Wzmacniacze - skrócona instrukcja

Każdy materialw naturze ma pewne właściwości. Te właściwości określają zachowanie materiałów. Nauka o materiałach to dział elektroniki zajmujący się badaniem przepływu elektronów w różnych materiałach lub przestrzeniach, gdy są one poddane różnym warunkom.

W wyniku mieszania się atomów w ciałach stałych zamiast pojedynczych poziomów energii utworzą się pasma poziomów energii. Te zestawy poziomów energii, które są ściśle upakowane, nazywa sięEnergy bands.

Rodzaje materiałów

Nazywa się pasmo energii, w którym obecne są elektrony walencyjne Valence band, podczas gdy pasmo, w którym obecne są elektrony przewodzące, nazywa się Conduction band. Luka energetyczna między tymi dwoma pasmami nazywa sięForbidden energy gap.

Pod względem elektronicznym materiały są ogólnie klasyfikowane jako izolatory, półprzewodniki i przewodniki.

• Insulators- Izolatory to takie materiały, w których przewodzenie nie może odbywać się ze względu na dużą zabronioną szczelinę. Przykłady: drewno, guma.

• Semiconductors- Półprzewodniki to takie materiały, w których zabroniona przerwa energetyczna jest niewielka, a przewodzenie ma miejsce, jeśli zostanie przyłożona energia zewnętrzna. Przykłady: krzem, german.

• Conductors- Przewodniki to takie materiały, w których zabroniona przerwa energetyczna znika, gdy pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa stają się bardzo blisko siebie, tak że zachodzą na siebie. Przykłady: miedź, aluminium.

Spośród wszystkich trzech izolatorów stosuje się tam, gdzie wymagana jest rezystywność do elektryczności, a przewodniki są używane tam, gdzie przewodnictwo musi być wysokie. Półprzewodniki to te, które wzbudzają szczególne zainteresowanie sposobem ich wykorzystania.

Półprzewodniki

ZA Semiconductorjest substancją, której rezystywność znajduje się między przewodnikami i izolatorami. Właściwość rezystywności nie jest jedyną, która decyduje o materiale jako półprzewodniku, ale ma kilka następujących właściwości.

• Półprzewodniki mają rezystywność mniejszą niż izolatory i większą niż przewodniki.

• Półprzewodniki mają ujemny współczynnik temperaturowy. Opór w półprzewodnikach rośnie wraz ze spadkiem temperatury i odwrotnie.

• Właściwości przewodzące półprzewodnika zmieniają się po dodaniu do niego odpowiedniego metalicznego zanieczyszczenia, co jest bardzo ważną właściwością.

Urządzenia półprzewodnikowe są szeroko stosowane w dziedzinie elektroniki. Tranzystor zastąpił nieporęczne lampy próżniowe, dzięki czemu zmniejszył się rozmiar i koszt urządzeń, a rewolucja ta stale przyspieszała, prowadząc do nowych wynalazków, takich jak zintegrowana elektronika. Półprzewodniki można sklasyfikować w sposób pokazany poniżej.

Mówi się, że półprzewodnik w swojej niezwykle czystej postaci to intrinsic semiconductor. Ale zdolność przewodzenia tej czystej postaci jest zbyt niska. W celu zwiększenia zdolności przewodzenia wewnętrznego półprzewodnika, lepiej jest dodać trochę zanieczyszczeń. Ten proces dodawania zanieczyszczeń nazywa sięDoping. Teraz ten domieszkowany wewnętrzny półprzewodnik nazywa sięExtrinsic Semiconductor.

Dodawane zanieczyszczenia są na ogół pentavalent i trivalentzanieczyszczenia. W zależności od tego typu zanieczyszczeń przeprowadza się inną klasyfikację. Kiedypentavalent zanieczyszczenie jest dodawane do czystego półprzewodnika, nazywa się to N-type extrinsic Semiconductor. Jak dobrze, gdytrivalent zanieczyszczenie jest dodawane do czystego półprzewodnika, nazywa się to P-type extrinsic Semiconductor.

PN Junction

Kiedy elektron przemieszcza się ze swojego miejsca, mówi się, że tworzy się tam dziura. Zatem dziura to brak elektronu. Jeśli mówi się, że elektron został przesunięty z bieguna ujemnego na biegun dodatni, oznacza to, że dziura jest przesuwana z bieguna dodatniego na ujemny.

Wymienione materiały to podstawy technologii półprzewodnikowej. PlikN-type materiał utworzony przez dodanie pięciowartościowych zanieczyszczeń ma electrons as its majority carriersi dziury jako przewoźnicy mniejszościowi. Podczas, gdyP-type materiał utworzony przez dodanie trójwartościowych zanieczyszczeń ma holes as its majority carriers i elektrony jako nośniki mniejszościowe.

Spróbujmy zrozumieć, co się dzieje, gdy materiały P i N. są ze sobą łączone.

Jeśli materiał typu P i N są zbliżone do siebie, oba łączą się, tworząc połączenie, jak pokazano na poniższym rysunku.

Materiał typu P ma holes jako majority carriers a materiał typu N. electrons jako majority carriers. Ponieważ przeciwne ładunki przyciągają się, kilka dziur w typie P ma tendencję do przechodzenia na stronę n, podczas gdy niewiele elektronów w typie N ma tendencję do przechodzenia na stronę P.

Gdy oba z nich przemieszczają się w kierunku złącza, dziury i elektrony rekombinują ze sobą, neutralizując i tworząc jony. Teraz, w tym połączeniu, istnieje obszar, w którym powstają jony dodatnie i ujemne, zwany asPN junction lub barierę skrzyżowań, jak pokazano na rysunku.

Powstawanie jonów ujemnych po stronie P i jonów dodatnich po stronie N skutkuje utworzeniem wąskiego naładowanego obszaru po obu stronach złącza PN. Region ten jest teraz wolny od ruchomych nośników ładunku. Obecne tutaj jony były nieruchome i utrzymywały między sobą obszar przestrzeni bez nośników ładunku.

Ponieważ ten obszar działa jako bariera między materiałami typu P i N, jest również nazywany jako Barrier junction. To ma inną nazwę zwaną asDepletion regionco oznacza, że ​​wyczerpuje oba regiony. Występuje różnica potencjałów V _D spowodowana tworzeniem się jonów w poprzek złącza zwanego asPotential Barrierponieważ zapobiega dalszemu przemieszczaniu się dziur i elektronów przez złącze. Ta formacja nazywa sięDiode.

Odchylenie diody

Kiedy dioda lub dowolne dwa elementy końcowe są połączone w obwodzie, ma dwa stany polaryzacji z podanym zasilaniem. Oni sąForward biased stan i Reverse biased stan: schorzenie.

Warunek uprzedzający

Gdy dioda jest podłączona w obwodzie, z jej anode to the positive terminal i cathode to the negative zacisku zasilania, wówczas mówi się, że takie połączenie jest forward biased stan: schorzenie.

Ten rodzaj połączenia sprawia, że ​​obwód jest coraz bardziej spolaryzowany do przodu i pomaga w lepszym przewodzeniu. Dioda dobrze przewodzi w stanie przewodzenia.

Warunek odwrotnej tendencji

Gdy dioda jest podłączona w obwodzie, z jej anode to the negative terminal i cathode to the positive zacisku zasilania, wówczas mówi się, że takie połączenie jest Reverse biased stan: schorzenie.

Ten rodzaj połączenia sprawia, że ​​obwód jest coraz bardziej spolaryzowany wstecz i pomaga w minimalizowaniu i zapobieganiu przewodzenia. Dioda nie może przewodzić w stanie spolaryzowanym odwrotnie.

Mając powyższe informacje, mamy teraz dobre pojęcie o tym, czym jest złącze PN. Mając tę ​​wiedzę, przejdźmy dalej i poznajmy tranzystory w następnym rozdziale.

Po zapoznaniu się ze szczegółami na temat pojedynczego złącza PN lub po prostu diody, spróbujmy wybrać połączenie dwóch złączy PN. Jeśli do pojedynczego złącza PN zostanie dodany inny materiał typu P lub N, powstanie kolejne złącze. Taka formacja nazywana jest po prostu jakoTransistor.

ZA Transistor to trójzaciskowe urządzenie półprzewodnikowe, które reguluje przepływ prądu lub napięcia i działa jako przełącznik lub bramka dla sygnałów.

Wykorzystuje tranzystor

• Tranzystor działa jako an Amplifier, gdzie należy zwiększyć siłę sygnału.

• Tranzystor działa również jako switch aby wybrać jedną z dostępnych opcji.

• To też regulates przychodzące current and voltage sygnałów.

Szczegóły konstrukcyjne tranzystora

Tranzystor to trójzaciskowe urządzenie półprzewodnikowe, które jest utworzone przez połączenie dwóch diod z tyłu. Stąd matwo PN junctions. Z trzech materiałów półprzewodnikowych obecnych w nim wyciągnięto trzy zaciski. Ten typ połączenia oferuje dwa typy tranzystorów. Oni sąPNP i NPN co oznacza, że ​​materiał typu N między dwoma typami P, a drugi jest materiałem typu P odpowiednio między dwoma typami N.

Poniższa ilustracja przedstawia podstawową budowę tranzystorów

Wskazują trzy zaciski wyciągnięte z tranzystora Emitter, Base i Collectorterminale. Mają swoją funkcjonalność, jak omówiono poniżej.

Emiter

• Lewa strona powyższej struktury może być rozumiana jako Emitter.

• To ma moderate size i jest heavily doped jak jego główną funkcją jest supply Liczba z majority carrierstj. elektrony lub dziury.

• Ponieważ emituje elektrony, nazywany jest Emiterem.

• Wskazuje na to po prostu litera E.

Baza

• Środkowy materiał na powyższym rysunku to Base.

• To jest thin i lightly doped.

• Jego główną funkcją jest pass większość nośników od emitera do kolektora.

• Wskazuje na to litera B.

Kolektor

• Materiał prawej strony na powyższym rysunku można rozumieć jako Collector.

• Jego nazwa wskazuje na jego funkcję collecting the carriers.

• To jest bit largerpod względem wielkości niż emiter i podstawa. To jestmoderately doped.

• Wskazuje na to litera C.

Symbole tranzystorów PNP i NPN przedstawiono poniżej.

Plik arrow-head na powyższych rysunkach wskazano emittertranzystora. Ponieważ kolektor tranzystora musi rozpraszać znacznie większą moc, jest on duży. Ze względu na specyficzne funkcje emitera i kolektora sąnot interchangeable. Dlatego podczas korzystania z tranzystora należy zawsze pamiętać o zaciskach.

W praktycznym tranzystorze w pobliżu wyprowadzenia emitera znajduje się wycięcie w celu identyfikacji. Tranzystory PNP i NPN można rozróżnić za pomocą multimetru. Poniższy obraz pokazuje, jak wyglądają różne praktyczne tranzystory.

Do tej pory omawialiśmy szczegóły konstrukcyjne tranzystora, ale aby zrozumieć działanie tranzystora, najpierw musimy wiedzieć o polaryzacji.

Polaryzacja tranzystora

Skoro wiemy, że tranzystor to połączenie dwóch diod, mamy tutaj dwa złącza. Ponieważ między emiterem a bazą znajduje się jedno połączenie, nazywa się to asEmitter-Base junction i podobnie jest z drugim Collector-Base junction.

Biasingsteruje działaniem obwodu poprzez zapewnienie zasilania. Działanie obu złączy PN jest kontrolowane przez zapewnienie polaryzacji obwodu przez pewne zasilanie prądem stałym. Poniższy rysunek pokazuje, w jaki sposób tranzystor jest polaryzowany.

Patrząc na powyższy rysunek, można to zrozumieć

• Materiał typu N jest zasilany ujemnie, a materiał typu P jest zasilany dodatnio w celu wykonania obwodu Forward bias.

• Materiał typu N zapewnia dodatnie zasilanie, a materiał typu P ma ujemne zasilanie, aby wykonać obwód Reverse bias.

Stosując moc, plik emitter base junction jest zawsze forward biasedponieważ rezystancja emitera jest bardzo mała. Plikcollector base junction jest reverse biaseda jego odporność jest nieco wyższa. Niewielkie odchylenie do przodu jest wystarczające na złączu emitera, podczas gdy wysokie odchylenie do tyłu musi być zastosowane na złączu kolektora.

Kierunek prądu wskazany w powyższych obwodach, zwany także Conventional Current, to ruch prądu dziury, który jest opposite to the electron current.

Działanie tranzystora PNP

Działanie tranzystora PNP można wyjaśnić, patrząc na poniższy rysunek, na którym złącze emiter-baza jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektor-baza jest spolaryzowane do tyłu.

Napięcie V_EEzapewnia dodatni potencjał na emiterze, który odpycha dziury w materiale typu P i te otwory przecinają połączenie emiter-podstawa, aby dotrzeć do obszaru podstawy. Tam bardzo niski procent dziur ponownie łączy się z wolnymi elektronami w regionie N. Zapewnia to bardzo mały prąd, który stanowi prąd bazowyI_B. Pozostałe otwory przecinają połączenie kolektor-podstawa, tworząc prąd kolektoraI_C, czyli prąd dziury.

Gdy dziura dochodzi do zacisku kolektora, elektron z ujemnego zacisku akumulatora wypełnia przestrzeń w kolektorze. Przepływ ten powoli wzrasta, a prąd mniejszości elektronowej przepływa przez emiter, gdzie każdy elektron wchodzi do dodatniego zaciskuV_EE, jest zastąpiony przez otwór, przesuwając się w kierunku złącza emitera. Stanowi to prąd emiteraI_E.

Dlatego możemy zrozumieć, że -

• Przewodzenie w tranzystorze PNP odbywa się przez otwory.

• Prąd kolektora jest nieco mniejszy niż prąd emitera.

• Wzrost lub spadek prądu emitera wpływa na prąd kolektora.

Działanie tranzystora NPN

Działanie tranzystora NPN można wyjaśnić, patrząc na poniższy rysunek, na którym złącze emiter-baza jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektor-baza jest spolaryzowane do tyłu.

Napięcie V_EEzapewnia ujemny potencjał na emiterze, który odpycha elektrony w materiale typu N i te elektrony przechodzą przez złącze emiter-podstawa, aby dotrzeć do obszaru podstawy. Tam bardzo niski procent elektronów ponownie łączy się z wolnymi dziurami w regionie P. Zapewnia to bardzo mały prąd, który stanowi prąd bazowyI_B. Pozostałe otwory przecinają połączenie kolektor-podstawa, tworząc prąd kolektoraI_C.

Gdy elektron wychodzi z zacisku kolektora i wchodzi do dodatniego bieguna baterii, elektron z ujemnego bieguna baterii V_EEwchodzi do regionu emitera. Przepływ ten powoli wzrasta, a prąd elektronów przepływa przez tranzystor.

Dlatego możemy zrozumieć, że -

• Przewodzenie w tranzystorze NPN odbywa się za pośrednictwem elektronów.

• Prąd kolektora jest wyższy niż prąd emitera.

• Wzrost lub spadek prądu emitera wpływa na prąd kolektora.

Zalety tranzystorów

Korzystanie z tranzystora ma wiele zalet, takich jak:

• Wysokie wzmocnienie napięcia.
• Niższe napięcie zasilania jest wystarczające.
• Najbardziej odpowiedni do zastosowań o małej mocy.
• Mniejszy i lżejszy.
• Mechanicznie mocniejszy niż lampy próżniowe.
• Nie wymaga zewnętrznego ogrzewania, takiego jak lampy próżniowe.
• Bardzo nadaje się do integracji z rezystorami i diodami do produkcji układów scalonych.

Istnieje kilka wad, na przykład nie można ich używać w zastosowaniach o dużej mocy ze względu na mniejsze straty mocy. Mają niższą impedancję wejściową i są zależne od temperatury.

Każdy tranzystor ma trzy zaciski: emitter, the basei collector. Korzystając z tych 3 zacisków, tranzystor można podłączyć w obwodzie z jednym zaciskiem wspólnym dla wejścia i wyjścia w trzech różnych możliwych konfiguracjach.

Trzy typy konfiguracji to Common Base, Common Emitter i Common Collectorkonfiguracje. W każdej konfiguracji złącze emitera jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektora do tyłu.

Konfiguracja Common Base (CB)

Sama nazwa sugeruje, że Basezacisk jest traktowany jako wspólny zacisk dla wejścia i wyjścia tranzystora. Połączenie wspólnej bazy dla tranzystorów NPN i PNP pokazano na poniższym rysunku.

Dla zrozumienia rozważmy tranzystor NPN w konfiguracji CB. Po przyłożeniu napięcia emitera, ponieważ jest ono spolaryzowane do przodu, elektrony z ujemnego zacisku odpychają elektrony emitera, a prąd przepływa przez emiter i podstawę do kolektora, dostarczając prąd kolektora. Przez cały czas utrzymywane jest stałe napięcie kolektora V _CB .

W konfiguracji wyłącznika prądem wejściowym jest prąd emitera I_E a prąd wyjściowy jest prądem kolektora I_C.

Aktualny współczynnik wzmocnienia (α)

Stosunek zmiany prądu kolektora (ΔI _C ) do zmiany prądu emitera (ΔI _E ) przy utrzymywaniu stałego napięcia kolektora V _CB nazywa sięCurrent amplification factor. Jest oznaczonyα.

$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$przy stałym V _CB

Wyrażenie dla prądu kolektora

Mając powyższy pomysł, spróbujmy narysować jakieś wyrażenie na prąd kolektora.

Wraz z przepływającym prądem emitera występuje pewna ilość prądu podstawowego I_Bktóry przepływa przez terminal bazowy w wyniku rekombinacji dziury elektronowej. Ponieważ połączenie kolektor-podstawa jest spolaryzowane odwrotnie, istnieje inny prąd, który płynie z powodu nośników ładunku mniejszościowego. Jest to prąd upływowy, który można rozumieć jakoI_leakage. Wynika to z mniejszościowych nośników ładunku, a zatem bardzo małych.

Prąd emitera docierający do zacisku kolektora wynosi

$$\alpha I_E$$

Całkowity prąd kolektora

$$I_C = \alpha I_E + I_{leakage}$$

Jeżeli napięcie bazy nadajnika V _EB = 0, nawet wtedy płynie niewielki prąd upływu, który można określić jako I _CBO (prąd kolektora przy otwartym wyjściu).

Dlatego prąd kolektora można wyrazić jako

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_C + I_B$$

$$I_C = \alpha (I_C + I_B) + I_{CBO}$$

$$I_C (1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C = \left ( \frac{\alpha}{1 - \alpha} \right )I_B + \left ( \frac{1}{1 - \alpha} \right )I_{CBO}$$

Stąd powyższe wyprowadzone jest wyrażeniem na prąd kolektora. Wartość prądu kolektora zależy od prądu bazowego i prądu upływu oraz współczynnika wzmocnienia prądu używanego tranzystora.

Charakterystyka konfiguracji CB

• Ta konfiguracja zapewnia wzmocnienie napięcia, ale brak przyrostu prądu.

• Będąc stałą V _CB , przy niewielkim wzroście napięcia podstawy emitera V _EB , prąd emitera I _E wzrasta.

• Prąd emitera I _E jest niezależny od napięcia kolektora V _CB .

• Napięcie kolektora V _CB może wpływać na prąd kolektora I _C tylko przy niskich napięciach, gdy V _EB jest utrzymywane na stałym poziomie.

• Opór wejściowy R_ijest stosunkiem zmiany napięcia podstawy emitera (ΔV _EB ) do zmiany prądu emitera (ΔI _E ) przy stałym napięciu podstawy kolektora V _CB .

$R_i = \frac{\Delta V_{EB}}{\Delta I_E}$przy stałym V _CB

• Ponieważ opór wejściowy ma bardzo małą wartość, na małej wartości V _EB jest wystarczająco duża, aby wytworzyć przepływ prądu z emitera prąd I _E .

• Opór wyjściowy R_ojest stosunkiem zmiany napięcia podstawy kolektora (ΔV _CB ) do zmiany prądu kolektora (ΔI _C ) przy stałym prądzie emitera IE.

$R_o = \frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_C}$przy stałym I _E

• Ponieważ rezystancja wyjściowa jest bardzo wysokiej wartości, duża zmiana w V _CB wytwarza bardzo niewielkie zmiany w prąd kolektora I _C .

• Taka konfiguracja zapewnia dobrą stabilność przy wzroście temperatury.

• Konfiguracja CB jest używana w aplikacjach o wysokiej częstotliwości.

Konfiguracja wspólnego emitera (CE)

Sama nazwa sugeruje, że Emitterzacisk jest traktowany jako wspólny zacisk dla wejścia i wyjścia tranzystora. Typowe połączenie emitera dla tranzystorów NPN i PNP jest pokazane na poniższym rysunku.

Podobnie jak w konfiguracji CB, złącze emitera jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektora jest spolaryzowane do tyłu. Przepływ elektronów jest kontrolowany w ten sam sposób. Prąd wejściowy to prąd bazowyI_B a prąd wyjściowy jest prądem kolektora I_C tutaj.

Podstawowy współczynnik wzmocnienia prądu (β)

Stosunek zmiany prądu kolektora (ΔI _C ) do zmiany prądu podstawowego (ΔI _B ) jest znany jakoBase Current Amplification Factor. Jest oznaczony przez β.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

Relacja między β i α

Spróbujmy wyprowadzić zależność między współczynnikiem wzmocnienia prądu podstawowego a współczynnikiem wzmocnienia prądu emitera.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Możemy pisać

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Dzielenie przez ΔI _E

$$\beta = \frac{\Delta I_C/\Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

Mamy

$$\alpha = \Delta I_C / \Delta I_E$$

W związku z tym,

$$\beta = \frac{\alpha}{1 - \alpha}$$

Z powyższego równania jasno wynika, że ​​gdy α zbliża się do 1, β osiąga nieskończoność.

W związku z tym, the current gain in Common Emitter connection is very high. Z tego powodu to połączenie obwodu jest najczęściej używane we wszystkich zastosowaniach tranzystorowych.

Wyrażenie dla prądu kolektora

W konfiguracji wspólnego emitera I _B jest prądem wejściowym, a Ja _C jest prądem wyjściowym.

Wiemy

$$I_E = I_B + I_C$$

I

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$= \alpha(I_B + I_C) + I_{CBO}$$

$$I_C(1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Jeśli obwód podstawowy jest otwarty, tj. Jeśli I _B = 0,

Prąd kolektora-emitera przy otwartej podstawie to I _CEO

$$I_{CEO} = \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Zastępując wartość tego w poprzednim równaniu, otrzymujemy

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + I_{CEO}$$

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

Stąd otrzymujemy równanie na prąd kolektora.

Napięcie kolana

W konfiguracji CE, utrzymując stały prąd bazowy I _B , jeśli V _CE jest zmienny, I _C wzrasta prawie do 1v V _CE i pozostaje następnie stałe. Ta wartość V _CE , do której prąd kolektora I _C zmienia się wraz z V _CE, nazywana jestKnee Voltage. Tranzystory podczas pracy w konfiguracji CE pracują powyżej tego napięcia kolanowego.

Charakterystyka konfiguracji CE

• Taka konfiguracja zapewnia dobre wzmocnienie prądowe i napięciowe.

• Utrzymując stałą wartość V _CE , przy niewielkim wzroście V _BE, prąd bazowy I _B rośnie szybko niż w konfiguracjach wyłączników.

• Dla każdej wartości V _CE powyżej napięcia kolanowego, że _C jest w przybliżeniu równa βI _B .

• Opór wejściowy R_ijest stosunkiem zmiany napięcia bazowego emitera (ΔV _BE ) do zmiany prądu bazowego (ΔI _B ) przy stałym napięciu kolektora-emitera V _CE .

$R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$przy stałej V _CE

• Ponieważ opór wejściowy ma bardzo małą wartość, na małej wartości V _BE wystarczy produkować dużą przepływ prądu bazowej prąd I _B .

• Opór wyjściowy R_ojest stosunkiem zmiany w kolektor-emiter (AV _CE ) do zmiany prądu (DI _C ) przy stałym I _B .

