Amplifikatörler - Hızlı Kılavuz
Her materialdoğada belirli özelliklere sahiptir. Bu özellikler, malzemelerin davranışını tanımlar. Malzeme Bilimi, elektronların çeşitli koşullara maruz kaldıklarında, çeşitli malzemelerdeki veya uzaylardaki akışının incelenmesi ile ilgilenen bir elektronik dalıdır.
Katılarda atomların birbirine karışması nedeniyle, tek enerji seviyeleri yerine, oluşan enerji seviyeleri bantları olacaktır. Sıkı bir şekilde paketlenmiş olan bu enerji seviyelerine,Energy bands.
Malzeme Türleri
Değerlik elektronlarının bulunduğu enerji bandı denir. Valence bandiletken elektronların bulunduğu bant ise Conduction band. Bu iki bant arasındaki enerji boşluğunaForbidden energy gap.
Elektronik olarak, malzemeler genel olarak İzolatörler, Yarı İletkenler ve İletkenler olarak sınıflandırılır.
Insulators- İzolatörler, büyük yasak boşluk nedeniyle iletimin gerçekleşemeyeceği malzemelerdir. Örnekler: Ahşap, Kauçuk.
Semiconductors- Yarı iletkenler, yasak enerji boşluğunun küçük olduğu ve bir miktar dış enerji uygulandığında iletimin gerçekleştiği malzemelerdir. Örnekler: Silikon, Germanyum.
Conductors- İletkenler, değerlik bandı ve iletim bandı örtüşecek kadar yakınlaştıkça yasak enerji boşluğunun ortadan kalktığı malzemelerdir. Örnekler: Bakır, Alüminyum.
Üçünden de, elektriğe direnç istendiğinde yalıtkanlar kullanılır ve iletimin yüksek olması gereken yerlerde iletkenler kullanılır. Yarı iletkenler, nasıl kullanıldıklarına özel bir ilgi uyandıranlardır.
Yarı iletkenler
Bir Semiconductordirençleri iletkenler ve izolatörler arasında bulunan bir maddedir. Direnç özelliği, bir malzemeyi yarı iletken olarak belirleyen tek özellik değildir, ancak aşağıdaki gibi birkaç özelliğe sahiptir.
Yarı iletkenler, yalıtkanlardan daha az ve iletkenlerden daha fazla özdirence sahiptir.
Yarı iletkenler negatif sıcaklık katsayısına sahiptir. Yarı iletkenlerde direnç, sıcaklık düştükçe artar ve bunun tersi de geçerlidir.
Bir yarı iletkenin iletken özellikleri, ona uygun bir metalik safsızlık eklendiğinde değişir ki bu çok önemli bir özelliktir.
Yarıiletken cihazlar, elektronik alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Transistör, cihazların boyutunun ve maliyetinin azaldığı hacimli vakum tüplerinin yerini aldı ve bu devrim, entegre elektronikler gibi yeni buluşlara yol açan hızını artırmaya devam etti. Yarı iletkenler aşağıda gösterildiği gibi sınıflandırılabilir.
Son derece saf haliyle bir yarı iletken olduğu söylenir. intrinsic semiconductor. Ancak bu saf formun iletim kapasitesi çok düşüktür. İçsel yarı iletkenin iletim kabiliyetini arttırmak için bazı safsızlıklar eklemek daha iyidir. Bu safsızlık ekleme işlemineDoping. Şimdi, bu katkılı içsel yarı iletken,Extrinsic Semiconductor.
Eklenen safsızlıklar genellikle pentavalent ve trivalentsafsızlıklar. Bu tür safsızlıklara bağlı olarak başka bir sınıflandırma yapılır. Zamanpentavalent saf bir yarı iletkene safsızlık eklenir, buna N-type extrinsic Semiconductor. Ayrıca, ne zamantrivalent saf bir yarı iletkene safsızlık eklenir, buna P-type extrinsic Semiconductor.
Pn kavşağı
Bir elektron yerinden hareket ettiğinde, orada bir delik oluştuğu söylenir. Öyleyse, bir delik, bir elektronun olmamasıdır. Bir elektronun negatiften pozitif terminale hareket ettiği söyleniyorsa, bu, bir deliğin pozitif terminalden negatif terminale hareket ettiği anlamına gelir.
Yukarıda bahsedilen malzemeler, yarı iletken teknolojisinin temelleridir. N-type beş değerli safsızlıklar eklenerek oluşturulan malzeme electrons as its majority carriersve azınlık taşıyıcıları olarak delikler. İkenP-type üç değerlikli safsızlıklar eklenerek oluşturulan malzeme holes as its majority carriers ve azınlık taşıyıcıları olarak elektronlar.
P ve N malzemeleri birleştirildiğinde ne olduğunu anlamaya çalışalım.
Bir P-tipi ve bir N-tipi malzeme birbirine yaklaştırılırsa, her ikisi de aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir bağlantı oluşturmak üzere birleşir.
P tipi bir malzemede holes olarak majority carriers ve N tipi bir malzemede electrons olarak majority carriers. Zıt yükler çektikçe, P-tipindeki birkaç delik n-tarafına gitme eğilimindeyken, N-tipindeki birkaç elektron P-tarafına gitme eğilimindedir.
Her ikisi de bağlantı noktasına doğru ilerlerken, delikler ve elektronlar birbirleriyle yeniden birleşerek iyonları nötralize eder ve oluşturur. Şimdi bu kavşakta, pozitif ve negatif iyonların oluştuğu bir bölge var.PN junction veya şekilde gösterildiği gibi bağlantı bariyeri.
P tarafındaki negatif iyonların ve N tarafındaki pozitif iyonların oluşumu, PN bağlantısının her iki tarafında dar bir yüklü bölgenin oluşmasına neden olur. Bu bölge artık taşınabilir yük taşıyıcılarından muaftır. Burada bulunan iyonlar durağandır ve aralarında herhangi bir yük taşıyıcı olmadan bir boşluk bölgesi oluşturur.
Bu bölge, P ve N tipi malzemeler arasında bir bariyer görevi gördüğünden, bu aynı zamanda Barrier junction. Bunun olarak adlandırılan başka bir adı varDepletion regionyani her iki bölgeyi de tüketiyor. V potansiyel farkı vardır meydana D olarak adlandırılan birleşme yeri boyunca, bağlı iyonlarının oluşumunaPotential Barrierbağlantı boyunca deliklerin ve elektronların daha fazla hareketini engellediğinden. Bu oluşumaDiode.
Bir Diyotun Önyarılması
Bir diyot veya herhangi iki terminal bileşeni bir devreye bağlandığında, verilen kaynakla iki taraflı koşula sahiptir. OnlarForward biased durum ve Reverse biased durum.
İleri Önyargılı Durum
Devreye bir diyot bağlandığında, anode to the positive terminal ve cathode to the negative beslemenin terminali, o zaman böyle bir bağlantı olduğu söylenir forward biased durum.
Bu tür bir bağlantı, devreyi gittikçe daha fazla önyargılı hale getirir ve daha fazla iletime yardımcı olur. Bir diyot, ileri taraflı durumda iyi bir şekilde çalışır.
Ters Taraflı Durum
Devreye bir diyot bağlandığında, anode to the negative terminal ve cathode to the positive beslemenin terminali, o zaman böyle bir bağlantı olduğu söylenir Reverse biased durum.
Bu tür bir bağlantı, devreyi giderek daha fazla ters taraflı hale getirir ve iletimi en aza indirmeye ve önlemeye yardımcı olur. Bir diyot ters taraflı durumda çalışamaz.
Yukarıdaki bilgilerle, artık bir PN bağlantısının ne olduğu hakkında iyi bir fikrimiz var. Bu bilgiyle, bir sonraki bölümde devam edelim ve transistörler hakkında bilgi edelim.
Tek bir PN bağlantısının veya sadece bir diyotun ayrıntılarını öğrendikten sonra, iki PN birleşim bağlantısına geçmeye çalışalım. Tek bir PN bağlantısına başka bir P tipi malzeme veya N-tipi malzeme eklenirse, başka bir bağlantı oluşacaktır. Böyle bir oluşum basitçeTransistor.
Bir Transistor akım veya voltaj akışını düzenleyen ve sinyaller için bir anahtar veya kapı görevi gören üç terminalli yarı iletken bir cihazdır.
Bir transistörün kullanımı
Bir transistör, an Amplifier, sinyal gücünün artırılması gereken yer.
Bir transistör ayrıca bir switch mevcut seçenekler arasından seçim yapmak için.
Aynı zamanda regulates gelen current and voltage sinyallerin.
Bir Transistörün Yapısal Detayları
Transistör, iki diyotu arka arkaya bağlayarak oluşturulan üç terminalli bir katı hal cihazıdır. Dolayısıyla vartwo PN junctions. İçinde bulunan üç yarı iletken malzemeden üç terminal çekilir. Bu tür bir bağlantı, iki tür transistör sunar. OnlarPNP ve NPN bu, iki Ptype arasında bir N-tipi malzeme anlamına gelir ve diğeri, sırasıyla iki N-tipi arasında bir P-tipi malzemedir.
Aşağıdaki çizim, transistörlerin temel yapısını göstermektedir
Transistörden çizilen üç terminal, Emitter, Base ve Collectorterminaller. İşlevleri aşağıda tartışıldığı gibi vardır.
Verici
Yukarıda gösterilen yapının sol tarafı şu şekilde anlaşılabilir: Emitter.
Bu bir moderate size ve bir heavily doped ana işlevi olduğu gibi supply bir dizi majority carriersyani elektronlar veya delikler.
Bu elektron yaydığı için Verici olarak adlandırılır.
Bu sadece harfle belirtilir E.
Baz
Yukarıdaki şekildeki orta malzeme, Base.
Bu thin ve lightly doped.
Ana işlevi pass yayıcıdan toplayıcıya çoğu taşıyıcı.
Bu mektupla belirtilir B.
Kolektör
Yukarıdaki şekilde sağ taraftaki malzeme şu şekilde anlaşılabilir: Collector.
Adı, işlevini ima eder collecting the carriers.
Bu bir bit largeryayıcı ve tabandan daha büyük. Bumoderately doped.
Bu mektupla belirtilir C.
PNP ve NPN transistörlerinin sembolleri aşağıda gösterildiği gibidir.
arrow-head yukarıdaki şekillerde, emitterbir transistörün. Bir transistörün toplayıcısının çok daha fazla gücü dağıtması gerektiğinden, büyük yapılır. Verici ve toplayıcının belirli işlevleri nedeniyle, bunlarnot interchangeable. Bu nedenle, bir transistör kullanılırken terminaller her zaman akılda tutulmalıdır.
Pratik bir transistörde, tanımlama için yayıcı ucunun yanında bir çentik bulunur. PNP ve NPN transistörleri, bir Multimetre kullanılarak ayırt edilebilir. Aşağıdaki resim, farklı pratik transistörlerin nasıl göründüğünü göstermektedir.
Şimdiye kadar bir transistörün yapısal ayrıntılarını tartıştık, ancak bir transistörün çalışmasını anlamak için önce önyargıyı bilmemiz gerekiyor.
Transistör Önyargısı
Bir transistörün iki diyotun birleşimi olduğunu bildiğimiz için, burada iki bağlantımız var. Bir bağlantı yayıcı ve taban arasında olduğundan, bunaEmitter-Base junction ve benzer şekilde, diğeri Collector-Base junction.
Biasinggüç kaynağı sağlayarak devrenin çalışmasını kontrol ediyor. Her iki PN bağlantısının işlevi, bazı dc beslemesi yoluyla devreye önyargı sağlayarak kontrol edilir. Aşağıdaki şekil bir transistörün nasıl önyargılı olduğunu göstermektedir.
Yukarıdaki şekle bakıldığında anlaşılmaktadır ki
N-tipi malzemeye negatif besleme sağlanır ve P-tipi malzemeye devreyi yapmak için pozitif besleme verilir. Forward bias.
N tipi malzemeye pozitif besleme sağlanır ve P tipi malzemeye devreyi yapmak için negatif besleme verilir. Reverse bias.
Gücü uygulayarak, emitter base junction her zaman forward biasedyayıcı direnci çok küçük olduğu için. collector base junction dır-dir reverse biasedve direnci biraz daha yüksek. Emitör bağlantısında küçük bir ileri sapma yeterliyken, kollektör bağlantısında yüksek bir ters önyargı uygulanmalıdır.
Yukarıdaki devrelerde gösterilen akım yönü, aynı zamanda Conventional Currentolan delik akımının hareketidir opposite to the electron current.
PNP Transistörün Çalışması
Bir PNP transistörünün çalışması, aşağıdaki şekle bakılarak açıklanabilir, burada emitör-baz bağlantısının ileri eğimli olduğu ve kollektör-taban bağlantısının ters eğimli olduğu.
Voltaj VEEemitörde P-tipi malzemedeki delikleri iten pozitif bir potansiyel sağlar ve bu delikler emitör-taban birleşimini geçerek taban bölgesine ulaşır. Orada çok düşük bir delik yüzdesi, N-bölgesindeki serbest elektronlarla yeniden birleşir. Bu, temel akımı oluşturan çok düşük akım sağlarIB. Kalan delikler, kollektör akımını oluşturmak için kollektör taban birleşiminden geçer.IC, hangi delik akımıdır.
Bir delik kolektör terminaline ulaştığında, akü negatif terminalinden bir elektron kolektördeki boşluğu doldurur. Bu akış yavaşça artar ve elektron azınlık akımı, her elektronun pozitif terminaline girdiği yayıcıdan akar.VEE, yayıcı bağlantısına doğru hareket ederek bir delik ile değiştirilir. Bu, yayıcı akımı oluştururIE.
Dolayısıyla bunu anlayabiliriz -
Bir PNP transistöründe iletim, delikler aracılığıyla gerçekleşir.
Kollektör akımı, yayıcı akımdan biraz daha azdır.
Yayıcı akımındaki artış veya azalma kollektör akımını etkiler.
NPN Transistörün Çalışması
Bir NPN transistörünün çalışması, aşağıdaki şekle bakılarak açıklanabilir, burada emitör-baz bağlantısı ileri eğimlidir ve kolektör-taban bağlantısı ters eğimlidir.
Voltaj VEEemitörde N tipi malzemedeki elektronları iten negatif bir potansiyel sağlar ve bu elektronlar emitör-baz birleşimini geçerek taban bölgesine ulaşır. Orada, elektronların çok düşük bir yüzdesi, P bölgesindeki serbest deliklerle yeniden birleşir. Bu, temel akımı oluşturan çok düşük akım sağlarIB. Kalan delikler, kollektör akımını oluşturmak için kollektör taban bağlantısından geçer.IC.
Bir elektron, kollektör terminalinden çıkıp pilin pozitif terminaline girdiğinde, pilin negatif terminalinden bir elektron VEEyayıcı bölgeye girer. Bu akış yavaş yavaş artar ve elektron akımı transistörden geçer.
Dolayısıyla bunu anlayabiliriz -
Bir NPN transistöründe iletim elektronlar aracılığıyla gerçekleşir.
Kollektör akımı verici akımından daha yüksektir.
Yayıcı akımındaki artış veya azalma kollektör akımını etkiler.
Transistörlerin Avantajları
Transistör kullanmanın birçok avantajı vardır, örneğin -
- Yüksek voltaj kazancı.
- Daha düşük besleme voltajı yeterlidir.
- Düşük güç uygulamaları için en uygun.
- Daha küçük ve daha hafiftir.
- Mekanik olarak vakum tüplerinden daha güçlü.
- Vakum tüpleri gibi harici ısıtma gerekmez.
- IC üretmek için dirençler ve diyotlarla entegre olmaya çok uygundur.
Daha düşük güç kaybı nedeniyle yüksek güçlü uygulamalar için kullanılamama gibi birkaç dezavantaj vardır. Daha düşük giriş empedansına sahiptirler ve sıcaklığa bağımlıdırlar.
Herhangi bir transistörün üç terminali vardır, emitter, base, ve collector. Bu 3 terminali kullanarak transistör, üç farklı olası konfigürasyonda hem giriş hem de çıkış için ortak olan bir terminal ile bir devreye bağlanabilir.
Üç tür yapılandırma şunlardır: Common Base, Common Emitter ve Common Collectorkonfigürasyonlar. Her konfigürasyonda, yayıcı bağlantısı ileri eğimlidir ve kolektör bağlantısı ters eğimlidir.
Ortak Temel (CB) Yapılandırması
Adın kendisi, Baseterminal, transistörün hem girişi hem de çıkışı için ortak terminal olarak alınır. Hem NPN hem de PNP transistörleri için ortak temel bağlantı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
Anlama uğruna, CB konfigürasyonunda NPN transistörünü ele alalım. Yayıcı voltajı uygulandığında, ileri doğru eğimli olduğundan, negatif terminalden gelen elektronlar emitör elektronlarını iter ve akım, toplayıcı akımına katkıda bulunmak için yayıcı ve tabandan toplayıcıya akar. Kollektör voltajı V CB bu süre boyunca sabit tutulur.
