Šema domaćeg dvosmjernog zvučnika sa pojačalom. Namjena elemenata stepena pojačala Auto-bias otpornik R E

Električno pojačalo signala - Ovo elektronski uređaj, dizajniran da poveća snagu, napon ili struju signala primijenjenog na njegov ulaz bez značajnog izobličenja njegovog valnog oblika. Električni signali mogu biti harmonijske vibracije EMF, struja ili snaga, signali pravougaonog, trouglastog ili drugog oblika. Frekvencija i talasni oblik su značajni faktori u određivanju tipa pojačala. Pošto je snaga signala na izlazu pojačala veća nego na ulazu, onda prema zakonu održanja energije uređaj za pojačanje mora uključiti izvor napajanja. Dakle, energija za rad pojačala i opterećenja se napaja iz izvora napajanja. Tada se generalni blok dijagram uređaja za pojačalo može prikazati kao što je prikazano na sl. 1.

Slika 1. Generalizovani blok dijagram pojačala.

Električne vibracije dolaze od izvora signala do ulaza pojačala , na čiji je izlaz priključeno opterećenje, Energija za rad pojačala i opterećenja se napaja iz izvora napajanja. Pojačalo se napaja iz izvora napajanja Ro - neophodno za pojačanje ulaznog signala. Izvor signala daje napajanje za ulaz pojačala R in izlazna snaga P out dodijeljen aktivnom dijelu opterećenja. U pojačivaču snage vrijedi sljedeća nejednakost: R in < P out< Ро . stoga, pojačalo- upravlja se ulazom konverter energija izvora energije u energiju izlaznog signala. Pretvorba energije se vrši pomoću elemenata za pojačanje (AE): bipolarni tranzistori, tranzistori sa efektom polja, elektronske cijevi, integrirana kola (IC). varicaps i drugi.

Najjednostavnije pojačalo sadrži jedan armaturni element. U većini slučajeva jedan element nije dovoljan i pojačalo koristi nekoliko aktivnih elemenata, koji su povezani postupno: oscilacije pojačane prvim elementom ulaze na ulaz drugog, zatim trećeg itd. Pojačalo koje čini jedan stepen pojačanja naziva sekaskada. Pojačalo se sastoji odaktivni i pasivni elementi: k aktivni elementiuključuju tranzistore, el. mikro kola i drugi nelinearni elementi koji imaju svojstvo promjene električne provodljivosti između izlaznih elektroda pod utjecajem upravljačkog signala na ulaznim elektrodama.Pasivni elementipolicajcisu otpornici, kondenzatori, induktori i drugi elementi koji formiraju potreban opseg oscilovanja, fazne pomake i druge parametre pojačanja.Dakle, svaki stepen pojačala se sastoji od minimalnog potrebnog skupa aktivnih i pasivnih elemenata.

Blok dijagram tipičnog višestepenog pojačala prikazan je na Sl. 2.

Slika 2. Kolo višestepenog pojačala.

Ulazni stepen I pretpojačalo dizajnirani su da pojačaju signal do vrijednosti potrebne da se unese na ulaz pojačala snage (izlazni stepen). Broj stupnjeva predpojačanja određen je potrebnim pojačanjem. Ulazni stepen omogućava, ako je potrebno, usklađivanje sa izvorom signala, parametrima šuma pojačala i potrebna podešavanja.

Izlazni stepen (stepen pojačanja snage) je dizajniran da isporuči datu snagu signala do opterećenja uz minimalno izobličenje njegovog oblika i maksimalnu efikasnost.

Izvori pojačanih signala mogu postojati mikrofoni, glave za čitanje magnetnih i laserskih uređaja za skladištenje informacija, razni pretvarači neelektričnih parametara u električne.

Učitaj su zvučnici, elektromotori, signalna svjetla, grijači itd. Napajanja proizvodi energiju sa određenim parametrima - nazivnim vrijednostima napona, struja i snage. Energija se troši u kolektorskim i baznim krugovima tranzistora, u krugovima sa žarnom niti i anodnim krugovima svjetiljki; koristi se za održavanje specificiranih režima rada elemenata pojačala i opterećenja. Često je za rad pretvarača ulaznih signala potrebna i energija izvora napajanja.

Klasifikacija uređaja za pojačavanje.

Uređaji za pojačanje se klasifikuju prema različitim kriterijumima.

By um pojačani električni signale Pojačala se dijele na pojačala harmonic (kontinuirani) signali i pojačala puls signale.

Na osnovu propusnog opsega i apsolutnih vrijednosti pojačanih frekvencija, pojačala se dijele na sljedeće tipove:

- DC pojačala (UPT) dizajnirani su za pojačavanje signala u rasponu od najniže frekvencije = 0 do gornje radne frekvencije. UPT pojačava i promenljive komponente signala i njegovu konstantnu komponentu. UPT se široko koriste u automatizaciji i računarskim uređajima.

- Voltage Amplifiers, zauzvrat se dijele na pojačala niske, visoke i ultra visoke frekvencije.

Širina propusni opseg razlikuju se pojačane frekvencije:

- izborni pojačala (visokofrekventni pojačivači - UHF), za koje vrijedi odnos frekvencija /1 ;

- širokopojasni pojačala sa velikim frekvencijskim opsegom, za koje je omjer frekvencija />>1 (na primjer, ULF - niskofrekventno pojačalo).

- Pojačala snage - ULF završni stepen sa izolacijom transformatora. Da bi se osigurala maksimalna snaga R int. To= Rn, one. otpor opterećenja mora biti jednak unutrašnjem otporu kolektorskog kruga ključnog elementa (tranzistora).

By dizajn Pojačala se mogu podijeliti u dvije velike grupe: pojačala napravljena diskretnom tehnologijom, odnosno površinskom ili štampanom montažom, i pojačala izrađena integriranom tehnologijom. Trenutno se analogna integrirana kola (IC) široko koriste kao aktivni elementi.

Pokazatelji performansi pojačala.

Indikatori performansi pojačala uključuju ulazne i izlazne podatke, pojačanje, frekvencijski opseg, faktor izobličenja, efikasnost i druge parametre koji karakterišu njegov kvalitet i radna svojstva.

TO ulazni podaci odnosi se na nominalnu vrijednost ulaznog signala (napon Uunos= U 1 , struja Iunos= I 1 ili moć Punos= P 1 ), ulazni otpor, ulazni kapacitet ili induktivnost; oni određuju pogodnost pojačala za specifične praktične primjene. Input fromopozicijaRunos u poređenju sa impedancijom izvora signala RI unaprijed određuje tip pojačala; U zavisnosti od njihovog odnosa razlikuju se pojačivači napona (sa Runos >> RI), strujna pojačala (sa Runos << RI) ili pojačala snage (ako Runos = RI). Input eatkostS ulaz, kao reaktivna komponenta otpora, ima značajan uticaj na širinu opsega radne frekvencije.

Impresum - ovo su nazivne vrijednosti izlaznog napona U izlaz =U 2, struja Izlazim =I 2, izlazna snaga P izlaz =P 2 i izlazni otpor. Izlazna impedansa bi trebala biti znatno manja od impedanse opterećenja. I ulazni i izlazni otpor mogu biti aktivni ili imati reaktivnu komponentu (induktivnu ili kapacitivnu). Općenito, svaki od njih je jednak impedanciji Z, sadrži i aktivne i reaktivne komponente

Dobitak naziva se omjer izlaznog parametra i ulaznog parametra. Pojačanja napona su diferenciranaK u= U 2/ U 1 , po struji K i= I 2/ I 1 i moć Kp= P2/ P 1 .

Karakteristike pojačala.

Karakteristike pojačala odražavaju njegovu sposobnost da pojača signale različitih frekvencija i oblika sa određenim stepenom tačnosti. Najvažnije karakteristike uključuju amplituda, amplituda-frekvencija, fazna frekvencija i prelaz.

Rice. 3. Amplitudna karakteristika.

Amplituda karakteristika je zavisnost amplitude izlaznog napona od amplitude harmonijske oscilacije određene frekvencije koja se dovodi na ulaz (slika 3.). Ulazni signal se mijenja od minimalne do maksimalne vrijednosti, a nivo minimalne vrijednosti mora premašiti nivo interne buke Un kreirano od samog pojačala. U idealnom pojačalu (pojačalo bez smetnji), amplituda izlaznog signala je proporcionalna amplitudi ulaznog U out= k*Uunos a amplitudna karakteristika ima oblik prave linije koja prolazi kroz ishodište. Kod pravih pojačala nije moguće osloboditi se smetnji, tako da se njegova amplitudna karakteristika razlikuje od pravolinijske.

Rice. 4. Amplitudno-frekvencijski odziv.

amplituda- I fazna frekvencija karakteristike odražavaju zavisnost pojačanja od frekvencije. Zbog prisustva reaktivnih elemenata u pojačalu, signali različitih frekvencija se nejednako pojačavaju, a izlazni signali se pomjeraju u odnosu na ulazne pod različitim uglovima. Amplitudna frekvencija Karakteristika u obliku zavisnosti prikazana je na slici 4.