$R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$przy stałym I _B

• Ponieważ rezystancja wyjściowa obwodu CE jest mniejsza niż rezystancji obwodu CB.

• Ta konfiguracja jest zwykle używana w metodach stabilizacji polaryzacji i aplikacjach częstotliwości audio.

Konfiguracja wspólnego kolektora (CC)

Sama nazwa sugeruje, że Collectorzacisk jest traktowany jako wspólny zacisk dla wejścia i wyjścia tranzystora. Typowe połączenie kolektora dla tranzystorów NPN i PNP jest pokazane na poniższym rysunku.

Podobnie jak w konfiguracjach CB i CE, złącze emitera jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektora jest spolaryzowane do tyłu. Przepływ elektronów jest kontrolowany w ten sam sposób. Prąd wejściowy to prąd bazowyI_B a prąd wyjściowy jest prądem emitera I_E tutaj.

Aktualny współczynnik wzmocnienia (γ)

Stosunek zmiany prądu emitera (ΔI _E ) do zmiany prądu podstawowego (ΔI _B ) jest znany jakoCurrent Amplification factorw konfiguracji wspólnego kolektora (CC). Jest oznaczony przez γ.

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

• Wzmocnienie prądowe w konfiguracji CC jest takie samo jak w konfiguracji CE.
• Wzmocnienie napięcia w konfiguracji CC jest zawsze mniejsze niż 1.

Zależność między γ i α

Spróbujmy narysować relację między γ i α

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Zastępując wartość I _B , otrzymujemy

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Dzielenie przez ΔI _E

$$\gamma = \frac{\Delta I_E / \Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

$$= \frac{1}{1 - \alpha}$$

$$\gamma = \frac{1}{1 - \alpha}$$

Wyrażenie na prąd kolektora

Wiemy

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_B + I_C = I_B + (\alpha I_E + I_{CBO})$$

$$I_E(1 - \alpha) = I_B + I_{CBO}$$

$$I_E = \frac{I_B}{1 - \alpha} + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C \cong I_E = (\beta + 1)I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

Powyższe jest wyrażeniem na prąd kolektora.

Charakterystyka konfiguracji CC

• Ta konfiguracja zapewnia wzmocnienie prądu, ale brak wzmocnienia napięcia.

• W konfiguracji CC rezystancja wejściowa jest wysoka, a wyjściowa niska.

• Wzmocnienie napięcia zapewniane przez ten obwód jest mniejsze niż 1.

• Suma prądu kolektora i prądu bazowego równa się prądowi emitera.

• Sygnały wejściowe i wyjściowe są w fazie.

• Ta konfiguracja działa jako nieodwracające wyjście wzmacniacza.

• Ten obwód jest głównie używany do dopasowania impedancji. Oznacza to, że należy kierować obciążenie o niskiej impedancji ze źródła o wysokiej impedancji.

Zasilanie prądem stałym jest przeznaczone do działania tranzystora. To zasilanie prądem stałym jest podawane na dwa złącza PN tranzystora, co wpływa na działanie nośników większościowych w tych złączach emitera i kolektora.

Skrzyżowania są spolaryzowane do przodu i do tyłu w oparciu o nasze wymagania. Forward biased jest stanem, w którym dodatnie napięcie jest przyłożone do typu p, a ujemne napięcie jest przyłożone do materiału typu n. Reverse biased jest stanem, w którym dodatnie napięcie jest przyłożone do typu n, a ujemne napięcie jest przyłożone do materiału typu p.

Polaryzacja tranzystora

Dostarczanie odpowiedniego zewnętrznego napięcia stałego nazywane jest jako biasing. Polaryzacja do przodu lub do tyłu jest wykonywana na złączach emitera i kolektora tranzystora.

Te metody polaryzacji sprawiają, że obwód tranzystora działa w czterech rodzajach regionów, takich jak Active region, Saturation region, Cutoff region i Inverse active region(rzadko używane). Można to zrozumieć, patrząc na poniższą tabelę.

Emitter Junction	Collector Junction	Region działania
Precyzyjne	Precyzyjne	Region nasycenia
Precyzyjne	Odwrotne odchylenie	Region aktywny
Odwrotne odchylenie	Precyzyjne	Odwrotny aktywny region
Odwrotne odchylenie	Odwrotne odchylenie	Odcięty region

Wśród tych regionów, odwrotny region aktywny, który jest po prostu odwrotnością regionu aktywnego, nie nadaje się do żadnych zastosowań, a zatem nie jest używany.

Region aktywny

To region, w którym tranzystory mają wiele zastosowań. Nazywa się to również jakolinear region. Tranzystor w tym regionie działa lepiej jakoAmplifier.

Poniższy schemat obwodu przedstawia tranzystor pracujący w obszarze aktywnym.

Ten region leży pomiędzy nasyceniem a odcięciem. Tranzystor działa w obszarze aktywnym, gdy złącze emitera jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektora jest spolaryzowane do tyłu.

W stanie aktywnym prąd kolektora jest β razy większy od prądu podstawowego, tj

$$I_C = \beta I_B$$

Gdzie Ja _C = prąd kolektora, β = współczynnik wzmocnienia prądu, a Ja _B = prąd bazowy.

Region nasycenia

Jest to obszar, w którym tranzystor zachowuje się jak zamknięty przełącznik. Tranzystor powoduje zwarcie kolektora i emitera. W tym trybie pracy prądy kolektora i emitera są maksymalne.

Poniższy rysunek przedstawia tranzystor pracujący w obszarze nasycenia.

Tranzystor działa w obszarze nasycenia, gdy złącza emitera i kolektora są spolaryzowane do przodu.

W trybie nasycenia

$$\beta < \frac{I_C}{I_B}$$

Podobnie jak w obszarze nasycenia tranzystor zachowuje się jak zamknięty przełącznik,

$$I_C = I_E$$

Gdzie Ja _C = prąd kolektora, a Ja _E = prąd emitera.

Region odcięcia

Jest to obszar, w którym tranzystor zachowuje się jak otwarty przełącznik. Tranzystor powoduje otwarcie kolektora i bazy. W tym trybie pracy prądy kolektora, emitera i bazy są zerowe.

Poniższy rysunek przedstawia tranzystor pracujący w obszarze odcięcia.

Tranzystor działa w obszarze odcięcia, gdy złącza emitera i kolektora są spolaryzowane wstecz.

Podobnie jak w obszarze odcięcia, prąd kolektora, prąd emitera i prądy bazowe są zerowe, możemy zapisać jako

$$I_C = I_E = I_B = 0$$

Gdzie Ja _C = prąd kolektora, Ja _E = prąd emitera, a Ja _B = prąd bazowy.

Do tej pory omówiliśmy różne obszary działania tranzystora. Ale spośród wszystkich tych regionów stwierdziliśmy, że tranzystor działa dobrze w obszarze aktywnym i dlatego jest również nazywany jakolinear region. Wyjścia tranzystora to prąd kolektora i napięcia kolektora.

Charakterystyka wyjściowa

Biorąc pod uwagę charakterystykę wyjściową tranzystora, krzywa wygląda jak poniżej dla różnych wartości wejściowych.

Na powyższym rysunku charakterystyki wyjściowe są narysowane między prądem kolektora I_C i napięcie kolektora V_CE dla różnych wartości prądu bazowego I_B. Są one tutaj brane pod uwagę dla różnych wartości wejściowych w celu uzyskania różnych krzywych wyjściowych.

Linia ładunkowa

Gdy weźmie się pod uwagę wartość maksymalnego możliwego prądu kolektora, ten punkt będzie obecny na osi Y, co jest niczym innym jak Saturation point. Ponadto, gdy weźmie się pod uwagę wartość maksymalnego możliwego napięcia kolektora emiter, punkt ten będzie obecny na osi X, która jestCutoff point.

Kiedy rysuje się linię łączącą te dwa punkty, można ją nazwać jako Load line. Nazywa się to tak, ponieważ symbolizuje wyjście przy obciążeniu. Linia ta, gdy jest narysowana nad krzywą charakterystyki wyjściowej, styka się w punkcie zwanym asOperating point lub quiescent point lub po prostu Q-point.

Pojęcie linii ładunkowej można zrozumieć na poniższym wykresie.

Linia obciążenia jest rysowana poprzez połączenie punktów nasycenia i odcięcia. Region, który leży między tymi dwoma, tolinear region. Tranzystor działa jak dobry wzmacniacz w tym liniowym obszarze.

Jeśli ta linia obciążenia jest rysowana tylko wtedy, gdy polaryzacja DC jest podawana na tranzystor, ale no input sygnał, wtedy taka linia obciążenia jest nazywana DC load line. Natomiast linia ładunkowa narysowana w warunkach, gdyinput signal wraz z przyłożonymi napięciami DC taka linia nazywana jest AC load line.

Linia obciążenia DC

Gdy tranzystor jest poddany polaryzacji i na jego wejściu nie jest podawany żaden sygnał, linię obciążenia rysowaną w takich warunkach można rozumieć jako DCstan: schorzenie. Tutaj nie będzie wzmocnienia jaksignal is absent. Obwód będzie taki, jak pokazano poniżej.

Wartość napięcia kolektora-emiter w dowolnym momencie będzie wynosić

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

Ponieważ V _CC i R _C są wartościami stałymi, powyższe jest równaniem pierwszego stopnia, a zatem będzie linią prostą na charakterystyce wyjściowej. Ta linia nazywa sięD.C. Load line. Poniższy rysunek przedstawia linię obciążenia DC.

Aby otrzymać linię obciążenia, należy określić dwa punkty końcowe prostej. Niech te dwa punkty będą A i B.

Aby uzyskać A

Gdy napięcie kolektor emiter V _CE = 0, prąd kolektora jest maksymalne i jest równa V _CC / R _C . Daje to maksymalną wartość V _CE . Jest to pokazane jako

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$0 = V_{CC} - I_C R_C$$

$$I_C = V_{CC}/R_C$$

Daje to punkt A (OA = V _CC / R _C ) na osi prądu kolektora, pokazany na powyższym rysunku.

Aby uzyskać B.

Gdy prąd kolektora I _C = 0, to napięcie kolektora emiter jest maksymalne i będzie równe V _CC . Daje to maksymalną wartość z I _C . Jest to pokazane jako

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$= V_{CC}$$

(AS I _C = 0)

Daje to punkt B, co oznacza (OB = V _CC ) na osi napięcia kolektora-emiter pokazanej na powyższym rysunku.

W związku z tym ustaliliśmy zarówno punkt nasycenia, jak i odcięcia i dowiedzieliśmy się, że linia obciążenia jest linią prostą. Tak więc można narysować linię obciążenia DC.

Linia obciążenia AC

Omawiana wcześniej linia obciążenia prądu stałego analizuje zmiany prądów i napięć kolektora, gdy nie jest przyłożone napięcie przemienne. Natomiast linia obciążenia AC podaje napięcie międzyszczytowe lub maksymalne możliwe wahania wyjściowe dla danego wzmacniacza.

Dla naszego zrozumienia rozważymy obwód zastępczy AC wzmacniacza CE.

Z powyższego rysunku

$$V_{CE} = (R_C // R_1) \times I_C$$

$$r_C = R_C // R_1$$

Aby tranzystor działał jako wzmacniacz, powinien pozostać w aktywnym obszarze. Punkt spoczynku jest tak dobrany, aby maksymalne wychylenie sygnału wejściowego było symetryczne zarówno w ujemnych, jak i dodatnich półcyklach.

W związku z tym,

$V_{max} = V_{CEQ}$ i $V_{min} = -V_{CEQ}$

Gdzie V _CEQ jest napięciem emiter-kolektor w punkcie spoczynku

Poniższy wykres przedstawia linię obciążenia AC, która jest rysowana między punktami nasycenia i odcięcia.

Z powyższego wykresu wynika, że ​​bieżący IC w punkcie nasycenia wynosi

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + (V_{CEQ}/r_C)$$

Napięcie V _CE w punkcie odcięcia wynosi

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ}r_C$$

Stąd maksymalny prąd dla tego odpowiedniego V _CEQ = V _CEQ / (R _C // R ₁ ) wynosi

$$I_{CQ} = I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

Stąd dodając prądy spoczynkowe, punkty końcowe linii obciążenia AC są

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + V_{CEQ}/ (R_C // R_1)$$

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

Linia obciążenia AC i DC

Kiedy linie obciążenia AC i DC są przedstawione na wykresie, można zrozumieć, że nie są identyczne. Obie te linie przecinają się naQ-point lub quiescent point. Punktami końcowymi linii obciążenia prądu przemiennego są punkty nasycenia i odcięcia. Można to zrozumieć na poniższym rysunku.

Z powyższego rysunku wynika, że ​​punkt spoczynku (ciemna kropka) jest uzyskiwany, gdy wartość prądu podstawowego IB wynosi 10 mA. Jest to punkt, w którym przecinają się linie obciążenia AC i DC.

W następnym rozdziale omówimy koncepcję quiescent point albo operating point szczegółowo.

Kiedy rysowana jest linia łącząca punkty nasycenia i odcięcia, taką linię można nazwać Load line. Linia ta, gdy jest narysowana nad krzywą charakterystyki wyjściowej, styka się w punkcie zwanym asOperating point.

Ten punkt pracy jest również nazywany quiescent point lub po prostu Q-point. Takich punktów przecięcia może być wiele, ale punkt Q jest tak dobrany, że niezależnie od wahań sygnału AC tranzystor pozostaje w obszarze aktywnym.

Poniższy wykres pokazuje, jak przedstawić punkt pracy.

Punkt pracy nie powinien zostać zakłócony, ponieważ powinien pozostać stabilny, aby uzyskać wierne wzmocnienie. Stąd punkt spoczynku lub punkt Q jest wartością, w którejFaithful Amplification jest osiągnięte.

Wierne wzmocnienie

Proces zwiększania siły sygnału nosi nazwę Amplification. To wzmocnienie, gdy jest wykonywane bez żadnych strat w składowych sygnału, nazywa się asFaithful amplification.

Faithful amplificationto proces uzyskiwania pełnych porcji sygnału wejściowego poprzez zwiększenie siły sygnału. Dzieje się tak, gdy na jego wejściu podawany jest sygnał AC.

Na powyższym wykresie zastosowany sygnał wejściowy jest w całości wzmacniany i odtwarzany bez żadnych strat. Można to rozumieć jakoFaithful Amplification.

Punkt pracy jest tak dobrany, że leży w active region i pomaga w odtworzeniu pełnego sygnału bez żadnych strat.

Jeśli punkt pracy jest uważany za blisko punktu nasycenia, wówczas wzmocnienie będzie poniżej.

Jeśli punkt pracy jest uważany za blisko punktu odcięcia, wówczas wzmocnienie będzie poniżej.

Stąd umiejscowienie punktu pracy jest ważnym czynnikiem dla uzyskania wiernego wzmocnienia. Jednak aby tranzystor działał prawidłowo jako wzmacniacz, jego obwód wejściowy (tj. Złącze baza-emiter) pozostaje spolaryzowany do przodu, a jego obwód wyjściowy (tj. Złącze kolektor-baza) pozostaje spolaryzowany odwrotnie.

Wzmocniony sygnał zawiera zatem te same informacje, co w sygnale wejściowym, podczas gdy siła sygnału jest zwiększona.

Kluczowe czynniki wpływające na wierne wzmocnienie

Aby zapewnić wierne wzmocnienie, muszą być spełnione następujące podstawowe warunki.

• Właściwy prąd kolektora sygnału zerowego
• Minimalne prawidłowe napięcie baza-emiter (V _BE ) w dowolnym momencie.
• Minimalne prawidłowe napięcie kolektor-emiter (V _CE ) w dowolnym momencie.

Spełnienie tych warunków zapewnia, że ​​tranzystor działa w obszarze aktywnym z polaryzacją wejściową do przodu i wyjściową do tyłu.

Właściwy prąd kolektora sygnału zerowego

Aby to zrozumieć, rozważmy obwód tranzystora NPN, jak pokazano na poniższym rysunku. Złącze baza-emiter jest spolaryzowane do przodu, a złącze kolektor-emiter jest spolaryzowane do tyłu. Gdy sygnał jest podawany na wejście, złącze baza-emiter tranzystora NPN jest spolaryzowane do przodu dla dodatniego półcyklu wejścia, a zatem pojawia się na wyjściu.

W przypadku ujemnego półcyklu to samo złącze jest spolaryzowane odwrotnie, a zatem obwód nie przewodzi. To prowadzi dounfaithful amplification jak pokazano na poniższym rysunku.

Wprowadźmy teraz akumulator V _BB do obwodu podstawowego. Wielkość tego napięcia powinna być taka, aby złącze baza-emiter tranzystora pozostawało spolaryzowane do przodu, nawet dla ujemnego półcyklu sygnału wejściowego. W przypadku braku sygnału wejściowego w obwodzie płynie prąd stały ze względu na V _BB . Jest to znane jakozero signal collector currentI _C .

Podczas dodatniego półcyklu na wejściu złącze baza-emiter jest bardziej spolaryzowane do przodu, a tym samym zwiększa się prąd kolektora. Podczas ujemnego półcyklu wejścia, złącze wejściowe jest mniej spolaryzowane do przodu, a zatem prąd kolektora zmniejsza się. Stąd oba cykle wejścia pojawiają się na wyjściu i stądfaithful amplification wyniki, jak pokazano na poniższym rysunku.

Dlatego dla wiernego wzmocnienia musi płynąć właściwy prąd kolektora o zerowym sygnale. Wartość prądu kolektora sygnału zerowego powinna być co najmniej równa maksymalnemu prądowi kolektora ze względu na sam sygnał.

Właściwe minimum V _BE w dowolnym momencie

Minimalne napięcie podstawy do emitera V _BE powinno być większe niż napięcie odcięcia, aby złącze było polaryzowane do przodu. Minimalne napięcie potrzebne do przewodzenia tranzystora krzemowego wynosi 0,7 V, a do przewodzenia tranzystora germanowego 0,5 V. Jeśli napięcie V _BE baza-emiter jest większe niż to napięcie, bariera potencjału zostaje pokonana, a zatem prąd bazowy i prądy kolektora gwałtownie rosną.

Stąd, jeśli V _BE spadnie nisko dla dowolnej części sygnału wejściowego, ta część zostanie wzmocniona w mniejszym stopniu ze względu na wynikowy mały prąd kolektora, co powoduje niewierne wzmocnienie.

Właściwe minimalne V _CE w dowolnym momencie

Aby uzyskać wierne wzmocnienie, napięcie kolektora-emiter V _CE nie powinno spaść poniżej napięcia odcięcia, które nazywa sięKnee Voltage. Jeśli V _CE jest mniejsze niż napięcie kolana, złącze podstawy kolektora nie będzie odpowiednio polaryzowane odwrotnie. Wówczas kolektor nie może przyciągnąć elektronów, które są emitowane przez emiter i będą płynąć w kierunku bazy, co zwiększa prąd bazy. Zatem wartość β spada.

Dlatego, jeśli wartość V _CE spadnie do niskiego poziomu dla dowolnej części sygnału wejściowego, ta część zostanie pomnożona w mniejszym stopniu, co spowoduje niewierne wzmocnienie. Więc jeśli V _CE jest większe niż V _KNEE, złącze kolektor-podstawa jest prawidłowo spolaryzowane odwrotnie, a wartość β pozostaje stała, co skutkuje wiernym wzmocnieniem.

Aby tranzystor działał jako wzmacniacz, powinien być odpowiednio spolaryzowany. W następnym rozdziale omówimy potrzebę odpowiedniego odchylenia. W tym miejscu skupmy się na tym, jak tranzystor działa jako wzmacniacz.

Wzmacniacz tranzystorowy

Tranzystor działa jako wzmacniacz, zwiększając siłę słabego sygnału. Napięcie polaryzacji prądu stałego przyłożone do złącza podstawy emitera sprawia, że ​​pozostaje ono w stanie polaryzacji do przodu. To odchylenie w przód jest utrzymywane niezależnie od polaryzacji sygnału. Poniższy rysunek pokazuje, jak wygląda tranzystor po podłączeniu jako wzmacniacz.

Niska rezystancja w obwodzie wejściowym pozwala każdej niewielkiej zmianie sygnału wejściowego skutkować znaczną zmianą sygnału wyjściowego. Prąd emitera wywołany sygnałem wejściowym wnosi do kolektora prąd, który przepływając przez rezystor obciążający R _L , powoduje duży spadek napięcia na nim. Tak więc małe napięcie wejściowe skutkuje dużym napięciem wyjściowym, co pokazuje, że tranzystor działa jako wzmacniacz.

Przykład

Niech nastąpi zmiana o 0,1 V w przyłożonym napięciu wejściowym, co dalej powoduje zmianę prądu emitera o 1 mA. Ten prąd emitera spowoduje oczywiście zmianę prądu kolektora, który również wyniesie 1 mA.

Rezystancja obciążenia 5 kΩ umieszczona w kolektorze wytworzyłaby napięcie o wartości

5 kΩ × 1 mA = 5 V.

Stąd obserwuje się, że zmiana o 0,1 V na wejściu daje zmianę o 5 V na wyjściu, co oznacza wzmocnienie poziomu napięcia sygnału.

Wydajność wzmacniacza

Ponieważ najczęściej przyjmuje się wspólny tryb połączenia emitera, najpierw zrozumiemy kilka ważnych terminów odnoszących się do tego trybu połączenia.

Rezystancja wejściowa

Ponieważ obwód wejściowy jest spolaryzowany do przodu, rezystancja wejściowa będzie niska. Rezystancja wejściowa jest oporem oferowanym przez złącze baza-emiter do przepływu sygnału.

Z definicji jest to stosunek niewielkiej zmiany napięcia baza-emiter (ΔV _BE ) do wynikającej z tego zmiany prądu podstawowego (ΔI _B ) przy stałym napięciu kolektor-emiter.

Rezystancja wejściowa, $R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$

Gdzie R _i = rezystancja wejściowa, V _BE = napięcie baza-emiter, a Ja _B = prąd podstawowy.

Rezystancja wyjściowa

Rezystancja wyjściowa wzmacniacza tranzystorowego jest bardzo wysoka. Prąd kolektora zmienia się bardzo nieznacznie wraz ze zmianą napięcia kolektor-emiter.

Z definicji jest to stosunek zmiany napięcia kolektor-emiter (ΔV _CE ) do wynikającej z tego zmiany prądu kolektora (ΔI _C ) przy stałym prądzie bazowym.

Rezystancja wyjściowa = $R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$

Gdzie R _o = rezystancja wyjściowa, V _CE = napięcie kolektor-emiter, a I _C = napięcie kolektor-emiter.

Efektywne obciążenie kolektora

Obciążenie jest podłączone do kolektora tranzystora, a dla wzmacniacza jednostopniowego napięcie wyjściowe jest pobierane z kolektora tranzystora, a dla wzmacniacza wielostopniowego to samo jest zbierane z kaskadowych stopni obwodu tranzystora.

Z definicji jest to całkowite obciążenie widziane przez prąd kolektora AC. W przypadku wzmacniaczy jednostopniowych efektywne obciążenie kolektora jest połączeniem równoległym R _C i R _o .

Efektywne obciążenie kolektora, $R_{AC} = R_C // R_o$

$$= \frac{R_C \times R_o}{R_C + R_o} = R_{AC}$$

Stąd dla pojedynczego wzmacniacza etapie skuteczne obciążenie wynosi obciążenia kolektora R _C .

W wzmacniaczu wielostopniowym (tj. Mającym więcej niż jeden stopień wzmocnienia) pojawia się również rezystancja wejściowa R _i następnego stopnia.

Efektywne obciążenie kolektora staje się równoległą kombinacją R _C , R _o i R _i tj.

Efektywne obciążenie kolektora, $R_{AC} = R_C // R_o // R_i$

$$R_C // R_i = \frac{R_C R_i}{R_C + R_i}$$

Ponieważ rezystancja wejściowa R _i jest dość mała, zmniejsza się obciążenie efektywne.

Aktualny zysk

Wzmocnienie w zakresie prądu, gdy obserwuje się zmiany prądów wejściowych i wyjściowych, nazywa się Current gain. Z definicji jest to stosunek zmiany prądu kolektora (ΔI _C ) do zmiany prądu podstawowego (ΔI _B ).

