge različite elektroničke komponente.
Dijagram i simbolička grafička oznaka integriranog kruga K140UD8:
Prvi stupanj na tranzistorima s efektom polja VT 1 VT 11 i VT 2, VT 9, s kanalom p-tipa, je simetrični diferencijalni stupanj s tranzistorima opterećenja VT 3, VT 10. Tranzistori VT 4, VT 5 tvore stabilizator struje u krugu izvora prvog stupnja.
Drugi stupanj - asimetrični diferencijalni stupanj na dva sljedbenika emitera - izrađen je na tranzistorima VT 7, VT 12. Veza između prve i druge kaskade je izravna.
N 
U kompozitnom tranzistoru VT 15 napravljeno je pojačalo napona, čije je opterećenje tranzistor s efektom polja VT 17. Na izlazu mikro krugova koristi se pojačalo snage bez transformatora pomoću kompozitnih tranzistora VT 20, VT 22 i VT 23, VT 24.
Čip K140UD8 ima dva ulaza (4 - neinvertirajući, 3 - invertirajući) i jedan izlaz (pin 7), zajednički pin 1 i priključni pinovi napona napajanja: 8 - za +E 1 i 5- za -E 2. zaključke 2i 6 koristi se za uravnoteženje mikro kruga pomoću promjenjivog otpornika s otporom od 10 kOhm.
UPT s pretvorbom napona
Metoda smanjenja pomaka temelji se na dvostrukoj pretvorbi pojačanog napona.
Strukturna shema:
Modulator je namijenjen za pretvaranje sporo promjenjivog ulaznog napona u izmjenični napon čija je amplituda proporcionalna ulaznom naponu, a pri promjeni predznaka ulaznog napona mijenja se faza izmjeničnog napona.
Uin se pretvara s frekvencijom od 50 Hz do 20 MHz.
Postoji mnogo različitih shema modulatora. Najčešći su:
modulator s pretvaračem vibracija;
tranzistorski modulator.
M 
Odulator s pretvaračem vibracija je elektromagnetski kontaktor male snage koji periodički (na frekvenciji struje koja opskrbljuje svitak elektromagneta) spaja ulazni napon ili na gornju ili na donju (prema dijagramu) polovicu primarnog namota. transformatora. U tom slučaju struja u primarnom namotu mijenja smjer. U sekundarnom namotu transformatora pojavljuje se izmjenični napon. Obično se koristi pojačani transformator s omjerom transformacije do 10, tako da je amplituda napona nekoliko puta veća od ulaznog napona.
Prednost pretvarača vibracija je mali pomak, koji je uglavnom određen termo-e. d.s. kontaktni par i može se smanjiti na 0,01-0,1 µV/h (0,1-0,5 µV/dan). Ulazna impedancija je 1-10 kOhm.
D – demodulator – dizajniran za pretvaranje izmjeničnog napona na ulazu, polagano mijenjajući istosmjerni napon na izlazu.
Prednosti:
Mali pomak nule;
Mane:
Loš frekvencijski odziv u visokofrekventnom području.
Modulator na ulazu pojačala dobro pretvara istosmjerni i sporo promjenjivi napon. Kako se frekvencija ulaznog napona povećava, rad modulatora se pogoršava. Istodobno, na izlazu demodulatora primjenjuje se filtar protiv aliasinga. Kada se frekvencija signala približi frekvenciji referentnog napona u op, filter ne može odvojiti signal od referentnog napona.
Za proširenje frekvencijskog raspona koriste se visokofrekventni pretvarači koji omogućuju povećanje frekvencije f op do 0,5-10 MHz.
Kombinirana pojačala kombiniraju prednosti pojačala bez i s pretvaračem napona.
Blok dijagram kombiniranog UPT-a:
Kombinirano pojačalo ima drift na razini UPT s pretvorbom spektra signala, a amplitudno-frekvencijski odziv nije lošiji od pojačala bez pretvorbe spektra signala. Neke neravnomjernosti amplitudno-frekvencijskog odziva u srednjofrekventnom području lako se izravnavaju zbog negativne povratne sprege. (KD140UD13).
Operacijska pojačala temelj su velike klase pojačala s posebnim frekvencijskim karakteristikama. To se postiže korištenjem različitih povratnih krugova.
U operacijskim pojačalima povratna sprega je negativna ako se primjenjuje s izlaza pojačala na invertirajući ulaz. Doista, u ovom slučaju, napon U oc , koji je u fazi s U out, bit će u protufazi s ulaznim naponom na invertirajućem ulazu. Nasuprot tome, povratna sprega je pozitivna ako se primijeni na neinvertirajući ulaz. Sa serijskom povratnom spregom, ulazni signal i povratni signal dovode se na različite ulaze mikro kruga, s paralelnom povratnom spregom - na jedan.
