Διπολικός ενισχυτής ραδιοσυχνοτήτων με τρανζίστορ. Ενισχυτής ραδιοσυχνοτήτων (RFA) Βασικές λειτουργίες του ενισχυτή ραδιοσυχνοτήτων

05.07.2023

Δεδομένου ότι ο ενισχυτής RF βρίσκεται στην είσοδο της συσκευής λήψης ραδιοφώνου, τα χαρακτηριστικά θορύβου και το δυναμικό εύρος του καθορίζουν κυρίως τα χαρακτηριστικά ολόκληρης της συσκευής. Είναι ο αριθμός θορύβου του ενισχυτή ραδιοσυχνοτήτων που καθορίζει την ευαισθησία του ραδιοφωνικού δέκτη.

Η ενίσχυση του σήματος στον δέκτη μπορεί να συμβεί πριν από τον μετατροπέα συχνότητας, δηλ. στη συχνότητα λήψης και μετά τον μετατροπέα - στην ενδιάμεση συχνότητα. Η ενίσχυση στη συχνότητα του λαμβανόμενου σήματος πραγματοποιείται με χρήση ενισχυτών ραδιοσυχνοτήτων (RFA). Εκτός από την ενίσχυση, πρέπει επίσης να διασφαλίζεται η επιλεκτικότητα συχνότητας. Οι ενισχυτές εμβέλειας πρέπει να έχουν μεταβλητά κυκλώματα συντονισμού. Πιο συχνά εκτελούνται μονοκύκλωμα. Το ενεργό στοιχείο του ενισχυτή είναι ένα τρανζίστορ πεδίου ή διπολικό σε διακριτή ή ενσωματωμένη σχεδίαση. Στους ενισχυτές ενδιάμεσης συχνότητας, προτιμώνται τα διπολικά τρανζίστορ λόγω του υψηλότερου κέρδους τους. Οι ενισχυτές RF αυξάνουν την επιλεκτικότητα του καναλιού καθρέφτη και την ευαισθησία του δέκτη. Σύμφωνα με τη δομή του κυκλώματος, οι μετατροπείς συχνότητας RF μπορεί να είναι απεριοδικοί ή συντονισμένοι.

Απεριοδικές συχνότητες RFΑυξάνουν μόνο την αναλογία σήματος προς θόρυβο και την ευαισθησία του δέκτη. Χρησιμοποιούνται συχνότερα σε δέκτες τρανζίστορ άμεσης ενίσχυσης στις περιοχές LW και SW. Ένα τσοκ, αντίσταση ή μετασχηματιστής μπορεί να χρησιμεύσει ως φορτίο για απεριοδικό έλεγχο συχνότητας ραδιοσυχνοτήτων. Ο καταρράκτης αντιστάσεων του URCH είναι εύκολο να εφαρμοστεί και να διαμορφωθεί. Στους ενισχυτές που βασίζονται σε μετασχηματιστή, είναι ευκολότερο να αντιστοιχίσετε την έξοδο ενός σταδίου με την είσοδο του επόμενου. Επιπλέον, ο καταρράκτης μετασχηματιστή του ενισχυτή RF μπορεί εύκολα να μετατραπεί σε αντανακλαστικό καταρράκτη.

Ενισχυτές συντονισμούπαρέχουν ενίσχυση σήματος και αυξάνουν όχι μόνο την πραγματική ευαισθησία, αλλά και την επιλεκτικότητα του καναλιού κατοπτρισμού Οι ενισχυτές συντονισμού τρανζίστορ στις περιοχές DV, MV και HF συναρμολογούνται σύμφωνα με ένα κύκλωμα με OE και στην περιοχή VHF - σύμφωνα με ένα κύκλωμα. με ΟΒ.

Οι καταρράκτες AMP μπορεί να περιέχουν ένα ή δύο κυκλώματα συντονισμού. Ένας ενισχυτής RF ενός κυκλώματος παρέχει μικρότερο κέρδος, αλλά είναι πιο εύκολο να κατασκευαστεί και να διαμορφωθεί. Τα κυκλώματα με επαγωγική σύζευξη κυκλωμάτων σάς επιτρέπουν να αλλάξετε τη σύνδεση και να αποκτήσετε το υψηλότερο κέρδος ή καλύτερη επιλεκτικότητα. Αλλάζοντας τη σύνδεση στην περιοχή, μπορείτε να αντισταθμίσετε κάπως την ανομοιομορφία του συντελεστή μετάδοσης των κυκλωμάτων εισόδου.

Οι ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων VHF κατασκευάζονται χρησιμοποιώντας κυκλώματα καταρράκτη. Έχουν καλύτερα χαρακτηριστικάαπό τα συμβατικά URCH. Το πρώτο τρανζίστορ συνδέεται σύμφωνα με ένα κύκλωμα με ένα OE, λόγω του οποίου επιτυγχάνεται χαμηλή αγωγιμότητα εισόδου του ενισχυτή, και το δεύτερο V2 συνδέεται σύμφωνα με ένα κύκλωμα με ένα OB, το οποίο παρέχει μεγάλο σταθερό κέρδος. Για συνεχές ρεύμα, τα τρανζίστορ συνδέονται σε σειρά, γεγονός που απαιτεί αύξηση της τάσης της πηγής ισχύος.

Όσον αφορά το κέρδος, ένας ενισχυτής cascode είναι ισοδύναμος με έναν ενισχυτή μονοβάθμιας με την αγωγιμότητα προς τα εμπρός του πρώτου τρανζίστορ και το φορτίο του δεύτερου. Το κύκλωμα cascode χρησιμοποιείται σε ενισχυτές του εύρους κυμάτων μετρητή. Είναι πλεονεκτικό να εφαρμοστεί το πρώτο στάδιο του κυκλώματος σε ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου, το οποίο έχει χαμηλό επίπεδο θορύβου και χαμηλή ενεργή αγωγιμότητα εισόδου, ενώ το επιλεκτικό σύστημα του δέκτη, που είναι συνδεδεμένο στην είσοδο του ενισχυτή cascode, θα είναι μικρότερο παρακαμπτήριος. Στο δεύτερο στάδιο, προτιμάται ένα τρανζίστορ drift, που συνδέεται σύμφωνα με το κύκλωμα με το OB και παρέχει το υψηλότερο σταθερό κέρδος. Με αυτόν τον σχεδιασμό του κυκλώματος κωδικοποίησης του ενισχυτή, ο συντελεστής σταθερής απολαβής του αυξάνεται, το επίπεδο θορύβου μειώνεται σημαντικά και η επιλεκτικότητα της διαδρομής του ραδιοφωνικού σήματος του δέκτη αυξάνεται, κάτι που είναι το πλεονέκτημά τους.

