Caracteristicile etapelor de pre-amplificare. Schema unui difuzor cu două căi de casă cu amplificator Etape preliminare cu filtre

Etape de pre-amplificare. O sursă de semnal tipică folosită pentru a dezvolta o tensiune de ieșire de 50-200 mV. Spre această tensiune au fost orientate amplificatoare de înaltă calitate. Circuitele de corecție erau amplasate anterior între prizele de intrare și grila primei lămpi, în care semnalul era atenuat cu cel puțin jumătate (6 dB) la cea mai sensibilă intrare. În controlul volumului compensat fin, atenuarea minimă a semnalului este de încă 6 dB. Controalele de ton care oferă ±20dB de control atenuează de obicei semnalul cu încă 30-40dB. Dacă au existat adepți catodici în circuitele de intrare, pierderea semnalului a crescut cu încă 3-6 dB. Deci, atenuarea totală a semnalului era de 45-58 dB. Tensiunea semnalului pe rețelele lămpilor de treaptă finală este în medie de 10-20 V. Raportul dintre această valoare și tensiunea semnalului de intrare este 10/0,05 = 200 (46 dB). Deci, amplificarea etapelor preliminare, ținând cont de atenuarea semnalului și de tensiunea necesară pe grilele lămpilor de treaptă finală, ar fi trebuit anterior să fie de ordinul a 90-100 dB. Cu alte cuvinte, câștigul etapelor preliminare ar trebui să fie de aproximativ 100 000. Aceasta este o valoare destul de semnificativă pentru un amplificator de joasă frecvență. Dacă câștigul de tensiune al fiecărei trepte a amplificatorului este de aproximativ 10, atunci, evident, numărul de trepte ar trebui să fie egal cu 5. Dacă câștigul fiecărei trepte este de aproximativ 100, numărul total de trepte va fi egal cu 3 (cu o anumită marjă). Deoarece un câștig de 10 pe etapă este asigurat de aproape orice triodă modernă cu tuburi de joasă frecvență, iar un câștig de 100 pe etapă este limita chiar și pentru pentodele bune de joasă frecvență, se poate argumenta că pentru amplificatoarele cu tuburi numărul de pre- etapele de amplificare ar trebui să varieze de la trei până la cinci.

Câte cascade ar trebui să faci: 3 sau 5? Primul răspuns, desigur, este „3”. Cu toate acestea, nu este nevoie să vă grăbiți. Trei cascade - aceasta înseamnă că câștigul minim al cascadei este egal cu a treia rădăcină de 10000. Rețineți că acesta nu este μ al lămpii, ci câștigul cascadei, care rareori depășește 50% din μ al lămpii. Prin urmare, triodele nu mai sunt necesare. Aceasta înseamnă că vor exista trei cascade pe pentode sau, în cazuri extreme, două pe pentode și una pe o triodă. Acest din urmă circuit, care nu are nicio marjă de câștig, nu permite utilizarea feedback-ului negativ în circuit, adică. practic nepotrivit pentru amplificatoare Hi-Fi, deoarece fără feedback negativ este imposibil să se reducă coeficientul de distorsiune neliniară și să se extindă intervalul de frecvență la valorile necesare. Trei etape pe pentode pot permite introducerea feedback-ului negativ, dar apoi prima etapă de intrare este de asemenea asamblată pe pentod și, în acest caz, după cum arată experiența, este aproape imposibil să se obțină o absență completă a efectului de microfon și a unui fundal. nivel sub 60 dB. Cealaltă extremă - cinci trepte pe triode - oferă întotdeauna câștigul necesar chiar și pe cele mai proaste tuburi, cu toate acestea, folosind tuburi cu un câștig mediu de aproximativ 20-50, este ușor să obțineți câștigul necesar cu o marjă suficientă cu patru triode ( adică pe două lămpi duble). Această schemă este cea mai comună. Adevărat, multe companii străine produc un pentod special conceput pentru etapa de intrare cu un nivel scăzut de zgomot propriu și nu predispus la efecte de microfon (EF-184, EF-804 etc.). Folosind un astfel de pentod și triode ulterioare cu un μ mare (90-120) de tip ECC-83, este posibil să se obțină câștigul necesar pe trei etape folosind sistemul pentod - triodă - triodă, dar în primul rând, un astfel de sistem necesită utilizarea lămpilor speciale și - în al doilea rând - oțel de transformare de foarte înaltă calitate, lămpi extrem de sensibile etc. Prin urmare, această schemă nu este potrivită.

Notă.În secolul XXI, situația s-a schimbat semnificativ. În prezent, nimeni nu folosește etape de preamplificatoare analogice fizice. Preprocesarea semnalului este de încredere DAC-urilor de înaltă calitate. Semnalul de intrare este considerat normal la 1-2 volți. Prin urmare, pentru un terminal de tub, este suficientă o amplificare de 20-50 de ori. Și această sarcină este gestionată de un tub cu vid în stadiul de preamplificator. Aceasta este, de exemplu, o triodă dublă, care combină funcțiile unui bass reflex. De aceea tot gunoiul din numeroasele cascade succesive rămâne în trecutul îndepărtat. Evgheni Bortnik.

Reflexe de bas. Dacă invertorul de fază este asamblat conform unui circuit în care fiecare braț este și un amplificator (de exemplu, conform circuitului din Fig. 1), atunci câștigul acestui braț este luat în considerare în câștigul total al căii. Vă reamintim că trebuie să luați în considerare câștigul unui singur braț, deoarece al doilea braț al invertorului este doar un potrivire pentru al doilea braț al etapei finale push-pull și nu face parte din calea generală de amplificare.

Dacă invertorul de fază este asamblat conform unui circuit de urmărire a catodului simetric (Fig. 2), atunci câștigul său este întotdeauna mai mic decât unitatea, astfel încât o astfel de etapă nu numai că nu este o etapă de amplificare, dar necesită și o creștere suplimentară a câștigului total. cu 4-6 dB.

Metoda de selectare a câștigului pentru un amplificator cu tranzistor este exact aceeași. Acum, în special despre circuitele etapelor preamplificatoarelor în sine. Acestea sunt cele mai simple amplificatoare rezistive fără nicio caracteristică de circuit. Tipic pentru toate etapele, atât triode, cât și pentode, sunt sarcinile anodului (colectorului) reduse de 2-5 ori față de valorile optime calculate pentru extinderea lățimii de bandă către frecvențe mai mari, crescute la 0,1-0.25 μF condensatoare de tranziție și până la 1-1,5 MΩ rezistențe de scurgere în rețea pentru a reduce declinul răspunsului în frecvență la frecvențe joase, utilizarea feedback-ului de curent negativ în toate etapele, cu excepția celei pe care este asamblată unitatea de control a răspunsului în frecvență. În ceea ce privește elementele de amplificare în sine, în ultimii ani au apărut multe noi tipuri diferite de lămpi și tranzistori cu parametri excelenți. Astfel, valoarea lui S pentru lămpile cu putere redusă a devenit egală cu 30-50 mA/V față de valorile obișnuite de 3-10 mA/V și, prin urmare, sensibilitatea lămpilor a crescut brusc. Calculele arată că teoretic toată preamplificarea poate fi obținută chiar și pe două trepte cu astfel de lămpi. Cu toate acestea, ar fi util să avertizam amatorii împotriva grabii în alegerea unor astfel de lămpi. Iar ideea aici nu este conservatorismul, ci faptul că o creștere a, să zicem, panta lămpilor se realizează printr-o scădere bruscă a decalajului dintre grila de control și catod, ceea ce crește semnificativ tendința lămpii de a genera curenții termici și distorsiunile neliniare uriașe rezultate. De asemenea, importante sunt costul ridicat și durabilitatea mai mică a unor astfel de lămpi. Se poate argumenta că tuburile precum 6N1P, 6N2P, 6NZP, 6N23P, 6N24P, 6Zh1P, 6Zh5P, dovedite de mulți ani de practică, sunt destul de potrivite pentru etapele preliminare chiar și ale celor mai bune și mai moderne amplificatoare. De exemplu, mai jos sunt prezentate mai multe circuite ale CPU pe lămpi în modurile lor normale

În Fig.3. Sunt prezentate etapele de pre-amplificare a tubului. a - amplificator cu două trepte cu feedback intern interetaj; b - cascadă cu feedback de liniarizare în circuitul rețelei de protecție.

Etape finale și pre-finale – amplificatoare de putere.În mod formal, cascadele pre-terminale (driver, din cuvântul englez drive - excite, set, swing) sunt clasificate ca amplificatoare de tensiune, adică cascade preliminare, dar ele sunt discutate în acest paragraful, și nu în paragraful anterior, pentru a sublinia că prin natura lucrării și În ceea ce privește modurile de utilizare, driverele sunt mult mai aproape de amplificatoarele finale, adică. amplificatoare de putere. Amplificatoarele Hi-Fi se caracterizează printr-o putere semnificativă de ieșire de ordinul 15-50W. Aceasta înseamnă că pentru a excita (conduce) etapa finală fără distorsiuni neliniare vizibile, este deja necesară o putere de ordinul 1-5 W, la o tensiune de până la 25-35 V, iar dacă luăm în considerare cerințele pentru reducând distorsiunile neliniare, devine clar că triodele convenționale de putere redusă nu pot asigura excitarea lămpilor terminale puternice. Prin urmare, devine logic și justificat utilizarea lămpilor de mare putere în ultima etapă de amplificare a tensiunii. Este posibil ca, teoretic, să fie mai corect să se realizeze cascadele pre-terminale în toate cazurile transformator sau bobine pentru a obține cea mai mare valoare a factorului de utilizare a tensiunii anodice ξ, dar există mai multe motive pentru care acest lucru nu ar trebui să fie. Terminat. Cascada transformatorului introduce întotdeauna distorsiuni de frecvență vizibile, iar la puteri peste 1-2 W, distorsiuni neliniare vizibile. În plus, transformatoarele sunt relativ scumpe, complexe și necesită forță de muncă la fabricare, grele și voluminoase, sensibile la interferențe magnetice și, în același timp, o sursă de interferențe de frecvență audio pentru alte circuite amplificatoare (în primul rând cele de intrare).

În același timp, radioamatorii au acum la dispoziție lămpi de putere medie, în bandă largă și economice, care fac posibilă obținerea cu ușurință a unei puteri nedistorsionate de aproximativ 2-4 W la o rezistență de sarcină activă. Acestea includ în principal lămpi de tip 6P15P, 6E5P, 6F3P, 6F4P, 6F5P, 6Zh5P, 6Zh9P etc. Cu toate acestea, această problemă trebuie abordată cu mai multă atenție. În unele cazuri, din motive de coordonare mai simplă, este totuși recomandabil să folosiți o conexiune de transformator. Circuitele preamplificatoarelor sunt prezentate mai jos

Pentru cascade finale de joasă frecvență cu o putere de până la 10-12 W, radioamatorii folosesc în majoritatea cazurilor lămpi de tip 6P14P, parțial pentru că asigură destul de ușor puterea specificată. În plus, din păcate, nu există alte lămpi potrivite în acest scop. O lampă atât de învechită, deși foarte bună, precum 6P3S (6L6) In zilele de azi Nu poate fi recomandat, iar industria nu produce lămpi speciale mai puternice pentru etapele finale ULF, precum EL-34 german. [Concluzie ciudată, fără niciun motiv, în 1980-90 nu se poate recomanda utilizarea 6P3S! Voluntarism pur din Sovietul Deputaților. În secolul 21, de exemplu, lămpile 6P3S pot fi recomandate cu tărie pentru proiectarea unui amplificator cu tuburi. Este important să găsiți exemplare în bună conservare. E.B.] Oamenii încearcă adesea să obțină mai multă putere din aceleași tuburi 6P14P prin forțarea modului, dar această cale este complet inacceptabilă din cauza deteriorării accentuate a fiabilității amplificatorului și a creșterii distorsiunilor neliniare atunci când apare un curent termic al rețelei.

