Uporaba ULFULF-ji se pogosto uporabljajo v opremi za reprodukcijo zvoka, ker je na tem področju tehnologije pogosto potrebno povečati frekvenco signala na tisto, ki jo človeško telo lahko zazna (od 20 Hz do 20 kHz).


Druga področja uporabe UFR:

merilna oprema;

defektoskopija;

analogno računalništvo.

Na splošno velja, da so nizkofrekvenčni ojačevalniki sestavni deli različnih elektronskih vezij, kot so radijski sprejemniki, akustične naprave, televizorji ali radijski oddajniki.

Parametri

Najpomembnejši parameter za ojačevalnik je dobiček. Izračuna se kot razmerje med izhodnim signalom in vhodom. Odvisno od upoštevane velikosti, ločite:

dobitek toka = izhodni tok /vhodni tok;

koeficientnapetostni dobiček = izhodna napetost /vhodna napetost;

faktor moči = izhodna moč /vhodna moč.

Za nekatere naprave, kot so operacijski ojačevalniki, je vrednost tega razmerja zelo velika, vendar ni primerno delati z zelo velikimi (kot tudi zelo majhnimi) številkami v izračunih, zato so faktorji dobička pogosto izraženi v logaritmičnih enotah. V ta namen se uporabljajo naslednje formule:

pridobivanje moči v logaritemskih enotah = 10 * decimalni logaritem želenega povečanja moči;

Dobitek toka v logaritemskih enotah = 20 * Decimalni logaritem želenega povečanja toka;

dobiček napetosti v logaritemskih enotah = 20 * decimalni logaritem želenega faktorja dobičkonosnosti.

Izračunani na ta način se koeficienti merijo v decibelih. Okrajšava - dB. Naslednji pomemben parameter ojačevalnika je faktor popačenja signala. Pomembno je razumeti, da je ojačanje signala posledica njegovih transformacij in sprememb. Ne dejstvo, da se bodo te transformacije vedno zgodile pravilno. Iz tega razloga se izhodni signal lahko razlikuje od vhoda, na primer v obliki. Idealni ojačevalniki ne obstajajo, zato pride do popačenja. Vendar v nekaterih primerih ne presegajo dovoljenih mej, v drugih pa gredo. Če harmoniki signalov na izhodu ojačevalnika sovpadajo s harmoniki vhodnih signalov, potemlinearnih popačenj in se zmanjšajo le na spremembe v amplitudi in fazi. Če so na izhodu novi harmoniki, potem nelinearna popačenja, saj vodijo do spremembe oblike signala.
Preprosto povedano, če je linearno popačenje in vhod ojačevalnika "a", bo izhod signal "A" in če bo nelinearan, bo izhod signal B. Končni pomemben parameter, ki opisuje delo ojačevalnika, je izhodna moč. Variante moči:

Nominalna.

Hrup potnih listov.

Najvišja vrednost je kratkoročna.

Najdaljša življenjska doba.

Vse štiri vrste so standardizirane po različnih GOST in standardih.

Ojačevalci na svetilkah

V preteklosti so bili prvi ojačevalniki izdelani na elektronskih ceveh, ki spadajo v razred električnih vakuumskih naprav. Glede na notranjost zapečatene žarnice se razlikujejo lučke elektrod:

diode;

triod;

tetrode;

pentode.

Največje število elektrod je osem. Obstajajo tudi takšne elektrovakuumske naprave kot klystrons.