Aktualny zysk, $\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

Wartość β mieści się w zakresie od 20 do 500. Wzmocnienie prądu wskazuje, że prąd wejściowy staje się β razy większy od prądu kolektora.

Wzmocnienie napięcia

Wzmocnienie w zakresie napięcia, gdy obserwuje się zmiany prądów wejściowych i wyjściowych, nazywa się Voltage gain. Z definicji jest to stosunek zmiany napięcia wyjściowego (ΔV _CE ) do zmiany napięcia wejściowego (ΔV _BE ).

Wzmocnienie napięcia, $A_V = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta V_{BE}}$

$$= \frac{Change \: in\: output \: current \times effective\: load}{Change \: in\: input \: current \times input \: resistance}$$

$$= \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i} = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \times \frac{R_{AC}}{R_i} = \beta \times \frac{R_{AC}}{R_i}$$

Na jednym etapie, R _AC = R _C .

Jednak w przypadku Multistage

$$R_{AC} = \frac{R_C \times R_i}{R_C + R_i}$$

Gdzie R _i jest rezystancją wejściową następnego etapu.

Zysk mocy

Zysk pod względem mocy, gdy obserwuje się zmiany prądów wejściowych i wyjściowych, nazywa się Power gain.

Z definicji jest to stosunek mocy sygnału wyjściowego do mocy sygnału wejściowego.

Zysk mocy, $A_P = \frac{(\Delta I_C)^2 \times R_{AC}}{(\Delta I_B)^2 \times R_i}$

$$= \left ( \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \right ) \times \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i}$$

= Wzmocnienie prądu × Wzmocnienie napięcia

Stąd wszystkie ważne określenia, które odnoszą się do osiągów wzmacniaczy.

Biasing to proces dostarczania napięcia stałego, które pomaga w funkcjonowaniu obwodu. Tranzystor jest tak zbudowany, aby złącze bazy emitera było spolaryzowane do przodu, a złącze bazy kolektora do tyłu, tak aby pozostawał w aktywnym obszarze, aby działał jako wzmacniacz.

W poprzednim rozdziale wyjaśniliśmy, jak tranzystor działa jako dobry wzmacniacz, jeśli zarówno sekcja wejściowa, jak i wyjściowa są spolaryzowane.

Polaryzacja tranzystora

Prawidłowy przepływ prądu kolektora sygnału zerowego oraz utrzymanie odpowiedniego napięcia kolektora podczas przejścia sygnału określane jest jako Transistor Biasing. Obwód, który zapewnia polaryzację tranzystora, nazywa sięBiasing Circuit.

Potrzeba odchylenia DC

Jeśli na wejście BJT zostanie podany sygnał o bardzo niskim napięciu, nie można go wzmocnić. Ponieważ w przypadku BJT, aby wzmocnić sygnał, muszą być spełnione dwa warunki.

• Napięcie wejściowe powinno przekroczyć cut-in voltage na tranzystor ON.

• BJT powinien znajdować się w active region, który ma być obsługiwany jako amplifier.

Jeśli odpowiednie napięcia i prądy DC są podawane przez BJT ze źródeł zewnętrznych, tak że BJT działa w obszarze aktywnym i nakłada sygnały AC, które mają być wzmocnione, można uniknąć tego problemu. Podane napięcie i prądy DC są tak dobrane, aby tranzystor pozostawał w aktywnym obszarze przez cały cykl wejściowy AC. Dlatego potrzebne jest odchylenie DC.

Poniższy rysunek przedstawia wzmacniacz tranzystorowy, który jest wyposażony w polaryzację DC zarówno w obwodzie wejściowym, jak i wyjściowym.

Aby tranzystor działał jako wierny wzmacniacz, punkt pracy powinien być ustabilizowany. Przyjrzyjmy się czynnikom, które wpływają na stabilizację punktu pracy.

Czynniki wpływające na punkt pracy

Głównym czynnikiem wpływającym na punkt pracy jest temperatura. Punkt pracy zmienia się wraz ze zmianą temperatury.

Wraz ze wzrostem temperatury wpływa to na wartości I _CE , β, V _BE .

• I _CBO zostaje podwojone (za każde wzrost ^o 10 ^o )
• V _BE spada o 2,5 mv (na każde 1 ^o wzrost)

Zatem głównym problemem, który wpływa na punkt pracy, jest temperatura. Dlatego punkt pracy powinien być niezależny od temperatury, aby uzyskać stabilność. Aby to osiągnąć, wprowadzono obwody polaryzujące.

Stabilizacja

Proces uniezależniania punktu pracy od zmian temperatury lub wahań parametrów tranzystora jest znany jako Stabilization.

Po osiągnięciu stabilizacji wartości I _C i V _CE stają się niezależne od wahań temperatury lub wymiany tranzystora. Dobry obwód polaryzujący pomaga w stabilizacji punktu pracy.

Potrzeba stabilizacji

Stabilizacja punktu pracy musi być osiągnięta z następujących powodów.

• Zależność temperaturowa I _C.
• Indywidualne wariacje
• Ucieczka termiczna

Rozumiemy szczegółowo te pojęcia.

Zależność temperatury I _C

Jako wyrażenie na prąd kolektora I _C jest

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1) I_{CBO}$$

Na prąd upływu kolektora I _CBO duży wpływ mają wahania temperatury. Aby z tego wyjść, warunki polaryzacji są ustawione tak, aby zerowy prąd kolektora I _C = 1 mA. Dlatego punkt pracy musi być ustabilizowany, tzn. Konieczne jest utrzymanie stałego I _C.

Indywidualne warianty

Ponieważ wartość β i wartość V _BE nie są takie same dla każdego tranzystora, przy każdej wymianie tranzystora punkt pracy ma tendencję do zmiany. Dlatego konieczne jest ustabilizowanie punktu pracy.

Thermal Runaway

Jako wyrażenie na prąd kolektora I _C jest

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

Przepływ prądu kolektora, a także prąd upływu kolektora powoduje odprowadzanie ciepła. Jeśli punkt pracy nie jest ustabilizowany, występuje efekt kumulacyjny, który zwiększa to rozpraszanie ciepła.

Samozniszczenie takiego niestabilizowanego tranzystora jest znane jako Thermal run away.

W celu uniknięcia thermal runawayi zniszczenie tranzystora, konieczne jest ustabilizowanie punktu pracy, tj. utrzymanie stałego I _C.

Współczynnik stabilności

Rozumie się, że I _C powinno być utrzymywane na stałym poziomie pomimo zmian I _CBO lub I _CO . Zakres, w jakim obwód polaryzujący skutecznie to utrzymuje, mierzy się za pomocąStability factor. Oznaczone przezS.

Z definicji szybkość zmiany prądu kolektora I _C względem prądu upływu kolektora I _CO przy stałej β i I _B nazywamyStability factor.

$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$przy stałym I _B i β

Stąd możemy zrozumieć, że każda zmiana prądu upływu kolektora zmienia prąd kolektora w dużym stopniu. Współczynnik stabilności powinien być jak najniższy, aby nie wpływać na prąd kolektora. S = 1 to wartość idealna.

Ogólne wyrażenie współczynnika stabilności dla konfiguracji CE można uzyskać jak poniżej.

$$I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{CO}$$

Różniczkując powyższe wyrażenie względem I _C , otrzymujemy

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + (\beta + 1)\frac{d I_{CO}}{dI_C}$$

Lub

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + \frac{(\beta + 1)}{S}$$

Od $\frac{d I_{CO}}{d I_C} = \frac{1}{S}$

Lub

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left (\frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

W związku z tym współczynnik stabilność S zależy od P, I _B i I _C .

Polaryzacja w obwodach tranzystorowych odbywa się za pomocą dwóch źródeł prądu stałego V _BB i V _CC . Ekonomiczne jest zminimalizowanie źródła prądu stałego do jednego źródła zamiast dwóch, co również upraszcza obwód.

Powszechnie stosowane metody polaryzacji tranzystora to

• Metoda rezystora bazowego
• Odchylenie kolektora do bazy
• Biasing z rezystorem sprzężenia zwrotnego kolektora
• Odchylenie dzielnika napięcia

Wszystkie te metody mają tę samą podstawową zasadę uzyskiwania wymaganej wartości I _B i I _C z V _CC w warunkach sygnału zerowego.

Metoda rezystora podstawowego

W tej metodzie rezystor R _B o wysokiej rezystancji jest podłączony do podstawy, jak sama nazwa wskazuje. Wymagany prąd bazy sygnał zerowy zapewnia V _CC , które przepływa przez R _B . Złącze podstawy nadajnika jest spolaryzowane do przodu, ponieważ podstawa jest dodatnia względem emitera.

Wymaganą wartość sygnału zerowego prądu bazowego, a tym samym prądu kolektora (jako I _C = βI _B ) można doprowadzić do przepływu poprzez dobranie odpowiedniej wartości rezystora bazowego RB. Stąd wartość R _B ma być znana. Poniższy rysunek pokazuje, jak wygląda metoda polaryzacji obwodu opartego na rezystorze bazowym.

Niech I _C będzie wymaganym prądem kolektora sygnału zerowego. W związku z tym,

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Biorąc pod uwagę obwód zamknięty z V _CC , bazy, emitera i masy, stosując prawo napięcia Kirchhoffa, otrzymujemy:

$$V_{CC} = I_B R_B + V_{BE}$$

Lub

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE}$$

W związku z tym

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B}$$

Ponieważ V _BE jest ogólnie dość małe w porównaniu z V _CC , to pierwsze można pominąć z niewielkim błędem. Następnie,

$$R_B = \frac{V_{CC}}{I_B}$$

Wiemy, że V _CC jest ustaloną znaną wielkością, a I _B jest wybierane z odpowiednią wartością. Ponieważ R _B można znaleźć bezpośrednio, ta metoda nazywa się asfixed bias method.

Współczynnik stabilności

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left ( \frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

W metodzie odchylenia o stałej wartości I _B jest niezależne od I _C, więc

$$\frac{d I_B}{d I_C} = 0$$

Zastępując powyższą wartość w poprzednim równaniu,

Współczynnik stabilności, $S = \beta + 1$

Zatem współczynnik stabilności przy stałym obciążeniu wynosi (β + 1), co oznacza, że ​​I _C zmienia się (β + 1) razy tyle, ile każda zmiana _ICO .

Zalety

• Obwód jest prosty.
• Wymagany jest tylko jeden rezystor R _E.
• Warunki odchylenia można łatwo ustawić.
• Brak efektu obciążenia, ponieważ na złączu baza-emiter nie ma rezystora.

Niedogodności

• Stabilizacja jest słaba, ponieważ nie można zatrzymać rozwoju ciepła.

• Współczynnik stabilności jest bardzo wysoki. Zatem istnieje duże prawdopodobieństwo ucieczki termicznej.

Stąd ta metoda jest rzadko stosowana.

Odbiornik do podstawowego odchylenia

Obwód polaryzacji kolektor-podstawa jest taki sam, jak obwód polaryzacji podstawy, z wyjątkiem tego, że rezystor podstawowy R _B jest zwracany do kolektora, a nie do zasilania V _CC, jak pokazano na poniższym rysunku.

Ten obwód pomaga znacznie poprawić stabilność. Jeśli wartość I _C wzrasta, napięcie na R _L rośnie, a zatem V _CE również rośnie. To z kolei zmniejsza bazową prąd I _B . To działanie w pewnym stopniu kompensuje pierwotny wzrost.

Wymaganą wartość R _B potrzebną do uzyskania sygnału zerowego prądu kolektora I _C można obliczyć w następujący sposób.

Spadek napięcia na R _L będzie

$$R_L = (I_C + I_B)R_L \cong I_C R_L$$

Z rysunku

$$I_C R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Lub

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L$$

W związku z tym

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{I_B}$$

Lub

$$R_B = \frac{(V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L)\beta}{I_C}$$

Stosując KVL mamy

$$(I_B + I_C)R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Lub

$$I_B(R_L + R_B) + I_C R_L + V_{BE} = V_{CC}$$

W związku z tym

$$I_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{R_L + R_B}$$

Ponieważ V _BE jest prawie niezależne od prądu kolektora, otrzymujemy

$$\frac{d I_B}{d I_C} = - \frac{R_L}{R_L + R_B}$$

Wiemy to

$$S = \frac{1 + \beta}{1 - \beta (d I_B / d I_C)}$$

W związku z tym

$$S = \frac{1 + \beta}{1 + \beta \left ( \frac{R_L}{R_L + R_B} \right )}$$

Wartość ta jest mniejsza niż (1 + β), które uzyskuje się dla obwodu o stałej polaryzacji. W ten sposób następuje poprawa stabilności.

Ten obwód zapewnia ujemne sprzężenie zwrotne, które zmniejsza wzmocnienie wzmacniacza. Tak więc zwiększoną stabilność obwodu polaryzacji kolektora względem bazy uzyskuje się kosztem wzmocnienia napięcia AC.

Biasing z rezystorem sprzężenia zwrotnego kolektora

W tej metodzie rezystor bazowy R _B ma jeden koniec połączony z bazą, a drugi z kolektorem, jak sugeruje jego nazwa. W tym obwodzie prąd bazowy sygnału zerowego jest określany przez V _CB, ale nie przez V _CC .

Jest oczywiste, że V _CB przodu odchyla złącze baza-emiter i tym samym prąd bazowy I _B płynie R _B . Powoduje to przepływ prądu kolektora sygnału zerowego w obwodzie. Poniższy rysunek przedstawia polaryzację z obwodem rezystora sprzężenia zwrotnego kolektora.

Wymaganą wartość R _B potrzebną do uzyskania zerowego prądu sygnału I _C można określić w następujący sposób.

$$V_{CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_{BE}$$

Lub

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_C}{I_B}$$

$$= \frac{V_{CC} - V_{BE} - \beta I_B R_C}{I_B}$$

Od $I_C = \beta I_B$

Alternatywnie,

$$V_{CE} = V_{BE} + V_{CB}$$

Lub

$$V_{CB} = V_{CE} - V_{BE}$$

Od

$$R_B = \frac{V_{CB}}{I_B} = \frac{V_{CE} - V_{BE}}{I_B}$$

Gdzie

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Matematycznie,

Współczynnik stabilności, $S < (\beta + 1)$

Dlatego ta metoda zapewnia lepszą stabilność termiczną niż stałe odchylenie.

Wartości punktów Q dla obwodu pokazano jako

$$I_C = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R_B/ \beta + R_C}$$

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

Zalety

• Obwód jest prosty, ponieważ wymaga tylko jednego rezystora.
• Ten obwód zapewnia pewną stabilizację przy mniejszych zmianach.

Niedogodności

• Obwód nie zapewnia dobrej stabilizacji.
• Obwód zapewnia ujemne sprzężenie zwrotne.

Metoda odchylenia dzielnika napięcia

Spośród wszystkich metod zapewniania odchylenia i stabilizacji, plik voltage divider bias methodjest najbardziej widocznym. Tutaj zastosowane są dwa rezystory R ₁ i R ₂ , które są podłączone do V _CC i zapewniają polaryzację. Zastosowany w emiterze rezystor R _E zapewnia stabilizację.

Nazwa dzielnik napięcia pochodzi od dzielnika napięcia utworzonego przez R ₁ i R ₂ . Spadek napięcia na R _{2 do} przodu polaryzuje połączenie baza-emiter. Powoduje to przepływ prądu bazowego, a tym samym prądu kolektora w warunkach sygnału zerowego. Poniższy rysunek przedstawia obwód metody polaryzacji dzielnika napięcia.

Załóżmy, że prąd płynący przez rezystancję R ₁ wynosi I ₁ . Ponieważ prąd bazowy Ja _B jest bardzo mały, można zatem przyjąć z rozsądną dokładnością, że prąd przepływający przez R ₂ to również Ja ₁ .

Spróbujmy teraz wyprowadzić wyrażenia określające prąd i napięcie kolektora.

Prąd kolektora, I _C

Z obwodu widać, że

$$I_1 = \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}$$

Dlatego napięcie na rezystancji R ₂ wynosi

$$V_2 = \left ( \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}\right ) R_2$$

Zastosowanie prawa napięcia Kirchhoffa do obwodu podstawowego,

$$V_2 = V_{BE} + V_E$$

$$V_2 = V_{BE} + I_E R_E$$

$$I_E = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Ponieważ I _E ≈ I _C ,

$$I_C = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Z powyższego wyrażenia jasno wynika, że ​​I _C nie zależy od β. V _BE jest bardzo małe, więc I _{C w} ogóle nie podlega wpływowi V _BE . Tak więc I _C w tym obwodzie jest prawie niezależne od parametrów tranzystora, dzięki czemu uzyskuje się dobrą stabilizację.

Napięcie kolektor-emiter, V _CE

Zastosowanie prawa napięciowego Kirchhoffa po stronie kolektora,

$$V_{CC} = I_C R_C + V_{CE} + I_E R_E$$

Odkąd Ja _E ≅ Ja _C.

$$= I_C R_C + V_{CE} + I_C R_E$$

$$= I_C(R_C + R_E) + V_{CE}$$

W związku z tym,

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C(R_C + R_E)$$

R _E zapewnia doskonałą stabilizację w tym obwodzie.

$$V_2 = V_{BE} + I_C R_E$$

Załóżmy, że jest wzrost temperatury, a następnie kolektor prądu I _C, zmniejsza się, co powoduje, że spadek napięcia na R _E wzrasta. Ponieważ spadek napięcia na R ₂ wynosi V ₂ , co jest niezależne od I _C , wartość V _BE maleje. Zmniejszona wartość I _B ma tendencję do przywracania I _C do pierwotnej wartości.

Współczynnik stabilności

Równanie dla Stability factor tego obwodu otrzymujemy jako

Współczynnik stabilności = $S = \frac{(\beta + 1) (R_0 + R_3)}{R_0 + R_E + \beta R_E}$

$$= (\beta + 1) \times \frac{1 + \frac{R_0}{R_E}}{\beta + 1 + \frac{R_0}{R_E}}$$

Gdzie

$$R_0 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$$

Jeśli stosunek R ₀ / R _E jest bardzo mały, wówczas R0 / RE można pominąć w porównaniu z 1, a współczynnik stabilności staje się

Współczynnik stabilności = $S = (\beta + 1) \times \frac{1}{\beta + 1} = 1$

Jest to najmniejsza możliwa wartość S i prowadzi do maksymalnej możliwej stabilności termicznej.

Do tej pory widzieliśmy różne techniki stabilizacji. Stabilizacja następuje z powodu negatywnego sprzężenia zwrotnego. Ujemne sprzężenie zwrotne, choć poprawia stabilność punktu pracy, zmniejsza wzmocnienie wzmacniacza.

Ponieważ wzmocnienie wzmacniacza jest bardzo ważną kwestią, niektóre techniki kompensacji są używane w celu utrzymania doskonałego odchylenia i stabilizacji termicznej. Przejdźmy teraz przez takie techniki kompensacji uprzedzeń.

Kompensacja diody dla niestabilności

Są to obwody, które implementują techniki kompensacji wykorzystujące diody do radzenia sobie z niestabilnością polaryzacji. Techniki stabilizacji odnoszą się do stosowania rezystancyjnych obwodów polaryzujących, które pozwalają I _B zmieniać się tak, aby utrzymać I _{C na} względnie stałym poziomie.

Istnieją dwa rodzaje metod kompensacji diod. Oni są -

• Kompensacja diody dla niestabilności spowodowanej zmianami V _BE
• Kompensacja diody dla niestabilności spowodowanej zmianami I _CO

Rozumiemy szczegółowo te dwie metody kompensacji.

Dioda kompensacji niestabilności z powodu V _BE Variation

W tranzystorze krzemu, zmiany wartości V _BE skutkuje zmianami I _C . W obwodzie emitera można zastosować diodę w celu skompensowania zmian V _BE lub _ICO . Ponieważ zastosowana dioda i tranzystor są z tego samego materiału, napięcie V _D na diodzie ma taki sam współczynnik temperaturowy jak V _BE tranzystora.

Poniższy rysunek przedstawia błąd własny ze stabilizacją i kompensacją.

Diodę D jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia ze źródłem V _DD i rezystora R _D . Zmiana V _BE z temperaturą jest taka sama, jak zmiana V _D z temperaturą, stąd wielkość (V _BE - V _D ) pozostaje stała. Zatem prąd I _C pozostaje stały pomimo zmian V _BE .

Dioda kompensacji niestabilności z powodu I _CO zmienności

Poniższy rysunek przedstawia schemat obwodu wzmacniacza tranzystorowego z diodą D używanej do kompensacji zmian _ICO .

Tak więc odwrotnością nasycenia prąd I _O diody zwiększa się wraz z temperaturą w tym samym tempie, co kolektora tranzystora nasycenia prąd I _CO .

$$I = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R} \cong \frac{V_{CC}}{R} = Constant$$

Diodę D jest spolaryzowana zaporowo przez V _BE , a prąd płynący przez niego prąd wsteczny jest nasycenie I _O .

Teraz prąd bazowy to

$$I_B = I - I_O$$

Zastępowanie powyższej wartości w wyrażeniu prądem kolektora.

$$I_C = \beta (I - I_O) + (1 + \beta)I_{CO}$$

Jeśli β ≫ 1,

$$I_C = \beta I - \beta I_O + \beta I_{CO}$$

Ijest prawie stała i jeśli I _O diody i I _CO tranzystora śledzą się wzajemnie w zakresie temperatur pracy, to I _C pozostaje stałe.

Inne odszkodowania

Istnieją inne techniki kompensacji, które odnoszą się do stosowania urządzeń wrażliwych na temperaturę, takich jak diody, tranzystory, termistory, czujniki itp., W celu kompensacji zmian prądów.

W tej metodzie istnieją dwa popularne typy obwodów, jeden wykorzystujący termistor, a drugi wykorzystujący czujnik. Przyjrzyjmy się im.

Kompensacja termistora

Termistor to urządzenie wrażliwe na temperaturę. Posiada ujemny współczynnik temperaturowy. Rezystancja termistora rośnie wraz ze spadkiem temperatury i maleje, gdy temperatura rośnie. Poniższy rysunek przedstawia wzmacniacz samoczynnego polaryzacji z kompensacją termistora.

W obwodzie wzmacniacza zmiany zachodzące w I _CO , V _BE i β wraz z temperaturą zwiększają prąd kolektora. W celu zminimalizowania wzrostu prądu kolektora zastosowano termistor. Wraz ze wzrostem temperatury rezystancja R _T termistora maleje, co zwiększa prąd przez nią i rezystora R _E . Teraz napięcie rozwijane na R _E wzrasta, co odwrotnie polaryzuje złącze emitera. To odwrotne odchylenie jest tak wysokie, że efekt rezystorów R ₁ i R ₂ zapewniających polaryzację w przód również zostaje zmniejszony. To działanie zmniejsza wzrost prądu kolektora.

W ten sposób wrażliwość termistora na temperaturę kompensuje wzrost prądu kolektora spowodowany temperaturą.

Kompensacja sensistora

Sensistor to silnie domieszkowany półprzewodnik o dodatnim współczynniku temperaturowym. Rezystancja sensistora rośnie wraz ze wzrostem temperatury i maleje wraz ze spadkiem temperatury. Poniższy rysunek przedstawia wzmacniacz samoczynnego polaryzacji z kompensacją sensistora.

W powyższej figurze, sensystor mogą być umieszczone równolegle z R ₁ lub równolegle z R _E . Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta rezystancja kombinacji równoległej, termistora i R _1, a także rośnie ich spadek napięcia. Zmniejsza to spadek napięcia na R ₂ . Ze względu na spadek tego napięcia zmniejsza się polaryzacja netto emitera w przód. W wyniku tego I _C spada.

W związku z tym, stosując w sensystor, wzrost prądu kolektora, które jest powodowane przez wzrost I _CO V _BE i β ze względu na temperaturę staje się kontrolowane.