Τα κυκλώματα καταρράκτη έχουν παρόμοια πλεονεκτήματα ( χαμηλό επίπεδοθόρυβος και υψηλός συντελεστής, σταθερό κέρδος). σωλήνες κενού, συνήθως τρίοδοι που συνδέονται ανάλογα με το κύκλωμα κοινή κάθοδος- γενικό πλέγμα.

Τα URF είναι καταρράκτες δεκτών επιλεκτικών ενεργών συχνοτήτων που λειτουργούν σε μια σταθερή συχνότητα ή σε μια περιοχή συχνοτήτων. Χρησιμοποιούνται για τη διασφάλιση της υψηλής ευαισθησίας των συσκευών λήψης ραδιοφώνου λόγω της προκαταρκτικής ενίσχυσης σήματος και της επιλογής συχνότητας.

Βασικές απαιτήσεις και δείκτες ποιότητας

1. Κέρδος συντονισμού τάσης

Ή με δύναμη

Οπου σολσε, σολ n - ενεργά στοιχεία της εισόδου του ενισχυτή και αγωγιμότητα φορτίου.

2. Επιλεκτικότητα συχνότητας- κυρίως μέσω του κατοπτρικού καναλιού των υπερετερόδυνων δεκτών (
).

3. Αριθμός θορύβου του ελέγχου συχνότητας RF, το οποίο καθορίζει σε μεγάλο βαθμό την ικανότητα του δέκτη να αναπαράγει χρήσιμες πληροφορίες σε χαμηλά επίπεδα του λαμβανόμενου σήματος. Από την άποψη του ελάχιστου επιπέδου θορύβου, αρκεί το κέρδος ισχύος του ενισχυτή RF να είναι στο επίπεδο 10-100, επομένως ο απαιτούμενος αριθμός σταδίων συνήθως δεν υπερβαίνει τα δύο.

4. Βιωσιμότητα, χαρακτηρίζει την απουσία αυτοδιέγερσης του ενισχυτή.

Επιπλέον, ανάλογα με την απόδοσή τους, οι ενισχυτές RF πρέπει να παρέχουν ενίσχυση σήματος σε ένα συγκεκριμένο δυναμικό εύρος με παραμόρφωση που δεν υπερβαίνει ένα καθορισμένο επίπεδο.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο ενισχυτής ραδιοσυχνοτήτων λειτουργεί με τον τρόπο ενίσχυσης αδύναμων σημάτων, θα θεωρήσουμε ότι η συσκευή του ενισχυτή είναι ένα γραμμικό ενεργό 4-πολικό δίκτυο.

Αντηχητικό στάδιο ενισχυτή μεσαίας-υψηλής συχνότητας

Στο εύρος των μέτριων υψηλές συχνότητες (φά < 300 MHz) για να περιγράψετε τις ιδιότητες των σταδίων του ενισχυτή, είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε το σύστημα Υ-παράμετροι, στις οποίες γράφεται η εξίσωση ενός γραμμικού δικτύου 4 θυρών με τη μορφή (5.1)

(5.1)

Οπου , Και ,- τάσεις και ρεύματα στην είσοδο και στην έξοδο του δικτύου 4 θυρών, αντίστοιχα,

- παράμετροι σε λειτουργία βραχυκύκλωμαστην είσοδο και στην έξοδο ενός δικτύου 4 τερματικών.

Το πιο γενικό κύκλωμα ενός καταρράκτη συντονισμού μπορεί να παρουσιαστεί ως (Εικ. 5.1).

Το σχήμα δείχνει ένα κύκλωμα ενός ενισχυτή συντονισμού, στο οποίο βρίσκεται το κύκλωμα μεγάλοντο μερικώς συνδεδεμένο ως έξοδο τρανζίστορ VT 1, άρα η είσοδος του επόμενου σταδίου στο τρανζίστορ VT 2 . Και στις δύο περιπτώσεις, χρησιμοποιείται σύζευξη αυτομετασχηματιστή. Ωστόσο, σε έναν τέτοιο ενισχυτή, αυτές οι συνδέσεις μπορούν να υλοποιηθούν με άλλο γνωστό τρόπο, για παράδειγμα, χρησιμοποιώντας έναν μετασχηματιστή.

Στοιχεία R 1 , R 2 , ,χρησιμοποιείται για τη ρύθμιση του τρόπου λειτουργίας του ενεργού στοιχείου VT 1 με συνεχές ρεύμα. Το απαραίτητο φιλτράρισμα για την παροχή ρεύματος πραγματοποιείται από φίλτρο Rφά , ντοφά . Ο υπολογισμός αυτών των στοιχείων πραγματοποιείται με τον ίδιο τρόπο που γίνεται για τους απεριοδικούς ενισχυτές. Επομένως, τα ζητήματα ρύθμισης του σημείου λειτουργίας των ενισχυτών συντονισμού δεν εξετάζονται εδώ.

Ανεξάρτητα από τον τύπο σύνδεσης μεταξύ της συσκευής ενίσχυσης και του κυκλώματος συντονισμού, ο ενισχυτής συντονισμού μπορεί να αναπαρασταθεί ως το ακόλουθο ισοδύναμο κύκλωμα (Εικ. 5.2).