Radni frekvencijski opseg pojačavač se naziva frekvencijski interval unutar kojeg je modul koeficijenta K ostaje konstantan ili varira u unaprijed određenim granicama.

Fazna frekvencija karakteristika je frekvencijska zavisnost ugla faznog pomaka izlaznog signala u odnosu na fazu ulaznog signala.

Povratne informacije u pojačivačima.

Povratne informacije (OS) nazivamo vezu između električnih kola, preko koje se energija signala prenosi iz kola sa višim nivoom signala u kolo sa nižim nivoom signala: na primer, iz izlaznog kola pojačala u ulazno kolo ili iz narednih faza u prethodni one. Blok dijagram povratnog pojačala prikazan je na slici 5.

Rice. 5. Strukturna (lijevo) i dijagram sa negativnom strujnom povratnom spregom (desno).

Prijenos signala od izlaza do ulaza pojačala vrši se pomoću mreže s četiri priključka IN. Quadrupole povratne informacije je eksterno električno kolo koje se sastoji od pasivnih ili aktivnih, linearnih ili nelinearnih elemenata. Ako povratna informacija pokriva cijelo pojačalo, onda se poziva povratna informacija generalno: ako povratna informacija pokriva pojedinačne stepene ili dijelove pojačala, naziva se lokalni. Dakle, slika prikazuje blok dijagram pojačala sa općom povratnom spregom.

Model stepena pojačala.

Pojačalo nal cascade - strukturna jedinica pojačala - sadrži jedan ili više aktivnih (pojačavajućih) elemenata i skup pasivnih elemenata. U praksi, radi veće jasnoće, složeni procesi se proučavaju pomoću jednostavnih modela.

Jedna od opcija za kaskadu tranzistora za pojačanje naizmjenične struje prikazana je na slici lijevo. Tranzistor V1 p-p-p tipa spojen prema zajedničkom emiterskom krugu. Ulazni napon baza-emiter stvara izvor sa EMF E c i unutrašnji otpor R c izvor. Otpornici su ugrađeni u osnovno kolo R 1 I R 2 . Kolektor tranzistora spojen je na negativni terminal izvora E to kroz otpornike R To I R f. Izlazni signal se uzima sa terminala kolektora i emitera i kroz kondenzator C 2 ulazi u teret R n. Kondenzator Sf zajedno sa otpornikom Rf forme RS -filter link ( pozitivne povratne informacije - POS), što je potrebno, posebno, za izglađivanje talasa napona napajanja (sa izvorom male snage E to sa visokim unutrašnjim otporom). Također, za veću stabilnost uređaja, u krug emitera se dodaje tranzistor V1 (negativna povratna informacija - OOC) može se dodatno omogućiti R.C. - filter koji će spriječiti da se dio izlaznog signala vrati natrag na ulaz pojačala. Na taj način se može izbjeći efekat samopobuđenja uređaja. Obično umjetno stvorena spoljna zaštita životne sredine omogućava postizanje dobrih parametara pojačala, ali to općenito vrijedi samo za DC pojačanje ili niske frekvencije.

Niskofrekventno pojačalo na bazi bipolarnog tranzistora.

Stepen za pojačavanje zasnovan na bipolarnom tranzistoru spojenom u kolo sa OE je jedno od najčešćih asimetričnih pojačala. Šematski dijagram takve kaskade, napravljen na diskretnim elementima, prikazan je na donjoj slici.

U ovom krugu otpornik Rk , uključen u glavni krug tranzistora, služi za ograničavanje struje kolektora, kao i za osiguranje potrebnog pojačanja. Korištenje razdjelnika napona R1R2 postavlja početni prednapon na bazi VT tranzistora, potreban za mod pojačanja klase A.

Lanac ReSe obavlja funkciju termičke stabilizacije emitera tačke mirovanja; kondenzatori C1 I C2 su odvojene za jednosmerne i naizmenične komponente. Kondenzator Se zaobilazi otpornik Re prema naizmjenične struje, budući da je kapacitet Se značajan.

Kada se signal konstantne amplitude primijeni na ulaz pojačivača napona na različitim frekvencijama, izlazni napon će se, ovisno o frekvenciji signala, mijenjati, jer otpor kondenzatora C1 , C2 različite na različitim frekvencijama.

Zavisnost pojačanja od frekvencije signala se naziva amplituda-frekvencija karakteristike pojačala (frekventni odziv).

Pojačala niske frekvencije najšire primijeniti za pojačavanje signala koji nose audio informacije, u ovim slučajevima se nazivaju i pojačala audio frekvencije, osim toga, ULF se koriste za pojačavanje informacijskog signala u različitim poljima: mjerna tehnologija i detekcija grešaka; automatizacija, telemehanika i analogna kompjuterska tehnologija; u drugim elektronskim industrijama. Audio pojačalo se obično sastoji od preamp I pojačivač snage (UM). Predpojačalo dizajniran za povećanje snage i napona i njihovo dovođenje na vrijednosti ​​​

Pojačalo snage mora isporučiti specificiranu snagu električnih oscilacija u strujni (potrošački) krug. Njegovo opterećenje mogu biti emiteri zvuka: akustični sistemi (zvučnici), slušalice (slušalice); radiodifuznu mrežu ili modulator radio predajnika. Pojačalo niske frekvencije sastavni je dio sve opreme za reprodukciju, snimanje i radio emitovanje zvuka.

Rad stepena pojačala analizira se pomoću ekvivalentnog kola (na slici ispod), u kojem je tranzistor zamijenjen ekvivalentnim krugom u obliku slova T.

U ovom ekvivalentnom krugu, svi fizički procesi koji se dešavaju u tranzistoru uzimaju se u obzir korištenjem H-parametara malog signala tranzistora, koji su dati u nastavku.

Za napajanje pojačivača koriste se izvori napona sa malim unutrašnjim otporom, pa možemo pretpostaviti da su u odnosu na ulazni signal otpornici R1 I R2 uključeni su paralelno i mogu se zamijeniti jednim ekvivalentom Rb = R1R2/(R1+R2) .

Važan kriterij za odabir vrijednosti otpornika Re, R1 I R2 je osigurati temperaturnu stabilnost statičkog načina rada tranzistora. Značajna ovisnost parametara tranzistora o temperaturi dovodi do nekontrolirane promjene struje kolektora Ik , zbog čega može doći do nelinearnih izobličenja pojačanih signala. Da bi se postigla najbolja temperaturna stabilizacija režima, potrebno je povećati otpor Re . Međutim, to dovodi do potrebe za povećanjem napona napajanja E i povećava potrošnju energije. Smanjenjem otpora otpornika R1 I R2 potrošnja energije se takođe povećava, smanjujući efikasnost kola, a ulazni otpor stepena pojačala se smanjuje.

Integrisano DC pojačalo.

Integrirano pojačalo (op-amp) je najčešće univerzalno mikro kolo (IC). Op-amp je uređaj sa visoko stabilnim indikatorima kvaliteta koji omogućavaju obradu analognih signala prema algoritmu specificiranom pomoću eksternih kola.

Operativno pojačalo (op-amp) - unificirano višestepeno DC pojačalo (UPT), koji zadovoljava sljedeće zahtjeve za električne parametre:

· pojačanje napona teži beskonačnosti;

· ulazni otpor teži beskonačnosti;

· izlazni otpor teži nuli;

· ako je ulazni napon nula, onda je i izlazni napon nula Uin = 0, Uout = 0;

· beskrajni opseg pojačanih frekvencija.

Op-amp ima dva ulaza, invertujući i neinvertujući, i jedan izlaz. Ulaz i izlaz UPT-a su napravljeni uzimajući u obzir vrstu izvora signala i vanjskog opterećenja (neuravnoteženo, simetrično) i vrijednosti njihovih otpora. U mnogim slučajevima, DC pojačala, poput AC pojačala, pružaju visoku ulaznu impedanciju kako bi se smanjio utjecaj DC pojačala na izvor signala i nisku izlaznu impedanciju kako bi se smanjio utjecaj opterećenja na izlazni signal DC pojačala.

Na slici 1 je prikazano kolo invertujućeg pojačala, a na slici 2 prikazano je neinvertujuće pojačalo. U ovom slučaju dobitak je jednak:

Za invertovanje Kiou = Ros / R1

Za neinvertujuće Know = 1 + Ros / R1

Invertujuće pojačalo je pokriveno OOS paralelom napona, što uzrokuje smanjenje Rin i Rout. Neinvertujuće pojačalo je pokriveno petljom povratne veze naponske serije, koja osigurava povećanje Rin i smanjenje Rout-a. Na osnovu ovih op-pojačala, možete izgraditi različite sklopove za obradu analognog signala.