CB konfigürasyonunda, giriş akımı verici akımıdır IE ve çıkış akımı kollektör akımıdır IC.
Akım Yükseltme Faktörü (α)
Kollektör voltajı V CB sabit tutulduğunda kolektör akımındaki (ΔI C ) değişimin emiter akımındaki değişime (ΔI E ) oranı olarak adlandırılır.Current amplification factor. İle gösterilirα.
$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$sabit V CB'de
Kollektör akımı için ifade
Yukarıdaki fikirle kollektör akımı için bir ifade çizmeye çalışalım.
Akan yayıcı akımla birlikte, bir miktar baz akım vardır. IBelektron deliği rekombinasyonu nedeniyle baz terminalden akar. Kollektör-taban bağlantısı ters eğilimli olduğundan, azınlık yük taşıyıcıları nedeniyle uçan başka bir akım vardır. Bu, şu şekilde anlaşılabilecek kaçak akımdırIleakage. Bu, azınlık yük taşıyıcılarından kaynaklanmaktadır ve bu nedenle çok küçüktür.
Kollektör terminaline ulaşan yayıcı akım
$$\alpha I_E$$
Toplam toplayıcı akımı
$$I_C = \alpha I_E + I_{leakage}$$
Verici-taban gerilimi V EB = 0 ise, o zaman bile, I CBO (çıkış açık kollektör-temel akımı) olarak adlandırılabilecek küçük bir kaçak akım akar .
Kollektör akımı bu nedenle şu şekilde ifade edilebilir:
$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$
$$I_E = I_C + I_B$$
$$I_C = \alpha (I_C + I_B) + I_{CBO}$$
$$I_C (1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$
$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$
$$I_C = \left ( \frac{\alpha}{1 - \alpha} \right )I_B + \left ( \frac{1}{1 - \alpha} \right )I_{CBO}$$
Dolayısıyla, yukarıda türetilen, kollektör akımı için bir ifadedir. Kollektör akımının değeri, kullanımdaki transistörün akım yükseltme faktörünün yanı sıra temel akıma ve kaçak akıma bağlıdır.
CB konfigürasyonunun özellikleri
Bu konfigürasyon voltaj kazancı sağlar ancak akım kazancı sağlamaz.
V olan CB Verici baz voltajı V küçük bir artış ile, sabit bir EB , Emitör akımı e artmış olur.
Verici Akımı I E , Kollektör voltajı V CB'den bağımsızdır .
Kollektör Voltajı V CB , V EB sabit tutulduğunda yalnızca düşük voltajlarda I C kollektör akımını etkileyebilir .
Giriş direnci Riyayıcı baz gerilimindeki değişim (ΔV oranıdır EB yayıcı akımı (Ai değişime) e sabit toplayıcı temel gerilimi V de) CB .
$R_i = \frac{\Delta V_{EB}}{\Delta I_E}$sabit V CB'de
Giriş direnci çok düşük bir değere sahip olduğundan, küçük bir V EB değeri büyük bir yayıcı akım akımı I E üretmek için yeterlidir .
Çıkış direnci Rosabit emitör akımı IE'de kolektör temel gerilimindeki (ΔV CB ) değişimin kolektör akımındaki (ΔI C ) değişime oranıdır .
$R_o = \frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_C}$sabit olarak I E
Çıkış direnci çok yüksek bir değere sahip olduğundan, V CB'deki büyük bir değişiklik, kolektör akımında I C çok küçük bir değişiklik üretir .
Bu Yapılandırma, sıcaklık artışına karşı iyi bir stabilite sağlar.
CB konfigürasyonu, yüksek frekans uygulamaları için kullanılır.
Ortak Verici (CE) Yapılandırması
Adın kendisi, Emitterterminal, transistörün hem girişi hem de çıkışı için ortak terminal olarak alınır. Hem NPN hem de PNP transistörleri için ortak yayıcı bağlantısı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
CB konfigürasyonunda olduğu gibi, yayıcı bağlantısı ileri eğimlidir ve kolektör bağlantısı ters eğimlidir. Elektron akışı da aynı şekilde kontrol edilir. Giriş akımı temel akımdırIB ve çıkış akımı kollektör akımıdır IC buraya.
Baz Akım Yükseltme faktörü (β)
Kolektör akımındaki (ΔI C ) değişimin baz akımındaki (ΔI B ) değişime oranı olarak bilinir.Base Current Amplification Factor. Β ile gösterilir.
$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$
Β ve α arasındaki ilişki
Temel akım yükseltme faktörü ile yayıcı akım yükseltme faktörü arasındaki ilişkiyi türetmeye çalışalım.
$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$
$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$
$$I_E = I_B + I_C$$
$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$
$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$
Yazabiliriz
$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$
ΔI E ile Bölme
$$\beta = \frac{\Delta I_C/\Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$
Sahibiz
$$\alpha = \Delta I_C / \Delta I_E$$
Bu nedenle,
$$\beta = \frac{\alpha}{1 - \alpha}$$
Yukarıdaki denklemden, α 1'e yaklaştıkça β'nın sonsuza ulaştığı açıktır.
Dolayısıyla the current gain in Common Emitter connection is very high. Bu devre bağlantısının çoğunlukla tüm transistör uygulamalarında kullanılmasının nedeni budur.
Kollektör Akımı için İfade
Ortak Verici konfigürasyonunda, I B giriş akımı ve I C çıkış akımıdır.
Biliyoruz
$$I_E = I_B + I_C$$
Ve
$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$
$$= \alpha(I_B + I_C) + I_{CBO}$$
$$I_C(1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$
$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$
Temel devre açıksa, yani I B = 0 ise,
Taban açıkken kollektör yayıcı akımı I CEO
$$I_{CEO} = \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$
Bunun değerini önceki denklemde değiştirerek elde ederiz
$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + I_{CEO}$$
$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$
Böylece kollektör akımı denklemi elde edilir.
Diz Voltajı
CE konfigürasyonunda, temel akım I B'yi sabit tutarak, V CE değişmişse, I C neredeyse 1v V CE'ye yükselir ve daha sonra sabit kalır. V Bu değer CE akım I kolektör kadar olduğu Cı- V değişikliği ce denirKnee Voltage. Transistörler CE konfigürasyonunda çalışırken bu diz geriliminin üzerinde çalıştırılır.
CE Yapılandırmasının Özellikleri
Bu konfigürasyon, iyi bir akım kazancı ve voltaj kazancı sağlar.
V tutulması CE V küçük bir artış ile, sabit BE taban akımı B CB konfigürasyonlarda daha hızlı bir şekilde artmaktadır.
Diz voltajının üzerindeki herhangi bir V CE değeri için , I C yaklaşık olarak βI B'ye eşittir .
Giriş direnci Risabit kollektör verici voltajı V CE'de baz yayıcı voltajındaki (ΔV BE ) değişimin temel akımdaki (ΔI B ) değişime oranıdır .
$R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$sabit V CE'de
Giriş direnci çok düşük bir değere sahip olduğundan, küçük bir V BE değeri, büyük bir I B baz akımı akımı üretmek için yeterlidir .
Çıkış direnci Rosabit I B'de kollektör emiter gerilimindeki (ΔV CE ) değişimin kolektör akımındaki (ΔI C ) değişime oranıdır .
$R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$sabit olarak I B
CE devresinin çıkış direnci CB devresinden daha az olduğu için.
Bu yapılandırma genellikle önyargı dengeleme yöntemleri ve ses frekansı uygulamaları için kullanılır.
Ortak Toplayıcı (CC) Yapılandırması
Adın kendisi, Collectorterminal, transistörün hem girişi hem de çıkışı için ortak terminal olarak alınır. Hem NPN hem de PNP transistörleri için ortak kollektör bağlantısı aşağıdaki şekilde gösterildiği gibidir.
CB ve CE konfigürasyonlarında olduğu gibi, yayıcı bağlantısı ileri eğimlidir ve kolektör bağlantısı ters eğimlidir. Elektron akışı da aynı şekilde kontrol edilir. Giriş akımı temel akımdırIB ve çıkış akımı verici akımıdır IE buraya.
Akım Yükseltme Faktörü (γ)
Verici akımındaki (ΔI E ) değişimin temel akımdaki (ΔI B ) değişime oranı olarak bilinir.Current Amplification factorortak toplayıcı (CC) konfigürasyonunda. Γ ile gösterilir.
$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$
- CC konfigürasyonundaki mevcut kazanç, CE konfigürasyonundaki ile aynıdır.
- CC konfigürasyonundaki voltaj kazancı her zaman 1'den azdır.
Γ ve α arasındaki ilişki
Γ ve α arasında bir ilişki kurmaya çalışalım.
$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$
$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$
$$I_E = I_B + I_C$$
$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$
$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$
I B'nin değerini değiştirerek , şunu elde ederiz
$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$
ΔI E ile Bölme
$$\gamma = \frac{\Delta I_E / \Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$
$$= \frac{1}{1 - \alpha}$$
$$\gamma = \frac{1}{1 - \alpha}$$
Kollektör akımı için ifade
Biliyoruz
$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$
$$I_E = I_B + I_C = I_B + (\alpha I_E + I_{CBO})$$
$$I_E(1 - \alpha) = I_B + I_{CBO}$$
$$I_E = \frac{I_B}{1 - \alpha} + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$
$$I_C \cong I_E = (\beta + 1)I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$
Yukarıdakiler kollektör akımının ifadesidir.
CC Yapılandırmasının Özellikleri
Bu konfigürasyon akım kazancı sağlar ancak voltaj kazancı sağlamaz.
CC konfigürasyonunda giriş direnci yüksektir ve çıkış direnci düşüktür.
Bu devrenin sağladığı voltaj kazancı 1'den azdır.
Kollektör akımı ile taban akımının toplamı emitör akımına eşittir.
Giriş ve çıkış sinyalleri fazdadır.
Bu konfigürasyon, evirmeyen amplifikatör çıkışı olarak çalışır.
Bu devre çoğunlukla empedans uyumu için kullanılır. Bu, yüksek empedanslı bir kaynaktan düşük empedanslı bir yük sürmek anlamına gelir.
DC kaynağı, bir transistörün çalışması için sağlanır. Bu DC kaynağı, bu yayıcı ve kolektör bağlantılarındaki çoğunluk taşıyıcıların eylemlerini etkileyen bir transistörün iki PN bağlantısına verilir.
Kavşaklar ileriye dönük ve gereksinimlerimize göre ters önyargılıdır. Forward biased p-tipine pozitif gerilimin ve n-tipi malzemeye negatif gerilimin uygulandığı durumdur. Reverse biased n-tipine pozitif, p-tipi malzemeye negatif gerilim uygulandığı durumdur.
Transistör Önyargısı
Uygun harici DC gerilimin beslenmesine biasing. Transistörün yayıcı ve toplayıcı bağlantılarına ileri veya geri öngerilim yapılır.
Bu öngerilim yöntemleri, transistör devresinin aşağıdaki gibi dört tür bölgede çalışmasını sağlar: Active region, Saturation region, Cutoff region ve Inverse active region(nadiren kullanılır). Bu, aşağıdaki tabloya bakılarak anlaşılır.
Verici Kavşağı | Kollektör Buat | Faaliyet Bölgesi |
---|---|---|
İleri taraflı | İleri taraflı | Doygunluk bölgesi |
İleri taraflı | Ters taraflı | Aktif bölge |
Ters taraflı | İleri taraflı | Ters aktif bölge |
Ters taraflı | Ters taraflı | Kesim bölgesi |
Bu bölgeler arasında aktif bölgenin tam tersi olan Ters aktif bölge herhangi bir uygulama için uygun olmadığı için kullanılmamaktadır.
Aktif Bölge
Bu, transistörlerin birçok uygulamaya sahip olduğu bölgedir. Bu aynı zamandalinear region. Bu bölgedeyken bir transistör, birAmplifier.
Aşağıdaki devre şeması, aktif bölgede çalışan bir transistörü göstermektedir.
Bu bölge doygunluk ve kesme arasında yer alır. Transistör, verici bağlantısı ileri eğilimli olduğunda ve kolektör bağlantısı ters eğilimli olduğunda aktif bölgede çalışır.
Aktif durumda, kollektör akımı temel akımın β katıdır, yani
$$I_C = \beta I_B$$
Burada C = kollektör akımı, β = akım yükseltme faktörü ve I B = temel akım.
Doygunluk Bölgesi
Bu, transistörün kapalı bir anahtar gibi davranma eğiliminde olduğu bölgedir. Transistör, toplayıcısının ve vericinin kısa devre yapması etkisine sahiptir. Kollektör ve yayıcı akımları bu çalışma modunda maksimumdur.
Aşağıdaki şekil doygunluk bölgesinde çalışan bir transistörü göstermektedir.
Transistör, hem yayıcı hem de toplayıcı bağlantıları ileri doğru eğildiğinde doygunluk bölgesinde çalışır.
Doygunluk modunda,
$$\beta < \frac{I_C}{I_B}$$
Doygunluk bölgesinde olduğu gibi, transistör kapalı bir anahtar gibi davranma eğilimindedir,
$$I_C = I_E$$
Ben C = kollektör akımı ve I E = emitör akımı.
Kesim Bölgesi
Bu, transistörün açık bir anahtar gibi davranma eğiliminde olduğu bölgedir. Transistör, kollektörünün ve tabanının açılma etkisine sahiptir. Bu çalışma modunda toplayıcı, yayıcı ve temel akımların tümü sıfırdır.
Aşağıdaki şekil, kesme bölgesinde çalışan bir transistörü göstermektedir.
Transistör, hem emitör hem de kollektör bağlantıları ters eğimli olduğunda kesme bölgesinde çalışır.
Kesme bölgesinde olduğu gibi kollektör akımı, emitör akımı ve taban akımları sıfırdır, şöyle yazabiliriz
$$I_C = I_E = I_B = 0$$
Ben C = kollektör akımı, I E = yayıcı akım ve I B = temel akım.
Şimdiye kadar bir transistör için farklı çalışma bölgelerini tartıştık. Ancak tüm bu bölgeler arasında, transistörün aktif bölgede iyi çalıştığını bulduk ve bu nedenle aynı zamandalinear region. Transistörün çıkışları kollektör akımı ve kollektör gerilimleridir.
Çıktı Özellikleri
Bir transistörün çıkış özellikleri göz önüne alındığında, farklı giriş değerleri için eğri aşağıdaki gibi görünür.
Yukarıdaki şekilde, çıkış özellikleri kollektör akımı arasında çizilmiştir. IC ve kollektör voltajı VCE farklı baz akım değerleri için IB. Bunlar, farklı çıktı eğrileri elde etmek için farklı girdi değerleri için burada dikkate alınır.
Yük hattı
Mümkün olan maksimum kolektör akımı için bir değer düşünüldüğünde, bu nokta Y ekseninde mevcut olacaktır, bu da Saturation point. Ayrıca, maksimum olası kollektör yayıcı voltajı için bir değer düşünüldüğünde, bu nokta X ekseni üzerinde bulunacaktır.Cutoff point.
Bu iki noktayı birleştiren bir çizgi çekildiğinde, böyle bir çizgi şöyle adlandırılabilir: Load line. Bu, yükteki çıktıyı simgelediği için adlandırılır. Bu çizgi, çıktı karakteristik eğrisi üzerine çizildiğinde,Operating point veya quiescent point ya da sadece Q-point.
Yük çizgisi kavramı aşağıdaki grafikten anlaşılabilir.
Yük çizgisi doygunluk ve kesme noktaları birleştirilerek çizilir. Bu ikisi arasında kalan bölge,linear region. Bir transistör, bu doğrusal bölgede iyi bir amplifikatör görevi görür.
Bu yük çizgisi yalnızca transistöre DC polarlama verildiğinde çizilirse, ancak no input sinyal uygulanır, daha sonra böyle bir yük hattı denir DC load line. Yük çizgisi, birinput signal DC gerilimlerle birlikte uygulandığında, böyle bir hat, AC load line.
DC Yük Hattı
Transistöre önyargı verildiğinde ve girişine hiçbir sinyal uygulanmadığında, bu koşullar altında çizilen yük çizgisi şu şekilde anlaşılabilir: DCdurum. Burada olduğu gibi büyütme olmayacaksignal is absent. Devre aşağıda gösterildiği gibi olacaktır.
Herhangi bir zamanda kollektör yayıcı voltajının değeri
$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$
V CC ve R C sabit değerler olduğundan, yukarıdaki birinci derece denklemdir ve dolayısıyla çıktı özelliklerinde düz bir çizgi olacaktır. Bu hat şöyle adlandırılırD.C. Load line. Aşağıdaki şekil DC yük hattını göstermektedir.
