Penguat frekuensi rendah (selepas ini dirujuk sebagai ULF) ialah peranti elektronik yang direka untuk menguatkan ayunan frekuensi rendah kepada yang diperlukan oleh pengguna. Ia boleh dilakukan pada pelbagai elemen elektronik seperti pelbagai jenis transistor, tiub atau penguat operasi. Semua ULF mempunyai beberapa parameter yang mencirikan keberkesanan kerja mereka.
Artikel ini akan bercakap tentang penggunaan peranti sedemikian, parameternya, kaedah pembinaan menggunakan pelbagai komponen elektronik. Litar penguat frekuensi rendah juga akan dipertimbangkan.
Aplikasi ULF
ULF paling kerap digunakan dalam peralatan pembiakan bunyi, kerana dalam bidang teknologi ini selalunya perlu untuk menguatkan frekuensi isyarat kepada frekuensi isyarat yang boleh dirasakan oleh tubuh manusia (dari 20 Hz hingga 20 kHz).
Aplikasi ULF lain:
- teknologi mengukur;
- defectoscopy;
- pengkomputeran analog.
Secara amnya, penguat bes ditemui sebagai komponen pelbagai litar elektronik, seperti radio, peranti akustik, televisyen atau pemancar radio.
Parameter
Parameter yang paling penting untuk penguat ialah keuntungan. Ia dikira sebagai nisbah keluaran kepada input. Bergantung pada nilai yang sedang dipertimbangkan, mereka membezakan:
- untung semasa=arus keluaran / arus masukan;
- tambahan voltan=voltan keluaran / voltan masukan;
- tambah kuasa=kuasa keluaran / kuasa input.
Untuk sesetengah peranti, seperti op-amp, nilai pekali ini sangat besar, tetapi menyusahkan untuk bekerja dengan nombor yang terlalu besar (serta terlalu kecil) dalam pengiraan, jadi keuntungan sering dinyatakan dalam logaritma unit. Formula berikut digunakan untuk ini:
- tambahan kuasa dalam unit logaritma=10logaritma keuntungan kuasa yang dikehendaki;
- untung semasa dalam unit logaritma=20logaritma perpuluhan keuntungan semasa yang dikehendaki;
- tambahan voltan dalam unit logaritma=20logaritma keuntungan voltan yang dikehendaki.
Pekali yang dikira dengan cara ini diukur dalam desibel. Nama singkatan - dB.
Parameter penting seterusnyapenguat - pekali herotan isyarat. Adalah penting untuk memahami bahawa penguatan isyarat berlaku hasil daripada transformasi dan perubahannya. Bukan hakikat bahawa sentiasa transformasi ini akan berlaku dengan betul. Atas sebab ini, isyarat keluaran mungkin berbeza daripada isyarat input, contohnya, dalam bentuk.
Penguat yang ideal tidak wujud, jadi herotan sentiasa wujud. Benar, dalam beberapa kes mereka tidak melampaui had yang dibenarkan, manakala dalam keadaan lain mereka melakukannya. Jika harmonik isyarat pada output penguat bertepatan dengan harmonik isyarat input, maka herotan adalah linear dan dikurangkan hanya kepada perubahan amplitud dan fasa. Jika harmonik baharu muncul pada output, maka herotan adalah bukan linear, kerana ia membawa kepada perubahan dalam bentuk isyarat.
Dengan kata lain, jika herotan adalah linear dan terdapat isyarat "a" pada input penguat, maka output akan menjadi isyarat "A", dan jika ia bukan linear, maka output akan menjadi isyarat "B".
Parameter penting terakhir yang mencirikan operasi penguat ialah kuasa output. Varieti kuasa:
- Dinilai.
- Bunyi bising pasport.
- Maksimum jangka pendek.
- Maksimum jangka panjang.
Keempat-empat jenis diseragamkan oleh pelbagai GOST dan piawaian.
Vamplifier
Secara sejarah, penguat pertama dicipta pada tiub vakum, yang tergolong dalam kelas peranti vakum.
Bergantung pada elektrod yang terletak di dalam kelalang hermetik, lampu dibezakan:
- diod;
- triodes;
- tetrodes;
- pentodes.
Maksimumbilangan elektrod ialah lapan. Terdapat juga peranti elektrovakum seperti klystron.
Penguat triod
Pertama sekali, anda perlu memahami skema pensuisan. Penerangan mengenai litar penguat triod frekuensi rendah diberikan di bawah.
