Mga elektronikong amplifier sa pang-industriyang electronics

Ang mga ito ay mga device na idinisenyo upang palakasin ang boltahe, kasalukuyang at kapangyarihan ng isang electrical signal.

Ang pinakasimpleng amplifier ay isang transistor circuit. Ang paggamit ng mga amplifier ay dahil sa ang katunayan na kadalasan ang mga de-koryenteng signal (mga boltahe at agos) na pumapasok sa mga elektronikong aparato ay may maliit na amplitude at kinakailangan upang madagdagan ang mga ito sa kinakailangang halaga na sapat para sa karagdagang paggamit (conversion, transmission, power supply sa load. ).

Ipinapakita ng Figure 1 ang mga device na kinakailangan para patakbuhin ang amplifier.

Figure 1 — kapaligiran ng amplifier

Ang power na inilabas kapag na-load ang amplifier ay ang na-convert na power ng power supply nito at ang input signal lang ang nagtutulak dito. Ang mga amplifier ay pinapagana ng direktang kasalukuyang mga mapagkukunan.

Karaniwan, ang amplifier ay binubuo ng ilang mga yugto ng amplification (Larawan 2). Ang mga unang yugto ng amplification, na pangunahing idinisenyo upang palakasin ang boltahe ng signal, ay tinatawag na preamplifier. Ang kanilang mga circuit ay tinutukoy ng uri ng input signal source.

Ang yugto na nagsisilbing palakasin ang kapangyarihan ng signal ay tinatawag na terminal o output.Ang kanilang scheme ay tinutukoy ng uri ng pagkarga. Gayundin, ang amplifier ay maaaring magsama ng mga intermediate na yugto na idinisenyo upang makuha ang kinakailangang amplification at (o) upang mabuo ang mga kinakailangang katangian ng amplified signal.

Figure 2 — Istraktura ng amplifier

Pag-uuri ng Amplifier:

1) depende sa amplified parameter, boltahe, kasalukuyang, power amplifier

2) ayon sa likas na katangian ng mga pinalakas na signal:

• mga amplifier ng harmonic (continuous) signal;

• pulse signal amplifier (digital amplifier).

3) sa hanay ng mga amplified frequency:

• Mga amplifier ng DC;

• Mga amplifier ng AC

• mababang dalas, mataas, ultra mataas atbp.

4) ayon sa likas na katangian ng tugon ng dalas:

• matunog (palakasin ang mga signal sa isang makitid na frequency band);

• bandpass (nagpapalakas ng isang tiyak na frequency band);

• wideband (pinalakas ang buong saklaw ng dalas).

5) ayon sa uri ng mga elementong nagpapatibay:

• ng mga electric vacuum lamp;

• sa mga aparatong semiconductor;

• sa mga integrated circuit.

Kapag pumipili ng amplifier, lumabas sa mga parameter ng amplifier:

• output power na sinusukat sa watts. Ang kapangyarihan ng output ay malawak na nag-iiba depende sa layunin ng amplifier, halimbawa sa mga sound amplifier — mula sa milliwatts sa mga headphone hanggang sa sampu at daan-daang watts sa mga audio system.

• Saklaw ng dalas, sinusukat sa hertz. Halimbawa, ang parehong audio amplifier ay karaniwang dapat magbigay ng gain sa frequency range na 20–20,000 Hz, at isang television signal amplifier (image + sound) — 20 Hz — 10 MHz at mas mataas.

• Nonlinear distortion, sinusukat sa porsyento%. Nailalarawan nito ang pagbaluktot ng hugis ng pinalakas na signal. Sa pangkalahatan, mas mababa ang ibinigay na parameter, mas mabuti.

• Ang kahusayan (efficiency ratio) ay sinusukat sa porsyento%.Ipinapakita kung gaano karaming kapangyarihan mula sa power supply ang ginagamit upang mawala ang kuryente sa load. Ang katotohanan ay ang bahagi ng kapangyarihan ng pinagmulan ay nasayang, sa isang mas malaking lawak ang mga ito ay mga pagkawala ng init - ang daloy ng kasalukuyang palaging nagiging sanhi ng pag-init ng materyal. Ang parameter na ito ay lalong mahalaga para sa mga self-powered device (mula sa mga accumulator at baterya).