Ținând cont de cele de mai sus, putem recomanda radioamatorilor să folosească lămpi 6P14P în orice circuit push-pull doar la puteri care nu depășesc 10 wați. [O recomandare uimitor de lipsită de sens în stilul „din moment ce nu este nimic bun, atunci fă ceea ce faci.” Autorul pare a fi o autoritate cool, dar scrie prostii. E.B.] Cu o putere de ieșire mai mare, este necesar să treceți la lămpi, evident, nu „de joasă frecvență” precum 6P31S, 6P36S, 6P20S, GU-50, 6N13S (6N5S), atât în ​​circuitele clasice push-pull, cât și ultra-liniare, iar în circuitele bridge mai puțin familiare radioamatorilor circuite, numite și push-pull-parallel. Primele trei dintre aceste lămpi sunt destinate utilizării în cascadele finale ale televizoarelor cu scanare orizontală și vă permit să extrageți putere de până la 25 W de la două lămpi; o lampă generatoare GU-50 cu o tensiune anodică de 500-750 V (și conform la pasaportul sau are Ua.work = 1000 V) este usor ofera putere de 40-60W intr-un circuit push-pull; triodă dublă 6N13S, concepută special ca lampă de control în circuitele electronice de stabilizare a tensiunii, are o rezistență internă foarte scăzută și, cu o tensiune anodică relativ scăzută, face posibilă obținerea unei puteri de cel puțin 15 W (pe un cilindru) într-un circuitul convențional push-pull, iar atunci când este pornit, două triode în fiecare braț în paralel (doi cilindri) în circuitele convenționale push-pull și punte oferă o putere de ieșire de până la 25 W. Folosind lămpile enumerate, radioamatorul are o gamă largă de activități creative.

[O altă recomandare într-o stare vagă de conștiință. Mă întreb de ce lămpile duble sau triple nu sunt potrivite pentru activități creative? Poate că autorul pur și simplu nu cunoaște regulile pentru conectarea în paralel a elementelor radio? Și anume, o conexiune paralelă, cu o selecție de copii de înaltă calitate, oferă o mulțime de opțiuni intermediare pentru amplificatoare foarte puternice, cu caracteristici decente. Este ciudat să citești recomandarea unei lămpi 6P31S, care nu este deloc mai puternică decât 6P14P, dar are caracteristici mult mai proaste. Și este, de asemenea, dezamăgitor să vezi recomandări rapide pentru utilizarea lămpilor 6N13C (în paralel, de altfel). O demonstrație uimitoare de frivolitate, deoarece autorul este complet inconștient de practică, deoarece lămpile 6N13C sunt guano rare. Răspândirea caracteristicilor jumătăților are o gamă de 100% sau mai mult. Este aproape imposibil să le selectați cu precizie pentru conexiunea paralelă, astfel încât amplificatorul nu poate furniza o putere semnificativă sarcinii fără supraîncălzirea uneia dintre jumătăți, iar factorul de utilizare este puțin probabil să depășească 40-50%. Și circuitele paralele simple pentru 6N13S, fără truse de nivelare a caroseriei, sunt nepotrivite. Iar discuțiile despre lămpi sunt emoționante, pentru că există un număr mare de alte lămpi excelente, în contrast cu cele recomandate, de exemplu 6P13S, 6P44S, 6P45S, G807; în cazuri extreme, lămpile 6P3S sunt potrivite. E.B.]

Fig.5. Etape finale puternice ale căii ULF de joasă frecvență. a - pe lămpi 6P36S în comutare ultraliniară; b - la lămpile GU-50 într-un circuit paralel push-pull; c - la lămpi 6N13S cu echilibrare fixă ​​a polarizării

Deoarece toate circuitele au fost considerate de joasă frecvență, de exemplu. proiectat pentru o lățime de bandă limitată (nu mai mult de 5-8 kHz), nu s-a spus nimic despre transformatoarele de ieșire, șocuri și autotransformatoare. Toate sunt cele mai comune, asamblate pe miezuri în formă de W sau bandă din oțel simplu de transformare de 0,35 mm grosime. Nu există cerințe crescute pentru designul cadrului și înfășurările, cu excepția unui grad ridicat de simetrie a jumătăților individuale ale înfășurării primare. Această cerință este deosebit de importantă pentru circuitele ultraliniare pentru comutarea lămpilor terminale. Valorile inductanței de scurgere și capacității înfășurării primare nu sunt semnificative. Înfășurările secundare cu puteri de peste 10 W trebuie înfășurate cu un fir cât mai gros posibil pentru a reduce pierderile active. Este recomandabil să faceți mai multe atingeri pentru a selecta cel mai bun mod de funcționare pentru etapa finală. Această problemă este discutată mai detaliat în paragraful următor. Etapele finale de înaltă frecvență ale amplificatoarelor Hi-Fi cu două canale sunt semnificativ diferite de cele de joasă frecvență, așa că recomandările referitoare la acestea vor fi diferite. În primul rând, acest lucru se aplică tipurilor de lămpi. [ Raționament uimitor. Autorul și-a inventat propria clasificare a LF și HF. Chiar și pentru un amator complet care a citit secțiunea despre tuburile cu vid, în primul rând, este evident că diviziunea de frecvență inventată nu are nimic de-a face cu tuburile cu vid; gama lor merge la sute de megaherți. Lampa 6P14P este violet, care semnale de frecvență ar trebui amplificate, fie că este 0,1 kHz, 1 kHz, 5 kHz, 8 kHz, 16 kHz sau 32 kHz. Dar în ceea ce privește transformatorul de potrivire, această întrebare este deja relevantă. Dar nici aici nu trebuie să vă faceți griji, pentru că... până la 18-20 kHz, transformatoarele obișnuite sunt potrivite; nu trebuie să înfășurați absolut nimic. Și pentru frecvențe de peste 20 kHz ar trebui să treceți la ferite. Se pare că autorul nu a auzit nimic despre secţionarea înfăşurărilor pentru a îmbunătăţi răspunsul în frecvenţă şi recomandă un fir gros pentru înfăşurarea secundară. Iar conceptul de PIERDERI ACTIVE este o prostie absolută, deoarece nu există pierderi pasive și nici pierderi reactive. E.B.]

Deoarece puterea canalelor de înaltă frecvență, chiar și în amplificatoarele de top, este în intervalul 10-12 W, cele mai potrivite lămpi sunt 6P14P și 6N13S. Cele mai bune circuite de comutare sunt ultraliniare push-pull, cu punte pe 6P14P în comutare cu triodă și „cu două etaje” pe 6N13S. În ceea ce privește ultima schemă, a cărei versiune cea mai comună este prezentată în Fig. 6, putem spune că, deși nu este nouă în sens teoretic, ea s-a răspândit în echipamentele de difuzare abia în anii 60 ai secolului trecut. După cum se întâmplă adesea, schema a devenit foarte răspândită, iar atunci când vorbesc despre avantajele schemei, de obicei, ei rămân tăcuți despre dezavantajele acesteia. Să încercăm să le evaluăm obiectiv pe ambele.

[În primul rând, îmi propun să evaluăm în mod sensibil cea mai importantă consecință a creării circuitelor fără transformator. Ultimii 50 de ani au arătat că astfel de scheme nu au primit nicio distribuție și nu ar fi putut să le primească. Pe măsură ce nivelul de trai crește, valoarea sănătății crește. Prin urmare, dezavantajul principal și de netrecut al circuitelor fără transformator - lipsa izolației galvanice de la o sursă de înaltă tensiune - nu va permite niciodată ca astfel de circuite să realizeze cel puțin o anumită distribuție în rândul populației umane. Și lăsați-i pe visători să studieze și să analizeze modurile unor astfel de circuite până când devin albastre la față.]

Fig.6. Unul dintre cele mai comune circuite de etapă finală cu conexiune în serie a lămpilor DC

Conectarea a două lămpi în serie pentru curent continuu este echivalentă cu faptul că pentru curent alternativ ambele sunt conectate în paralel în raport cu sarcina, datorită căruia rezistența lor internă totală este de fapt de patru ori mai mică decât cea a unei cascade convenționale push-pull. . Dacă pentru un astfel de circuit luăm lămpi a căror rezistență internă este mai mică decât de obicei și folosim ca sarcină difuzoare de impedanță relativ mare, atunci se dovedește că transformatorul de ieșire, conform calculelor, ar avea în acest caz un coeficient de transformare apropiat de unitate sau, în orice caz, măsurată în unități. Apoi este posibil să conectați sarcina la lămpi direct, fără un transformator de ieșire. Acesta, desigur, este un avantaj necondiționat al schemei. Cu toate acestea, această demnitate are un preț mare. În primul rând, pornirea directă a încărcăturii se dovedește a fi imposibilă din cauza prezenței la punctele de pornire a jumătate din tensiunea sursei de alimentare (120-150V). Prin urmare, difuzoarele trebuie pornite printr-un condensator de decuplare, a cărui capacitate este direct legată de rezistența de sarcină și limita inferioară a benzii de trecere. Într-adevăr, dacă pierderea de tensiune admisibilă a semnalului util pe condensatorul de separare este de 10% din valoarea semnalului în sine, atunci la R=20 Ohm și debit=40 Hz reactanța condensatorului nu trebuie să depășească 2 Ohmi, din care capacitatea sa este egală cu

Este clar că doar un condensator electrolitic poate avea o astfel de capacitate, dar trebuie amintit că tensiunea sa de funcționare trebuie să fie cel puțin nu mai mică decât tensiunea completă a sursei de alimentare, adică. 300-350V. Și apoi se dovedește că costul unui astfel de condensator nu este deloc mai mic decât costul transformatorului de ieșire, mai ales că, spre deosebire de un condensator, un radioamator poate întotdeauna să facă singur un transformator, dacă este necesar. Desigur, este posibil să se realizeze un difuzor cu o rezistență a bobinei nu de 20, ci de 200 Ohmi, care, în aceleași condiții, va permite reducerea capacității condensatorului de cuplare la 200 μF, dar în acest caz costul de difuzorul crește brusc. Cu toate acestea, acesta nu este singurul dezavantaj al acestei scheme. Al doilea este că atunci când lămpile sunt conectate în serie cu curent continuu, fiecăreia dintre ele se aplică doar jumătate din tensiunea sursei anodice, astfel încât circuitul poate funcționa bine numai la lămpi speciale a căror tensiune nominală a anodului nu depășește 100-150V. . Cu toate acestea, majoritatea lămpilor de acest tip au o putere maximă de ieșire nesemnificativă, rareori depășind câțiva wați. În plus, studiile au arătat că atunci când se utilizează pentode, acest circuit este în mod fundamental oarecum asimetric, ceea ce îl face nepotrivit pentru etapele finale de joasă frecvență ale amplificatoarelor Hi-Fi. În cascadele de înaltă frecvență, primul dezavantaj dispare imediat, deoarece cu valorile selectate în calculul anterior și limita inferioară a fluxului canalului HF = 2 kHz, valoarea capacității condensatorului de separare

Mai mult, în acest caz, o pierdere de semnal de zece procente va avea loc numai în partea cea mai proastă, practic nefuncțională a benzii de trecere, iar la ftop = 20 kHz pierderea semnalului va fi de doar 1%. În plus, puterea de ieșire necesară pentru etapa finală RF este semnificativ mai mică decât pentru etapa LF, ceea ce permite utilizarea unei triode duble 6N13C în acest circuit, care are rezistență internă scăzută și funcționează bine la tensiuni anodice scăzute. O diagramă practică a unei astfel de cascade este prezentată în Fig. 7.

