Lae-frekwensie versterker (hierna verwys as ULF) is 'n elektroniese toestel wat ontwerp is om lae-frekwensie ossillasies te versterk na die een wat die verbruiker nodig het. Hulle kan uitgevoer word op verskeie elektroniese elemente soos verskillende tipes transistors, buise of operasionele versterkers. Alle ULF'e het 'n aantal parameters wat die doeltreffendheid van hul werk kenmerk.
Hierdie artikel sal praat oor die gebruik van so 'n toestel, sy parameters, metodes van konstruksie met behulp van verskeie elektroniese komponente. Die stroombaan van laefrekwensieversterkers sal ook oorweeg word.
ULF-aansoek
ULF word die meeste in klankweergawetoerusting gebruik, want in hierdie veld van tegnologie is dit dikwels nodig om die seinfrekwensie te versterk tot dit wat die menslike liggaam kan waarneem (van 20 Hz tot 20 kHz).
Ander ULF-toepassings:
- meettegnologie;
- defektoskopie;
- analoge rekenaar.
Basversterkers word oor die algemeen gevind as komponente van verskeie elektroniese stroombane, soos radio's, akoestiese toestelle, televisies of radiosenders.
Parameters
Die belangrikste parameter vir 'n versterker is die wins. Dit word bereken as die verhouding van die uitset tot die inset. Afhangende van die waarde wat oorweeg word, onderskei hulle:
- stroomwins=uitsetstroom / insetstroom;
- spanningswins=uitsetspanning / insetspanning;
- kragtoename=uitsetkrag / insetkrag.
Vir sommige toestelle, soos op-versterkers, is die waarde van hierdie koëffisiënt baie groot, maar dit is ongerieflik om met te groot (asook te klein) getalle in berekeninge te werk, dus word winste dikwels in logaritmiese uitgedrukte eenhede. Die volgende formules geld hiervoor:
- kragtoename in logaritmiese eenhede=10logaritme van die verlangde drywingstoename;
- stroomwins in logaritmiese eenhede=20desimale logaritme van verlangde stroomwins;
- spanningswins in logaritmiese eenhede=20logaritme van die verlangde spanningswins.
Koëffisiënte wat op hierdie manier bereken word, word in desibel gemeet. Verkorte naam - dB.
Die volgende belangrike parameterversterker - seinvervormingskoëffisiënt. Dit is belangrik om te verstaan dat seinversterking plaasvind as gevolg van die transformasies en veranderinge daarvan. Nie die feit dat hierdie transformasies altyd korrek sal plaasvind nie. Om hierdie rede kan die uitsetsein van die insetsein verskil, byvoorbeeld in vorm.
Ideale versterkers bestaan nie, so vervorming is altyd teenwoordig. Dit is waar, in sommige gevalle gaan hulle nie verder as die toelaatbare perke nie, terwyl dit in ander gevalle doen. As die harmonieke van die seine by die uitset van die versterker saamval met die harmonieke van die insetseine, dan is die vervorming lineêr en word slegs tot 'n verandering in amplitude en fase verminder. As nuwe harmonieke by die uitset verskyn, dan is die vervorming nie-lineêr, want dit lei tot 'n verandering in die seinvorm.
Met ander woorde, as die vervorming lineêr is en daar was 'n "a" sein by die inset van die versterker, dan sal die uitset 'n "A" sein wees, en as dit nie-lineêr is, dan is die uitset sal 'n "B" sein wees.
Die laaste belangrike parameter wat die werking van die versterker kenmerk, is die uitsetkrag. Kragvariëteite:
- Rated.
- Paspoortgeraas.
- Maksimum korttermyn.
- Maksimum langtermyn.
Al vier tipes word gestandaardiseer deur verskeie GOST's en standaarde.
Vamplifiers
Geskiedkundig is die eerste versterkers op vakuumbuise geskep, wat aan die klas van vakuumtoestelle behoort.
Afhangende van die elektrodes wat binne die hermetiese fles geleë is, word die lampe onderskei:
- diodes;
- triodes;
- tetrodes;
- pentodes.
Maksimumdie aantal elektrodes is agt. Daar is ook sulke elektrovakuumtoestelle soos klystrons.
Triode-versterker
In die eerste plek is dit die moeite werd om die oorskakelingskema te verstaan. 'n Beskrywing van die lae-frekwensie triode versterkerkring word hieronder gegee.