Ipinapakita ng Figure 3 ang isang tipikal na bipolar transistor preamp circuit. Ang input signal ay nagmumula sa boltahe na pinagmumulan ng Uin. Ang mga blocking capacitor na Cp1 at Cp2 ay pumasa sa variable ie. amplified signal at hindi pumasa sa direktang kasalukuyang, na ginagawang posible na lumikha ng mga independiyenteng operating mode para sa direktang kasalukuyang sa mga yugto ng amplifier na konektado sa serye.

Figure 3 — Diagram ng yugto ng amplifier ng isang bipolar transistor

Ang mga resistor Rb1 at Rb2 ay ang pangunahing divider na nagbibigay ng panimulang kasalukuyang sa base ng transistor Ib0, ang risistor Rk ay nagbibigay ng panimulang kasalukuyang sa kolektor Ik0. Ang mga alon na ito ay tinatawag na laminar currents. Sa kawalan ng isang input signal, sila ay pare-pareho. Ipinapakita ng Figure 4 ang mga timing diagram ng amplifier. Ang time plot ay isang pagbabago sa isang parameter sa paglipas ng panahon.

Ang Resistor Re ay nagbibigay ng negatibong kasalukuyang feedback (NF). Ang Feedback (OC) ay ang paglipat ng isang bahagi ng output signal sa input circuit ng amplifier. Kung ang input signal at ang feedback signal ay magkasalungat sa phase, ang feedback ay sinasabing negatibo. Binabawasan ng OOS ang pakinabang, ngunit sa parehong oras ay binabawasan ang harmonic distortion at pinatataas ang katatagan ng amplifier. Ito ay ginagamit sa halos lahat ng mga amplifier.

Ang Resistor Rf at capacitor Cf ay mga elemento ng filter.Ang kapasitor Cf ay bumubuo ng isang mababang circuit ng paglaban para sa variable na bahagi ng kasalukuyang natupok ng amplifier mula sa pinagmulang Up. Ang mga elemento ng pag-filter ay kinakailangan kung maraming pinagmumulan ng amplifier ang pinapakain mula sa pinagmulan.

Kapag ang isang input signal Uin ay inilapat, ang kasalukuyang Ib ~ ay lilitaw sa input circuit, at sa output Ik ~. Ang boltahe drop na nilikha ng kasalukuyang Ik ~ sa pamamagitan ng load Rn ay ang amplified output signal.

Mula sa mga pansamantalang diagram ng mga boltahe at alon (Larawan 3) makikita na ang mga variable na bahagi ng mga boltahe sa input Ub ~ at ang output Uc ~ = Uout ng cascade ay antiphase, i.e. ang gain stage ng OE transistor ay nagbabago (inverts) ang phase ng input signal sa tapat na direksyon.

Figure 4 — Timing diagram ng mga alon at boltahe sa yugto ng amplifier ng isang bipolar transistor

Ang operational amplifier (OU) ay isang DC/AC amplifier na may mataas na nakuha at malalim na negatibong feedback.

Pinapayagan nito ang pagpapatupad ng isang malaking bilang ng mga elektronikong aparato, ngunit tradisyonal na tinatawag na isang amplifier.

Masasabi nating ang mga operational amplifier ay ang backbone ng lahat ng analog electronics. Ang malawak na paggamit ng mga operational amplifier ay nauugnay sa kanilang kakayahang umangkop (ang kakayahang bumuo ng iba't ibang mga elektronikong aparato sa kanilang batayan, parehong analog at pulsed), isang malawak na saklaw ng dalas (pagpapalakas ng mga signal ng DC at AC), pagsasarili ng mga pangunahing parameter mula sa panlabas na destabilizing mga kadahilanan (pagbabago ng temperatura, boltahe ng supply, atbp.). Pangunahing ginagamit ang mga pinagsama-samang amplifier (IOU).

