Düşük frekanslı amplifikatör (bundan sonra ULF olarak anılacaktır), düşük frekanslı salınımları tüketicinin ihtiyaç duyduğuna yükseltmek için tasarlanmış elektronik bir cihazdır. Farklı transistör türleri, tüpler veya işlemsel yükselteçler gibi çeşitli elektronik elemanlar üzerinde gerçekleştirilebilirler. Tüm ULF'lerin çalışmalarının etkinliğini karakterize eden bir dizi parametresi vardır.
Bu makale, böyle bir cihazın kullanımı, parametreleri, çeşitli elektronik bileşenleri kullanarak yapım yöntemleri hakkında konuşacaktır. Düşük frekanslı amplifikatörlerin devreleri de dikkate alınacaktır.
ULF uygulaması
ULF çoğunlukla ses çoğ altma ekipmanlarında kullanılır, çünkü bu teknoloji alanında, sinyal frekansını insan vücudunun algılayabileceğine (20 Hz'den 20 kHz'e) yükseltmek genellikle gereklidir.
Diğer ULF uygulamaları:
- ölçüm teknolojisi;
- defektoskopi;
- analog bilgi işlem.
Genel olarak, bas amplifikatörler radyolar, akustik cihazlar, televizyonlar veya radyo vericileri gibi çeşitli elektronik devrelerin bileşenleri olarak bulunur.
Parametreler
Bir amplifikatör için en önemli parametre kazançtır. Çıktının girdiye oranı olarak hesaplanır. Göz önünde bulundurulan değere bağlı olarak şunları ayırt ederler:
- akım kazancı=çıkış akımı / giriş akımı;
- voltaj kazancı=çıkış voltajı / giriş voltajı;
- güç kazancı=çıkış gücü / giriş gücü.
Op-amp'ler gibi bazı cihazlar için bu katsayının değeri çok büyüktür, ancak hesaplamalarda çok büyük (hem de çok küçük) sayılarla çalışmak sakıncalıdır, bu nedenle kazançlar genellikle logaritmik olarak ifade edilir. birimler. Bunun için aşağıdaki formüller geçerlidir:
- logaritmik birimlerde güç kazancı=10istenen güç kazancının logaritması;
- logaritmik birimlerde akım kazancı=20istenen akım kazancının ondalık logaritması;
- logaritmik birimlerde voltaj kazancı=20istenen voltaj kazancının logaritması.
Bu şekilde hesaplanan katsayılar desibel cinsinden ölçülür. Kıs altılmış ad - dB.
Bir sonraki önemli parametreamplifikatör - sinyal bozulma katsayısı. Sinyal amplifikasyonunun dönüşümleri ve değişikliklerinin bir sonucu olarak meydana geldiğini anlamak önemlidir. Bu dönüşümlerin her zaman doğru bir şekilde gerçekleşeceği gerçeği değil. Bu nedenle çıkış sinyali, örneğin şekil olarak giriş sinyalinden farklı olabilir.
İdeal amplifikatörler mevcut değildir, bu nedenle bozulma her zaman mevcuttur. Doğru, bazı durumlarda izin verilen sınırların ötesine geçmezken, diğerlerinde yapıyorlar. Amplifikatörün çıkışındaki sinyallerin harmonikleri, giriş sinyallerinin harmonikleri ile çakışıyorsa, bozulma doğrusaldır ve yalnızca genlik ve fazdaki bir değişikliğe indirgenir. Çıkışta yeni harmonikler belirirse, bozulma doğrusal değildir, çünkü bu sinyal şeklinde bir değişikliğe yol açar.
Başka bir deyişle, bozulma doğrusal ise ve amplifikatörün girişinde bir “a” sinyali varsa, çıkış bir “A” sinyali olacaktır ve eğer doğrusal değilse, o zaman çıkış bir “B” sinyali olacaktır.
Amplifikatörün çalışmasını karakterize eden son önemli parametre çıkış gücüdür. Güç çeşitleri:
- Derecelendirildi.
- Pasaport gürültüsü.
- Maksimum kısa vadeli.
- Maksimum uzun vadeli.
Dört tür de çeşitli GOST'ler ve standartlara göre standartlaştırılmıştır.
Vamplifiers
Tarihsel olarak, ilk amplifikatörler, vakum cihazları sınıfına ait olan vakum tüpleri üzerinde oluşturuldu.
Hermetik şişenin içinde bulunan elektrotlara bağlı olarak, lambalar ayırt edilir:
- diyotlar;
- triyotlar;
- tetrodes;
- pentodlar.
Maksimumelektrot sayısı sekizdir. Klistronlar gibi elektrovakum cihazları da vardır.
Triode amplifikatör
Öncelikle, anahtarlama şemasını anlamaya değer. Düşük frekanslı triyot amplifikatör devresinin bir açıklaması aşağıda verilmiştir.