UPT podliježe visokim zahtjevima za najmanji i najveći ulazni otpor. Spontana promjena izlaznog napona UPT-a sa konstantnim naponom ulaznog signala naziva se drift pojačala . Uzroci drifta su nestabilnost napona napajanja kola, temperaturna i vremenska nestabilnost parametara tranzistora i otpornika. Ove zahtjeve ispunjava op-pojačalo u kojem je prva faza sastavljena pomoću diferencijalnog kola, koje potiskuje sve smetnje zajedničkog moda i pruža visoku ulaznu impedanciju. Ova kaskada se može sklopiti na tranzistorima s efektom polja i na kompozitnim tranzistorima, gdje je GCT (generator stabilne struje) povezan na kolo emitera (izvora), što poboljšava suzbijanje smetnji zajedničkog moda. Da bi se povećao ulazni otpor, koristi se duboka serija OOS i veliko opterećenje kolektora (u ovom slučaju, Jin teži nuli).

DC pojačala su dizajnirana da pojačavaju signale koji se sporo mijenjaju tokom vremena, odnosno signale čija se ekvivalentna frekvencija približava nuli. Stoga UPT mora imati amplitudno-frekvencijski odziv u obliku prikazanom na slici lijevo. Budući da je pojačanje op-pojačala vrlo veliko, njegova upotreba kao pojačala je moguća samo ako je pokrivena dubokom negativnom povratnom spregom (u nedostatku negativne povratne sprege, čak i izuzetno mali signal "šuma" na ulazu op-pojačala će proizvesti napon blizu napona zasićenja na izlazu op-amp).

Istorijat operacionog pojačala je povezan sa činjenicom da su se jednosmerni pojačivači koristili u analognoj računarskoj tehnologiji za realizaciju različitih matematičkih operacija, kao što su zbrajanje, integracija itd. Trenutno, iako ove funkcije nisu izgubile na značaju, one čine samo mali dio liste mogućih primjena operativnih pojačala.

Pojačala snage.

kako je to? pojačivač snage- dalje, radi sažetosti, nazvaćemo ga UM? Na osnovu navedenog, blok dijagram pojačala može se podijeliti na tri dijela:

• Ulazni stepen
• Intermediate stage
• Izlazni stepen (pojačalo)

Sva ova tri dijela obavljaju jedan zadatak - da povećaju snagu izlaznog signala bez promjene njegovog oblika na takav nivo da je moguće pokretati opterećenje niske impedancije - dinamičku glavu ili slušalice.

Postoje transformator I bez transformatora umni krugovi.

1. Transformatorska pojačala.

Hajde da razmotrimo jednociklusni transformator MIND, u kojem je tranzistor spojen prema kolu sa OE (sl. lijevo).

Transformatori TP1 i TP2 su dizajnirani da usklade opterećenje i izlaznu impedanciju pojačala i ulaznu impedanciju pojačala sa impedancijom izvora ulaznog signala, respektivno. Elementi R i D obezbjeđuju početni način rada tranzistora, a C povećava varijabilnu komponentu koja se napaja tranzistoru T.

Budući da je transformator nepoželjan element pojačala snage, jer. ima velike dimenzije i težinu, relativno je težak za proizvodnju, tada je trenutno najrasprostranjeniji bez transformatora pojačala snage.

2. Pojačala snage bez transformatora.

Hajde da razmotrimo push-pull PA na bipolarnim tranzistorima s različitim tipovima vodljivosti. Kao što je gore navedeno, potrebno je povećati snagu izlaznog signala bez promjene njegovog oblika. Da biste to učinili, uzima se jednosmjerna struja napajanja PA i pretvara u naizmjeničnu struju, ali na način da oblik izlaznog signala ponavlja oblik ulaznog signala, kao što je prikazano na donjoj slici:

Ako tranzistori imaju dovoljno visoku vrijednost transkonduktivnosti, tada je moguće konstruirati kola koja rade na opterećenju od jednog oma bez upotrebe transformatora. Ovakvo pojačalo se napaja bipolarnim napajanjem sa uzemljenom srednjom tačkom, mada je moguće konstruisati i kola za unipolarno napajanje.

Šematski dijagram komplementarnosti emiter sljedbenik - pojačalo sa dodatnom simetrijom - prikazano na slici lijevo. S obzirom na isti ulazni signal, struja teče kroz npn tranzistor tokom pozitivnih poluciklusa. Kada je ulazni napon negativan, struja će teći kroz pnp tranzistor. Kombinovanjem emitera oba tranzistora, opterećenjem sa zajedničkim opterećenjem i isporukom istog signala kombinovanim bazama, dobijamo push-pull stepen pojačanja snage.

Pogledajmo bliže uključivanje i rad tranzistora. Tranzistori pojačala rade u modusu klase B. U ovom kolu tranzistori moraju biti apsolutno identični po svojim parametrima, ali suprotne po ravni. Kada se na ulazu pojačala primi pozitivan polutalasni napon Uin tranzistor T1 , radi u modu pojačanja, a tranzistor T2 - u režimu prekida. Kada dođe negativni poluval, tranzistori mijenjaju uloge. Budući da je napon između baze i emitera otvorenog tranzistora mali (oko 0,7 V), napon Uout blizu napona Uin . Međutim, izlazni napon se ispostavlja da je izobličen zbog utjecaja nelinearnosti u ulaznim karakteristikama tranzistora. Problem nelinearnog izobličenja je riješen primjenom početnog prednapona na bazna kola, čime se kaskada prebacuje u AB mod.

Za dotični pojačavač, maksimalna moguća amplituda napona na opterećenju je Um jednako E . Stoga je maksimalna moguća snaga opterećenja određena izrazom

Može se pokazati da pri maksimalnoj snazi ​​opterećenja, pojačalo troši snagu iz izvora napajanja, određeno izrazom

Na osnovu navedenog dobijamo maksimum moguće UM faktor efikasnosti: nmax = P n.max/ P potrošnjamax = 0,78.

Blok dijagram kompletnog niskofrekventnog ULF pojačivača prikazan je na slici 14.

Slika 14 Blok dijagram ULF-a.

Ulazni stepen odvojeno od grupe stepena za pretpojačavanje, jer podleže dodatnim zahtevima za koordinaciju sa izvorom signala.

Za smanjenje ranžiranja izvora signala R i pojačivač niske ulazne impedancije R IN~ mora biti ispunjen sljedeći uslov: R IN~ >> R i

Najčešće je ulazni stupanj emiterski sljedbenik, u kojem R IN~ dostigne 50 kOhm ili više, ili se koriste tranzistori sa efektom polja koji imaju vrlo visok ulazni otpor.

Osim toga, ulazni stepen mora imati maksimalan odnos signal-šum, jer on određuje svojstva šuma cijelog pojačala.

Podešavanja omogućavaju vam da brzo podesite nivo izlazne snage (glasnoću, balans) i promenite oblik frekvencijskog odziva (timbar).

Završne faze obezbeđuju potrebnu izlaznu snagu u opterećenju uz minimalno nelinearno izobličenje signala i visoku efikasnost. Zahtjevi za završne kaskade određeni su njihovim karakteristikama.

1. Rad pojačala snage za niskoimpedansno opterećenje sistema zvučnika zahtijeva optimalno usklađivanje završnog stupnja sa ukupnom zvučnom impedancijom zvučnika: ROUT~ ≈ R H .

2. Završne faze troše najveći dio energije izvora energije i efikasnost za njih je jedan od glavnih parametara.

3. Udio nelinearnih izobličenja unesenih u završnim fazama je 70...90%. To se uzima u obzir pri odabiru njihovih načina rada.

Predterminalne kaskade. Pri velikim izlaznim snagama pojačala, svrha i zahtjevi za pred-završne stupnjeve su slični završnim stupnjevima.

Osim ovoga, ako dvotaktni završni stupnjevi su napravljeni od tranzistora isto strukture, onda bi trebalo da budu predterminalne kaskade faza invertirana .

Zahtjevi za predpojačala proizilaze iz njihove svrhe - da pojačaju napon i struju koje stvara izvor signala na ulazu do vrijednosti potrebne za pobuđivanje stupnjeva pojačanja snage.

Stoga su najvažniji pokazatelji za višestepeno pretpojačalo: pojačanje napona i struje, frekvencijski odziv (AFC) i izobličenje frekvencije.

Osnovna svojstva predpojačala stepena:

1. Amplituda signala u preliminarnim fazama je obično mala, tako da su u većini slučajeva nelinearna izobličenja mala i mogu se zanemariti.

2. Konstrukcija stepena predpojačala pomoću jednostrukih kola zahtijeva korištenje neekonomičnog načina rada A, koji praktično nema utjecaja na ukupnu efikasnost pojačala zbog niskih vrijednosti mirnih struja tranzistora .

3. Najrasprostranjenije kolo u preliminarnim fazama je veza tranzistora sa zajedničkim emiterom, što omogućava postizanje najvećeg pojačanja i ima dovoljno veliki ulazni otpor, tako da se stupnjevi mogu povezati bez usklađivanja transformatora bez gubitka dobitak.