Fig.7. Diagrama practică a unei etape finale „cu două etaje” bazată pe o triodă dublă 6N13S (6N5S)

Dacă puterea canalului RF nu depășește 2-3W, puteți asambla etapa finală conform circuitului din Fig. 8 folosind lămpi de tipurile 6F3P sau 6F5P. Transformatorul de ieșire pentru acest circuit este asamblat pe un miez de bandă cu o grosime a benzii de cel mult 0,2 mm sau pe un permaloy în formă de W. Pentru ca circuitul ultraliniar să dea un rezultat vizibil și pentru ca distorsiunile neliniare să fie efectiv de ordinul a 0,2-0,5%, punctul de conectare al înfășurării primare trebuie în fiecare caz să fie selectat empiric direct din rezultatele măsurătorilor r.n.i. în procesul de instalare a unui amplificator. Pentru a face acest lucru, atunci când înfășurați un transformator, trebuie prevăzute 4-6 robinete pentru fiecare jumătate a înfășurării primare.

Fig.8. Etapa finală de înaltă frecvență push-pull folosind lămpi 6F3P sau 6F5P (Put = 2,5 W)

Pentru amplificatoarele cu tranzistori, circuitul „cu două etaje”, dimpotrivă, se dovedește a fi preferabil tuturor celorlalți. Acest lucru se explică prin rezistența internă scăzută a tranzistoarelor de mare putere și a tensiunii colectorului (comparativ cu lămpile). Prin urmare, potrivirea excelentă a cascadei cu sarcina este asigurată chiar și atunci când se utilizează difuzoare convenționale cu impedanță scăzută, de exemplu, tipul 4GD-35. În plus, condensatorul de decuplare se dovedește a fi de dimensiuni mici chiar și cu o capacitate de 2000-5000 μF, deoarece tensiunea sa de funcționare nu depășește 20-30V. Astfel de scheme sunt larg răspândite și bine cunoscute radioamatorilor.

Ca o concluzie generală, pot cita câteva considerații care în secolul XXI vor fi cu siguranță percepute ca fiind raționale. Prima considerație este dacă este corect ca autorul să discute doar despre amplificatoare push-pull, deoarece circuitele cu un singur capăt sunt destinate începătorilor. În al doilea rând, minuțiozitatea abordării de sistematizare a circuitelor cascadelor merită, de asemenea, respect. În al treilea rând, calificările incontestabile ale autorului în unele cazuri se limitează la prejudecăți uluitoare, iar lacunele în gândire sunt aparent o consecință a pregătirii teoretice înalte a autorului și a experienței practice insuficiente. În al patrulea rând, ultimele decenii au schimbat semnificativ situația, atât în ​​conceptele de bază, cât și în proiectarea circuitelor, în special în ceea ce privește treptele de ieșire ale amplificatoarelor de înaltă performanță. Și nu mai există nicio ceremonie excesivă. Multe au devenit mai simple și mai clare. Unele spectacole au murit fără să dea dovadă de rezistență. Dar vor fi înlocuite cu noi spectacole, cum ar fi cuprul fără oxigen. Pare foarte important să înțelegem faptul că schimbările în structura tehnologică a societății nu ar trebui să schimbe valorile fundamentale ale vieții, de exemplu, civilizația slavă. Am pregătit o publicație bazată pe materiale din cartea lui Gendin descărcată online.

Evgeny Bortnik, Krasnoyarsk, Rusia, martie 2018

Una dintre opțiunile pentru îmbunătățirea semnificativă a calității redării fișierelor muzicale este metoda de împărțire a semnalului în componente de frecvență (LF, MF, HF) în etape preliminare de putere redusă și de a le amplifica în continuare cu amplificatoare adecvate cu bandă îngustă și sisteme dinamice. . Această opțiune permite, de exemplu, să scapi de necesitatea utilizării filtrelor RLC pasive în sistemele acustice, care introduc atenuări și distorsiuni inevitabile în semnalul deja la ieșire din calea de amplificare. De asemenea, această opțiune face posibilă utilizarea sistemelor acustice separate pentru frecvențe joase () și emițători mici de frecvență medie și înaltă, care necesită mult mai puțină putere. Cerințele pentru caracteristicile amplificatoarelor de putere în sine nu sunt aceleași pentru semnalele LF, MF și HF, iar opțiunea propusă face posibilă utilizarea unor astfel de amplificatoare într-un mod optim. Acest articol va oferi un exemplu de construire a unui sistem pentru redare separată, în două sensuri, de putere medie. În timpul producției sale, sarcina a fost stabilită să folosească cât mai eficient sistemele acustice de bandă largă de dimensiuni mici „Radiotehnika S-30” și difuzoarele „PHILIPS FB-20PH” disponibile încă din vremea sovietică. Desigur, cu amplificatorul propus este posibil să se utilizeze orice alte sisteme similare ca putere și caracteristici.

După cum știu toți cei care au întâlnit difuzoarele S-30 la un moment dat, calitatea reproducerii sunetului acestor difuzoare a fost foarte mediocră, mai ales în gama medie (frecvențe medii-înalte) datorită utilizării driverelor dinamice cu parametri nu foarte înalți. Dar utilizarea acestor difuzoare ca „subwoofer” pentru spațiile obișnuite de locuit este destul de posibilă. Totodată, boxele existente din mini-complexul PHILIPS cu o putere nominală de 20 W fiecare reproduc destul de eficient componentele mid-HF ale semnalului, dar au un rollover vizibil la frecvențe sub 90 Hz. Prin urmare, această opțiune a apărut pentru utilizarea acestor acustice cu randament maxim posibil.

Unul dintre avantajele importante ale acestei opțiuni, așa cum am menționat mai sus, este că amplificatorul de putere pentru fiecare bandă de frecvență este separat și poate fi selectat optim pentru putere și caracteristici. Pe baza puterilor nominale ale acusticii utilizate, s-a decis să se utilizeze microcircuite specializate pentru amplificator de putere ca UMZCH (desigur, puteți utiliza MS din alte serii în conexiunea corespunzătoare sau, de exemplu, circuite tranzistoare). Astfel de microcircuite cu o putere de până la 45 W pe canal (conținând de obicei 2 sau 4 canale) sunt utilizate pe scară largă în echipamentele radio de dimensiuni mici, de exemplu, în radiourile auto.

Etape preliminare cu filtre

Întrucât microcircuitele amplificatoarelor de putere din seria TDA utilizate în acest amplificator au sursă de alimentare unipolară (+8...18 V), treptele de preamplificare au fost selectate cu sursă de alimentare unipolară. În același timp, sarcina a fost de a folosi circuite cu un număr minim de cascade și elemente active în ele pentru a reduce distorsiunile introduse de aceste cascade în semnalul original. Ca etapă de intrare cu un filtru care izolează componenta de joasă frecvență a semnalului, a fost folosit circuitul din Fig. 1, publicat la un moment dat într-unul din numerele revistei Modelist-Konstruktor, dar cu înlocuirea tranzistoarelor cu analogi moderni și schimbarea frecvenței de tăiere a filtrului la acustica de mai sus.

Aici, tranzistorul T1 funcționează ca defazător; tensiunile în antifază apar peste rezistențele R3 și R4. Semnalul direct este îndepărtat de la emițător și alimentat la etapa următoare pe tranzistorul T2. Trece componentele de frecvență medie și înaltă ale semnalului și întârzie frecvențele joase care trec la ieșirea de joasă frecvență prin cascada pe T3. Frecvența de tăiere este selectată prin selectarea condensatoarelor C3 și C4, în acest caz este de aproximativ 150 Hz. Frecvența de tăiere poate fi deplasată către frecvențe mai înalte prin reducerea acestor capacități. De exemplu, în circuitul original, cu capacități C3 = C4 = 330 pF, frecvența de tăiere a fost specificată ca 3 kHz. Din păcate, nu am reușit să găsesc circuitul original cu o descriere și calcule detaliate, astfel încât frecvența de tăiere și aceste capacități au fost selectate experimental în circuitul finit pe baza celui mai bun raport al sunetului difuzoarelor de joasă frecvență și medie-înaltă. . Panta de tăiere a filtrului este de aproximativ 12 dB pe octava. Semnalul MF + HF de la ieșirea acestui filtru este alimentat direct la amplificatorul de putere de frecvență medie-înaltă, iar semnalul de frecvență joasă este alimentat la un alt filtru - frecvențe infra-joase (sabsonic), care taie frecvențele sub 30 Hz (Fig. 2).

Acest lucru ne permite să scăpăm de vibrațiile corespunzătoare de frecvențe foarte joase, care practic nu sunt reproduse de difuzoarele utilizate, dar provoacă totuși vibrații inutile ale difuzoarelor lor cu o amplitudine mare, ceea ce duce la suprasarcini mari și distorsiuni ale semnalului. Frecvența de tăiere a filtrului este setată de elementele C2, C3, C4, R4, R5 și de modul de funcționare al tranzistorului T1 prin selectarea valorii rezistorului R3 (colectorul acestui tranzistor trebuie setat la aproximativ jumătate din tensiunea de alimentare în cascadă, adică. 4,5 V). La ieșirea filtrului este inclus un rezistor variabil (poate fi de la 10 la 100 kOhm, aceasta depinde de rezistența de intrare a amplificatorului de putere conectat în spatele acestuia). Cu ajutorul acestuia, puteți ajusta nivelul de amplificare al frecvențelor joase în raport cu frecvențele medii-înalte pentru a egaliza răspunsul general în frecvență al întregului sistem. Condensatorul de șunt C5 după rezistorul variabil este necesar pentru o tăiere suplimentară a frecvențelor peste 1000 Hz pentru a elimina posibilul zgomot și interferență RF, iar condensatorul de separare C6 μF poate fi omis dacă un astfel de condensator este deja utilizat la intrarea amplificator de energie electrică. Pentru a-și reduce propriul zgomot, circuitele au fost alese fără utilizarea condensatoarelor electrolitice cu oxid în circuitele de semnal (cu excepția condensatorului de intrare C1 al primului filtru, dar acesta poate fi înlocuit, dacă se dorește, cu unul obișnuit, de exemplu, unul de film). Tranzistorii din ambele filtre pot fi utilizați în orice structură n-p-n de putere redusă, dar de preferință cu un câștig mare și un nivel scăzut de zgomot (2PC1815L, BC549C, BC550C, BC849C (smd), BC850C (smd), BC109C, BC179C etc.)

