Pastiprinātājs ir divu portu elektroniska ierīce, ko izmanto, lai pastiprinātu signālu vai palielinātu signāla jaudu ar barošanas avota palīdzību. Strāva tiek piegādāta caur pastiprinātāja ieejas spaili. Pastiprinātāja izeja var būt palielināta amplitūda utt.
Pastiprinātāja pastiprinājums nosaka tā pastiprinājumu. Tas ir galvenais faktors, kas nosaka ierīces jaudu. Pastiprinātājus izmanto gandrīz visu veidu elektroniskajos komponentos. Pastiprinājumu aprēķina kā izejas parametra (jaudas, strāvas vai sprieguma) attiecību pret ievades parametru.
Pastiprinātājus izmanto dažādās lietojumprogrammās, piemēram, automatizācijā, kuģniecībā, sensoros utt. Pastiprinātāja jaudas pieaugums parasti ir lielāks par vienu. Izpratīsim dažas ideāla pastiprinātāja pamatīpašības.
Šeit mēs apspriedīsim ideāls pastiprinātājs, pastiprinātāju veidi, īpašības, funkcijas, un pastiprinātāju pielietojumi .
Sāksim.
Ideāls pastiprinātājs
Apskatīsim ideālā pastiprinātāja īpašības, kas ir uzskaitītas zemāk:
- Ieejas pretestība: Bezgalīgs
- Izejas pretestība: Nulle
- Pastiprinājums dažādās frekvencēs: Fiksēts
Pastiprinātāja ieejas ports var būt sprieguma avots vai strāvas avots. Sprieguma avots ir atkarīgs tikai no ieejas sprieguma un nepieņem strāvu. Līdzīgi strāvas avots pieņem strāvu un bez sprieguma. Izvade būs proporcionāla spriegumam vai strāvai visā portā.
Ideāla pastiprinātāja izeja var būt vai nu atkarīgs strāvas avots, vai atkarīgs sprieguma avots. Atkarīgā sprieguma avota avota pretestība ir nulle, savukārt atkarīgā strāvas avota pretestība ir bezgalīga.
Atkarīgā avota spriegums vai strāva ir atkarīga tikai no ieejas sprieguma vai strāvas. Tas nozīmē, ka izejas spriegums būs atkarīgs no ieejas sprieguma, un izejas strāva būs atkarīga no ieejas strāvas neatkarīgā sprieguma avota un strāvas avota, attiecīgi.
Ideālie pastiprinātāji ir sīkāk iedalīti kategorijās CCCS (Pašreizējās vadības strāvas avots), CCVS (Strāvas vadības sprieguma avots), VCVS (Sprieguma kontroles sprieguma avots), un VCCS (Sprieguma kontroles strāvas avots).
CCVS un CCCS ieejas pretestība ir nulle, savukārt VCCS un VCVS ir bezgalīga. Tāpat CCCS un VCCS izejas pretestība ir bezgalīga, savukārt CCVS un VCVS izejas pretestība ir nulle.
Pastiprinātāju veidi
Apspriedīsim dažādus pastiprinātāju veidus.
Operacionālie pastiprinātāji
Operacionālie pastiprinātāji jeb op-amps ir liela pastiprinājuma tiešā savienojuma (DC) pastiprinātāji, kas veic dažādas matemātiskas darbības, piemēram, saskaitīšanu, diferenciāciju, atņemšanu, integrāciju utt.
Tam ir divi ieejas termināli un viens izejas terminālis. Ievades spailes sauc par invertējošām un neinvertējošām spailēm. Signāls, kas tiek ievadīts invertējošajam spailei, parādīsies kā fāzes invertēts, un signāls, kas tiek pievadīts neinvertējošajai spailei, izejas spailē parādās bez fāzes inversijas.
mamma kulkarni
Invertējošajā ieejā pielietotais spriegums tiek attēlots kā V- un spriegums neinvertējošajā ieejā tiek attēlots kā V+.
Piezīme. Ideāla operētājsistēmas pastiprinātāja izejas pretestība un novirze ir 0. Ideāla operētājsistēmas pastiprinātāja sprieguma pastiprinājums, ieejas pretestība un joslas platums ir bezgalīgi.