Filamen yang memanaskan katod diberi tenaga. Voltan juga digunakan pada anod. Di bawah tindakan suhu, elektron tersingkir dari katod, yang tergesa-gesa ke anod, yang mana potensi positif dikenakan (elektron mempunyai potensi negatif).
Sebahagian daripada elektron dipintas oleh elektrod ketiga - grid, yang mana voltan juga digunakan, hanya berselang-seli. Dengan bantuan grid, arus anod (arus dalam litar secara keseluruhan) dikawal. Jika potensi negatif yang besar digunakan pada grid, semua elektron dari katod akan mendap di atasnya, dan tiada arus akan mengalir melalui lampu, kerana arus adalah pergerakan elektron terarah, dan grid menyekat pergerakan ini.
Gaun lampu melaraskan perintang yang disambungkan antara bekalan kuasa dan anod. Ia menetapkan kedudukan titik operasi yang diingini pada ciri voltan semasa, yang bergantung kepada parameter keuntungan.
Mengapa kedudukan titik operasi begitu penting? Kerana ia bergantung pada berapa banyak arus dan voltan (dan dengan itu kuasa) akan dikuatkan dalam litar penguat frekuensi rendah.
Isyarat keluaran pada penguat triod diambil dari kawasan antara anod dan perintang yang disambungkan di hadapannya.
Penguat dihidupkanklystron
Prinsip pengendalian penguat klystron frekuensi rendah adalah berdasarkan modulasi isyarat pertama dalam kelajuan dan kemudian dalam ketumpatan.
Klystron disusun seperti berikut: kelalang mempunyai katod yang dipanaskan oleh filamen, dan pengumpul (bersamaan dengan anod). Di antara mereka adalah resonator input dan output. Elektron yang dipancarkan daripada katod dipercepatkan oleh voltan yang dikenakan pada katod dan tergesa-gesa ke pengumpul.
Sesetengah elektron akan bergerak lebih pantas, yang lain lebih perlahan - beginilah rupa modulasi halaju. Disebabkan oleh perbezaan dalam kelajuan pergerakan, elektron dikelompokkan ke dalam rasuk - ini adalah bagaimana modulasi ketumpatan menampakkan dirinya. Isyarat termodulat ketumpatan memasuki resonator output, di mana ia mencipta isyarat frekuensi yang sama, tetapi kuasa lebih besar daripada resonator input.
Ternyata tenaga kinetik elektron ditukarkan kepada tenaga ayunan gelombang mikro medan elektromagnet resonator keluaran. Beginilah cara isyarat dikuatkan dalam klystron.
Ciri-ciri penguat elektrovakum
Jika kita membandingkan kualiti isyarat yang sama yang dikuatkan oleh peranti tiub dan ULF pada transistor, perbezaannya akan dapat dilihat dengan mata kasar dan tidak memihak kepada yang terakhir.
Mana-mana pemuzik profesional akan memberitahu anda bahawa amplifier tiub jauh lebih baik daripada rakan sejawatnya yang maju.
Peranti elektrovakum telah lama tidak digunakan secara besar-besaran, ia telah digantikan oleh transistor dan litar mikro, tetapi ini tidak relevan untuk bidang pembiakan bunyi. Disebabkan oleh kestabilan suhu dan vakum di dalam, peranti lampu menguatkan isyarat dengan lebih baik.
Satu-satunya kelemahan tiub ULF ialah harga yang tinggi, yang logik: adalah mahal untuk menghasilkan unsur yang tidak mendapat permintaan besar.
Penguat transistor bipolar
Selalunya peringkat penguatan dipasang menggunakan transistor. Penguat frekuensi rendah ringkas boleh dipasang daripada hanya tiga elemen asas: kapasitor, perintang dan transistor n-p-n.
Untuk memasang penguat sedemikian, anda perlu membumikan pemancar transistor, menyambungkan kapasitor secara bersiri ke tapaknya dan perintang secara selari. Beban hendaklah diletakkan di hadapan pemungut. Adalah dinasihatkan untuk menyambung perintang pengehad kepada pengumpul dalam litar ini.
Voltan bekalan yang dibenarkan bagi litar penguat frekuensi rendah sedemikian berbeza dari 3 hingga 12 volt. Nilai perintang harus dipilih secara eksperimen, dengan mengambil kira hakikat bahawa nilainya mestilah sekurang-kurangnya 100 kali rintangan beban. Nilai kapasitor boleh berbeza dari 1 hingga 100 mikrofarad. Kapasitiannya mempengaruhi jumlah frekuensi di mana penguat boleh beroperasi. Lebih besar kapasitansi, lebih rendah penarafan frekuensi yang boleh dikuatkan oleh transistor.