Yük çizgisini elde etmek için, düz çizginin iki uç noktası belirlenmelidir. Bu iki nokta A ve B olsun.
A elde etmek için
Kollektör emitör voltajı V CE = 0 olduğunda, kollektör akımı maksimumdur ve V CC / R C'ye eşittir . Bu maksimum V CE değerini verir . Bu şu şekilde gösterilir
$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$
$$0 = V_{CC} - I_C R_C$$
$$I_C = V_{CC}/R_C$$
Bu , yukarıdaki şekilde gösterilen toplayıcı akım eksenindeki A noktasını (OA = V CC / R C ) verir.
B elde etmek için
Kollektör akımı I C = 0 olduğunda, kollektör emitör voltajı maksimumdur ve V CC'ye eşit olacaktır . Bu maksimum I C değerini verir . Bu şu şekilde gösterilir
$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$
$$= V_{CC}$$
(AS I C = 0)
Bu , yukarıdaki şekilde gösterilen toplayıcı emitör voltaj ekseninde (OB = V CC ) anlamına gelen B noktasını verir .
Böylece hem doygunluk hem de kesme noktası belirledik ve yük çizgisinin düz bir çizgi olduğunu öğrendik. Böylece bir DC yük çizgisi çizilebilir.
AC Yük Hattı
Daha önce tartışılan DC yük hattı, herhangi bir AC voltajı uygulanmadığında kollektör akımlarının ve voltajlarının değişimini analiz eder. AC yük hattı, belirli bir amplifikatör için tepeden tepeye voltajı veya maksimum olası çıkış salınımını verir.
Anlayışımız için bir CE amplifikatörünün AC eşdeğer devresini ele alacağız.
Yukarıdaki şekilden,
$$V_{CE} = (R_C // R_1) \times I_C$$
$$r_C = R_C // R_1$$
Bir transistörün amplifikatör olarak çalışması için aktif bölgede kalması gerekir. Hareketsiz nokta, maksimum giriş sinyali sapmasının hem negatif hem de pozitif yarı döngülerde simetrik olacağı şekilde seçilir.
Dolayısıyla
$V_{max} = V_{CEQ}$ ve $V_{min} = -V_{CEQ}$
V CEQ , sakin noktadaki yayıcı-toplayıcı voltajı olduğunda
Aşağıdaki grafik, doygunluk ve kesme noktaları arasında çizilen AC yük çizgisini temsil etmektedir.
Yukarıdaki grafikten, doygunluk noktasındaki mevcut IC,
$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + (V_{CEQ}/r_C)$$
Kesme noktasındaki voltaj V CE ,
$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ}r_C$$
Dolayısıyla ilgili V CEQ = V CEQ / (R C // R 1 ) için maksimum akım
$$I_{CQ} = I_{CQ} * (R_C // R_1)$$
Bu nedenle, durgun akımlar ekleyerek, AC yük hattının uç noktaları
$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + V_{CEQ}/ (R_C // R_1)$$
$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ} * (R_C // R_1)$$
AC ve DC Yük Hattı
AC ve DC Yük çizgileri bir grafikte gösterildiğinde, aynı olmadıkları anlaşılabilir. Bu çizgilerin her ikisi de,Q-point veya quiescent point. AC yük çizgisinin uç noktaları doygunluk ve kesme noktalarıdır. Bu, aşağıdaki şekilden anlaşılmaktadır.
Yukarıdaki şekilden, hareketsiz noktanın (koyu nokta) temel akım IB'nin değeri 10mA olduğu zaman elde edildiği anlaşılmaktadır. Hem AC hem de DC yük hatlarının kesiştiği nokta burasıdır.
Bir sonraki bölümde, kavramını tartışacağız. quiescent point ya da operating point detayda.
Doygunluk ve kesme noktalarını birleştiren bir çizgi çizildiğinde, böyle bir çizgi şöyle adlandırılabilir: Load line. Bu çizgi, çıktı karakteristik eğrisi üzerine çizildiğinde,Operating point.
Bu çalışma noktası aynı zamanda quiescent point ya da sadece Q-point. Bu tür birçok kesişen nokta olabilir, ancak Q noktası, AC sinyal salınımından bağımsız olarak transistörün aktif bölgede kalacağı şekilde seçilir.
Aşağıdaki grafik, çalışma noktasının nasıl gösterileceğini gösterir.
Aslına sadık bir amplifikasyon elde etmek için sabit kalması gerektiğinden, çalışma noktası rahatsız edilmemelidir. Bu nedenle, sakin nokta veya Q noktası,Faithful Amplification elde edilir.
Sadık Amplifikasyon
Sinyal gücünü artırma işlemine Amplification. Sinyalin bileşenlerinde herhangi bir kayıp olmadan yapıldığında bu amplifikasyonaFaithful amplification.
Faithful amplificationsinyal gücünü artırarak giriş sinyalinin tam kısımlarını elde etme işlemidir. Bu, girişine AC sinyali uygulandığında yapılır.
Yukarıdaki grafikte, uygulanan giriş sinyali tamamen güçlendirilmiş ve herhangi bir kayıp olmaksızın yeniden üretilmiştir. Bu şu şekilde anlaşılabilir:Faithful Amplification.
Çalışma noktası öyle seçilmiştir ki, active region ve herhangi bir kayıpsız tam sinyalin çoğaltılmasına yardımcı olur.
Çalışma noktası doyma noktasına yakın olarak kabul edilirse, amplifikasyon aşağıdaki gibi olacaktır.
Çalışma noktası kesme noktasına yakın olarak kabul edilirse, amplifikasyon aşağıdaki gibi olacaktır.
Bu nedenle, çalışma noktasının yerleştirilmesi, güvenilir bir amplifikasyon elde etmek için önemli bir faktördür. Ancak, transistörün bir amplifikatör olarak düzgün bir şekilde çalışması için, giriş devresi (yani, baz-yayıcı bağlantısı) ileriye dönük kalır ve çıkış devresi (yani, kollektör-temel bağlantısı) ters taraflı kalır.
Güçlendirilmiş sinyal böylece giriş sinyalindekiyle aynı bilgiyi içerirken, sinyalin gücü artar.
Aslına Uygun Amplifikasyon için Anahtar Faktörler
Aslına sadık amplifikasyonu sağlamak için, aşağıdaki temel koşullar karşılanmalıdır.
- Uygun sıfır sinyal toplayıcı akımı
- Herhangi bir anda minimum uygun taban yayıcı voltajı (V BE ).
- Herhangi bir anda minimum uygun kollektör-yayıcı voltajı (V CE ).
Bu koşulların yerine getirilmesi, transistörün, giriş ileri yönlü ve çıkış ters taraflı olarak aktif bölge üzerinde çalışmasını sağlar.
Uygun Sıfır Sinyal Toplayıcı Akımı
Bunu anlamak için, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi bir NPN transistör devresini düşünelim. Baz yayıcı bağlantısı ileri eğimlidir ve toplayıcı-yayıcı bağlantısı ters eğimlidir. Girişe bir sinyal uygulandığında, NPN transistörünün baz yayıcı bağlantısı, girişin pozitif yarı döngüsü için öne eğimli hale gelir ve dolayısıyla çıkışta görünür.
Negatif yarı döngü için, aynı bağlantı ters taraflı olur ve bu nedenle devre iletmez. Bu yol açarunfaithful amplification aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi.
Şimdi temel devrede bir pil V BB ekleyelim. Bu voltajın büyüklüğü, transistörün baz yayıcı bağlantısının, giriş sinyalinin negatif yarım döngüsü için bile ileriye dönük olarak kalması gerektiği şekilde olmalıdır. Hiçbir giriş sinyali uygulanmadığında, V BB nedeniyle devrede bir DC akımı akar . Bu olarak bilinirzero signal collector currentBen C .
Girişin pozitif yarı döngüsü sırasında, baz emitör bağlantısı daha ileri eğimlidir ve bu nedenle kollektör akımı artar. Girişin negatif yarım döngüsü sırasında, giriş bağlantısı daha az öne eğimlidir ve bu nedenle toplayıcı akımı azalır. Dolayısıyla, girişin her iki döngüsü de çıktıda görünür ve dolayısıylafaithful amplification aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi sonuçlar.
Bu nedenle, aslına uygun amplifikasyon için, uygun sıfır sinyal toplayıcı akımı akmalıdır. Sıfır sinyal toplayıcı akımının değeri, tek başına sinyal nedeniyle en azından maksimum kollektör akımına eşit olmalıdır.
Herhangi bir anda uygun Minimum V BE
Bağlantının ileriye doğru önyargılı olması için minimum taban-yayıcı voltajı V BE , kesme voltajından daha büyük olmalıdır. Bir silikon transistörün çalışması için gereken minimum voltaj 0,7v ve bir germanyum transistörün çalışması için 0,5v'dir. Baz verici voltajı V BE bu voltajdan büyükse, potansiyel bariyer aşılır ve bu nedenle temel akım ve kolektör akımları keskin bir şekilde artar.
Bu nedenle, V BE , giriş sinyalinin herhangi bir kısmı için düşük düşerse, bu kısım, sonuçta ortaya çıkan küçük kolektör akımı nedeniyle daha az bir ölçüde amplifiye edilecek ve bu da sadakatsiz amplifikasyona neden olacaktır.
Herhangi bir anda uygun Minimum V CE
Aslına uygun bir amplifikasyon elde etmek için, kollektör yayıcı voltajı V CE , kesme voltajının altına düşmemelidir;Knee Voltage. V CE diz geriliminden daha düşükse, kolektör taban bağlantısı uygun şekilde ters yönde eğilmeyecektir. O zaman toplayıcı, yayıcı tarafından yayılan elektronları çekemez ve bunlar tabana doğru akarak temel akımı arttırır. Böylece β'nin değeri düşer.
Bu nedenle, V CE , giriş sinyalinin herhangi bir kısmı için düşük olursa, bu kısım daha az bir ölçüde çarpılarak sadakatsiz amplifikasyonla sonuçlanacaktır. Dolayısıyla, V CE , V KNEE'den büyükse , kollektör-taban bağlantısı düzgün bir şekilde ters eğilimlidir ve β değeri sabit kalır, bu da güvenilir amplifikasyonla sonuçlanır.
Bir transistörün bir amplifikatör görevi görmesi için doğru şekilde önyargılı olması gerekir. Bir sonraki bölümde doğru önyargının gerekliliğini tartışacağız. Burada, bir transistörün bir amplifikatör olarak nasıl çalıştığına odaklanalım.
Transistör Amplifikatörü
Bir transistör, zayıf bir sinyalin gücünü artırarak bir amplifikatör görevi görür. Verici taban bağlantısına uygulanan DC öngerilim voltajı, ileriye dönük durumda kalmasını sağlar. Bu ileri sapma, sinyalin polaritesinden bağımsız olarak sürdürülür. Aşağıdaki şekil, bir transistörün bir amplifikatör olarak bağlandığında nasıl göründüğünü göstermektedir.
Giriş devresindeki düşük direnç, giriş sinyalindeki herhangi bir küçük değişikliğin çıkışta kayda değer bir değişiklikle sonuçlanmasına izin verir. Giriş sinyalinin neden olduğu yayıcı akımı, yük direnci R L'den akarken, üzerinde büyük bir voltaj düşüşüne neden olan toplayıcı akımına katkıda bulunur . Bu nedenle, küçük bir giriş voltajı, transistörün bir amplifikatör olarak çalıştığını gösteren büyük bir çıkış voltajıyla sonuçlanır.
Misal
Uygulanan giriş voltajında 0.1v'lik bir değişiklik olmasına izin verin, bu da yayıcı akımında 1mA'lık bir değişiklik yaratır. Bu yayıcı akım açıkça kollektör akımında 1mA olacak bir değişiklik üretecektir.
Kollektöre yerleştirilen 5kΩ'luk bir yük direnci,
5 kΩ × 1 mA = 5V
Dolayısıyla girişteki 0.1v'lik bir değişikliğin çıkışta 5V'luk bir değişiklik verdiği, yani sinyalin voltaj seviyesinin yükseltildiği görülmektedir.
Amplifikatörün Performansı
Yaygın yayıcı bağlantı modu çoğunlukla benimsendiğinden, önce bu bağlantı moduna referansla birkaç önemli terimi anlayalım.
Giriş Direnci
Giriş devresi ileri eğimli olduğundan, giriş direnci düşük olacaktır. Giriş direnci, baz yayıcı bağlantısının sinyal akışına sunduğu karşıtlıktır.
Tanım olarak, sabit toplayıcı-yayıcı voltajında temel emitör voltajındaki (ΔV BE ) küçük değişimin temel akımdaki (ΔI B ) ortaya çıkan değişikliğe oranıdır .
Giriş direnci, $R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$
R, i = giriş direnci, V BE = temel yayıcı voltaj ve I B = temel akım.
Çıkış Direnci
Bir transistör amplifikatörünün çıkış direnci çok yüksektir. Kollektör akımı, kollektör-emiter voltajındaki değişiklikle çok az değişir.
Tanım olarak, sabit taban akımında kollektör-emiter gerilimindeki (ΔV CE ) değişimin kollektör akımındaki (ΔI C ) ortaya çıkan değişime oranıdır .
Çıkış direnci = $R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$
Burada R o = Çıkış direnci, V CE = Kollektör-verici voltajı ve I C = Kollektör-verici voltajı.
Etkili Kollektör Yükü
Yük, bir transistörün kollektörüne bağlanır ve tek aşamalı bir amplifikatör için, çıkış voltajı, transistörün kolektöründen alınır ve çok aşamalı bir amplifikatör için, aynısı, transistör devresinin kademeli aşamalarından toplanır.
Tanımı gereği, aktör akımının gördüğü toplam yüktür. Tek katlıtransistörlerin durumunda, etkin bir toplayıcı yük R, bir paralel kombinasyonu olan C ve R, o .
Etkili Kollektör Yükü, $R_{AC} = R_C // R_o$
$$= \frac{R_C \times R_o}{R_C + R_o} = R_{AC}$$
Bu nedenle, tek aşamalı bir amplifikatör için, efektif yük kolektör yükü R C'ye eşittir .
Bir çok-aşamalı amplifikatör (yani, birden fazla amplifikasyon katı olan), giriş direnci R ı bir sonraki aşamada da gündeme gelmektedir.
Etkili kollektör yükü, R C , R o ve R i'nin paralel kombinasyonu haline gelir , yani,
Etkili Kollektör Yükü, $R_{AC} = R_C // R_o // R_i$
$$R_C // R_i = \frac{R_C R_i}{R_C + R_i}$$
Giriş direnci R i oldukça küçük olduğundan, etkili yük azaltılır.
Şu anki kazanç
Giriş ve çıkış akımlarındaki değişimler gözlendiğinde akım açısından kazanç, olarak adlandırılır. Current gain. Tanım olarak, kollektör akımındaki (ΔI C ) değişimin temel akımdaki değişime (ΔI B ) oranıdır .
Şu anki kazanç, $\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$
Β değeri 20 ile 500 arasındadır. Akım kazancı, giriş akımının kolektör akımında β katı olduğunu gösterir.
Gerilim Kazancı
Giriş ve çıkış akımlarındaki değişimler gözlemlendiğinde gerilim cinsinden kazanç, olarak adlandırılır. Voltage gain. Tanım olarak, çıkış voltajındaki (ΔV CE ) değişimin giriş voltajındaki değişime (ΔV BE ) oranıdır .
Gerilim kazancı, $A_V = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta V_{BE}}$
$$= \frac{Change \: in\: output \: current \times effective\: load}{Change \: in\: input \: current \times input \: resistance}$$
$$= \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i} = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \times \frac{R_{AC}}{R_i} = \beta \times \frac{R_{AC}}{R_i}$$
Tek bir aşamada, R, AC R = C .
Ancak, Çok Aşamalı için
$$R_{AC} = \frac{R_C \times R_i}{R_C + R_i}$$
Burada R ı bir sonraki aşamada giriş direncidir.
Güç Kazanımı
Giriş ve çıkış akımlarındaki değişimler gözlemlendiğinde güç cinsinden kazanç, olarak adlandırılır. Power gain.
Tanım olarak, çıkış sinyal gücünün giriş sinyal gücüne oranıdır.
Güç kazancı, $A_P = \frac{(\Delta I_C)^2 \times R_{AC}}{(\Delta I_B)^2 \times R_i}$
$$= \left ( \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \right ) \times \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i}$$
= Akım kazancı × Gerilim kazancı
Dolayısıyla bunlar, amplifikatörlerin performansına atıfta bulunan tüm önemli terimlerdir.
Öngerilim, devrenin çalışmasına yardımcı olan DC voltajı sağlama işlemidir. Verici taban birleşimini ileri eğimli ve kollektör taban birleşimini ters eğimli hale getirmek için bir transistör temel alınır, böylece aktif bölgede bir amplifikatör olarak çalışmasını sürdürür.