4. Od mogući načini Za stabilizaciju moda u preliminarnim fazama, stabilizacija emitera je postala najrasprostranjenija jer je najefikasnija i najjednostavnija u kolu.

5. Da bi se poboljšala svojstva buke pojačala, tranzistor prvog stepena je odabran da bude niskošuman sa visokom vrednošću pojačanja statičke struje h 21e >100, a njegov jednosmerni režim treba da bude niskostrujni I ok = 0,2...0,5 mA, a sam tranzistor Za povećanje ulazne impedancije, ULF se uključuje prema kolu sa zajedničkim kolektorom (CC).

Za proučavanje svojstava preliminarnih faza pojačanja, a ekvivalentno električni dijagram ih naizmjeničnom strujom. Da biste to učinili, tranzistor se zamjenjuje ekvivalentnim krugom (ekvivalentnim generatorom E OUT, unutrašnji otpor R OUT,prolazni kapacitet S K), a na njega su povezani svi elementi eksternog kola koji utiču na pojačanje i frekvencijski odziv (frekventna distorzija).

Svojstva preliminarnih stupnjeva pojačanja određena su shemom njihove konstrukcije: sa kapacitivni ili galvanski veze, na bipolarnim tranzistorima ili tranzistorima sa efektom polja, diferencijal, cascode i druga posebna kola.

Stepen pre-amplifikacije. Tipičan izvor signala koji se koristi za razvijanje izlaznog napona od 50-200 mV. Ova napetost je bila orijentisana na visokokvalitetna pojačivača. Korekcioni krugovi su prethodno bili locirani između ulaznih utičnica i mreže prve lampe, u kojoj je signal oslabljen za najmanje polovinu (6 dB) na najosjetljivijem ulazu. U fino kompenzovanoj kontroli jačine zvuka, minimalno slabljenje signala je još 6 dB. Kontrole tona koje pružaju ±20dB kontrole tipično prigušuju signal za još 30-40dB. Ako su u ulaznim krugovima postojali katodni sljedbenici, gubitak signala se povećao za još 3-6 dB. Dakle, ukupno slabljenje signala je nekada bilo 45-58 dB. Napon signala na mrežama lampi završne faze je u prosjeku 10-20 V. Omjer ove vrijednosti i napona ulaznog signala je 10/0,05 = 200 (46 dB). Dakle, pojačanje preliminarnih stupnjeva, uzimajući u obzir slabljenje signala i potreban napon na mrežama lampi završnog stupnja, prethodno je trebalo biti reda veličine 90-100 dB. Drugim riječima, pojačanje preliminarnih stupnjeva bi trebalo biti približno 100.000 Ovo je prilično značajna vrijednost za niskofrekventno pojačalo. Ako je pojačanje napona svakog stepena pojačala približno 10, tada bi, očigledno, broj stupnjeva trebao biti jednak 5. Ako je pojačanje svakog stepena oko 100, ukupan broj stupnjeva će biti jednak 3 (sa neka margina). Budući da je pojačanje od 10 po stupnju omogućeno gotovo svakom modernom niskofrekventnom cijevnom triodom, a pojačanje od 100 po stupnju je granica čak i za dobre niskofrekventne pentode, može se tvrditi da je za cijevna pojačala broj pred- stepena pojačanja treba da se kreće od tri do pet.

Koliko kaskada treba napraviti: 3 ili 5? Prvi odgovor je, naravno, „3“. Međutim, ne treba žuriti. Tri kaskade - to znači da je minimalno pojačanje kaskade jednako trećem korijenu od 10000. Imajte na umu da ovo nije μ lampe, već pojačanje kaskade, koje rijetko prelazi 50% μ lampe. Stoga triode više nisu potrebne. To znači da će postojati tri kaskade na pentodama ili, u ekstremnim slučajevima, dvije na pentodama i jedna na triodi. Potonje kolo, koje nema nikakvu marginu pojačanja, ne dozvoljava korištenje negativne povratne sprege u kolu, tj. praktično neprikladan za Hi-Fi pojačala, jer je bez negativne povratne sprege nemoguće smanjiti koeficijent nelinearne distorzije i proširiti frekvencijski opseg na tražene vrijednosti. Tri stepena na pentodama mogu omogućiti uvođenje negativne povratne sprege, ali tada se i prvi, ulazni stepen montira na pentodu, iu ovom slučaju, kako iskustvo pokazuje, gotovo je nemoguće postići potpuno odsustvo efekat mikrofona i nivo pozadine ispod - 60 dB. Druga krajnost - pet stupnjeva na triodama - uvijek daje potrebno pojačanje čak i na najlošijim cijevima, međutim, koristeći cijevi s prosječnim pojačanjem od oko 20-50, lako je dobiti potrebno pojačanje sa dovoljnom marginom sa četiri triode ( odnosno na dvije dvostruke lampe). Ova shema je najčešća. Istina, mnoge strane kompanije proizvode posebno dizajnirane pentode za ulaznu fazu sa niskim nivoom unutrašnjeg šuma i nisu sklone efektima mikrofona (EF-184, EF-804, itd.). Korišćenjem takve pentode i sledećih trioda sa velikim μ (90-120) tipa ECC-83 moguće je dobiti traženo pojačanje na tri stepena koristeći sistem pentoda - trioda - trioda, ali prvo, takav sistem zahteva upotreba specijalnih lampi, i - kao drugo - vrlo kvalitetan transformatorski čelik, visoko osetljive krajnje lampe, itd. Stoga ova shema nije prikladna.

Napomena. U 21. veku situacija se značajno promenila. Danas niko ne koristi fizička analogna pretpojačala. Prethodna obrada signala je povjerena visokokvalitetnim DAC-ovima. Ulazni signal se smatra normalnim na 1-2 volta. Stoga je za terminal cijevi dovoljno pojačanje od 20-50 puta. A ovaj zadatak rješava jedna vakuumska cijev u fazi predpojačala. Ovo je, na primjer, dvostruka trioda, koja kombinira funkcije bas refleksa. Zato svo smeće iz brojnih uzastopnih kaskada ostaje u dalekoj prošlosti. Evgeny Bortnik.

Bas refleksi. Ako se fazni pretvarač sklopi prema kolu u kojem je svaka ruka ujedno i pojačalo (na primjer, prema dijagramu na slici 1), tada se pojačanje ove ruke uzima u obzir u ukupnom pojačanju puta. Podsjećamo vas da morate uzeti u obzir pojačanje samo jedne ruke, budući da je druga ruka pretvarača samo podudarnik za drugu ruku završne faze push-pull i nije dio općeg puta pojačanja.

Ako se fazni pretvarač sklopi prema simetričnom katodnom sljedbenom krugu (slika 2), tada je njegovo pojačanje uvijek manje od jedinice, tako da takav stepen ne samo da nije stepen pojačanja, već zahtijeva i dodatno povećanje ukupnog pojačanja. za 4-6 dB.

Metoda za odabir pojačanja za tranzistorsko pojačalo je potpuno ista. Sada konkretno o krugovima samih stupnjeva predpojačala. Ovo su najjednostavnija otporna pojačala bez ikakvih karakteristika kola. Tipično za sve kaskade, i triode i pentode, su anodna (kolektorska) opterećenja smanjena za faktor 2-5 u odnosu na optimalne izračunate vrijednosti kako bi se širina pojasa proširila prema većem visoke frekvencije, prelazni kondenzatori su povećani na 0,1-0,25 μF i otpornici za curenje mreže na 1-1,5 MΩ kako bi se smanjio frekventni odziv na niskim frekvencijama, korištenje negativne strujne povratne sprege u svim stupnjevima osim onog na kojem je jedinica sastavljena prilagođavanjem frekvencijskog odziva. Što se tiče samih elemenata za pojačavanje, posljednjih godina pojavilo se mnogo različitih novih tipova lampi i tranzistora s odličnim parametrima. Tako je vrijednost S za sijalice male snage postala jednaka 30-50 mA/V u odnosu na uobičajene vrijednosti od 3-10 mA/V, pa je osjetljivost lampi naglo porasla. Proračuni pokazuju da se teoretski svo predpojačavanje može postići čak i na dva stupnja sa takvim lampama. Međutim, bilo bi korisno upozoriti amatere na žurbe u odabiru takvih svjetiljki. I poenta ovdje nije konzervativizam, već činjenica da se povećanje, recimo, nagiba lampi postiže naglim smanjenjem razmaka između kontrolne mreže i katode, što značajno povećava sklonost lampe da generira toplinske struje i rezultirajuća ogromna nelinearna izobličenja. Važni su i visoka cijena i manja trajnost takvih lampi. Može se tvrditi da su cijevi kao što su 6N1P, 6N2P, 6NZP, 6N23P, 6N24P, 6Zh1P, 6Zh5P, dokazane dugogodišnjom praksom, sasvim prikladne za preliminarne faze čak i najboljih, najmodernijih pojačala. Na primjer, ispod je prikazano nekoliko krugova CPU-a na lampama u njihovim normalnim načinima rada

Na sl.3. prikazani su cijevni predpojačala. a - dvostepeno pojačalo sa interfaznom povratnom spregom; b - kaskada sa linearizirajućom povratnom spregom u krugu zaštitne mreže.