Operacionālie pastiprinātāji tiek klasificēti kā invertējošie un neinvertējošie pastiprinātāji. Detalizēti apspriedīsim iepriekš minētos divu veidu darbības pastiprinātājus.
Lietojumprogrammas
Op-amps tiek izmantoti dažādos elektronikas lietojumos. Piemēram,
- Filtri
- Sprieguma salīdzinātājs
- Integrators
- Strāvas-sprieguma pārveidotājs
- Vasaras pastiprinātājs
- Fāzes pārslēdzējs
Pastiprinātāja invertējošā un neinvertējošā ieeja ir parādīta zemāk:
Invertējošais pastiprinātājs
Invertējošais pastiprinātājs ir parādīts zemāk:
Tā ir operētājsistēmas pastiprinātāja sprieguma šunta atgriezeniskās saites konfigurācija. Signāla spriegums, kas tiek pielikts operētājsistēmas pastiprinātāja invertējošajai ieejai, rada strāvas I1 plūsmu operācijas pastiprinātājā. Mēs zinām, ka operētājsistēmas pastiprinātāja ieejas pretestība ir bezgalība. Tas neļaus strāvai ieplūst pastiprinātājā. Strāva plūst caur izejas cilpu (caur pretestību R2) uz operētājsistēmas pastiprinātāja izejas termināli.
Sprieguma pieaugumu invertējošā pastiprinātāja izejas spailē aprēķina šādi:
A = Vo/Vs = -R2/R1
kur,
Vo un Vs ir izejas un signāla spriegums.
Negatīvā zīme norāda, ka pastiprinātāja izeja ir par 180 grādiem ārpus fāzes ar ieeju.
Invertējošais pastiprinātājs ir viens no visbiežāk izmantotajiem darbības pastiprinātājiem. Tam ir ļoti zemas ieejas un izejas pretestības.
Neinvertējošs pastiprinātājs
Neinvertējošais pastiprinātājs ir parādīts zemāk:
Iepriekš minētā konfigurācija ir sprieguma sērijas atgriezeniskās saites savienojums. Signāla spriegums, kas tiek pievadīts operētājsistēmas neinvertējošajai ieejai, rada strāvas I1 plūsmu operācijas pastiprinātājā un strāvu I2 no operētājpastiprinātāja.
Saskaņā ar virtuālā īssavienojuma koncepciju I1 = I2 un Vx = Vs.
Neinvertējošā pastiprinātāja sprieguma pieaugumu var aprēķināt šādi:
A = A + (R2/R1)
Neinvertējošiem pastiprinātājiem ir liela ieejas un zema izejas pretestība. To uzskata arī par sprieguma pastiprinātāju.
Līdzstrāvas pastiprinātāji
DC vai tieši savienotie pastiprinātāji tiek izmantoti zemfrekvences un tieši savienotu signālu pastiprināšanai. Abus līdzstrāvas pastiprinātāja posmus var savienot, izmantojot tiešu savienojumu starp šiem posmiem.
nejaušs skaitlis no 1 līdz 10
Tiešā sakabe ir vienkāršs un viegls savienojuma veids. To var aprēķināt, tieši savienojot pirmās pakāpes tranzistora kolektoru ar otrās pakāpes tranzistora bāzi, kas minēta kā T1 un T2.
Taču līdzstrāvas pastiprinātāji rada divas problēmas, ko sauc par novirzes nobīdi un līmeņa maiņu. Diferenciālā pastiprinātāja dizains novērsa šādas problēmas. Apspriedīsim diferenciālo pastiprinātāju.
Diferenciālie pastiprinātāji
Diferenciālā pastiprinātāja struktūra atrisināja dreifēšanas un līmeņa nobīdes problēmu. Struktūra sastāv no diviem BJT (Bipolar Junction Transistor) pastiprinātāji, kas pievienoti tikai caur barošanas līnijām. Tas ir nosaukts par diferenciālo pastiprinātāju, jo pastiprinātāja izeja ir atšķirība starp atsevišķām ieejām, kā parādīts zemāk:
Vo = A (Vi1–Vi2)
kur,
Vo ir izeja, un Vi1 un Vi2 ir divas ieejas.
A ir diferenciālā pastiprinātāja pastiprinājums.