Odporność termiczna

Tranzystor jest urządzeniem zależnym od temperatury. Kiedy tranzystor jest włączony, w złączu kolektora dochodzi do dużego przepływu elektronów, a tym samym generuje dużo ciepła. To ciepło, jeśli wzrośnie dalej poza dopuszczalną granicę, uszkodzi złącze, a tym samym tranzystor.

Aby zabezpieczyć się przed uszkodzeniem, tranzystor rozprasza ciepło ze złącza do obudowy tranzystora, a stamtąd do otaczającego go powietrza.

Niech temperatura otoczenia lub temperatura otaczającego powietrza = T _A ^o C

A temperatura połączenia kolektor-podstawa tranzystora = T _J ^o C

Ponieważ T _J > T _A , różnica T _J - T _A jest większa niż moc rozpraszana w tranzystorze P _D będzie większa. A zatem,

$$T_J - T_A \propto P_D$$

$$T_J - T_A = HP_D$$

Gdzie H jest stałą proporcjonalności i nazywa się Thermal resistance.

Opór cieplny to odporność na przepływ ciepła ze skrzyżowania do otaczającego powietrza. Jest oznaczony przez H.

$$H = \frac{T_J - T_A}{P_D}$$

Jednostką H jest ^o C / wat.

Jeśli opór cieplny jest niski, transfer ciepła z tranzystora do powietrza będzie łatwy. Jeśli obudowa tranzystora jest większa, rozpraszanie ciepła będzie lepsze. Osiąga się to dzięki zastosowaniu radiatora.

Radiator

Tranzystor obsługujący większe moce rozprasza więcej ciepła podczas pracy. Ciepło to, jeśli nie zostanie odpowiednio rozproszone, może uszkodzić tranzystor. W związku z tym tranzystory mocy są zwykle montowane na dużych metalowych obudowach, aby zapewnić większy obszar do wypromieniowywania ciepła, które jest generowane podczas jego pracy.

Blacha, która pomaga rozproszyć dodatkowe ciepło z tranzystora, jest znana jako heat sink. Zdolność radiatora zależy od jego materiału, objętości, powierzchni, kształtu, kontaktu między obudową a zlewem oraz ruchu powietrza wokół zlewu.

Radiator dobiera się po uwzględnieniu wszystkich tych czynników. Na zdjęciu tranzystor mocy z radiatorem.

Mały tranzystor na powyższym obrazku jest przymocowany do większej blachy w celu rozproszenia ciepła, aby tranzystor nie został uszkodzony.

Thermal Runaway

Zastosowanie radiatora pozwala uniknąć problemu Thermal Runaway. Jest to sytuacja, w której wzrost temperatury prowadzi do stanu, że dalszy wzrost temperatury prowadzi do zniszczenia samego urządzenia. To rodzaj niekontrolowanego pozytywnego sprzężenia zwrotnego.

Heat sinknie jest jedyną kwestią; inne czynniki, takie jak punkt pracy, temperatura otoczenia i typ zastosowanego tranzystora, również mogą powodować niekontrolowany wzrost temperatury.

Mamy nadzieję, że w poprzednim rozdziale uzyskałeś wystarczającą wiedzę na temat punktu pracy, jego stabilności i technik kompensacji. Spróbujmy teraz zrozumieć podstawowe pojęcia dotyczące podstawowego obwodu wzmacniacza.

Sygnał elektroniczny zawiera pewne informacje, których nie można wykorzystać, jeśli nie ma odpowiedniej siły. Proces zwiększania siły sygnału nosi nazwęAmplification. Prawie każdy sprzęt elektroniczny musi zawierać środki do wzmacniania sygnałów. Znajdujemy zastosowanie wzmacniaczy w urządzeniach medycznych, sprzęcie naukowym, automatyzacji, narzędziach wojskowych, urządzeniach komunikacyjnych, a nawet w sprzęcie AGD.

Wzmocnienie w praktycznych zastosowaniach odbywa się za pomocą wzmacniaczy wielostopniowych. Szereg wzmacniaczy jednostopniowych jest połączonych kaskadowo, tworząc wzmacniacz wielostopniowy. Zobaczmy, jak zbudowany jest wzmacniacz jednostopniowy, który jest podstawą wzmacniacza wielostopniowego.

Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy

Gdy tylko jeden tranzystor z powiązanym obwodem jest używany do wzmacniania słabego sygnału, obwód jest znany jako single-stage amplifier.

Analiza działania jednostopniowego obwodu wzmacniacza ułatwia zrozumienie powstawania i działania wielostopniowych obwodów wzmacniacza. Jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy ma jeden tranzystor, obwód polaryzacji i inne elementy pomocnicze. Poniższy schemat obwodu pokazuje, jak wygląda jednostopniowy wzmacniacz tranzystorowy.

Gdy do podstawy tranzystora zostanie podany słaby sygnał wejściowy, jak pokazano na rysunku, przepływa niewielka ilość prądu podstawowego. Dzięki działaniu tranzystora w kolektorze tranzystora płynie większy prąd. (Ponieważ prąd kolektora jest β razy większy od prądu bazowego, co oznacza I _C = βI _B ). Teraz, gdy prąd kolektora rośnie, spada również napięcie na rezystorze R _C , które jest gromadzone jako wyjście.

Stąd małe wejście u podstawy zostaje wzmocnione jako sygnał o większej wielkości i sile na wyjściu kolektora. Stąd ten tranzystor działa jako wzmacniacz.

Praktyczny obwód wzmacniacza tranzystorowego

Obwód praktycznego wzmacniacza tranzystorowego jest pokazany poniżej, który przedstawia obwód polaryzujący dzielnik napięcia.

Różne widoczne elementy obwodu i ich funkcje opisano poniżej.

Obwód polaryzujący

Rezystory R ₁ , R ₂ i R _E tworzą układ polaryzacji i stabilizacji, co pomaga w ustaleniu odpowiedniego punktu pracy.

Kondensator wejściowy C _in

Ten kondensator łączy sygnał wejściowy z podstawą tranzystora. Kondensator C wejściowych _w umożliwia sygnału zasilającego, ale izoluje źródło sygnału z R ₂ . Jeżeli ten kondensator jest obecna, sygnał wejściowy zostaje bezpośrednio stosowane, co zmienia odchylenie z R ₂ .

Kondensator sprzęgający C _C

Ten kondensator znajduje się na końcu jednego stopnia i łączy go z drugim stopniem. Ponieważ łączy dwa etapy, nazywa się ascoupling capacitor. Ten kondensator blokuje wejście prądu stałego z jednego stopnia do drugiego, ale umożliwia przejście prądu przemiennego. Stąd jest również nazywany jakoblocking capacitor.

Ze względu na obecność kondensatora sprzęgającego C _C wyjście na rezystorze R _L jest wolne od napięcia stałego kolektora. Jeśli nie jest obecny, warunki błędu systematycznego następnym etapie zostanie drastycznie zmianie z manewrowaniem efekt R _C , jako że są równolegle do R _2, w następnym etapie.

Kondensator obejściowy emitera C _E

Kondensator jest stosowany równolegle do rezystora emiterowego R _E . Przez to przepuszczany jest wzmocniony sygnał AC. Jeśli tak nie jest, sygnał ten przejdzie przez R _E, co spowoduje spadek napięcia na R _E, co spowoduje sprzężenie zwrotne sygnału wejściowego, zmniejszając napięcie wyjściowe.

Rezystor obciążenia R _L

Opór R _L podłączony na wyjściu jest znany jakoLoad resistor. Gdy używanych jest kilka stopni, R _L reprezentuje rezystancję wejściową następnego stopnia.

Różne prądy w obwodzie

Przeanalizujmy różne prądy w całym obwodzie wzmacniacza. Są one już wymienione na powyższym rysunku.

Prąd bazowy

Gdy w obwodzie podstawowym nie jest podawany żaden sygnał, prąd podstawowy I _B płynie z powodu obwodu polaryzacji. Gdy stosowany jest sygnał AC, płynie również prąd podstawowy AC i _b . Dlatego przy zastosowaniu sygnału całkowity prąd bazowy i _B jest wyrażony przez

$$i_B = I_B + i_b$$

Prąd kolektora

Przy braku sygnału, DC prąd kolektora I _C wypływa z powodu zakłócenia obwodu. Gdy przyłożony jest sygnał AC, płynie również prąd kolektora AC i _c . Dlatego całkowity prąd kolektora i _C jest podany przez

$$i_C = I_C + i_c$$

Gdzie

$I_C = \beta I_B$ = zerowy prąd kolektora sygnału

$i_c = \beta i_b$ = prąd kolektora wynikający z sygnału

Prąd emitera

W przypadku braku sygnału płynie prąd I _E emitera DC . Po zastosowaniu sygnału sumaryczny prąd emitera i _E podaje się wzorem

$$i_E = I_E + i_e$$

Należy o tym pamiętać

$$I_E = I_B + I_C$$

$$i_e = i_b + i_c$$

Należy zauważyć, że prąd podstawowy jest zwykle mały

$I_E \cong I_C$ i $i_e \cong i_c$

Są to ważne uwagi dotyczące praktycznego obwodu wzmacniacza tranzystorowego. Teraz daj nam znać o klasyfikacji wzmacniaczy.

Obwód wzmacniacza to taki, który wzmacnia sygnał. Działanie wzmacniacza i ważne rozważania dotyczące praktycznego obwodu wzmacniacza tranzystorowego zostały również szczegółowo opisane w poprzednich rozdziałach.

Spróbujmy teraz zrozumieć klasyfikację wzmacniaczy. Wzmacniacze są klasyfikowane według wielu rozważań.

Na podstawie liczby etapów

W zależności od liczby stopni wzmocnienia istnieją wzmacniacze jednostopniowe i wzmacniacze wielostopniowe.

• Single-stage Amplifiers - Ma tylko jeden obwód tranzystora, który jest jednostopniowym wzmocnieniem.

• Multi-stage Amplifiers - Ma obwód z wieloma tranzystorami, który zapewnia wielostopniowe wzmocnienie.

Na podstawie jego wyników

W zależności od parametru, który jest wzmacniany na wyjściu, istnieją wzmacniacze napięcia i mocy.

• Voltage Amplifiers - Obwód wzmacniacza, który zwiększa poziom napięcia sygnału wejściowego, nazywany jest wzmacniaczem napięcia.

• Power Amplifiers - Obwód wzmacniacza, który zwiększa poziom mocy sygnału wejściowego, nazywany jest wzmacniaczem mocy.

Na podstawie sygnałów wejściowych

W zależności od wielkości zastosowanego sygnału wejściowego można je podzielić na wzmacniacze małych i dużych sygnałów.

• Small signal Amplifiers - Gdy sygnał wejściowy jest tak słaby, że powoduje niewielkie fluktuacje prądu kolektora w porównaniu z jego wartością spoczynkową, wzmacniacz jest znany jako wzmacniacz małego sygnału.

• Large signal amplifiers - Gdy wahania prądu kolektora są duże, tj. Poza liniową częścią charakterystyki, wzmacniacz jest nazywany dużym wzmacniaczem sygnału.

Na podstawie zakresu częstotliwości

W zależności od zakresu częstotliwości używanych sygnałów dostępne są wzmacniacze audio i radiowe.

• Audio Amplifiers - Obwód wzmacniacza, który wzmacnia sygnały leżące w zakresie częstotliwości audio, tj. Od 20 Hz do 20 kHz, nazywany jest wzmacniaczem audio.

• Power Amplifiers - Obwód wzmacniacza, który wzmacnia sygnały leżące w bardzo wysokim zakresie częstotliwości, nazywany jest wzmacniaczem mocy.

Na podstawie warunków odchylenia

W zależności od trybu pracy dostępne są wzmacniacze klasy A, B i C.

• Class A amplifier - Warunki polaryzacji we wzmacniaczu mocy klasy A są takie, że prąd kolektora płynie przez cały przyłożony sygnał AC.

• Class B amplifier - Warunki polaryzacji we wzmacniaczu mocy klasy B są takie, że prąd kolektora płynie przez pół cyklu przyłożonego wejściowego sygnału AC.

• Class C amplifier - Warunki polaryzacji we wzmacniaczu mocy klasy C są takie, że prąd kolektora płynie przez mniej niż pół cyklu przyłożonego wejściowego sygnału AC.

• Class AB amplifier - Wzmacniacz mocy klasy AB to taki, który został stworzony przez połączenie obu klas A i B, aby mieć wszystkie zalety obu klas i zminimalizować problemy, które mają.

Na podstawie metody sprzęgania

W zależności od metody łączenia jednego stopnia z drugim, dostępne są wzmacniacze sprzężone z RC, transformatorowe i sprzężone bezpośrednio.

• RC Coupled amplifier - Wielostopniowy obwód wzmacniacza, który jest sprzężony z następnym stopniem za pomocą kombinacji rezystora i kondensatora (RC), można nazwać wzmacniaczem sprzężonym RC.

• Transformer Coupled amplifier - Wielostopniowy obwód wzmacniacza, który jest dołączany do następnego stopnia za pomocą transformatora, można nazwać wzmacniaczem sprzężonym z transformatorem.

• Direct Coupled amplifier - Wielostopniowy obwód wzmacniacza, który jest bezpośrednio sprzężony z następnym stopniem, można nazwać wzmacniaczem sprzężonym bezpośrednio.

Na podstawie konfiguracji tranzystora

W zależności od typu konfiguracji tranzystora dostępne są wzmacniacze CE CB i CC.

• CE amplifier - Obwód wzmacniacza, który jest utworzony przy użyciu kombinacji tranzystorów skonfigurowanych jako CE, nazywany jest wzmacniaczem CE.

• CB amplifier - Obwód wzmacniacza, który jest utworzony przy użyciu kombinacji tranzystorów skonfigurowanej przez CB, nazywany jest wzmacniaczem CB.

• CC amplifier - Obwód wzmacniacza, który jest utworzony przy użyciu kombinacji tranzystorów skonfigurowanej przez CC, nazywany jest wzmacniaczem CC.

Każdy wzmacniacz tranzystorowy wykorzystuje tranzystor do wzmacniania sygnałów, które są podłączone w jednej z trzech konfiguracji. W przypadku wzmacniacza lepszym stanem jest wysoka impedancja wejściowa, aby uniknąć efektu obciążenia w obwodach wielostopniowych i niższej impedancji wyjściowej, aby zapewnić maksymalną moc wyjściową do obciążenia. Wzmocnienie napięcia i mocy powinny być również wysokie, aby uzyskać lepszą wydajność.

Przeanalizujmy teraz różne konfiguracje, aby zrozumieć, która konfiguracja lepiej pasuje do tranzystora do pracy jako wzmacniacz.

Wzmacniacz CB

Obwód wzmacniacza, który jest utworzony przy użyciu kombinacji tranzystorów skonfigurowanych jako CB, nazywany jest wzmacniaczem CB.

Budowa

Obwód wspólnego wzmacniacza bazowego wykorzystujący tranzystor NPN jest przedstawiony poniżej, przy czym sygnał wejściowy jest doprowadzany do złącza podstawy emitera, a sygnał wyjściowy jest pobierany ze złącza podstawy kolektora.

Złącze podstawy emitera jest spolaryzowane do przodu przez V _EE, a złącze podstawy kolektora jest spolaryzowane do tyłu przez V _CC . Punkt pracy jest regulowany za pomocą rezystorów Re i R _c . Zatem wartości I _c , I _b i I _cb są określone przez V _CC , V _EE , R _e i R _c .

Operacja

Gdy żadne wejście nie jest stosowane, powstają warunki spoczynku i nie ma wyjścia. Ponieważ V _be jest ujemne w stosunku do masy, polaryzacja w przód jest zmniejszona dla dodatniej połowy sygnału wejściowego. W wyniku tego zmniejsza się również prąd bazowy I _B.

Poniższy rysunek przedstawia wzmacniacz CB z obwodem samoczynnego polaryzacji.

Jak wiemy,

$$I_C \cong I_E \cong \beta I_B$$

Zmniejsza się zarówno prąd kolektora, jak i prąd emitera.

Spadek napięcia na R _C wynosi

$$V_C = I_C R_C$$

To V _C również się zmniejsza.

Gdy I _C R _C maleje, V _CB rośnie. To dlatego, że

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

W ten sposób powstaje dodatni wynik półcyklu.

W konfiguracji wyłącznika dodatnie wejście generuje dodatnie wyjście, a zatem wejście i wyjście są w fazie. Tak więc we wzmacniaczu CB nie ma odwrócenia fazy między wejściem a wyjściem.

Jeśli konfiguracja CB jest rozważana do wzmocnienia, ma niską impedancję wejściową i wysoką impedancję wyjściową. Wzmocnienie napięcia jest również niskie w porównaniu z konfiguracją CE. Stąd wzmacniacze skonfigurowane przez CB są używane w aplikacjach o wysokiej częstotliwości.

Wzmacniacz CE

Obwód wzmacniacza, który jest utworzony przy użyciu kombinacji tranzystorów skonfigurowanych jako CE, nazywany jest wzmacniaczem CE.

Budowa

Wspólny obwód wzmacniacza emitera wykorzystujący tranzystor NPN jest przedstawiony poniżej, przy czym sygnał wejściowy jest doprowadzany do złącza podstawy emitera, a sygnał wyjściowy jest pobierany ze złącza podstawy kolektora.

Złącze podstawy emitera jest spolaryzowane do przodu przez V _EE, a złącze podstawy kolektora jest spolaryzowane do tyłu przez V _CC . Punkt pracy jest regulowany za pomocą rezystorów R _e i R _c . Zatem wartości I _c , I _b i I _cb są określone przez V _CC , V _EE , R _e i R _c .

Operacja

Gdy żadne wejście nie jest stosowane, powstają warunki spoczynku i nie ma wyjścia. Po pozytywnym pół sygnału jest stosowane napięcie między bazą a emiterem V _BE jest zwiększona, ponieważ jest już dodatni w stosunku do ziemi.

Wraz ze wzrostem odchylenia w przód, prąd bazowy również odpowiednio rośnie. Ponieważ I _C = βI _B , prąd kolektora również wzrasta.

Poniższy schemat obwodu przedstawia wzmacniacz CE z obwodem samoczynnego polaryzacji.

Prąd kolektora, gdy przepływa przez R _C , spadek napięcia wzrasta.

$$V_C = I_C R_C$$

W konsekwencji zmniejsza się napięcie między kolektorem a emiterem. Dlatego,

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

Tak więc, wydaje się wzmocniony napięcia na R _C .

Dlatego we wzmacniaczu CE, gdy dodatni sygnał pojawia się jako ujemny sygnał, należy rozumieć, że występuje przesunięcie fazowe o 180 ^o między wejściem a wyjściem.

Wzmacniacz CE ma wysoką impedancję wejściową i niższą impedancję wyjściową niż wzmacniacz CB. Wzmocnienie napięcia i mocy jest również wysokie we wzmacniaczu CE i dlatego jest stosowane głównie we wzmacniaczach audio.

Wzmacniacz CC

Obwód wzmacniacza, który jest utworzony przy użyciu kombinacji tranzystorów skonfigurowanej przez CC, nazywany jest wzmacniaczem CC.

Budowa

Wspólny obwód wzmacniacza kolektora wykorzystujący tranzystor NPN jest przedstawiony poniżej, przy czym sygnał wejściowy jest podawany na złącze kolektora podstawowego, a sygnał wyjściowy pobierany ze złącza kolektora emiterów.

Złącze podstawy emitera jest spolaryzowane do przodu przez V _EE, a złącze podstawy kolektora jest spolaryzowane do tyłu przez V _CC . Wartości Q I _b i I _e są korygowane przez R _b i R _e .

Operacja

Gdy żadne wejście nie jest stosowane, powstają warunki spoczynku i nie ma wyjścia. Gdy stosowana jest dodatnia połowa sygnału, polaryzacja w przód jest zwiększona, ponieważ V _be jest dodatnie w odniesieniu do kolektora lub masy. W ten sposób prąd bazowy Ja _B i prąd kolektora Ja _C są zwiększane.

Poniższy schemat obwodu przedstawia wzmacniacz CC z obwodem samoczynnego polaryzacji.

W konsekwencji spadek napięcia na R _e, tj. Napięcie wyjściowe, wzrasta. W rezultacie uzyskuje się dodatni półcykl. Ponieważ wejście i wyjście są w fazie, nie ma odwrócenia fazy.

Jeśli konfiguracja CC jest rozważana do wzmocnienia, chociaż wzmacniacz CC ma lepszą impedancję wejściową i niższą impedancję wyjściową niż wzmacniacz CE, wzmocnienie napięcia CC jest bardzo mniejsze, co ogranicza jego zastosowania tylko do dopasowania impedancji.

Porównanie wzmacniaczy CB CE CC

Porównajmy charakterystyczne szczegóły wzmacniaczy CB, CE i CC.

Charakterystyka	CE	CB	CC
Opór wejściowy	Niski (od 1 tys. Do 2 tys.)	Bardzo niski (30-150 Ω)	Wysoka (20-500 KΩ)
Rezystancja wyjściowa	Duży (≈ 50 K)	Wysoka (≈ 500 K)	Niski (50-1000 KΩ)
Aktualny zysk	B wysoki	α <1	Wysoki (1 + β)
Wzmocnienie napięcia	Wysoki (≈ 1500)	Wysoki (≈ 1500)	Mniej niż jeden
Zysk mocy	Wysoki (≈ 10.000)	Wysoki (≈ 7500)	Niski (250–500)
Faza między wejściem a wyjściem	wywrócony	podobnie	podobnie

Ze względu na kompatybilność i cechy charakterystyczne, konfiguracja ze wspólnym emiterem jest najczęściej stosowana w obwodach wzmacniaczy.

W praktycznych zastosowaniach wyjście wzmacniacza jednostanowego jest zwykle niewystarczające, chociaż jest to wzmacniacz napięcia lub mocy. Dlatego są zastępowane przezMulti-stage transistor amplifiers.

We wzmacniaczach wielostopniowych wyjście pierwszego stopnia jest sprzężone z wejściem następnego stopnia za pomocą urządzenia sprzęgającego. Tymi urządzeniami sprzęgającymi może być zwykle kondensator lub transformator. Ten proces łączenia dwóch stopni wzmacniacza za pomocą urządzenia sprzęgającego można nazwaćCascading.

Poniższy rysunek przedstawia dwustopniowy wzmacniacz połączony kaskadowo.

Całkowity zysk jest iloczynem przyrostu napięcia na poszczególnych stopniach.

$$A_V = A_{V1} \times A_{V2} = \frac{V_2}{V_1} \times \frac{V_0}{V_2} = \frac{V_0}{V_1}$$

Gdzie A _V = całkowity zysk, A _V1 = Napięcie zysk 1 ^st etapie, a A _V2 = Napięcie zysk z 2 ^-go etapu.

Jeśli tam są n liczba stopni, iloczyn przyrostów napięcia tych n etapy będą ogólnym wzmocnieniem tego wielostopniowego obwodu wzmacniacza.

Cel urządzenia sprzęgającego

Podstawowe cele urządzenia sprzęgającego to

• Aby przenieść prąd przemienny z wyjścia jednego stopnia na wejście następnego stopnia.

• Aby zablokować przejście DC z wyjścia jednego stopnia do wejścia następnego stopnia, co oznacza izolację warunków DC.

Rodzaje sprzężenia

Łączenie jednego stopnia wzmacniacza z drugim w kaskadzie za pomocą urządzeń sprzęgających tworzy a Multi-stage amplifier circuit. Tam sąfour podstawowe metody sprzęgania, z wykorzystaniem tych urządzeń sprzęgających, takich jak rezystory, kondensatory, transformatory itp. Przyjrzyjmy się im.

Sprzężenie rezystancji i pojemności

Jest to najczęściej stosowana metoda łączenia, tworzona za pomocą prostego resistor-capacitorpołączenie. Głównym elementem sprzęgającym zastosowanym tutaj jest kondensator, który umożliwia zasilanie AC i blokuje prąd stały.

Kondensator sprzęgający przekazuje prąd przemienny z wyjścia jednego stopnia do wejścia następnego stopnia. Podczas blokowania składowych DC przed napięciami polaryzacji DC, aby wpłynąć na następny etap. Omówmy szczegóły tej metody łączenia w następnych rozdziałach.