Završni i predfinalni stupnjevi – pojačala snage. Formalno, predterminalne kaskade (drajveri, od engleska riječ drive - excite, set, swing) svrstavaju se u naponske pojačivače, odnosno preliminarne stepene, ali se o njima govori u ovom, a ne u prethodnom pasusu, kako bi se naglasilo da u smislu prirode njihovog rada i načina upotrebe , drajveri su mnogo bliži krajnjim pojačivačima, tj. pojačala snage. Hi-Fi pojačala se odlikuju značajnom izlaznom snagom od 15-50W. To znači da je za pobuđivanje (pogon) završne faze bez primjetnih nelinearnih izobličenja već potrebna snaga reda 1-5 W, na naponu do 25-35 V, a ako uzmemo u obzir zahtjeve za smanjujući nelinearna izobličenja, postaje jasno da konvencionalne triode male snage ne mogu pružiti pobudu snažnih terminalnih lampi. Stoga postaje logično i opravdano koristiti žarulje velike snage u posljednjoj fazi pojačanja napona. Moguće je da bi, teoretski, bilo ispravnije pred-terminalne stepene u svim slučajevima napraviti transformator ili prigušnicu kako bi se dobila najveća vrijednost faktora iskorištenosti anodnog napona ξ, ali postoji nekoliko razloga zašto to ne bi trebalo biti urađeno. Kaskada transformatora uvijek unosi primjetna frekventna izobličenja, a pri snagama iznad 1-2 W primjetna nelinearna izobličenja. Osim toga, transformatori su relativno skupi, složeni i radno intenzivni za proizvodnju, teški i glomazni, osjetljivi na magnetske smetnje i istovremeno izvor interferencije audio frekvencije za druga kola pojačala (prvenstveno ulazna).

Istovremeno, radio-amateri sada imaju na raspolaganju lampe srednje snage, širokopojasni i ekonomičan, koji vam omogućava da lako dobijete neiskrivljenu snagu od oko 2-4 W pri aktivnom otporu opterećenja. To prvenstveno uključuje lampe tipa 6P15P, 6E5P, 6F3P, 6F4P, 6F5P, 6Zh5P, 6Zh9P, itd. Međutim, ovom pitanju treba pristupiti pažljivije. U nekim slučajevima, zbog jednostavnije koordinacije, ipak je preporučljivo koristiti transformatorsku vezu. Krugovi predpojačala su prikazani ispod

Za konačne niskofrekventne kaskade snage do 10-12 W, radio-amateri u većini slučajeva koriste lampe tipa 6P14P, dijelom i zato što prilično lako daju navedenu snagu. Osim toga, nažalost, ne postoje druge svjetiljke pogodne za ovu svrhu. Tako zastarjela, iako vrlo dobra lampa, kao 6P3S (6L6) danas To se ne može preporučiti, a industrija ne proizvodi snažnije specijalne lampe za ULF završne faze kao što je njemački EL-34. [Čudan zaključak, bez ikakvog razloga, 1980-90. upotreba 6P3S se ne može preporučiti! Čisti voluntarizam iz Sovjeta poslanika. U 21. veku, na primer, 6P3S lampe se mogu snažno preporučiti za projektovanje cevnog pojačala. Važno je pronaći primjerke u dobroj očuvanosti. E.B.] Ljudi često pokušavaju dobiti više snage iz istih 6P14P cijevi forsiranjem režima, ali je ovaj put potpuno neprihvatljiv zbog oštrog pogoršanja pouzdanosti pojačala i povećanja nelinearnih izobličenja kada se pojavi toplinska struja mreže.

Uzimajući u obzir gore navedeno, možemo preporučiti da radio amateri koriste 6P14P lampe u bilo kojim push-pull krugovima samo pri snagama koje ne prelaze 10 vata. [Neverovatno besmislena preporuka u stilu “pošto nema ništa dobro, onda radi ono što radiš.” Čini se da je autor kul autoritet, ali piše gluposti. E.B.] Sa većom izlaznom snagom potrebno je preći na očigledno ne „niskofrekventne“ lampe kao što su 6P31S, 6P36S, 6P20S, GU-50, 6N13S (6N5S) kako u klasičnim push-pull tako i u ultralinearnim krugovima, iu mosnim krugovima manje poznatim radio-amaterima kola, koja se nazivaju i push-pull-paralel. Prve tri od ovih svjetiljki namijenjene su za upotrebu u završnim kaskadama televizora s horizontalnim skeniranjem i omogućuju vam da izvučete snagu do 25 W iz dvije lampe generatora GU-50 s anodnim naponom od 500-750 V (i prema na svom pasošu ima Ua.rad = 1000 V) lako isporučuje snagu od 40-60W u push-pull kolu; Dvostruka trioda 6N13S, dizajnirana posebno kao kontrolna lampa u krugovima elektronskih stabilizatora napona, ima vrlo nizak unutrašnji otpor i, uz relativno nizak anodni napon, omogućava postizanje snage od najmanje 15 W (po jednom cilindru) u konvencionalno push-pull kolo, a kada su uključene, dvije paralelne triode u svakoj ruci (dva cilindra) u konvencionalnim push-pull i mosnim krugovima daju izlaznu snagu do 25 W. Koristeći navedene lampe, radio amater prima veliki izbor za kreativne aktivnosti.

[Još jedna preporuka u nejasnom stanju svijesti. Pitam se zašto dvostruke ili trostruke lampe nisu pogodne za kreativne aktivnosti? Možda autor jednostavno ne zna pravila za paralelno povezivanje radioelemenata? Naime, paralelna veza, uz kvalitetan izbor kopija, daje dosta međuopcija za vrlo moćna pojačala pristojnih karakteristika. Čudno je čitati preporuku lampe 6P31S, koja nije nimalo snažnija od 6P14P, ali je mnogo lošija po karakteristikama. Također je razočaravajuće vidjeti brze preporuke za korištenje 6N13C lampe (usput, paralelno). Nevjerojatna demonstracija neozbiljnosti, budući da autor potpuno nije svjestan prakse, jer su lampe 6N13C rijetki guano. Rasprostranjenost karakteristika polovica ima raspon od 100% ili više. Gotovo ih je nemoguće precizno odabrati za paralelnu vezu, tako da pojačalo ne može isporučiti značajnu snagu na opterećenje bez pregrijavanja jedne od polovica, a faktor iskorištenja vjerojatno neće premašiti 40-50%. I jednostavna kola paralelni priključak za 6N13S, bez nivelacionih karoserija, nisu pogodni. A rasprave o lampama su dirljive, jer ih ima veliki broj druge odlične lampe, za razliku od preporučenih, na primjer 6P13S, 6P44S, 6P45S, G807 u ekstremnim slučajevima, prikladne su 6P3S lampe. E.B.]

Sl.5. Snažni završni stupnjevi niskofrekventnog ULF puta. a - na lampama 6P36S u ultralinearnom prebacivanju; b - na lampama GU-50 u push-pull paralelnom kolu; c - na lampama 6N13S sa fiksnim balansiranjem prednapona

Pošto su sva kola smatrana niskofrekventnim, tj. dizajniran za ograničeni propusni opseg (ne više od 5-8 kHz), ništa nije rečeno o izlaznim transformatorima, prigušnicama i autotransformatorima. Svi su oni najčešći, sastavljeni na jezgri u obliku slova W ili trakama od jednostavnog transformatorskog čelika debljine 0,35 mm. Nema povećanih zahtjeva za dizajn okvira i namotaja, s izuzetkom visokog stepena simetrije pojedinih polovica primarnog namotaja. Ovaj zahtjev je posebno važan za ultralinearna kola za prebacivanje terminalnih lampi. Vrijednosti induktivnosti curenja i kapacitivnosti primarnog namotaja nisu značajne. Sekundarni namotaji snage iznad 10 W treba namotati što debljom žicom kako bi se smanjili aktivni gubici. Preporučljivo je napraviti nekoliko dodira kako biste odabrali najbolji način rada za završnu fazu. Ovo pitanje je detaljnije razmotreno u sledećem paragrafu. Visokofrekventni završni stupnjevi dvokanalnih Hi-Fi pojačala značajno se razlikuju od niskofrekventnih, pa će preporuke u vezi s njima biti drugačije. Prije svega, ovo se odnosi na vrste svjetiljki. [ Neverovatno rezonovanje. Autor je izmislio sopstvenu klasifikaciju LF i HF. Čak i potpunom amateru koji je pročitao odjeljak o vakuumskim cijevima, prije svega, očito je da izmišljena podjela frekvencija uopće nema veze s vakuumskim cijevima, njihov raspon ide u stotine megaherca. Lampa 6P14P je ljubičasta, čije frekvencijske signale treba pojačati, bilo da se radi o 0,1 kHz, 1 kHz, 5 kHz, 8 kHz, 16 kHz ili 32 kHz. Ali s obzirom na odgovarajući transformator, ovo pitanje je već relevantno. Ali ni tu nema potrebe za brigom, jer... do 18-20 kHz, prikladni su obični transformatori, uopće ne morate ništa namotavati. A za frekvencije iznad 20 kHz trebalo bi da pređete na ferite. Čini se da autor nije čuo ništa o sekciji namotaja radi poboljšanja frekvencijskog odziva, te preporučuje debelu žicu za sekundarni namotaj. A koncept AKTIVNIH GUBITAKA je apsolutno sranje, jer nema pasivnih gubitaka, a nema ni reaktivnih gubitaka. E.B.]