Tagad, ja
Vi1 = -Vi2
Vo = 2AVi1 = 2AVi
Iepriekš minēto darbību sauc par a diferenciālais režīms darbību. Šeit ieejas signāli ir ārpus fāzes viens ar otru. Šādi ārpusfāzes signāli ir pazīstami kā atšķirības režīma (DM) signāli.
Ja,
Vi1 = Vi2
Vo = A (Vi1–Vi1)
In = 0
Šī operācija ir pazīstama kā parastais režīms (CM), jo ieejas signāli atrodas viens ar otru fāzē. Šādu signālu nulles izeja parāda, ka pastiprinātājā nebūs novirzes.
Jaudas pastiprinātāji
Tiek saukti arī jaudas pastiprinātāji strāvas pastiprinātāji . Šie pastiprinātāji ir nepieciešami, lai paaugstinātu ienākošā signāla pašreizējo līmeni, lai viegli vadītu slodzes. Jaudas pastiprinātāju veidi ietver audio jaudas pastiprinātājus, radiofrekvences jaudas pastiprinātājus utt.
Jaudas pastiprinātāji tiek klasificēti kā A klases, AB klases, B klases un C klases pastiprinātāji. Jaudas pastiprinātāju klases mēs apspriedīsim vēlāk šajā tēmā.
Pārslēgt režīmu Pastiprinātāji
Pārslēgšanas režīma pastiprinātāji ir nelineāru pastiprinātāju veids ar augstu efektivitāti.
Izplatīts šāda veida pastiprinātāju piemērs ir D klases pastiprinātāji.
Instrumentālais pastiprinātājs
Instrumentālo pastiprinātāju izmanto analogajos sensoros un mērinstrumentos. Apskatīsim piemēru.
Voltmetram, ko izmanto ļoti zema sprieguma mērīšanai, ir nepieciešams instrumentālais pastiprinātājs, lai tas pareizi darbotos. Tam ir dažādas funkcijas, piemēram, ļoti augsts sprieguma pieaugums, laba izolācija, ļoti zems trokšņa līmenis, zems enerģijas patēriņš, liels joslas platums utt.
Negatīvās atsauksmes
Negatīva atgriezeniskā saite ir viena no galvenajām funkcijām, lai kontrolētu pastiprinātāju kropļojumus un joslas platumu. Negatīvās atgriezeniskās saites galvenais mērķis ir samazināt sistēmas ieguvumu. Izvades daļa pretējā fāzē tiek ievadīta atpakaļ ieejā. Vērtība tiek tālāk atņemta no ievades. Izkropļotā izejas signālā izeja ar kropļojumiem tiek atgriezta pretējā fāzē. Tas tiek atņemts no ievades; mēs varam teikt, ka pastiprinātāju negatīvā atgriezeniskā saite samazina nelinearitāti un nevēlamos signālus.
Zemāk redzamais attēls atspoguļo negatīvas atsauksmes:
Ar negatīvu atgriezenisko saiti var novērst arī kropļojuma traucējumus un citas fiziskas kļūdas. Citas negatīvās atgriezeniskās saites izmantošanas priekšrocības ir joslas platuma pagarināšana, temperatūras izmaiņu novēršana utt.
ascii tabula java
Negatīvā atgriezeniskā saite var būt sprieguma negatīva atgriezeniskā saite vai strāvas negatīvā atgriezeniskā saite. Abos gadījumos sprieguma vai strāvas atgriezeniskā saite ir proporcionāla izejai.
Mums nevajadzētu sajaukt pozitīvas un negatīvas atsauksmes. Pozitīvas atsauksmes pastiprina izmaiņas, savukārt negatīvās atsauksmes samazina izmaiņas. Vēl viena atšķirība ir tā, ka pozitīvās atgriezeniskās saites ievades un izejas signāli ir fāzē un tiek pievienoti. Negatīvās atgriezeniskās saites gadījumā ieejas un izejas signāli ir ārpus fāzes un tiek atņemti.
Aktīvās ierīces pastiprinātājā
Pastiprinātājs sastāv no dažām aktīvām ierīcēm, kas ir atbildīgas par pastiprināšanas procesu. Tas var būt viens tranzistors, vakuuma caurule, cietvielu komponents vai jebkura integrēto shēmu daļa.