Önceki bölümde, hem giriş hem de çıkış bölümleri önyargılıysa, bir transistörün iyi bir amplifikatör olarak nasıl davrandığını açıkladık.
Transistör Önyargısı
Sıfır sinyal toplayıcı akımının doğru akışı ve sinyalin geçişi sırasında uygun toplayıcı voltajının korunması olarak bilinir. Transistor Biasing. Transistör önyargısı sağlayan devre olarak adlandırılır.Biasing Circuit.
DC önyargısı ihtiyacı
BJT'nin girişine çok düşük voltajlı bir sinyal verilirse, yükseltilemez. Çünkü bir BJT için bir sinyali yükseltmek için iki koşulun karşılanması gerekir.
Giriş voltajı aşmalıdır cut-in voltage transistörün olması ON.
BJT, active regionolarak işletilmek üzere amplifier.
Uygun DC gerilimleri ve akımları harici kaynaklar tarafından BJT üzerinden verilirse, BJT aktif bölgede çalışır ve amplifiye edilecek AC sinyallerini üst üste getirir, bu durumda bu sorun önlenebilir. Verilen DC voltajı ve akımları, transistörün tüm giriş AC döngüsü boyunca aktif bölgede kalacağı şekilde seçilir. Bu nedenle, DC önyargısı gereklidir.
Aşağıdaki şekil, hem giriş hem de çıkış devrelerinde DC polarlama ile sağlanan bir transistör amplifikatörünü göstermektedir.
Bir transistörün sadık bir amplifikatör olarak çalıştırılması için çalışma noktasının stabilize edilmesi gerekir. Çalışma noktasının stabilizasyonunu etkileyen faktörlere bir göz atalım.
Çalışma noktasını etkileyen faktörler
Çalışma noktasını etkileyen ana faktör sıcaklıktır. Sıcaklıktaki değişiklik nedeniyle çalışma noktası değişir.
Sıcaklık arttıkça I CE , β, V BE değerleri etkilenir.
- Ben CBO (her 10 için iki katına alır o yükselişi)
- V BE 2.5mv azalır (her 1 O artış)
Dolayısıyla çalışma noktasını etkileyen temel sorun sıcaklıktır. Bu nedenle stabilitenin sağlanması için çalışma noktası sıcaklıktan bağımsız yapılmalıdır. Bunu başarmak için, öngerilim devreleri tanıtıldı.
Stabilizasyon
Çalışma noktasını sıcaklık değişimlerinden veya transistör parametrelerindeki değişimlerden bağımsız hale getirme işlemi olarak bilinir. Stabilization.
Stabilizasyon elde edilir, I değerleri C ve V, CE sıcaklık değişimlerine ya da transistörün yerine bağımsız hale gelirler. İyi bir öngerilim devresi, çalışma noktasının stabilizasyonuna yardımcı olur.
Stabilizasyon İhtiyacı
Aşağıdaki nedenlerden dolayı çalışma noktasının stabilizasyonu sağlanmalıdır.
- I C'nin sıcaklık bağımlılığı
- Bireysel varyasyonlar
- Termal kaçak
Bu kavramları ayrıntılı olarak anlayalım.
I C'nin Sıcaklık Bağımlılığı
Kollektör akımının ifadesi I C olduğu gibi
$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$
$$= \beta I_B + (\beta + 1) I_{CBO}$$
Kollektör kaçak akımı I CBO , sıcaklık değişimlerinden büyük ölçüde etkilenir. Bundan çıkmak için, polarlama koşulları, sıfır sinyal toplayıcı akımı I C = 1 mA olacak şekilde ayarlanır . Bu nedenle, çalışma noktasının stabilize edilmesi gerekir, yani I C'yi sabit tutmak gerekir .
Bireysel Varyasyonlar
Β değeri ve V BE değeri her transistör için aynı olmadığından, bir transistör değiştirildiğinde, çalışma noktası değişme eğilimindedir. Bu nedenle çalışma noktasını stabilize etmek gerekir.
Termal Kaçak
Kollektör akımının ifadesi I C olduğu gibi
$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$
$$= \beta I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$
Kollektör akımının akışı ve ayrıca kollektör kaçak akımı ısı dağılımına neden olur. Çalışma noktası stabilize edilmezse, bu ısı dağılımını artıran kümülatif bir etki meydana gelir.
Böylesine dengesiz bir transistörün kendi kendini imha etmesi şu şekilde bilinir: Thermal run away.
Önlemek için thermal runawayve transistörün yok edilmesi, çalışma noktasını stabilize etmek, yani I C'yi sabit tutmak için gereklidir .
Kararlılık Faktörü
I CBO veya I CO varyasyonlarına rağmen I C'nin sabit tutulması gerektiği anlaşılmaktadır . Bir polarlama devresinin bunu sürdürmede ne ölçüde başarılı olduğu ölçülür.Stability factor. İle gösterilirS.
Tanım olarak, toplayıcı akımı değişim oranı C toplayıcı kaçak göre akımı ile CO sabit P ve de B olarak adlandırılırStability factor.
$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$sabit olarak I B ve β
Böylelikle kollektör kaçak akımındaki herhangi bir değişikliğin kollektör akımını büyük ölçüde değiştirdiğini anlayabiliriz. Kolektör akımının etkilenmemesi için stabilite faktörü olabildiğince düşük olmalıdır. S = 1 ideal değerdir.
Bir CE konfigürasyonu için stabilite faktörünün genel ifadesi aşağıdaki gibi elde edilebilir.
$$I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{CO}$$
Yukarıdaki ifadeyi I C'ye göre farklılaştırarak ,
$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + (\beta + 1)\frac{d I_{CO}}{dI_C}$$
Veya
$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + \frac{(\beta + 1)}{S}$$
Dan beri $\frac{d I_{CO}}{d I_C} = \frac{1}{S}$
Veya
$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left (\frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$
Dolayısıyla kararlılık faktörü S β, I B ve I C'ye bağlıdır .
Transistör devrelerindeki öngerilim, iki DC kaynağı V BB ve V CC kullanılarak yapılır . DC kaynağını iki yerine bir beslemeye indirgemek ekonomiktir ve bu da devreyi basitleştirir.
Yaygın olarak kullanılan transistör önyargılı yöntemler şunlardır:
- Temel Direnç yöntemi
- Toplayıcıdan Tabana önyargı
- Toplayıcı geri besleme direnci ile öngerilim
- Gerilim bölücü önyargı
Bu yöntemlerin tümü , sıfır sinyal koşullarında V CC'den gerekli I B ve I C değerini elde etmek için aynı temel prensibe sahiptir .
Temel Direnç Yöntemi
Bu yöntemde, adından da anlaşılacağı gibi, tabana yüksek dirençli bir direnç R B bağlanır. Gerekli sıfır sinyal temel akımı, R B'den akan V CC tarafından sağlanır . Baz yayıcıya göre pozitif olduğu için, baz yayıcı bağlantısı ileri eğimlidir.
Sıfır sinyal temel akımının ve dolayısıyla kolektör akımının (I C = βI B olarak ) gerekli değeri, temel direnç RB'nin uygun değeri seçilerek akışa dönüştürülebilir. Dolayısıyla R B'nin değeri bilinmelidir. Aşağıdaki şekil, öngerilim devresinin temel direnç yönteminin nasıl göründüğünü göstermektedir.
I C gerekli sıfır sinyal toplayıcı akımı olsun. Bu nedenle,
$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$
Kirchhoff'un gerilim yasasını uygularken V CC , taban, emitör ve topraktan gelen kapalı devre göz önüne alındığında ,
$$V_{CC} = I_B R_B + V_{BE}$$
Veya
$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE}$$
Bu nedenle
$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B}$$
V BE , V CC'ye kıyasla genellikle oldukça küçük olduğundan, eski küçük bir hata ile ihmal edilebilir. Sonra,
$$R_B = \frac{V_{CC}}{I_B}$$
V CC'nin sabit bir bilinen miktar olduğunu ve I B'nin uygun bir değerde seçildiğini biliyoruz . R B doğrudan bulunabildiğinden, bu yöntemefixed bias method.
Kararlılık faktörü
$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left ( \frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$
Sabit önyargı yönteminde, I B , I C'den bağımsızdır, böylece,
$$\frac{d I_B}{d I_C} = 0$$
Yukarıdaki değeri önceki denklemde değiştirerek,
Kararlılık faktörü, $S = \beta + 1$
Bu nedenle, sabit bir eğilim olan bir denge faktörü O olan aracı (β + 1) olan Cı- ı herhangi bir değişiklik olduğu kadar (β + 1) değiştirir kez CO .
Avantajlar
- Devre basittir.
- Yalnızca bir direnç R E gereklidir.
- Ağırlıklandırma koşulları kolayca belirlenir.
- Baz emitör bağlantısında direnç olmadığından yükleme etkisi yoktur.
Dezavantajları
Isı gelişimi durdurulamadığı için stabilizasyon zayıf.
Kararlılık faktörü çok yüksektir. Yani, termal kaçış için güçlü şanslar var.
Bu nedenle, bu yöntem nadiren kullanılmaktadır.
Toplayıcıdan Temel Önyargıya
Taban ön gerilim devresi, toplayıcı baz direnci R dışında temel ön gerilim devresi ile aynıdır B yerine V daha kollektörün döndürülür CC aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, besleme.
Bu devre, kararlılığın önemli ölçüde geliştirilmesine yardımcı olur. I C'nin değeri artarsa, R L boyunca voltaj artar ve dolayısıyla V CE de artar. Bu da temel akımı I B azaltır . Bu eylem, orijinal artışı bir şekilde telafi eder.
Sıfır sinyal toplayıcı akımını I C vermek için gereken gerekli R B değeri aşağıdaki gibi hesaplanabilir.
R L boyunca voltaj düşüşü olacak
$$R_L = (I_C + I_B)R_L \cong I_C R_L$$
Şekilden
$$I_C R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$
Veya
$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L$$
Bu nedenle
$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{I_B}$$
Veya
$$R_B = \frac{(V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L)\beta}{I_C}$$
Sahip olduğumuz KVL'yi uyguluyoruz
$$(I_B + I_C)R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$
Veya
$$I_B(R_L + R_B) + I_C R_L + V_{BE} = V_{CC}$$
Bu nedenle
$$I_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{R_L + R_B}$$
V BE neredeyse kollektör akımından bağımsız olduğu için,
$$\frac{d I_B}{d I_C} = - \frac{R_L}{R_L + R_B}$$
Biz biliyoruz ki
$$S = \frac{1 + \beta}{1 - \beta (d I_B / d I_C)}$$
Bu nedenle
$$S = \frac{1 + \beta}{1 + \beta \left ( \frac{R_L}{R_L + R_B} \right )}$$
Bu değer, sabit öngerilim devresi için elde edilen (1 + β) değerinden küçüktür. Böylece stabilitede bir gelişme var.
Bu devre, amplifikatörün kazancını azaltan negatif bir geri bildirim sağlar. Böylece kollektörün temel öngerilim devresine artan kararlılığı, AC voltaj kazancı pahasına elde edilir.
Kollektör Geri Besleme direnci ile polarlama
Bu yöntemde, baz direnci R B'nin bir ucu tabana, diğer ucu ise adından da anlaşılacağı gibi kollektöre bağlıdır. Bu devrede, sıfır sinyal temel akımı V CB tarafından belirlenir, ancak V CC tarafından belirlenmez .
Açıktır ki, V CB ileri temel-yayıcı bağlantısına eğilimlidir ve bu nedenle temel akım I B , R B'den akar . Bu, sıfır sinyal toplayıcı akımının devrede akmasına neden olur. Aşağıdaki şekil, kolektör geri besleme direnç devresi ile polarlamayı göstermektedir.
Sıfır sinyal akımı I C'yi vermek için gereken gerekli R B değeri aşağıdaki gibi belirlenebilir.
$$V_{CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_{BE}$$
Veya
$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_C}{I_B}$$
$$= \frac{V_{CC} - V_{BE} - \beta I_B R_C}{I_B}$$
Dan beri $I_C = \beta I_B$
Alternatif olarak,
$$V_{CE} = V_{BE} + V_{CB}$$
Veya
$$V_{CB} = V_{CE} - V_{BE}$$
Dan beri
$$R_B = \frac{V_{CB}}{I_B} = \frac{V_{CE} - V_{BE}}{I_B}$$
Nerede
$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$
Matematiksel olarak,
Kararlılık faktörü, $S < (\beta + 1)$
Bu nedenle, bu yöntem sabit önyargıdan daha iyi termal kararlılık sağlar.
Devre için Q noktası değerleri şu şekilde gösterilir:
$$I_C = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R_B/ \beta + R_C}$$
$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$
Avantajlar
- Devre, sadece bir dirence ihtiyaç duyduğu için basittir.
- Bu devre, daha az değişiklik için biraz stabilizasyon sağlar.
Dezavantajları
- Devre iyi bir stabilizasyon sağlamıyor.
- Devre negatif geri besleme sağlar.
Gerilim Bölücü Önyargı Yöntemi
Önyargı ve stabilizasyon sağlamanın tüm yöntemleri arasında, voltage divider bias methoden belirgin olanıdır. Burada, iki direnç R 1 ve R 2 V ile bağlı olan, kullanılır CC ve kutuplama sağlar. Emitörde kullanılan direnç R E stabilizasyon sağlar.
Voltaj bölücü adı, R 1 ve R 2 tarafından oluşturulan voltaj bölücüsünden gelir . R 2 boyunca voltaj düşüşü , baz yayıcı bağlantısını öne doğru yönlendirir. Bu, sıfır sinyal koşullarında temel akıma ve dolayısıyla toplayıcı akım akışına neden olur. Aşağıdaki şekil, voltaj bölücü önyargı yönteminin devresini göstermektedir.
R 1 direncinden geçen akımın I 1 olduğunu varsayalım . Baz akım I olarak B çok azdır, bu nedenle, Ar içinden akan akım dair makul bir doğruluk ile kabul edilebilir 2 de I 1 .
Şimdi kollektör akımı ve kollektör voltajı için ifadeleri türetmeye çalışalım.
Kollektör Akımı, I C
Devreden anlaşılıyor ki,
$$I_1 = \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}$$
Bu nedenle, R direnci üzerindeki voltaj 2 olduğu
$$V_2 = \left ( \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}\right ) R_2$$
Kirchhoff'un gerilim yasasının temel devreye uygulanması,
$$V_2 = V_{BE} + V_E$$
$$V_2 = V_{BE} + I_E R_E$$
$$I_E = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$
Ben E ≈ I C'den beri ,
$$I_C = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$
Yukarıdaki ifadeden, I C'nin β'ye bağlı olmadığı açıktır . V BE çok küçüktür ve I C , V BE'den hiç etkilenmez . Böylece , bu devrede I C , neredeyse transistör parametrelerinden bağımsızdır ve bu nedenle iyi bir stabilizasyon elde edilir.
Kollektör-Verici Voltajı, V CE
Kirchhoff'un gerilim yasasını kollektör tarafına uygulamak,
$$V_{CC} = I_C R_C + V_{CE} + I_E R_E$$
Ben E ≅ I C'den beri
$$= I_C R_C + V_{CE} + I_C R_E$$
$$= I_C(R_C + R_E) + V_{CE}$$
Bu nedenle,
$$V_{CE} = V_{CC} - I_C(R_C + R_E)$$
R E , bu devrede mükemmel stabilizasyon sağlar.
$$V_2 = V_{BE} + I_C R_E$$
Diyelim ki sıcaklıkta bir artış var, o zaman kolektör akımı I C azalır ve bu da R E boyunca voltaj düşüşünün artmasına neden olur . R 2 üzerindeki voltaj düşüşü I C'den bağımsız olan V 2 olduğundan , V BE'nin değeri azalır. I B'nin azaltılmış değeri, I C'yi orijinal değere geri yükleme eğilimindedir .
Kararlılık Faktörü
Denklemi Stability factor bu devrenin
Kararlılık Faktörü = $S = \frac{(\beta + 1) (R_0 + R_3)}{R_0 + R_E + \beta R_E}$
$$= (\beta + 1) \times \frac{1 + \frac{R_0}{R_E}}{\beta + 1 + \frac{R_0}{R_E}}$$
Nerede
$$R_0 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$$
R 0 / R E oranı çok küçükse, 1'e kıyasla R0 / RE ihmal edilebilir ve kararlılık faktörü olur
Kararlılık Faktörü = $S = (\beta + 1) \times \frac{1}{\beta + 1} = 1$
Bu, olası en küçük S değeridir ve mümkün olan maksimum termal kararlılığa yol açar.
Şimdiye kadar farklı stabilizasyon teknikleri gördük. Stabilizasyon, negatif geri besleme eylemi nedeniyle oluşur. Negatif geri besleme, çalışma noktasının kararlılığını artırsa da, amplifikatörün kazancını azaltır.
