Η ενίσχυση είναι μια διαδικασία αύξησης της ισχύος του σήματος με αύξηση του πλάτους ενός δεδομένου σήματος χωρίς αλλαγή των χαρακτηριστικών του. Ένας ενισχυτής συζευγμένων με RC είναι ένα μέρος ενός ενισχυτή πολλαπλών σταδίων όπου τα διαφορετικά στάδια των ενισχυτών συνδέονται χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό μιας αντίστασης και ενός πυκνωτή. Ένα κύκλωμα ενισχυτή είναι ένα από τα βασικά κυκλώματα στα ηλεκτρονικά.
Ένας ενισχυτής που βασίζεται πλήρως στο τρανζίστορ είναι βασικά γνωστός ως ενισχυτής τρανζίστορ. Το σήμα εισόδου μπορεί να είναι σήμα ρεύματος, σήμα τάσης ή σήμα ισχύος. Ένας ενισχυτής θα ενισχύσει το σήμα χωρίς να αλλάξει τα χαρακτηριστικά του και η έξοδος θα είναι μια τροποποιημένη έκδοση του σήματος εισόδου. Οι εφαρμογές ενισχυτών είναι μεγάλης εμβέλειας. Χρησιμοποιούνται κυρίως σε όργανα ήχου και βίντεο, επικοινωνίες, ελεγκτές κ.λπ.
Ενισχυτής κοινού εκπομπού μονού σταδίου:
Το διάγραμμα κυκλώματος ενός απλού ενισχυτή τρανζίστορ ενός σταδίου εμφανίζεται παρακάτω:
Ενισχυτής συζευγμένου κοινού πομπού μονής φάσης RC
Επεξήγηση κυκλώματος
Ένας απλός συνδυασμός ενισχυτή με συνηθισμένο πομπό RC είναι ένα απλό και στοιχειώδες κύκλωμα ενισχυτή. Ο κύριος σκοπός αυτού του κυκλώματος είναι η προενίσχυση που είναι να κάνει τα αδύναμα σήματα να είναι αρκετά ισχυρότερα για περαιτέρω ενίσχυση. Εάν έχει σχεδιαστεί σωστά, αυτός ο ενισχυτής συζευγμένου με RC μπορεί να παρέχει εξαιρετικά χαρακτηριστικά σήματος.
Ο πυκνωτής Cin στην είσοδο ενεργεί ως φίλτρο που χρησιμοποιείται για να μπλοκάρει την τάση DC και να επιτρέπει μόνο τάση AC στο τρανζίστορ. Εάν οποιαδήποτε εξωτερική τάση DC φτάσει στη βάση του τρανζίστορ, θα αλλάξει τις συνθήκες πόλωσης και επηρεάζει την απόδοση του ενισχυτή.
Οι αντιστάσεις R1 και R2 χρησιμοποιούνται για την παροχή κατάλληλης πόλωσης στο διπολικό τρανζίστορ. Τα R1 και R2 σχηματίζουν ένα δίκτυο πόλωσης που παρέχει την απαραίτητη τάση βάσης για την κίνηση της τρανζίστορ ανενεργής περιοχής.
Η περιοχή μεταξύ της περιοχής αποκοπής και κορεσμού είναι γνωστή ως ενεργή περιοχή. Η περιοχή όπου η λειτουργία διπολικού τρανζίστορ είναι πλήρως απενεργοποιημένη είναι γνωστή ως περιοχή αποκοπής και η περιοχή όπου το τρανζίστορ είναι πλήρως ενεργοποιημένη είναι γνωστή ως περιοχή κορεσμού.
Οι αντιστάσεις Rc και Re χρησιμοποιούνται για τη μείωση της τάσης του Vcc. Το Resistor Rc είναι αντίσταση συλλέκτη και το Re είναι αντίσταση εκπομπής. Και οι δύο επιλέγονται με τέτοιο τρόπο ώστε και οι δύο να μειώσουν την τάση Vcc κατά 50% στο παραπάνω κύκλωμα. Ο πυκνωτής εκπομπού C και η αντίσταση εκπομπού επαναδημιουργούν αρνητικά σχόλια για την πιο σταθερή λειτουργία του κυκλώματος.