Apspriedīsim aktīvās ierīces un to lomu pastiprināšanas procesā.
BJT
BJT ir plaši pazīstams kā a strāvas kontrolēts ierīci. Bipolārā savienojuma tranzistori tiek izmantoti kā slēdži, lai pastiprinātu strāvu pastiprinātājos.
MOSFET
MOSFET vai Metāla oksīda pusvadītāju lauka efekta tranzistori parasti izmanto elektronisko signālu pastiprināšanai. MOSFET var izmantot, lai mainītu vadītspēju, kontrolējot vārtu spriegumu. MOSFET var arī uzlabot vājā signāla stiprumu. Tādējādi MOSFET var izmantot kā pastiprinātāju.
Vakuuma lampu pastiprinātāji
Vakuuma lampas pastiprinātājs izmanto vakuuma lampas kā avota ierīci. To izmanto, lai palielinātu signāla amplitūdu. Zem mikroviļņu frekvencēm lampu pastiprinātāji tika aizstāti ar cietvielu pastiprinātājiem aptuveni 19. gada beigās.thgadsimtā.
Mikroviļņu pastiprinātāji
Mikroviļņu pastiprinātājus parasti izmanto mikroviļņu sistēmās. To izmanto, lai paaugstinātu ieejas signāla līmeni ar ļoti maziem traucējumiem. Tas var arī pārslēgt vai palielināt elektrisko jaudu. Tas nodrošina labāku vienas ierīces izvadi, salīdzinot ar cietvielu ierīcēm mikroviļņu frekvencēs.
Magnētiskie pastiprinātāji
Magnētiskie pastiprinātāji tika izstrādāti 20. gadosthgadsimtā, lai novērstu vakuuma lampu pastiprinātāju trūkumus (lielu strāvas jaudu un stiprumu). Magnētiskie pastiprinātāji ir līdzīgi tranzistoriem. Tas kontrolē serdes magnētisko spēku, iedarbinot vadības spoli (citu tinuma spoli).
Integrētās shēmas
Integrētās shēmas var saturēt vairākas elektroniskas ierīces, piemēram, kondensatorus un tranzistorus. IC popularitāte ir izplatījusi arī elektroniskās ierīces visā pasaulē.
Jaudas pastiprinātāju klases
Jaudas pastiprinātāju klases tiek klasificētas kā A klase, B klase, AB klase, un C klase . Apspriedīsim īsu jaudas pastiprinātāju klašu aprakstu.
A klases jaudas pastiprinātāji
A klases pastiprinātāja ieeja ir maza, kā dēļ arī izeja ir maza. Tādējādi tas nerada lielu jaudas pastiprinājumu. Ar tranzistoriem to var izmantot kā sprieguma pastiprinātājus. A klases pastiprinātāji ar vakuuma pentodiem var nodrošināt arī vienu jaudas pastiprināšanas pakāpi, lai vadītu slodzi, piemēram, skaļruņus.
B klases jaudas pastiprinātāji
BJT parasti ir nepieciešami B klases jaudas pastiprinātāji, lai vadītu slodzi, piemēram, skaļruņus. B klases pastiprinātāju ieeja ir liela, kā dēļ arī izeja ir ļoti liela. Tādējādi tas rada lielu pastiprinājumu. Bet viena tranzistora gadījumā tiek pastiprināta tikai puse no ieejas signāla.
AB klases jaudas pastiprinātāji
AB jaudas pastiprinātāju konfigurācija atrodas starp A klases un B klases pastiprinātājiem. AB klases pastiprinātājus ražo, apvienojot B klases jaudas pastiprinātāju lielo jaudu ar A klases jaudas pastiprinātāju zemajiem kropļojumiem.
Mazu izeju gadījumā AB klases jaudas pastiprinātājs var darboties kā A klases jaudas pastiprinātājs. Ļoti lielu izeju gadījumā tas var darboties kā B klases jaudas pastiprinātājs.
