ELLENÁLLÁSKUTATÁS
ERŐSÍTŐ CASCADE
ALAPVETŐ KONVENCIÓK ÉS RÖVIDÍTÉSEK
AFC - amplitúdó-frekvencia válasz;
PH - tranziens válasz;
MF - középfrekvenciák;
LF - alacsony frekvenciák;
HF - magas frekvenciák;
K az erősítő erősítése;
Uc a w frekvenciájú jel feszültsége;
Cp - leválasztó kondenzátor;
R1,R2 - osztó ellenállás;
Rк - kollektor ellenállása;
Re - ellenállás az emitter áramkörében;
Ce egy kondenzátor az emitter áramkörben;
Rн - terhelési ellenállás;
CH - teherbírás;
S - transzconduktor meredekség;
Lк - korrekciós induktivitás;
Rф, Сф - alacsony frekvenciájú korrekció elemei.
1. A MUNKA CÉLJA.
Ennek a munkának a célja:
1) az ellenállás-kaszkád működésének tanulmányozása az alacsony, közepes és magas frekvenciák tartományában.
2) az erősítő frekvenciaválaszának alacsony és nagyfrekvenciás korrekciós sémáinak tanulmányozása;
2. HÁZI FELADAT.
2.1. Tanulmányozza az ellenállásos erősítő fokozat áramkörét, ismerje meg az erősítő összes elemének rendeltetését és hatását az erősítő paramétereire (3.1. alfejezet).
2.2. Tanulmányozza az erősítő frekvenciamenetének kis- és nagyfrekvenciás korrekciójának működési elvét és kapcsolási rajzait (3.2. alfejezet).
2.3. Értse meg a laboratóriumi elrendezés előlapján található összes elem célját (4. szakasz).
2.4. Keressen választ minden biztonsági kérdésre (6. szakasz).
3. ELLENÁLLÁS KASZKÁD EGY BIPOLÁRIS TRANZISZTORON
Az ellenálláserősítő kaszkádokat széles körben használják a rádiótechnika különböző területein. Az ideális erősítőnek a teljes frekvenciasávban egyenletes a frekvenciamenete, a valódi erősítőnek mindig van torzulása a frekvenciamenetben, elsősorban az erősítés csökkenése alacsony és magas frekvenciákon, amint az az 1. ábrán látható. 3.1.
Egy bipoláris tranzisztorra épülő váltakozó áramú ellenállás-erősítő kapcsolása egy közös emitteres áramkör szerint látható az ábrán. 3.2, ahol Rc az Uc jelforrás belső ellenállása; R1 és R2 - osztó ellenállások, amelyek beállítják a VT1 tranzisztor működési pontját; Re az emitter áramkör ellenállása, amelyet a Se kondenzátor sönt; Rк - kollektor ellenállása; Rн - terhelési ellenállás; Cp - leválasztó kondenzátorok, amelyek biztosítják a VT1 tranzisztor egyenáramú elválasztását a jeláramkörtől és a terhelési áramkörtől.
A működési pont hőmérsékleti stabilitása növekszik az Re növekedésével (a negatív visszacsatolás mélységének növekedése miatt az egyenáramú kaszkádban), a működési pont stabilitása szintén nő az R1, R2 csökkenésével (az osztóáram növekedése miatt valamint a VT1 bázispotenciál hőmérséklet-stabilizációjának növelése). Az R1, R2 lehetséges csökkenését az erősítő bemeneti ellenállásának megengedett csökkenése, az Re lehetséges növekedését pedig az emitterellenálláson átívelő egyenfeszültség maximálisan megengedett csökkenése korlátozza.
3.1. Ellenállás-erősítő működésének elemzése alacsony, közepes és magas frekvencián.
Az ekvivalens áramkört úgy kaptuk meg, hogy váltóáramnál a teljesítménybusz („-E p”) és a közös pont („föld”) rövidre van zárva, valamint figyelembe véve az 1/wCe feltételezést is.<< Rэ, когда можно считать эмиттер VT1 подключенным на переменном токе к общей точке.