Sprzężenie impedancyjne

Sieć sprzęgająca, która używa inductance i capacitance jako elementy sprzęgające można nazwać siecią sprzężenia impedancyjnego.

W tej metodzie sprzęgania impedancji impedancja cewki sprzęgającej zależy od jej indukcyjności i częstotliwości sygnału, która wynosi jwL. Ta metoda nie jest tak popularna i rzadko stosowana.

Sprzęgło transformatora

Metoda łączenia korzystająca z pliku transformer as the couplingurządzenie można nazwać sprzężeniem transformatora. W tej metodzie sprzęgania nie ma kondensatora, ponieważ sam transformator przenosi składową AC bezpośrednio do podstawy drugiego stopnia.

Uzwojenie wtórne transformatora zapewnia ścieżkę powrotną podstawy, a zatem nie ma potrzeby stosowania rezystancji podstawy. To złącze jest popularne ze względu na swoją skuteczność i dopasowanie impedancji, dlatego jest najczęściej używane.

Sprzężenie bezpośrednie

Jeśli poprzedni stopień wzmacniacza jest podłączony bezpośrednio do następnego stopnia wzmacniacza, nazywa się go as direct coupling. Warunki polaryzacji poszczególnych stopni wzmacniacza są tak zaprojektowane, że stopnie mogą być bezpośrednio połączone bez izolacji DC.

Metoda bezpośredniego sprzężenia jest najczęściej stosowana, gdy obciążenie jest połączone szeregowo, z zaciskiem wyjściowym aktywnego elementu obwodu. Na przykład słuchawki, głośniki itp.

Rola kondensatorów we wzmacniaczach

Oprócz celu sprzęgania istnieją inne cele, dla których niewiele kondensatorów jest szczególnie stosowanych we wzmacniaczach. Aby to zrozumieć, powiedz nam o roli kondensatorów we wzmacniaczach.

Kondensator wejściowy C _in

Kondensator C wejściowych _w obecnej w początkowym etapie wzmacniacza pary sygnał prądu przemiennego do bazy tranzystora. Kondensator C _w jeśli nie występuje, źródło sygnału będzie równolegle do rezystora R ₂ i napięcie polaryzacji do bazy tranzystora zostanie zmieniony.

Stąd C _w pozwala, sygnał AC ze źródła do przepływu do obwodu wejściowego, bez wpływu na warunki polaryzacji.

Kondensator obejściowy emitera C _e

Kondensator obejściowy emitera C _e jest podłączony równolegle do rezystora emitera. Oferuje ścieżkę o niskiej reaktancji do wzmocnionego sygnału AC.

W przypadku braku tego kondensatora, napięcie wytwarzane na R _E będzie sprzężone ze sprzężeniem zwrotnym po stronie wejściowej, zmniejszając tym samym napięcie wyjściowe. Zatem w obecności C _e wzmocniony prąd przemienny przejdzie przez to.

Kondensator sprzęgający C _C

Kondensator C _C jest kondensatorem sprzęgającym, który łączy dwa stopnie i zapobiega zakłóceniom DC między stopniami i kontroluje zmianę punktu pracy. Nazywa się to również jakoblocking capacitor ponieważ nie przepuszcza przez niego napięcia stałego.

W przypadku braku tego kondensatora, R _C przyjdzie równolegle z rezystancją R ₁ sieci polaryzacji następnego stopnia, zmieniając w ten sposób warunki polaryzacji następnego stopnia.

Uwagi dotyczące wzmacniacza

W przypadku obwodu wzmacniacza istotne znaczenie ma całkowite wzmocnienie wzmacniacza. Aby osiągnąć maksymalne wzmocnienie napięcia, znajdźmy najbardziej odpowiednią konfigurację tranzystora do kaskadowania.

Wzmacniacz CC

• Jego przyrost napięcia jest mniejszy niż jedność.
• Nie nadaje się do etapów pośrednich.

Wzmacniacz CB

• Jego przyrost napięcia jest mniejszy niż jedność.
• Dlatego nie nadaje się do kaskadowania.

Wzmacniacz CE

• Jego wzmocnienie napięcia jest większe niż jedność.
• Wzmocnienie napięcia jest dodatkowo zwiększane przez kaskadowanie.

Charakterystyka wzmacniacza CE jest taka, że ​​ta konfiguracja jest bardzo odpowiednia do kaskadowania w obwodach wzmacniacza. Stąd większość obwodów wzmacniacza używa konfiguracji CE.

W kolejnych rozdziałach tego samouczka wyjaśnimy typy wzmacniaczy sprzęgających.

Sprzężenie rezystancyjne i pojemnościowe jest w skrócie określane jako sprzężenie RC. Jest to najczęściej stosowana technika sprzęgania we wzmacniaczach.

Budowa dwustopniowego wzmacniacza sprzężonego RC

Szczegóły konstrukcyjne dwustopniowego obwodu wzmacniacza tranzystorowego sprzężonego z RC są następujące. Dwustopniowy obwód wzmacniacza ma dwa tranzystory, połączone w konfiguracji CE i zastosowano wspólny zasilacz V _CC . Potencjał dzielnika R ₁ i R ₂ i rezystor R _e tworzą sieć dociskające i stabilizacji. Kondensator obejściowy emitera C _e oferuje ścieżkę o niskiej reaktancji do sygnału.

Rezystor R _L jest używany jako impedancja obciążenia. Kondensator C wejściowych _w obecnych w początkowej fazie pary wzmacniacz sygnału AC do bazy tranzystora. Kondensator C _C jest kondensatorem sprzęgającym, który łączy dwa stopnie i zapobiega interferencjom DC między stopniami i kontroluje przesunięcie punktu pracy. Poniższy rysunek przedstawia schemat obwodu wzmacniacza sprzężonego RC.

Działanie wzmacniacza sprzężonego RC

Gdy sygnał wejściowy AC jest przyłożony do bazy pierwszego tranzystora, zostaje wzmocniony i pojawia się przy obciążeniu kolektora R _L, które jest następnie przepuszczane przez kondensator sprzęgający C _C do następnego stopnia. Staje się to wejściem następnego etapu, którego wzmocniona moc wyjściowa ponownie pojawia się na obciążeniu kolektora. W ten sposób sygnał jest wzmacniany krok po kroku przez akcję.

Ważną kwestią, na którą należy tutaj zwrócić uwagę, jest to, że całkowity zysk jest mniejszy niż iloczyn korzyści z poszczególnych etapów. Dzieje się tak, ponieważ gdy drugi etap ma następować po pierwszym etapie, plikeffective load resistancepierwszego stopnia jest zmniejszona z powodu efektu bocznikującego rezystancji wejściowej drugiego stopnia. Stąd w wielostopniowym wzmacniaczu tylko wzmocnienie ostatniego stopnia pozostaje niezmienione.

Ponieważ rozważamy tutaj wzmacniacz dwustopniowy, faza wyjściowa jest taka sama jak wejście. Ponieważ odwrócenie fazy jest wykonywane dwukrotnie przez dwustopniowy obwód wzmacniacza skonfigurowany w standardzie CE.

Odpowiedź częstotliwościowa wzmacniacza sprzężonego RC

Krzywa odpowiedzi częstotliwościowej to wykres, który pokazuje związek między wzmocnieniem napięcia a funkcją częstotliwości. Odpowiedź częstotliwościowa wzmacniacza sprzężonego RC jest taka, jak pokazano na poniższym wykresie.

Z powyższego wykresu wynika, że ​​częstotliwość spada lub maleje dla częstotliwości poniżej 50 Hz i dla częstotliwości powyżej 20 kHz. podczas gdy wzmocnienie napięcia dla zakresu częstotliwości od 50 Hz do 20 kHz jest stałe.

Wiemy to,

$$X_C = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

Oznacza to, że reaktancja pojemnościowa jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości.

Przy niskich częstotliwościach (tj. Poniżej 50 Hz)

Reaktancja pojemnościowa jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości. Przy niskich częstotliwościach reaktancja jest dość wysoka. Reaktancja kondensatora C wejściowych _w i kondensator sprzęgający C _C są tak wysokie, że tylko mała część sygnału wejściowego jest dozwolone. Reaktancja kondensatora obejściowego emitera C _E jest również bardzo wysoka przy niskich częstotliwościach. W związku z tym nie może skutecznie omijać oporu emitera. Przy tych wszystkich czynnikach wzmocnienie napięcia spada przy niskich częstotliwościach.

Przy wysokich częstotliwościach (tj. Powyżej 20 KHz)

Ponownie, biorąc pod uwagę ten sam punkt, wiemy, że reaktancja pojemnościowa jest niska przy wysokich częstotliwościach. Zatem kondensator zachowuje się jak zwarcie przy wysokich częstotliwościach. W efekcie zwiększa się efekt obciążenia kolejnego stopnia, co zmniejsza przyrost napięcia. Wraz ze spadkiem pojemności diody emitującej zwiększa prąd bazowy tranzystora, przez co zmniejsza się wzmocnienie prądowe (β). Stąd wzmocnienie napięcia spada przy wysokich częstotliwościach.

Przy średnich częstotliwościach (tj. 50 Hz do 20 KHz)

Wzmocnienie napięcia kondensatorów jest utrzymywane na stałym poziomie w tym zakresie częstotliwości, jak pokazano na rysunku. Jeśli częstotliwość wzrasta, reaktancja kondensatora C _C maleje, co ma tendencję do zwiększania wzmocnienia. Ale ta mniejsza pojemność reaktywna zwiększa efekt obciążenia następnego etapu, przez który następuje zmniejszenie wzmocnienia.

Dzięki tym dwóm czynnikom wzmocnienie jest utrzymywane na stałym poziomie.

Zalety wzmacniacza sprzężonego RC

Poniżej przedstawiono zalety wzmacniacza sprzężonego RC.

• Pasmo przenoszenia wzmacniacza RC zapewnia stałe wzmocnienie w szerokim zakresie częstotliwości, dzięki czemu najlepiej nadaje się do zastosowań audio.

• Obwód jest prosty i ma niższy koszt, ponieważ wykorzystuje rezystory i kondensatory, które są tanie.

• Dzięki ulepszonej technologii staje się bardziej kompaktowy.

Wady wzmacniacza sprzężonego RC

Poniżej przedstawiono wady wzmacniacza sprzężonego RC.

• Wzmocnienie napięcia i mocy jest niskie ze względu na efektywną rezystancję obciążenia.

• Z wiekiem stają się głośne.

• Ze względu na słabe dopasowanie impedancji transfer mocy będzie niski.

Zastosowania wzmacniacza sprzężonego RC

Poniżej przedstawiono zastosowania wzmacniacza sprzężonego RC.

• Zapewniają doskonałą wierność dźwięku w szerokim zakresie częstotliwości.

• Szeroko stosowany jako wzmacniacze napięcia

• Ze względu na słabe dopasowanie impedancji, sprzężenie RC jest rzadko stosowane w końcowych stopniach.

Zauważyliśmy, że główną wadą wzmacniacza sprzężonego RC jest to, że efektywna rezystancja obciążenia zmniejsza się. Dzieje się tak, ponieważ impedancja wejściowa wzmacniacza jest niska, podczas gdy impedancja wyjściowa jest wysoka.

Gdy są one połączone w celu utworzenia wielostopniowego wzmacniacza, wysoka impedancja wyjściowa jednego stopnia jest połączona z niską impedancją wejściową następnego stopnia. W związku z tym zmniejsza się efektywna rezystancja obciążenia. Ten problem można rozwiązać za pomocątransformer coupled amplifier.

We wzmacniaczu sprzężonym z transformatorem stopnie wzmacniacza są sprzężone za pomocą transformatora. Przejdźmy do szczegółów konstrukcyjnych i operacyjnych wzmacniacza sprzężonego transformatorowo.

Budowa wzmacniacza sprzężonego z transformatorem

Obwód wzmacniacza, w którym poprzedni stopień jest połączony z następnym stopniem za pomocą transformatora sprzęgającego, nazywany jest wzmacniaczem sprzężonym z transformatorem.

Transformator sprzęgający T ₁ służy do podawania z wyjściowej 1 ^st etapie do wejścia 2 ^-go stopnia. Obciążenie kolektora jest zastępowane przez uzwojenie pierwotne transformatora. Uzwojenie wtórne jest połączone między dzielnikiem potencjału a podstawą ^drugiego stopnia, który zapewnia wejście do ^drugiego stopnia. Zamiast kondensatora sprzęgającego, jak we wzmacniaczu sprzężonym z RC, stosuje się transformator do sprzęgania dowolnych dwóch stopni w obwodzie wzmacniacza sprzężonego z transformatorem.

Poniższy rysunek przedstawia schemat obwodu wzmacniacza sprzężonego transformatorowo.

Potencjał dzielnika R ₁ i R ₂ i rezystor R _e tworzą sieć dociskające i stabilizacji. Kondensator obejściowy emitera C _e oferuje ścieżkę o niskiej reaktancji do sygnału. Rezystor R _L jest używany jako impedancja obciążenia. Kondensator C wejściowych _w obecnych w początkowej fazie pary wzmacniacz sygnału AC do bazy tranzystora. Kondensator C _C jest kondensatorem sprzęgającym, który łączy dwa stopnie i zapobiega interferencjom DC między stopniami i kontroluje przesunięcie punktu pracy.

Działanie wzmacniacza sprzężonego z transformatorem

Gdy sygnał AC jest doprowadzany do wejścia bazy pierwszego tranzystora, jest on wzmacniany przez tranzystor i pojawia się na kolektorze, do którego jest podłączony pierwotny transformator.

Transformator, który jest używany jako urządzenie sprzęgające w tym obwodzie, ma właściwość zmiany impedancji, co oznacza, że ​​niska rezystancja stopnia (lub obciążenia) może być odzwierciedlona jako wysoka rezystancja obciążenia poprzedniego stopnia. Stąd napięcie na stronie pierwotnej jest przenoszone zgodnie ze współczynnikiem zwojów uzwojenia wtórnego transformatora.

To sprzężenie transformatora zapewnia dobre dopasowanie impedancji między stopniami wzmacniacza. Wzmacniacz sprzężony transformatorowo jest zwykle używany do wzmacniania mocy.

Odpowiedź częstotliwościowa wzmacniacza sprzężonego z transformatorem

Poniższy rysunek przedstawia charakterystykę częstotliwościową wzmacniacza sprzężonego transformatorowo. Wzmocnienie wzmacniacza jest stałe tylko dla małego zakresu częstotliwości. Napięcie wyjściowe jest równe natężeniu prądu kolektora pomnożonemu przez reaktancję pierwotnego.

Przy niskich częstotliwościach reaktancja pierwotnego zaczyna spadać, co powoduje zmniejszenie wzmocnienia. Przy wysokich częstotliwościach pojemność między zwojami uzwojeń działa jak kondensator obejściowy w celu zmniejszenia napięcia wyjściowego, a tym samym wzmocnienia.

Tak więc wzmocnienie sygnałów audio nie będzie proporcjonalne, a także zostaną wprowadzone zniekształcenia, które nazywa się as Frequency distortion.

Zalety wzmacniacza sprzężonego transformatorowo

Oto zalety wzmacniacza sprzężonego transformatorowo -

• Zapewnione jest doskonałe dopasowanie impedancji.
• Osiągnięty zysk jest wyższy.
• Nie będzie utraty mocy w rezystorach kolektora i bazy.
• Wydajne w działaniu.

Wady wzmacniacza sprzężonego transformatorowo

Poniżej przedstawiono wady wzmacniacza sprzężonego transformatorowo -

• Chociaż wzmocnienie jest wysokie, zmienia się znacznie w zależności od częstotliwości. Stąd słaba odpowiedź częstotliwościowa.

• Zniekształcenie częstotliwości jest większe.

• Transformatory mają tendencję do generowania buczenia.

• Transformatory są nieporęczne i kosztowne.

Aplikacje

Poniżej przedstawiono zastosowania wzmacniacza sprzężonego transformatorowo -

• Używany głównie do celów dopasowania impedancji.
• Używany do wzmacniania mocy.
• Używany w zastosowaniach, w których wymagany jest maksymalny transfer mocy.

Drugim rodzajem wzmacniacza sprzęgającego jest wzmacniacz ze sprzężeniem bezpośrednim, który jest szczególnie używany do wzmacniania niższych częstotliwości, takich jak wzmacnianie prądu fotoelektrycznego lub prądu termopary.

Wzmacniacz sprzężony bezpośrednio

Ponieważ nie są używane żadne urządzenia sprzęgające, sprzężenie stopni wzmacniacza odbywa się bezpośrednio i stąd nazywane jest as Direct coupled amplifier.

Budowa

Poniższy rysunek przedstawia trójstopniowy wzmacniacz tranzystorowy sprzężony bezpośrednio. Wyjście pierwszego tranzystora T etap ₁ jest połączone z wejściem drugiego tranzystora etapie T ₂ .

Tranzystor w pierwszym etapie będzie tranzystorem NPN, podczas gdy tranzystor w następnym etapie będzie tranzystorem PNP i tak dalej. Dzieje się tak, ponieważ zmiany w jednym tranzystorze mają tendencję do znoszenia zmian w drugim. Wzrost prądu kolektora i zmiany β jednego tranzystora są niwelowane przez spadek drugiego.

Operacja

Sygnał wejściowy po przyłożeniu do bazy tranzystora T ₁ zostaje wzmocniony w wyniku działania tranzystora, a wzmocnione wyjście pojawia się na rezystorze kolektorowym R _c tranzystora T ₁ . Wyjście to jest doprowadzane do bazy tranzystora T _2, który dodatkowo wzmacnia sygnał. W ten sposób sygnał jest wzmacniany w bezpośrednio sprzężonym obwodzie wzmacniacza.

Zalety

Zalety wzmacniacza sprzężonego bezpośrednio są następujące.

• Układ obwodów jest prosty ze względu na minimalne użycie rezystorów.

• Obwód jest tani ze względu na brak drogich urządzeń sprzęgających.

Niedogodności

Wady bezpośrednio sprzężonego wzmacniacza są następujące.

• Nie można go używać do wzmacniania wysokich częstotliwości.
• Punkt pracy zmienia się z powodu wahań temperatury.

Aplikacje

Zastosowania wzmacniacza sprzężonego bezpośrednio są następujące.

• Wzmocnienia niskich częstotliwości.
• Wzmocnienia niskoprądowe.

Porównania

Spróbujmy porównać charakterystykę omówionych dotychczas różnych typów metod sprzęgania.

S.Nr	Szczególny	Sprzęgło RC	Sprzęgło transformatora	Sprzężenie bezpośrednie
1	Pasmo przenoszenia	Doskonały w zakresie częstotliwości audio	Ubogi	Najlepsza
2	Koszt	Mniej	Więcej	Najmniej
3	Przestrzeń i waga	Mniej	Więcej	Najmniej
4	Dopasowania impedancji	Niedobrze	Świetny	Dobry
5	Posługiwać się	Do wzmacniania napięcia	Do wzmocnienia mocy	Do wzmacniania ekstremalnie niskich częstotliwości

W praktyce każdy wzmacniacz składa się z kilku stopni wzmocnienia. Jeśli weźmiemy pod uwagę wzmocnienie dźwięku, ma on kilka stopni wzmocnienia, w zależności od naszych wymagań.

Wzmacniacz mocy

Po przetworzeniu sygnału audio na sygnał elektryczny, wykonuje się kilka wzmocnień napięciowych, po których następuje wzmocnienie mocy wzmacnianego sygnału tuż przed stopniem głośników. Widać to wyraźnie na poniższym rysunku.

Podczas gdy wzmacniacz napięciowy podnosi poziom napięcia sygnału, wzmacniacz mocy podnosi poziom mocy sygnału. Oprócz podniesienia poziomu mocy można też powiedzieć, że wzmacniacz mocy to urządzenie konwertujące prąd stały na prąd przemienny, którego działanie jest sterowane sygnałem wejściowym.

Moc DC rozkłada się zgodnie z zależnością,

Wejście zasilania DC = moc wyjściowa AC + straty

Tranzystor mocy

W przypadku takiego wzmocnienia mocy zwykły tranzystor by się nie nadawał. Tranzystor, który jest produkowany w celu wzmocnienia mocy, jest nazywanyPower transistor.

Tranzystor mocy różni się od innych tranzystorów następującymi czynnikami.

• Jest większy, aby obsługiwać duże moce.

• Obszar kolektora tranzystora jest duży, a radiator jest umieszczony na połączeniu kolektora z podstawą, aby zminimalizować wytwarzane ciepło.

• Emiter i obszary bazowe tranzystora mocy są silnie domieszkowane.

• Ze względu na niską rezystancję wejściową wymaga małej mocy wejściowej.

Stąd istnieje duża różnica we wzmocnieniu napięcia i wzmocnieniu mocy. Spróbujmy więc teraz zagłębić się w szczegóły, aby zrozumieć różnice między wzmacniaczem napięciowym a wzmacniaczem mocy.

Różnica między wzmacniaczami napięcia i mocy

Spróbujmy odróżnić napięcie od wzmacniacza mocy.

Wzmacniacz napięcia

Zadaniem wzmacniacza napięcia jest podniesienie poziomu napięcia sygnału. Wzmacniacz napięcia ma na celu osiągnięcie maksymalnego wzmocnienia napięcia.

Wzmocnienie napięcia wzmacniacza jest podane przez

$$A_v = \beta \left (\frac{R_c}{R_{in}} \right )$$

Charakterystyka wzmacniacza napięcia jest następująca -

• Baza tranzystora powinna być cienka, stąd wartość β powinna być większa niż 100.

• Rezystancja rezystora R wejściowego _w powinien być niski w stosunku do obciążenia kolektora R _C .

• Obciążenie kolektora R _C powinno być stosunkowo duże. Aby umożliwić duże obciążenie kolektora, wzmacniacze napięcia pracują zawsze przy niskim prądzie kolektora.

• Wzmacniacze napięcia są używane do małych napięć sygnału.

Wzmacniacz mocy

Zadaniem wzmacniacza mocy jest podniesienie poziomu mocy sygnału wejściowego. Wymagany jest do dostarczania dużej ilości mocy i musi obsługiwać duży prąd.

Charakterystyka wzmacniacza mocy jest następująca -

• Baza tranzystora jest pogrubiona, aby wytrzymać duże prądy. Wartość β jest (β> 100) wysoka.

• Rozmiar tranzystora jest większy, aby rozproszyć więcej ciepła, które jest wytwarzane podczas pracy tranzystora.

• Do dopasowania impedancji używane jest sprzęgło transformatorowe.

• Opór kolektora jest niski.

Porównanie wzmacniaczy napięcia i mocy jest przedstawione poniżej w formie tabelarycznej.

S.Nr	Szczególny	Wzmacniacz napięcia	Wzmacniacz mocy
1	β	Wysoki (> 100)	Niski (od 5 do 20)
2	R C	Wysoka (4-10 KΩ)	Niski (od 5 do 20 Ω)
3	Sprzęganie	Zwykle sprzęgło RC	Niezmiennie sprzężenie transformatora
4	Napięcie wejściowe	Niska (kilka m V)	Wysoki (2-4 V)
5	Prąd kolektora	Niski (≈ 1 mA)	Wysoki (> 100 mA)
6	Moc wyjściowa	Niska	Wysoki
7	Impedancja wyjściowa	Wysoka (≈ 12 K Ω)	Niski (200 Ω)

Wzmacniacze mocy wzmacniają poziom mocy sygnału. To wzmocnienie jest wykonywane na ostatnim etapie aplikacji audio. Aplikacje związane z częstotliwościami radiowymi wykorzystują wzmacniacze mocy radiowej. Aleoperating pointtranzystora, odgrywa bardzo ważną rolę w określaniu sprawności wzmacniacza. Plikmain classification odbywa się w oparciu o ten tryb pracy.

Klasyfikacji dokonuje się na podstawie ich częstotliwości, a także na podstawie sposobu ich działania.

Klasyfikacja na podstawie częstotliwości

Wzmacniacze mocy są podzielone na dwie kategorie, w zależności od częstotliwości, które obsługują. Są one następujące.