Katodu ısıtan filamana enerji verilir. Anoda voltaj da uygulanır. Sıcaklığın etkisi altında, elektronlar, pozitif bir potansiyelin uygulandığı anoda koşan katottan atılır (elektronlar negatif bir potansiyele sahiptir).
Elektronların bir kısmı üçüncü elektrot tarafından yakalanır - voltajın da uygulandığı ızgara, yalnızca dönüşümlü olarak. Şebeke yardımıyla anot akımı (bir bütün olarak devredeki akım) düzenlenir. Şebekeye büyük bir negatif potansiyel uygulanırsa, katottan gelen tüm elektronlar üzerine yerleşir ve akım, elektronların yönlendirilmiş bir hareketi olduğu için lambadan hiçbir akım akmaz ve ızgara bu hareketi engeller.
Lamba kazancı, güç kaynağı ile anot arasına bağlı olan direnci ayarlar. Kazanç parametrelerinin bağlı olduğu akım-gerilim karakteristiğinde çalışma noktasının istenen konumunu ayarlar.
Çalışma noktasının konumu neden bu kadar önemli? Çünkü düşük frekanslı amplifikatör devresinde ne kadar akım ve voltajın (ve dolayısıyla gücün) yükseltileceğine bağlıdır.
Triod yükseltici üzerindeki çıkış sinyali, anot ile önüne bağlı olan direnç arasındaki alandan alınır.
Amplifikatör açıkklistron
Düşük frekanslı bir klistron amplifikatörünün çalışma prensibi, önce hızda ve sonra yoğunlukta sinyal modülasyonuna dayanır.
Klistron şu şekilde düzenlenmiştir: şişede bir filaman tarafından ısıtılan bir katoda ve bir kollektöre (anoda benzer) sahiptir. Aralarında giriş ve çıkış rezonatörleri bulunur. Katottan yayılan elektronlar, katoda uygulanan bir voltajla hızlandırılır ve toplayıcıya hücum eder.
Bazı elektronlar daha hızlı, diğerleri daha yavaş hareket eder - hız modülasyonu böyle görünür. Hareket hızındaki farklılık nedeniyle, elektronlar demetler halinde gruplanır - yoğunluk modülasyonu kendini bu şekilde gösterir. Yoğunluk modülasyonlu sinyal, çıkış rezonatörüne girer, burada aynı frekansta, ancak giriş rezonatöründen daha büyük güçte bir sinyal oluşturur.
Elektronların kinetik enerjisinin, çıkış rezonatörünün elektromanyetik alanının mikrodalga salınımlarının enerjisine dönüştürüldüğü ortaya çıktı. Sinyal klistronda bu şekilde yükseltilir.
Elektrovakum amplifikatörlerinin özellikleri
Bir tüp cihazı tarafından güçlendirilen aynı sinyalin ve transistörlerde ULF'nin kalitesini karşılaştırırsak, fark, ikincisinin lehine değil, çıplak gözle görülebilir.
Her profesyonel müzisyen size lambalı amfilerin gelişmiş emsallerinden çok daha iyi olduğunu söyleyecektir.
Elektrovakum cihazları uzun süredir toplu tüketimden çıktı, yerini transistörler ve mikro devreler aldı, ancak bu ses üretimi alanı için alakasız. Sıcaklık kararlılığı ve içindeki vakum nedeniyle, lamba cihazları sinyali daha iyi yükseltir.
ULF tüpünün tek dezavantajı, mantıklı olan yüksek fiyatıdır: kitlesel talep görmeyen elemanların üretilmesi pahalıdır.
Bipolar transistör yükseltici
Genellikle yükseltme aşamaları transistörler kullanılarak monte edilir. Basit bir düşük frekanslı amplifikatör yalnızca üç temel öğeden birleştirilebilir: bir kapasitör, bir direnç ve bir n-p-n transistör.
Böyle bir amplifikatörü monte etmek için, transistörün emitörünü topraklamanız, tabanına seri olarak bir kapasitör ve paralel olarak bir direnç bağlamanız gerekir. Yük, kollektörün önüne yerleştirilmelidir. Bu devrede kollektöre bir sınırlayıcı direnç bağlanması tavsiye edilir.
Böyle bir düşük frekanslı amplifikatör devresinin izin verilen besleme voltajı 3 ila 12 volt arasında değişir. Direncin değeri, değerinin yük direncinin en az 100 katı olması gerektiği gerçeği dikkate alınarak deneysel olarak seçilmelidir. Kondansatörün değeri 1 ila 100 mikrofarad arasında değişebilir. Kapasitesi, amplifikatörün çalışabileceği frekans miktarını etkiler. Kapasitans ne kadar büyük olursa, transistörün yükseltebileceği frekans derecesi o kadar düşük olur.