Az erősítő viselkedése eltérő az alacsony, közepes és magas frekvenciák tartományában (lásd 3.1. ábra). Közepes frekvenciákon (MF), ahol a Cp csatolókondenzátor ellenállása elhanyagolható (1/wCp<< Rн), а влиянием емкости Со можно пренебречь, так как 1/wCо >> Rк, az erősítő egyenértékű áramkörét a 3.4. ábra áramkörévé alakítjuk.
A 3.4. ábra diagramjából az következik, hogy közepes frekvenciákon a Ko kaszkád erősítése nem függ a w frekvenciától:
Ko = - S/(Yi + Yк + Yн),
ahonnan 1/Yi > Rн > Rк figyelembevételével megkapjuk a közelítő képletet
Következésképpen a nagy ellenállású terhelésű erősítőkben a névleges Ko erősítés egyenesen arányos az Rk kollektor ellenállás értékével.
Az alacsony frekvenciák tartományában (LF) a kis kapacitású Co is elhanyagolható, de figyelembe kell venni a Cp leválasztókondenzátor ellenállását, amely w csökkenésével növekszik. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy az ábrából megkapjuk. A 3.3 egy kisfrekvenciás erősítő ekvivalens áramköre a 3.5. ábra formájában, amelyből látható, hogy a Cp kondenzátor és az Rн ellenállás a VT1 tranzisztor kollektorából vett feszültségosztót alkot.
Minél kisebb a w jelfrekvencia, annál nagyobb a Cp kapacitás (1/wCp), és a feszültség minél kisebb része éri el a kimenetet, ami az erősítést eredményezi. Így a Cp meghatározza az erősítő frekvenciaválaszának viselkedését az alacsony frekvenciájú tartományban, és gyakorlatilag nincs hatással az erősítő frekvenciaválaszára közepes és magas frekvenciákon. Minél nagyobb a Cp, annál kisebb a frekvenciamenet torzítása az alacsony frekvenciájú tartományban, és az impulzusjelek erősítésekor annál kisebb az impulzus torzítása a hosszú idők tartományában (az impulzus tetejének lapos részének csökkenése) , ahogy a 3.6.
A nagyfrekvenciás (HF) tartományban, valamint a középtartományban a Cp elválasztókondenzátor ellenállása elhanyagolható, míg a Co kapacitás jelenléte meghatározza az erősítő frekvenciamenetét. Az erősítő ekvivalens áramkörét a HF tartományban a 3.7. ábra diagramja mutatja be, amelyből látható, hogy a Co kapacitás söntöli az Uout kimeneti feszültséget, ezért w növekedésével a kaszkád erősítése csökkenni fog. Az RF erősítés csökkentésének további oka az S tranzisztor transzkonduktivitásának csökkenése a törvény szerint:
S(w) = S/(1 + jwt),
ahol t a tranzisztor időállandója.
A Co tolatási hatása kisebb lesz, ahogy az Rк ellenállás csökken. Következésképpen az erősített frekvenciasáv felső határfrekvenciájának növeléséhez csökkenteni kell a kollektor Rк ellenállását, de ez elkerülhetetlenül a névleges erősítés arányos csökkenéséhez vezet.
Egy komplett kisfrekvenciás ULF erősítő blokkvázlata a 14. ábrán látható.
14. ábra Az ULF blokkvázlata.
Beviteli szakasz el kell különíteni az előerősítő fokozatok csoportjától, mivel további követelmények vonatkoznak rá a jelforrással való koordinációra.
A jelforrás tolatásának csökkentése érdekében R i alacsony bemeneti impedanciájú erősítő R IN~ a következő feltételnek kell teljesülnie: R IN~ >> R i
Leggyakrabban a bemeneti fokozat egy emitter követő, amelyben R IN~ eléri az 50 kOhm-ot vagy többet, vagy olyan térhatású tranzisztorokat használnak, amelyek nagyon nagy bemeneti ellenállással rendelkeznek.
Ezenkívül a bemeneti fokozatnak maximális jel-zaj aránnyal kell rendelkeznie, mivel ez határozza meg a teljes erősítő zajtulajdonságait.
Kiigazítások lehetővé teszi a kimeneti teljesítményszint (hangerő, egyensúly) gyors beállítását és a frekvenciamenet alakjának (hangszín) megváltoztatását.