Από το παρουσιαζόμενο ισοδύναμο κύκλωμα προκύπτει ότι

(5.2)

Όταν χρησιμοποιείται διπλή σύζευξη αυτομετασχηματιστή, η αγωγιμότητα του φορτίου μπορεί να αναπαρασταθεί ως

, (5.3)

Οπου,
.

Το κέρδος τάσης μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας τις εκφράσεις (5.1) και (5.2).

(5.4)

Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις εκφράσεις, μπορούμε να λάβουμε

(5.5)

Από την τελευταία έκφραση μπορούμε να πάρουμε

, (5.6)

Από πού το παίρνουμε;

όπου είναι η συνολική ισοδύναμη αγωγιμότητα του κυκλώματος.
, Οι ιδιότητες συντονισμού του καταρράκτη καθορίζονται από την απόκριση συχνότητας της αγωγιμότητας και το τελευταίο αντιστοιχεί στο χαρακτηριστικό συντονισμού του ταλαντωτικού κυκλώματος. L.C.

Η ισοδύναμη αντίσταση του ταλαντωτικού κυκλώματος που περιλαμβάνεται στο κύκλωμα συλλέκτη του τρανζίστορ μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής
Συνολική ισοδύναμη αντίσταση βρόχου

, (5.8)

Οπου
μπορεί κανείς να φανταστεί

- γενικευμένος αποσυντονισμός περιγράμματος.

, (5.9)

Οπου
.

- συντελεστής μετασχηματισμού από την έξοδο του πρώτου ενεργού στοιχείου στην είσοδο του επόμενου.

Λαμβάνοντας αυτό υπόψη για τον καταρράκτη συντονισμού, λαμβάνουμε την ακόλουθη έκφραση για το κέρδος

(5.10)

Στη δομή, ο προκύπτων τύπος αντιστοιχεί στον τύπο για τον προσδιορισμό του κέρδους ενός απεριοδικού καταρράκτη, μόνο ένα κύκλωμα συντονισμού χρησιμοποιείται ως φορτίο στο τελευταίο.

Η ενίσχυση των λαμβανόμενων ραδιοσημάτων στη συσκευή λήψης πραγματοποιείται στον προεπιλογέα της, δηλ. σε ραδιοσυχνότητα και μετά τον μετατροπέα συχνότητας - σε ενδιάμεση συχνότητα.

Κατά συνέπεια, γίνεται διάκριση μεταξύ ενισχυτών ραδιοσυχνοτήτων (RFA) και ενισχυτών ενδιάμεσης συχνότητας (IFA). Σε αυτούς τους ενισχυτές, μαζί με την ενίσχυση, πρέπει να διασφαλίζεται και η επιλεκτικότητα συχνότητας του δέκτη. Για το σκοπό αυτό, οι ενισχυτές περιέχουν κυκλώματα συντονισμού: μεμονωμένα κυκλώματα ταλάντωσης, φίλτρα σε συζευγμένα κυκλώματα, διάφορους τύπους φίλτρων συγκεντρωμένης επιλεκτικότητας. Οι ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων με μεταβλητό συντονισμό κατασκευάζονται συνήθως με ένα επιλεκτικό σύστημα παρόμοιο με αυτό που χρησιμοποιείται στο κύκλωμα εισόδου του δέκτη, συνήθως πρόκειται για επιλεκτικά κυκλώματα μονού κυκλώματος. (Πολύπλοκοι τύποι επιλεκτικών συστημάτων με απόκριση συχνότητας κοντά σε ορθογώνια, όπως ηλεκτρομηχανικά φίλτρα, χρησιμοποιούνται σε ενισχυτές ενδιάμεσης συχνότητας. ), EMF

Φίλτρα χαλαζία (QF), φίλτρα με βάση τα επιφανειακά (χύμα) ακουστικά κύματα (SAW, SAW) κ.λπ.

Οι περισσότεροι σύγχρονοι δέκτες χρησιμοποιούν ενισχυτές ενός σταδίου. Λιγότερο συχνά, με υψηλές απαιτήσεις επιλεκτικότητας και θορύβου, τα AMP μπορούν να περιέχουν έως και τρία στάδια.

Τα κύρια ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των ενισχυτών περιλαμβάνουν: .

1.Κέρδος συντονισμού τάσης
, Οπου
- Σε υπερυψηλές συχνότητες (μικροκύματα), χρησιμοποιείται συχνότερα η έννοια του κέρδους ισχύος
ενεργό στοιχείο της αγωγιμότητας εισόδου του ενισχυτή.

- ενεργό συστατικό της αγωγιμότητας του φορτίου. 2.Επιλεκτικότητα συχνότητας του ενισχυτή
.

δείχνει τη σχετική μείωση του κέρδους για ένα δεδομένο αποσυντονισμό
.

Μερικές φορές η επιλεκτικότητα χαρακτηρίζεται από έναν συντελεστή τετραγωνισμού, για παράδειγμα, 3.Φιγούρα θορύβου

καθορίζει τις ιδιότητες θορύβου του ενισχυτή. 4. Παραμόρφωση σήματος στον ενισχυτή

: πλάτος-συχνότητα, φάση, μη γραμμικό. 5. Σταθερότητα ενισχυτή

Τα σχήματα 1-3 δείχνουν τα κύρια κυκλώματα του ενισχυτή και το σχήμα 4 δείχνει το κύκλωμα του ενισχυτή με ένα φίλτρο συγκέντρωσης επιλεκτικότητας (FSI) με τη μορφή ηλεκτρομηχανικού φίλτρου.

Εικ.1. URCH σε τρανζίστορ πεδίου

Εικ.2. URCH on διπολικό τρανζίστορ

Εικ.3. URCH με επαγωγική σύζευξη στο εκλογικό σύστημα

Εικ.4.

