Az alacsony frekvenciájú erősítő (a továbbiakban: ULF) egy elektronikus eszköz, amelyet arra terveztek, hogy az alacsony frekvenciájú oszcillációt a fogyasztó igényeinek megfelelően erősítse. Különféle elektronikus elemeken, például különböző típusú tranzisztorokon, csöveken vagy műveleti erősítőkön hajthatók végre. Minden ULF-nek számos paramétere van, amelyek jellemzik munkájuk hatékonyságát.
Ez a cikk egy ilyen eszköz használatáról, paramétereiről, a különféle elektronikus alkatrészek felhasználásával történő építési módokról szól. Az alacsony frekvenciájú erősítők áramkörét is figyelembe kell venni.
ULF alkalmazás
Az ULF-et leggyakrabban hangreprodukciós berendezésekben használják, mert ezen a technológiai területen gyakran szükséges a jelfrekvenciát az emberi test által érzékelhetőre erősíteni (20 Hz-ről 20 kHz-re).
Egyéb ULF alkalmazások:
- mérési technológia;
- defektoszkópia;
- analóg számítástechnika.
A basszuserősítők általában különféle elektronikus áramkörök, például rádiók, akusztikus eszközök, televíziók vagy rádióadók alkotóelemeiként találhatók meg.
Paraméterek
Az erősítő legfontosabb paramétere az erősítés. Kiszámítása a kimenet és a bemenet arányaként történik. A vizsgált értéktől függően megkülönböztetik:
- áramerősítés=kimeneti áram / bemeneti áram;
- feszültségerősítés=kimeneti feszültség / bemeneti feszültség;
- teljesítményerősítés=kimeneti teljesítmény / bemeneti teljesítmény.
Egyes eszközöknél, például az op-erősítőknél ennek az együtthatónak az értéke nagyon nagy, de kényelmetlen túl nagy (és túl kicsi) számokkal dolgozni, ezért az erősítést gyakran logaritmikus formában fejezik ki. egységek. Erre a következő képletek érvényesek:
- teljesítményerősítés logaritmikus egységekben=10a kívánt teljesítményerősítés logaritmusa;
- áramerősítés logaritmikus egységekben=20a kívánt áramerősítés decimális logaritmusa;
- feszültségerősítés logaritmikus egységekben=20a kívánt feszültségerősítés logaritmusa.
Az így kiszámított együtthatók decibelben vannak mérve. Rövidített név - dB.
A következő fontos paramétererősítő - jeltorzítási együttható. Fontos megérteni, hogy a jelerősítés annak átalakulásai és változásai következtében következik be. Nem az a tény, hogy ezek az átalakulások mindig helyesen mennek végbe. Emiatt a kimeneti jel eltérhet a bemeneti jeltől, például alakjában.
Ideális erősítők nem léteznek, így a torzítás mindig jelen van. Igaz, egyes esetekben nem lépik túl a megengedett határokat, máskor viszont igen. Ha az erősítő kimenetén lévő jelek harmonikusai egybeesnek a bemeneti jelek harmonikusaival, akkor a torzítás lineáris, és csak az amplitúdó és a fázis változására csökken. Ha új harmonikusok jelennek meg a kimeneten, akkor a torzítás nemlineáris, mert a jel alakjának megváltozásához vezet.
Más szóval, ha a torzítás lineáris és az erősítő bemenetén „a” jel volt, akkor a kimenet „A” jel lesz, ha pedig nem lineáris, akkor a a kimenet „B” jel lesz.
Az utolsó fontos paraméter, amely az erősítő működését jellemzi, a kimeneti teljesítmény. Teljesítményfajták:
- Értékelt.
- Útlevélzaj.
- Maximum rövid távú.
- Maximálisan hosszú távra.
Mind a négy típust különböző GOST-ok és szabványok szabványosítják.
Vamplifiers
Történelmileg az első erősítőket vákuumcsöveken hozták létre, amelyek a vákuumkészülékek osztályába tartoznak.
A hermetikus lombikban elhelyezett elektródáktól függően a lámpák megkülönböztethetők:
- diódák;
- triódák;
- tetrodes;
- pentodes.
Maximumaz elektródák száma nyolc. Vannak olyan elektrovákuum eszközök is, mint a klistronok.
Trióda erősítő
Először is érdemes megérteni a kapcsolási sémát. Az alacsony frekvenciájú trióda erősítő áramkör leírása alább található.
A katódot fűtő izzószál feszültség alá kerül. Az anódra is feszültség van kapcsolva. A hőmérséklet hatására az elektronok kiütődnek a katódból, amelyek az anódhoz rohannak, amelyre pozitív potenciál kerül (az elektronoknak negatív potenciáljuk van).