Amplificatoare de putere finale

Pentru a simplifica circuitul și pentru a reduce dimensiunea dispozitivului finit, au fost folosite ca amplificatoare finale microcircuite din seria TDA, care sunt utilizate pe scară largă în echipamente audio de dimensiuni mici, de exemplu, în radiourile auto. Aceste microcircuite, de regulă, au caracteristici destul de acceptabile pentru echipamentele de uz casnic de o calitate destul de înaltă. Mai mult, au încorporate circuite de protecție împotriva suprasarcinii, supraîncălzirii și scurtcircuitelor în sarcină. Caracteristicile puterii au fost determinate exclusiv de puterile sistemelor de difuzoare disponibile. Astfel, pentru banda MF-HF, într-o conexiune bridge a fost folosit un TDA1558Q MS. Acest MS poate fi conectat folosind un circuit cu 4 canale de 11 W sau un circuit bridge 2x22 W). Pentru difuzoarele cu o putere de 20 wați, a fost utilizat următorul circuit de punte (Fig. 3)

Schema este extrem de simplă și, evident, nu necesită o descriere separată. Pinii MS neutilizați - 4,9,15 - ar trebui lăsați liberi. Dacă nu va fi folosit un comutator MUTE / ST-BY separat, pinul 14 MC trebuie conectat direct la firul pozitiv de alimentare. Este recomandabil să amplasați un condensator electrolitic de mare capacitate (2200 mF) cât mai aproape de bornele MS. Nu numai calitatea netezirii tensiunii de alimentare, ci și capacitatea de suprasarcină a amplificatorului depinde de capacitatea acestuia. Un condensator de 0,1 mF este plasat în circuitul de alimentare pentru a filtra posibilele componente de înaltă frecvență. Tensiunea de funcționare a tuturor elementelor nu trebuie să fie mai mică decât tensiunea de alimentare (+U).

Pentru banda de joasă frecvență, a fost folosit unul dintre MS-urile originale TDA7575. Aceste microcircuite sunt cu adevărat „originale” și se găsesc, de regulă, în dispozitive de o clasă și o putere superioară. Găsirea unuia nu este foarte ușoară, la fel ca și schema de conectare. Desigur, aici pot fi folosite multe alte MS-uri cu caracteristici similare (2 sau 4 canale de 45 W fiecare), fișe de date pentru care pot fi găsite cu ușurință pe Internet. Acest microcircuit va fi descris aici puțin mai detaliat pentru cei care doresc să-l folosească (Fig. 4).

Caracteristici principale: putere - 2x45 W sau 1x75 W (pentru o sarcină de 1 Om), răspuns liniar în frecvență 20...20.000 Hz, Rin = 100 kOhm.

Pinii de intrare negativi 9 și 19 în versiunea mea de conexiune sunt conectați la masă (fir comun), semnalul de joasă frecvență este furnizat la pinii 8 și 20 (canalele stânga și respectiv dreapta). Dacă aici sunt instalați condensatori de intrare de 0,33 μF, condensatorul C6 la ieșirea filtrului conform circuitului din Fig. 2, desigur, nu trebuie instalat. După cum puteți vedea, MS conține diverse intrări și ieșiri de control suplimentar, care în cazul nostru nu sunt utilizate și pot fi lăsate libere (pinii 3,13,14,16,17,18 și 25). Pentru a transforma MS în modul de funcționare, tensiunea de alimentare +U trebuie aplicată la contactele ST-BY și MUTE. Microcircuitul vă permite să conectați acustice cu o rezistență de 1 Ohm și apoi puteți scoate o putere de până la 75 W, dar cu o conexiune în punte și, în consecință, în modul monocanal. În acest caz, trebuie respectate următoarele condiții:

• paralelizați ieșirile (OUT1+ conectați la OUT2+; OUT1- conectați la OUT2-);
• minimizați rezistența buclei de ieșire, adică faceți firele de la ieșirea MC la difuzor cât mai groase și scurte, iar pentru aceasta amplificatorul în sine trebuie să fie amplasat lângă difuzor. Rezistența buclei de ieșire are un efect foarte semnificativ asupra distorsiunii armonice;
• Aplicați semnalul de intrare la intrarea IN2 (IN1 - lăsați liber sau împământat);
• aplicați U=2,5V la pinul „1 Om SETTING” (pentru o opțiune cu două canale de 45 W, ca în cazul nostru, această ieșire ar trebui lăsată liberă sau conectată la un fir comun). Eu însumi nu am încercat să folosesc un circuit cu o astfel de conexiune pentru un difuzor de 1 Ohm, deoarece nu am difuzoare cu rezistență de 1 Ohm, așa că vă ofer aici ca referință datele pentru această opțiune pe care le-am putut găsi în sursele disponibile pentru mine.

Alimentare electrică

Pentru alimentarea amplificatorului în ansamblu s-au folosit două transformatoare cu o putere de 60-70 W, câte unul pentru canalele LF și MF-HF. Un transformator de putere suficientă (120 W sau mai mult) pur și simplu nu s-a „încadrat” în carcasa de dimensiuni mici în înălțime. Există și doi stabilizatori, respectiv. Sursa de alimentare pentru MC-urile utilizate aici variază de la 8 la 18 volți, astfel încât transformatorul poate fi selectat cu tensiunea corespunzătoare pe înfășurarea secundară și un curent de ieșire de cel puțin 3 amperi fără „reducere” semnificativă. După transformator, sunt instalate redresoare convenționale în punte cu undă completă cu diode de puterea necesară sau un ansamblu de diode (de exemplu, KBU810 pentru 8 A). Apoi, tensiunea redresată este stabilizată în circuitul unui stabilizator „puternic” pe un MS tip KREN8 sau similar cu un tranzistor de control suplimentar (Fig. 5).

Tensiunea de ieșire a stabilizatorului poate fi în intervalul 12 - 17 volți pentru a obține puterea maximă posibilă cu un minim de distorsiune. În acest caz, se folosește un microcircuit KIA7812 cu o tensiune de stabilizare de 12 volți, iar pentru a crește tensiunea de ieșire la 15-16 volți, este instalată o diodă zener suplimentară de 3-4 volți (KS133, KS 139) între borna mijlocie și firul comun. Nu trebuie să ridicați tensiunea de alimentare la 18 volți, deși o astfel de limită este indicată în fișele de date de pe TDA MS, deoarece în practică, în momentul pornirii, sistemul de protecție intern al acestor microcircuite poate fi declanșat din cauza „suprasarcinii. ”. Puteți alimenta amplificatoare cu o tensiune nestabilizată, dar acest lucru le va crește încălzirea în timpul funcționării și va reduce capacitatea lor de suprasarcină.

Cascadele de pre-amplificare - filtrele - pot fi alimentate de la aceiași stabilizatori, dar este mai bine, la urma urmei, să faceți un stabilizator comun pentru ele la 9...12 volți pentru a le izola de interferențe și posibilă influență reciprocă a canalelor de bandă.

Toate microcircuitele (amplificatoare de putere și stabilizatoare), precum și tranzistoarele puternice suplimentare (KT818 sau similare importate) ale sursei de alimentare trebuie montate pe radiatoare de suprafață suficientă. În cazul meu, toate aceste elemente sunt amplasate pe un singur radiator comun, constând din două plăci de aluminiu montate paralel, cu grosimea de 3 mm și dimensiunea de 70x200 mm. De regulă, majoritatea microcircuitelor TDA și similare au o sursă de alimentare minus pe carcasă și, în consecință, pot fi atașate la un singur radiator fără distanțiere izolatoare. Tranzistoarele și cipurile stabilizatoare trebuie izolate. Plăci cu circuite imprimate în arhivă.

Concluzie

Utilizarea unui amplificator conform circuitelor prezentate aici a făcut posibilă îmbunătățirea semnificativă a calității redării fonogramelor, chiar și folosind acustice de nivel și calitate medii. În același timp, difuzoarele PHILIPS nu au fost modificate în niciun fel, iar la S-30 toate filtrele pasive interne și capul mid-HF 6GDV-1 au fost oprite, iar semnalul de joasă frecvență a fost furnizat direct la woofer. (25GDN-1-4). Ajustarea nivelului componentei de joasă frecvență vă permite să echilibrați răspunsul general în frecvență al întregului sistem, în funcție de dimensiunea camerei și de distanța ascultătorului la acustică. Mai ales pentru site - A. Baryshev.

Discutați articolul DIAGRAMĂ A UNUI DIFUZOR DE CASĂ CU DOUĂ CĂI CU ULF

Amplificatoarele de joasă frecvență sunt concepute în principal pentru a furniza o putere dată dispozitivului de ieșire, care poate fi un difuzor, un cap de înregistrare al unui magnetofon, o bobină de releu, o bobină pentru instrument de măsurare etc. Sursele de semnal de intrare sunt o captare a sunetului, un fotocelulă și diverse convertoare de cantități neelectrice în electrice. De regulă, semnalul de intrare este foarte mic, valoarea acestuia este insuficientă pentru funcționarea normală a amplificatorului. În acest sens, în fața amplificatorului de putere sunt incluse una sau mai multe trepte de preamplificare, îndeplinind funcțiile amplificatoarelor de tensiune.

În etapele preliminare ULF, rezistențele sunt cel mai adesea folosite ca sarcină; sunt asamblate folosind atât lămpi, cât și tranzistori.

Amplificatoarele bazate pe tranzistoare bipolare sunt de obicei asamblate folosind un circuit emițător comun. Să luăm în considerare funcționarea unei astfel de cascade (Fig. 26). Tensiune sinusoidală tu in alimentat la secțiunea bază-emițător printr-un condensator de izolare C p1, care creează o ondulare a curentului de bază în raport cu componenta constantă eu b0. Sens eu b0 determinat de tensiunea sursei E kși rezistența rezistenței R b. O modificare a curentului de bază determină o modificare corespunzătoare a curentului colectorului care trece prin rezistența de sarcină R n. Componenta alternativă a curentului colectorului se creează la rezistența de sarcină Rk căderea de tensiune amplificată în amplitudine tu afară.

Calculul unei astfel de cascade se poate face grafic folosind cele prezentate în Fig. 27 caracteristici de intrare și ieșire ale unui tranzistor conectat conform unui circuit cu un OE. Dacă rezistența la sarcină R nși tensiunea sursei E k sunt date, atunci poziția liniei de sarcină este determinată de puncte CUȘi D. În același timp, punctul D dat prin valoare E k, și punct CU- soc electric eu să =E k/R n. Linia de încărcare CD traversează familia de caracteristici de ieșire. Selectăm zona de lucru pe linia de încărcare, astfel încât distorsiunea semnalului în timpul amplificării să fie minimă. Pentru aceasta, punctele de intersecție ale dreptei CD cu caracteristici de ieșire trebuie să fie în secțiunile drepte ale acestuia din urmă. Site-ul îndeplinește această cerință AB linii de sarcină.

Punctul de operare pentru un semnal de intrare sinusoidal se află în mijlocul acestei secțiuni - punct DESPRE. Proiecția segmentului AO pe axa ordonatelor determină amplitudinea curentului colectorului, iar proiecția aceluiași segment pe axa absciselor determină amplitudinea componentei variabile a tensiunii colectorului. Punct de operare O determină curentul colectorului eu k0 si tensiunea colectorului U ke0 corespunzător modului de odihnă.

Mai mult, punct O determină curentul de repaus de bază eu b0, și deci poziția punctului de operare O" pe caracteristica de intrare (Fig. 27, a, b). La puncte AȘi ÎN caracteristicile de ieșire corespund punctelor A"Și ÎN" pe caracteristica de intrare. Proiecția segmentului de linie A"O" axa x determină amplitudinea semnalului de intrare U în t, la care se va asigura modul de distorsiune minimă.

Strict vorbind, U în t, trebuie determinat de familia de caracteristici de intrare. Dar din moment ce caracteristicile de intrare la diferite valori ale tensiunii U ke, diferă ușor, în practică folosesc caracteristica de intrare corespunzătoare valorii medii U ke=U ke 0.

Când se rezolvă multe probleme de inginerie, este nevoie de amplificarea semnalelor electrice. Amplificatoarele servesc acestui scop, de ex. dispozitive concepute pentru a amplifica tensiunea, curentul și puterea. Amplificatoarele folosesc de obicei tranzistoare bipolare și cu efect de câmp și circuite integrate.