Düşük frekanslı bipolar transistör amplifikatörünün giriş sinyali kapasitöre uygulanır. Pozitif güç direği yükün bağlantı noktasına, direnç ise tabana ve kondansatöre paralel bağlanmalıdır.
Böyle bir sinyalin kalitesini artırmak için, emitere negatif geri besleme rolü oynayan paralel bağlı bir kapasitör ve direnç bağlayabilirsiniz.
İki bipolar transistörlü amplifikatör
Kazancı artırmak için iki tekli ULF transistörünü tek bir transistöre bağlayabilirsiniz. Daha sonra bu cihazların kazanımları çoğ altılabilir.
Yükseltme aşamalarının sayısını artırmaya devam ederseniz, yükselticilerin kendi kendini uyarma şansı artacaktır.
Alan etkili transistör yükseltici
Düşük frekanslı yükselteçler ayrıca alan etkili transistörlere (bundan sonra PT olarak anılacaktır) monte edilir. Bu tür cihazların devreleri, bipolar transistörlere monte edilenlerden çok farklı değildir.
Bir n-kanal yalıtımlı kapılı FET (ITF tipi) amplifikatör örnek olarak kabul edilecektir.
Bu transistörün alt katmanına seri olarak bir kapasitör ve paralel olarak bir voltaj bölücü bağlanmıştır. FET'in kaynağına bir direnç bağlanır (yukarıda açıklandığı gibi bir kapasitör ve bir direncin paralel bağlantısını da kullanabilirsiniz). Gidere bir sınırlayıcı direnç ve güç bağlanır ve direnç ile drenaj arasında bir yük terminali oluşturulur.
Düşük frekanslı alan etkili transistör yükselticilerinin giriş sinyali kapıya uygulanır. Bu da bir kapasitör aracılığıyla yapılır.
Açıklamadan da görebileceğiniz gibi, en basit alan etkili transistör amplifikatör devresi, düşük frekanslı bipolar transistör amplifikatör devresinden farklı değildir.
Ancak, PT ile çalışırken bu öğelerin aşağıdaki özellikleri dikkate alınmalıdır:
- FET yüksek Rinput=I / Ugate-source. Alan etkili transistörler bir elektrik alanı tarafından kontrol edilir,hangi stres tarafından oluşturulur. Bu nedenle, FET'ler akımla değil voltajla kontrol edilir.
- FET'ler neredeyse hiç akım tüketmez, bu da orijinal sinyalde hafif bir bozulmaya neden olur.
- Alan etkili transistörlerde şarj enjeksiyonu yoktur, bu nedenle bu elemanların gürültü seviyesi çok düşüktür.
- Sıcaklığa dayanıklıdırlar.
FET'lerin ana dezavantajı, statik elektriğe karşı yüksek hassasiyetleridir.
Birçoğu, görünüşte iletken olmayan şeylerin bir kişiyi şok ettiği duruma aşinadır. Bu, statik elektriğin tezahürüdür. Alan etkili transistörün kontaklarından birine böyle bir darbe uygulanırsa, eleman devre dışı bırakılabilir.
Bu nedenle, PT ile çalışırken, yanlışlıkla öğeye zarar vermemek için temas noktalarını ellerinizle almamak daha iyidir.
OpAmp cihazı
İşlemsel yükselteç (bundan sonra op-amp olarak anılacaktır), çok yüksek kazancı olan farklılaştırılmış girişlere sahip bir cihazdır.
Sinyal amplifikasyonu bu öğenin tek işlevi değildir. Aynı zamanda bir sinyal üreteci olarak da çalışabilir. Yine de, düşük frekanslarla çalışmak için ilgi çekici olan onun yükseltici özellikleridir.
Bir op ampten bir sinyal yükselticisi yapmak için, ona normal bir direnç olan bir geri besleme devresini doğru şekilde bağlamanız gerekir. Bu devrenin nereye bağlanacağı nasıl anlaşılır? Bunu yapmak için, op-amp'in aktarım özelliğine başvurmanız gerekir. İki yatay ve bir lineer bölümü vardır. Çalışma noktası isecihaz yatay bölümlerden birinde bulunur, ardından op-amp jeneratör modunda (darbe modu) çalışır, doğrusal bir bölümde bulunuyorsa op-amp sinyali yükseltir.
Op-amp'i doğrusal moda aktarmak için, bir kontaklı geri besleme direncini cihazın çıkışına ve diğerini - ters çevirme girişine bağlamanız gerekir. Bu içermeye negatif geri besleme (NFB) denir.