Budući da je snaga visokofrekventnih kanala, čak iu vrhunskim pojačivačima, u rasponu od 10-12 W, najpogodnije lampe su 6P14P i 6N13S. Najbolji sklopni krugovi su push-pull ultralinearni, most na 6P14P u triodnoj komutaciji i "dvospratni" na 6N13S. Što se tiče poslednje šeme, čija je najčešća verzija prikazana na slici 6, možemo reći da iako nije nova u teorijskom smislu, postala je rasprostranjena u radiodifuznoj opremi tek 60-ih godina prošlog veka. Kao što se često dešava, shema je postala vrlo raširena, a kada se govori o prednostima sheme, obično šute o njenim nedostacima. Pokušajmo objektivno ocijeniti i jedno i drugo.

[Prvo, predlažem da se razumno procijeni najvažnija posljedica stvaranja kola bez transformatora. Proteklih 50 godina pokazalo je da takve šeme nisu dobile nikakvu distribuciju, niti su ih mogle dobiti. Kako životni standard raste, raste i vrijednost zdravlja. Stoga, glavni i nepremostivi nedostatak kola bez transformatora - nedostatak galvanske izolacije od izvora visokog napona - nikada neće dozvoliti da takva kola postignu barem neku distribuciju među ljudskom populacijom. I neka sanjari proučavaju i analiziraju modove takvih kola dok ne postanu plavi u licu.]

Fig.6. Jedno od najčešćih kola završne faze sa serijskim povezivanjem DC lampi

Povezivanje dvije lampe u seriju za jednosmjernu struju je ekvivalentno činjenici da su za naizmjeničnu struju obje spojene paralelno u odnosu na opterećenje, zbog čega je njihov ukupni unutarnji otpor zapravo četiri puta manji od onog kod konvencionalne push-pull kaskade . Ako za takvo kolo uzmemo lampe čiji je unutrašnji otpor manji od uobičajenog, a kao opterećenje koristimo zvučnike relativno visoke impedancije, onda se ispostavi da bi izlazni transformator, prema proračunima, u ovom slučaju imao koeficijent transformacije blizu jedinstvo ili, u svakom slučaju, mjereno u jedinicama. Tada je moguće direktno spojiti opterećenje na lampe, bez izlaznog transformatora. Ovo je, naravno, bezuslovna prednost šeme. Međutim, ovo dostojanstvo ima visoku cijenu. Prije svega, direktno uključivanje opterećenja još uvijek je nemoguće zbog prisustva na mjestima njegovog uključivanja polovine napona izvora napajanja (120-150V). Zbog toga se zvučnici moraju uključiti preko kondenzatora za razdvajanje, čiji je kapacitet direktno povezan sa otporom opterećenja i donjom granicom propusnog opsega. Zaista, ako je dozvoljeni gubitak napona korisnog signala na razdjelnom kondenzatoru 10% vrijednosti samog signala, tada pri Rn=20 Ohm i protoku=40 Hz reaktancija kondenzatora ne bi trebala prelaziti 2 Ohma, od čega njegov kapacitet je jednak

Jasno je da samo elektrolitički kondenzator može imati takav kapacitet, ali treba imati na umu da njegov radni napon mora biti barem ne manji od punog napona izvora napajanja, tj. 300-350V. A onda se ispostavi da cijena takvog kondenzatora uopće nije niža od cijene izlaznog transformatora, pogotovo jer, za razliku od kondenzatora, radio-amater uvijek može sam napraviti transformator, ako je potrebno. Naravno, moguće je napraviti zvučnik sa otporom zvučne zavojnice ne 20, već 200 Ohma, što će, pod istim uslovima, omogućiti smanjenje kapacitivnosti spojnog kondenzatora na 200 μF, ali u ovom slučaju trošak zvučnik se naglo pojačava. Međutim, to nije jedini nedostatak ove sheme. Drugi je da kada su lampe povezane u seriju sa jednosmernom strujom, na svaku se primenjuje samo polovina napona anodnog izvora, tako da kolo može dobro raditi samo na specijalnim lampama čiji nazivni anodni napon ne prelazi 100-150V . Međutim, većina lampi ovog tipa ima neznatnu maksimalnu izlaznu snagu, rijetko koja prelazi nekoliko vati. Osim toga, studije su pokazale da je pri korištenju pentoda ovaj sklop u osnovi donekle asimetričan, što ga čini neprikladnim za završne niskofrekventne stupnjeve Hi-Fi pojačala. U kaskadama visoke frekvencije, prvi nedostatak odmah nestaje, jer sa vrijednostima ​​odabranim u prethodnom proračunu i donjom granicom protoka HF kanala = 2 kHz, vrijednost kapacitivnosti razdjelnog kondenzatora

Štaviše, u ovom slučaju, gubitak signala od deset posto će se dogoditi samo u najgorem, praktično neradnom dijelu propusnog opsega, a na ftop = 20 kHz gubitak signala će biti samo 1%. Osim toga, potrebna izlazna snaga za završni RF stepen je znatno manja nego za LF stepen, što omogućava upotrebu 6N13C dvostruke triode u ovom kolu, koja ima mali unutrašnji otpor i dobro radi na niskim anodnim naponima. Praktični dijagram takve kaskade prikazan je na slici 7.

Fig.7. Praktični dijagram "dvoetažne" završne faze na bazi dvostruke triode 6N13S (6N5S)

Ako snaga RF kanala ne prelazi 2-3W, možete sastaviti završni stepen prema krugu na slici 8 pomoću lampi tipa 6F3P ili 6F5P. Izlazni transformator za ovaj krug montiran je na jezgru trake s debljinom trake ne većom od 0,2 mm ili na permaloji u obliku slova W. Da bi ultralinearno kolo dalo primjetan rezultat i da bi nelinearna izobličenja zapravo bila reda veličine 0,2-0,5%, tačka odvoda primarnog namotaja mora se u svakom slučaju odabrati empirijski direktno iz rezultata mjerenja r.n.i. u procesu postavljanja pojačala. Da biste to učinili, prilikom namotavanja transformatora potrebno je osigurati 4-6 slavina za svaku polovicu primarnog namotaja.

Fig.8. Push-pull visokofrekventni završni stepen sa 6F3P ili 6F5P lampama (Pout = 2,5 W)

Za tranzistorska pojačala, "dvokatni" krug, naprotiv, ispada poželjniji od svih ostalih. Ovo se objašnjava niskim unutrašnjim otporom tranzistora velike snage i naponom kolektora (u poređenju sa lampama). Stoga je osigurano odlično usklađivanje kaskade s opterećenjem čak i kada se koriste konvencionalni zvučnici niske impedancije, na primjer, tipa 4GD-35. Osim toga, kondenzator za razdvajanje ispada male veličine čak i s kapacitetom od 2000-5000 μF, jer njegov radni napon ne prelazi 20-30V. Takve šeme su široko rasprostranjene i dobro poznate radio-amaterima.

Kao opšti zaključak mogu navesti nekoliko razmatranja koja će se u 21. veku zasigurno doživljavati kao racionalna. Prvo razmatranje je da li je ispravno da autor raspravlja samo o push-pull pojačalima, budući da su jednostruka kola namijenjena početnicima. Drugo, temeljitost pristupa sistematizaciji kola kaskada također zaslužuje poštovanje. Treće, autorove neosporne kvalifikacije u nekim slučajevima graniče sa zapanjujućim predrasudama, a propusti u razmišljanju su očito posljedica autorove visoke teorijske pripremljenosti i nedovoljnog praktičnog iskustva. Četvrto, protekle decenije su značajno promenile situaciju, kako u osnovnim konceptima, tako iu dizajnu kola, posebno u pogledu izlaznih stupnjeva pojačala visokih performansi. I nema više nikakve pretjerane ceremonije. Mnogo toga je postalo jednostavnije i jasnije. Neki razmetljivci su umrli ne pokazujući otpornost. Ali oni će biti zamijenjeni novim eksponatima, poput bakra bez kisika. Čini se vrlo važnim shvatiti činjenicu da promjene u tehnološkoj strukturi društva ne bi trebale promijeniti temeljne vrijednosti života, na primjer, slavenske civilizacije. Pripremio publikaciju zasnovanu na materijalima iz Gendinove knjige preuzetih sa interneta.