Die filament wat die katode verhit, word bekragtig. Spanning word ook aan die anode toegepas. Onder die werking van temperatuur word elektrone uit die katode geslaan, wat na die anode jaag, waarop 'n positiewe potensiaal toegepas word (elektrone het 'n negatiewe potensiaal).
Deel van die elektrone word deur die derde elektrode onderskep - die rooster, waarop spanning ook toegepas word, net afwisselend. Met behulp van die rooster word die anodestroom (die stroom in die stroombaan as geheel) gereguleer. As 'n groot negatiewe potensiaal op die rooster toegepas word, sal al die elektrone van die katode daarop afsak, en geen stroom sal deur die lamp vloei nie, want die stroom is 'n gerigte beweging van elektrone, en die rooster blokkeer hierdie beweging.
Die lampversterking pas die weerstand aan wat tussen die kragtoevoer en die anode gekoppel is. Dit stel die verlangde posisie van die bedryfspunt op die stroom-spanning karakteristiek, waarvan die versterkingsparameters afhang.
Hoekom is die posisie van die bedryfspunt so belangrik? Omdat dit afhang van hoeveel stroom en spanning (en dus krag) in die lae-frekwensie versterkerkring versterk sal word.
Die uitsetsein op die triode-versterker word geneem vanaf die area tussen die anode en die resistor wat daarvoor gekoppel is.
Versterker aanklystron
Die beginsel van werking van 'n lae-frekwensie klystron-versterker is gebaseer op seinmodulasie eers in spoed en dan in digtheid.
Die klystron is soos volg gerangskik: die fles het 'n katode wat deur 'n filament verhit word, en 'n versamelaar (analoog aan die anode). Tussen hulle is die inset- en uitsetresonators. Elektrone wat deur die katode vrygestel word, word versnel deur 'n spanning wat op die katode toegepas word en jaag na die versamelaar.
Sommige elektrone sal vinniger beweeg, ander stadiger – dit is hoe snelheidsmodulasie lyk. As gevolg van die verskil in die spoed van beweging, word elektrone in strale gegroepeer - dit is hoe digtheidsmodulasie homself manifesteer. Die digtheid-gemoduleerde sein gaan die uitsetresonator binne, waar dit 'n sein van dieselfde frekwensie skep, maar groter krag as die insetresonator.
Dit blyk dat die kinetiese energie van elektrone omgeskakel word in die energie van mikrogolfossillasies van die elektromagnetiese veld van die uitsetresonator. Dit is hoe die sein in die klystron versterk word.
Kenmerke van elektrovakuumversterkers
As ons die kwaliteit vergelyk van dieselfde sein wat deur 'n buistoestel versterk word en ULF op transistors, sal die verskil met die blote oog sigbaar wees, nie ten gunste van laasgenoemde nie.
Enige professionele musikant sal jou vertel dat buisversterkers baie beter is as hul gevorderde eweknieë.
Elektrovakuumtoestelle het lankal nie meer massa gebruik nie, dit is deur transistors en mikrobane vervang, maar dit is irrelevant vir die veld van klankweergawe. As gevolg van die temperatuurstabiliteit en vakuum binne, versterk lamptoestelle die sein beter.
Die enigste nadeel van die buis ULF is die hoë prys, wat logies is: dit is duur om elemente te vervaardig wat nie in massa aanvraag is nie.
Bipolêre transistorversterker
Dikwels word versterkertrappe saamgestel deur transistors te gebruik. 'n Eenvoudige lae-frekwensie versterker kan saamgestel word uit net drie basiese elemente: 'n kapasitor, 'n weerstand en 'n n-p-n transistor.
Om so 'n versterker saam te stel, sal jy die emitter van die transistor moet aard, 'n kapasitor in serie aan sy basis koppel, en 'n resistor in parallel. Die vrag moet voor die versamelaar geplaas word. Dit is raadsaam om 'n beperkingsweerstand aan die kollektor in hierdie stroombaan te koppel.
Die toelaatbare toevoerspanning van so 'n lae-frekwensie versterkerkring wissel van 3 tot 12 volt. Die waarde van die weerstand moet eksperimenteel gekies word, met inagneming van die feit dat die waarde daarvan minstens 100 keer die lasweerstand moet wees. Die waarde van die kapasitor kan wissel van 1 tot 100 mikrofarads. Die kapasitansie daarvan beïnvloed die hoeveelheid frekwensie waarteen die versterker kan werk. Hoe groter die kapasitansie, hoe laer is die frekwensiegradering wat die transistor kan versterk.