Amplifikatörün kazancı çok önemli bir husus olduğundan, mükemmel önyargı ve termal stabilizasyonu sürdürmek için bazı telafi teknikleri kullanılır. Şimdi bu tür önyargı telafi tekniklerinden geçelim.
Kararsızlık için Diyot Telafisi
Bunlar, önyargı kararsızlığı ile başa çıkmak için diyotları kullanan telafi tekniklerini uygulayan devrelerdir. Stabilizasyon teknikleri I izin dirençli bastırma devrelerinin kullanımı bakınız B I tutmak üzere değişir C nispeten sabit.
İki tür diyot kompanzasyon yöntemi vardır. Onlar -
- V BE varyasyonu nedeniyle kararsızlık için diyot kompanzasyonu
- I CO değişimi nedeniyle kararsızlık için diyot telafisi
Bu iki tazminat yöntemini ayrıntılı olarak anlayalım.
V BE Varyasyonundan Kaynaklanan Kararsızlık için Diyot Kompanzasyonu
Bir Silikon transistörde, V BE'nin değerindeki değişiklikler I C'deki değişikliklere neden olur . Bir diyot V varyasyonları tazmin etmek için yayıcı devresinde kullanılabilecek BE ya da CO . Kullanılan diyot ve transistör aynı malzemeden olduğundan, diyot üzerindeki voltaj V D , transistörün V BE ile aynı sıcaklık katsayısına sahiptir .
Aşağıdaki şekil, stabilizasyon ve telafi ile kendi kendine önyargıyı göstermektedir.
Diyot D, kaynak V DD ve direnç R D tarafından ileri doğru önyargılıdır . V BE'deki sıcaklık değişimi ile V D'deki sıcaklık değişimi aynıdır , dolayısıyla miktar (V BE - V D ) sabit kalır. Dolayısıyla, V BE'deki değişime rağmen akım I C sabit kalır .
I CO Değişimi nedeniyle İstikrarsızlık için Diyot Telafisi
Aşağıdaki şekil, I CO'daki varyasyonun kompanzasyonu için kullanılan diyot D'ye sahip bir transistör amplifikatörünün devre şemasını göstermektedir .
Bu nedenle, diyotun ters doygunluk akımı I O , transistör toplayıcı doyma akımı I CO ile aynı oranda sıcaklıkla artacaktır .
$$I = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R} \cong \frac{V_{CC}}{R} = Constant$$
Diyot D, V BE tarafından ters önyargılıdır ve içinden geçen akım, ters doygunluk akımı I O'dur .
Şimdi temel akım,
$$I_B = I - I_O$$
Kollektör akımı için ifadede yukarıdaki değerin değiştirilmesi.
$$I_C = \beta (I - I_O) + (1 + \beta)I_{CO}$$
Β ≫ 1 ise,
$$I_C = \beta I - \beta I_O + \beta I_{CO}$$
Ihemen hemen sabittir ve eğer O diyodun ve CO transistörün çalışma sıcaklığı aralığı boyunca birbirlerini takip, sonra C sabit kalır.
Diğer Tazminatlar
Akımlardaki değişimi telafi etmek için diyotlar, transistörler, termistörler, Sensörler vb. Gibi sıcaklığa duyarlı cihazların kullanımına atıfta bulunan başka telafi teknikleri vardır.
Bu yöntemde, biri termistör, diğeri Sensistör kullanan iki popüler devre türü vardır. Onlara bir bakalım.
Termistör Kompanzasyonu
Termistör, sıcaklığa duyarlı bir cihazdır. Negatif sıcaklık katsayısına sahiptir. Bir termistörün direnci, sıcaklık düştüğünde artar ve sıcaklık arttığında azalır. Aşağıdaki şekil, termistör kompanzasyonlu bir kendi kendine önyargı amplifikatörünü göstermektedir.
Bir amplifikatör devresinde, sıcaklıkla I CO , V BE ve β'de meydana gelen değişiklikler , kolektör akımını artırır. Kolektör akımındaki artışı en aza indirmek için termistör kullanılmaktadır. Sıcaklık arttıkça, termistörün direnci R T azalır, bu da içinden geçen akımı ve direnci R E artırır . Şimdi, R E boyunca geliştirilen voltaj artar ve bu da emitör bağlantısını tersine çevirir. Bu ters önyargı o kadar yüksektir ki, ileri yanlılık sağlayan R 1 ve R 2 dirençlerinin etkisi de azalır. Bu eylem, kollektör akımındaki artışı azaltır.
Böylece termistörün sıcaklık duyarlılığı, sıcaklıktan kaynaklanan kollektör akımındaki artışı telafi eder.
Sensör Telafisi
Bir Sensör, pozitif sıcaklık katsayısına sahip, yüksek oranda katkılı bir yarı iletkendir. Bir Sensörün direnci, sıcaklık artışı ile artar ve sıcaklık düşüşü ile azalır. Aşağıdaki şekil, Sensistör kompanzasyonlu bir kendi kendine önyargı amplifikatörünü göstermektedir.
Yukarıdaki şekilde, Sensör, R 1 ile paralel veya R E ile paralel olarak yerleştirilebilir . Sıcaklık arttıkça paralel kombinasyon, termistör ve R 1'in direnci artar ve bunların voltaj düşüşü de artar. Bu R voltaj düşüşünü azaltır 2 . Bu voltajın azalması nedeniyle, net ileri verici önyargısı azalır. Bunun sonucu olarak I C azalır.
Böylece Sensistör kullanılarak I CO , V BE ve β değerlerinin sıcaklıktan dolayı artmasıyla kollektör akımının yükselmesi kontrol altına alınır.
Isıl direnç
Transistör, sıcaklığa bağlı bir cihazdır. Transistör çalıştırıldığında, kollektör bağlantısı yoğun elektron akışı alır ve dolayısıyla çok fazla ısı üretilir. Bu ısı, izin verilen sınırın daha da ötesine yükselirse, bağlantı noktasına ve dolayısıyla transistöre zarar verir.
Kendini hasardan korumak için, transistör ısıyı bağlantı noktasından transistör kasasına ve oradan da onu çevreleyen açık havaya dağıtır.
Bırakın, ortam sıcaklığı veya çevredeki havanın sıcaklığı = T A o C
Ve transistörün kollektör-taban bağlantısının sıcaklığı = T J o C
T J > T A olarak , T J - T A farkı , transistör P D' de harcanan güçten daha büyük olacaktır. Böylece,
$$T_J - T_A \propto P_D$$
$$T_J - T_A = HP_D$$
H orantılılık sabitidir ve şöyle adlandırılır Thermal resistance.
Termal direnç, kavşaktan çevreleyen havaya ısı akışına karşı dirençtir. H. ile gösterilir.
$$H = \frac{T_J - T_A}{P_D}$$
H birimi o C / watt'tır.
Isıl direnç düşükse, ısının transistörden havaya transferi kolay olacaktır. Transistör kasası daha büyükse, ısı dağılımı daha iyi olacaktır. Bu, Isı emicinin kullanılmasıyla elde edilir.
Soğutucu
Daha büyük güçleri işleyen transistör, çalışma sırasında daha fazla ısı yayar. Bu ısı gerektiği gibi dağıtılmazsa, transistöre zarar verebilir. Bu nedenle, güç transistörleri, çalışması sırasında üretilen ısıyı elde etmek için daha geniş bir alan sağlamak için genellikle büyük metal kasalara monte edilir.
Transistörden gelen ek ısıyı dağıtmaya yardımcı olan metal levha, heat sink. Bir ısı emicinin yeteneği, malzemesine, hacmine, alanına, şekline, kasa ile lavabo arasındaki temasa ve lavabonun etrafındaki havanın hareketine bağlıdır.
Tüm bu faktörler göz önünde bulundurularak soğutucu seçilir. Resim, soğutucuya sahip bir güç transistörünü göstermektedir.
Yukarıdaki görüntüdeki küçük bir transistör, ısısını dağıtmak için daha büyük bir metal levhaya sabitlenmiştir, böylece transistör zarar görmez.
Termal Kaçak
Isı emicinin kullanılması, aşağıdaki sorunları ortadan kaldırır. Thermal Runaway. Sıcaklıktaki bir artışın, sıcaklıktaki daha fazla artışın, cihazın kendisinin tahrip olmasına yol açtığı bir durumdur. Bu, kontrol edilemeyen bir tür olumlu geribildirimdir.
Heat sinktek husus bu değil; çalışma noktası, ortam sıcaklığı ve kullanılan transistör tipi gibi diğer faktörler de termal kaçağa neden olabilir.
Önceki bölümde işletim noktası, stabilitesi ve telafi teknikleri hakkında yeterli bilgi edindiğinizi umuyoruz. Şimdi temel bir amplifikatör devresinin temel kavramlarını anlamaya çalışalım.
Elektronik bir sinyal, uygun güce sahip değilse kullanılamayacak bazı bilgiler içerir. Sinyal gücünü artırma işlemineAmplification. Hemen hemen tüm elektronik ekipman, sinyalleri yükseltmek için bazı araçlar içermelidir. Amplifikatörlerin tıbbi cihazlarda, bilimsel ekipmanlarda, otomasyonda, askeri araçlarda, iletişim cihazlarında ve hatta ev ekipmanlarında kullanıldığını görüyoruz.
Pratik uygulamalarda amplifikasyon, Çok aşamalı amplifikatörler kullanılarak yapılır. Bir dizi tek aşamalı amplifikatör, Çok aşamalı bir amplifikatör oluşturmak için kademeli hale getirilir. Çok aşamalı bir amplifikatör için temel olan tek aşamalı bir amplifikatörün nasıl yapıldığını görelim.
Tek aşamalı Transistör Amplifikatörü
Zayıf bir sinyali yükseltmek için ilişkili devre ile yalnızca bir transistör kullanıldığında, devre olarak bilinir single-stage amplifier.
Tek aşamalı bir amplifikatör devresinin çalışmasını analiz etmek, Çok aşamalı amplifikatör devrelerinin oluşumunu ve çalışmasını anlamamızı kolaylaştırır. Tek aşamalı bir transistör amplifikatöründe bir transistör, öngerilim devresi ve diğer yardımcı bileşenler bulunur. Aşağıdaki devre şeması, tek aşamalı bir transistör amplifikatörünün nasıl göründüğünü gösterir.
Şekilde gösterildiği gibi transistörün tabanına zayıf bir giriş sinyali verildiğinde, az miktarda temel akım akar. Transistör hareketi nedeniyle, transistörün toplayıcısında daha büyük bir akım akar. (Kollektör akımı, baz akımın β katı olduğu için, bu da I C = βI B anlamına gelir ). Şimdi, kollektör akımı arttıkça, direnç R C üzerindeki voltaj düşüşü de artar ve bu çıkış olarak toplanır.
Bu nedenle tabandaki küçük bir giriş, toplayıcı çıkışında daha büyük büyüklük ve güçte sinyal olarak güçlendirilir. Dolayısıyla bu transistör, bir amplifikatör görevi görür.
Bir Transistör Amplifikatörünün Pratik Devresi
Pratik bir transistör amplifikatörünün devresi, aşağıda gösterildiği gibidir ve bir voltaj bölücü öngerilim devresini temsil eder.
Çeşitli önemli devre elemanları ve işlevleri aşağıda açıklandığı gibidir.
Önyargı Devresi
Dirençler R 1 , R 2 ve R E , uygun bir çalışma noktası oluşturmaya yardımcı olan polarlama ve stabilizasyon devresini oluşturur.
Giriş Kapasitör C girişi
Bu kapasitör, giriş sinyalini transistörün tabanına bağlar. Giriş kondansatörü C'nin olarak AC sinyalini verir, ancak R sinyal kaynağı izole 2 . Bu kondansatör mevcut değilse, giriş sinyali doğrudan Ar önyargı değiştirir, uygulanan alır 2 .
Kaplin Kapasitör C C
Bu kondansatör bir aşamanın sonunda bulunur ve onu diğer aşamaya bağlar. İki aşamayı birleştirdiği için bunacoupling capacitor. Bu kapasitör, bir kademenin DC'sinin diğerine girmesini engeller ancak AC'nin geçmesine izin verir. Bu nedenle aynı zamandablocking capacitor.
C C kaplin kapasitörünün varlığı nedeniyle , direnç R L üzerindeki çıkış , kollektörün DC geriliminden bağımsızdır. Bu mevcut değilse, bir sonraki aşamada bir ön gerilim koşulları önemli ölçüde bağlı R şant etkisine değiştirilecektir C Ar paralel gelecek şekilde, 2 sonraki kademenin.
Verici baypas kondansatörü C E
Bu kondansatör, emitör direnci R E'ye paralel olarak kullanılır . Güçlendirilmiş AC sinyali buradan geçirilir. Bu mevcut değilse, bu sinyal R geçecek E R boyunca bir gerilim düşüşüne E olacak geribildirim bu çıkış gerilimini azaltan giriş sinyali.
Yük direnci R L
Çıkışa bağlanan direnç R L olarak bilinirLoad resistor. Birkaç aşama kullanıldığında, R L , bir sonraki aşamanın giriş direncini temsil eder.
Çeşitli Devre akımları
Tüm amplifikatör devresindeki çeşitli devre akımlarından geçelim. Bunlardan zaten yukarıdaki şekilde bahsedilmiştir.
Baz Akım
Temel devrede herhangi bir sinyal uygulanmadığında, DC temel akımı I B , polarlama devresinden dolayı akar. AC sinyali uygulandığında, AC baz akımı i b de akar. Bu nedenle, sinyal uygulamasıyla, toplam baz akımı i B ,
$$i_B = I_B + i_b$$
Kollektör akımı
Hiçbir sinyal uygulanmadığında, polarlama devresi nedeniyle bir DC toplayıcı akımı I C akar. AC sinyali uygulandığında, AC kollektör akımı i c de akar. Bu nedenle, toplam kollektör akımı i C ,
$$i_C = I_C + i_c$$
Nerede
$I_C = \beta I_B$ = sıfır sinyal ortak akımı
$i_c = \beta i_b$ = sinyal nedeniyle meslektaş akımı
Verici Akımı
Hiçbir sinyal uygulanmadığında, bir DC yayıcı akımı I E akar. Sinyal uygulaması ile toplam yayıcı akımı i E verilir.
$$i_E = I_E + i_e$$
Unutulmamalıdır ki
$$I_E = I_B + I_C$$
$$i_e = i_b + i_c$$
Baz akımı genellikle küçük olduğundan, not edilmelidir ki
$I_E \cong I_C$ ve $i_e \cong i_c$
Bunlar, transistör amplifikatörünün pratik devresi için önemli hususlardır. Şimdi bize Amplifikatörlerin sınıflandırılması hakkında bilgi verin.
Bir Amplifikatör devresi, sinyali güçlendiren bir devredir. Amplifikatör eylemi ve transistör amplifikatörün pratik devresi için önemli hususlar da önceki bölümlerde ayrıntılı olarak açıklanmıştır.
Şimdi amplifikatörlerin sınıflandırmasını anlamaya çalışalım. Amplifikatörler, birçok hususa göre sınıflandırılır.
Aşama sayısına göre
Amplifikasyonun aşamalarının sayısına bağlı olarak, Tek aşamalı amplifikatörler ve Çok aşamalı amplifikatörler vardır.
Single-stage Amplifiers - Bu, tek aşamalı bir amplifikasyon olan tek bir transistör devresine sahiptir.
Multi-stage Amplifiers - Bu, çok aşamalı amplifikasyon sağlayan çoklu transistör devresine sahiptir.
Çıktısına göre
Çıkışta yükseltilen parametreye bağlı olarak, voltaj ve güç amplifikatörleri vardır.
Voltage Amplifiers - Giriş sinyalinin voltaj seviyesini yükselten amplifikatör devresine Voltaj amplifikatörü denir.
Power Amplifiers - Giriş sinyalinin güç seviyesini artıran amplifikatör devresine Güç amplifikatörü denir.
Giriş sinyallerine göre
Uygulanan giriş sinyalinin büyüklüğüne bağlı olarak, Küçük sinyal ve büyük sinyal amplifikatörleri olarak kategorize edilebilirler.
Small signal Amplifiers - Giriş sinyali, hareketsiz değerine kıyasla kolektör akımında küçük dalgalanmalar oluşturacak kadar zayıf olduğunda, amplifikatör Küçük sinyal amplifikatörü olarak bilinir.
Large signal amplifiers - Kolektör akımındaki dalgalanmalar büyük olduğunda, yani karakteristiklerin doğrusal kısmının ötesinde olduğunda, amplifikatör büyük sinyal amplifikatörü olarak bilinir.
Frekans aralığına göre
Kullanılan sinyallerin frekans aralığına bağlı olarak, ses ve radyo amplifikatörleri vardır.
Audio Amplifiers - Ses frekansı aralığında, yani 20Hz'den 20 KHz'ye kadar olan frekans aralığında yer alan sinyalleri yükselten amplifikatör devresine ses amplifikatörü denir.