Az elektronok egy részét a harmadik elektróda – a rács – elfogja, amelyre szintén feszültséget kapcsolunk, csak váltakozva. A rács segítségével az anódáram (az áramkör egészében lévő áram) szabályozásra kerül. Ha nagy negatív potenciált alkalmazunk a rácsra, a katód összes elektronja rátelepszik, és nem folyik át áram a lámpán, mert az áram az elektronok irányított mozgása, és a rács blokkolja ezt a mozgást.
A lámpa erősítése beállítja a tápegység és az anód közé csatlakoztatott ellenállást. Beállítja a működési pont kívánt pozícióját az áram-feszültség karakterisztikán, amelytől az erősítési paraméterek függenek.
Miért olyan fontos a működési pont helyzete? Mert ez attól függ, hogy mekkora áramot és feszültséget (és ezáltal teljesítményt) erősítenek fel az alacsony frekvenciájú erősítő áramkörében.
A trióda erősítő kimeneti jele az anód és az eléje csatlakoztatott ellenállás közötti területről származik.
Erősítő bekapcsolvaklystron
Az alacsony frekvenciájú klystron erősítő működési elve a jelmoduláción alapul, először a sebességben, majd a sűrűségben.
A klisztron a következőképpen van elrendezve: a lombikban van egy izzószál által melegített katód és egy kollektor (az anódhoz analóg). Közöttük van a bemeneti és kimeneti rezonátor. A katódból kibocsátott elektronok a katódra kapcsolt feszültség hatására felgyorsulnak, és a kollektorhoz rohannak.
Egyes elektronok gyorsabban, mások lassabban mozognak – így néz ki a sebességmoduláció. A mozgási sebesség különbsége miatt az elektronok nyalábokba csoportosulnak - így nyilvánul meg a sűrűségmoduláció. A sűrűségmodulált jel belép a kimeneti rezonátorba, ahol ugyanolyan frekvenciájú, de nagyobb teljesítményű jelet hoz létre, mint a bemeneti rezonátor.
Kiderül, hogy az elektronok kinetikus energiája a kimeneti rezonátor elektromágneses terének mikrohullámú rezgésének energiájává alakul. Így erősödik a jel a klystronban.
Az elektrovákuumos erősítők jellemzői
Ha összehasonlítjuk egy csöves eszközzel és a tranzisztoron lévő ULF-felerősített jel minőségét, akkor a különbség szabad szemmel látható lesz, nem az utóbbi javára.
Bármely profi zenész elmondja, hogy a csöves erősítők sokkal jobbak, mint haladó társaik.
Az elektrovákuumos készülékek már rég kimentek a tömegfogyasztásból, tranzisztorokra és mikroáramkörökre cserélték őket, de ez a hangvisszaadás szempontjából lényegtelen. A hőmérséklet-stabilitás és a belső vákuum miatt a lámpatestek jobban erősítik a jelet.
Az ULF cső egyetlen hátránya a magas ár, ami logikus: drága olyan elemeket előállítani, amelyekre nincs tömegkereslet.
Bipoláris tranzisztoros erősítő
Az erősítő fokozatokat gyakran tranzisztorok segítségével szerelik össze. Egy egyszerű kisfrekvenciás erősítő mindössze három alapvető elemből állítható össze: egy kondenzátorból, egy ellenállásból és egy n-p-n tranzisztorból.
Egy ilyen erősítő összeszereléséhez földelni kell a tranzisztor emitterét, sorba kell kötni egy kondenzátort az alapjához, és egy ellenállást párhuzamosan. A rakományt a kollektor elé kell helyezni. Ebben az áramkörben ajánlatos egy korlátozó ellenállást csatlakoztatni a kollektorhoz.
Egy ilyen alacsony frekvenciájú erősítőáramkör megengedett tápfeszültsége 3 és 12 volt között változik. Az ellenállás értékét kísérletileg kell megválasztani, figyelembe véve, hogy értékének legalább 100-szor nagyobbnak kell lennie a terhelési ellenállásnál. A kondenzátor értéke 1 és 100 mikrofarad között változhat. A kapacitása befolyásolja azt a frekvenciát, amelyen az erősítő működni tud. Minél nagyobb a kapacitás, annál kisebb a névleges frekvencia, amelyet a tranzisztor erősíthet.
Az alacsony frekvenciájú bipoláris tranzisztoros erősítő bemeneti jele a kondenzátorra kerül. A pozitív táppólust a terhelés és az ellenállás csatlakozási pontjához kell kötni az alappal és a kondenzátorral párhuzamosan.