Utolsó szakaszok biztosítja a szükséges kimeneti teljesítményt a terhelésben minimális nemlineáris jeltorzítással és nagy hatékonysággal. A végső kaszkádokkal szemben támasztott követelményeket azok jellemzői határozzák meg.
1. A hangsugárzórendszerek alacsony impedanciájú terhelése esetén a teljesítményerősítő működése megköveteli a végső fokozat optimális illeszkedését a hangszórók teljes hangimpedanciájához: ROUT~ ≈ R H .
2. Az utolsó szakaszok fogyasztják az áramforrás energiájának nagy részét, és ezeknél a hatékonyság az egyik fő paraméter.
3. Az utolsó szakaszok által bevezetett nemlineáris torzítások aránya 70...90%. Ezt figyelembe veszik az üzemmódok kiválasztásakor.
Terminál előtti kaszkádok. Az erősítő nagy kimeneti teljesítménye esetén a végső szakaszok célja és követelményei hasonlóak a végső fokozatokhoz.
Ezen kívül, ha kétütemű a végső fokozatok tranzisztorokból készülnek ugyanaz szerkezetek, akkor a terminál előtti kaszkádok legyenek fázis fordított .
Követelmények a előerősítő fokozatok céljukból fakadnak - a jelforrás által a bemeneten létrehozott feszültség és áramerősítés a teljesítményerősítési fokozatok gerjesztéséhez szükséges értékre.
Ezért a többfokozatú előerősítők legfontosabb mutatói a következők: feszültség- és áramerősítés, frekvenciaválasz (AFC) és frekvencia torzítás.
Az előerősítő fokozatok alapvető tulajdonságai:
1. A jel amplitúdója az előfokozatokban általában kicsi, ezért a legtöbb esetben a nemlineáris torzítások kicsik és figyelmen kívül hagyhatók.
2. Az előerősítő fokozatok egyvégű áramkörökkel történő felépítéséhez nem gazdaságos A mód szükséges, ami gyakorlatilag nincs hatással az erősítő általános hatékonyságára a tranzisztorok nyugalmi áramának alacsony értéke miatt. .
3. A legszélesebb körben használt áramkör az előfokozatokban a tranzisztor közös emitterrel történő összekapcsolása, amely lehetővé teszi a legnagyobb nyereség elérését, és kellően nagy bemeneti ellenállású ahhoz, hogy a fokozatokat a transzformátorok illesztése nélkül, az erősítés elvesztése nélkül lehessen csatlakoztatni. .
4. Az üzemmód előzetes szakaszban történő stabilizálásának lehetséges módjai közül az emitter-stabilizálás vált a legelterjedtebbé, mint a leghatékonyabb és legegyszerűbb áramkör.
5. Az erősítő zajtulajdonságainak javítása érdekében az első fokozat tranzisztorát alacsony zajszintűnek, nagy statikus áramerősítéssel h 21e >100, egyenáramú üzemmódnak pedig kisáramúnak kell választani I ok = 0,2...0,5 mA, és maga a tranzisztor A bemeneti impedancia növelésére az ULF-et egy közös kollektoros (CC) áramkör szerint kapcsolják be.
Az előzetes amplifikációs fokozatok tulajdonságainak vizsgálatához a egyenértékű elektromos áramkörük váltakozó áramra. Ehhez a tranzisztort egy egyenértékű áramkörrel (egyenértékű generátorral) helyettesítjük E OUT, belső ellenállás R OUT,áteresztőképesség S K), és a külső áramkör minden olyan eleme, amely az erősítést és a frekvenciamenetet (frekvencia torzítást) befolyásolja, rá van kötve.
Az előzetes erősítési fokozatok tulajdonságait a felépítésük séma határozza meg: -val kapacitív vagy galvanikus csatlakozások bipoláris vagy térhatású tranzisztorokon, differenciális, cascode és egyéb speciális áramkörök.
Előerősítési szakaszokÁltalános információ. Az előerősítő felerősíti a jelforrás feszültség- vagy áramingadozásait azokra az értékekre, amelyeket az utolsó fokozat bemenetére kell alkalmazni, hogy a terhelésben a megadott teljesítményt elérjék. Az előerősítő lehet egy- vagy többfokozatú. Az előerősítési fokozatban lévő tranzisztorok OE-vel, a lámpák pedig közös katóddal kapcsolódnak, ami a legnagyobb nyereséget teszi lehetővé. Az alacsony belső ellenállású jelforrásról működő bemeneti fokozatokban OB-s tranzisztor beépítése javasolt. A nemlineáris torzítás csökkentése érdekében az előerősítő fokozatokban az A módot részesítjük előnyben.