C klases jaudas pastiprinātāji
C klases jaudas pastiprinātāju vadītspējas elements ir tranzistori. Tam ir labāka efektivitāte, taču tā vadītspēja, kas ir mazāka par pusciklu, rada lielus traucējumus. Tādējādi audio lietojumprogrammās C klases jaudas pastiprinātāji netiek doti priekšroka. Šādu pastiprinātāju parastie lietojumi ietver radiofrekvenču ķēdes.
Pastiprinātāja īpašības
Pastiprinātāji tiek definēti atbilstoši to ieejas un izvades īpašībām. Pastiprinātāja pastiprinājums nosaka tā pastiprinājumu. Tādējādi pastiprinājuma un reizināšanas koeficienti ir divas galvenās pastiprinātāju īpašības.
Apspriedīsim īpašības, kuras nosaka dažādi parametri, kas ir uzskaitīti zemāk:
Pastiprinātāja pastiprinājumu aprēķina kā izejas (jaudas, strāvas vai sprieguma) attiecību pret ieeju. Tas nosaka pastiprinātāja pastiprinājumu. Piemēram, signālam ar 10 voltu ieeju un 60 voltu izeju būs 6 pastiprinājums.
Pastiprinājums = izvade/ieeja
Ieguvums = 60/10
Ieguvums = 6
Pastiprinājumu izsaka vienībās dB (decibelos). Pasīvo komponentu pastiprinājums parasti ir mazāks par vienu, savukārt aktīvajiem komponentiem ir lielāks par 1.
Joslas platums ir definēts kā platums, ko mēra collās Hertz no lietderīgā frekvenču diapazona.
Frekvenču diapazons - Frekvenču diapazons parasti ir norādīts frekvences reakcijas vai joslas platuma izteiksmē.
Troksnis ir definēts kā jebkurš nevēlams signāls, kas darbojas kā traucējumi sistēmā.
Augstāka pastiprinātāja efektivitāte samazinātu siltuma veidošanos un lielāku izejas jaudu. To aprēķina kā attiecību starp izejas jaudu un kopējās jaudas izmantošanu.
Pagrieziena ātrumu mēra voltos mikrosekundē. To definē kā maksimālo izvades izmaiņu ātrumu. Pagrieziena ātrums, kas pārsniedz pastiprinātāja dzirdamo diapazonu, radītu mazāku kropļojumu un kļūdu skaitu.
To definē kā pastiprinātāja spēju radīt precīzas ievades signāla kopijas.
Pastiprinātāju shēmām jābūt stabilām visās pieejamajās frekvencēs. To definē kā spēju izvairīties no nevēlamām svārstībām elektroniskā ierīcē.
Dažādu pastiprinātāju funkcijas
Citu veidu pastiprinātājiem ir atšķirīgas īpašības. Apspriedīsim dažādu mūsdienās izmantoto pastiprinātāju veidu funkcijas.
- The lineārie pastiprinātāji nenodrošina perfektu lineāro iespēju, jo neviens pastiprinātājs nav ideāls. Tas ir tāpēc, ka tiek izmantotas pastiprināšanas ierīces, piemēram, tranzistori, kas pēc būtības ir nelineāri. Šīs ierīces var radīt zināmu nelinearitāti. Lineārie pastiprinātāji ir mazāk pakļauti kropļojumiem. Tas nozīmē, ka lineārie pastiprinātāji rada mazāku kropļojumu.
- Speciāli izstrādāts audio pastiprinātāji var pastiprināt audio frekvenci.
- Šaurjoslas pastiprinātājs pastiprina šaurā frekvenču joslā, savukārt platjoslas pastiprinātāji pastiprina plašā frekvenču diapazonā.
- The nelineārie pastiprinātāji rada kropļojumus salīdzinājumā ar lineārām ierīcēm. Bet nelineāras ierīces joprojām tiek izmantotas šodien. Nelineāro pastiprinātāju piemēri ir RF (radiofrekvences) pastiprinātāji utt.
- Struktūra logaritmiskais pastiprinātājs rada izvadi, kas ir proporcionāla tās ievades logaritmikam. Ķēde sastāv no divām diodēm un diviem darbības pastiprinātājiem (operācijas pastiprinātājs).
Pastiprinātāja pielietojumi
Pastiprinātāji tiek izmantoti dažādos lietojumos. Apspriedīsim to sīkāk.