Az ilyen jelek minőségének javítása érdekében párhuzamosan csatlakoztatott kondenzátort és ellenállást csatlakoztathat az emitterhez, amelyek a negatív visszacsatolás szerepét töltik be.
Erősítő két bipoláris tranzisztorral
Az erősítés növelése érdekében két különálló ULF tranzisztort csatlakoztathat egybe. Ekkor ezeknek az eszközöknek a nyeresége megsokszorozható.
Bár ha tovább növeli az erősítő fokozatok számát, megnő az erősítők öngerjesztésének esélye.
Területi tranzisztoros erősítő
Az alacsony frekvenciájú erősítők térhatású tranzisztorokra is vannak szerelve (a továbbiakban: PT). Az ilyen eszközök áramkörei nem sokban különböznek a bipoláris tranzisztorokra szereltektől.
Példaként egy n-csatornás szigetelt kapu FET (ITF típusú) erősítőt veszünk figyelembe.
E tranzisztor hordozójával sorba van kötve egy kondenzátor, és párhuzamosan egy feszültségosztó van csatlakoztatva. A FET forrásához egy ellenállás csatlakozik (a fent leírt módon egy kondenzátor és egy ellenállás párhuzamos csatlakoztatását is használhatja). Egy korlátozó ellenállás és tápfeszültség csatlakozik a lefolyóhoz, és egy terhelési kapocs jön létre az ellenállás és a leeresztő között.
Az alacsony frekvenciájú térhatású tranzisztoros erősítők bemeneti jele a kapura kerül. Ez is kondenzátoron keresztül történik.
Mint a magyarázatból látható, a legegyszerűbb térhatású tranzisztoros erősítő áramkör nem különbözik az alacsony frekvenciájú bipoláris tranzisztoros erősítő áramkörtől.
A PT-vel végzett munka során azonban ezeknek az elemeknek a következő jellemzőit kell figyelembe venni:
- FET magas Rbemenet=I / Ugate-source. A térhatású tranzisztorokat elektromos tér vezérli,amelyet a stressz generál. Ezért a FET-eket feszültség, nem áram vezérli.
- A FET-ek szinte egyáltalán nem fogyasztanak áramot, ami az eredeti jel enyhe torzulását vonja maga után.
- A térhatású tranzisztorokban nincs töltésinjektálás, ezért ezeknek az elemeknek a zajszintje nagyon alacsony.
- Hőmérsékletállóak.
A FET-ek fő hátránya a statikus elektromosságra való nagy érzékenységük.
Sokan ismerik azt a helyzetet, amikor a látszólag nem vezető dolgok sokkolják az embert. Ez a statikus elektromosság megnyilvánulása. Ha ilyen impulzust adunk a térhatású tranzisztor egyik érintkezőjére, az elem letiltható.
Így, amikor a PT-vel dolgozik, jobb, ha nem fogja az érintkezőket a kezével, nehogy véletlenül megsérüljön az elem.
OpAmp eszköz
A műveleti erősítő (továbbiakban op-amp) egy differenciált bemenettel rendelkező eszköz, amely nagyon nagy erősítéssel rendelkezik.
A jelerősítés nem az egyetlen funkciója ennek az elemnek. Működhet jelgenerátorként is. Mindazonáltal az erősítő tulajdonságai érdekesek az alacsony frekvenciákkal való munkavégzéshez.
A műveleti erősítőből jelerősítő készítéséhez megfelelően csatlakoztatnia kell egy visszacsatoló áramkört, amely egy normál ellenállás. Hogyan lehet megérteni, hol kell csatlakoztatni ezt az áramkört? Ehhez hivatkozni kell az op-amp átviteli jellemzőire. Két vízszintes és egy lineáris szakasza van. Ha a működési pontaz eszköz az egyik vízszintes szakaszon található, akkor az op-amp generátor üzemmódban (impulzus üzemmódban) működik, ha lineáris szakaszon van, akkor az op-amp erősíti a jelet
Az op-amp lineáris módba történő átviteléhez csatlakoztatnia kell a visszacsatoló ellenállást az egyik érintkezővel az eszköz kimenetéhez, a másik pedig az invertáló bemenethez. Ezt a felvételt negatív visszacsatolásnak (NFB) nevezik.