Power Amplifiers - Çok yüksek frekans aralığında yer alan sinyalleri yükselten amplifikatör devresine Güç amplifikatörü denir.
Ağırlıklandırma Koşullarına Göre
Çalışma modlarına bağlı olarak, sınıf A, sınıf B ve sınıf C amplifikatörler vardır.
Class A amplifier - Sınıf A güç amplifikatöründeki polarlama koşulları, uygulanan tüm AC sinyali için kolektör akımının akacağı şekildedir.
Class B amplifier - Sınıf B güç amplifikatöründeki öngerilim koşulları, uygulanan AC giriş sinyalinin yarım döngüsü için kolektör akımının akacağı şekildedir.
Class C amplifier - Sınıf C güç amplifikatöründeki öngerilim koşulları, kolektör akımının uygulanan AC giriş sinyalinin yarısından daha az döngüsünde akacağı şekildedir.
Class AB amplifier - AB sınıfı güç amplifikatörü, hem sınıfların tüm avantajlarına sahip olmak hem de sahip oldukları sorunları en aza indirgemek için hem A sınıfı hem de B sınıfı birleştirilerek oluşturulmuş olandır.
Kaplin yöntemine göre
Bir kademeyi diğerine bağlama yöntemine bağlı olarak, RC bağlantılı, Transformatör bağlantılı ve doğrudan bağlantılı amplifikatör vardır.
RC Coupled amplifier - Direnç ve kapasitör (RC) kombinasyonu kullanılarak bir sonraki aşamaya bağlanan çok aşamalı bir amplifikatör devresi, RC bağlı amplifikatör olarak adlandırılabilir.
Transformer Coupled amplifier - Bir transformatör yardımıyla bir sonraki aşamaya bağlanan çok aşamalı bir amplifikatör devresi, Transformatör kuplajlı amplifikatör olarak adlandırılabilir.
Direct Coupled amplifier - Doğrudan bir sonraki aşamaya bağlanan çok aşamalı bir amplifikatör devresi, doğrudan bağlı amplifikatör olarak adlandırılabilir.
Transistör Yapılandırmasına Göre
Transistör konfigürasyonunun türüne bağlı olarak, CE CB ve CC amplifikatörleri vardır.
CE amplifier - CE yapılandırmalı bir transistör kombinasyonu kullanılarak oluşturulan amplifikatör devresine CE amplifikatör denir.
CB amplifier - CB yapılandırmalı bir transistör kombinasyonu kullanılarak oluşturulan amplifikatör devresine CB amplifikatörü denir.
CC amplifier - CC yapılandırmalı bir transistör kombinasyonu kullanılarak oluşturulan amplifikatör devresine CC amplifikatör denir.
Herhangi bir transistör amplifikatörü, üç konfigürasyondan birine bağlanan sinyalleri güçlendirmek için bir transistör kullanır. Bir amplifikatör için, çok aşamalı devrelerde yükleme etkisini ve daha düşük çıkış empedansını önlemek için, yüke maksimum çıkış sağlamak için yüksek bir giriş empedansına sahip olmak daha iyi bir durumdur. Daha iyi bir çıktı elde etmek için voltaj kazancı ve güç kazancı da yüksek olmalıdır.
Şimdi bir transistörün bir amplifikatör olarak çalışması için hangi konfigürasyonun daha uygun olduğunu anlamak için farklı konfigürasyonları inceleyelim.
CB Amplifikatör
CB yapılandırmalı bir transistör kombinasyonu kullanılarak oluşturulan amplifikatör devresine CB amplifikatörü denir.
İnşaat
NPN transistör kullanan ortak temel amplifikatör devresi aşağıda gösterildiği gibidir, giriş sinyali yayıcı taban bağlantısına uygulanır ve çıkış sinyali kollektör taban bağlantısından alınır.
Verici taban bağlantısı V EE tarafından ileri doğru ve kolektör tabanı bağlantısı V CC tarafından ters yönde eğimlidir . Çalışma noktası, Re ve R c dirençleri yardımıyla ayarlanır . Böylece I c , I b ve I cb değerlerine V CC , V EE , R e ve R c tarafından karar verilir .
Operasyon
Hiçbir girdi uygulanmadığında, hareketsiz koşullar oluşur ve çıktı yoktur. V be toprağa göre negatif olduğundan, giriş sinyalinin pozitif yarısı için ileri eğilim azalır. Bunun bir sonucu olarak, temel akım I B de azalır.
Aşağıdaki şekil kendinden öngerilim devreli CB amplifikatörünü göstermektedir.
Bildiğimiz gibi,
$$I_C \cong I_E \cong \beta I_B$$
Hem kollektör akımı hem de yayıcı akımı azalır.
R, voltaj düşüşü C olan
$$V_C = I_C R_C$$
Bu V C de azalır.
I C R C azaldıkça, V CB artar. Çünkü
$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$
Böylece, pozitif bir yarım döngü çıktı üretilir.
CB konfigürasyonunda, pozitif bir giriş pozitif bir çıktı üretir ve bu nedenle giriş ve çıkış fazdadır. Bu nedenle, bir CB amplifikatöründe giriş ve çıkış arasında faz dönüşü yoktur.
CB konfigürasyonu amplifikasyon için düşünülürse, düşük giriş empedansına ve yüksek çıkış empedansına sahiptir. Gerilim kazancı da CE konfigürasyonuna kıyasla düşüktür. Bu nedenle, CB yapılandırmalı amplifikatörler yüksek frekanslı uygulamalarda kullanılır.
CE Amplifikatör
CE yapılandırmalı bir transistör kombinasyonu kullanılarak oluşturulan amplifikatör devresine CE amplifikatör denir.
İnşaat
NPN transistör kullanan ortak yayıcı amplifikatör devresi aşağıda gösterildiği gibidir, giriş sinyali yayıcı taban bağlantısına uygulanır ve çıkış sinyali kollektör taban bağlantısından alınır.
Verici taban bağlantısı V EE tarafından ileri doğru ve kolektör tabanı bağlantısı V CC tarafından ters yönde eğimlidir . Çalışma noktası, R e ve R c dirençleri yardımıyla ayarlanır . Böylece I c , I b ve I cb değerlerine V CC , V EE , R e ve R c tarafından karar verilir .
Operation
When no input is applied, the quiescent conditions are formed and no output is present. When positive half of the signal is being applied, the voltage between base and emitter Vbe is increased because it is already positive with respect to ground.
As forward bias increases, the base current too increases accordingly. Since IC = βIB, the collector current increases as well.
The following circuit diagram shows a CE amplifier with self-bias circuit.
The collector current when flows through RC, the voltage drop increases.
$$V_C = I_C R_C$$
As a consequence of this, the voltage between collector and emitter decreases. Because,
$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$
Thus, the amplified voltage appears across RC.
Therefore, in a CE amplifier, as the positive going signal appears as a negative going signal, it is understood that there is a phase shift of 180o between input and output.
CE amplifier has a high input impedance and lower output impedance than CB amplifier. The voltage gain and power gain are also high in CE amplifier and hence this is mostly used in Audio amplifiers.
CC Amplifier
The amplifier circuit that is formed using a CC configured transistor combination is called as CC amplifier.
Construction
The common collector amplifier circuit using NPN transistor is as shown below, the input signal being applied at base collector junction and the output signal being taken from emitter collector junction.
The emitter base junction is forward biased by VEE and collector base junction is reverse biased by VCC. The Q-values of Ib and Ie are adjusted by Rb and Re.
Operation
When no input is applied, the quiescent conditions are formed and no output is present. When positive half of the signal is being applied, the forward bias is increased because Vbe is positive with respect to collector or ground. With this, the base current IB and the collector current IC are increased.
The following circuit diagram shows a CC amplifier with self-bias circuit.
Consequently, the voltage drop across Re i.e. the output voltage is increased. As a result, positive half cycle is obtained. As the input and output are in phase, there is no phase reversal.
If CC configuration is considered for amplification, though CC amplifier has better input impedance and lower output impedance than CE amplifier, the voltage gain of CC is very less which limits its applications to impedance matching only.
Comparison between CB CE CC Amplifiers
Let us compare the characteristic details of CB, CE, and CC amplifiers.
Characteristic | CE | CB | CC |
---|---|---|---|
Input resistance | Low (1K to 2K) | Very low (30-150 Ω) | High (20-500 KΩ) |
Output resistance | Large (≈ 50 K) | High (≈ 500 K) | Low (50-1000 KΩ) |
Current gain | B high | α < 1 | High (1 + β) |
Voltage gain | High (≈ 1500) | High (≈ 1500) | Less than one |
Power gain | High (≈ 10,000) | High (≈ 7500) | Low (250-500) |
Phase between input and output | reversed | same | same |
Due to the compatibility and characteristic features, the common-emitter configuration is mostly used in amplifier circuits.
In practical applications, the output of a single state amplifier is usually insufficient, though it is a voltage or power amplifier. Hence they are replaced by Multi-stage transistor amplifiers.
In Multi-stage amplifiers, the output of first stage is coupled to the input of next stage using a coupling device. These coupling devices can usually be a capacitor or a transformer. This process of joining two amplifier stages using a coupling device can be called as Cascading.
The following figure shows a two-stage amplifier connected in cascade.
The overall gain is the product of voltage gain of individual stages.
$$A_V = A_{V1} \times A_{V2} = \frac{V_2}{V_1} \times \frac{V_0}{V_2} = \frac{V_0}{V_1}$$
Where AV = Overall gain, AV1 = Voltage gain of 1st stage, and AV2 = Voltage gain of 2nd stage.
If there are n number of stages, the product of voltage gains of those n stages will be the overall gain of that multistage amplifier circuit.
Purpose of coupling device
The basic purposes of a coupling device are
To transfer the AC from the output of one stage to the input of next stage.
To block the DC to pass from the output of one stage to the input of next stage, which means to isolate the DC conditions.
Types of Coupling
Joining one amplifier stage with the other in cascade, using coupling devices form a Multi-stage amplifier circuit. There are four basic methods of coupling, using these coupling devices such as resistors, capacitors, transformers etc. Let us have an idea about them.
Resistance-Capacitance Coupling
This is the mostly used method of coupling, formed using simple resistor-capacitor combination. The capacitor which allows AC and blocks DC is the main coupling element used here.
Kuplaj kondansatörü, AC'yi bir aşamanın çıkışından bir sonraki aşamasının girişine geçirir. Bir sonraki aşamayı gerçekleştirmek için DC bileşenlerini DC ön gerilim voltajlarından bloke ederken. İlerleyen bölümlerde bu birleştirme yönteminin ayrıntılarına girelim.
Empedans Bağlantısı
Kullanan bağlantı ağı inductance ve capacitance bağlantı elemanları olarak Empedans bağlantı ağı olarak adlandırılabilir.
Bu empedans kuplaj yönteminde, kuplaj bobininin empedansı, endüktansına ve olan sinyal frekansına bağlıdır. jwL. Bu yöntem o kadar popüler değildir ve nadiren kullanılır.
Transformatör Bağlantısı
Kullanan birleştirme yöntemi transformer as the couplingcihaz, Trafo kuplajı olarak adlandırılabilir. Bu bağlama yönteminde kullanılan kapasitör yoktur çünkü transformatörün kendisi AC bileşenini doğrudan ikinci aşamanın tabanına taşır.
Transformatörün ikincil sargısı, bir temel dönüş yolu sağlar ve bu nedenle taban direncine gerek yoktur. Bu bağlantı, verimliliği ve empedans uyumu açısından popülerdir ve bu nedenle çoğunlukla kullanılır.
Doğrudan Bağlantı
Önceki amplifikatör aşaması doğrudan bir sonraki amplifikatör aşamasına bağlanırsa, buna denir direct coupling. Bireysel amplifikatör aşama önyargı koşulları, aşamalar DC izolasyonu olmadan doğrudan bağlanabilecek şekilde tasarlanmıştır.
Doğrudan bağlantı yöntemi çoğunlukla yük, aktif devre elemanının çıkış terminali ile seri olarak bağlandığında kullanılır. Örneğin, kulaklıklar, hoparlörler vb.
Yükselteçlerde Kondansatörlerin Rolü
Birleştirme amacı dışında, özellikle amplifikatörlerde birkaç kapasitörün kullanıldığı başka amaçlar da vardır. Bunu anlamak için, Amplifikatörlerde kapasitörlerin rolünü bize bildirin.
Giriş kondansatörü C'nin içinde
Giriş kondansatörü C'nin olarak amplifikatörün ilk aşamasında mevcut transistörün tabanına çiftler AC sinyali. Bu kondansatör C , yoksa, sinyal kaynağı direnç R 2'ye paralel olacak ve transistör tabanının öngerilim voltajı değişecektir.
Bu nedenle Cı de sağlar, kaynaktan AC sinyali ön gerilim koşulları etkilemeden, giriş devresine akmasına.
Verici By-pass Kapasitör C e
Verici baypas kapasitörü C e , yayıcı direncine paralel olarak bağlanır. Güçlendirilmiş AC sinyaline düşük reaktanslı bir yol sunar.
Bu kondansatör yokluğunda, gerilim R boyunca geliştirilen E giriş tarafında ve böylece çıkış voltajı azaltılması olacak geribildirim. Bu nedenle C varlığında e yükseltilir ac bu geçecek.
Kaplin Kapasitör C C
Kapasitör C C , iki kademeyi birbirine bağlayan ve kademeler arasında DC parazitini önleyen ve çalışma noktasının kaymasını kontrol eden kaplin kapasitördür. Bu aynı zamandablocking capacitor çünkü DC gerilimin içinden geçmesine izin vermez.
Bu kondansatör yokluğunda, R, Cı- R direnci ile paralel gelecek 1 sonraki aşamada eğme sürekli geliştirerek sonraki aşamada yönlendirme ağı ve.
Amplifikatör Değerlendirmesi
Bir amplifikatör devresi için, amplifikatörün genel kazancı önemli bir husustur. Maksimum voltaj kazancı elde etmek için, basamaklama için en uygun transistör konfigürasyonunu bulalım.
CC Amplifikatör
- Voltaj kazancı birden azdır.
- Ara aşamalar için uygun değildir.
CB Amplifikatör
- Voltaj kazancı birden azdır.
- Bu nedenle, basamaklama için uygun değildir.
CE Amplifikatör
- Voltaj kazancı birlikten büyüktür.
- Gerilim kazancı, kademeli olarak daha da artırılır.
CE amplifikatörünün özellikleri, bu konfigürasyonun amplifikatör devrelerinde kademelendirme için çok uygun olacağı şekildedir. Bu nedenle, amplifikatör devrelerinin çoğu CE konfigürasyonunu kullanır.
Bu eğitimin sonraki bölümlerinde, kuplaj amplifikatörlerinin türlerini açıklayacağız.
Direnç-kapasitans kuplajı, kısa vadede RC kuplajı olarak adlandırılır. Bu, amplifikatörlerde en çok kullanılan bağlantı tekniğidir.
İki Aşamalı RC Bağlantılı Amplifikatörün Yapısı
İki aşamalı bir RC bağlı transistör amplifikatör devresinin yapısal detayları aşağıdaki gibidir. İki aşamalı amplifikatör devresinde, CE konfigürasyonunda bağlanmış iki transistör bulunur ve ortak bir güç kaynağı V CC kullanılır. Potansiyel bölücü ağ R 1 ve R 2 ile R direnci e meyil ve sabitleme ağı oluşturur. Verici baypas kapasitörü C e , sinyale düşük reaktanslı bir yol sunar.
Direnç R L , yük empedansı olarak kullanılır. Amplifikatörün ilk aşamasında mevcut olan giriş kondansatörü C , AC sinyalini transistörün tabanına bağlar. Kapasitör C C , iki kademeyi birbirine bağlayan ve kademeler arasında DC parazitini önleyen ve çalışma noktasının kaymasını kontrol eden kaplin kapasitördür. Aşağıdaki şekil, RC bağlı amplifikatörün devre şemasını göstermektedir.
RC Kuplajlı Amplifikatörün Çalışması
Birinci transistörün tabanına bir AC giriş sinyali uygulandığında, yükseltilir ve daha sonra C C bağlantı kapasitöründen bir sonraki aşamaya geçen kolektör yükünde R L görünür . Bu, yükseltilmiş çıkışı kollektör yükü boyunca tekrar görünen bir sonraki aşamanın girişi olur. Böylece sinyal aşama aşama eylemle yükseltilir.
Burada dikkat edilmesi gereken önemli nokta, toplam kazancın, bireysel aşamaların kazanımlarının ürününden daha az olmasıdır. Bunun nedeni, ilk aşamayı takip etmek için ikinci bir aşama yapıldığında,effective load resistanceİkinci aşamanın giriş direncinin şöntleme etkisi nedeniyle ilk aşamanın azalması. Bu nedenle, çok aşamalı bir amplifikatörde, yalnızca son aşamanın kazancı değişmeden kalır.