Ενισχυτής με φίλτρο συγκεντρωμένης επιλεκτικότητας

Στους ενισχυτές ραδιοσυχνοτήτων και ενδιάμεσων συχνοτήτων, χρησιμοποιούνται κυρίως δύο επιλογές για τη σύνδεση μιας συσκευής ενίσχυσης: με έναν κοινό πομπό (κοινή πηγή) και ένα κύκλωμα cascode για τη σύνδεση τρανζίστορ. μεγάλο Το σχήμα 1 δείχνει ένα κύκλωμα ενός ενισχυτή που βασίζεται σε ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με μια κοινή πηγή. Ένα κύκλωμα ταλάντωσης περιλαμβάνεται στο κύκλωμα αποστράγγισης Το σχήμα 1 δείχνει ένα κύκλωμα ενός ενισχυτή που βασίζεται σε ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με μια κοινή πηγή. . ΝΑ Το σχήμα 1 δείχνει ένα κύκλωμα ενός ενισχυτή που βασίζεται σε ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με μια κοινή πηγή.ΜΕ

Το κύκλωμα ρυθμίζεται από τον πυκνωτή C R3 ντο3 . (μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαμόρφωση ενός κυκλώματος varicap ή varicap matrix). VT1 Ο ενισχυτής χρησιμοποιεί σειριακή ισχύ αποστράγγισης μέσω ενός φίλτρου R2 . Gate Bias Voltage R1 καθορίζεται από την πτώση τάσης από το ρεύμα της πηγής κατά μήκος της αντίστασης VT1 Αντίσταση

είναι η αντίσταση διαρροής του τρανζίστορ και χρησιμεύει για τη μετάδοση τάσης πόλωσης στην πύλη του τρανζίστορ. Στο Σχ. Το σχήμα 2 δείχνει ένα παρόμοιο κύκλωμα του ενισχυτή RF που βασίζεται σε ένα διπολικό τρανζίστορ. Εδώ, διπλή ατελής συμπερίληψη του κυκλώματος με τρανζίστορ VT1, VT2, . που καθιστά δυνατή την παροχή της απαραίτητης παράκαμψης του κυκλώματος από την πλευρά εξόδου του τρανζίστορ VT1 και από την πλευρά εισόδου του τρανζίστορ VT2 μεγάλο Το σχήμα 1 δείχνει ένα κύκλωμα ενός ενισχυτή που βασίζεται σε ένα τρανζίστορ φαινομένου πεδίου με μια κοινή πηγή. . Η τάση τροφοδοσίας παρέχεται στον συλλέκτη τρανζίστορ μέσω του φίλτρου R4C4 και μέρος του πηνίου του κυκλώματος περιστρέφεταιΗ λειτουργία DC και η σταθεροποίηση θερμοκρασίας παρέχονται χρησιμοποιώντας αντιστάσεις R1, R2 και R3. ΙκανότηταΓ2

εξαλείφει το αρνητικό

ανατροφοδότηση . με εναλλασσόμενο ρεύμα.

Στο Σχ. Το σχήμα 3 δείχνει ένα κύκλωμα με μια σύνδεση μετασχηματιστή του κυκλώματος στον συλλέκτη τρανζίστορ και μια σύνδεση αυτομετασχηματιστή στην είσοδο του επόμενου σταδίου. Συνήθως, σε αυτή την περίπτωση, χρησιμοποιείται μια «εκτεταμένη» ρύθμιση κυκλώματος (βλ. εργαστηριακή εργασία Νο. 1).
.

Στο Σχ. Το σχήμα 4 δείχνει ένα διάγραμμα ενός καταρράκτη ενισχυτή με FSI, κατασκευασμένο σε τσιπ 265 UVZ Το μικροκύκλωμα είναι ενισχυτής cascode OE - OB.Οι ενισχυτές ενδιάμεσης συχνότητας παρέχουν το κύριο κέρδος του δέκτη και την επιλεκτικότητα του παρακείμενου καναλιού. Το σημαντικό χαρακτηριστικό τους είναι ότι λειτουργούν σε μια σταθερή ενδιάμεση συχνότητα και έχουν μεγάλο κέρδος της τάξης του

Κοινό σε όλα τα σχήματα είναι η διπλή ελλιπής ένταξη του εκλογικού συστήματος.

(Η πλήρης συμπερίληψη μπορεί να θεωρηθεί ως ειδική περίπτωση όταν οι συντελεστές μετασχηματισμού m και n είναι ίσοι με ένα). Επομένως, για ανάλυση μπορείτε να χρησιμοποιήσετε ένα γενικευμένο ισοδύναμο κύκλωμα του ενισχυτή (βλ. Εικ. 5).

Εικ.5. Γενικευμένο ισοδύναμο κύκλωμα ενισχυτή συντονισμού
,
Στο διάγραμμα, το τρανζίστορ στην πλευρά εξόδου αντικαθίσταται από μια ισοδύναμη γεννήτρια ρεύματος με τις παραμέτρους
και ηλεκτροπληξία
,
, και από την πλευρά εισόδου του επόμενου σταδίου την αγωγιμότητα
.
(
Αντίσταση διαρροής R4 (Εικ. 1) ή διαχωριστικό
).

(Εικ. 2) αντικαθίστανται από αγωγιμότητα
ή σολΣυνήθως το άθροισμα των αγωγιμοτήτωνθεωρείται ότι είναι η αγωγιμότητα του φορτίου

, δηλ.

Η ανάλυση του ισοδύναμου κυκλώματος μας επιτρέπει να λάβουμε όλες τις υπολογιζόμενες σχέσεις για τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του καταρράκτη.

Έτσι, το μιγαδικό κέρδος του καταρράκτη καθορίζεται από την έκφραση

, Πού -

ισοδύναμη αγωγιμότητα συντονισμού του κυκλώματος.

Γενικευμένος αποσυντονισμός περιγράμματος.