Ha szükséges, hogy a kisfrekvenciás jel erősödjön és ne változzon fázisban, akkor az OOS-os invertáló bemenetet földelni kell, és az erősített jelet a nem invertáló bemenetre kell juttatni. Ha a jelet fel kell erősíteni és a fázisát 180 fokkal módosítani kell, akkor a nem invertáló bemenetet földelni kell, a bemeneti jelet pedig az invertálóhoz kell csatlakoztatni.
Ebben az esetben nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a műveleti erősítőt ellentétes polaritású teljesítménnyel kell ellátni. Ehhez speciális kapcsolattartói vannak.
Fontos megjegyezni, hogy az ilyen eszközökkel végzett munka során néha nehéz kiválasztani az alacsony frekvenciájú erősítő áramkör elemeit. A kívánt erősítési paraméterek elérése érdekében ezek gondos összehangolása nem csak a névleges értékek, hanem az anyagok tekintetében is szükséges, amelyekből készülnek.
Erősítő chipen
Az ULF elektrovákuum elemekre, tranzisztorokra és műveleti erősítőkre szerelhető, csak a vákuumcsövek múlt századiak, a többi áramkör sem hibátlan, aminek korrekciója elkerülhetetlenül a tervezés bonyolításával jár az erősítőtől. Ez kényelmetlen.
A mérnökök már régóta találtak egy kényelmesebb lehetőséget az ULF létrehozására: az ipar kész mikroáramköröket gyárt, amelyek erősítőként működnek.
Ezek az áramkörök mindegyike műveleti erősítők, tranzisztorok és más elemek halmaza, amelyek meghatározott módon vannak csatlakoztatva.
Példák egyes ULF sorozatokra integrált áramkörök formájában:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
A fenti sorozatok mindegyikét használják audioberendezésekben. Mindegyik modellnek különböző jellemzői vannak: tápfeszültség, kimeneti teljesítmény, erősítés.
Kis elemekből készülnek, sok tűvel, amelyeket kényelmes a táblára helyezni és felszerelni.
Ahhoz, hogy kisfrekvenciás erősítővel dolgozhassunk mikroáramkörön, hasznos ismerni a logikai algebra alapjait, valamint az ÉS-NEM, VAGY-NEM logikai elemek működési elveit.
Szinte bármilyen elektronikus eszközt fel lehet szerelni logikai elemekre, de ebben az esetben sok áramkör terjedelmesnek és kényelmetlennek bizonyul a telepítéshez.
Ezért az ULF funkciót ellátó, kész integrált áramkörök használata tűnik a legkényelmesebb gyakorlati lehetőségnek.
Sémafejlesztés
A fenti példa volt arra, hogyan javíthatja az erősített jelet, ha bipoláris és térhatású tranzisztorokkal dolgozik (a kondenzátor és az ellenállás párhuzamos csatlakoztatásával).
Az ilyen szerkezeti fejlesztések szinte bármilyen sémával elvégezhetők. Természetesen megnövekszik az új elemek bevezetésefeszültségesés (veszteség), de ennek köszönhetően a különböző áramkörök tulajdonságai javíthatók. Például a kondenzátorok kiváló frekvenciaszűrők.
Rezisztív, kapacitív vagy induktív elemeken ajánlott a legegyszerűbb szűrőket összegyűjteni, amelyek kiszűrik azokat a frekvenciákat, amelyek nem eshetnek az áramkörbe. A rezisztív és kapacitív elemek és a műveleti erősítők kombinálásával hatékonyabb szűrők (integrátorok, Sallen-Key differenciátorok, bevágás- és sávszűrők) szerelhetők össze.
Befejezésül
A frekvenciaerősítők legfontosabb paraméterei:
- nyereség;
- jeltorzítási tényező;
- kimeneti teljesítmény.
Az alacsony frekvenciájú erősítőket leggyakrabban audioberendezésekben használják. Gyakorlatilag a következő elemekről gyűjthet készülékadatokat:
- vákuumcsöveken;
- tranzisztorokon;
- műveleti erősítőkön;
- a kész zsetonokon.
Az alacsony frekvenciájú erősítők jellemzői rezisztív, kapacitív vagy induktív elemek bevezetésével javíthatók.
A fenti sémák mindegyikének megvannak a maga előnyei és hátrányai: egyes erősítők összeszerelése költséges, van, amelyik telítődhet, mások esetében pedig nehéz összehangolni a használt elemeket. Mindig vannak olyan funkciók, amelyekkel az erősítő tervezőjének foglalkoznia kell.
A cikkben található összes ajánlást felhasználva elkészítheti saját erősítőjét otthoni használatraahelyett, hogy megvásárolná ezt az eszközt, ami sok pénzbe kerülhet, ha jó minőségű eszközökről van szó.