Burada iki aşamalı bir amplifikatör düşündüğümüz gibi, çıkış fazı girişle aynıdır. Çünkü faz ters çevirme iki aşamalı CE yapılandırmalı amplifikatör devresi tarafından iki kez yapılır.
RC Birleştirilmiş Amplifikatörün Frekans Tepkisi
Frekans yanıt eğrisi, voltaj kazancı ile frekans işlevi arasındaki ilişkiyi gösteren bir grafiktir. RC bağlı bir amplifikatörün frekans tepkisi aşağıdaki grafikte gösterildiği gibidir.
Yukarıdaki grafikten, 50 Hz'nin altındaki frekanslar ve 20 KHz'in üzerindeki frekanslar için frekansın yuvarlandığı veya azaldığı anlaşılmaktadır. 50Hz ile 20 KHz arasındaki frekans aralığı için voltaj kazancı sabittir.
Biz biliyoruz ki,
$$X_C = \frac{1}{2 \pi f_c}$$
Bu, kapasitif reaktansın frekansla ters orantılı olduğu anlamına gelir.
Düşük frekanslarda (yani 50 Hz'nin altında)
Kapasitif reaktans, frekansla ters orantılıdır. Düşük frekanslarda reaktans oldukça yüksektir. Giriş kondansatörü C'nin reaktansı içinde ve bağlantı kapasitörü Cı Cı girdi sinyalinin sadece küçük bir bölümü bırakılır kadar yüksektir. Vericinin baypas kondansatörü C E reaktansı da düşük frekanslarda çok yüksektir. Bu nedenle, yayıcı direncini etkili bir şekilde yönlendiremez. Tüm bu faktörlerle, voltaj kazancı düşük frekanslarda azalır.
Yüksek frekanslarda (yani 20 KHz'nin üzerinde)
Yine aynı noktayı göz önünde bulundurarak, yüksek frekanslarda kapasitif reaktansın düşük olduğunu biliyoruz. Yani, bir kapasitör, yüksek frekanslarda kısa devre gibi davranır. Bunun bir sonucu olarak, bir sonraki aşamanın yükleme etkisi artar, bu da voltaj kazancını azaltır. Bununla birlikte, yayıcı diyotun kapasitansı azaldıkça, akım kazancının (β) azalması nedeniyle transistörün taban akımını arttırır. Bu nedenle voltaj kazancı yüksek frekanslarda yuvarlanır.
Orta frekanslarda (yani 50 Hz - 20 KHz)
Kondansatörlerin voltaj kazancı, şekilde gösterildiği gibi bu frekans aralığında sabit tutulur. Frekans artarsa, C C kapasitörünün reaktansı azalır ve bu da kazancı artırma eğilimindedir. Ancak bu düşük kapasitans reaktifi, kazançta bir azalmanın olduğu bir sonraki aşamanın yükleme etkisini arttırır.
Bu iki faktör nedeniyle kazanç sabit tutulur.
RC Kuplajlı Amplifikatörün Avantajları
Aşağıdakiler, RC bağlı amplifikatörün avantajlarıdır.
RC amplifikatörünün frekans tepkisi, geniş bir frekans aralığında sabit kazanç sağlar, bu nedenle ses uygulamaları için en uygun olanıdır.
Devre basittir ve daha düşük maliyetlidir çünkü ucuz olan dirençler ve kapasitörler kullanır.
Yükseltme teknolojisi ile daha kompakt hale gelir.
RC Birleştirilmiş Amplifikatörün Dezavantajları
Aşağıdakiler, RC bağlı amplifikatörün dezavantajlarıdır.
Etkili yük direnci nedeniyle voltaj ve güç kazancı düşüktür.
Yaşla birlikte gürültülü hale gelirler.
Kötü empedans uyumu nedeniyle güç aktarımı düşük olacaktır.
RC Kuplajlı Amplifikatörün Uygulamaları
Aşağıdakiler, RC bağlı amplifikatörün uygulamalarıdır.
Geniş bir frekans aralığında mükemmel ses kalitesine sahiptirler.
Gerilim amplifikatörleri olarak yaygın olarak kullanılır
Zayıf empedans uyumu nedeniyle, son aşamalarda RC kuplajı nadiren kullanılır.
RC bağlı amplifikatörün temel dezavantajının, efektif yük direncinin azalması olduğunu gözlemledik. Bunun nedeni, bir amplifikatörün giriş empedansının düşük, çıkış empedansının yüksek olmasıdır.
Çok kademeli bir amplifikatör yapmak için birleştirildiklerinde, bir kademenin yüksek çıkış empedansı, bir sonraki kademenin düşük giriş empedansına paralel olarak gelir. Böylece etkin yük direnci azaltılır. Bu sorunun üstesinden birtransformer coupled amplifier.
Transformatörle birleştirilmiş bir amplifikatörde, amplifikatörün aşamaları bir transformatör kullanılarak birleştirilir. Transformatör bağlantılı bir amplifikatörün yapısal ve operasyonel detaylarına girelim.
Trafo Bağlantılı Amplifikatör Yapısı
Bir önceki aşamanın bir kuplaj transformatörü kullanılarak bir sonraki aşamaya bağlandığı amplifikatör devresine Transformatör kuplajlı amplifikatör denir.
Birleştirme transformatör T 1 1 çıkışını beslemek için kullanılan St 2 girişine aşamasında nd aşaması. Kollektör yükü, transformatörün birincil sargısı ile değiştirilir. İkincil potansiyel bölücü ve 2'nin tabanı arasına bağlanır sargı nd 2 girdi temin aşamasında, nd aşaması. RC bağlı amplifikatörde olduğu gibi kaplin kapasitör yerine, transformatör kuplajlı amplifikatör devresinde herhangi iki aşamayı birleştirmek için bir transformatör kullanılır.
Aşağıdaki şekil, trafo bağlantılı amplifikatörün devre şemasını göstermektedir.
Potansiyel bölücü ağ R 1 ve R 2 ile R direnci e birlikte besleme ve sabitleme ağı oluşturur. Verici baypas kapasitörü C e , sinyale düşük reaktanslı bir yol sunar. Direnç R L , yük empedansı olarak kullanılır. Amplifikatörün ilk aşamasında mevcut olan giriş kondansatörü C , AC sinyalini transistörün tabanına bağlar. Kapasitör C C , iki kademeyi birbirine bağlayan ve kademeler arasında DC parazitini önleyen ve çalışma noktasının kaymasını kontrol eden kaplin kapasitördür.
Trafo Bağlantılı Amplifikatörün Çalışması
İlk transistörün tabanının girişine bir AC sinyali uygulandığında, transistör tarafından yükseltilir ve transformatörün primerinin bağlı olduğu kollektörde görünür.
Bu devrede bağlantı cihazı olarak kullanılan transformatör, empedans değiştirme özelliğine sahiptir, bu da bir kademenin (veya yükün) düşük direncinin bir önceki aşamaya yüksek bir yük direnci olarak yansıtılabileceği anlamına gelir. Dolayısıyla, primerdeki voltaj, transformatörün sekonder sargısının dönüş oranına göre aktarılır.
Bu transformatör bağlantısı, amplifikatörün aşamaları arasında iyi bir empedans uyumu sağlar. Transformatör bağlı amplifikatör genellikle güç amplifikasyonu için kullanılır.
Trafo Bağlantılı Amplifikatörün Frekans Tepkisi
Aşağıdaki şekil, bir transformatör bağlı amplifikatörün frekans yanıtını göstermektedir. Amplifikatörün kazancı, yalnızca küçük bir frekans aralığı için sabittir. Çıkış voltajı, birincil reaktansı ile çarpılan kolektör akımına eşittir.
Düşük frekanslarda, birincil reaktans düşmeye başlar ve bu da kazancın azalmasına neden olur. Yüksek frekanslarda, sargıların dönüşleri arasındaki kapasitans, çıkış voltajını ve dolayısıyla kazancı azaltmak için bir baypas kondansatörü görevi görür.
Bu nedenle, ses sinyallerinin amplifikasyonu orantılı olmayacak ve bazı bozulmalar da ortaya çıkacaktır. Frequency distortion.
Transformatör Bağlantılı Amplifikatörün Avantajları
Aşağıdakiler, trafo bağlantılı bir amplifikatörün avantajlarıdır -
- Mükemmel bir empedans uyumu sağlanır.
- Elde edilen kazanç daha yüksektir.
- Kollektör ve taban dirençlerinde güç kaybı olmayacaktır.
- Operasyonda verimli.
Trafo Bağlantılı Amplifikatörün Dezavantajları
Aşağıdakiler, bir transformatör bağlı amplifikatörün dezavantajlarıdır -
Kazanç yüksek olmasına rağmen, frekansa göre önemli ölçüde değişir. Bu nedenle zayıf bir frekans tepkisi.
Frekans bozulması daha yüksektir.
Transformatörler uğultu sesi üretme eğilimindedir.
Transformatörler hantal ve maliyetlidir.
Uygulamalar
Aşağıdakiler, bir transformatör bağlı amplifikatörün uygulamalarıdır -
- Çoğunlukla empedans eşleştirme amacıyla kullanılır.
- Güç amplifikasyonu için kullanılır.
- Maksimum güç aktarımının gerekli olduğu uygulamalarda kullanılır.
Diğer tip kuplaj amplifikatörü, özellikle foto-elektrik akımını veya termo-çift akımını yükseltmek gibi daha düşük frekansları yükseltmek için kullanılan doğrudan bağlı amplifikatördür.
Doğrudan Bağlantılı Amplifikatör
Hiçbir bağlantı cihazı kullanılmadığından, amplifikatör aşamalarının birleştirilmesi doğrudan yapılır ve bu nedenle Direct coupled amplifier.
İnşaat
Aşağıdaki şekil, üç aşamalı doğrudan bağlı transistör amplifikatörünü göstermektedir. Birinci aşama transistörü T çıktısı 1 ikinci aşama transistörün girişi, T bağlanmıştır 2 .
İlk aşamadaki transistör bir NPN transistörü olurken, bir sonraki aşamadaki transistör bir PNP transistörü vb. Olacaktır. Bunun nedeni, bir transistördeki varyasyonların diğerindeki varyasyonları iptal etme eğiliminde olmasıdır. Kolektör akımındaki artış ve bir transistörün β değerindeki değişim, diğerindeki azalma ile iptal edilir.
Operasyon
Transistor T tabanında uygulanan girdi sinyali 1 , bunun nedeni toplayıcı direnç R ve transistörün harekete ve amplifiye edilen sonuç, amplifiye alır c transistörünün T 1 . Bu çıkış, sinyali daha da güçlendiren T 2 transistörünün tabanına uygulanır . Bu şekilde, doğrudan bağlı bir amplifikatör devresinde bir sinyal güçlendirilir.
Avantajlar
Doğrudan bağlı amplifikatörün avantajları aşağıdaki gibidir.
Minimum direnç kullanımı nedeniyle devre düzenlemesi basittir.
Pahalı bağlantı cihazlarının bulunmaması nedeniyle devre düşük maliyetlidir.
Dezavantajları
Doğrudan bağlı amplifikatörün dezavantajları aşağıdaki gibidir.
- Yüksek frekansları yükseltmek için kullanılamaz.
- Sıcaklık değişimlerinden dolayı çalışma noktası değişir.
Uygulamalar
Doğrudan bağlı amplifikatör uygulamaları aşağıdaki gibidir.
- Düşük frekanslı amplifikasyonlar.
- Düşük akım yükseltmeleri.
Karşılaştırmalar
Şimdiye kadar tartışılan farklı bağlama yöntemlerinin özelliklerini karşılaştırmaya çalışalım.
S.No | Belirli | RC Kaplin | Transformatör Bağlantısı | Doğrudan Bağlantı |
---|---|---|---|---|
1 | Frekans tepkisi | Ses frekansı aralığında mükemmel | Yoksul | En iyi |
2 | Maliyet | Az | Daha | En az |
3 | Alan ve Ağırlık | Az | Daha | En az |
4 | Empedans eşleştirme | İyi değil | Mükemmel | İyi |
5 | Kullanım | Voltaj yükseltme için | Güç amplifikasyonu için | Son derece düşük frekansları yükseltmek için |
Pratikte, herhangi bir amplifikatör birkaç amplifikasyon aşamasından oluşur. Ses amplifikasyonunu düşünürsek, ihtiyacımıza bağlı olarak birkaç amplifikasyon aşaması vardır.
Güç Amplifikatörü
Ses sinyali elektrik sinyaline dönüştürüldükten sonra, birkaç voltaj amplifikasyonu yapılır, ardından amplifiye edilmiş sinyalin güç amplifikasyonu, hoparlör aşamasından hemen önce yapılır. Bu, aşağıdaki şekilde açıkça gösterilmiştir.
Voltaj amplifikatörü sinyalin voltaj seviyesini yükseltirken, güç amplifikatörü sinyalin güç seviyesini yükseltir. Güç yükselticisinin güç seviyesini yükseltmenin yanı sıra, DC gücü AC gücüne çeviren ve eylemi giriş sinyali tarafından kontrol edilen bir cihaz olduğu da söylenebilir.
DC gücü ilişkiye göre dağıtılır,
DC güç girişi = AC güç çıkışı + kayıplar
Güç Transistörü
Böyle bir Güç amplifikasyonu için normal bir transistör işe yaramaz. Güç amplifikasyonu amacına uyacak şekilde üretilen bir transistör,Power transistor.
Bir Güç transistörü, aşağıdaki faktörlerde diğer transistörlerden farklıdır.
Büyük güçleri idare edebilmesi için boyutu daha büyüktür.
Transistörün kollektör bölgesi büyütülür ve üretilen ısıyı en aza indirmek için kollektör taban bağlantısına bir ısı emici yerleştirilir.
Bir güç transistörünün yayıcı ve taban bölgeleri büyük ölçüde katkılıdır.
Düşük giriş direnci nedeniyle, düşük giriş gücü gerektirir.
Dolayısıyla, voltaj amplifikasyonunda ve güç amplifikasyonunda çok fazla fark vardır. Öyleyse, şimdi bir voltaj amplifikatörü ile bir güç amplifikatörü arasındaki farkları anlamak için ayrıntılara girmeye çalışalım.
Gerilim ve Güç Amplifikatörleri Arasındaki Fark
Gerilim ve güç amplifikatörü arasında ayrım yapmaya çalışalım.
Gerilim Amplifikatörü
Bir voltaj yükselticisinin işlevi, sinyalin voltaj seviyesini yükseltmektir. Bir voltaj amplifikatörü, maksimum voltaj amplifikasyonu elde etmek için tasarlanmıştır.
Bir amplifikatörün voltaj kazancı şu şekilde verilir:
$$A_v = \beta \left (\frac{R_c}{R_{in}} \right )$$
Bir voltaj yükselticisinin özellikleri aşağıdaki gibidir -
Transistörün tabanı ince olmalı ve dolayısıyla β değeri 100'den büyük olmalıdır.
Giriş direnci R in direnci , kolektör yükü R C ile karşılaştırıldığında düşük olmalıdır .
Kolektör yükü R C nispeten yüksek olmalıdır. Yüksek kollektör yüküne izin vermek için, voltaj amplifikatörleri her zaman düşük kollektör akımında çalıştırılır.
Voltaj yükselteçleri, küçük sinyal voltajları için kullanılır.
Güç Amplifikatörü
Bir güç amplifikatörünün işlevi, giriş sinyalinin güç seviyesini yükseltmektir. Büyük miktarda güç sağlaması ve büyük akımla başa çıkması gerekir.
Bir güç amplifikatörünün özellikleri aşağıdaki gibidir -
Transistörün tabanı, büyük akımları idare etmek için kalınlaştırılmıştır. Β (β> 100) yüksek olmanın değeri.
Transistörün çalışması sırasında üretilen daha fazla ısıyı dağıtmak için transistörün boyutu büyütülür.
Transformatör kuplajı, empedans uyumu için kullanılır.
Kollektör direnci düşük yapılmıştır.
Voltaj ve güç amplifikatörleri arasındaki karşılaştırma aşağıda tablo halinde verilmiştir.
S.No | Belirli | Gerilim Amplifikatörü | Güç Amplifikatörü |
---|---|---|---|
1 | β | Yüksek (> 100) | Düşük (5 ila 20) |
2 | R C | Yüksek (4-10 KΩ) | Düşük (5 ila 20 Ω) |
3 | Kaplin | Genellikle RC bağlantısı | Değişmez bir şekilde transformatör kaplini |
4 | Giriş gerilimi | Düşük (birkaç m V) | Yüksek (2-4 V) |
5 | Kollektör akımı | Düşük (≈ 1 mA) | Yüksek (> 100 mA) |
6 | Güç çıkışı | Düşük | Yüksek |
7 | Çıktı etkisizliği | Yüksek (≈ 12 K Ω) | Düşük (200 Ω) |
Güç amplifikatörleri, sinyalin güç seviyesini yükseltir. Bu amplifikasyon ses uygulamalarında son aşamada yapılır. Radyo frekanslarıyla ilgili uygulamalarda radyo güç amplifikatörleri kullanılır. Fakatoperating pointBir transistörün, amplifikatörün verimliliğini belirlemede çok önemli bir rol oynar. main classification bu çalışma moduna göre yapılır.
