REZISTORIŲ TYRIMAS
STIPRINTUVŲ KASKADA
PAGRINDINĖS KONVENCIJOS IR TRUMPINIMAI
AFC – amplitudės-dažnio atsakas;
PH – trumpalaikis atsakas;
MF - vidutiniai dažniai;
LF - žemi dažniai;
HF - aukšti dažniai;
K – stiprintuvo stiprinimas;
Uc – signalo, kurio dažnis w, įtampa;
Cp - atskyrimo kondensatorius;
R1,R2 - daliklio varža;
Rк - kolektoriaus varža;
Re - varža emiterio grandinėje;
Ce yra kondensatorius emiterio grandinėje;
Rн - atsparumas apkrovai;
CH - keliamoji galia;
S - translaidininko nuolydis;
Lк - korekcinis induktyvumas;
Rф, Сф - žemo dažnio korekcijos elementai.
1. DARBO TIKSLAS.
Šio darbo tikslas yra:
1) rezistorių kaskados veikimo žemų, vidutinių ir aukštų dažnių srityje tyrimas.
2) stiprintuvo dažninės charakteristikos žemo ir aukšto dažnio korekcijos schemų tyrimas;
2. NAMŲ DARBAI.
2.1. Išstudijuoti rezistoriaus stiprintuvo pakopos grandinę, suprasti visų stiprintuvo elementų paskirtį ir įtaką stiprintuvo parametrams (3.1 poskyris).
2.2. Išstudijuoti stiprintuvo dažninės charakteristikos žemo ir aukšto dažnio korekcijos veikimo principą ir jungimo schemas (3.2 poskyris).
2.3. Supraskite visų elementų paskirtį priekiniame laboratorijos išdėstymo skydelyje (4 skyrius).
2.4. Raskite atsakymus į visus saugos klausimus (6 skyrius).
3. REZISTORIŲ KASKADA ANT DVIPOLINIO TRANSISTORIAUS
Rezistorių stiprinimo kaskados plačiai naudojamos įvairiose radijo inžinerijos srityse. Idealus stiprintuvas turi vienodą dažnio atsaką visoje dažnių juostoje, tikrojo stiprintuvo dažnio atsakas visada iškraipomas, pirmiausia mažėja stiprinimas esant žemiems ir aukštiems dažniams, kaip parodyta Fig. 3.1.
Kintamosios srovės rezistoriaus stiprintuvo, pagrįsto dvipoliu tranzistoriumi, grandinė pagal bendrą emiterio grandinę parodyta fig. 3.2, kur Rc – signalo šaltinio Uc vidinė varža; R1 ir R2 - skirstytuvo varžos, kurios nustato tranzistoriaus VT1 veikimo tašką; Re – varža emiterio grandinėje, kurią šuntuoja kondensatorius Se; Rк - kolektoriaus varža; Rн - atsparumas apkrovai; Cp - atjungiamieji kondensatoriai, užtikrinantys tranzistoriaus VT1 nuolatinės srovės atskyrimą nuo signalo grandinės ir apkrovos grandinės.
Darbo taško temperatūros stabilumas didėja didėjant Re (dėl neigiamo grįžtamojo ryšio gylio padidėjimo nuolatinės srovės kaskadoje), darbo taško stabilumas taip pat didėja mažėjant R1, R2 (dėl daliklio srovės padidėjimo). ir bazinio potencialo VT1 temperatūros stabilizavimo padidėjimas). Galimą R1, R2 sumažėjimą riboja leistinas stiprintuvo įėjimo varžos sumažėjimas, o galimą Re padidėjimą riboja didžiausias leistinas nuolatinės srovės įtampos kritimas per emiterio varžą.
3.1. Rezistorinio stiprintuvo veikimo žemuose, vidutiniuose ir aukštuose dažniuose analizė.
Lygiavertė grandinė buvo gauta atsižvelgiant į tai, kad esant kintamajai srovei, maitinimo magistralė („-E p“) ir bendras taškas („žemė“) yra trumpai jungiami, taip pat atsižvelgiant į 1/wCe prielaidą.<< Rэ, когда можно считать эмиттер VT1 подключенным на переменном токе к общей точке.