Από αυτή τη σχέση είναι εύκολο να προσδιοριστεί ο συντελεστής συντελεστή

κέρδος

και το κέρδος συντονισμού του καταρράκτη ενισχυτή RF
Το κέρδος συντονισμού φτάνει στη μέγιστη τιμή του με την ίδια διακοπή του κυκλώματος από την πλευρά εξόδου της ενεργής συσκευής και από την πλευρά του φορτίου (είσοδος του επόμενου σταδίου), δηλ. Οταν Οι δεδομένες σχέσεις μας επιτρέπουν να λάβουμε την εξίσωση της καμπύλης συντονισμού του ενισχυτή. Έτσι, με μικρές αποσυντονίσεις,

Από πού, εύρος ζώνης RF επίπεδο 0,707 (- 3dB) ισούται μεΤο κέρδος συντονισμού του καταρράκτη ενισχυτή μονού κυκλώματος είναι το ίδιο με αυτό του ενισχυτή μονού κυκλώματος

Οπου
- Για IF με διπλό κύκλωμα φίλτρο διέλευσης ζώνης

το κέρδος συντονισμού του καταρράκτη καθορίζεται από την έκφραση

συντελεστής σύνδεσης μεταξύ κυκλωμάτων και
,
- συντελεστής σύζευξης μεταξύ κυκλωμάτων.

Το κέρδος (τάση) ενός ενισχυτή με οποιοδήποτε FSI κατά την αντιστοίχιση του φίλτρου στην είσοδο και στην έξοδο μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο

Εδώ - χαρακτηριστικές (κυματικές) αντιστάσεις του FSI στην είσοδο και στην έξοδο, αντίστοιχα. - συντελεστής μετάδοσης του φίλτρου στη ζώνη διαφάνειας (μετάδοσης).

Σε περίπτωση που είναι γνωστή η εξασθένηση του φίλτρου στη ζώνη διαφάνειας V ντεσιμπέλ, λοιπόν Παράγοντες ένταξης m

,
.

Και nυπολογίζονται από τη συνθήκη αντιστοίχισης φίλτρου στην είσοδο και στην έξοδο nΤο χαρακτηριστικό συντονισμού του καταρράκτη ενισχυτή με FSI καθορίζεται πλήρως από την καμπύλη αλλαγής συντελεστή μετάδοσης

Το κέρδος του επιλεκτικού ενισχυτή δεν πρέπει να υπερβαίνει την τιμή του σταθερού κέρδους
.
Σε γενικές γραμμές,

μπορεί να εκτιμηθεί από την έκφραση

Εάν ένα κύκλωμα cascode χρησιμοποιείται ως ενισχυτικό στοιχείο, τότε είναι απαραίτητο να αντικαταστήσετε τις αντίστοιχες τιμές αγωγιμότητας για το κύκλωμα cascode, για παράδειγμα, για το κύκλωμα OE - OB Σε περίπτωση χρήσηςτρανζίστορ εφέ πεδίου

το ενεργό συστατικό της αγωγιμότητας μπορεί να παραμεληθεί και Καλησπέρα αγαπητέ habrauser, θέλω να σου πω τα βασικά της κατασκευής ενισχυτώνηχητική συχνότητα

. Νομίζω ότι αυτό το άρθρο θα είναι ενδιαφέρον για εσάς αν δεν έχετε εργαστεί ποτέ σε ραδιοηλεκτρονικά, και φυσικά θα είναι αστείο για όσους δεν αποχωρίζονται ποτέ το κολλητήρι. Και έτσι θα προσπαθήσω να μιλήσω για αυτό το θέμα όσο πιο απλά γίνεται και, δυστυχώς, παραλείποντας κάποιες από τις αποχρώσεις.

Ένας ενισχυτής ήχου ή ένας ενισχυτής χαμηλής συχνότητας, για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί και γιατί υπάρχουν τόσα πολλά τρανζίστορ, αντιστάσεις και πυκνωτές, πρέπει να κατανοήσετε πώς λειτουργεί κάθε στοιχείο και να προσπαθήσετε να μάθετε πώς είναι διατεταγμένα αυτά τα στοιχεία. Για να συναρμολογήσουμε έναν πρωτόγονο ενισχυτή, χρειαζόμαστε τρεις τύπους ηλεκτρονικών στοιχείων: αντιστάσεις, πυκνωτές και, φυσικά, τρανζίστορ.

Αντίσταση Έτσι, οι αντιστάσεις μας χαρακτηρίζονται από αντίσταση στο ηλεκτρικό ρεύμα και αυτή η αντίσταση μετριέται σε Ohms. Κάθε ηλεκτρικά αγώγιμο μέταλλο ή κράμα μετάλλων έχει τη δική του ειδική αντίσταση. Εάν πάρουμε ένα σύρμα ορισμένου μήκους με υψηλή ειδική αντίσταση, τότε θα πάρουμε μια πραγματική αντίσταση με σύρμα. Για να γίνει η αντίσταση συμπαγής, το σύρμα μπορεί να τυλιχτεί γύρω από το πλαίσιο. Με αυτόν τον τρόπο παίρνουμε μια συρμάτινη αντίσταση, αλλά έχει μια σειρά από μειονεκτήματα, επομένως οι αντιστάσεις συνήθως κατασκευάζονται από μεταλλικό-κεραμικό υλικό. Έτσι χαρακτηρίζονται οι αντιστάσεις:

ηλεκτρικά διαγράμματα

Η ανώτερη έκδοση του χαρακτηρισμού υιοθετείται στις ΗΠΑ, η κάτω στη Ρωσία και την Ευρώπη.

Πυκνότητα Ένας πυκνωτής αποτελείται από δύο μεταλλικές πλάκες που χωρίζονται από ένα διηλεκτρικό. Αν εφαρμόσουμε σε αυτές τις πλάκεςσταθερή τάση

, τότε θα εμφανιστεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, το οποίο, μετά την απενεργοποίηση του ρεύματος, θα διατηρήσει θετικά και αρνητικά φορτία στις πλάκες, αντίστοιχα.