Κοινός ενισχυτής εκπομπών δύο σταδίων:
Το παρακάτω κύκλωμα παριστάνει τον ενισχυτή τρανζίστορ κοινής εκπομπής δύο σταδίων όπου η αντίσταση R χρησιμοποιείται ως φορτίο και ο πυκνωτής C χρησιμοποιείται ως στοιχείο ζεύξης μεταξύ των δύο σταδίων του κυκλώματος ενισχυτή.
Ενισχυτής συζευγμένου κοινού πομπού δύο σταδίων
Επεξήγηση κυκλώματος:
Όταν εισάγετε AC. το σήμα εφαρμόζεται στη βάση του τρανζίστορ του 1αγστάδιο του συζευγμένου ενισχυτή RC, από τη γεννήτρια λειτουργίας, στη συνέχεια ενισχύεται κατά την έξοδο του 1ου σταδίου. Αυτή η ενισχυμένη τάση εφαρμόζεται στη βάση του επόμενου σταδίου του ενισχυτή, μέσω του πυκνωτή ζεύξης Cout όπου ενισχύεται περαιτέρω και επανεμφανίζεται κατά την έξοδο του δεύτερου σταδίου.
Έτσι, τα διαδοχικά στάδια ενισχύουν το σήμα και το συνολικό κέρδος αυξάνεται στο επιθυμητό επίπεδο. Πολύ υψηλότερο κέρδος μπορεί να επιτευχθεί συνδέοντας σειρά διαδοχικών ενισχυτών.
Η ζεύξη αντίστασης-χωρητικότητας (RC) στους ενισχυτές χρησιμοποιείται ευρύτερα για τη σύνδεση της εξόδου του πρώτου σταδίου με την είσοδο (βάση) του δεύτερου σταδίου και ούτω καθεξής. Αυτός ο τύπος ζεύξης είναι πιο δημοφιλής επειδή είναι φθηνός και παρέχει σταθερή ενίσχυση σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων.
Τρανζίστορ ως ενισχυτές
Γνωρίζοντας διαφορετικά κυκλώματα για ενισχυτές συζευγμένων με RC, είναι σημαντικό να γνωρίζετε βασικά τρανζίστορ ως ενισχυτές. Οι τρεις διαμορφώσεις των διπολικών τρανζίστορ που χρησιμοποιούνται συνήθως είναι τα κοινά τρανζίστορ βάσης (CB), τα κοινά τρανζίστορ εκπομπών (CE) και τα κοινά τρανζίστορ συλλέκτη (CE). Εκτός από τα τρανζίστορ, λειτουργικοί ενισχυτές μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για σκοπούς ενίσχυσης.
- Κοινή εκπομπή Η διαμόρφωση χρησιμοποιείται συνήθως στην εφαρμογή ενισχυτή ήχου, επειδή η κοινή εκπομπή έχει ένα κέρδος που είναι θετικό και επίσης μεγαλύτερο από την ενότητα. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, ο πομπός συνδέεται με τη γείωση και έχει υψηλή αντίσταση εισόδου. Η αντίσταση εξόδου θα είναι μέτρια. Οι περισσότεροι από αυτούς τους τύπους εφαρμογών ενισχυτή τρανζίστορ χρησιμοποιούνται συνήθως στο Επικοινωνία RF και επικοινωνίες οπτικών ινών (OFC).
- Η κοινή διαμόρφωση βάσης έχει κέρδος μικρότερο από την ενότητα. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, ο συλλέκτης συνδέεται στο έδαφος. Έχουμε χαμηλή αντίσταση εξόδου και υψηλή αντίσταση εισόδου στην κοινή διαμόρφωση βάσης.
- Κοινός συλλέκτης Η διαμόρφωση είναι επίσης γνωστή ως οπαδός των εκπομπών επειδή η είσοδος που εφαρμόζεται στον κοινό πομπό εμφανίζεται στην έξοδο του κοινού συλλέκτη. Σε αυτήν τη διαμόρφωση, ο συλλέκτης συνδέεται στο έδαφος. Έχει χαμηλή αντίσταση εξόδου και υψηλή αντίσταση εισόδου. Έχει κέρδος σχεδόν ίσο με την ενότητα.