Stiprintuvo elgsena skiriasi žemų, vidutinių ir aukštų dažnių srityje (žr. 3.1 pav.). Esant vidutiniams dažniams (MF), kai jungiamojo kondensatoriaus Cp varža yra nereikšminga (1/wCp<< Rн), а влиянием емкости Со можно пренебречь, так как 1/wCо >> Rк, lygiavertė stiprintuvo grandinė paversta į grandinę 3.4 pav.
Iš 3.4 pav. pateiktos diagramos matyti, kad esant vidutiniams dažniams kaskados Ko stiprinimas nepriklauso nuo dažnio w:
Ko = - S/(Yi + Yк + Yн),
iš kur atsižvelgiant į 1/Yi > Rн > Rк gauname apytikslę formulę
Vadinasi, stiprintuvuose su didelės varžos apkrova vardinis stiprinimas Ko yra tiesiogiai proporcingas kolektoriaus varžos Rk dydžiui.
Žemų dažnių (LF) srityje taip pat galima nepaisyti mažos talpos Co, tačiau būtina atsižvelgti į skiriamojo kondensatoriaus Cp varžą, kuri didėja mažėjant w. Tai leidžia mums gauti iš Fig. 3.3 yra lygiavertė žemo dažnio stiprintuvo grandinė 3.5 pav., iš kurios matyti, kad kondensatorius Cp ir varža Rн sudaro įtampos daliklį, paimtą iš tranzistoriaus VT1 kolektoriaus.
Kuo mažesnis signalo dažnis w, tuo didesnė talpa Cp (1/wCp), o mažesnė įtampos dalis pasiekia išėjimą, todėl stiprinimas mažėja. Taigi, Cp lemia stiprintuvo dažnio atsako elgseną žemų dažnių srityje ir praktiškai neturi įtakos stiprintuvo dažnio atsakui vidutiniuose ir aukštuose dažniuose. Kuo didesnis Cp, tuo mažesnis dažnio atsako iškraipymas žemo dažnio srityje, o stiprinant impulsinius signalus, tuo mažesnis impulso iškraipymas ilgų laikotarpių srityje (plokščios impulso viršaus dalies nuosmukis) , kaip parodyta 3.6 pav.
Aukšto dažnio (HF) srityje, taip pat vidutiniame diapazone, atskyrimo kondensatoriaus Cp varža yra nereikšminga, o talpos Co buvimas lems stiprintuvo dažnio atsaką. Stiprintuvo ekvivalentinė grandinė HF srityje pateikta diagramoje 3.7 pav., iš kurios matyti, kad talpa Co šuntuoja išėjimo įtampą Uout, todėl didėjant w kaskados stiprinimas mažės. Papildoma RF stiprinimo mažinimo priežastis yra tranzistoriaus S translaidumo sumažėjimas pagal įstatymą:
S(w) = S/(1 + jwt),
kur t yra tranzistoriaus laiko konstanta.
Sumažėjus varžai Rк, Co manevravimo efektas bus mažesnis. Vadinasi, norint padidinti sustiprintos dažnių juostos viršutinį ribinį dažnį, reikia sumažinti kolektoriaus varžą Rк, tačiau tai neišvengiamai lemia proporcingą nominalaus stiprinimo sumažėjimą.
Pilno žemo dažnio ULF stiprintuvo blokinė schema parodyta 14 pav.
14 pav. ULF blokinė schema.
Įvesties etapas atskirtas nuo išankstinių stiprinimo pakopų grupės, nes jai taikomi papildomi derinimo su signalo šaltiniu reikalavimai.
Norėdami sumažinti signalo šaltinio manevravimą R i mažos įėjimo varžos stiprintuvas R IN~ turi būti įvykdyta ši sąlyga: R IN~ >> R i
Dažniausiai įvesties pakopa yra emiterio sekėjas, kuriame R IN~ pasiekia 50 kOhm ar daugiau, arba naudojami lauko tranzistoriai, kurie turi labai didelę įėjimo varžą.
Be to, įvesties pakopa turi turėti maksimalų signalo ir triukšmo santykį, nes jis lemia viso stiprintuvo triukšmo savybes.
Koregavimai leidžia greitai nustatyti išėjimo galios lygį (garsumą, balansą) ir keisti dažnio atsako formą (tembrą).
Finaliniai etapai užtikrinti reikiamą išėjimo galią apkrovoje su minimaliu netiesiniu signalo iškraipymu ir dideliu efektyvumu. Galutinėms kaskadoms keliamus reikalavimus lemia jų charakteristikos.