Ang pagkakaroon ng salitang "operational" sa pangalan ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng posibilidad na ang mga amplifier na ito ay maaaring magsagawa ng isang bilang ng mga mathematical operations - karagdagan, pagbabawas, pagkita ng kaibhan, pagsasama, atbp.

Ipinapakita ng Figure 5 ang UGO IEE.Ang amplifier ay may dalawang input — forward at reverse at isang output. Kapag ang input signal ay inilapat sa isang non-inverting (direct) input, ang output signal ay may parehong polarity (phase) — Figure 5, a.

Figure 5 — Maginoo na mga graphic na pagtatalaga ng mga operational amplifier

Kapag ginagamit ang inverting input, ang phase ng output signal ay ililipat ng 180 ° kaugnay sa phase ng input signal (polarity reversed) — Figure 6, b. Ang mga baligtad na input at output ay bilugan.

Figure 6 — Mga time diagram ng op-amp: a) — non-inverting, b) — inverting

Kapag ang isang boltahe ay inilapat sa wallpaper, ang output boltahe ay proporsyonal sa pagkakaiba sa pagitan ng mga input voltages. Ang mga ito. ang inverting input signal ay tinatanggap na may «-« sign. Uout = K (Uneinv — Uinv), kung saan K ang pakinabang.

Figure 7 — Amplitude na katangian ng op-amp

Ang op-amp ay pinapagana ng bipolar source, karaniwang +15V at -15V. Pinapayagan din ang unipolar power supply. Ang natitirang mga konklusyon ng IOU ay ipinahiwatig habang ginagamit ang mga ito.

Ang pagpapatakbo ng op-amp ay ipinaliwanag ng amplitude na katangian - Figure 8. Sa katangian, ang isang linear na seksyon ay maaaring makilala, kung saan ang output boltahe ay tumataas nang proporsyonal na may pagtaas sa input boltahe, at dalawang seksyon ng saturation U + umupo at U- umupo. Sa isang tiyak na halaga ng input voltage Uin.max, ang amplifier ay napupunta sa saturation mode, kung saan ang output boltahe ay ipinapalagay ang isang maximum na halaga (sa isang halaga ng Up = 15 V, humigit-kumulang Uns = 13 V) at nananatiling hindi nagbabago sa isang karagdagang pagtaas sa input signal. Ang saturation mode ay ginagamit sa mga pulse device batay sa mga operational amplifier.

Ang mga power amplifier ay ginagamit sa mga huling yugto ng amplification at idinisenyo upang lumikha ng kinakailangang kapangyarihan sa load.

Ang kanilang pangunahing tampok ay ang pagpapatakbo sa mataas na antas ng signal ng input at mataas na daloy ng output, na nangangailangan ng paggamit ng mga malalakas na amplifier.

Ang mga amplifier ay maaaring gumana sa A, AB, B, C at D mode.

Sa mode A, ang output kasalukuyang ng amplifier device (transistor o electronic tube) ay bukas para sa buong panahon ng amplified signal (ibig sabihin, patuloy) at ang output kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan nito. Ang mga power amplifier ng Class A ay nagpapakilala ng kaunting pagbaluktot sa pinalakas na signal, ngunit may napakababang kahusayan.

Sa mode B, ang kasalukuyang output ay nahahati sa dalawang bahagi, ang isang amplifier ay nagpapalaki sa positibong kalahating alon ng signal, ang pangalawang negatibo. Bilang isang resulta, mas mataas na kahusayan kaysa sa mode A, ngunit din malaking non-linear distortion na nagaganap sa sandali ng paglipat ng mga transistor.

Inuulit ng AB mode ang B mode, ngunit sa sandali ng paglipat mula sa isang kalahating alon patungo sa isa pa, ang parehong mga transistor ay bukas, na ginagawang posible upang mabawasan ang mga pagbaluktot habang pinapanatili ang mataas na kahusayan. Ang AB mode ay ang pinakakaraniwan para sa mga analog amplifier.