Cel mai simplu amplificator este o etapă de amplificare.

Compoziția celui mai simplu etaj de amplificator:

UE – element controlat neliniar (tranzistor bipolar sau cu efect de câmp);

R – rezistor;

E – sursa de energie electrica.

Amplificarea se bazează pe conversia energiei electrice dintr-o sursă de FEM constantă. E în energia semnalului de ieșire din cauza modificărilor rezistenței RE conform legii specificate de semnalul de intrare.

Parametrii principali ai etapei amplificatorului:

Pentru amplificatoare cu mai multe trepte

În funcție de gama de frecvențe amplificate ale semnalelor de intrare, amplificatoarele sunt împărțite în:

UPT (amplificatoare de curent continuu) - pentru a amplifica semnalele care se schimbă încet;

ULF (amplificatoare de joasă frecvență) - pentru a amplifica semnale în domeniul de frecvență audio (20-20000 Hz);

UHF (amplificatoare de înaltă frecvență) - pentru a amplifica semnale în intervalul de frecvență de la zeci de kiloherți la zeci și sute de megaherți;

Puls/bandă largă - pentru amplificarea semnalelor de impuls cu un spectru de frecvență de la zeci de herți la sute de megaherți;

Bandă îngustă/selectiv - pentru amplificarea semnalelor într-un interval de frecvență îngust.

Conform metodei de pornire a elementului de amplificare, acestea sunt împărțite în:

În cazul utilizării unui tranzistor bipolar ca element de amplificare:

Cu o bază comună

Emițător comun

Cu colector comun

În cazul utilizării unui tranzistor cu efect de câmp:

Cu o sursă comună

Cu scurgere comună

Cu o bază comună

Etapă amplificator cu emițător comun.

O etapă de amplificator OE este una dintre cele mai comune trepte de amplificare în care emițătorul este un electrod comun pentru circuitele de intrare și de ieșire.

Diagrama unui etaj de amplificator cu OE pentru o structură de tranzistor bipolar p-p-p.

Pentru circuitul colector al etajului amplificatorului, în conformitate cu cea de-a doua lege a lui Kirchhoff, se poate scrie următoarea ecuație a stării electrice:

Caracteristica curent-tensiune a rezistorului colector Rk este liniară, iar caracteristica curent-tensiune a tranzistorului este neliniară și reprezintă o familie de caracteristici de ieșire (colector) ale emițătorului conectat într-un circuit cu OE.

Calculul unui circuit neliniar, de ex. definiție eu La , , Și U La pentru curenți de bază diferiți eu bși rezistența rezistenței R La, se poate face grafic. Pentru a face acest lucru, pe familia de caracteristici de ieșire ale tranzistorului este necesar să se tragă o linie dreaptă din punct E La pe axa de abscisă a caracteristicii curent-tensiune a rezistorului Rk, satisfăcând ecuația .

Punctele de intersecție ale dreptei de sarcină cu liniile caracteristicilor de ieșire oferă o soluție grafică a ecuației pentru un anumit R b si diverse eu b .

Din aceste puncte puteți determina curentul din circuitul colectorului, tensiunea U keȘi .

Rezistenta rezistenta R La selectat pe baza cerințelor de amplificare a semnalului de intrare. În acest caz, este necesar să se țină cont de faptul că linia dreaptă a sarcinii trece la stânga și sub valorile admise U La max , eu La max , P La maxși a furnizat o secțiune liniară destul de lungă a răspunsului tranzitoriu.

Circuit echivalent echivalent al etajului amplificatorului cu OE și parametrii acestuia.

Numărând , putem scrie aceste ecuații sub forma

Rezolvând aceste ecuații împreună, obținem

Semnul minus înseamnă că tensiunea de ieșire este defazată cu intrarea. Obținem formula pentru câștigul de tensiune al unei trepte de amplificare fără sarcină cu un emițător comun:

Deoarece . De aceea

Impedanța de intrare a etajului amplificatorului cu OE la frecvențe joase:

Impedanța de ieșire a etajului amplificatorului cu OE este determinată de expresie

Stabilizarea temperaturii etajului amplificatorului cu OE

CU
Un dezavantaj semnificativ al tranzistorilor este dependența lor de temperatură. Odată cu creșterea temperaturii, datorită creșterii numărului de purtători minoritari de sarcină în semiconductor, curentul de colector al tranzistorului crește. Acest lucru duce la o modificare a caracteristicilor de ieșire ale tranzistorului. Când curentul colectorului crește cu ΔI k, tensiunea colectorului scade cu . Acest lucru determină o schimbare a punctului de funcționare al tranzistorului, care îl poate duce dincolo de porțiunea liniară a caracteristicilor tranzistorului, iar funcționarea normală a amplificatorului este perturbată.

Pentru a reduce influența temperaturii asupra funcționării etajului amplificatorului cu un redresor comun, un rezistor este inclus în circuitul său emițător. R uh, manevrat de un condensator CUuh. Un divizor de tensiune este inclus în circuitul de bază pentru a crea tensiunea inițială.

O creștere a curentului emițătorului datorită creșterii temperaturii duce la o creștere a căderii de tensiune pe rezistență R uh, care determină o scădere a tensiunii, iar aceasta determină o scădere a curentului de bază. Curentul emițătorului și al colectorului mențin poziția punctului de funcționare pe porțiunea liniară a caracteristicii.

Efectul modificării curentului colectorului din circuitul de ieșire asupra tensiunii de intrare a tranzistorului se numește feedback negativ DC. În absența unui condensator, funcționarea etajului amplificatorului se modifică nu numai în curent continuu, ci și în componenta alternativă.

Etapa amplificatorului cu OK

LA
Colectorul tranzistorului este conectat direct la punctul comun al amplificatorului prin sursa de alimentare, deoarece Căderea de tensiune pe rezistența internă a sursei este neglijabilă. Putem considera că tensiunea de intrare este aplicată la baza tranzistorului în raport cu colectorul printr-un condensator CU1 , iar tensiunea de ieșire este egală cu căderea de tensiune pe suprafață R uh, care este scos din emițător în raport cu colectorul. Rezistor setează curentul de polarizare inițial al circuitului de bază a tranzistorului, care determină poziția punctului de funcționare în modul de repaus. În prezența Uintrareîn circuit apare o componentă alternativă, care creează o cădere de tensiune pe suprafață R uh ( )

Câștigul de tensiune al etapei amplificatorului cu OC este mai mic decât unitatea, deci este mai corect să-l numim coeficient de transfer de tensiune.

Deoarece valoarea de intrare K u aproape de unitate, rezistența de intrare a emițătorului adept este mult mai mare decât rezistența de intrare h 11 tranzistor și atinge câteva sute de kilo-ohmi.

Rezistența de ieșire a emițătorului urmăritor este de ordinul zecilor de ohmi. Astfel, adeptul emițătorului are o rezistență de intrare foarte mare și o rezistență de ieșire scăzută, prin urmare, câștigul său de curent poate fi foarte mare.

Etapă de amplificare a tranzistorului cu efect de câmp

U
etajele de putere bazate pe tranzistoare cu efect de câmp au o rezistență mare de intrare.

În această cascadă, rezistorul R c, cu ajutorul căruia se realizează amplificarea, este inclus în circuitul de drenaj. Un rezistor este inclus în circuitul sursă RȘi , creând căderea necesară de tensiune în modul inactiv U 30 , care este tensiunea de polarizare dintre poartă și sursă.

Rezistor de poartă R 3 În modul repaus, asigură egalitatea potențialelor de poartă și punctul comun al etajului amplificatorului. Prin urmare, potențialul de poartă este mai mic decât potențialul sursei cu valoarea căderii de tensiune pe rezistor R iar din componenta constantă a curentului I u 0. Astfel, potenţialul de poartă este negativ în raport cu potenţialul sursei.

Tensiunea de intrare este aplicată rezistorului R 3 prin condensator de izolare CU. Când se aplică o tensiune de intrare alternativă, componentele alternative ale curentului sursei apar în canalul tranzistorului cu efect de câmp i iar curentul de scurgere i cu, și iȘi i Cu. Datorită căderii de tensiune pe rezistor R iar din componenta de curent alternativ iȘi , componenta alternativă a tensiunii dintre poartă și sursă, amplificată de tranzistorul cu efect de câmp, poate fi semnificativ mai mică decât tensiunea de intrare:

Acest fenomen, numit feedback negativ, face ca câștigul etapei amplificatorului să scadă. Pentru a-l elimina, un condensator C și este conectat în paralel cu rezistorul R și, a cărui rezistență la frecvența cea mai joasă a tensiunii amplificate ar trebui să fie de multe ori mai mică decât rezistența rezistorului R n . În această condiție, scăderea de tensiune de la curentul sursă i și pe circuit Rși -C și, numită legătura de polarizare automată, este foarte mică, astfel încât pe baza componentei alternative a curentului, sursa poate fi considerată conectată la punctul comun al etajului amplificatorului.

Tensiunea de ieșire este eliminată prin condensatorul de cuplare CU Cu între dren și punctul comun al cascadei, adică este egal cu componenta alternativă a tensiunii dintre dren și sursă.

Feedback în amplificatoare

DESPRE
Cuplarea reciprocă în amplificatoare este transferul unei părți (sau întregului) din semnalul de ieșire al amplificatorului la intrarea acestuia.

Feedback-ul în amplificatoare este de obicei creat intenționat. Cu toate acestea, uneori apar spontan. Se numesc feedback-uri spontane parazitar.

Dacă, în prezența feedback-ului, la tensiunea de feedback se adaugă tensiunea de intrare uin u os , rezultând o tensiune crescută furnizată amplificatorului u 1, atunci se numește un astfel de feedback pozitiv.

Dacă, după introducerea feedback-ului, tensiunea u 1 la intrare și u out la ieșirea amplificatorului scade, ceea ce este cauzat de scăderea tensiunii de feedback din tensiunea de intrare u in, atunci un astfel de feedback se numește negativ.

Toate feedback-urile sunt împărțite în feedback-uri prin tensiuneȘi prin curent.În feedback de tensiune u oc = βu out, unde β este coeficientul de transmisie al patrupolului de feedback. În feedback-ul curent uoc = Roc i out, unde Roc este rezistența reciprocă a circuitului de ieșire și a circuitului de feedback. În plus, toate reacția este împărțită în serie, în care circuitele de reacție sunt conectate în serie cu circuitele de intrare ale amplificatorului și în paralel, când circuitele de reacție sunt conectate în paralel cu circuitele de intrare ale amplificatorului.

Efectul feedback-ului negativ asupra câștigului.

Pentru un amplificator fără feedback

Concluzie: introducerea feedback-ului negativ reduce câștigul amplificatorului de 1+βK ori.

Introducerea feedback-ului pozitiv crește câștigul amplificatorului. Cu toate acestea, feedback-ul pozitiv nu este practic utilizat în amplificatoarele electronice, deoarece în acest caz, așa cum se va arăta mai jos, stabilitatea câștigului este semnificativ deteriorată.

În ciuda reducerii câștigului, feedback-ul negativ este folosit foarte des în amplificatoare. Ca urmare a introducerii feedback-ului negativ, proprietățile amplificatorului sunt îmbunătățite semnificativ:

a) stabilitatea câștigului amplificatorului crește la modificarea parametrilor tranzistorului;

b) se reduce nivelul distorsiunilor neliniare;

c) crește impedanța de intrare a amplificatorului și scade impedanța de ieșire etc.