Die insetsein van die laefrekwensie bipolêre transistorversterker word op die kapasitor toegepas. Die positiewe kragpool moet aan die verbindingspunt van die las gekoppel word en die weerstand in parallel met die basis en die kapasitor gekoppel word.
Om die kwaliteit van so 'n sein te verbeter, kan jy 'n parallelgekoppelde kapasitor en resistor aan die emitter koppel, wat die rol van negatiewe terugvoer speel.
Versterker met twee bipolêre transistors
Om die wins te verhoog, kan jy twee enkel ULF-transistors in een koppel. Dan kan die winste van hierdie toestelle vermenigvuldig word.
Alhoewel as jy aanhou om die aantal versterkerstadiums te vermeerder, sal die kans op selfopwekking van versterkers toeneem.
Veldeffek-transistorversterker
Lae-frekwensie versterkers word ook saamgestel op veld-effek transistors (hierna na verwys as PT). Die stroombane van sulke toestelle verskil nie veel van dié wat op bipolêre transistors saamgestel word nie.
'n N-kanaal-geïsoleerde hek-FET (ITF-tipe) versterker sal as 'n voorbeeld beskou word.
'n Kapasitor is in serie gekoppel aan die substraat van hierdie transistor, en 'n spanningsverdeler is in parallel gekoppel. 'n Resistor is aan die bron van die FET gekoppel (jy kan ook 'n parallelle verbinding van 'n kapasitor en 'n weerstand gebruik, soos hierbo beskryf). 'n Beperkende weerstand en krag word aan die drein gekoppel, en 'n lasterminaal word tussen die weerstand en die drein geskep.
Die insetsein na lae-frekwensie veld-effek transistor versterkers word op die hek toegepas. Dit word ook deur 'n kapasitor gedoen.
Soos jy uit die verduideliking kan sien, verskil die eenvoudigste veldeffek-transistor-versterkerkring nie van die lae-frekwensie bipolêre transistor-versterkerkring nie.
Wanneer daar egter met PT gewerk word, moet die volgende kenmerke van hierdie elemente in ag geneem word:
- FET hoog Rinvoer=I / Ugate-source. Veld-effek transistors word beheer deur 'n elektriese veld,wat deur stres gegenereer word. Daarom word VOO's deur spanning beheer, nie stroom nie.
- VOO's verbruik amper geen stroom nie, wat 'n effense vervorming van die oorspronklike sein meebring.
- Daar is geen ladinginspuiting in veldeffek-transistors nie, so die geraasvlak van hierdie elemente is baie laag.
- Hulle is temperatuurbestand.
Die grootste nadeel van VOO's is hul hoë sensitiwiteit vir statiese elektrisiteit.
Baie is vertroud met die situasie wanneer skynbaar nie-geleidende dinge 'n persoon skok. Dit is die manifestasie van statiese elektrisiteit. As so 'n impuls op een van die kontakte van die veld-effek transistor toegepas word, kan die element gedeaktiveer word.
Dus, wanneer jy met die PT werk, is dit beter om nie die kontakte met jou hande te neem om nie die element per ongeluk te beskadig nie.
OpAmp-toestel
Operasionele versterker (hierna verwys as op-amp) is 'n toestel met gedifferensieerde insette, wat 'n baie hoë wins het.
Seinversterking is nie die enigste funksie van hierdie element nie. Dit kan ook as 'n seingenerator werk. Dit is nietemin sy versterkende eienskappe wat van belang is vir werk met lae frekwensies.
Om 'n seinversterker van 'n bedryfsversterker te maak, moet jy 'n terugvoerkring korrek daaraan koppel, wat 'n gewone weerstand is. Hoe om te verstaan waar om hierdie stroombaan te verbind? Om dit te doen, moet jy na die oordragkenmerk van die op-versterker verwys. Dit het twee horisontale en een lineêre seksie. As die bedryfspunttoestel is op een van die horisontale seksies geleë, dan werk die op-versterker in generatormodus (pulsmodus), as dit op 'n lineêre seksie geleë is, dan versterk die op-versterker die sein.
Om die op-versterker na lineêre modus oor te dra, moet jy die terugvoerweerstand met een kontak aan die uitset van die toestel koppel, en die ander - aan die inverterende inset. Hierdie insluiting word negatiewe terugvoer (NFB) genoem.