Βασικές παράμετροι ενός ενισχυτή τρανζίστορ
Πρέπει να λάβουμε υπόψη τις ακόλουθες προδιαγραφές πριν από την επιλογή του ενισχυτή. Ένας καλός ενισχυτής πρέπει να έχει όλες τις ακόλουθες προδιαγραφές:
- Θα πρέπει να έχει υψηλή αντίσταση εισόδου
- Θα πρέπει να έχει υψηλή σταθερότητα
- Πρέπει να έχει υψηλή γραμμικότητα
- Θα πρέπει να έχει υψηλό κέρδος και εύρος ζώνης
- Πρέπει να έχει υψηλή απόδοση
Εύρος ζώνης:
Το εύρος της συχνότητας που ένα κύκλωμα ενισχυτή μπορεί να ενισχύσει σωστά είναι γνωστό ως εύρος ζώνης αυτού του συγκεκριμένου ενισχυτή. Η καμπύλη παρακάτω αντιπροσωπεύει το απόκριση συχνότητας του ενισχυτή συζευγμένου μονής βαθμίδας RC.
R C Συζευγμένη απόκριση συχνότητας
Η καμπύλη που αντιπροσωπεύει τη διακύμανση του κέρδους ενός ενισχυτή με συχνότητα ονομάζεται καμπύλη απόκρισης συχνότητας. Το εύρος ζώνης μετράται μεταξύ των κάτω σημείων ισχύος και των άνω σημείων ισχύος. Το σημείο P1 είναι χαμηλότερη μισή ισχύς και το P2 είναι ανώτερη μισή ισχύς αντίστοιχα. Ένας καλός ενισχυτής ήχου πρέπει να έχει εύρος ζώνης από 20 Hz έως 20 kHz, επειδή αυτό είναι το εύρος συχνοτήτων που ακούγεται.
Κέρδος:
Το κέρδος ενός ενισχυτή ορίζεται ως ο λόγος ισχύος εξόδου προς την ισχύ εισόδου. Το κέρδος μπορεί να εκφραστεί είτε σε ντεσιμπέλ (dB) είτε σε αριθμούς. Το κέρδος αντιπροσωπεύει πόσο ένας ενισχυτής μπορεί να ενισχύσει ένα σήμα που του έχει δοθεί.
Η παρακάτω εξίσωση αντιπροσωπεύει αύξηση του αριθμού:
G = σύκο / καρφίτσα
Όπου το Pout είναι η ισχύς εξόδου ενός ενισχυτή
Ο πείρος είναι η ισχύς εισόδου ενός ενισχυτή
Η παρακάτω εξίσωση αντιπροσωπεύει κέρδος στο ντεσιμπέλ (DB):
Κέρδος σε DB = 10log (Pout / Pin)
Το κέρδος μπορεί επίσης να εκφραστεί σε τάση και ρεύμα. Το κέρδος στην τάση είναι ο λόγος της τάσης εξόδου προς την τάση εισόδου και το κέρδος στο ρεύμα είναι ο λόγος του ρεύματος εξόδου προς το ρεύμα εισόδου. Η εξίσωση για αύξηση τάσης και ρεύματος φαίνεται παρακάτω
Κέρδος τάσης = τάση εξόδου / τάση εισόδου
Κέρδος σε ρεύμα = ρεύμα εξόδου / ρεύμα εισόδου
Αντίσταση υψηλής εισόδου:
Η αντίσταση εισόδου είναι η σύνθετη αντίσταση που προσφέρεται από ένα κύκλωμα ενισχυτή όταν συνδέεται με την πηγή τάσης. Ο ενισχυτής τρανζίστορ πρέπει να έχει υψηλή αντίσταση εισόδου για να τον αποτρέψει από τη φόρτωση της πηγής τάσης εισόδου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο έχει υψηλή αντίσταση στον ενισχυτή.