Με αυτόν τον τρόπο, ο πυκνωτής είναι σε θέση να συσσωρεύει ηλεκτρικό φορτίο. Αυτή η ικανότητα συσσώρευσης ηλεκτρικού φορτίου ονομάζεται ηλεκτρική χωρητικότητα, η οποία είναι η κύρια παράμετρος ενός πυκνωτή. Ηλεκτρική χωρητικότηταμετρημένο σε Farads. Αυτό που είναι επίσης χαρακτηριστικό είναι ότι όταν φορτίζουμε ή αποφορτίζουμε έναν πυκνωτή περνάει ηλεκτρικό ρεύμα. Μόλις όμως φορτιστεί ο πυκνωτής, σταματά να περνάει ηλεκτρικό ρεύμα, και αυτό γιατί ο πυκνωτής έχει αποδεχτεί τη φόρτιση της πηγής ισχύος, δηλαδή το δυναμικό του πυκνωτή και της πηγής ισχύος είναι το ίδιο, και αν υπάρχει δεν υπάρχει διαφορά δυναμικού (τάση), δεν υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα. Έτσι, ένας φορτισμένος πυκνωτής δεν επιτρέπει τη διέλευση συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος, αλλά το κάνει AC, αφού όταν το συνδέσετε σε εναλλασσόμενο ηλεκτρικό ρεύμα, θα φορτίζεται και θα αποφορτίζεται συνεχώς. Στα ηλεκτρικά διαγράμματα ορίζεται ως εξής:

Τρανζίστορ

Στον ενισχυτή μας θα χρησιμοποιήσουμε τα πιο απλά διπολικά τρανζίστορ. Ένα τρανζίστορ είναι κατασκευασμένο από ημιαγωγό υλικό. Η ιδιότητα που χρειαζόμαστε αυτού του υλικού είναι η παρουσία ελεύθερων φορέων τόσο θετικών όσο και αρνητικών φορτίων. Ανάλογα με το ποια φορτία είναι μεγαλύτερα, οι ημιαγωγοί χωρίζονται σε δύο τύπους ανάλογα με την αγωγιμότητα: Παράγοντες ένταξης-τύπος και σελ-τύπος (n-αρνητικό, p-θετικό). Τα αρνητικά φορτία είναι ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται από τα εξωτερικά κελύφη των ατόμων στο κρυσταλλικό πλέγμα και τα θετικά φορτία είναι οι λεγόμενες οπές. Οι οπές είναι κενές θέσεις που παραμένουν στα κελύφη ηλεκτρονίων αφού τα ηλεκτρόνια φύγουν από αυτά. Συμβατικά, υποδηλώνουμε τα άτομα με ένα ηλεκτρόνιο στην εξωτερική τροχιά με έναν μπλε κύκλο με το σύμβολο μείον και τα άτομα με μια κενή θέση με έναν κενό κύκλο:

Κάθε διπολικό τρανζίστορ αποτελείται από τρεις ζώνες τέτοιων ημιαγωγών, οι ζώνες αυτές ονομάζονται βάση, πομπός και συλλέκτης.

Ας δούμε ένα παράδειγμα για το πώς λειτουργεί ένα τρανζίστορ. Για να το κάνετε αυτό, συνδέστε δύο μπαταρίες 1,5 και 5 volt στο τρανζίστορ, με το συν στον πομπό και το μείον στη βάση και τον συλλέκτη, αντίστοιχα (βλ. εικόνα):

Ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο θα εμφανιστεί στην επαφή μεταξύ της βάσης και του πομπού, το οποίο κυριολεκτικά βγάζει ηλεκτρόνια από την εξωτερική τροχιά των ατόμων βάσης και τα μεταφέρει στον πομπό. Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια αφήνουν πίσω τους τρύπες και καταλαμβάνουν κενές θέσεις ήδη στον πομπό. Αυτό το ίδιο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο έχει την ίδια επίδραση στα άτομα του συλλέκτη και δεδομένου ότι η βάση στο τρανζίστορ είναι αρκετά λεπτή σε σχέση με τον πομπό και τον συλλέκτη, τα ηλεκτρόνια του συλλέκτη περνούν πολύ εύκολα μέσα από αυτό στον πομπό και σε πολύ μεγαλύτερες ποσότητες από από τη βάση.

Αν κλείσουμε την τάση από τη βάση, τότε δεν θα υπάρχει ηλεκτρομαγνητικό πεδίοδεν θα γίνει, αλλά η βάση θα λειτουργήσει ως διηλεκτρικό και το τρανζίστορ θα κλείσει. Έτσι, εφαρμόζοντας μια αρκετά χαμηλή τάση στη βάση, μπορούμε να ελέγξουμε την υψηλότερη τάση που εφαρμόζεται στον πομπό και τον συλλέκτη.

Το τρανζίστορ που εξετάσαμε pnp-τύπου, αφού έχει δύο σελ-ζώνες και ένα Παράγοντες ένταξης-ζώνη. Υπάρχουν επίσης npn-τρανζίστορ, η αρχή λειτουργίας σε αυτά είναι η ίδια, αλλά το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει σε αυτά με αντίθετη κατεύθυνση από ότι στο τρανζίστορ που εξετάσαμε. Έτσι υποδεικνύονται τα διπολικά τρανζίστορ στα ηλεκτρικά διαγράμματα, το βέλος δείχνει την κατεύθυνση του ρεύματος:

ULF

Λοιπόν, ας προσπαθήσουμε να σχεδιάσουμε έναν ενισχυτή χαμηλής συχνότητας από όλα αυτά. Πρώτα χρειαζόμαστε ένα σήμα που θα ενισχύσουμε, θα μπορούσε να είναι κάρτα ήχουυπολογιστή ή οποιοδήποτε άλλο συσκευή ήχουμε γραμμική έξοδο. Ας πούμε το σήμα μας με μέγιστο πλάτος περίπου 0,5 βολτ σε ρεύμα 0,2 Α, κάπως έτσι:

Και για να λειτουργήσει το απλούστερο ηχείο των 4 ohm 10 watt, πρέπει να αυξήσουμε το πλάτος του σήματος στα 6 βολτ, στην ισχύ του ρεύματος εγώ = U / R= 6 / 4 = 1,5 A.