Evgenij Bortnik, Krasnojarsk, Rusija, mart 2018

Način pojačanja tranzistora određen je konstantnim naponima između elektroda i strujama koje teku u krugovima elektroda. Postavljaju ih elementi vanjskih kola tranzistora, koji čine njegov sklopni krug. Uređaj za pojačanje, njegovo ožičenje, izvor napajanja i oblik opterećenja stepen pojačala.

Slika 20 Dijagram stepena pojačala na bazi tranzistora sa OE

Simboli na dijagramu:

R VX. V~ I R OUT V~- ulazni i izlazni otpor tranzistora V1 naizmjeničnu struju bez

uzimajući u obzir elemente eksternog kola (cevovoda).

R IN.~ I R OUT~- ulazni i izlazni otpor stepena pojačala.

R U- otpor izvora signala.

R H~- ekvivalentna otpornost kaskadnog opterećenja naizmjeničnu struju.

R VX.SL- ulazna impedansa sledećeg stepena.

U m .VH- amplituda ulaznog signala.

U m .OUT- amplituda izlaznog signala.

Napomena: Svi otpori kola se mjere u smjeru strelice kada je kolo prekinuto duž isprekidanih linija.

Bez obzira na kolo za povezivanje tranzistora: sa zajedničkim emiterom (CE), zajedničkom bazom (CB) ili zajedničkim kolektorom (OC), namjena elemenata stepena pojačala je ista.

Razmotrimo svrhu elemenata standardnog ožičenja tranzistora povezanog sa zajedničkim emiterom (CE) u standardna šema stepen pojačala (slika 20).

Filter za razdvajanje napajanja R f S f.

Kada se pojačalo napaja iz ispravljača, filter napajanja R f S F osigurava izglađivanje talasa ispravljenog napona električne mreže E K .

Otpor otpornika R F se bira na osnovu dozvoljenog smanjenja efikasnosti. pojačalo i kreće se od ohm frakcije u završnim fazama do jedinice kOhm u kaskadama male snage, tako da ΔU =(0,1…0,2)E K. Zatim kapacitivnost kondenzatora S F jer audio frekvencije mogu doseći desetke I stotineμF, a za izračunavanje možete koristiti približnu formulu

S F > 10⁄ (2π F N R F)

Osnovni razdjelnik R B1 R B2.

Dva otpornika R B1 I R B2, spojeni serijski prema trajno struja između sabirnice napajanja E K i zajednička žica su osnovni djelitelj napon napajanja i formiraju početnu baznu pristranost U 0B = U B – U E između baze i emitera tranzistora V1. Ovo je napetost U 0b određuje način rada tranzistora: A, B ili AB.

Što je manji otpor otpornika R B1 R B2što je veća temperaturna stabilnost kaskade, ali je u isto vrijeme ulazni otpor kaskade neprihvatljivo smanjen varijabla struja R IN~, za koje R B1, R B2 I R VX. V~(ulazna impedansa tranzistora) uključena paralelno.

R VH~ =(R VX. V~∙ R B) ⁄ (R VX. V~ +R B), Gdje R B =(R B1∙ R B2) ⁄ (R B1+ R B2)

Stoga su tipične vrijednosti otpornika baznog djelitelja za stupnjeve pretpojačala: R B1 – desetine kOhma, R B2 – jedinice – desetine kOma.

Otpor opterećenja kolektora RK.

Otpornik R K formira put protoka za kolektorsku struju mirovanja I 0K, koji je određen odabranim načinom rada tranzistora V1 (A, B ili AB).

Visoko otporno opterećenje komutatora R K utiče na svojstva pojačanja tranzistora, budući da ugao nagiba izlazne dinamičke karakteristike zavisi od njegove ocene. Što je veći otpor otpornika R K(desetine kOhma) što je veće pojačanje napona kaskade K U i obrnuto, što manje R K(stotine Ohma) – veći je strujni dobitak K I.

Maksimalni dobitak snage će biti na uporedivim vrijednostima R K I R OUT V~(izlazni otpor tranzistora naizmjeničnu struju).

Prema AC signalu, otpor opterećenja kolektora R K povezani paralelno R OUT V~ i može dovesti do neprihvatljivog smanjenja izlaznog otpora kaskade R OUT~ .

Otpornik za auto-bias R E.

Struja emitera tranzistora I E(kao trajno I 0E tako i promenljiva Ja sam E), teče kroz otpornik R E formira pad napona na njemu U E. Ovaj napon je povratni napon U OS, budući da je povezan sa ulaznim parametrima tranzistora izrazom: U 0B = U B – U E,

Gdje U B– napon na bazi V1, mjeren u odnosu na zajedničku žicu.

Kao što će se dokazati u narednim temama, negativne povratne informacije (NF) protivi se mijenjanje parametara stupnja pojačala, osiguravajući stabilizaciju njegovog načina rada, uključujući temperaturu.

Na primjer, povećanje temperature tºS uzrokuje povećanje struje emitera I 0E I U E, ali to automatski smanjuje početni pomak baze U 0B = U B – U E, koji isključuje tranzistor i, kao rezultat, smanjuje struju emitera, kompenzirajući njegovu ovisnost o temperaturi. Otuda i naziv R E– otpornik auto offset. Dakle, DC OOS ima blagotvoran učinak na stabilnost režima rada pojačala.

Ali zbog protoka signalne struje Ja sam E kroz R E OOS formiraju varijabla struje, što, nažalost, smanjuje pojačanje kaskade. Paralelnim povezivanjem sa otpornikom R E kondenzator velikog kapaciteta S E, moguće je smanjiti ekvivalentni otpor emiterskog kruga za nekoliko redova veličine za najniže radne frekvencije.

Kondenzator S E dizajniran da eliminiše negativne povratne informacije o naizmjenična struja, zbog čega se smanjenje pojačanja može izbjeći.

Izolacijski kondenzatori C P1 C P2– eliminisati vezu između kaskada po trajno struja U njihovom nedostatku, načini rada svih tranzistora koji su galvanski (direktno) povezani jedni s drugima bit će međusobno ovisni. Štoviše, mala promjena u načinu rada prvog tranzistora zbog svojstava pojačanja dovest će do neprihvatljive promjene u načinu rada posljednjeg.

Kapacitet međustepenog odvajajućeg kondenzatora u ultrazvučnim pojačavačima audio frekvencije dostiže desetke I stotine mikrofarada(µF), i izlazni spojni kondenzator, ispred zvučnika - hiljadeµF. U visokofrekventnim kolima kapacitivnost S R opada obrnuto s radnom frekvencijom. Kada koristite tranzistor sa efektom polja sa visokim ulaznim otporom, C P je dioniceµF (na primjer 0,1 µF).

2. Princip rada stepena pojačala(Sl.22)

U režimu mirovanja(u odsustvu signala) konstantna komponenta struje kolektora I 0K teče od + E K kroz R K, prijelaz EC VT 1, R E, -E K. DC komponenta napona kolektora, ako uzmemo u obzir I 0E ≈ I 0K, je jednako:

U 0K = E K - I 0K (R K + R E)

U režimu pojačanja, kada se signal primijeni na kaskadni ulaz, naizmjenična komponenta struje kolektorskog kola Ja sam K teče kroz nekoliko paralelnih kola:

1. EC VT 1 → C P2 → EB VT 2 →-E K (zajednička žica);

2. EK VT 1 → R K → S F →-E K;

3. EK VT 1 → S r2 → R B1 → S F →-E K;

4. EC VT 1 → C P2 → R B2 →-E K.

Dakle, impedancija opterećenja za varijabla struja signala R n~ je ekvivalentni otpor paralelno uključeno R K, R B1, R B2, R VX. V 2,

R N~ =(R K∙ R IN.SL.) ⁄ (R K+R IN.SL.),

Gdje R VX.SL= (R VX. V 2~ ∙ R B1∙ R B2) ⁄ (R VX. V 2~ ∙ R B1 + R VX. V 2~ ∙ R B2 + R B1∙ R B2)

Slika 22 Dijagram stepena pojačala sa OE.

Korisna je samo komponenta izlazne struje pojačanog signala ja sam B2, teče kroz prvu od navedenih grana, jer će samo ona biti pojačana u sljedećoj fazi pojačanja. Preostale istosmjerne i naizmjenične struje, koje teku kroz vezivne elemente tranzistora, dovest će do disipacije energije izvora napajanja i signala, smanjujući efikasnost kaskade.

Prolazak i obrada signala u krugovima pojačala je jasno vidljiva iz oscilograma u karakterističnim tačkama kola prikazanih na slici 22.