- A fokozatok közötti kapcsolat típusa alapján (többfokozatú erősítőknél) megkülönböztetjük az erősítőket kapacitív,
- transzformátor
- galvanikus csatolás (DC erősítők).
Kapacitívan csatolt erősítők. A kapacitív vagy CN csatolású erősítők széles körben használatosak. Egyszerű kialakításúak, olcsók, stabilak, üzembiztosak, kis méretűek és kis súlyúak. Tipikus erősítő áramkörök tranzisztorokat és kapacitívan csatolt csöveket használva A kapacitívan csatolt ellenállásfokozat frekvenciamenete három frekvenciatartományra osztható: alsó alacsony frekvenciákra, középső és felső magas frekvenciákra. Az alacsony frekvenciájú tartományban a Kn erősítés (frekvencia csökkenésével) csökken, elsősorban a Cp1 szakaszközi csatoló kondenzátor ellenállásának növekedése miatt. Ennek a kondenzátornak a kapacitását elég nagyra választották, ami csökkenti a feszültségesést rajta. Jellemzően az alacsony frekvenciás tartományt az fH frekvencia korlátozza, amelynél az erősítés a középfrekvencia értékének 0,7-ére csökken, azaz Kn=0,7K0. A középfrekvenciás tartományban, amely az erősítő működési tartományának fő részét képezi, a K® erősítés gyakorlatilag független a frekvenciától. Az fB nagyfrekvenciás tartományban a Kb erősítés csökkenése a Co=/=Cout+Cm+Cwx kapacitásnak köszönhető (ahol Cwx a kaszkád erősítő elemének kapacitása; Cm a telepítési kapacitás, Cwx a a következő kaszkád erősítő elemének kapacitása). Mindig megpróbálják minimalizálni ezt a kapacitást, hogy korlátozzák a rajta áthaladó jeláramot, és nagy nyereséget biztosítsanak. Ellenállás előerősítő fokozat számítása. Kiindulási adatok: erősített frekvenciasáv fn-fv = 100-4000 Hz, frekvencia torzítási tényező MH Transzformátor csatolású erősítők. A transzformátor-csatolt előerősítő fokozatok jobb illeszkedést biztosítanak az erősítő fokozataihoz, mint az ellenállás-kapacitív csatolású fokozatok, és inverzekként használják a jelet a push-pull kimeneti fokozathoz. Gyakran transzformátort használnak bemeneti eszközként. Az erősítő fokozatok áramkörei egy transzformátor soros és párhuzamos csatlakozásával láthatók. A sorba kapcsolt transzformátorral ellátott áramkör nem tartalmaz RK ellenállást a kollektoráramkörben, ezért nagyobb a kaszkád kimeneti ellenállása, megegyezik a tranzisztor kimeneti ellenállásával, és gyakrabban használják. A párhuzamosan kapcsolt transzformátorral rendelkező áramkörben C átmeneti kondenzátorra van szükség. Ennek az áramkörnek a hátránya az RK ellenállás további jelteljesítmény-vesztesége és a kimeneti ellenállás csökkenése ennek az ellenállásnak a tolatási hatása miatt. A transzformátor fokozat terhelése általában a következő fokozat viszonylag alacsony bemeneti impedanciája. Ebben az esetben n2=*RB/R"H transzformációs arányú lecsökkentő transzformátorokat használnak a fokozatok közötti kommunikációhoz A transzformátorcsatolt erősítő frekvenciamenete csökkenti az erősítést az alacsony és a magas frekvenciákon. A kisfrekvenciás tartományban a kaszkáderősítés csökkenése a transzformátor tekercseinek induktív ellenállásának csökkenésével magyarázható, aminek következtében megnő a kaszkád bemeneti és kimeneti áramköreinek söntelő hatása és a K= erősítés. Ko/ csökken. Közepes frekvenciákon a reaktív elemek hatása elhanyagolható. A nagyfrekvenciás tartományban az erősítési tényezőt a C kollektor-átmenet kapacitása és a transzformátor tekercseinek ls szivárgási