1. Galios stiprintuvo veikimui esant mažos varžos garsiakalbių sistemų apkrovai reikia optimaliai suderinti galutinį etapą su visa garsiakalbių garso varža: R OUT~ ≈ R H .
2. Baigiamieji etapai sunaudoja didžiąją dalį energijos šaltinio energijos, o efektyvumas jiems yra vienas pagrindinių parametrų.
3. Netiesinių iškraipymų dalis, kurią sukelia baigiamieji etapai, yra 70...90%. Į tai atsižvelgiama renkantis jų darbo režimus.
Išankstinės terminalo kaskados. Esant didelėms stiprintuvo išėjimo galioms, priešfinalinių etapų paskirtis ir reikalavimai yra panašūs į galutinių etapų.
Be to, jei dvitaktis paskutinės pakopos yra pagamintos iš tranzistorių tas pats konstrukcijų, tada turėtų būti priešterminalinės kaskados fazė apversta .
Reikalavimai tam pirminio stiprintuvo etapai išplaukia iš jų paskirties – sustiprinti signalo šaltinio įvestyje sukuriamą įtampą ir srovę iki vertės, būtinos galios stiprinimo pakopos sužadinti.
Todėl svarbiausi daugiapakopio išankstinio stiprintuvo rodikliai yra: įtampos ir srovės stiprinimas, dažnio atsakas (AFC) ir dažnio iškraipymas.
Pagrindinės išankstinio stiprintuvo pakopų savybės:
1. Signalo amplitudė preliminariose stadijose paprastai yra maža, todėl daugeliu atvejų netiesiniai iškraipymai yra maži ir gali būti ignoruojami.
2. Konstruojant išankstines stiprintuvo stadijas, naudojant vieno galo grandines, reikia naudoti neekonominį A režimą, kuris praktiškai neturi įtakos bendram stiprintuvo efektyvumui dėl mažų tranzistorių ramybės srovių verčių. .
3. Preliminariose pakopose plačiausiai naudojama grandinė yra tranzistoriaus sujungimas su bendru emiteriu, kuris leidžia gauti didžiausią stiprinimą ir turi pakankamai didelę įėjimo varžą, kad pakopų būtų galima sujungti nesuderinant transformatorių neprarandant stiprinimo. .
4. Iš galimų režimo stabilizavimo preliminariose stadijose metodų labiausiai išplito emiterio stabilizavimas kaip efektyviausias ir paprasčiausias grandinėje.
5. Stiprintuvo triukšmingoms savybėms pagerinti pirmos pakopos tranzistorius parenkamas mažo triukšmo su didele statinio srovės stiprinimo reikšme h 21e >100, o jo nuolatinės srovės režimas turi būti žemos srovės I ok. = 0,2...0,5 mA, o pats tranzistorius Kad padidėtų įėjimo varža, ULF įjungiamas pagal grandinę su bendru kolektoriumi (CC).
Norint ištirti išankstinių stiprinimo pakopų savybes, a lygiavertis jų elektros grandinė kintamajai srovei. Norėdami tai padaryti, tranzistorius pakeičiamas lygiaverte grandine (lygiaverčiu generatoriumi E OUT, vidinė varža R OUT,praėjimo pajėgumas S K), ir visi išorinės grandinės elementai, turintys įtakos stiprinimo ir dažnio atsakui (dažnio iškraipymui), yra prijungti prie jo.
Preliminariųjų stiprinimo pakopų savybes lemia jų konstrukcijos schema: su talpinis arba galvaninis jungtys ant bipolinių arba lauko tranzistorių, diferencialas, kaskodo ir kitos specialios grandinės.
Išankstinės stiprinimo stadijos Bendra informacija. Pirminis stiprintuvas sustiprina signalo šaltinio įtampos ar srovės svyravimus iki verčių, kurios turi būti taikomos paskutinės pakopos įėjimui, kad būtų gauta nurodyta apkrovos galia. Pirminis stiprintuvas gali būti vieno arba kelių pakopų. Išankstinės stiprinimo stadijos tranzistoriai įjungiami su OE, o lempos įjungiamos bendru katodu, kuris leidžia gauti didžiausią stiprinimą. Patartina įtraukti tranzistorių su OB įvesties etapuose, veikiančiuose iš signalo šaltinio su maža vidine varža. Norint sumažinti netiesinius iškraipymus prieš stiprintuvą, pirmenybė teikiama A režimui.