Kada se signal primijeni na ulaz kaskade U m .VH prethodno konstantni naponi u kolu U 0B, U 0K, U 0Eće postati pulsirajuće U m B, U m K, U m E, koji se mijenja sinhrono sa amplitudom ulaznog signala. Oscilogrami pokazuju da su naponi signala U m B, U m K, U m E, bit će pomaknut u odnosu na vremensku osu u pozitivnom ili negativnom području za količinu konstantnih potencijala u ovim tačkama U 0B, U 0K, U 0E, zavisno od polariteta napajanja “+ E K” ili “-E K”.

Tek kada se tranzistor jednom uključi prema kolu sa OE, faza izlaznog signala (oscilogrami U m K I kao posljedica U m .OUT), uklonjen iz razdjelnika će se promijeniti za 180º. Stoga se naziva kaskada s uključenim tranzistorom prema kolu s OE inverzno . Za ostalo uključivanje tranzistora sa OK i OB slobodan dan I unos uvek signalizira match By faza.

Da biste odredili spojni krug tranzistora s OE, OK, OB, morate koristiti sljedeće pravilo (primjer za OE):

Ako se ulazni signal primjenjuje na osnovni tranzistorski krug, a izlaz je uklonjen iz kolekcionar, zatim treća elektroda – emiter, je general za ulazni i izlazni signal, bez obzira na to kako je uključen u kolo.

Na slikama 23 i 24 prikazana su kola sa uključivanjem tranzistora sa zajedničkim kolektorom OK i zajedničkom bazom OB i prikazane su njihove karakteristike.

Slika 23 Dijagram stepena pojačala sa OK.

Važna svojstva stepena pojačala sa tranzistorom povezanim sa OK su:

1. Veliki ulaz R BX (desetine kOma) i mali učinak ( desetine oma) otpor , što poboljšava koordinaciju sa prethodnim i narednim fazama.

2. Ulazni signal nije invertovan, tj. unos U VX i slobodan dan U OUT signali su u fazi (φ = 0).

3. Dobitak napona je manji od jedinice ( K U< 1 , Ali K I >> 1).

Slika 24 Dijagram pojačavačkog stepena sa OB.

Osobine stupnja tranzistorskog pojačala sa OB su suprotne osobinama kaskade sa OK. Kaskade s tranzistorom uključenim prema krugu s OB-om praktički se ne koriste u niskofrekventnim ULF pojačalima (ultrazvučne audio frekvencije).

RESISTOR RESEARCH

KASKADA POJAČALA

OSNOVNE KONVENCIJE I SKRAĆENICE

AFC - amplitudno-frekvencijski odziv;

PH - prolazni odziv;

MF - srednje frekvencije;

LF - niske frekvencije;

HF - visoke frekvencije;

K je pojačanje pojačala;

Uc je napon signala sa frekvencijom w;

Cp - izolacioni kondenzator;

R1,R2 - otpor razdjelnika;

Rk - otpor kolektora;

Re - otpor u krugu emitera;

Ce - kondenzator u krugu emitera;

Rn - otpor opterećenja;

CH - nosivost;

S - nagib transprovodnika;

Lk - induktivnost korekcije;

Rf, Sf - elementi korekcije niske frekvencije.

1. SVRHA RADA.

Svrha ovog rada je:

1) proučavanje rada kaskade otpornika u području niskih, srednjih i visokih frekvencija.

2) proučavanje šema za niskofrekventnu i visokofrekventnu korekciju frekvencijskog odziva pojačala;

2. DOMAĆI ZADATAK.

2.1. Proučite sklop stepena pojačala sa otpornikom, shvatite svrhu svih elemenata pojačala i njihov utjecaj na parametre pojačala (pododjeljak 3.1).

2.2. Naučite princip rada i dijagrami kola niskofrekventna i visokofrekventna korekcija frekvencijskog odziva pojačala (pododjeljak 3.2).

2.3. Razumjeti svrhu svih elemenata na prednjoj ploči laboratorijskog rasporeda (odjeljak 4).

2.4. Pronađite odgovore na sva sigurnosna pitanja (odjeljak 6).

3. KASKADA OTOPNIKA NA BIPOLARNOM TRANZISTORU

Kaskade za pojačavanje otpornika se široko koriste u različitim oblastima radiotehnike. Idealno pojačalo ima ujednačen frekvencijski odziv u cijelom frekvencijskom opsegu, pravi pojačavač uvijek ima izobličenje u frekvencijskom odzivu, prvenstveno smanjenje pojačanja na niskim i visokim frekvencijama, kao što je prikazano na slici. 3.1.

Kolo AC pojačala otpornika na bazi bipolarnog tranzistora prema kolu zajedničkog emitera prikazano je na Sl. 3.2, gdje je Rc unutrašnji otpor izvora signala Uc; R1 i R2 - otpori razdjelnika koji postavljaju radnu tačku tranzistora VT1; Re je otpor u krugu emitera, koji je šantovan kondenzatorom Se; Rk - otpor kolektora; Rn - otpor opterećenja; Cp - kondenzatori za razdvajanje koji obezbeđuju jednosmerno odvajanje tranzistora VT1 od signalnog kola i kola opterećenja.

Temperaturna stabilnost radne tačke raste sa povećanjem Re (zbog povećanja dubine negativne povratne sprege u DC kaskadi), stabilnost radne tačke se takođe povećava sa smanjenjem R1, R2 (zbog povećanja struje razdelnika). i povećanje stabilizacije temperature baznog potencijala VT1). Moguće smanjenje R1, R2 ograničeno je dozvoljenim smanjenjem ulaznog otpora pojačala, a moguće povećanje Re ograničeno je maksimalno dozvoljenim padom istosmjernog napona na otporu emitera.

3.1. Analiza rada otporničkog pojačala na niskim, srednjim i visokim frekvencijama.

Ekvivalentno kolo je dobiveno uzimajući u obzir činjenicu da su na naizmjeničnu struju strujna magistrala (“-E p”) i zajednička točka (“zemlja”) kratko spojeni, a također uzimajući u obzir pretpostavku od 1/wCe<< Rэ, когда можно считать эмиттер VT1 подключенным на переменном токе к общей точке.

Ponašanje pojačala je različito u području niskih, srednjih i visokih frekvencija (vidi sliku 3.1). Na srednjim frekvencijama (MF), gdje je otpor spojnog kondenzatora Cp zanemarljiv (1/wCp<< Rн), а влиянием емкости Со можно пренебречь, так как 1/wCо >> Rk, ekvivalentno kolo pojačala se pretvara u kolo na slici 3.4.

Iz dijagrama na slici 3.4 slijedi da na srednjim frekvencijama pojačanje kaskade Ko ne ovisi o frekvenciji w:

Ko = - S/(Yi + Yk + Yn),

odakle, uzimajući u obzir 1/Yi > Rn > Rk dobijamo približnu formulu

Shodno tome, u pojačavačima sa opterećenjem visokog otpora, nominalni dobitak Ko je direktno proporcionalan vrijednosti otpora kolektora Rk.

U području niskih frekvencija (LF) mali kapacitet Co se također može zanemariti, ali je potrebno uzeti u obzir otpor razdjelnog kondenzatora Cp koji raste sa smanjenjem w. Ovo nam omogućava da dobijemo iz Sl. 3.3 je ekvivalentno kolo niskofrekventnog pojačivača u obliku slike 3.5, iz koje se vidi da kondenzator Cp i otpor Rn čine djelitelj napona uzet sa kolektora tranzistora VT1.

Što je frekvencija signala w niža, to je veći kapacitet Cp (1/wCp), a manji dio napona dolazi do izlaza, što rezultira smanjenjem pojačanja. Dakle, Cp određuje ponašanje frekvencijskog odziva pojačala u niskofrekventnom području i praktično nema utjecaja na frekvencijski odziv pojačala u srednjim i visokim frekvencijama. Što je veći Cp, to je manje izobličenja frekventnog odziva u niskofrekventnom području, a kod pojačavanja impulsnih signala, manje je izobličenja impulsa u području dugih vremena (opadanje ravnog dijela vrha impulsa) , kao što je prikazano na slici 3.6.

U visokofrekventnom (HF) području, kao iu srednjem opsegu, otpor razdjelnog kondenzatora Cp je zanemariv, a prisustvo kapacitivnosti Co će odrediti frekvencijski odziv pojačala. Ekvivalentno kolo pojačala u VF području prikazano je na slici 3.7, iz koje se može vidjeti da kapacitivnost Co šantira izlazni napon Uout, stoga, kako w raste, pojačanje kaskade će se smanjiti. Dodatni razlog za smanjenje RF pojačanja je smanjenje transkonduktivnosti tranzistora S prema zakonu:

S(w) = S/(1 + jwt),

gdje je t vremenska konstanta tranzistora.

Snažni efekat Co će imati manji efekat kako se otpor Rk smanjuje. Posljedično, da bi se povećala gornja granična frekvencija pojačanog frekvencijskog pojasa, potrebno je smanjiti otpor kolektora Rk, ali to neizbježno dovodi do proporcionalnog smanjenja nominalnog pojačanja.