• Audio Power Amplifiers- Wzmacniacze mocy audio podnoszą poziom mocy sygnałów o zakresie częstotliwości audio (20 Hz do 20 KHz). Znane są również jakoSmall signal power amplifiers.

• Radio Power Amplifiers- Wzmacniacze mocy radiowej lub dostrojone wzmacniacze mocy podnoszą poziom mocy sygnałów o zakresie częstotliwości radiowych (od 3 kHz do 300 GHz). Znane są również jakolarge signal power amplifiers.

Klasyfikacja oparta na sposobie działania

Na podstawie trybu pracy, tj. Części cyklu wejściowego, podczas której płynie prąd kolektora, wzmacniacze mocy można sklasyfikować w następujący sposób.

• Class A Power amplifier - Gdy prąd kolektora płynie przez cały czas podczas pełnego cyklu sygnału, wzmacniacz mocy jest znany jako class A power amplifier.

• Class B Power amplifier - Gdy prąd kolektora płynie tylko podczas dodatniego półokresu sygnału wejściowego, wzmacniacz mocy jest znany jako class B power amplifier.

• Class C Power amplifier - Gdy prąd kolektora płynie przez mniej niż połowę cyklu sygnału wejściowego, wzmacniacz mocy jest znany jako class C power amplifier.

Powstaje inny wzmacniacz zwany wzmacniaczem klasy AB, jeśli połączymy wzmacniacze klasy A i klasy B, aby wykorzystać zalety obu.

Zanim przejdziemy do szczegółów tych wzmacniaczy, przyjrzyjmy się ważnym warunkom, które należy wziąć pod uwagę, aby określić wydajność wzmacniacza.

Warunki dotyczące wydajności

Podstawowym celem wzmacniacza mocy jest uzyskanie maksymalnej mocy wyjściowej. Aby to osiągnąć, ważne czynniki, które należy wziąć pod uwagę, to sprawność kolektora, zdolność rozpraszania mocy i zniekształcenia. Omówmy je szczegółowo.

Wydajność kolektora

To wyjaśnia, jak dobrze wzmacniacz konwertuje prąd stały na prąd przemienny. Gdy zasilanie DC jest podawane z akumulatora, ale nie jest podawany sygnał wejściowy AC, wyjście kolektora w takim stanie jest obserwowane jakocollector efficiency.

Wydajność kolektora określa się jako

$$\eta = \frac{average\: a.c \: power \: output}{average \: d.c \: power\: input\: to \: transistor}$$

Na przykład, jeśli bateria dostarcza 15 W, a moc wyjściowa AC wynosi 3 W. Wtedy sprawność tranzystora wyniesie 20%.

Głównym celem wzmacniacza mocy jest uzyskanie maksymalnej sprawności kolektora. Stąd im wyższa wartość sprawności kolektora, tym sprawność wzmacniacza będzie.

Zdolność rozpraszania mocy

Podczas pracy każdy tranzystor nagrzewa się. Ponieważ tranzystor mocy obsługuje duże prądy, nagrzewa się bardziej. To ciepło zwiększa temperaturę tranzystora, co zmienia punkt pracy tranzystora.

Tak więc, aby zachować stabilność punktu pracy, temperatura tranzystora musi być utrzymywana w dopuszczalnych granicach. W tym celu wytworzone ciepło musi zostać odprowadzone. Taka pojemność jest nazywana zdolnością rozpraszania mocy.

Power dissipation capabilitymożna zdefiniować jako zdolność tranzystora mocy do rozpraszania powstającego w nim ciepła. Metalowe obudowy zwane radiatorami służą do odprowadzania ciepła wytwarzanego przez tranzystory mocy.

Zniekształcenie

Tranzystor jest urządzeniem nieliniowym. W porównaniu z danymi wejściowymi występuje kilka różnic na wyjściu. We wzmacniaczach napięcia problem ten nie jest dominujący, ponieważ stosowane są małe prądy. Ale we wzmacniaczach mocy, gdy używane są duże prądy, z pewnością pojawia się problem zniekształceń.

Distortiondefiniuje się jako zmianę kształtu fali wyjściowej z kształtu fali wejściowej wzmacniacza. Wzmacniacz, który ma mniejsze zniekształcenia, zapewnia lepszą moc wyjściową i dlatego jest uważany za wydajny.

Poznaliśmy już szczegóły polaryzacji tranzystora, co jest bardzo ważne dla pracy tranzystora jako wzmacniacza. Stąd, aby uzyskać wierne wzmocnienie, polaryzacja tranzystora musi być wykonana tak, aby wzmacniacz działał w obszarze liniowym.

Wzmacniacz mocy klasy A to taki, w którym prąd wyjściowy płynie przez cały cykl zasilania wejściowego AC. Stąd cały sygnał obecny na wejściu jest wzmacniany na wyjściu. Poniższy rysunek przedstawia schemat obwodu wzmacniacza mocy klasy A.

Z powyższego rysunku można zauważyć, że transformator jest obecny na kolektorze jako obciążenie. Zastosowanie transformatora pozwala na dopasowanie impedancji, co skutkuje przeniesieniem maksymalnej mocy na obciążenie np. Głośnik.

Punkt pracy tego wzmacniacza znajduje się w obszarze liniowym. Jest tak dobrany, że prąd płynie przez cały cykl wejściowy AC. Poniższy rysunek wyjaśnia wybór punktu pracy.

Charakterystykę wyjściową z punktem pracy Q przedstawiono na powyższym rysunku. Tutaj (I _c ) _Q i (V _ce ) _Q reprezentują brak prądu kolektora sygnału i napięcia odpowiednio między kolektorem a emiterem. Po przyłożeniu sygnału punkt Q przesuwa się do Q ₁ i Q ₂ . Prąd wyjściowy rośnie do (I _c ) _max i maleje do (I _c ) _min . Podobnie, napięcie kolektor-emiter wzrasta do (V _ce ) _max i spada do (V _ce ) _min .

DC Moc pobierana z akumulatora kolektora V _cc jest podana przez

$$P_{in} = voltage \times current = V_{CC}(I_C)_Q$$

Ta moc jest używana w następujących dwóch częściach -

• Moc rozpraszana w obciążeniu kolektora w postaci ciepła podawanego przez

$$P_{RC} = (current)^2 \times resistance = (I_C)^2_Q R_C$$

• Moc podawana do tranzystora jest podana przez

$$P_{tr} = P_{in} - P_{RC} = V_{CC} - (I_C)^2_Q R_C$$

Po przyłożeniu sygnału moc przekazana do tranzystora jest wykorzystywana w następujących dwóch częściach -

• Moc AC rozwijana przez rezystory obciążenia RC, która stanowi moc wyjściową AC.

  $$(P_O)_{ac} = I^2 R_C = \frac{V^2}{R_C} = \left ( \frac{V_m}{\sqrt{2}}\right )^2 \frac{1}{R_C} = \frac{V_m^2}{2R_C}$$

  Gdzie I jest wartością skuteczną prądu przemiennego prądu wyjściowego przez obciążenie, V jest wartością skuteczną napięcia przemiennego, a V_m to maksymalna wartość V.

• Moc DC rozpraszana przez tranzystor (obszar kolektora) w postaci ciepła, tj. (P _C ) _dc

Przedstawiliśmy cały przepływ mocy na poniższym diagramie.

Ten wzmacniacz mocy klasy A może wzmacniać małe sygnały z najmniejszymi zniekształceniami, a wyjście będzie dokładną repliką wejścia o zwiększonej sile.

Let us now try to draw some expressions to represent efficiencies.

Ogólna wydajność

Całkowita sprawność obwodu wzmacniacza jest podana przez

$$(\eta)_{overall} = \frac{a.c \: power \:delivered\: to \: the\: load}{total \: power\: delivered \: by \: d.c\: supply}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

Wydajność kolektora

Sprawność kolektora tranzystora jest zdefiniowana jako

$$(\eta)_{collector} = \frac{average\: a.c \: power \:output}{average \:d.c\: power\: input\: to\: transistor}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$$

Wyrażenie ogólnej wydajności

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms}$$

$$= \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] \times \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2}\right ]$$

$$= \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8}$$

W związku z tym

$$(\eta)_{overall} = \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8 \times V_{CC} (I_C)_Q}$$

Zalety wzmacniaczy klasy A.

Zalety wzmacniacza mocy klasy A są następujące -

• Prąd płynie przez cały cykl wejściowy
• Może wzmacniać małe sygnały
• Wyjście jest takie samo jak wejście
• Brak zniekształceń

Wady wzmacniaczy klasy A.

Zalety wzmacniacza mocy klasy A są następujące -

• Niska moc wyjściowa
• Niska wydajność kolektora

Wzmacniacz mocy klasy A, jak omówiono w poprzednim rozdziale, jest obwodem, w którym prąd wyjściowy płynie przez cały cykl zasilania wejściowego AC. Dowiedzieliśmy się również o jego wadach, takich jak niska moc wyjściowa i wydajność. Aby zminimalizować te efekty, wprowadzono wzmacniacz mocy klasy A sprzężony transformatorowo.

Plik construction of class A power amplifiermożna zrozumieć za pomocą poniższego rysunku. Jest to podobne do normalnego obwodu wzmacniacza, ale połączone z transformatorem w obciążeniu kolektora.

Tutaj R ₁ i R ₂ zapewniają potencjalny układ rozdzielaczy. Rezystor Re zapewnia stabilizację, C _e jest kondensatorem obejściowym, a R _e zapobiega napięciu przemiennemu. Zastosowany tutaj transformator to transformator obniżający napięcie.

Przewód pierwotny transformatora o wysokiej impedancji jest podłączony do obwodu kolektora o wysokiej impedancji. Wtórny o niskiej impedancji jest podłączony do obciążenia (zwykle głośnik).

Działanie transformatora

Transformator używany w obwodzie kolektora służy do dopasowania impedancji. R _L to obciążenie podłączone do strony wtórnej transformatora. R _L 'to odbite obciążenie w uzwojeniu pierwotnym transformatora.

Liczba zwojów w podstawowym to n _1, a wtórnym to n ₂ . Niech V ₁ i V ₂ będą napięciami pierwotnymi i wtórnymi, a I ₁ i I ₂ będą odpowiednio prądami pierwotnymi i wtórnymi. Poniższy rysunek wyraźnie pokazuje transformator.

Wiemy to

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2}\: and\: \frac{I_1}{I_2} = \frac{n_1}{n_2}$$

Lub

$$V_1 = \frac{n_1}{n_2}V_2 \: and\: I_1 = \frac{n_1}{n_2}I_2$$

W związku z tym

$$\frac{V_1}{I_1} = \left ( \frac{n_1}{n_2} \right )^2 \frac{V_2}{I_2}$$

Ale V ₁ / I ₁ = R _L '= efektywna rezystancja wejściowa

A V ₂ / I ₂ = R _L = efektywna rezystancja wyjściowa

W związku z tym,

$$R_L’ = \left ( \frac{n_1}{n_2}\right )^2 R_L = n^2 R_L$$

Gdzie

$$n = \frac{number \: of \: turns \: in \: primary}{number\: of\: turns\: in\: secondary} = \frac{n_1}{n_2}$$

Wzmacniacz mocy można dopasować, biorąc odpowiednie przełożenie w transformatorze obniżającym napięcie.

Działanie obwodu

Jeżeli wartość szczytowa prądu kolektora wywołana sygnałem jest równa zerowemu prądowi kolektora, wówczas uzyskuje się maksymalną moc wyjściową AC. Tak więc, aby uzyskać pełne wzmocnienie, punkt pracy powinien znajdować się w środku linii obciążenia.

Punkt pracy oczywiście zmienia się, gdy sygnał jest podawany. Napięcie kolektora zmienia się w przeciwnej fazie do prądu kolektora. Zmiana napięcia kolektora pojawia się po stronie pierwotnej transformatora.

Analiza obwodu

Zakłada się, że strata mocy w części pierwotnej jest pomijalna, ponieważ jej rezystancja jest bardzo mała.

Moc wejściowa w warunkach prądu stałego będzie wynosić

$$(P_{in})_{dc} = (P_{tr})_{dc} = V_{CC} \times (I_C)_Q$$

Przy maksymalnej wydajności wzmacniacza klasy A, napięcie waha się od (V _ce ) _max do zera, a natężenie od (I _c ) _max do zera.

W związku z tym

$$V_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(V_{ce})_{max}}{2}\right ] = \frac{2V_{CC}}{2\sqrt{2}} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}}$$

$$I_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(I_C)_{max}}{2}\right ] = \frac{2(I_C)_Q}{2\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}}$$

W związku z tym,

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} \times \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2}$$

W związku z tym,

Wydajność kolektora = $\frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$

Lub,

$$(\eta)_{collector} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2 \times V_{CC} \times (I_C)_Q} = \frac{1}{2}$$

$$= \frac{1}{2} \times 100 = 50\%$$

Sprawność wzmacniacza mocy klasy A wynosi prawie 30%, podczas gdy została poprawiona do 50% dzięki zastosowaniu wzmacniacza mocy klasy A sprzężonego transformatorowo.

Zalety

Zalety wzmacniacza mocy klasy A sprzężonego transformatorowo są następujące.

• Brak utraty mocy sygnału w opornikach bazowych lub kolektorowych.
• Uzyskuje się doskonałe dopasowanie impedancji.
• Zysk jest wysoki.
• Zapewniona jest izolacja DC.

Niedogodności

Wady wzmacniacza mocy klasy A sprzężonego transformatorowo są następujące.

• Sygnały o niskiej częstotliwości są stosunkowo słabiej wzmacniane.
• Buczenie jest wprowadzane przez transformatory.
• Transformatory są nieporęczne i kosztowne.
• Słaba odpowiedź częstotliwościowa.

Aplikacje

Zastosowania wzmacniacza mocy klasy A sprzężonego z transformatorem są następujące.

• W tym obwodzie głównym kryterium jest dopasowanie impedancji.

• Są one używane jako wzmacniacze sterujące, a czasami jako wzmacniacze wyjściowe.

Do tej pory widzieliśmy dwa typy wzmacniaczy mocy w klasie A. Główne problemy, którymi należy się zająć, to niska moc wyjściowa i wydajność. Możliwe jest uzyskanie większej mocy wyjściowej i wydajności niż w przypadku wzmacniacza klasy A dzięki zastosowaniu kombinowanej pary tranzystorów zwanej jakoPush-Pull konfiguracja.

W tym obwodzie używamy dwóch komplementarnych tranzystorów w stopniu wyjściowym, z jednym tranzystorem typu NPN lub N-kanałowym, podczas gdy drugi tranzystor jest typu PNP lub P-kanałowego (dopełniający) połączonych, aby działać jak PUSH a transistor to ON i PULL another transistor to OFFw tym samym czasie. Ta konfiguracja przeciwsobna może być wykonana we wzmacniaczach klasy A, B, C lub AB.

Budowa wzmacniacza mocy klasy A.

Konstrukcję obwodu wzmacniacza mocy klasy A w układzie przeciwsobnym pokazano na poniższym rysunku. Taki układ redukuje głównie zniekształcenia harmoniczne wprowadzone przez nieliniowość charakterystyk przenoszenia pojedynczego wzmacniacza tranzystorowego.

W układzie push-pull dwa identyczne tranzystory T ₁ i T ₂ mają zwarte zaciski nadajnika. Sygnał wejściowy jest doprowadzany do tranzystorów przez transformator T _r1, który dostarcza sygnały o przeciwnej polaryzacji do obu baz tranzystorów. Kolektory obu tranzystorów są podłączone do uzwojenia pierwotnego transformatora wyjściowego T _r2 . Oba transformatory są odczepione centralnie. Zasilanie V _CC jest dostarczane do kolektorów obu tranzystorów przez uzwojenie pierwotne transformatora wyjściowego.

Rezystory R ₁ i R ₂ zapewniają układ polaryzacji. Obciążeniem jest zwykle głośnik, który jest podłączony do uzwojenia wtórnego transformatora wyjściowego. Współczynnik zwojów transformatora wyjściowego dobiera się w taki sposób, aby obciążenie było dobrze dopasowane do impedancji wyjściowej tranzystora. Zatem maksymalna moc jest dostarczana do obciążenia przez wzmacniacz.

Działanie obwodu

Sygnał wyjściowy pobierany jest z transformatora wyjściowego T _r2 . Część pierwotna tego transformatora T _r2 praktycznie nie ma przez siebie składnika prądu stałego. Tranzystory T ₁ i T ₂ mają swoje kolektory podłączone do uzwojenia pierwotnego transformatora T _r2 tak, że ich prądy są równe pod względem wielkości i przepływają w przeciwnych kierunkach przez uzwojenie pierwotne transformatora T _r2 .

Gdy stosuje się sygnał wejściowy AC, baza tranzystora T ₁ jest bardziej dodatni, natomiast baza tranzystora T ₂ jest mniej korzystna. Stąd prąd kolektora i _c1 tranzystora T ₁ rośnie, podczas gdy prąd kolektora i _c2 tranzystora T ₂ maleje. Prądy te płyną w przeciwnych kierunkach w dwóch połówkach pierwotnego transformatora wyjściowego. Ponadto strumień wytwarzany przez te prądy będzie również przebiegał w przeciwnych kierunkach.

Stąd napięcie na obciążeniu będzie napięciem indukowanym, którego wielkość będzie proporcjonalna do różnicy prądów kolektora tj.

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

Podobnie dla ujemnego sygnału wejściowego prąd kolektora i _c2 będzie większy niż i _c1 . W takim przypadku napięcie powstające na obciążeniu będzie ponownie spowodowane różnicą

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

Tak jak $i_{c2} > i_{c1}$

Polaryzacja napięcia indukowanego na obciążeniu zostanie odwrócona.

$$i_{c1} - i_{c2} = i_{c1} + (-i_{c2})$$

Aby lepiej zrozumieć, rozważmy poniższy rysunek.

Cała operacja powoduje powstanie napięcia przemiennego indukowanego w uzwojeniu wtórnym transformatora wyjściowego, a zatem moc prądu przemiennego jest dostarczana do tego obciążenia.

Zrozumiałe jest, że podczas dowolnego półcyklu sygnału wejściowego jeden tranzystor jest wprowadzany (lub wciskany) głęboko w przewodzenie, podczas gdy drugi jest nieprzewodzący (wyciągany). Stąd nazwaPush-pull amplifier. Zniekształcenia harmoniczne we wzmacniaczu Push-pull są zminimalizowane tak, że wszystkie parzyste harmoniczne są wyeliminowane.

Zalety

Zalety wzmacniacza Push-pull klasy A są następujące

• Uzyskuje się wysoką moc wyjściową AC.

• Wyjście jest wolne od parzystych harmonicznych.

• Efekt tętnienia napięcia jest zrównoważony. Występują one w zasilaczu z powodu niewystarczającego filtrowania.

Niedogodności

Wady wzmacniacza Push-pull klasy A są następujące

• Tranzystory mają być identyczne, aby dawały jednakowe wzmocnienie.
• W przypadku transformatorów wymagane jest podłączenie do środka.
• Transformatory są nieporęczne i kosztowne.

Gdy prąd kolektora płynie tylko podczas dodatniego półcyklu sygnału wejściowego, wzmacniacz mocy jest znany jako class B power amplifier.

Operacja klasy B.

Polaryzacja tranzystora w pracy w klasie B jest taka, że ​​przy zerowym sygnale nie będzie prądu kolektora. Plikoperating pointjest wybierane na napięcie odcięcia kolektora. Tak więc, gdy sygnał jest stosowany,only the positive half cycle jest wzmacniany na wyjściu.

Poniższy rysunek przedstawia przebiegi wejściowe i wyjściowe podczas pracy w klasie B.

Gdy sygnał jest doprowadzany, obwód jest spolaryzowany do przodu przez dodatnią połowę cyklu wejścia, a zatem płynie prąd kolektora. Ale podczas ujemnego półcyklu na wejściu obwód jest spolaryzowany odwrotnie i prąd kolektora będzie nieobecny. W związku z tymonly the positive half cycle jest wzmacniany na wyjściu.

Ponieważ ujemny półcykl jest całkowicie nieobecny, zniekształcenie sygnału będzie wysokie. Ponadto, gdy zastosowany sygnał wzrośnie, rozpraszanie mocy będzie większe. Ale w porównaniu do wzmacniacza mocy klasy A, wydajność wyjściowa jest zwiększona.

Cóż, aby zminimalizować wady i osiągnąć niskie zniekształcenia, wysoką sprawność i dużą moc wyjściową, w tym wzmacniaczu pracującym w klasie B zastosowano układ przeciwsobny.

Wzmacniacz push-pull klasy B.

Chociaż wydajność wzmacniacza mocy klasy B jest wyższa niż klasy A, ponieważ używana jest tylko połowa cyklu wejściowego, zniekształcenia są duże. Ponadto moc wejściowa nie jest w pełni wykorzystywana. Aby skompensować te problemy, we wzmacniaczu pracującym w klasie B wprowadzono konfigurację przeciwsobną.

Budowa

Obwód wzmacniacza mocy typu push-pull klasy B składa się z dwóch identycznych tranzystorów T ₁ i T _2, których podstawy są połączone z uzwojeniem wtórnym transformatora wejściowego z odczepem centralnym T _r1 . Emitery są zwarte, a kolektory są zasilane V _CC przez uzwojenie pierwotne transformatora wyjściowego T _r2 .

Układ obwodów wzmacniacza przeciwsobnego klasy B jest taki sam, jak układ wzmacniacza przeciwsobnego klasy A, z tym wyjątkiem, że tranzystory są spolaryzowane przy odcięciu, zamiast używać rezystorów polaryzujących. Poniższy rysunek przedstawia szczegóły budowy wzmacniacza mocy typu push-pull klasy B.

Działanie obwodu wzmacniacza push-pull klasy B opisano szczegółowo poniżej.

Operacja

Z obwodu wzmacniacza przeciwsobnego klasy B pokazanego na powyższym rysunku wynika, że ​​oba transformatory są wyprowadzone centralnie. Gdy na wejściu nie jest podawany żaden sygnał, tranzystory T ₁ i T ₂ są w stanie odcięcia, a zatem nie płyną prądy kolektora. Ponieważ z V _CC nie jest pobierany prąd , moc nie jest marnowana.

Podany sygnał wejściowy jest podawany na transformator wejściowy T _r1, który rozdziela sygnał na dwa sygnały, które są przesunięte w fazie ^o 180 ^o . Te dwa sygnały są podawane na dwa identyczne tranzystory T ₁ i T ₂ . W dodatnim półcyklu baza tranzystora T ₁ staje się dodatnia i płynie prąd kolektora. W tym samym czasie tranzystor T ₂ jest ujemnej połówki cyklu, który rzuca tranzystor T ₂ w stan odcięcia i stąd nie płynie prąd kolektora. Przebieg generowany jest tak, jak pokazano na poniższym rysunku.

Przez następne pół cyklu tranzystor T ₁ przechodzi w stan odcięcia, a tranzystor T ₂ przechodzi w stan przewodzenia, dostarczając sygnał wyjściowy. Stąd dla obu cykli każdy tranzystor przewodzi naprzemiennie. Transformator wyjściowy T _r3 służy do łączenia dwóch prądów wytwarzających prawie niezniekształcony przebieg wyjściowy.

Efektywność energetyczna wzmacniacza push-pull klasy B.

Prąd w każdym tranzystorze jest średnią wartością połowy pętli sinusoidalnej.

Dla pół pętli sinusoidalnej I _dc jest podane przez

$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$

W związku z tym,

$$(p_{in})_{dc} = 2 \times \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} \times V_{CC} \right ]$$

Tutaj wprowadzono współczynnik 2, ponieważ we wzmacniaczu przeciwsobnym są dwa tranzystory.

Wartość skuteczna prądu kolektora = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$

Wartość skuteczna napięcia wyjściowego = $V_{CC} / \sqrt{2}$

W idealnych warunkach maksymalnej mocy

W związku z tym,

$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} \times \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2}$$

Teraz ogólna maksymalna wydajność

$$\eta_{overall} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

$$= \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2} \times \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} \times V_{CC}}$$

$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$

Sprawność kolektora byłaby taka sama.