Pentru a evalua stabilitatea câștigului unui amplificator de feedback, trebuie determinată modificarea relativă a acestuia:

Concluzie: orice modificare a câștigului este atenuată de acțiunea feedback-ului negativ cu un factor de 1+βK.

Dacă valoarea lui βK este mult mai mare decât unitatea, ceea ce reprezintă un feedback negativ profund, atunci

În cazul feedback-ului pozitiv, stabilitatea câștigului se deteriorează:

Introducerea feedback-ului de tensiune serială crește impedanța de intrare.

Circuit amplificator de feedback paralel:

Cu feedback negativ profund

3) cuplare magnetică care apare atunci când transformatoarele de intrare și de ieșire ale amplificatorului sunt apropiate.

Amplificatoare DC

Dispozitivele concepute pentru a amplifica un semnal de frecvențe foarte joase (de ordinul fracțiilor de Hz), având un răspuns amplitudine-frecvență până la cele mai joase frecvențe, se numesc amplificatoare de curent continuu (DCA).

Cerințe pentru caracteristicile UPT:

în absența unui semnal de intrare nu trebuie să existe semnal de ieșire;

când se schimbă semnul semnalului de intrare, trebuie să se schimbe și semnul semnalului de ieșire;

Tensiunea pe dispozitivul de sarcină trebuie să fie proporțională cu tensiunea de intrare.

Aceste cerințe sunt cel mai bine îndeplinite de UPT-urile construite pe cascade echilibrate diferențiale. Ele oferă, de asemenea, o luptă eficientă împotriva așa-numitei deriva zero a UPT. Construit pe principiul unui pod cu patru brațe.

U
Ajustarea echilibrului podului:

Când Ek se modifică, echilibrul nu este perturbat și curentul din rezistența de sarcină Rn este zero. Pe de altă parte, cu o modificare proporțională a rezistenței rezistențelor R1, R2 sau R3, R4, echilibrul punții nu este de asemenea perturbat. Dacă înlocuim rezistențele R 2, R 3 cu tranzistoare, obținem un circuit diferențial, foarte des folosit în UPT-uri.

ÎN
în amplificatorul diferenţial, rezistenţele rezistenţelor R2, R3 din circuitele colectoare ale tranzistoarelor sunt alese egale, modurile ambelor tranzistoare sunt setate la aceeaşi. În astfel de amplificatoare, sunt selectate perechi de tranzistori cu caracteristici strict identice.

Stabilitatea modurilor electrice este influențată semnificativ de rezistența rezistorului R1, care stabilizează curentul tranzistorilor. Pentru a putea folosi un rezistor cu o rezistență mare Rl, tensiunea sursei de alimentare Ek este crescută la valoarea E 2 E 1, iar în circuitele integrate, în locul unui rezistor R 1, se folosește adesea un stabilizator de curent continuu, care se realizează pe 2-4 tranzistoare.

Rezistorul variabil R p servește la echilibrarea cascadei (pentru a seta zero). Acest lucru este necesar din cauza faptului că nu este posibil să selectați două tranzistoare și rezistențe absolut identice cu rezistențe egale R2, R3. Când se modifică poziția potențiometrului R p glisor, rezistențele rezistențelor incluse în circuitele colectoare ale tranzistoarelor se modifică și, în consecință, potențialele de pe colectoare. Prin deplasarea glisierei potențiometrului R n, obținem un curent zero în rezistența de sarcină R n în absența unui semnal de intrare.

La schimbarea e. d.s. sursă de putere a colectorului E 1 sau polarizare E 2, curenții ambelor tranzistoare și potențialele colectoarelor acestora se modifică. Dacă tranzistoarele sunt identice și rezistențele rezistențelor R 2, R 3 sunt exact egale, atunci curentul din rezistorul RH datorită modificării lui e. d.s. El, E 2 nu vor exista. Dacă tranzistoarele nu sunt exact identice, atunci va apărea un curent în rezistența de sarcină, dar va fi semnificativ mai mic decât într-un UPT convențional, dezechilibrat.

De asemenea, modificările caracteristicilor tranzistorului din cauza modificărilor temperaturii ambientale nu vor cauza practic nici un curent în rezistența de sarcină.

În același timp, atunci când la baza tranzistorului T 1 este aplicată o tensiune de intrare, curentul colectorului său și tensiunea la colectorul său se vor modifica, ceea ce va face să apară o tensiune pe rezistența de sarcină R n.

Cu o selecție atentă a tranzistorilor și rezistențelor, la stabilizarea tensiunilor surselor de alimentare, deriva poate fi redusă la 1-20 µV/°C, sau atunci când funcționează în intervalul de temperatură de la -50 la +50°C va fi de 0,1 -2 mV, adică în comparație cu un UPT dezechilibrat, acesta poate fi redus de 20-100 de ori.

Folosind aceleași circuite, puteți realiza amplificatoare folosind tranzistori cu efect de câmp. Circuite echilibrate similare pot fi construite pe baza emițătorului și a surselor de urmărire.

Amplificatoare operaționale

Un amplificator operațional este un amplificator diferențial DC cu câștig mare proiectat pentru a efectua diverse operații pe cantități analogice atunci când funcționează în circuite cu feedback negativ.

Op-amp-ul este un bloc universal cu caracteristici apropiate de ideale, pe baza căruia pot fi construite multe componente electronice diferite.

Diagrama și denumirea grafică simbolică a circuitului integrat K140UD8:

Prima etapă pe tranzistoarele cu efect de câmp VT 1 VT 11 și VT 2, VT 9, cu un canal de tip p, este o etapă diferențială simetrică cu tranzistoare de sarcină VT 3, VT 10. Tranzistoarele VT 4, VT 5 formează un stabilizator de curent în circuitul sursă al primei trepte.

A doua etapă - o treaptă diferențială asimetrică pe doi adepți emițători - este realizată pe tranzistoarele VT 7, VT 12. Legătura dintre prima și a doua cascadă este directă.

N
În tranzistorul compozit VT 15, este realizat un amplificator de tensiune, a cărui sarcină este tranzistorul cu efect de câmp VT 17. La ieșirea microcircuitelor, se utilizează un amplificator de putere fără transformator folosind tranzistoare compozite VT 20, VT 22 și VT 23, VT 24.

Cipul K140UD8 are două intrări (4 - non-inversoare, 3 - inversoare) și o ieșire (pin 7), pin comun 1 și pini de conectare a tensiunii de alimentare: 8 - pentru +E 1 și 5- pentru -E 2. concluzii 2i 6 este folosit pentru a echilibra microcircuitul folosind un rezistor variabil cu o rezistență de 10 kOhm.

UPT cu conversie de tensiune

Metoda de reducere a derivei se bazează pe dubla conversie a tensiunii amplificate.

Schema structurala:

Modulatorul este proiectat pentru a converti o tensiune de intrare care variază lent într-o tensiune alternativă, a cărei amplitudine este proporțională cu tensiunea de intrare, iar atunci când semnul tensiunii de intrare se schimbă, faza tensiunii alternative se schimbă.

Uin este convertit cu o frecvență de la 50 Hz la 20 MHz.

Există multe scheme de modulatoare diferite. Cele mai frecvente sunt:

modulator cu traductor de vibratii;

modulator tranzistor.

M
Un odulator cu traductor de vibrații este un contactor electromagnetic de putere redusă care periodic (la frecvența curentului care alimentează bobina electromagnetului) conectează tensiunea de intrare fie la jumătatea superioară, fie la cea inferioară (conform diagramei) a înfășurării primare. a transformatorului. În acest caz, curentul din înfășurarea primară își schimbă direcția. În înfășurarea secundară a transformatorului apare o tensiune alternativă. În mod obișnuit, se folosește un transformator step-up cu un raport de transformare de până la 10, astfel încât amplitudinea tensiunii este de câteva ori mai mare decât tensiunea de intrare.

Avantajul traductorului de vibrații este o mică deriva, care este determinată în principal de termo-e. d.s. pereche de contact și poate fi redusă la 0,01-0,1 µV/h (0,1-0,5 µV/zi). Impedanța de intrare este de 1-10 kOhm.

D – demodulator – conceput pentru a converti tensiunea alternativă la intrare, schimbând încet tensiunea continuă la ieșire.

Avantaje:

Deriva de zero scăzută;

Defecte:

Răspuns de frecvență slab în regiunea de înaltă frecvență.

Modulatorul de la intrarea amplificatorului convertește bine DC și tensiunile care variază lent. Pe măsură ce frecvența tensiunii de intrare crește, funcționarea modulatorului se deteriorează. În același timp, la ieșirea demodulatorului este aplicat un filtru anti-aliasing. Când frecvența semnalului se apropie de frecvența tensiunii de referință u op, filtrul nu poate separa semnalul de tensiunea de referință.

Pentru a extinde domeniul de frecvență, se folosesc convertoare de înaltă frecvență, care fac posibilă creșterea frecvenței f op până la 0,5-10 MHz.

Amplificatoarele combinate combină avantajele amplificatoarelor fără și cu un convertor de tensiune.

Diagrama bloc a UPT combinată:

Amplificatorul combinat are o deviere la nivelul UPT cu conversie a spectrului de semnal, iar răspunsul amplitudine-frecvență nu este mai rău decât un amplificator fără conversie a spectrului de semnal. O anumită neuniformitate a răspunsului amplitudine-frecvență în regiunea de frecvență medie este ușor de egalat din cauza feedback-ului negativ. (KD140UD13).

Amplificatoare operaționale stau la baza unei clase mari de amplificatoare cu caracteristici speciale de frecventa. Acest lucru se realizează prin utilizarea diferitelor circuite de feedback.

La amplificatoarele operaționale, feedback-ul este negativ dacă este aplicat de la ieșirea amplificatorului la intrarea inversoare. Într-adevăr, în acest caz, tensiunea U oc , care este în fază cu U out, va fi în antifază cu tensiunea de intrare la intrarea inversoare. În schimb, feedback-ul este pozitiv dacă este aplicat unei intrări neinversoare. Cu feedback serial, semnalul de intrare și semnalul de feedback sunt furnizate la diferite intrări ale microcircuitului, cu feedback paralel - la una.

Amplificator de semnal electric - este un dispozitiv electronic conceput pentru a crește puterea, tensiunea sau curentul unui semnal aplicat la intrarea acestuia fără a distorsiona semnificativ forma de undă. Semnalele electrice pot fi oscilații armonice ale fem, curent sau putere, semnale dreptunghiulare, triunghiulare sau alte forme. Frecvența și forma de undă sunt factori importanți în determinarea tipului de amplificator. Deoarece puterea semnalului la ieșirea amplificatorului este mai mare decât la intrare, atunci conform legii conservării energiei dispozitiv de amplificare trebuie să includă o sursă de alimentare. Astfel, energia pentru funcționarea amplificatorului și a sarcinii este furnizată de la sursa de alimentare. Apoi diagrama bloc generalizată a dispozitivului amplificator poate fi descrisă așa cum se arată în Fig. 1.

Figura 1. Schema bloc generalizată a amplificatorului.

Vibrațiile electrice vin de la sursa semnalului la intrarea amplificatorului , la ieșirea căreia este conectată o sarcină, Energia pentru funcționarea amplificatorului și a sarcinii este furnizată de la sursa de alimentare. Amplificatorul preia putere de la sursa de alimentare Ro - necesar pentru amplificarea semnalului de intrare. Sursa de semnal furnizează putere la intrarea amplificatorului R în putere de iesire P afară alocate părții active a sarcinii. În amplificatorul de putere, este valabilă următoarea inegalitate: R în < P afară< Ро . Prin urmare, amplificator- este condusă de intrare convertor energia sursei de alimentare în energia semnalului de ieșire. Conversia energiei se realizează folosind elemente de amplificare (AE): tranzistoare bipolare, tranzistoare cu efect de câmp, tuburi electronice, circuite integrate (CI). varicaps și altele.