Θόρυβος:
Ο θόρυβος αναφέρεται σε ανεπιθύμητες διακυμάνσεις ή συχνότητες που υπάρχουν σε ένα σήμα. Μπορεί να οφείλεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ δύο ή περισσότερων σημάτων που υπάρχουν σε ένα σύστημα, αστοχιών εξαρτημάτων, ελαττωμάτων σχεδιασμού, εξωτερικών παρεμβολών ή ίσως λόγω ορισμένων εξαρτημάτων που χρησιμοποιούνται στο κύκλωμα ενισχυτή.
Γραμμικότητα:
Ένας ενισχυτής λέγεται ότι είναι γραμμικός εάν υπάρχει οποιαδήποτε γραμμική σχέση μεταξύ της ισχύος εισόδου και της ισχύος εξόδου. Η γραμμικότητα αντιπροσωπεύει την ομαλότητα του κέρδους. Πρακτικά δεν είναι δυνατόν να έχουμε 100% γραμμικότητα καθώς οι ενισχυτές χρησιμοποιούν ενεργές συσκευές όπως BJT, JFET ή MOSFET, οι οποίες τείνουν να χάνουν κέρδος σε υψηλές συχνότητες λόγω εσωτερικής παρασιτικής χωρητικότητας. Εκτός από αυτό, οι πυκνωτές αποσύνδεσης DC εισόδου ορίζουν χαμηλότερη συχνότητα αποκοπής.
Αποδοτικότητα:
Η αποδοτικότητα ενός ενισχυτή αντιπροσωπεύει τον τρόπο με τον οποίο ένας ενισχυτής μπορεί να χρησιμοποιεί αποτελεσματικά την παροχή ισχύος. Επίσης, μετρά πόση ισχύ από το τροφοδοτικό μετατρέπεται κερδοφόρα στην έξοδο.
Η αποδοτικότητα εκφράζεται συνήθως σε ποσοστό και η εξίσωση για απόδοση δίνεται ως (Pout / Ps) x 100. Όπου το Pout είναι η έξοδος ισχύος και το Ps είναι η ισχύς που προέρχεται από την τροφοδοσία.
Ο ενισχυτής τρανζίστορ κατηγορίας Α έχει αποδοτικότητα 25% και παρέχει εξαιρετική αναπαραγωγή σήματος, αλλά η απόδοση είναι πολύ χαμηλή. Ο ενισχυτής κατηγορίας C έχει απόδοση έως 90%, αλλά η αναπαραγωγή του σήματος είναι κακή. Η κλάση AB βρίσκεται μεταξύ ενισχυτών τάξης Α και κατηγορίας Γ, οπότε χρησιμοποιείται συνήθως σε ενισχυτής ήχου εφαρμογές. Αυτός ο ενισχυτής έχει απόδοση έως και 55%.
Ποσοστό Slew:
Ο ρυθμός λειτουργίας ενός ενισχυτή είναι ο μέγιστος ρυθμός μεταβολής της εξόδου ανά μονάδα χρόνου. Αντιπροσωπεύει πόσο γρήγορα μπορεί να αλλάξει η έξοδος ενός ενισχυτή ως απόκριση στην αλλαγή της εισόδου.
Σταθερότητα:
Η σταθερότητα είναι η ικανότητα ενός ενισχυτή να αντιστέκεται στις ταλαντώσεις. Συνήθως, προβλήματα σταθερότητας εμφανίζονται κατά τη διάρκεια λειτουργιών υψηλής συχνότητας, κοντά στα 20 kHz στην περίπτωση ενισχυτών ήχου. Οι ταλαντώσεις μπορεί να είναι υψηλού ή χαμηλού πλάτους.
Ελπίζω αυτό το βασικό αλλά σημαντικό θέμα ηλεκτρονικά έργα έχει καλυφθεί με πολλές πληροφορίες. Εδώ είναι μια απλή ερώτηση για εσάς - Για ποιο σκοπό χρησιμοποιείται μια κοινή διαμόρφωση συλλεκτών και γιατί;
Δώστε τις απαντήσεις σας στην παρακάτω ενότητα σχολίων.