Stąd wzmacniacz przeciwsobny klasy B poprawia efektywność niż wzmacniacz przeciwsobny klasy A.

Uzupełniający wzmacniacz symetryczny Push-Pull klasy B.

Wzmacniacz przeciwsobny, o którym właśnie mówiliśmy, poprawia wydajność, ale użycie transformatorów z centralnym odczepem sprawia, że ​​obwód jest nieporęczny, ciężki i kosztowny. Aby uprościć obwód i poprawić wydajność, zastosowane tranzystory można uzupełnić, jak pokazano na poniższym schemacie obwodu.

Powyższy obwód wykorzystuje tranzystor NPN i tranzystor PNP połączone w konfiguracji przeciwsobnej. Po przyłożeniu sygnału wejściowego, podczas dodatniego półcyklu sygnału wejściowego, tranzystor NPN przewodzi, a tranzystor PNP odcina się. Podczas ujemnego półcyklu tranzystor NPN wyłącza się i tranzystor PNP przewodzi.

W ten sposób tranzystor NPN wzmacnia się podczas dodatniego półcyklu na wejściu, podczas gdy tranzystor PNP wzmacnia podczas ujemnego półcyklu wejścia. Ponieważ tranzystory są wzajemnie uzupełniające się, ale działają symetrycznie, gdy są połączone w konfiguracji push pull klasy B, obwód ten jest określany jakoComplementary symmetry push pull class B amplifier.

Zalety

Zalety wzmacniacza push pull klasy B z komplementarną symetrią są następujące.

• Ponieważ nie ma potrzeby stosowania transformatorów z odczepami środkowymi, zmniejsza się ciężar i koszt.

• Równe i przeciwne napięcia sygnału wejściowego nie są wymagane.

Niedogodności

Wady wzmacniacza push pull klasy B z symetrią komplementarną są następujące.

• Trudno jest uzyskać parę tranzystorów (NPN i PNP) o podobnych właściwościach.

• Wymagamy zarówno dodatniego, jak i ujemnego napięcia zasilania.

Omawiane do tej pory wzmacniacze w klasie A i B mają kilka ograniczeń. Spróbujmy teraz połączyć te dwa elementy, aby uzyskać nowy układ, który miałby wszystkie zalety wzmacniacza w klasie A i B bez ich nieefektywności. Wcześniej zajmijmy się jeszcze innym ważnym problemem, zwanym asCross over distortion, wynik spotkania klasy B z.

Zniekształcenie zwrotnicy

W konfiguracji przeciwsobnej dwa identyczne tranzystory przechodzą w stan przewodzenia, jeden po drugim, a wytwarzany sygnał wyjściowy będzie kombinacją obu.

Kiedy sygnał zmienia się lub przechodzi z jednego tranzystora na drugi w punkcie zerowym napięcia, powoduje to pewne zniekształcenie kształtu fali wyjściowej. Aby tranzystor mógł przewodzić, złącze bazowego emitera powinno przekraczać 0,7 V, napięcie odcięcia. Czas potrzebny do włączenia tranzystora ze stanu WYŁĄCZENIA lub wyłączenia ze stanu włączenia nazywa siętransition period.

W punkcie napięcia zerowego okres przejściowy przełączania tranzystorów z jednego na drugi ma swój wpływ, co prowadzi do przypadków, w których oba tranzystory są wyłączone jednocześnie. Takie przypadki można nazwać jakoFlat spot lub Dead band na kształt fali wyjściowej.

Powyższy rysunek wyraźnie pokazuje zniekształcenia krzyżowe, które są widoczne w przebiegu wyjściowym. To jest główna wada. Ten efekt zniekształcenia krzyżowego zmniejsza również ogólną wartość szczytową do wartości szczytowej przebiegu wyjściowego, co z kolei zmniejsza maksymalną moc wyjściową. Można to lepiej zrozumieć dzięki nieliniowej charakterystyce przebiegu, jak pokazano poniżej.

Należy rozumieć, że to zniekształcenie zwrotnicy jest mniej wyraźne w przypadku dużych sygnałów wejściowych, ponieważ powoduje poważne zakłócenia w przypadku małych sygnałów wejściowych. To zniekształcenie krzyżowe można wyeliminować, jeśli przewodzenie wzmacniacza jest dłuższe niż pół cyklu, tak że oba tranzystory nie będą wyłączone w tym samym czasie.

Pomysł ten prowadzi do wynalezienia wzmacniacza klasy AB, będącego połączeniem wzmacniaczy klasy A i klasy B, jak omówiono poniżej.

Wzmacniacz mocy klasy AB

Jak sama nazwa wskazuje, klasa AB to połączenie wzmacniaczy klasy A i klasy B. Ponieważ klasa A ma problem z niską wydajnością, a klasa B ma problem ze zniekształceniami, ta klasa AB powstała, aby wyeliminować te dwa problemy, wykorzystując zalety obu klas.

Zniekształcenie krzyżowe to problem, który pojawia się, gdy oba tranzystory są wyłączone w tym samym momencie, w okresie przejściowym. Aby to wyeliminować, warunek należy wybrać na więcej niż pół cyklu. W związku z tym drugi tranzystor przechodzi w stan przewodzenia, zanim tranzystor roboczy przełączy się w stan odcięcia. Osiąga się to tylko przy użyciu konfiguracji klasy AB, jak pokazano na poniższym schemacie obwodu.

Dlatego w konstrukcji wzmacniacza pracującego w klasie AB każdy z tranzystorów przeciwsobnych przewodzi nieco dłużej niż pół cyklu przewodzenia w klasie B, ale znacznie krócej niż cały cykl przewodzenia w klasie A.

Kąt przewodzenia wzmacniacza klasy AB wynosi od 180 ^o do 360 ^{o, w} zależności od wybranego punktu pracy. Można to zrozumieć za pomocą poniższego rysunku.

Małe napięcie polaryzacji podane za pomocą diod D ₁ i D ₂ , jak pokazano na powyższym rysunku, pomaga punktowi pracy znaleźć się powyżej punktu odcięcia. Stąd przebieg wyjściowy wyników klasy AB, jak widać na powyższym rysunku. Zniekształcenia zwrotnicy tworzone przez klasę B są przezwyciężane przez tę klasę AB, a nieefektywność klas A i B nie ma wpływu na obwód.

Tak więc klasa AB jest dobrym kompromisem pomiędzy klasą A i klasą B pod względem sprawności i liniowości o sprawności sięgającej około 50% do 60%. Wzmacniacze klasy A, B i AB nazywane są jakolinear amplifiers ponieważ amplituda i faza sygnału wyjściowego są liniowo powiązane z amplitudą i fazą sygnału wejściowego.

Wzmacniacz mocy klasy C.

Gdy prąd kolektora płynie przez mniej niż połowę cyklu sygnału wejściowego, wzmacniacz mocy jest znany jako class C power amplifier.

Wydajność wzmacniacza klasy C jest wysoka, a liniowość słaba. Kąt przewodzenia dla klasy C jest mniejszy niż 180 ^o . Zwykle wynosi około 90 ^o , co oznacza, że ​​tranzystor pozostaje bezczynny przez ponad połowę sygnału wejściowego. Zatem prąd wyjściowy będzie dostarczany krócej w porównaniu z zastosowaniem sygnału wejściowego.

Poniższy rysunek przedstawia punkt pracy i moc wyjściową wzmacniacza klasy C.

Ten rodzaj polaryzacji zapewnia znacznie lepszą wydajność wzmacniacza o około 80%, ale wprowadza duże zniekształcenia w sygnale wyjściowym. Używając wzmacniacza klasy C, impulsy wytwarzane na jego wyjściu można przekształcić w kompletną falę sinusoidalną o określonej częstotliwości za pomocą obwodów LC w jego obwodzie kolektora.

Typy wzmacniaczy, które do tej pory omawialiśmy, nie mogą działać skutecznie na częstotliwościach radiowych, mimo że dobrze radzą sobie z częstotliwościami audio. Ponadto wzmocnienie tych wzmacniaczy jest takie, że nie zmienia się w zależności od częstotliwości sygnału w szerokim zakresie. Pozwala to na równie dobre wzmocnienie sygnału w całym zakresie częstotliwości i nie pozwala na wybór określonej pożądanej częstotliwości, odrzucając inne częstotliwości.

Tak więc istnieje zapotrzebowanie na obwód, który może zarówno wybierać, jak i wzmacniać. Tak więc obwód wzmacniacza wraz z wyborem, takim jak obwód strojony, tworzyTuned amplifier.

Co to jest wzmacniacz dostrojony?

Wzmacniacze dostrojone to wzmacniacze, które są wykorzystywane do tego celu tuning. Strojenie oznacza wybieranie. Spośród zestawu dostępnych częstotliwości, jeśli zachodzi potrzeba wybrania określonej częstotliwości, odrzucając wszystkie inne, taki proces nazywa sięSelection. Wyboru dokonuje się za pomocą obwodu o nazwie asTuned circuit.

Kiedy obwód wzmacniacza ma zastąpione obciążenie przez obwód dostrojony, taki wzmacniacz można nazwać Tuned amplifier circuit. Podstawowy obwód strojonego wzmacniacza wygląda jak pokazano poniżej.

Obwód tunera to nic innego jak obwód LC, który jest również nazywany jako resonant lub tank circuit. Wybiera częstotliwość. Obwód strojony jest w stanie wzmocnić sygnał w wąskim paśmie częstotliwości, które są wyśrodkowane na częstotliwości rezonansowej.

Kiedy reaktancja cewki indukcyjnej równoważy reaktancję kondensatora, w strojonym obwodzie przy pewnej częstotliwości, taką częstotliwość można nazwać resonant frequency. Jest oznaczonyf_r.

Wzór na rezonans to

$$2 \pi f_L = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Rodzaje obwodów strojonych

Obwód strojony może być obwodem strojonym szeregowo (obwód rezonansowy szeregowy) lub obwodem strojonym równolegle (obwód rezonansowy równoległy) w zależności od typu jego połączenia z obwodem głównym.

Obwód strojony szeregowo

Cewka indukcyjna i kondensator połączone szeregowo tworzą obwód strojony szeregowo, jak pokazano na poniższym schemacie obwodu.

Przy częstotliwości rezonansowej szeregowy obwód rezonansowy oferuje niską impedancję, która przepuszcza przez niego duży prąd. Szeregowy obwód rezonansowy oferuje coraz wyższą impedancję dla częstotliwości dalekich od częstotliwości rezonansowej.

Obwód strojony równolegle

Cewka indukcyjna i kondensator połączone równolegle tworzą równoległy obwód dostrojony, jak pokazano na poniższym rysunku.

Przy częstotliwości rezonansowej równoległy obwód rezonansowy oferuje wysoką impedancję, która nie przepuszcza przez niego dużego prądu. Równoległy obwód rezonansowy oferuje coraz niższą impedancję dla częstotliwości dalekich od częstotliwości rezonansowej.

Charakterystyka obwodu strojonego równolegle

Częstotliwość, przy której występuje rezonans równoległy (tj. Składowa bierna prądu w obwodzie staje się zerowa), nazywana jest częstotliwością rezonansową f_r. Główne cechy strojonego obwodu są następujące.

Impedancja

Stosunek napięcia zasilania do prądu linii to impedancja strojonego obwodu. Impedancję oferowaną przez obwód LC podaje

$$\frac{Supply \: voltage}{Line equation} = \frac{V}{I}$$

Przy rezonansie prąd linii rośnie, podczas gdy impedancja maleje.

Poniższy rysunek przedstawia krzywą impedancji równoległego obwodu rezonansowego.

Impedancja obwodu maleje przy wartościach powyżej i poniżej częstotliwości rezonansowej f_r. W ten sposób możliwy jest wybór określonej częstotliwości i odrzucenie innych częstotliwości.

Aby otrzymać równanie impedancji obwodu, rozważmy

Prąd linii $I = I_L cos \phi$

$$\frac{V}{Z_r} = \frac{V}{Z_L} \times \frac{R}{Z_L}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{Z_L^2}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{L/C} = \frac{C R}{L}$$

Od, $Z_L^2 = \frac{L}{C}$

Dlatego impedancję obwodu Z _r uzyskuje się jako

$$Z_R = \frac{L}{C R}$$

Zatem przy równoległym rezonansie impedancja obwodu jest równa L / CR.

Prąd obwodu

W rezonansie równoległym prąd obwodu lub linii I jest określony przez przyłożone napięcie podzielone przez impedancję obwodu Z _r, tj.

Prąd linii $I = \frac{V}{Z_r}$

Gdzie $Z_r = \frac{L}{C R}$

Ponieważ Z _r jest bardzo duże, prąd linii I będzie bardzo mały.

Współczynnik jakości

W przypadku równoległego obwodu rezonansowego, ostrość krzywej rezonansowej determinuje selektywność. Im mniejszy opór cewki, tym ostrzejsza będzie krzywa rezonansowa. Stąd reaktancja indukcyjna i rezystancja cewki determinują jakość dostrojonego obwodu.

Stosunek reaktancji indukcyjnej cewki w rezonansie do jej rezystancji jest znany jako Quality factor. Jest oznaczonyQ.

$$Q = \frac{X_L}{R} = \frac{2 \pi f_r L}{R}$$

Im wyższa wartość Q, tym ostrzejsza krzywa rezonansowa i lepsza selektywność.

Zalety wzmacniaczy strojonych

Oto zalety strojonych wzmacniaczy.

• Użycie komponentów reaktywnych, takich jak L i C, minimalizuje straty mocy, co sprawia, że ​​dostrojone wzmacniacze są wydajne.

• Selektywność i wzmocnienie żądanej częstotliwości są wysokie, dzięki zapewnieniu wyższej impedancji przy częstotliwości rezonansowej.

• Mniejszy zasilacz VCC byłby odpowiedni ze względu na jego małą rezystancję w równoległym obwodzie strojonym.

Należy pamiętać, że te zalety nie mają zastosowania w przypadku dużego obciążenia rezystancyjnego kolektora.

Odpowiedź częstotliwościowa dostrojonego wzmacniacza

Aby wzmacniacz był wydajny, jego wzmocnienie powinno być wysokie. To wzmocnienie napięcia zależy od β, impedancji wejściowej i obciążenia kolektora. Obciążenie kolektora w strojonym wzmacniaczu jest obwodem strojonym.

Wzmocnienie napięciowe takiego wzmacniacza podaje

Wzmocnienie napięcia = $\frac{\beta Z_C}{Z_{in}}$

Gdzie Z _C = efektywne obciążenie kolektora, a Z _in = impedancja wejściowa wzmacniacza.

Wartość Z _C zależy od częstotliwości strojonego wzmacniacza. Ponieważ Z _C jest maksymalne przy częstotliwości rezonansowej, wzmocnienie wzmacniacza jest maksymalne przy tej częstotliwości rezonansowej.

Pasmo

Zakres częstotliwości, przy których wzmocnienie napięcia dostrojonego wzmacniacza spada do 70,7% maksymalnego wzmocnienia, nazywa się jego Bandwidth.

Zakres częstotliwości pomiędzy f ₁ a f ₂ nazywany jest szerokością pasma dostrojonego wzmacniacza. Szerokość pasma strojonego wzmacniacza zależy od Q obwodu LC, tj. Od ostrości odpowiedzi częstotliwościowej. Wartość Q i szerokość pasma są odwrotnie proporcjonalne.

Poniższy rysunek przedstawia szerokość pasma i pasmo przenoszenia dostrojonego wzmacniacza.

Zależność między Q a przepustowością

Współczynnik jakości Q szerokości pasma jest definiowany jako stosunek częstotliwości rezonansowej do szerokości pasma, tj.

$$Q = \frac{f_r}{BW}$$

Ogólnie rzecz biorąc, praktyczny obwód ma wartość Q większą niż 10.

W tych warunkach częstotliwość rezonansowa przy równoległym rezonansie jest określona przez

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Istnieją dwa główne typy strojonych wzmacniaczy. Oni są -

• Wzmacniacz z pojedynczym strojem
• Podwójnie dostrojony wzmacniacz

Wzmacniacz z pojedynczym strojeniem

Obwód wzmacniacza z pojedynczą sekcją tunera znajdującą się na kolektorze obwodu wzmacniacza nazywany jest obwodem wzmacniacza pojedynczego tunera.

Budowa

Prosty obwód wzmacniacza tranzystorowego składający się z równoległego obwodu strojonego w obciążeniu kolektora tworzy pojedynczy obwód strojonego wzmacniacza. Wartości pojemności i indukcyjności strojonego obwodu dobiera się tak, aby jego częstotliwość rezonansowa była równa częstotliwości do wzmocnienia.

Poniższy schemat obwodu przedstawia pojedynczy dostrojony obwód wzmacniacza.

Wyjście można uzyskać z kondensatora sprzęgającego C _C, jak pokazano powyżej, lub z uzwojenia wtórnego umieszczonego na L.

Operacja

Na wejściu wzmacniacza podawany jest sygnał o wysokiej częstotliwości, który należy wzmocnić. Częstotliwość rezonansowa równoległego obwodu strojonego jest równa częstotliwości sygnału przykładanego przez zmianę wartości pojemności kondensatora C w obwodzie strojonym.

Na tym etapie dostrojony obwód zapewnia wysoką impedancję częstotliwości sygnału, co pomaga zapewnić wysoką moc wyjściową w całym obwodzie. Ponieważ wysoka impedancja jest oferowana tylko dla dostrojonej częstotliwości, wszystkie inne częstotliwości o niższej impedancji są odrzucane przez dostrojony obwód. Stąd dostrojony wzmacniacz wybiera i wzmacnia żądany sygnał częstotliwości.

Pasmo przenoszenia

Rezonans równoległy występuje przy częstotliwości rezonansowej f _r, gdy obwód ma wysoką Q. częstotliwość rezonansowa f _r jest dana wzorem

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Poniższy wykres przedstawia charakterystykę częstotliwościową pojedynczego dostrojonego obwodu wzmacniacza.

Przy częstotliwości rezonansowej f _r impedancja równoległego obwodu strojonego jest bardzo wysoka i jest czysto rezystancyjna. Dlatego napięcie na R _L jest maksymalne, gdy obwód jest dostrojony do częstotliwości rezonansowej. Stąd przyrost napięcia jest maksymalny przy częstotliwości rezonansowej i spada powyżej i poniżej niej. Im wyższy Q, tym węższa będzie krzywa.

Podwójnie dostrojony wzmacniacz

Obwód wzmacniacza z sekcją podwójnego tunera znajdującą się na kolektorze obwodu wzmacniacza nazywany jest obwodem wzmacniacza podwójnego tunera.

Budowa

Konstrukcję podwójnie dostrojonego wzmacniacza można zrozumieć patrząc na poniższy rysunek. Obwód ten składa się z dwóch strojonych obwodów L ₁ C ₁ i L ₂ C ₂ w sekcji kolektora wzmacniacza. Sygnał na wyjściu obwodu strojonego L ₁ C ₁ jest doprowadzany do drugiego obwodu strojonego L ₂ C ₂ metodą wzajemnego sprzężenia. Pozostałe szczegóły obwodu są takie same jak w obwodzie z pojedynczym strojonym wzmacniaczem, jak pokazano na poniższym schemacie obwodu.

Operacja

Sygnał wysokiej częstotliwości, który należy wzmocnić, jest podawany na wejście wzmacniacza. Obwód strojenia L ₁ C ₁ jest dostrojony do częstotliwości sygnału wejściowego. W tych warunkach dostrojony obwód zapewnia wysoką reaktancję na częstotliwość sygnału. W konsekwencji duża moc pojawia się na wyjściu obwodu strojonego L ₁ C _1, który jest następnie sprzężony z drugim obwodem strojonym L ₂ C ₂ poprzez wzajemną indukcję. Te podwójnie dostrojone obwody są szeroko stosowane do łączenia różnych obwodów odbiorników radiowych i telewizyjnych.

Pasmo przenoszenia podwójnie dostrojonego wzmacniacza

Podwójnie dostrojony wzmacniacz ma specjalną cechę couplingco jest ważne przy określaniu odpowiedzi częstotliwościowej wzmacniacza. Wielkość wzajemnej indukcyjności między dwoma strojonymi obwodami określa stopień sprzężenia, który określa odpowiedź częstotliwościową obwodu.

Aby mieć pojęcie o właściwości indukcyjności wzajemnej, przejdźmy do podstawowej zasady.

Wzajemna indukcyjność

Ponieważ cewka przewodząca prąd wytwarza wokół siebie pewne pole magnetyczne, jeśli inna cewka zostanie zbliżona do tej cewki, tak że znajduje się w obszarze strumienia magnetycznego pierwotnego, zmienny strumień magnetyczny indukuje pole elektromagnetyczne w drugiej cewce. Jeśli ta pierwsza cewka jest nazywana jakoPrimary coil, drugi można nazwać jako Secondary coil.

Kiedy w cewce wtórnej indukowane jest pole elektromagnetyczne z powodu zmieniającego się pola magnetycznego cewki pierwotnej, to takie zjawisko nazywa się Mutual Inductance.

Poniższy rysunek daje wyobrażenie o tym.

Obecny i_s na rysunku wskazują źródło prądu podczas i_indwskazuje indukowany prąd. Strumień reprezentuje strumień magnetyczny wytworzony wokół cewki. To rozprzestrzenia się również na cewkę wtórną.

Przy zastosowaniu napięcia prąd i_spowstają przepływy i strumienie. Kiedy prąd się zmienia, strumień zmienia się, wytwarzająci_ind w cewce wtórnej, ze względu na właściwość wzajemnej indukcyjności.

Sprzęganie

Zgodnie z koncepcją wzajemnego sprzężenia indukcyjnego będzie tak, jak pokazano na poniższym rysunku.

Gdy zwoje są oddalone od siebie, strumień wiązania pierwotnej cewki L ₁ nie połączyć uzwojenie wtórne L ₂ . W tym stanie cewki mająLoose coupling. Opór odbity od cewki wtórnej w tym stanie jest mały, a krzywa rezonansu będzie ostra, a obwód Q będzie wysoki, jak pokazano na poniższym rysunku.

Wręcz przeciwnie, gdy cewka pierwotna i wtórna są zbliżone do siebie, mają Tight coupling. W takich warunkach odbity opór będzie duży, a obwód Q będzie mniejszy. Uzyskuje się dwie pozycje maksymalnego wzmocnienia, jedną powyżej i drugą poniżej częstotliwości rezonansowej.

Przepustowość podwójnie dostrojonego obwodu

Z powyższego rysunku jasno wynika, że ​​szerokość pasma rośnie wraz ze stopniem sprzężenia. Czynnikiem decydującym w podwójnie dostrojonym obwodzie nie jest Q, ale sprzężenie.

Zrozumieliśmy, że dla danej częstotliwości im ściślejsze sprzężenie, tym większa będzie szerokość pasma.

Równanie szerokości pasma jest podane jako

$$BW_{dt} = k f_r$$

Gdzie BW _dt = szerokość pasma dla obwodu podwójnie dostrojonego, K = współczynnik sprzężenia, if _r = częstotliwość rezonansowa.

Mamy nadzieję, że teraz zdobyłeś wystarczającą wiedzę na temat funkcjonowania strojonych wzmacniaczy. W następnym rozdziale dowiemy się o wzmacniaczach sprzężenia zwrotnego.

Obwód wzmacniacza po prostu zwiększa siłę sygnału. Ale wzmacniając, po prostu zwiększa siłę sygnału wejściowego, niezależnie od tego, czy zawiera on informacje, czy też jakiś szum wraz z informacją. Ten szum lub jakieś zakłócenie jest wprowadzane do wzmacniaczy ze względu na ich silną tendencję do wprowadzaniahumz powodu nagłych zmian temperatury lub rozproszonych pól elektrycznych i magnetycznych. Dlatego każdy wzmacniacz o dużym wzmocnieniu ma tendencję do generowania szumu wraz z sygnałem na wyjściu, co jest bardzo niepożądane.

Poziom szumów w obwodach wzmacniacza można znacznie zmniejszyć stosując negative feedback odbywa się poprzez wprowadzenie ułamka wyjścia w fazie przeciwnej do sygnału wejściowego.