Isyarat input penguat transistor bipolar frekuensi rendah digunakan pada kapasitor. Tiang kuasa positif mesti disambungkan ke titik sambungan beban dan perintang disambung selari dengan tapak dan kapasitor.
Untuk meningkatkan kualiti isyarat sedemikian, anda boleh menyambungkan kapasitor dan perintang yang disambungkan selari kepada pemancar, yang memainkan peranan sebagai maklum balas negatif.
Penguat dengan dua transistor bipolar
Untuk meningkatkan keuntungan, anda boleh menyambungkan dua transistor ULF tunggal menjadi satu. Kemudian keuntungan peranti ini boleh berganda.
Walaupun jika anda terus menambah bilangan peringkat penguatan, peluang pengujaan diri penguat akan meningkat.
Penguat transistor kesan medan
Penguat frekuensi rendah juga dipasang pada transistor kesan medan (selepas ini dirujuk sebagai PT). Litar peranti sedemikian tidak jauh berbeza daripada litar yang dipasang pada transistor bipolar.
Penguat get FET (jenis ITF) bertebat n-saluran akan dipertimbangkan sebagai contoh.
Kapasitor disambungkan secara bersiri kepada substrat transistor ini, dan pembahagi voltan disambung secara selari. Perintang disambungkan ke sumber FET (anda juga boleh menggunakan sambungan selari kapasitor dan perintang, seperti yang diterangkan di atas). Perintang pengehad dan kuasa disambungkan ke longkang, dan terminal beban dicipta antara perintang dan longkang.
Isyarat input kepada penguat transistor kesan medan frekuensi rendah digunakan pada get. Ini juga dilakukan melalui kapasitor.
Seperti yang anda boleh lihat daripada penjelasan, litar penguat transistor kesan medan yang paling ringkas tidak berbeza dengan litar penguat transistor bipolar frekuensi rendah.
Walau bagaimanapun, apabila bekerja dengan PT, ciri berikut bagi elemen ini harus diambil kira:
- FET tinggi Rinput=I / Ugate-source. Transistor kesan medan dikawal oleh medan elektrik,yang dihasilkan oleh tekanan. Oleh itu, FET dikawal oleh voltan, bukan arus.
- FET hampir tidak menggunakan arus, yang mengakibatkan herotan sedikit isyarat asal.
- Tiada suntikan cas dalam transistor kesan medan, jadi tahap hingar elemen ini sangat rendah.
- Ia tahan suhu.
Kelemahan utama FET ialah kepekaan yang tinggi terhadap elektrik statik.
Ramai yang biasa dengan situasi apabila perkara yang kelihatan tidak konduktif mengejutkan seseorang. Ini adalah manifestasi elektrik statik. Jika impuls sedemikian digunakan pada salah satu kenalan transistor kesan medan, elemen itu boleh dilumpuhkan.
Oleh itu, apabila bekerja dengan PT, adalah lebih baik untuk tidak mengambil sesentuh dengan tangan anda supaya tidak merosakkan elemen secara tidak sengaja.
Peranti OpAmp
Penguat kendalian (selepas ini dirujuk sebagai op-amp) ialah peranti dengan input terbeza, yang mempunyai keuntungan yang sangat tinggi.
Penguatan isyarat bukan satu-satunya fungsi elemen ini. Ia juga boleh berfungsi sebagai penjana isyarat. Namun begitu, sifat penguatnya yang menarik untuk bekerja dengan frekuensi rendah.
Untuk membuat penguat isyarat daripada op amp, anda perlu menyambungkan litar maklum balas dengan betul, iaitu perintang biasa. Bagaimana untuk memahami tempat untuk menyambungkan litar ini? Untuk melakukan ini, anda perlu merujuk kepada ciri pemindahan op-amp. Ia mempunyai dua bahagian mendatar dan satu bahagian linear. Jika titik operasiperanti terletak pada salah satu bahagian mendatar, kemudian op-amp beroperasi dalam mod penjana (mod nadi), jika ia terletak pada bahagian linear, maka op-amp menguatkan isyarat.
Untuk memindahkan op-amp ke mod linear, anda perlu menyambungkan perintang maklum balas dengan satu kenalan ke output peranti, dan satu lagi - ke input penyongsangan. Kemasukan ini dipanggil maklum balas negatif (NFB).
Jika isyarat frekuensi rendah dikehendaki dikuatkan dan tidak berubah dalam fasa, maka input penyongsangan dengan OOS hendaklah dibumikan dan isyarat yang dikuatkan hendaklah digunakan pada input bukan penyongsangan. Jika perlu untuk menguatkan isyarat dan menukar fasanya sebanyak 180 darjah, maka input bukan menyongsang mesti dibumikan dan isyarat input mesti disambungkan kepada yang menyongsangkan.