Sprieguma sekotājs ir pazīstams arī kā vienotības pastiprināšanas pastiprinātājs . Tam ir ļoti liela ieejas pretestība un ļoti zema izejas pretestība, kas ir pamatprincips buferizācija darbība. Operatīvā pastiprinātāja invertējošajam spailei ir īssavienojums ar izejas spaili.
Tas nozīmē, ka izvade ir vienāda ar ievadi. To sauc par sprieguma sekotāju, jo pastiprinātāja izeja seko ieejai.
Sprieguma sekotājs nenodrošina slodzes efektu, nav jaudas un strāvas pastiprinājuma, kas ir tā priekšrocības.
Strāvas un sprieguma pārveidotāja uzbūve ir parādīta zemāk:
kur,
RT: Termistors vai no gaismas atkarīgs rezistors.
IT: Pašreizējais
RF: Atsauksmes rezistors
JA: Atsauksmes strāva
BALSS: Izejas spriegums
Termistors darbina operētājsistēmu invertējošā režīmā. Temperatūras izmaiņas izraisa termistora pretestības izmaiņas. Tas vēl vairāk maina caur to ejošo strāvu. Strāva ieplūst izejā caur atgriezeniskās saites rezistoru kā atgriezeniskās saites strāva, attīstot izejas spriegumu. Tā kā termistora strāva ir vienāda ar atgriezeniskās saites strāvu, mēs varam teikt, ka izejas spriegums ir proporcionāls termistora strāvai.
Tādējādi ieejas strāva tiek pārveidota par izejas spriegumu.
TWTA un Klystrons ir izplatītākās ierīces, ko izmanto kā mikroviļņu pastiprinātājus. Ceļojošo viļņu cauruļu pastiprinātājs (TWTA) nodrošina labu pastiprinājumu pat zemās mikroviļņu frekvencēs. Tas nozīmē, ka lielas jaudas pastiprināšanai priekšroka tiek dota TWTA. Bet klistroni ir labāk noskaņojami, salīdzinot ar TWTA.
Klistronus izmanto arī mikroviļņu frekvencēs lielas jaudas lietojumiem. Bet, salīdzinot ar TWTA, tas nodrošina plašu regulējamu pastiprinājumu. Tam ir arī šaurs joslas platums salīdzinājumā ar TWTA.
Cietvielu ierīces , piemēram, MOSFET, diodes, pusvadītāju materiāli (silīcijs, gallijs u.c.), tiek izmantoti ar zemu jaudu un mikroviļņu frekvencēm dažādos lietojumos. Piemēram, mobilie telefoni, portatīvie radiofrekvenču termināļi uc Šādās lietojumprogrammās lielums un efektivitāte ir galvenie faktori, kas nosaka tā iespējas un lietojumu. Cietvielu ierīču izmantošana mikroviļņu pastiprinātājos nodrošina arī plašu joslas platumu.
Pastiprinātājus izmanto dažādos mūzikas instrumentos, piemēram, ģitārās un bungu mašīnās, lai pārveidotu signālu no dažādiem avotiem (stīgas ģitārā utt.) jaudīgā elektroniskā signālā (jaudas pastiprinātājā), kas rada skaņu. Skaņa ir pietiekami dzirdama auditorijai vai tuvumā esošajiem cilvēkiem. Dažu mūzikas instrumentu izeja ir savienota ar skaļruņiem, lai nodrošinātu skaļāku skaņu.
Mūzikas instrumentu instrumentu pastiprinātājiem ir arī signāla regulēšanas funkcija, kas ļauj izpildītājam mainīt signāla toni.
Oscilatoru shēmas tiek izmantotas, lai ģenerētu jebkuras vēlamās frekvences, formas un jaudas elektriskās viļņu formas. Pastiprinātāju izmantošana oscilatoros nodrošina nemainīgu izejas amplitūdu un pastiprina atgriezeniskās saites frekvenci.
Pastiprinātājs, kas atrodas video pastiprinātājā, pastiprina signālu, kas sastāv no augstfrekvences komponentiem. Tas arī novērš to no jebkādiem traucējumiem. Video pastiprinātājiem ir dažādi joslas platumi atkarībā no video signāla kvalitātes, piemēram, SDTV, HDTV, 1080pi utt.