Cel mai simplu amplificator conține un element de întărire. În cele mai multe cazuri, un element nu este suficient și mai multe elemente active sunt utilizate în amplificator, care sunt conectate în mod treptat: oscilațiile amplificate de primul element sunt alimentate la intrarea celui de-al doilea, apoi al treilea etc. a amplificatorului care alcătuiește o etapă de amplificare se numeștecascadă. Amplificatorul este format dinactiv și pasiv elemente: k elemente activeinclud tranzistori, el. microcircuite și alte elemente neliniare care au proprietatea de a modifica conductivitatea electrică între electrozii de ieșire sub influența unui semnal de control la electrozii de intrare.Elemente pasivepoliţiştisunt rezistențe, condensatoare, inductori și alte elemente care formează intervalul necesar de oscilație, defazări și alți parametri de amplificare.Astfel, fiecare treaptă a amplificatorului constă din setul minim necesar de elemente active și pasive.

Schema bloc a unui amplificator tipic cu mai multe trepte este prezentată în Fig. 2.

Figura 2. Circuit amplificator cu mai multe trepte.

Etapa de intrare Și preamplificator sunt concepute pentru a amplifica semnalul la valoarea necesară pentru a-l alimenta la intrarea unui amplificator de putere (etapă de ieșire). Numărul de trepte de pre-amplificare este determinat de câștigul necesar. Etapa de intrare asigură, dacă este necesar, potrivirea cu sursa semnalului, parametrii de zgomot ai amplificatorului și ajustările necesare.

Etapa de ieșire (etapa de amplificare a puterii) este proiectat pentru a furniza o putere de semnal dată sarcinii cu o distorsiune minimă a formei acesteia și o eficiență maximă.

Surse de semnale amplificate pot exista microfoane, capete de citire ale dispozitivelor de stocare a informațiilor magnetice și laser, diverse convertoare de parametri neelectrici în cei electrici.

Sarcină sunt difuzoare, motoare electrice, lumini de avertizare, încălzitoare etc. Surse de alimentare generați energie cu parametri specificați - valori nominale ale tensiunilor, curenților și puterii. Energia este consumată în circuitele colectoare și de bază ale tranzistoarelor, în circuitele incandescente și circuitele anodice ale lămpilor; folosit pentru a menține modurile de funcționare specificate ale elementelor amplificatorului și încărcării. Adesea, energia surselor de alimentare este necesară și pentru funcționarea convertoarelor de semnal de intrare.

Clasificarea dispozitivelor de amplificare.

Dispozitivele de amplificare sunt clasificate după diverse criterii.

De minte electrice amplificate semnale amplificatoarele sunt împărțite în amplificatoare armonic semnale (continue) și amplificatoare puls semnale.

Pe baza lățimii de bandă și a valorilor absolute ale frecvențelor amplificate, amplificatoarele sunt împărțite în următoarele tipuri:

- Amplificatoare DC (UPT) sunt concepute pentru a amplifica semnale de la frecvența cea mai joasă = 0 până la frecvența superioară de operare. UPT-ul amplifică atât componentele variabile ale semnalului, cât și componenta constantă a acestuia. UPT-urile sunt utilizate pe scară largă în automatizări și dispozitive informatice.

- Amplificatoare de tensiune, la rândul lor, ele sunt împărțite în amplificatoare de frecvență joasă, înaltă și ultra înaltă.

Lăţime lățime de bandă frecvențele amplificate se disting:

- electoral amplificatoare (amplificatoare de înaltă frecvență - UHF), pentru care raportul de frecvență este valabil /1 ;

- bandă largă amplificatoare cu o gamă mare de frecvență, pentru care raportul de frecvență />>1 (de exemplu, ULF - amplificator de joasă frecvență).

- Amplificatoare de putere - Etapa finală ULF cu izolarea transformatorului. Pentru a asigura putere maximă R int. La= Rn, acestea. rezistența de sarcină trebuie să fie egală cu rezistența internă a circuitului colector al elementului cheie (tranzistor).

De proiecta amplificatoarele pot fi împărțite în două mari grupe: amplificatoare realizate folosind tehnologie discretă, adică prin montare pe suprafață sau circuit imprimat, și amplificatoare realizate folosind tehnologie integrată. În prezent, circuitele integrate analogice (CI) sunt utilizate pe scară largă ca elemente active.

Indicatori de performanță a amplificatorului.

Indicatorii de performanță ai amplificatoarelor includ date de intrare și de ieșire, câștig, interval de frecvență, factor de distorsiune, eficiență și alți parametri care îi caracterizează calitatea și proprietățile operaționale.

LA date de intrare se referă la valoarea nominală a semnalului de intrare (tensiune Uintrare= U 1 , actual euintrare= eu 1 sau putere Pintrare= P 1 ), rezistența de intrare, capacitatea sau inductanța de intrare; ele determină adecvarea amplificatorului pentru aplicații practice specifice. Intrare de larezistenţăRintrare comparativ cu impedanța sursei de semnal RȘi predetermina tipul de amplificator; În funcție de raportul lor, se disting amplificatoarele de tensiune (cu Rintrare >> RȘi), amplificatoare de curent (cu Rintrare << RȘi) sau amplificatoare de putere (dacă Rintrare = RȘi). Input mâncaosIntrare S, fiind o componentă reactivă a rezistenței, are un impact semnificativ asupra lățimii intervalului de frecvență de funcționare.

Ieșire - acestea sunt valorile nominale ale tensiunii de ieșire U out = U 2, actual I out =I 2, putere de iesire P afară =P 2și rezistența la ieșire. Impedanța de ieșire ar trebui să fie semnificativ mai mică decât impedanța de sarcină. Atât rezistențele de intrare cât și de ieșire pot fi active sau au o componentă reactivă (inductivă sau capacitivă). În general, fiecare dintre ele este egală cu impedanța Z, conținând atât componente active, cât și reactive

Câştig se numește raportul dintre parametrul de ieșire și parametrul de intrare. Câștigurile de tensiune sunt diferențiateK u= U 2/ U 1 , prin curent K i= eu 2/ eu 1 si putere Kp= P2/ P 1 .

Caracteristicile amplificatorului.

Caracteristicile unui amplificator reflectă capacitatea sa de a amplifica semnale de diferite frecvențe și forme cu un anumit grad de precizie. Cele mai importante caracteristici includ amplitudine, amplitudine-frecvență, fază-frecvență și tranziție.

Orez. 3. Caracteristica amplitudinii.

Amplitudine caracteristica este dependența amplitudinii tensiunii de ieșire de amplitudinea unei oscilații armonice de o anumită frecvență furnizată la intrare (Fig. 3.). Semnalul de intrare se schimbă de la o valoare minimă la o valoare maximă, iar nivelul valorii minime trebuie să depășească nivelul de zgomot intern UP creat de amplificatorul însuși. Într-un amplificator ideal (amplificator fără interferență), amplitudinea semnalului de ieșire este proporțională cu amplitudinea intrării Ieși= K*Uintrare iar caracteristica de amplitudine are forma unei drepte care trece prin origine. În amplificatoarele reale nu este posibil să scapi de interferență, astfel încât caracteristica sa de amplitudine diferă de linia dreaptă.

Orez. 4. Răspuns amplitudine-frecvență.

Amplitudine-Și fază-frecvență caracteristicile reflectă dependența câștigului de frecvență. Datorită prezenței elementelor reactive în amplificator, semnalele de diferite frecvențe sunt amplificate inegal, iar semnalele de ieșire sunt deplasate în raport cu semnalele de intrare în unghiuri diferite. Amplitudine-frecventa Caracteristica sub forma unei dependențe este prezentată în Figura 4.

Gama de frecvențe de funcționare amplificatorul se numește interval de frecvență în care modulul coeficientului K rămâne constantă sau variază în limite prestabilite.

Fază-frecvență caracteristica este dependența de frecvență a unghiului de defazare a semnalului de ieșire în raport cu faza semnalului de intrare.

Feedback în amplificatoare.

Părere (OS) numiți conexiunea dintre circuitele electrice, prin care energia semnalului este transferată de la un circuit cu un nivel de semnal mai mare la un circuit cu un nivel de semnal mai scăzut: de exemplu, de la circuitul de ieșire al unui amplificator la circuitul de intrare sau de la etapele ulterioare la anterioare. cele. Schema bloc a amplificatorului de feedback este prezentată în Figura 5.

Orez. 5. Schemă structurală (stânga) și circuit cu feedback negativ de curent (dreapta).

Transmiterea semnalului de la ieșire la intrarea amplificatorului se realizează folosind o rețea cu patru porturi ÎN. O rețea de feedback cu patru terminale este un circuit electric extern format din elemente pasive sau active, liniare sau neliniare. Dacă feedback-ul acoperă întregul amplificator, atunci este apelat feedback-ul general: dacă feedback-ul acoperă etape individuale sau părți ale amplificatorului, se numește local. Astfel, figura prezintă o diagramă bloc a unui amplificator cu feedback general.

Modelul etajului amplificatorului.

Amplificator cascadă finală - unitate structurală amplificator - conține unul sau mai multe elemente active (amplificatoare) și un set de elemente pasive. În practică, pentru o mai mare claritate, procesele complexe sunt studiate folosind modele simple.

Una dintre opțiunile pentru o cascadă de tranzistori pentru amplificarea curentului alternativ este prezentată în figura din stânga. tranzistor V1 p-p-p tip conectat conform unui circuit emițător comun. Tensiunea de intrare bază-emițător este creată de o sursă cu EMF E c si rezistenta interna Rc sursă. Rezistoarele sunt instalate în circuitul de bază R 1 Și R 2 . Colectorul tranzistorului este conectat la borna negativă a sursei E la prin rezistențe R LaȘi R f. Semnalul de ieșire este preluat de la bornele colectorului și emițătorului și prin condensator C 2 intră în sarcină R n. Condensator Sf împreună cu un rezistor Rf forme RС -link de filtrare ( feedback pozitiv - POS), care este necesar, în special, pentru a netezi ondulațiile de tensiune de alimentare (cu o sursă de putere redusă E la cu rezistenţă internă ridicată). De asemenea, pentru o mai mare stabilitate a dispozitivului, se adaugă un tranzistor la circuitul emițătorului V1 (feedback negativ - OOC) poate fi activat suplimentar R.C. - un filtru care va împiedica o parte a semnalului de ieșire să fie transferată înapoi la intrarea amplificatorului. În acest fel, efectul de autoexcitare a dispozitivului poate fi evitat. De obicei creat artificial protectia mediului extern vă permite să obțineți parametri buni pentru amplificator, dar acest lucru este valabil în general numai pentru amplificarea curentului continuu sau a frecvențelor joase.

Circuit amplificator de joasă frecvență bazat pe un tranzistor bipolar.

O etapă de amplificare bazată pe un tranzistor bipolar conectat într-un circuit cu un OE este unul dintre cele mai comune amplificatoare asimetrice. O diagramă schematică a unei astfel de cascade, realizată pe elemente discrete, este prezentată în figura de mai jos.

În acest circuit rezistorul Rк , inclus în circuitul principal al tranzistorului, servește la limitarea curentului colectorului, precum și la asigurarea câștigului necesar. Folosind un divizor de tensiune R1R2 setează tensiunea de polarizare inițială la baza tranzistorului VT, necesară pentru modul de amplificare clasa A.