Λοιπόν, ας προσπαθήσουμε να συνδέσουμε το σήμα μας σε ένα τρανζίστορ. Θυμηθείτε το κύκλωμα μας με ένα τρανζίστορ και δύο μπαταρίες, τώρα αντί για μπαταρία 1,5 volt έχουμε σήμα εξόδου γραμμής. Η αντίσταση R1 λειτουργεί ως φορτίο για να μην υπάρχει βραχυκύκλωμα και να μην καεί το τρανζίστορ μας.

Αλλά εδώ προκύπτουν δύο προβλήματα ταυτόχρονα, πρώτον το τρανζίστορ μας npn-type, και ανοίγει μόνο όταν η τιμή μισού κύματος είναι θετική και κλείνει όταν το μισό κύμα είναι αρνητικό.

Δεύτερον, ένα τρανζίστορ, όπως κάθε συσκευή ημιαγωγώνέχει μη γραμμικά χαρακτηριστικά σε σχέση με την τάση και το ρεύμα και όσο χαμηλότερες είναι οι τιμές του ρεύματος και της τάσης, τόσο ισχυρότερες είναι αυτές οι παραμορφώσεις:

Όχι μόνο έχει απομείνει μόνο ένα μισό κύμα από το σήμα μας, αλλά θα παραμορφωθεί επίσης:

Αυτή είναι η λεγόμενη παραμόρφωση τύπου step.

Για να απαλλαγούμε από αυτά τα προβλήματα, πρέπει να μεταφέρουμε το σήμα μας σε χώρο εργασίαςτρανζίστορ, όπου θα χωράει ολόκληρο το ημιτονοειδές του σήματος και μη γραμμική παραμόρφωσηθα είναι ασήμαντο. Για να γίνει αυτό, μια τάση πόλωσης, ας πούμε 1 volt, εφαρμόζεται στη βάση χρησιμοποιώντας έναν διαιρέτη τάσης που αποτελείται από δύο αντιστάσεις R2 και R3.

Και το σήμα μας που εισέρχεται στο τρανζίστορ θα μοιάζει με αυτό:

Τώρα πρέπει να αφαιρέσουμε το χρήσιμο σήμα μας από τον συλλέκτη του τρανζίστορ. Για να το κάνετε αυτό, εγκαταστήστε τον πυκνωτή C1:

Όπως θυμόμαστε, ένας πυκνωτής επιτρέπει τη διέλευση εναλλασσόμενου ρεύματος και δεν επιτρέπει τη διέλευση συνεχούς ρεύματος, επομένως θα χρησιμεύσει ως φίλτρο που περνά μόνο το χρήσιμο σήμα μας - το ημιτονοειδές μας κύμα. Και το σταθερό στοιχείο που δεν έχει περάσει από τον πυκνωτή θα διαλυθεί από την αντίσταση R1. Το εναλλασσόμενο ρεύμα, το χρήσιμο σήμα μας, θα τείνει να περάσει μέσα από τον πυκνωτή, επομένως η αντίσταση του πυκνωτή για αυτόν είναι αμελητέα σε σύγκριση με την αντίσταση R1.

Αυτό είναι το πρώτο στάδιο τρανζίστορ του ενισχυτή μας. Υπάρχουν όμως δύο ακόμη μικρές αποχρώσεις:

Δεν ξέρουμε 100% τι σήμα εισέρχεται στον ενισχυτή, τι εάν η πηγή σήματος είναι ελαττωματική, όλα μπορούν να συμβούν, ξανά στατικό ηλεκτρισμόή μια σταθερή τάση περνά μαζί με το χρήσιμο σήμα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει σωστή λειτουργίατρανζίστορ ή ακόμα και να προκαλέσει τη διάσπασή του. Για να γίνει αυτό, θα εγκαταστήσουμε τον πυκνωτή C2 όπως ο πυκνωτής C1, θα μπλοκάρει το άμεσο ηλεκτρικό ρεύμα και η περιορισμένη χωρητικότητα του πυκνωτή δεν θα επιτρέψει τη διέλευση αιχμών μεγάλου πλάτους, γεγονός που μπορεί να βλάψει το τρανζίστορ. Αυτές οι υπερτάσεις ρεύματος συμβαίνουν συνήθως όταν η συσκευή είναι ενεργοποιημένη ή απενεργοποιημένη.

Και η δεύτερη απόχρωση είναι ότι οποιαδήποτε πηγή σήματος απαιτεί ένα συγκεκριμένο φορτίο (αντίσταση). Επομένως, η σύνθετη αντίσταση εισόδου του καταρράκτη είναι σημαντική για εμάς. Για να ρυθμίσετε την αντίσταση εισόδου, προσθέστε την αντίσταση R4 στο κύκλωμα εκπομπού:

Τώρα γνωρίζουμε τον σκοπό κάθε αντίστασης και πυκνωτή στο στάδιο του τρανζίστορ. Ας προσπαθήσουμε τώρα να υπολογίσουμε ποιες τιμές στοιχείων πρέπει να χρησιμοποιηθούν για αυτό.

Αρχικά δεδομένα:

U= 12 V - τάση τροφοδοσίας;
U bae~ 1 V - Τάση βάσης εκπομπού του σημείου λειτουργίας του τρανζίστορ.

Επιλέγουμε ένα τρανζίστορ που είναι κατάλληλο για εμάς npn-τρανζίστορ 2N2712

Pmax= 200 mW - μέγιστη διασπορά ισχύος.
Imax= 100 mA - μέγιστο D.C.συλλέκτης;
Umax= 18 V - μέγιστη επιτρεπόμενη τάση συλλέκτη-βάση / συλλέκτη-εκπομπός (Έχουμε τάση τροφοδοσίας 12 V, επομένως υπάρχει αρκετή για εξοικονόμηση).
U eb= 5 V - μέγιστη επιτρεπόμενη τάση εκπομπού βάσης (η τάση μας είναι 1 volt ± 0,5 volt).
h21= 75-225 - συντελεστής ενίσχυσης ρεύματος βάσης, η ελάχιστη τιμή είναι αποδεκτή - 75.