Ang Mode C ay ginagamit sa mga kaso kung saan walang pagbaluktot ng waveform sa panahon ng amplification, dahil ang output kasalukuyang ng amplifier ay dumadaloy nang mas mababa sa kalahati ng isang panahon, na, siyempre, ay humahantong sa malalaking distortion.

Gumagamit ang D mode ng pag-convert ng mga input signal sa mga pulso, pagpapalakas ng mga pulso na iyon, at pagkatapos ay i-convert ang mga ito pabalik.Sa kasong ito, ang mga output transistors ay gumagana sa key mode (ang transistor ay ganap na sarado o ganap na bukas), na nagdadala ng kahusayan ng amplifier na mas malapit sa 100% (sa AV mode, ang kahusayan ay hindi lalampas sa 50%). Ang mga amplifier na tumatakbo sa D mode ay tinatawag na digital amplifier.

Sa isang push-pull circuit, ang amplification (mga mode B at AB) ay nangyayari sa dalawang cycle ng orasan. Sa unang kalahating cycle, ang input signal ay pinalakas ng isang transistor, at ang isa ay sarado sa panahon ng kalahating siklo o bahagi nito. Sa ikalawang kalahating cycle, ang signal ay pinalakas ng pangalawang transistor habang ang una ay naka-off.

Ang sliding circuit ng transistor amplifier ay ipinapakita sa Figure 8. Ang transistor stage VT3 ay nagbibigay ng push sa output transistors VT1 at VT2. Ang mga resistors R1 at R2 ay nagtatakda ng pare-parehong mode ng pagpapatakbo ng mga transistor.

Sa pagdating ng isang negatibong half-wave Uin, ang kasalukuyang kolektor ng VT3 ay tumataas, na humahantong sa isang pagtaas sa boltahe sa mga base ng transistors VT1 at VT2. Sa kasong ito, nagsasara ang VT2 at sa pamamagitan ng VT1 ang kasalukuyang kolektor ay dumadaan sa circuit: + Up, transition K-E VT1, C2 (sa panahon ng pagsingil), Rn, kaso.

Kapag dumating ang isang positibong kalahating alon, ang Uin VT3 ay nagsasara, na humahantong sa isang pagbawas sa boltahe sa mga base ng transistors VT1 at VT2 — VT1 ay nagsasara, at sa pamamagitan ng VT2 ang kolektor ay dumadaloy sa circuit: + C2, paglipat EK VT2 , kaso, Rn, -C2 . T

Tinitiyak nito na ang kasalukuyang ng parehong kalahating alon ng input boltahe ay dumadaloy sa load.

Figure 8 — Schematic ng power amplifier

Sa mode D, gumagana ang mga amplifier pulse width modulation (PWM)… Nagmodulate ang input signal hugis-parihaba na pulsosa pamamagitan ng pagbabago ng kanilang tagal.Sa kasong ito, ang signal ay na-convert sa mga hugis-parihaba na pulso ng parehong amplitude, ang tagal nito ay proporsyonal sa halaga ng signal sa anumang sandali sa oras.

Ang pulse train ay ipinapadala sa (mga) transistor para sa amplification. Dahil ang amplified signal ay pulsed, ang transistor ay nagpapatakbo sa key mode. Ang operasyon sa key mode ay nauugnay sa kaunting pagkalugi, dahil ang transistor ay sarado o ganap na bukas (may kaunting resistensya). Pagkatapos ng amplification, ang low-frequency na bahagi (pinalakas na orihinal na signal) ay kinukuha mula sa signal gamit ang isang low-pass na filter ( LPF) at ipinakain sa load.

Figure 9 — Block diagram ng isang class D amplifier

Ginagamit ang mga amplifier ng Class D sa mga laptop audio system, mga mobile na komunikasyon, mga aparatong pangkontrol ng motor, at higit pa.

Ang mga modernong amplifier ay nailalarawan sa pamamagitan ng malawakang paggamit ng mga integrated circuit.