Trioda ojačevalnik

Za začetek je treba upoštevati shemo vključitve. Opis nizkofrekvenčnega ojačevalnega vezja v triodi je podan spodaj. Na žarilni nitki, ki segreje katodo, se uporabi napetost. Prav tako se napetost napaja do anode. Iz katode se pod vplivom temperature izvlečejo elektroni, ki so usmerjeni na anodo, ki ima pozitivni potencial (v potencialu elektronov je negativen). Del elektronov se prestreže s tretjo elektrodo, ki ji je dodana tudi mrežasamo spremenljivka. S pomočjo mreže se regulira anodni tok (tok v tokokrogu kot celoto). Če mreža predstavlja velik negativen potencial, se vsi elektroni iz katode na njej usedejo, skozi svetilko pa ne bo toka, ker je tok usmerjeno gibanje elektronov in mreža blokira gibanje.
Pridobitev svetilke prilagodi upor, ki je priključen med napajanjem in anodo. Določa potreben položaj delovne točke za karakteristiko napetostnega toka, od katere so odvisni parametri ojačitve. Zakaj je položaj delovne postaje tako pomemben? Ker je odvisno od tega, koliko toka in napetosti (in s tem moči) bodo ojačani v vezju ojačevalnika nizke frekvence. Izhodni signal na triodnem ojačevalniku se odstrani iz območja med anodo in uporom, ki je vključen pred njim.

Klystron Amplifier

Načelo delovanja nizkofrekvenčnega ojačevalnika na klistronu temelji na modulaciji signala na začetku pri hitrosti in nato na gostoti. Klaristron je razporejen na naslednji način: v bučki je katoda, ki se ogreva z žarilno nitko, in zbiralnik (analog anode). Med njimi so vhodni in izhodni resonatorji. Elektroni, ki jih oddaja katoda, se pospešijo z napetostjo, ki jo damo v katodo in usmerimo v kolektor. Nekateri elektroni se bodo gibali hitreje, drugi bodo počasnejši - to izgleda kot modulacija pri hitrosti. Zaradi razlike v hitrosti elektronov so elektroni razvrščeni v snope - tako je prikazana modulacija gostote. Signal gostote, ki je moduliran, vstopi v izhodni resonator, kjergenerira signal enake frekvence, vendar več moči kot vhodni resonator. Izkazalo se je, da se kinetična energija elektronov pretvori v energijo mikrovalovnih nihanj elektromagnetnega polja izhodnega resonatorja. Tako se signal poveča v klistronu.

Značilnosti elektrovakuumskih ojačevalcev

Če primerjamo kakovost enakega signala, ki ga ojača cevna naprava in ULF na tranzistorjih, potem je razlika vidna s prostim očesom, ne v korist slednje.

Vsak poklicni glasbenik bo povedal, da so ojačevalniki svetilk veliko boljši od njihovih naprednih sogovornikov. Elektro-vakuumske naprave so že dolgo prišle iz množične porabe, zamenjale so tranzistorje in mikrovezja, vendar to ni pomembno za področje reprodukcije zvoka. Zaradi stabilnosti temperature in vakuuma v svetlobnih napravah je signal bolje ojačan. Edina slabost svetilke ULF je visoka cena, kar je logično: izdelovanje predmetov, ki niso v priljubljenem povpraševanju, je drago.

Ojačevalnik v bipolarnem tranzistorju

Pogosto so ojačevalne kaskade sestavljene s tranzistorji. Preprost nizkofrekvenčni ojačevalnik lahko zbere le tri glavne elemente: kondenzator, upor in n-p-n tranzistor. Za pripravo takega ojačevalnika bo potrebno ozemljiti oddajnik tranzistorja, povezati z njegovo bazo serijski kondenzator in vzporedno - upor. Tovor je treba postaviti pred kolektor. Pri kolektorju v tem vezju je priporočljivo priključiti omejevalni upor. Sprejemljiva napajalna napetost tega vezjaNizkofrekvenčni ojačevalnik je od 3 do 12 voltov. Nominalno vrednost upora je treba izbrati eksperimentalno, pri čemer je treba upoštevati, da mora biti njena vrednost vsaj 100-krat večja od upornosti obremenitve. Nazivni kondenzator se lahko giblje od 1 do 100 μF. Njegova zmogljivost vpliva na frekvenco, s katero lahko ojačevalnik deluje. Večja kot je zmogljivost, nižja je frekvenčna vrednost, ki jo tranzistor lahko poveča.
Vhod nizkofrekvenčnega ojačevalnika na bipolarnem tranzistorju se napaja s kondenzatorjem. Pozitivna moč pola mora biti priključena na priključno točko bremenskega upora in vzporedno priključena na bazo in kondenzator. Da bi izboljšali kakovost tega signala, je mogoče povezati kondenzator in upor vzporedno z oddajnikom, ki igrajo negativno povratno zvezo.