- Atsižvelgiant į jungties tarp pakopų tipą (su daugiapakopiais stiprintuvais), stiprintuvai išskiriami su talpiniais,
- transformatorius
- galvaninė jungtis (DC stiprintuvai).
Talpiniai stiprintuvai. Stiprintuvai su talpine arba CN jungtimi yra plačiai naudojami. Jie yra paprastos konstrukcijos ir sąrankos, nebrangūs, turi stabilias charakteristikas, yra patikimi, yra mažo dydžio ir svorio. Tipinės stiprintuvų grandinės, kuriose naudojami tranzistoriai ir talpiniai vamzdeliai Talpinio susieto rezistoriaus pakopos dažnio atsaką galima suskirstyti į tris dažnių sritis: žemesnius žemus dažnius, vidutinius ir viršutinius aukštus dažnius. Žemo dažnio srityje stiprinimas Kn mažėja (mažėjant dažniui) daugiausia dėl padidėjusio tarppakopinio jungties kondensatoriaus Cp1 varžos. Šio kondensatoriaus talpa parenkama pakankamai didelė, todėl jame sumažėja įtampos kritimas. Paprastai žemų dažnių diapazoną riboja dažnis fH, kuriam esant stiprinimas sumažinamas iki 0,7 vidutinio dažnio vertės, t.y. Kn=0,7K0. Vidutinio dažnio srityje, kuri sudaro pagrindinę stiprintuvo veikimo diapazono dalį, stiprinimas Kо praktiškai nepriklauso nuo dažnio. Aukšto dažnio srityje fB stiprinimas Kb sumažėja dėl talpos Co=/=Cout+Cm+Cwx (kur Cwx yra kaskados stiprinančiojo elemento talpa; Cm yra įrengimo talpa, Cwx yra kitos kaskados stiprinančio elemento talpa). Jie visada stengiasi sumažinti šią talpą, kad apribotų signalo srovę per ją ir užtikrintų didelį stiprinimą. Rezistoriaus išankstinio stiprintuvo pakopos skaičiavimas. Pradiniai duomenys: sustiprinta dažnių juosta fn-fv = 100-4000 Hz, dažnio iškraipymo koeficientas MH Su transformatoriumi sujungti stiprintuvai. Su transformatoriumi susietos išankstinio stiprinimo pakopos užtikrina geresnį stiprintuvo pakopų suderinimą, palyginti su rezistoriaus talpos sujungtomis pakopos, ir yra naudojamos kaip atvirkštinės, kad būtų tiekiamas signalas į stūmimo išėjimo stadiją. Dažnai transformatorius naudojamas kaip įvesties įrenginys. Pavaizduotos stiprintuvo pakopų grandinės su nuosekliu ir lygiagrečiu transformatoriaus prijungimu. Grandinėje su nuosekliai sujungtu transformatoriumi kolektoriaus grandinėje nėra rezistoriaus RK, todėl ji turi didesnę kaskados išėjimo varžą, lygi tranzistoriaus išėjimo varžai ir naudojama dažniau. Grandinėje su lygiagrečiai sujungtu transformatoriumi reikalingas pereinamasis kondensatorius C Šios grandinės trūkumas yra papildomas signalo galios praradimas rezistoriuje RK ir išėjimo varžos sumažėjimas dėl šio rezistoriaus manevravimo. Transformatoriaus pakopos apkrova paprastai yra santykinai maža vėlesnės pakopos įėjimo varža. Šiuo atveju tarppakopiniam ryšiui naudojami žeminamieji transformatoriai, kurių transformacijos koeficientas n2=*RB/R"H Su transformatoriumi sujungto stiprintuvo dažnio atsakas sumažina stiprinimą žemuose ir aukštuose dažniuose. Žemo dažnio srityje kaskadinio stiprinimo sumažėjimas paaiškinamas transformatoriaus apvijų indukcinės varžos sumažėjimu, dėl to padidėja jų kaskados įvesties ir išvesties grandinių manevrinis poveikis ir stiprinimas K= Ko/ mažėja. Esant vidutiniams dažniams, reaktyviųjų elementų įtakos galima nepaisyti. Aukšto dažnio srityje stiprinimo koeficientą įtakoja kolektoriaus sandūros C talpa ir transformatoriaus apvijų nuotėkio induktyvumas