Düşük frekans sinyalinin yükseltilmesi ve fazın değişmemesi gerekiyorsa, OOS ile evirici giriş topraklanmalı ve yükseltilen sinyal evirmeyen girişe uygulanmalıdır. Sinyali yükseltmek ve fazını 180 derece değiştirmek gerekiyorsa, evirmeyen giriş topraklanmalı ve giriş sinyali evirici olana bağlanmalıdır.
Bu durumda işlemsel yükseltecin zıt kutupların gücüyle beslenmesi gerektiğini unutmamalıyız. Bunun için özel iletişim rehberleri var.
Bu tür cihazlarla çalışmanın bazen düşük frekanslı amplifikatör devresi için eleman seçmenin zor olduğunu unutmamak önemlidir. İstenen kazanç parametrelerini elde etmek için sadece nominal değerler açısından değil, aynı zamanda yapıldıkları malzemeler açısından da dikkatli koordinasyonları gereklidir.
Bir çip üzerinde amplifikatör
ULF, elektrovakum elemanlarına, transistörlere ve operasyonel amplifikatörlere monte edilebilir, sadece vakum tüpleri son yüzyıldır ve devrelerin geri kalanı hatasız değildir, düzeltilmesi kaçınılmaz olarak tasarımı karmaşıklaştırmayı gerektirir amplifikatörün. Bu uygunsuz.
Mühendisler uzun zamandır ULF oluşturmak için daha uygun bir seçenek buldular: endüstri, amplifikatör görevi gören hazır mikro devreler üretiyor.
Bu devrelerin her biri belirli bir şekilde bağlanmış bir dizi op-amp, transistör ve diğer elemanlardır.
Tümleşik devreler biçimindeki bazı ULF serisi örnekleri:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Yukarıdaki serilerin tümü ses ekipmanlarında kullanılmaktadır. Her modelin farklı özellikleri vardır: besleme gerilimi, çıkış gücü, kazanç.
Karta üzerine yerleştirmek ve monte etmek için uygun olan birçok pimli küçük elemanlar şeklinde yapılırlar.
Bir mikro devre üzerinde düşük frekanslı bir yükseltici ile çalışmak için, mantık cebirinin temellerini ve ayrıca VE-NOT, OR-NOT mantıksal elemanlarının çalışma prensiplerini bilmek faydalıdır.
Neredeyse herhangi bir elektronik cihaz mantıksal öğeler üzerine monte edilebilir, ancak bu durumda, birçok devre hantal ve kurulum için elverişsiz olacaktır.
Bu nedenle ULF işlevini gerçekleştiren hazır entegre devrelerin kullanılması en uygun pratik seçenek olarak görünmektedir.
Plan iyileştirme
Yukarıdakiler, bipolar ve alan etkili transistörlerle çalışırken (bir kapasitör ve rezistörü paralel bağlayarak) güçlendirilmiş sinyali nasıl iyileştirebileceğinizin bir örneğiydi.
Bu tür yapısal yükseltmeler hemen hemen her şema ile yapılabilir. Tabii ki, yeni unsurların tanıtımı artarvoltaj düşüşü (kayıplar), ancak bu sayede çeşitli devrelerin özellikleri geliştirilebilir. Örneğin, kapasitörler mükemmel frekans filtreleridir.
Dirençli, kapasitif veya endüktif elemanlarda, devreye girmemesi gereken frekansları filtreleyen en basit filtrelerin toplanması önerilir. Dirençli ve kapasitif elemanları işlemsel yükselteçlerle birleştirerek daha verimli filtreler (entegratörler, Sallen-Key farklılaştırıcılar, çentik ve bant geçiren filtreler) monte edilebilir.
Sonuç olarak
Frekans yükselticilerinin en önemli parametreleri şunlardır:
- kazanç;
- sinyal bozulma faktörü;
- güç çıkışı.
Düşük frekanslı amplifikatörler çoğunlukla ses ekipmanlarında kullanılır. Cihaz verilerini pratik olarak aşağıdaki öğelerle toplayabilirsiniz:
- vakum tüplerinde;
- transistörlerde;
- işlemsel yükselteçlerde;
- bitmiş cipslerde.
Düşük frekanslı amplifikatörlerin özellikleri, dirençli, kapasitif veya endüktif elemanlar eklenerek geliştirilebilir.
Yukarıdaki şemaların her birinin kendi avantajları ve dezavantajları vardır: bazı amplifikatörlerin montajı pahalıdır, bazıları doygunluğa gidebilir, bazıları için kullanılan öğeleri koordine etmek zordur. Amfi tasarımcısının her zaman uğraşması gereken özellikler vardır.
Bu makalede verilen tüm önerileri kullanarak evde kullanım için kendi amplifikatörünüzü oluşturabilirsiniz.yüksek kaliteli cihazlar söz konusu olduğunda çok paraya mal olabilen bu cihazı satın almak yerine.