Ojačevalnik na dveh bipolarnih tranzistorjih

Za povečanje dobička lahko združite dve posamezni ULF v tranzistor v eno. Potem se lahko povečanje teh naprav poveča. Če pa boste še naprej povečevali število ojačevalniških stopenj, se bo povečala možnost samonaklonjenih ojačevalnikov.

Ojačevalnik na poljskem tranzistorju

Na poljskih tranzistorjih (v nadaljevanju PA) se zbirajo tudi nizkofrekvenčni ojačevalniki. Krogi teh naprav se ne razlikujejo veliko od tistih, zbranih na bipolarnih tranzistorjih. Kot primer bomo upoštevali ojačevalnik na poljskem tranzistorju z izoliranimi vrati z n-kanalom (tip TIR). Na podlago tegatranzistor je priključen v seriji kondenzator, vzporedno - delilnik napetosti. Pri puščanju PA je priključen upor (uporabite lahko tudi vzporedno povezavo med kondenzatorjem in uporom, kot je opisano zgoraj). Na odtok sta priključena omejevalni upor in napajanje, med uporom in odtokom pa je sklenjen sklep. Vhod v nizkofrekvenčne ojačevalnike na poljskih tranzistorjih se napaja na vrata. To poteka tudi prek kondenzatorja. Kot je razvidno iz razlage, shema najenostavnejšega ojačevalnika v poljskem tranzistorju ni nič drugačna od nizkofrekvenčnega ojačevalnega vezja na bipolarnem tranzistorju. Res je, da je pri delu s PT potrebno upoštevati naslednje značilnosti teh elementov:

V PT high R vhod = I /U sprožilec. Polje tranzistorji se krmilijo z električnim poljem, ki ga generira napetost. Torej, PT so pod nadzorom napetosti, ne toka.

FT skoraj ne porabi toka, kar povzroča šibko izkrivljanje izhodnega signala.

​​

V polju tranzistorjev ni vbrizgavanja naboja, zato je raven hrupa teh elementov zelo nizka.

Odporne so na temperaturne spremembe.

Glavna pomanjkljivost poljskih tranzistorjev je visoka občutljivost na statično elektriko. Mnogi ljudje poznajo situacijo, ko na videz neprevodne stvari prizadene človekov tok. To je manifestacija statične elektrike. Če se ta impulz nanaša na enega od stikov poljskega tranzistorja, je mogoče onemogočiti element. Tako je pri delu s PT bolje, da ne vzamete roke za stikeNe poškodujte elementa.

Naprava na operacijskem ojačevalniku

Operacijski ojačevalnik (v nadaljevanju OP) - naprava z diferenciranimi vhodi, ki ima zelo velik dobiček. Ojačitev signala ni edina funkcija tega elementa. Lahko deluje kot generator signala. Vendar pa so njegove lastnosti za izboljšanje zanimive za delo z nizkimi frekvencami. Da bi izdelali ojačevalnik signalov iz op amp, je potrebno pravilno povezati z njim povratno vezje, ki predstavlja običajen upor. Kako razumeti, kje povezati to verigo? Za to se morate sklicevati na značilnosti prenosa OS. Ima dva vodoravna in ena linearna odseka. Če je delovna točka naprave nameščena na enem od horizontalnih odsekov, potem operacijski sistem deluje v generatorskem načinu (pulzni način), če je v linearni regiji, potem OA ojača signal. Za prenos OD v linearni način, morate povezati povratni upor z enim kontaktom na izhod naprave, drugi pa na invertni vhod. Takšna vključitev se imenuje negativna povratna informacija (OOS). Če je zaželeno, da se nizkofrekvenčni signal poveča in se ne spremeni v fazi, mora biti obrnjeni vhod iz EOS ozemljen, na neinvertirni vhod pa je treba uporabiti ojačevalni signal. Če želite signal povečati in spremeniti njegovo fazo za 180 stopinj, je treba neinvertirni vhod ozemljiti in uporabiti obrnjeni vhodni signal. Hkrati pa ne smemo pozabiti, da je treba predložiti operacijski ojačevalnikmoč nasprotne polarnosti. V ta namen ima posebne kontaktne točke. Pomembno je omeniti, da je delo s takimi napravami včasih težko pobrati elemente za nizkofrekvenčni ojačevalni krog. Njihovo natančno usklajevanje ni potrebno le za nominalno vrednost, temveč tudi za materiale, iz katerih so izdelani, da bi dosegli želene nastavitve pridobivanja.