Υπολογίζουμε τη μέγιστη στατική ισχύ του τρανζίστορ, λαμβάνεται 20% λιγότερο από τη μέγιστη διασπορά ισχύος, έτσι ώστε το τρανζίστορ μας να μην λειτουργεί στο όριο των δυνατοτήτων του:
Π στ.μέγ = 0,8*Pmax= 0,8 * 200 mW = 160 mW;
Ας προσδιορίσουμε το ρεύμα συλλέκτη σε στατική λειτουργία (χωρίς σήμα), παρά το γεγονός ότι δεν παρέχεται τάση στη βάση μέσω του τρανζίστορ, το ηλεκτρικό ρεύμα εξακολουθεί να ρέει σε μικρό βαθμό.
I k0 =Π στ.μέγ / U ke, Πού U ke- Τάση σύνδεσης συλλέκτη-εκπομπού. Το μισό της τάσης τροφοδοσίας διαχέεται στο τρανζίστορ, το δεύτερο μισό θα διαχέεται στις αντιστάσεις:
U ke = U / 2;
I k0 = Π στ.μέγ / (U/ 2) = 160 mW / (12V / 2) = 26,7 mA;
Τώρα ας υπολογίσουμε την αντίσταση φορτίου, αρχικά είχαμε μία αντίσταση R1, η οποία εκτελούσε αυτόν τον ρόλο, αλλά αφού προσθέσαμε την αντίσταση R4 για να αυξήσουμε την αντίσταση εισόδου του καταρράκτη, τώρα η αντίσταση φορτίου θα είναι το άθροισμα των R1 και R4:
R n = R1 + R4, Πού R n- συνολική αντίσταση φορτίου.
Η αναλογία μεταξύ R1 και R4 συνήθως θεωρείται ότι είναι 1 προς 10:
R1 =R4*10;
Ας υπολογίσουμε την αντίσταση φορτίου:
R1 + R4 = (U / 2) / I k0= (12V / 2) / 26,7 mA = (12V / 2) / 0,0267 A = 224,7 Ohm;
Οι πλησιέστερες τιμές αντίστασης είναι 200 και 27 Ohms. R1= 200 Ohm, α R4= 27 Ohm.
Τώρα ας βρούμε την τάση στον συλλέκτη του τρανζίστορ χωρίς σήμα:
U k0 = (U ke0 + I k0 * R4) = (U - I k0 * R1) = (12V -0,0267 A * 200 Ohm) = 6,7 V;
Ρεύμα βάσης ελέγχου τρανζίστορ:
I β = εγώ να / h21, Πού εγώ να- ρεύμα συλλέκτη.
εγώ να = (U / R n);
I β = (U / R n) / h21= (12V / (200 Ohm + 27 Ohm)) / 75 = 0,0007 A = 0,07 mA;
Το συνολικό ρεύμα βάσης καθορίζεται από την τάση πόλωσης βάσης, η οποία ρυθμίζεται από το διαιρέτη R2Και R3. Το ρεύμα που ορίζεται από τον διαιρέτη πρέπει να είναι 5-10 φορές μεγαλύτερο από το ρεύμα ελέγχου βάσης ( I β), έτσι ώστε το ίδιο το ρεύμα ελέγχου βάσης να μην επηρεάζει την τάση πόλωσης. Έτσι, για την τρέχουσα τιμή διαιρέτη ( I περιπτώσεις) δεχόμαστε 0,7 mA και υπολογίζουμε R2Και R3:
R2 + R3 = U / I περιπτώσεις= 12V / 0,007 = 1714,3 Ohm
Τώρα ας υπολογίσουμε την τάση στον πομπό στο υπόλοιπο του τρανζίστορ ( U e):
U e = I k0 * R4= 0,0267 A * 27 Ohm = 0,72 V
Ναί, I k0συλλέκτης ρεύμα ηρεμίας, αλλά το ίδιο ρεύμα περνάει και από τον πομπό, άρα I k0θεωρείται το ρεύμα ηρεμίας ολόκληρου του τρανζίστορ.
Υπολογίζουμε τη συνολική τάση στη βάση ( U β) λαμβάνοντας υπόψη την τάση πόλωσης ( U cm= 1V):
U β = U e + U cm= 0,72 + 1 = 1,72 V
Τώρα, χρησιμοποιώντας τον τύπο διαιρέτη τάσης, βρίσκουμε τις τιμές των αντιστάσεων R2Και R3:
R3 = (R2 + R3) * U β / U= 1714,3 Ohm * 1,72 V / 12 V = 245,7 Ohm;
Η πλησιέστερη τιμή αντίστασης είναι 250 ohms.
R2 = (R2 + R3) - R3= 1714,3 Ohm - 250 Ohm = 1464,3 Ohm;
Επιλέγουμε την τιμή της αντίστασης προς την κατεύθυνση μείωσης, την πλησιέστερη R2= 1,3 kOhm.
Πυκνωτές Γ1Και μέρος του πηνίου του κυκλώματος περιστρέφεταιΣυνήθως ρυθμίζεται σε τουλάχιστον 5 μF. Η χωρητικότητα επιλέγεται έτσι ώστε ο πυκνωτής να μην έχει χρόνο να επαναφορτιστεί.

Σύναψη

Στην έξοδο του καταρράκτη παίρνουμε αναλογικά ενισχυμένο σήματόσο σε ρεύμα όσο και σε τάση, δηλαδή σε ισχύ. Δεν αρκεί όμως ένα στάδιο για να πετύχουμε το απαιτούμενο κέρδος, οπότε θα πρέπει να προσθέσουμε το επόμενο και το επόμενο... Και ούτω καθεξής.

Ο εξεταζόμενος υπολογισμός είναι αρκετά επιφανειακός και ένα τέτοιο κύκλωμα ενίσχυσης, φυσικά, δεν χρησιμοποιείται στην κατασκευή ενισχυτών, δεν πρέπει να ξεχνάμε το εύρος των μεταδιδόμενων συχνοτήτων, την παραμόρφωση και πολλά άλλα.