Dalam kes ini, kita tidak boleh lupa bahawa penguat kendalian mesti dibekalkan dengan kuasa kekutuban bertentangan. Untuk ini, dia mempunyai petunjuk hubungan istimewa.
Adalah penting untuk ambil perhatian bahawa bekerja dengan peranti sedemikian kadangkala sukar untuk memilih elemen untuk litar penguat frekuensi rendah. Penyelarasan teliti mereka diperlukan bukan sahaja dari segi nilai nominal, tetapi juga dari segi bahan dari mana ia dibuat, untuk mencapai parameter keuntungan yang diingini.
Penguat pada cip
ULF boleh dipasang pada elemen elektrovakum, dan pada transistor, dan pada penguat operasi, hanya tiub vakum adalah abad yang lalu, dan litar selebihnya bukan tanpa cacat, pembetulan yang pasti memerlukan reka bentuk yang rumit. daripada penguat. Ini menyusahkan.
Jurutera telah lama menemui pilihan yang lebih mudah untuk mencipta ULF: industri menghasilkan litar mikro siap sedia yang bertindak sebagai penguat.
Setiap litar ini ialah set op-amp, transistor dan elemen lain yang disambungkan dengan cara tertentu.
Contoh beberapa siri ULF dalam bentuk litar bersepadu:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Semua siri di atas digunakan dalam peralatan audio. Setiap model mempunyai ciri yang berbeza: voltan bekalan, kuasa keluaran, keuntungan.
Ia dibuat dalam bentuk elemen kecil dengan banyak pin, yang mudah untuk diletakkan pada papan dan dipasang.
Untuk bekerja dengan penguat frekuensi rendah pada litar mikro, adalah berguna untuk mengetahui asas algebra logik, serta prinsip pengendalian unsur logik DAN-BUKAN, ATAU-BUKAN.
Hampir semua peranti elektronik boleh dipasang pada elemen logik, tetapi dalam kes ini, banyak litar akan menjadi besar dan menyusahkan untuk pemasangan.
Oleh itu, penggunaan litar bersepadu siap pakai yang melaksanakan fungsi ULF nampaknya merupakan pilihan praktikal yang paling mudah.
Peningkatan skim
Di atas ialah contoh bagaimana anda boleh meningkatkan isyarat yang dikuatkan apabila bekerja dengan transistor bipolar dan kesan medan (dengan menyambungkan kapasitor dan perintang secara selari).
Naik taraf struktur sedemikian boleh dibuat dengan hampir mana-mana skim. Sudah tentu, pengenalan elemen baru meningkatpenurunan voltan (kerugian), tetapi terima kasih kepada ini, sifat pelbagai litar boleh diperbaiki. Contohnya, kapasitor ialah penapis frekuensi yang sangat baik.
Pada elemen perintang, kapasitif atau induktif, adalah disyorkan untuk mengumpul penapis paling mudah yang menapis frekuensi yang tidak sepatutnya jatuh ke dalam litar. Dengan menggabungkan elemen rintangan dan kapasitif dengan penguat kendalian, penapis yang lebih cekap (penyepadu, pembeza Sallen-Key, penapis takuk dan laluan jalur) boleh dipasang.
Kesimpulannya
Parameter penguat frekuensi yang paling penting ialah:
- keuntungan;
- faktor herotan isyarat;
- output kuasa.
Penguat frekuensi rendah paling kerap digunakan dalam peralatan audio. Anda boleh mengumpul data peranti secara praktikal pada elemen berikut:
- pada tiub vakum;
- pada transistor;
- pada penguat operasi;
- pada cip siap.
Ciri-ciri penguat frekuensi rendah boleh dipertingkatkan dengan memperkenalkan elemen perintang, kapasitif atau induktif.
Setiap skema di atas mempunyai kelebihan dan kekurangannya sendiri: sesetengah penguat mahal untuk dipasang, sesetengahnya boleh menjadi tepu, untuk sesetengahnya sukar untuk menyelaraskan elemen yang digunakan. Sentiasa ada ciri yang perlu ditangani oleh pereka amp.
Menggunakan semua pengesyoran yang diberikan dalam artikel ini, anda boleh membina penguat anda sendiri untuk kegunaan di rumahbukannya membeli peranti ini, yang boleh menelan kos yang tinggi apabila melibatkan peranti berkualiti tinggi.