As dit vereis word dat die lae frekwensie sein versterk word en nie in fase verander nie, dan moet die inverterende inset met OOS geaard word, en die versterkte sein moet toegepas word op die nie-omkeer inset. As dit nodig is om die sein te versterk en die fase daarvan met 180 grade te verander, dan moet die nie-omkeer-inset geaard wees, en die insetsein moet aan die inverterende een gekoppel word.
In hierdie geval moet ons nie vergeet dat die operasionele versterker van krag van teenoorgestelde polariteite voorsien moet word nie. Hiervoor het hy spesiale kontakleiers.
Dit is belangrik om daarop te let dat die werk met sulke toestelle soms moeilik is om elemente vir die lae-frekwensie versterkerkring te kies. Hulle noukeurige koördinasie word vereis nie net in terme van nominale waardes nie, maar ook in terme van die materiale waaruit hulle gemaak is, om die verlangde winsparameters te bereik.
Versterker op 'n skyfie
ULF kan saamgestel word op elektrovakuumelemente, en op transistors, en op operasionele versterkers, slegs vakuumbuise is die vorige eeu, en die res van die stroombane is nie sonder foute nie, waarvan die regstelling noodwendig die ontwerp bemoeilik van die versterker. Dit is ongerieflik.
Ingenieurs het lankal 'n geriefliker opsie gevind om ULF te skep: die industrie vervaardig klaargemaakte mikrobane wat as versterkers dien.
Elkeen van hierdie stroombane is 'n stel op-versterkers, transistors en ander elemente wat op 'n sekere manier verbind is.
Voorbeelde van sommige ULF-reekse in die vorm van geïntegreerde stroombane:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Al die bogenoemde reekse word in oudiotoerusting gebruik. Elke model het verskillende eienskappe: toevoerspanning, uitsetkrag, wins.
Hulle word gemaak in die vorm van klein elemente met baie penne, wat gerieflik is om op die bord te plaas en te monteer.
Om met 'n lae-frekwensie versterker op 'n mikrokring te werk, is dit nuttig om die basiese beginsels van logiese algebra te ken, asook die beginsels van werking van logiese elemente EN-NIE, OF-NIE.
Byna enige elektroniese toestel kan op logiese elemente saamgestel word, maar in hierdie geval sal baie stroombane lywig en ongerieflik vir installasie blyk te wees.
Daarom blyk die gebruik van klaargemaakte geïntegreerde stroombane wat die ULF-funksie verrig die gerieflikste praktiese opsie te wees.
Skemaverbetering
Bogenoemde was 'n voorbeeld van hoe jy die versterkte sein kan verbeter wanneer jy met bipolêre en veldeffek-transistors werk (deur 'n kapasitor en resistor in parallel te koppel).
Sulke strukturele opgraderings kan met byna enige skema gemaak word. Natuurlik neem die bekendstelling van nuwe elemente toespanningsval (verliese), maar danksy dit kan die eienskappe van verskeie stroombane verbeter word. Byvoorbeeld, kapasitors is uitstekende frekwensiefilters.
Op resistiewe, kapasitiewe of induktiewe elemente, word dit aanbeveel om die eenvoudigste filters te versamel wat frekwensies uitfiltreer wat nie in die stroombaan behoort te val nie. Deur resistiewe en kapasitiewe elemente met operasionele versterkers te kombineer, kan meer doeltreffende filters (integreerders, Sallen-Key differensiators, kerf- en banddeurlaatfilters) saamgestel word.
Ten slot
Die belangrikste parameters van frekwensieversterkers is:
- gain;
- seinvervormingsfaktor;
- kraguitset.
Laefrekwensieversterkers word die meeste in oudiotoerusting gebruik. Jy kan toesteldata feitlik op die volgende elemente insamel:
- op vakuumbuise;
- op transistors;
- op operasionele versterkers;
- op voltooide skyfies.
Die kenmerke van laefrekwensieversterkers kan verbeter word deur weerstandige, kapasitiewe of induktiewe elemente in te voer.
Elkeen van die skemas hierbo het sy eie voordele en nadele: sommige versterkers is duur om te monteer, sommige kan versadiging ingaan, vir sommige is dit moeilik om die elemente wat gebruik word te koördineer. Daar is altyd kenmerke waarmee die versterkerontwerper te doen het.
Deur al die aanbevelings in hierdie artikel te gebruik, kan jy jou eie versterker bou vir tuisgebruikin plaas daarvan om hierdie toestel te koop, wat baie geld kan kos wanneer dit by toestelle van hoë geh alte kom.