Zasada działania wzmacniacza sprzężenia zwrotnego

Wzmacniacz sprzężenia zwrotnego zazwyczaj składa się z dwóch części. Oni sąamplifier i feedback circuit. Obwód sprzężenia zwrotnego zwykle składa się z rezystorów. Koncepcję wzmacniacza sprzężenia zwrotnego można zrozumieć na poniższym rysunku.

Z powyższego rysunku, wzmocnienie wzmacniacza jest reprezentowane jako A. wzmocnienie wzmacniacza to stosunek napięcia wyjściowego V _o do napięcia wejściowego V _i . sieć sprzężenia zwrotnego wydziela napięcie V _f = β V _o z wyjścia V _o wzmacniacza.

Napięcie to dodaje się do dodatniego sprzężenia zwrotnego i odejmuje ujemnego sprzężenia zwrotnego, na podstawie napięcia sygnału V _s . Teraz,

$$V_i = V_s + V_f = V_s + \beta V_o$$

$$V_i = V_s - V_f = V_s - \beta V_o$$

Wielkość β = V _f / V _o nazywana jest stosunkiem sprzężenia zwrotnego lub ułamkiem sprzężenia zwrotnego.

Rozważmy przypadek negatywnej opinii. Wyjście V _o musi być równe napięciu wejściowemu (V _s - βV _o ) pomnożonemu przez wzmocnienie A wzmacniacza.

W związku z tym,

$$(V_s - \beta V_o)A = V_o$$

Lub

$$A V_s - A \beta V_o = V_o$$

Lub

$$A V_s = V_o (1 + A \beta)$$

W związku z tym,

$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Niech A _f będzie ogólnym wzmocnieniem (wzmocnieniem ze sprzężeniem zwrotnym) wzmacniacza. Jest to definiowane jako stosunek napięcia wyjściowego V _o do przyłożonego napięcia sygnałowego V _s , tj.

$$A_f = \frac{Output \: voltage}{Input \: signal \: voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$

Zatem z powyższych dwóch równań możemy zrozumieć, że

Równanie wzmocnienia wzmacniacza sprzężenia zwrotnego, z ujemnym sprzężeniem zwrotnym jest podane przez

$$A_f = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Równanie wzmocnienia wzmacniacza sprzężenia zwrotnego, z dodatnim sprzężeniem zwrotnym jest podane przez

$$A_f = \frac{A}{1 - A \beta}$$

Są to standardowe równania do obliczania wzmocnienia wzmacniaczy sprzężenia zwrotnego.

Rodzaje informacji zwrotnych

Proces wstrzykiwania ułamka energii wyjściowej jakiegoś urządzenia z powrotem do wejścia jest znany jako Feedback. Stwierdzono, że sprzężenie zwrotne jest bardzo przydatne w redukcji szumów i zapewnianiu stabilnej pracy wzmacniacza.

W zależności od tego, czy sygnał zwrotny aids lub opposes sygnał wejściowy, stosowane są dwa rodzaje sprzężenia zwrotnego.

Pozytywne opinie

Sprzężenie zwrotne, w którym energia sprzężenia zwrotnego, tj. Napięcie lub prąd, jest w fazie z sygnałem wejściowym, a tym samym wspomaga je jako Positive feedback.

Zarówno sygnał wejściowy, jak i sygnał sprzężenia zwrotnego wprowadza przesunięcie fazowe o 180 ^o, powodując w ten sposób 360 ^o wynikowe przesunięcie fazowe wokół pętli, aby ostatecznie być w fazie z sygnałem wejściowym.

Chociaż pozytywne opinie increases the gain wzmacniacza ma takie wady jak

• Rosnące zniekształcenia
• Instability

Z powodu tych wad nie zaleca się stosowania pozytywnego sprzężenia zwrotnego dla wzmacniaczy. Jeśli dodatnie sprzężenie zwrotne jest wystarczająco duże, prowadzi to do oscylacji, w wyniku których powstają obwody oscylatora. Ta koncepcja zostanie omówiona w samouczku OSCILLATORS.

Negatywne opinie

Sprzężenie zwrotne, w którym energia sprzężenia zwrotnego, tj. Napięcie lub prąd jest niezgodne z fazą na wejściu, a zatem jest mu przeciwne, nazywa się negative feedback.

W ujemnego sprzężenia zwrotnego wzmacniacz wprowadza się przesunięcie fazowe 180 ^O do obwodu sprzężenia zwrotnego, podczas gdy sieć jest tak zaprojektowana, że nie wytwarza przesunięcie fazowe lub przesunięcie fazy zerowej. Zatem wypadkowe napięcie sprzężenia zwrotnego V _f jest przesunięte w fazie ^o 180 ^o z sygnałem wejściowym V _in .

Chociaż gain wzmacniacza z ujemnym sprzężeniem zwrotnym reduced, istnieje wiele zalet negatywnych opinii, takich jak

• Poprawiona stabilność wzmocnienia
• Redukcja zniekształceń
• Redukcja hałasu
• Wzrost impedancji wejściowej
• Zmniejszenie impedancji wyjściowej
• Zwiększenie zakresu jednolitej aplikacji

To właśnie z powodu tych zalet we wzmacniaczach często stosuje się ujemne sprzężenie zwrotne.

Ujemne sprzężenie zwrotne we wzmacniaczu to metoda doprowadzania części wzmocnionego wyjścia na wejście, ale w przeciwnej fazie. Opozycja fazowa występuje, gdy wzmacniacz zapewnia przesunięcie fazowe ^o 180 ^o, podczas gdy sieć sprzężenia zwrotnego nie.

Podczas gdy energia wyjściowa jest doprowadzana do wejścia, aby energia napięcia została przyjęta jako sprzężenie zwrotne, wyjście jest pobierane w połączeniu bocznikowym, a aby energia prądu była pobierana jako sprzężenie zwrotne, wyjście jest pobierane szeregowo.

Istnieją dwa główne typy obwodów ujemnego sprzężenia zwrotnego. Oni są -

• Negatywne sprzężenie zwrotne napięcia
• Negatywny prąd zwrotny

Negatywne sprzężenie zwrotne napięcia

W tej metodzie sprzężenie zwrotne napięcia na wejściu wzmacniacza jest proporcjonalne do napięcia wyjściowego. Jest to dalej podzielone na dwa typy -

• Sprzężenie zwrotne szeregu napięć
• Sprzężenie zwrotne z bocznikiem napięciowym

Negatywny prąd zwrotny

W tej metodzie sprzężenie zwrotne napięcia na wejściu wzmacniacza jest proporcjonalne do prądu wyjściowego. Jest to dalej podzielone na dwa typy.

• Bieżąca seria informacji zwrotnych
• Sprzężenie zwrotne z bocznikiem prądowym

Przyjrzyjmy się im wszystkim pokrótce.

Sprzężenie zwrotne serii napięć

W obwodzie sprzężenia zwrotnego szeregowego napięcia część napięcia wyjściowego jest przykładana szeregowo z napięciem wejściowym przez obwód sprzężenia zwrotnego. Jest to również znane jakoshunt-driven series-fed sprzężenie zwrotne, tj. obwód szeregowy równoległy.

Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy szeregowego sprzężenia zwrotnego napięcia, z którego widać, że obwód sprzężenia zwrotnego jest bocznikowany z wyjściem, ale szeregowo z wejściem.

Ponieważ obwód sprzężenia zwrotnego jest bocznikowo połączony z wyjściem, zmniejsza się impedancja wyjściowa i dzięki szeregowemu połączeniu z wejściem zwiększa się impedancja wejściowa.

Sprzężenie zwrotne z bocznikiem napięciowym

W obwodzie sprzężenia zwrotnego z bocznikiem napięciowym część napięcia wyjściowego jest doprowadzana równolegle z napięciem wejściowym przez sieć sprzężenia zwrotnego. Jest to również znane jakoshunt-driven shunt-fed sprzężenie zwrotne, tj. typ protokołu równoległego równoległego.

Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy sprzężenia zwrotnego bocznikowego, z którego wynika, że ​​obwód sprzężenia zwrotnego jest bocznikowany z wyjściem, a także z wejściem.

Ponieważ obwód sprzężenia zwrotnego jest bocznikowo połączony z wyjściem i wejściem, zarówno impedancja wyjściowa, jak i wejściowa są zmniejszone.

Sprzężenie zwrotne serii prądowej

W obwodzie sprzężenia zwrotnego szeregowego prądu część napięcia wyjściowego jest przykładana szeregowo z napięciem wejściowym przez obwód sprzężenia zwrotnego. Jest to również znane jakoseries-driven series-fed sprzężenie zwrotne, tj. obwód szeregowy.

Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy szeregowego sprzężenia zwrotnego prądu, z którego widać, że obwód sprzężenia zwrotnego jest umieszczony szeregowo z wyjściem, a także z wejściem.

Ponieważ obwód sprzężenia zwrotnego jest połączony szeregowo z wyjściem i wejściem, zarówno impedancja wyjściowa, jak i wejściowa są zwiększane.

Sprzężenie zwrotne prądowo-bocznikowe

W obwodzie sprzężenia zwrotnego z bocznikiem prądowym część napięcia wyjściowego jest przykładana szeregowo z napięciem wejściowym przez obwód sprzężenia zwrotnego. Jest to również znane jakoseries-driven shunt-fed sprzężenie zwrotne, tj. obwód szeregowo-równoległy.

Poniższy rysunek przedstawia schemat blokowy sprzężenia zwrotnego z bocznikiem prądowym, na podstawie którego widać, że obwód sprzężenia zwrotnego jest umieszczony szeregowo z wyjściem, ale równolegle z wejściem.

Ponieważ obwód sprzężenia zwrotnego jest połączony szeregowo z wyjściem, impedancja wyjściowa jest zwiększana, a dzięki równoległemu połączeniu z wejściem zmniejsza się impedancja wejściowa.

Spójrzmy teraz na charakterystyki wzmacniacza, na które wpływają różne rodzaje negatywnych sprzężeń zwrotnych.

Charakterystyka	Rodzaje opinii
	Seria napięciowa	Bocznik napięcia	Bieżąca seria	Bocznik prądowy
Wzmocnienie napięcia	Spada	Spada	Spada	Spada
Pasmo	Zwiększa	Zwiększa	Zwiększa	Zwiększa
Opór wejściowy	Zwiększa	Spada	Zwiększa	Spada
Rezystancja wyjściowa	Spada	Spada	Zwiększa	Zwiększa
Zniekształcenia harmoniczne	Spada	Spada	Spada	Spada
Hałas	Spada	Spada	Spada	Spada

Najczęściej stosowanymi przykładami wzmacniaczy sprzężenia zwrotnego są popychacz emitera i wzmacniacz Darlingtona. Są to najczęściej używane i mające wiele zastosowań.

Popychacz emitera

Obwód wtórnika emitera zajmuje poczesne miejsce we wzmacniaczach sprzężenia zwrotnego. Popychacz emitera to przypadek obwodu sprzężenia zwrotnego prądu ujemnego. Jest to najczęściej używane jako wzmacniacz ostatniego stopnia w obwodach generatora sygnału.

Ważnymi cechami Emitter Follower są -

• Ma wysoką impedancję wejściową
• Ma niską impedancję wyjściową
• Jest to idealny obwód do dopasowania impedancji

Wszystkie te idealne cechy pozwalają na wiele zastosowań dla obwodu wtórnika emitera. Jest to obwód wzmacniacza prądu, który nie ma wzmocnienia napięcia.

Budowa

Szczegóły konstrukcyjne obwodu wtórnika emitera są prawie podobne do normalnego wzmacniacza. Główna różnica polega na tym, że obciążenie R _L jest nieobecne na zacisku kolektora, ale występuje na zacisku emitera obwodu. W ten sposób dane wyjściowe są pobierane z terminala emitera zamiast terminala kolektora.

Odchylenie jest zapewnione metodą rezystora bazowego lub metodą dzielnika potencjału. Poniższy rysunek przedstawia schemat obwodu popychacza emitera.

Operacja

Napięcie sygnału wejściowego przyłożone między podstawą a emiterem wytwarza napięcie wyjściowe V _o na R _E , które znajduje się w sekcji nadajnika. W związku z tym,

$$V_o = I_E R_E$$

Cały ten prąd wyjściowy jest doprowadzany do wejścia poprzez sprzężenie zwrotne. W związku z tym,

$$V_f = V_o$$

Ponieważ napięcie wyjściowe powstające na R _L jest proporcjonalne do prądu emitera, ten obwód wtórny emitera jest obwodem sprzężenia zwrotnego prądu. W związku z tym,

$$\beta = \frac{V_f}{V_o} = 1$$

Należy również zauważyć, że napięcie sygnału wejściowego do tranzystora (= V _i ) jest równe różnicy V _si V _o tj.

$$V_i = V_s - V_o$$

Dlatego informacja zwrotna jest negatywna.

Charakterystyka

Główne cechy obserwatora emitera są następujące -

• Brak wzmocnienia napięcia. W rzeczywistości przyrost napięcia wynosi prawie 1.
• Stosunkowo wysoki przyrost prądu i mocy.
• Wysoka impedancja wejściowa i niska impedancja wyjściowa.
• Napięcia wejściowe i wyjściowe AC są w fazie.

Wzmocnienie napięcia dla popychacza emitera

Ponieważ obwód popychacza emitera jest znaczący, spróbujmy otrzymać równanie na wzmocnienie napięcia obwodu popychacza emitera. Nasz obwód popychacza emitera wygląda następująco -

Jeśli narysowany zostanie obwód zastępczy AC powyższego obwodu, będzie wyglądał jak poniższy, ponieważ nie ma kondensatora obejścia emitera.

Rezystancja prądu przemiennego r _E obwodu emitera jest określona wzorem

$$r_E = r’_E + R_E$$

Gdzie

$$r’_E = \frac{25 mV}{I_E}$$

Aby znaleźć wzmocnienie napięciowe wzmacniacza, powyższy rysunek można zastąpić poniższym rysunkiem.

Należy zauważyć, że napięcie wejściowe jest przykładane do rezystancji prądu przemiennego obwodu emitera, tj. (R ' _E + R _E ). Zakładając, że dioda emitująca jest idealna, napięcie wyjściowe V _wy będzie

$$V_{out} = i_e R_E$$

Napięcie wejściowe V _in będzie

$$V_{in} = i_e(r’_e + R_E)$$

Dlatego wzmocnienie napięciowe wtórnika emitera wynosi

$$A_V = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{i_e R_E}{i_e(r’_e + R_E)} = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

Lub

$$A_V = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

W większości praktycznych zastosowań

$$R_E \gg r’_e$$

Tak więc, A _V ≈ 1. W praktyce, przyrost napięcia wtórnika emitera wynosi od 0,8 do 0,999.

Wzmacniacz Darlington

Obwód wtórnika emitera, który właśnie omówiono, nie spełnia wymagań dotyczących wzmocnienia prądowego obwodu (A _i ) i impedancji wejściowej (Z _i ). Aby uzyskać pewien wzrost ogólnych wartości wzmocnienia prądu obwodu i impedancji wejściowej, dwa tranzystory są połączone, jak pokazano na poniższym schemacie obwodu, znanym jakoDarlington konfiguracja.

Jak pokazano na powyższym rysunku, emiter pierwszego tranzystora jest połączony z bazą drugiego tranzystora. Zaciski kolektora obu tranzystorów są ze sobą połączone.

Analiza odchylenia

Z powodu tego typu połączenia prąd emitera pierwszego tranzystora będzie również prądem bazowym drugiego tranzystora. Dlatego bieżący zysk pary jest równy iloczynowi poszczególnych bieżących zysków, tj.

$$\beta = \beta _1 \beta _2$$

Wysoki przyrost prądu uzyskuje się na ogół przy minimalnej liczbie elementów.

Ponieważ zastosowano tutaj dwa tranzystory, należy wziąć pod uwagę dwie spadki V _BE . Poza tym analiza odchylenia jest podobna dla jednego tranzystora.

Napięcie na R ₂ ,

$$V_2 = \frac{V_CC}{R_1 + R_2} \times R_2$$

Napięcie na R _E ,

$$V_E = V_2 - 2 V_{BE}$$

Prąd przez R _E ,

$$I_{E2} = \frac{V_2 - 2 V_{BE}}{R_E}$$

Ponieważ tranzystory są bezpośrednio sprzężone,

$$I_{E1} = I_{B2}$$

Teraz

$$I_{B2} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

W związku z tym

$$I_{E1} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

Co znaczy

$$I_{E1} = I_{E1} \beta _2$$

Mamy

$I_{E1} = \beta _1 I_{B1}$ od $I_{E1} \cong I_{C1}$

Stąd jak

$$I_{E2} = I_{E1} \beta _2$$

Możemy pisać

$$I_{E2} = \beta _1 \beta _2 I_{B1}$$

Dlatego Current Gain można podać jako

$$\beta = \frac{I_{E2}}{I_{B1}} = \frac{\beta _1 \beta _2 I_{B1}}{I_{B1}} = \beta _1 \beta_2$$

Impedancja wejściowa ukochanego wzmacniacza tonowego wynosi

$Z_{in} = \beta_1 \beta_2 R_E .....$zaniedbanie r ' _e

W praktyce te dwa tranzystory są umieszczone w jednej obudowie tranzystora, a trzy zaciski są wyjęte z obudowy, jak pokazano na poniższym rysunku.

To trzy urządzenie końcowe można nazwać jako Darling ton transistor. Ten kochany tranzystor działa jak pojedynczy tranzystor, który ma duże wzmocnienie prądowe i wysoką impedancję wejściową.

Charakterystyka

Poniżej przedstawiono ważne cechy wzmacniacza Darling ton.

• Ekstremalnie wysoka impedancja wejściowa (MΩ).
• Ekstremalnie duży zysk prądowy (kilka tysięcy).
• Ekstremalnie niska impedancja wyjściowa (kilka Ω).

Ponieważ charakterystyka wzmacniacza Darling ton jest w zasadzie taka sama, jak w przypadku wtórnika emitera, oba obwody są używane do podobnych zastosowań.

Do tej pory rozmawialiśmy o wzmacniaczach opartych na pozytywnych sprzężeniach zwrotnych. Ujemne sprzężenie zwrotne w obwodach tranzystorowych jest pomocne w pracy oscylatorów. Temat oscylatorów jest w całości omówiony w samouczku Oscylatory.

Wzmacniacz, wzmacniając, po prostu zwiększa siłę sygnału wejściowego, niezależnie od tego, czy zawiera informacje, czy też szum wraz z informacją. Ten szum lub jakieś zakłócenie jest wprowadzane do wzmacniaczy ze względu na ich silną tendencję do wprowadzaniahum z powodu nagłych zmian temperatury lub rozproszonych pól elektrycznych i magnetycznych.

Wydajność wzmacniacza zależy głównie od tego hałasu. Noisejest niepożądanym sygnałem, który powoduje zakłócenia żądanej zawartości sygnału w systemie. Może to być dodatkowy sygnał, który jest wytwarzany w systemie lub może to być jakieś zakłócenie, któremu towarzyszą pożądane informacje o sygnale wejściowym. Jednak jest to niepożądane i należy je usunąć.

Dobry system to taki, w którym szum generowany przez sam wzmacniacz jest niewielki w porównaniu z szumem z przychodzącego źródła.

Hałas

Hałas to unwanted signalco zakłóca pierwotny sygnał wiadomości i psuje parametry sygnału wiadomości. Ta zmiana w procesie komunikacji sprawia, że ​​wiadomość zmienia się po dotarciu. Najprawdopodobniej zostanie wprowadzony na kanale lub w odbiorniku.

Poniższy wykres przedstawia charakterystykę sygnału szumu.

Dlatego należy rozumieć, że szum jest sygnałem, który nie ma wzoru ani stałej częstotliwości lub amplitudy. Jest całkiemrandomi nieprzewidywalne. Zwykle podejmuje się środki, aby go zmniejszyć, chociaż nie można go całkowicie wyeliminować.

Most common examples of noise are -

• Dźwięk „syczenia” w odbiornikach radiowych
• Wśród rozmów telefonicznych słychać „brzęczenie”
• „Migotanie” w odbiornikach telewizyjnych itp.

Skutki hałasu

Hałas to niewygodna funkcja, która wpływa na wydajność systemu. Skutki hałasu obejmują -

• Szum ogranicza zasięg działania systemów - Szum pośrednio ogranicza najsłabszy sygnał, który może zostać wzmocniony przez wzmacniacz. Oscylator w obwodzie mieszacza może ograniczać swoją częstotliwość z powodu hałasu. Działanie systemu zależy od działania jego obwodów. Szum ogranicza najmniejszy sygnał, który może przetworzyć odbiornik.

• Szum wpływa na czułość odbiorników - Czułość to minimalna ilość sygnału wejściowego niezbędna do uzyskania określonej jakości wyjścia. Hałas wpływa na czułość systemu odbiornika, co ostatecznie wpływa na wyjście.

Stosunek sygnału do szumu

Gdy odbierany jest sygnał, który należy wzmocnić, najpierw jest on filtrowany, aby usunąć niepożądany szum, jeśli jest dostępny.

Stosunek sygnału informacyjnego obecnego w odebranym sygnale do obecnego szumu nazywany jest as Signal to Noise ratio. Ten stosunek musi być wyższy dla systemu, aby generował czysty sygnał informacyjny, na który nie ma wpływu niepożądany szum.

SNR można rozumieć jako

$$SNR = \frac{P_{signal}}{P_{noise}}$$

SNR jest wyrażony w logarytmicznej podstawie za pomocą decybeli.

$$SNR_{db} = 10 log_{10}\left (\frac{P_{signal}}{P_{noise}} \right )$$

Stosunek sygnału do szumu to ratio of the signal power to the noise power. Im wyższa wartość SNR, tym wyższa będzie jakość odbieranego sygnału wyjściowego.

Rodzaje hałasu

Klasyfikacji szumu dokonuje się w zależności od rodzaju źródła, efektu, jaki wykazuje lub jego relacji z odbiornikiem itp.

Istnieją dwa główne sposoby wytwarzania hałasu. Jeden przechodzi przez niektóreexternal source podczas gdy drugi jest tworzony przez internal source, w sekcji odbiornika.

Źródło zewnętrzne

Szum ten jest wytwarzany przez zewnętrzne źródła, które zwykle mogą wystąpić w medium lub kanale komunikacyjnym. Tego hałasu nie da się całkowicie wyeliminować. Najlepszym sposobem jest uniknięcie wpływu szumu na sygnał.

Najczęstszymi przykładami tego typu hałasu są -

• Hałas atmosferyczny (z powodu nieregularności atmosfery)
• Hałas pozaziemski, taki jak szum słoneczny i hałas kosmiczny
• Hałas przemysłowy

Źródło wewnętrzne

Ten hałas jest wytwarzany przez komponenty odbiornika podczas działania. Podzespoły w obwodach ze względu na ciągłą pracę mogą wytwarzać kilka rodzajów szumów. Ten szum jest wymierny. Właściwa konstrukcja odbiornika może zmniejszyć efekt tego wewnętrznego szumu.

Najczęstszymi przykładami tego typu hałasu są -

• Hałas wzbudzenia termicznego (hałas Johnsona lub szum elektryczny)

• Szum wystrzału (z powodu przypadkowego ruchu elektronów i dziur

• Hałas w czasie tranzytu (podczas przejścia)

• Hałas inny to inny rodzaj hałasu, który obejmuje migotanie, efekt oporu, hałas generowany przez mikser itp.

Wreszcie daje to ogólne wyobrażenie o tym, jak będzie wyglądał szum i jak może wpływać na wzmacniacz, chociaż występuje w sekcji nadajnika lub odbiornika. Wzmacniacze, które wzmacniają niskie sygnały, a tym samym wzmacniają szum na niskim poziomie, można nazwać wzmacniaczami niskoszumowymi.

Wszystkie omawiane typy wzmacniaczy są w taki czy inny sposób w mniejszym lub większym stopniu narażone na zakłócenia. Wydajność wzmacniacza determinuje jego skuteczność w radzeniu sobie z niepożądanymi czynnikami.