Ojačevalnik na čipu

ULF se lahko zbira in elektrovakuumski elementi, na tranzistorjih in na operacijskih ojačevalnikih pa samo elektronske žarnice - to starost starosti in druge sheme niso brez napak, pritrjevanje, ki neizogibno povzroča zaplete pri oblikovanju ojačevalnika . To je neprijetno. Inženirji so že zdavnaj našli primernejšo možnost za oblikovanje UFR: industrija proizvaja gotove čipe, ki delujejo kot ojačevalniki. Vsak od teh tokokrogov - niz op-amperov, tranzistorjev in drugih elementov, povezanih na določen način. Primeri nekaterih nizov ULF v obliki integriranih vezij:

TDA7057Q.

K174UN7.

TDA1518BQ.

TDA2050.

Vse zgoraj navedene serije se uporabljajo v video opremi. Vsak od modelov ima različne značilnosti: napajalna napetost, izhodna moč, faktor ojačanja. Narejene so v obliki majhnih elementov z veliko zaključki, ki so na priročnem mestu na plošči in nameščeni. Za delo z nizkofrekvenčnim ojačevalnikom na čipu je koristno poznati osnove logične algebre, kot tudi načela logičnih elementov I-NOT, OR-NO. Na logičnih elementih lahko zberete skoraj vseelektronskih naprav, vendar bodo v tem primeru številni tokokrogi obsežni in neprimerni za namestitev. Zato je uporaba pripravljenih integriranih vezij, ki opravljajo funkcijo ULF, najbolj primerna praktična možnost.

Izboljšanje vezij

Zgoraj je bil naveden primer izboljšanja signala ojačevalnika pri delu z bipolarnimi in poljskimi tranzistorji (s povezovanjem vzporedne povezave kondenzatorja in upora). Takšna strukturna posodobitev se lahko izvede s skoraj vsako shemo. Seveda, uvedba novih elementov povečuje padec napetosti (izgube), a zahvaljujoč temu lahko izboljšate lastnosti različnih vezij. Na primer, kondenzatorji so odlične frekvence filtra. Pri uporovnih, kapacitivnih ali induktivnih elementih je priporočljivo zbrati bližinske filtre, ki odrezujejo frekvence, ki ne bi smele padati v vezje. Z združevanjem uporovnih in kapacitivnih elementov z operacijskimi ojačevalniki je možno zbrati učinkovitejše filtre (integratorje, Sullen-Ki diferenciatorje, filtrirne in pasovne filtre).

V zaključku

so najpomembnejši parametri ojačevalcev:

dobiček;

koeficient popačenja signala;

izhodna moč.

Nizkofrekvenčni ojačevalniki se najpogosteje uporabljajo v zvočni opremi. Podatke o napravi je mogoče zbrati praktično na naslednjih elementih:

na električnih vakuumskih ceveh;

o tranzistorjih;

na operacijskih ojačevalnikih;

na končnemčipov

Značilnosti nizkofrekvenčnih ojačevalnikov je mogoče izboljšati z uvedbo uporovnih, kapacitivnih ali induktivnih elementov. Vsak od zgornjih diagramov ima svoje prednosti in slabosti: nekatere ojačevalce je drago za zbiranje, kar je lahko nasičeno, za nekatere je težko uskladiti uporabljene elemente. Vedno obstajajo posebnosti, s katerimi je treba računati z osebo, ki se ukvarja z načrtovanjem ojačevalnikov. Z uporabo vseh priporočil v tem članku lahko zgradite svoj ojačevalnik za domačo uporabo namesto nakupa te opreme, ki lahko stane veliko denarja, ko gre za visoko kakovostne naprave.