Lanţ ReSe îndeplinește funcția de stabilizare termică emițătorului punctului de repaus; condensatoare C1 Și C2 sunt separate pentru componente de curent continuu și alternativ. Condensator Se ocolește rezistența Re în funcţie de curent alternativ, deoarece capacitatea Se semnificativ.

Când un semnal de amplitudine constantă este aplicat la intrarea unui amplificator de tensiune la frecvențe diferite, tensiunea de ieșire, în funcție de frecvența semnalului, se va modifica, deoarece rezistența condensatoarelor C1 , C2 diferite la frecvențe diferite.

Se numește dependența câștigului de frecvența semnalului amplitudine-frecventa caracteristicile amplificatorului (răspuns în frecvență).

Amplificatoare de joasă frecvență cel mai răspândit aplica pentru a amplifica semnale purtătoare de informații audio, în aceste cazuri sunt numite și amplificatoare de frecvență audio, în plus, ULF-urile sunt folosite pentru a amplifica semnalul informațional în diverse domenii: tehnologia de măsurare și detectarea defectelor; automatizare, telemecanica si tehnologie de calcul analogic; în alte industrii electronice. Un amplificator audio constă de obicei din preamplificator Și amplificator de energie electrică (MINTE). Preamplificator conceput pentru a crește puterea și tensiunea și pentru a le aduce la valorile necesare funcționării amplificatorului de putere final, include adesea controale de volum, comenzi de ton sau un egalizator, uneori poate fi proiectat structural ca un dispozitiv separat.

Amplificator trebuie să livreze puterea specificată a oscilațiilor electrice circuitului de sarcină (consumator). Sarcina acestuia poate fi emițătoare de sunet: sisteme acustice (difuzoare), căști (căști); rețea de transmisie radio sau modulator de emițător radio. Un amplificator de joasă frecvență este o parte integrantă a tuturor echipamentelor de reproducere a sunetului, de înregistrare și de difuzare radio.

Funcționarea etajului amplificatorului este analizată folosind un circuit echivalent (în figura de mai jos), în care tranzistorul este înlocuit cu un circuit echivalent în formă de T.

În acest circuit echivalent, toate procesele fizice care au loc în tranzistor sunt luate în considerare folosind parametrii H cu semnal mic ai tranzistorului, care sunt dați mai jos.

Pentru alimentarea amplificatoarelor se folosesc surse de tensiune cu rezistență internă scăzută, deci putem presupune că, în raport cu semnalul de intrare, rezistențe R1 Și R2 sunt incluse în paralel și pot fi înlocuite cu un echivalent Rb = R1R2/(R1+R2) .

Un criteriu important pentru alegerea valorilor rezistenței Re, R1 Și R2 este de a asigura stabilitatea temperaturii modului de funcționare static al tranzistorului. O dependență semnificativă a parametrilor tranzistorului de temperatură duce la o modificare necontrolată a curentului colectorului Ik , în urma căreia pot apărea distorsiuni neliniare ale semnalelor amplificate. Pentru a obține cea mai bună stabilizare a temperaturii regimului, este necesară creșterea rezistenței Re . Totuși, acest lucru duce la necesitatea creșterii tensiunii de alimentare E și crește puterea consumată de la acesta. Prin scăderea rezistenței rezistențelor R1 Și R2 crește și consumul de energie, reducând eficiența circuitului, iar rezistența de intrare a etapei amplificatorului scade.

Amplificator DC integrat.

Un amplificator integrat (op-amp) este cel mai comun microcircuit universal (IC). Un op-amp este un dispozitiv cu indicatori de calitate foarte stabili care permit procesarea semnalelor analogice conform unui algoritm specificat folosind circuite externe.

Amplificator operațional (op-amp) - unificat în mai multe trepte amplificator DC (UPT), care îndeplinește următoarele cerințe pentru parametrii electrici:

· câștigul de tensiune tinde spre infinit;

· rezistența de intrare tinde spre infinit;

· rezistența de ieșire tinde spre zero;

· dacă tensiunea de intrare este zero, atunci și tensiunea de ieșire este zero Uin = 0, Uout = 0;

· bandă nesfârșită de frecvențe amplificate.

Op-amp-ul are două intrări, inversoare și non-inversoare și o ieșire. Intrarea și ieșirea UPT-ului sunt realizate ținând cont de tipul sursei de semnal și de sarcina externă (neechilibrat, simetric) și de valorile rezistențelor acestora. În multe cazuri, amplificatoarele DC, cum ar fi amplificatoarele AC, oferă o impedanță de intrare mare pentru a reduce impactul amplificatorului DC asupra sursei de semnal și o impedanță scăzută de ieșire pentru a reduce influența sarcinii asupra semnalului de ieșire al amplificatorului DC.

Figura 1 prezintă circuitul unui amplificator inversor, iar Figura 2 prezintă un amplificator neinversător. În acest caz, câștigul este egal cu:

Pentru inversarea Kiou = Roс / R1

Pentru non-inversoare Know = 1 + Roс / R1

Amplificatorul inversor este acoperit de o tensiune paralelă OOS, ceea ce determină o scădere a Rin și Rout. Amplificatorul non-inversător este acoperit de o buclă de feedback în serie de tensiune, care asigură o creștere a Rin și o scădere a Rut. Pe baza acestor amplificatoare operaționale, puteți construi diverse circuite pentru procesarea semnalului analogic.

UPT-ul este supus unor cerințe ridicate pentru cea mai mică și mai mare rezistență de intrare. Se numește o modificare spontană a tensiunii de ieșire a UPT cu o tensiune constantă a semnalului de intrare deriva amplificatorului . Cauzele derivei sunt instabilitatea tensiunilor de alimentare ale circuitului, instabilitatea temperaturii și timpului parametrilor tranzistorilor și rezistențelor. Aceste cerințe sunt îndeplinite de un amplificator operațional în care prima etapă este asamblată folosind un circuit diferențial, care suprimă toate interferențele în modul comun și oferă impedanță de intrare ridicată. Această cascadă poate fi asamblată pe tranzistoare cu efect de câmp și pe tranzistoare compozite, unde un GCT (generator de curent stabil) este conectat la circuitul emițător (sursă), ceea ce îmbunătățește suprimarea interferențelor de mod comun. Pentru a crește rezistența de intrare, se utilizează OOS serie profundă și o sarcină mare a colectorului (în acest caz, Jin tinde spre zero).

Amplificatoarele DC sunt concepute pentru a amplifica semnale care variază lent în timp, adică semnale a căror frecvență echivalentă se apropie de zero. Prin urmare, UPT trebuie să aibă răspuns amplitudine-frecvență în forma prezentată în figura din stânga. Deoarece câștigul amplificatorului operațional este foarte mare, utilizarea sa ca amplificator este posibilă numai dacă este acoperit de feedback negativ profund (în absența feedback-ului negativ, chiar și un semnal „zgomot” extrem de mic la intrarea amplificatorului operațional. va produce o tensiune apropiată de tensiunea de saturație la ieșirea amplificatorului operațional).

Istoria amplificatorului operațional este legată de faptul că amplificatoarele de curent continuu au fost folosite în tehnologia de calcul analogică pentru a implementa diverse operații matematice, cum ar fi însumarea, integrarea etc. În prezent, deși aceste funcții nu și-au pierdut din importanță, ele constituie doar un mică parte din lista posibilelor aplicații ale amplificatoarelor operaționale.

Amplificatoare de putere.

Cum este? amplificator- mai departe, pentru concizie, o vom numi MINTE? Pe baza celor de mai sus, schema bloc a amplificatorului poate fi împărțită în trei părți:

• Etapa de intrare
• Etapa intermediară
• Etapă de ieșire (amplificator de putere)

Toate aceste trei părți îndeplinesc o sarcină - să crească puterea semnalului de ieșire fără a-și schimba forma la un astfel de nivel încât să fie posibil să conducă o sarcină cu impedanță scăzută - un cap dinamic sau căști.

Sunt transformatorȘi fără transformator circuite mentale.

1. Amplificatoare de putere cu transformator.

Sa luam in considerare un singur ciclu transformator MINTE, în care tranzistorul este conectat conform circuitului cu un OE (Fig. din stânga).

Transformatoarele TP1 și TP2 sunt proiectate pentru a potrivi sarcina și impedanța de ieșire a amplificatorului și, respectiv, impedanța de intrare a amplificatorului cu impedanța sursei semnalului de intrare. Elementele R și D asigură modul de funcționare inițial al tranzistorului, iar C crește componenta variabilă furnizată tranzistorului T.

Deoarece transformatorul este un element nedorit al amplificatoarelor de putere, deoarece. are dimensiuni si greutate mari, si este relativ greu de fabricat, atunci in prezent cel mai raspandit fără transformator amplificatoare de putere.

2. Amplificatoare de putere fără transformator.

Sa luam in considerare push-pull PA pe tranzistoare bipolare cu diferite tipuri de conductivitate. După cum sa menționat mai sus, este necesar să creșteți puterea semnalului de ieșire fără a-i schimba forma. Pentru a face acest lucru, curentul de alimentare directă al PA este preluat și convertit în curent alternativ, dar în așa fel încât forma semnalului de ieșire să repete forma semnalului de intrare, așa cum se arată în figura de mai jos:

Dacă tranzistoarele au o valoare a transconductanței suficient de mare, atunci este posibil să se construiască circuite care funcționează la o sarcină de un ohm fără utilizarea transformatoarelor. Un astfel de amplificator este alimentat de o sursă de alimentare bipolară cu un punct de mijloc împământat, deși este, de asemenea, posibil să se construiască circuite pentru alimentare unipolară.

Schema schematică a complementarului adept emițător - amplificator cu simetrie suplimentara - prezentat in figura din stanga. Având același semnal de intrare, curentul trece prin tranzistorul npn în timpul semiciclurilor pozitive. Când tensiunea de intrare este negativă, curentul va curge prin tranzistorul pnp. Prin combinarea emițătorilor ambelor tranzistoare, încărcându-i cu o sarcină comună și furnizând același semnal bazelor combinate, obținem o etapă de amplificare a puterii push-pull.

Să aruncăm o privire mai atentă asupra includerii și funcționării tranzistorilor. Tranzistoarele amplificatorului funcționează în modul clasa B. În acest circuit, tranzistoarele trebuie să fie absolut identice în parametrii lor, dar opuse în structură plană. Când la intrarea amplificatorului este primită o tensiune pozitivă de semi-undă Uin tranzistor T1 , funcționează în modul de amplificare, iar tranzistorul T2 - în modul de întrerupere. Când sosește o semiundă negativă, tranzistoarele schimbă rolurile. Deoarece tensiunea dintre bază și emițătorul tranzistorului deschis este mică (aproximativ 0,7 V), tensiunea Uout aproape de tensiune Uin . Cu toate acestea, tensiunea de ieșire se dovedește a fi distorsionată din cauza influenței neliniarităților în caracteristicile de intrare ale tranzistoarelor. Problema distorsiunii neliniare este rezolvată prin aplicarea unei polarizări inițiale circuitelor de bază, care comută cascada în modul AB.

Pentru amplificatorul în cauză, amplitudinea maximă posibilă a tensiunii pe sarcină este Hm egal cu E . Prin urmare, puterea maximă posibilă de sarcină este determinată de expresie

Se poate arăta că la puterea maximă de sarcină, amplificatorul consumă energie de la sursele de alimentare, determinată de expresia

Pe baza celor de mai sus, obținem maximul posibil factor de eficiență UM: nmax = P n.max/ P consummax = 0,78.