induktivitása befolyásolja. Egy bizonyos frekvencián Sk kapacitás és Is induktivitás okozhat feszültségrezonanciát, aminek következtében ezen a frekvencián a frekvenciamenet emelkedése lehetséges. Néha ezt az erősítő frekvenciaválaszának korrigálására használják. A kisfrekvenciás erősítők elsősorban a kimeneti eszköz adott teljesítményének biztosítására szolgálnak, amely lehet hangszóró, magnó felvevőfeje, relé tekercselése, mérőműszertekercse stb. A bemeneti jelforrások egy hangszedő, egy fotocella, és különféle nem elektromos mennyiségek átalakítói elektromosmá. A bemeneti jel általában nagyon kicsi, értéke nem elegendő az erősítő normál működéséhez. Ebben a tekintetben egy vagy több előerősítő fokozat van a teljesítményerősítő előtt, amelyek a feszültségerősítők funkcióit látják el. Az ULF előzetes szakaszaiban az ellenállásokat leggyakrabban terhelésként használják; lámpák és tranzisztorok felhasználásával szerelik össze. A bipoláris tranzisztorokon alapuló erősítőket általában közös emitteráramkörrel szerelik össze. Tekintsük egy ilyen kaszkád működését (26. ábra). Szinuszos feszültség benne vagy leválasztó kondenzátoron keresztül táplálják az alap-emitter szakaszt C p1, amely az alapáram hullámzását hozza létre az állandó komponenshez képest I b0. Jelentése I b0 forrásfeszültség határozza meg E kés az ellenállás ellenállása R b. Az alapáram változása ennek megfelelő változást okoz a terhelési ellenálláson áthaladó kollektoráramban R n. A kollektoráram váltakozó komponense a terhelési ellenálláson hoz létre Rk amplitúdó-erősítésű feszültségesés ki. Egy ilyen kaszkád kiszámítása grafikusan elvégezhető az ábrán láthatók segítségével. 27 OE-vel ellátott áramkör szerint csatlakoztatott tranzisztor bemeneti és kimeneti karakterisztikája. Ha terhelési ellenállás R nés a forrásfeszültség E k adottak, akkor a terhelési vonal helyzetét a pontok határozzák meg VAL VELÉs D. Ugyanakkor a lényeg Dérték adja meg E k, és pont VAL VEL- Áramütés én meg =E k/R n. Terhelési vonal CD keresztezi a kimeneti jellemzők családját. A terhelési vonalon úgy választjuk ki a munkaterületet, hogy az erősítés során a jeltorzulás minimális legyen. Ehhez az egyenes metszéspontjai CD kimeneti jellemzőkkel az utóbbi egyenes szakaszain belül kell lennie. Az oldal megfelel ennek a követelménynek AB terhelési vonalak. A szinuszos bemeneti jel működési pontja ennek a szakasznak a közepén található - pont RÓL RŐL. Az AO szegmens ordináta tengelyre vetítése határozza meg a kollektoráram amplitúdóját, ugyanezen szakasznak az abszcissza tengelyre vetítése pedig a kollektorfeszültség változó komponensének amplitúdóját. Működési pont O meghatározza a kollektor áramát én k0és kollektor feszültség U ke0 pihenési módnak megfelelő. Sőt, pont O meghatározza az alap nyugalmi áramot I b0, és ezért a működési pont helyzete ó" a bemeneti karakterisztikán (27. ábra, a, b). A pontokhoz AÉs BAN BEN a kimeneti jellemzők pontoknak felelnek meg A"És BAN BEN" a bemeneti karakterisztikán. Vonalszakasz vetítés A"O" az x tengely határozza meg a bemeneti jel amplitúdóját U bemenet t, amelynél a minimális torzítás módja biztosított lesz. Szigorúan véve U bemenet t, a bemeneti jellemzők családjának kell meghatároznia. De mivel a bemeneti jellemzők különböző feszültségértékeknél U ke, kissé eltérnek, a gyakorlatban az átlagértéknek megfelelő bemeneti karakterisztikát használnak U ke=U ke 0.