ls. Esant tam tikram dažniui, talpa Sk ir induktyvumas Is gali sukelti įtampos rezonansą, dėl ko šiuo dažniu galimas dažnio atsako kilimas. Kartais tai naudojama stiprintuvo dažnio atsakui koreguoti. Žemo dažnio stiprintuvai daugiausia skirti tam tikros galios tiekimui išvesties įrenginiui, kuris gali būti garsiakalbis, magnetofono įrašymo galvutė, relės apvija, matavimo prietaiso ritė ir kt. Įvesties signalo šaltiniai yra garso imtuvas, fotoelementas ir įvairūs neelektrinių dydžių keitikliai į elektrą. Paprastai įvesties signalas yra labai mažas, jo vertės nepakanka normaliam stiprintuvo veikimui. Šiuo atžvilgiu prieš galios stiprintuvą yra viena ar kelios išankstinės stiprintuvo pakopos, atliekančios įtampos stiprintuvų funkcijas. ULF preliminariuose etapuose rezistoriai dažniausiai naudojami kaip apkrova; jie surenkami naudojant ir lempas, ir tranzistorius. Stiprintuvai, kurių pagrindą sudaro dvipoliai tranzistoriai, dažniausiai surenkami naudojant bendrą emiterio grandinę. Panagrinėkime tokios kaskados veikimą (26 pav.). Sinusinės bangos įtampa tu įeini tiekiamas į bazinio emiterio sekciją per izoliacinį kondensatorių C p1, kuris sukuria bazinės srovės virpėjimą, palyginti su pastoviu komponentu aš b0. Reikšmė aš b0 nustatoma pagal šaltinio įtampą E k ir rezistoriaus varža R b. Bazinės srovės pokytis sukelia atitinkamą kolektoriaus srovės, einančios per apkrovos varžą, pokytį R n. Kintamasis kolektoriaus srovės komponentas sukuria apkrovos pasipriešinimą Rk amplitudės sustiprintas įtampos kritimas tu išeini. Tokios kaskados apskaičiavimas gali būti atliktas grafiškai, naudojant tuos, kurie parodyta fig. 27 tranzistoriaus, prijungto pagal grandinę su OE, įėjimo ir išėjimo charakteristikos. Jei atsparumas apkrovai R n ir šaltinio įtampa E k yra pateikti, tada krovinio linijos padėtis nustatoma pagal taškus SU Ir D. Tuo pačiu taškas D suteikiama pagal vertę E k, ir taškas SU- elektros šokas aš į =E k/R n. Apkrovos linija CD kerta išėjimo charakteristikų šeimą. Apkrovos linijos darbo sritį parenkame taip, kad signalo iškraipymas stiprinimo metu būtų minimalus. Tam linijos susikirtimo taškai CD su išvesties charakteristikomis turi būti tiesiosiose pastarųjų atkarpose. Svetainė atitinka šį reikalavimą AB apkrovos linijos. Sinusinio įvesties signalo veikimo taškas yra šios sekcijos viduryje – taškas APIE. Atkarpos AO projekcija į ordinačių ašį lemia kolektoriaus srovės amplitudę, o to paties atkarpos projekcija į abscisių ašį – kolektoriaus įtampos kintamos dedamosios amplitudę. Veikimo taškas O nustato kolektoriaus srovę aš k0 ir kolektoriaus įtampa U ke0 atitinkantis poilsio režimą. Be to, taškas O nustato bazinę ramybės srovę aš b0, taigi ir veikimo taško padėtis O" ant įvesties charakteristikos (27 pav., a, b). Į taškus A Ir IN išvesties charakteristikos atitinka taškus A" Ir IN" dėl įvesties charakteristikos. Linijinės atkarpos projekcija A"O" x ašis nustato įvesties signalo amplitudę U in t, kuriame bus užtikrintas minimalaus iškraipymo režimas. Griežtai kalbant, U in t, turi būti nustatytas pagal įvesties charakteristikų šeimą. Bet kadangi įvesties charakteristikos esant skirtingoms įtampos vertėms U ke, skiriasi šiek tiek, praktiškai jie naudoja įvesties charakteristiką, atitinkančią vidutinę reikšmę U ke=tu 0.