Sınıflandırma, frekanslarına ve ayrıca çalışma tarzlarına göre yapılır.
Frekanslara Göre Sınıflandırma
Güç amplifikatörleri, kullandıkları frekanslara göre iki kategoriye ayrılır. Bunlar aşağıdaki gibidir.
Audio Power Amplifiers- Ses güç amplifikatörleri, ses frekansı aralığına (20 Hz - 20 KHz) sahip sinyallerin güç seviyesini yükseltir. Aynı zamandaSmall signal power amplifiers.
Radio Power Amplifiers- Radyo Güç Amplifikatörleri veya ayarlanmış güç amplifikatörleri, radyo frekansı aralığı (3 KHz ila 300 GHz) olan sinyallerin güç seviyesini yükseltir. Aynı zamandalarge signal power amplifiers.
Çalışma Moduna Göre Sınıflandırma
Çalışma modu temelinde, yani giriş döngüsünün kolektör akımının aktığı kısmı temelinde, güç amplifikatörleri aşağıdaki şekilde sınıflandırılabilir.
Class A Power amplifier - Kollektör akımı sinyalin tam döngüsü boyunca her zaman aktığında, güç amplifikatörü olarak bilinir class A power amplifier.
Class B Power amplifier - Kolektör akımı yalnızca giriş sinyalinin pozitif yarı döngüsü sırasında aktığında, güç amplifikatörü olarak bilinir class B power amplifier.
Class C Power amplifier - Kolektör akımı giriş sinyalinin yarısından daha az bir süre boyunca aktığında, güç amplifikatörü olarak bilinir class C power amplifier.
Her ikisinin de avantajlarından yararlanmak için A sınıfı ve B sınıfı amplifikatörleri birleştirirsek, AB Sınıfı amplifikatör adı verilen başka bir amplifikatör oluşturur.
Bu amplifikatörlerin ayrıntılarına girmeden önce, bir amplifikatörün verimliliğini belirlemek için dikkate alınması gereken önemli terimlere bir göz atalım.
Performansı Değerlendiren Terimler
Bir güç amplifikatörünün temel amacı, maksimum çıkış gücü elde etmektir. Bunu başarmak için dikkat edilmesi gereken önemli faktörler kollektör verimliliği, güç dağıtma kapasitesi ve distorsiyondur. Onları ayrıntılı olarak inceleyelim.
Kollektör Verimliliği
Bu, bir amplifikatörün DC gücünü AC gücüne ne kadar iyi dönüştürdüğünü açıklar. DC beslemesi batarya tarafından verildiğinde ancak AC sinyal girişi verilmediğinde, kolektör çıkışı böyle bir durumda gözlenir.collector efficiency.
Kollektör verimliliği şu şekilde tanımlanır:
$$\eta = \frac{average\: a.c \: power \: output}{average \: d.c \: power\: input\: to \: transistor}$$
Örneğin, pil 15W sağlıyorsa ve AC çıkış gücü 3W ise. Daha sonra transistör verimliliği% 20 olacaktır.
Bir güç amplifikatörünün temel amacı, maksimum kollektör verimliliği elde etmektir. Bu nedenle, kollektör verimliliğinin değeri ne kadar yüksekse, amplifikatör o kadar verimli olacaktır.
Güç Tüketimi Kapasitesi
Her transistör, çalışması sırasında ısınır. Bir güç transistörü büyük akımları idare ederken, daha fazla ısınır. Bu ısı, transistörün çalışma noktasını değiştiren transistörün sıcaklığını artırır.
Bu nedenle, çalışma noktası kararlılığını korumak için, transistörün sıcaklığının izin verilen sınırlarda tutulması gerekir. Bunun için üretilen ısının dağıtılması gerekiyor. Böyle bir kapasiteye Güç dağıtma yeteneği denir.
Power dissipation capabilityBir güç transistörünün içinde oluşan ısıyı dağıtma yeteneği olarak tanımlanabilir. Güç transistörlerinde üretilen ısıyı dağıtmak için ısı emici adı verilen metal kasalar kullanılır.
Çarpıtma
Bir transistör, doğrusal olmayan bir cihazdır. Girişle karşılaştırıldığında, çıktıda çok az değişiklik vardır. Gerilim yükselticilerinde, küçük akımlar kullanıldığı için bu sorun baskın değildir. Ancak güç amplifikatörlerinde, büyük akımlar kullanımda olduğundan, bozulma sorunu kesinlikle ortaya çıkar.
Distortionamplifikatörün giriş dalga şeklinden çıkış dalga şeklinin değişimi olarak tanımlanır. Daha az distorsiyona sahip bir amplifikatör, daha iyi bir çıktı üretir ve bu nedenle verimli kabul edilir.
Bir transistörün bir amplifikatör olarak çalışması için çok önemli olan transistör önyargısının ayrıntılarına zaten rastladık. Bu nedenle, aslına sadık amplifikasyon elde etmek için, transistörün polarlanması, amplifikatörün doğrusal bölge üzerinde çalışacağı şekilde yapılmalıdır.
A Sınıfı bir güç amplifikatörü, AC giriş beslemesinin tüm döngüsü boyunca çıkış akımının aktığı bir amplifikatördür. Dolayısıyla, girişte bulunan sinyalin tamamı çıkışta yükseltilir. Aşağıdaki şekil A Sınıfı Güç amplifikatörünün devre şemasını göstermektedir.
Yukarıdaki şekilden trafonun kollektörde bir yük olarak mevcut olduğu görülebilir. Transformatörün kullanılması, empedans eşleşmesine izin verir, bu da maksimum gücün yüke, örneğin yüksek hoparlöre aktarılmasına neden olur.
Bu amplifikatörün çalışma noktası doğrusal bölgede mevcuttur. O kadar seçilmiştir ki, akım tüm ac giriş döngüsü için akar. Aşağıdaki şekil çalışma noktasının seçimini açıklamaktadır.
Q çalışma noktası ile çıkış özellikleri yukarıdaki şekilde gösterilmektedir. Burada (I c ) Q ve (V ce ) Q , sırasıyla toplayıcı ve yayıcı arasındaki sinyal toplayıcı akımını ve voltajını temsil etmez. Sinyal uygulandığında, Q noktası Q 1 ve Q 2'ye geçer . Çıkış akımı (I c ) max'a yükselir ve (I c ) min'e düşer . Benzer şekilde, toplayıcı-emiter voltajı (V artar ce ) maksimum ve (V düşer CE ) dakika .
Kollektör bataryasından çekilen DC Gücü V cc ,
$$P_{in} = voltage \times current = V_{CC}(I_C)_Q$$
Bu güç aşağıdaki iki bölümde kullanılır -
- Kolektör yükünde ısı verildiği için harcanan güç,
$$P_{RC} = (current)^2 \times resistance = (I_C)^2_Q R_C$$
- Transistöre verilen güç,
$$P_{tr} = P_{in} - P_{RC} = V_{CC} - (I_C)^2_Q R_C$$
Sinyal uygulandığında, transistöre verilen güç aşağıdaki iki kısımda kullanılır -
AC güç çıkışını oluşturan yük dirençleri RC boyunca geliştirilen AC Güç.
$$(P_O)_{ac} = I^2 R_C = \frac{V^2}{R_C} = \left ( \frac{V_m}{\sqrt{2}}\right )^2 \frac{1}{R_C} = \frac{V_m^2}{2R_C}$$
Nerede I ac çıkış akımının yük üzerinden RMS değeridir, V ac voltajının RMS değeridir ve Vm V'nin maksimum değeridir.
Transistör (kollektör bölgesi) tarafından ısı biçiminde dağıtılan DC gücü, yani (P C ) dc
Aşağıdaki diyagramda tüm güç akışını gösterdik.
Bu A sınıfı güç amplifikatörü, küçük sinyalleri en az bozulma ile güçlendirebilir ve çıkış, girişin daha güçlü bir şekilde tam bir kopyası olacaktır.
Let us now try to draw some expressions to represent efficiencies.
Genel Verimlilik
Amplifikatör devresinin genel verimliliği şu şekilde verilir:
$$(\eta)_{overall} = \frac{a.c \: power \:delivered\: to \: the\: load}{total \: power\: delivered \: by \: d.c\: supply}$$
$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$
Kollektör Verimliliği
Transistörün toplayıcı verimliliği şu şekilde tanımlanır:
$$(\eta)_{collector} = \frac{average\: a.c \: power \:output}{average \:d.c\: power\: input\: to\: transistor}$$
$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$$
Genel verimlilik için ifade
$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms}$$
$$= \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] \times \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2}\right ]$$
$$= \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8}$$
Bu nedenle
$$(\eta)_{overall} = \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8 \times V_{CC} (I_C)_Q}$$
A Sınıfı Amplifikatörlerin Avantajları
A Sınıfı güç amplifikatörünün avantajları aşağıdaki gibidir -
- Tam giriş döngüsü için akım akışı
- Küçük sinyalleri güçlendirebilir
- Çıkış, giriş ile aynıdır
- Bozulma yok
A Sınıfı Amplifikatörlerin Dezavantajları
A Sınıfı güç amplifikatörünün avantajları aşağıdaki gibidir -
- Düşük güç çıkışı
- Düşük toplayıcı verimliliği
Önceki bölümde tartışıldığı gibi A sınıfı güç amplifikatörü, AC giriş beslemesinin tüm döngüsü boyunca çıkış akımının aktığı devredir. Düşük çıkış gücü ve verimlilik gibi dezavantajlarını da öğrendik. Bu etkileri en aza indirmek için, transformatör bağlı A sınıfı güç amplifikatörü tanıtıldı.
construction of class A power amplifieraşağıdaki şekil yardımı ile anlaşılabilir. Bu, normal amplifikatör devresine benzer, ancak kolektör yükünde bir transformatör ile bağlantılıdır.
Burada R 1 ve R 2 , potansiyel bölücü düzenlemesi sağlar. Yeniden denge sağlar direnç, Cı- e baypas kondansatörü ve R , e ac voltajı önlemek için kullanılırlar. Burada kullanılan transformatör, aşağı inen bir transformatördür.
Transformatörün yüksek empedanslı primeri, yüksek empedans toplayıcı devresine bağlanır. Düşük empedanslı ikincil yüke bağlanır (genellikle yüksek hoparlör).
Trafo Hareketi
Kollektör devresinde kullanılan trafo, empedans uyumu içindir. R L , bir transformatörün sekonderine bağlı yüktür. R L ', transformatörün primerinde yansıyan yüktür.
Birincildeki dönüş sayısı n 1 ve ikincil n 2'dir . V 1 ve V 2 birincil ve ikincil gerilimler ve I 1 ve I 2 sırasıyla birincil ve ikincil akımlar olsun. Aşağıdaki şekil transformatörü açıkça göstermektedir.
Biz biliyoruz ki
$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2}\: and\: \frac{I_1}{I_2} = \frac{n_1}{n_2}$$
Veya
$$V_1 = \frac{n_1}{n_2}V_2 \: and\: I_1 = \frac{n_1}{n_2}I_2$$
Bu nedenle
$$\frac{V_1}{I_1} = \left ( \frac{n_1}{n_2} \right )^2 \frac{V_2}{I_2}$$
Ancak V 1 / I 1 = R L '= etkin giriş direnci
Ve V 2 / I 2 = R L = etkin çıkış direnci
Bu nedenle,
$$R_L’ = \left ( \frac{n_1}{n_2}\right )^2 R_L = n^2 R_L$$
Nerede
$$n = \frac{number \: of \: turns \: in \: primary}{number\: of\: turns\: in\: secondary} = \frac{n_1}{n_2}$$
Bir güç amplifikatörü, düşürme transformatöründe uygun dönüş oranı alınarak eşleştirilebilir.
Devre Çalışması
Kolektör akımının sinyale bağlı tepe değeri, sıfır sinyal toplayıcı akımına eşitse, maksimum ac güç çıkışı elde edilir. Bu nedenle, tam bir amplifikasyon elde etmek için, çalışma noktası yük hattının merkezinde yer almalıdır.
Çalışma noktası, sinyal uygulandığında açıkça değişir. Kollektör voltajı, kolektör akımının ters fazında değişir. Kollektör voltajındaki değişim, transformatörün primerinde görülür.
Devre Analizi
Birincil güç kaybının, direnci çok küçük olduğu için ihmal edilebilir olduğu varsayılır.
DC koşulu altındaki giriş gücü,
$$(P_{in})_{dc} = (P_{tr})_{dc} = V_{CC} \times (I_C)_Q$$
A sınıfı amplifikatörün maksimum kapasitesi altında, voltaj (V ce ) maks . Sıfırdan sıfıra ve akım (I c ) maks . Sıfıra değişir.
Bu nedenle
$$V_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(V_{ce})_{max}}{2}\right ] = \frac{2V_{CC}}{2\sqrt{2}} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}}$$
$$I_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(I_C)_{max}}{2}\right ] = \frac{2(I_C)_Q}{2\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}}$$
Bu nedenle,
$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} \times \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2}$$
Bu nedenle,
Kollektör Verimliliği = $\frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$
Veya,
$$(\eta)_{collector} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2 \times V_{CC} \times (I_C)_Q} = \frac{1}{2}$$
$$= \frac{1}{2} \times 100 = 50\%$$
A sınıfı bir güç amplifikatörünün verimliliği yaklaşık% 30'un üzerindeyken, trafo bağlantılı A sınıfı güç amplifikatörü kullanılarak% 50'ye yükselmiştir.
Avantajlar
Transformatör kuplajlı A sınıfı güç amplifikatörünün avantajları aşağıdaki gibidir.
- Taban veya kollektör dirençlerinde sinyal gücü kaybı yok.
- Mükemmel empedans uyumu elde edilir.
- Kazanç yüksektir.
- DC izolasyonu sağlanır.
Dezavantajları
Transformatör bağlı A sınıfı güç amplifikatörünün dezavantajları aşağıdaki gibidir.
- Düşük frekanslı sinyaller, karşılaştırmalı olarak daha az güçlendirilir.
- Uğultu gürültüsü transformatörler tarafından ortaya çıkar.
- Transformatörler hantal ve maliyetlidir.
- Zayıf frekans tepkisi.
Uygulamalar
Transformatör kuplajlı A sınıfı güç amplifikatörünün uygulamaları aşağıdaki gibidir.
Bu devre, empedans eşleşmesinin ana kriter olduğu yerdir.
Bunlar sürücü amplifikatörleri ve bazen çıkış amplifikatörleri olarak kullanılır.
Şimdiye kadar iki tip A sınıfı güç amplifikatörü gördük. Ele alınması gereken ana sorunlar, düşük güç çıkışı ve verimliliktir. Olarak adlandırılan bir kombinasyonel transistör çifti kullanılarak A Sınıfı amplifikatörünkinden daha fazla güç çıkışı ve verimlilik elde etmek mümkündür.Push-Pull yapılandırma.
Bu devrede, bir transistör bir NPN veya N-kanal tipi iken, diğer transistör bir PNP veya P-kanalı (tamamlayıcı) tipinde olduğu gibi çalıştırmak için bağlı olan çıkış aşamasında iki tamamlayıcı transistör kullanıyoruz. PUSH a transistor to ON ve PULL another transistor to OFFaynı zamanda. Bu push-pull konfigürasyonu A sınıfı, B sınıfı, C sınıfı veya AB sınıfı amplifikatörlerde yapılabilir.
Push-Pull Sınıf A Güç Amplifikatörünün Yapısı
Push-pull konfigürasyonunda A sınıfı güç amplifikatörü devresinin yapısı aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu düzenleme, esas olarak, tek bir transistörlü amplifikatörün transfer özelliklerinin doğrusal olmamasından kaynaklanan harmonik bozulmayı azaltır.
İtme-çekme düzenlemesinde, iki özdeş transistör T 1 ve T 2'nin yayıcı terminalleri kısa devre yapar. Giriş sinyali, her iki transistör tabanına zıt kutup sinyalleri sağlayan transformatör T rl aracılığıyla transistörlere uygulanır . Her iki transistörün toplayıcıları, çıkış transformatörü T r2'nin primerine bağlanır . Her iki transformatör de merkeze vurulmuştur. V CC beslemesi, her iki transistörün toplayıcılarına çıkış transformatörünün primerinden sağlanır.
Dirençleri R 1 ve R 2 bastırma düzeneği temin etmektedir. Yük genellikle çıkış transformatörünün sekonderine bağlanan bir hoparlördür. Çıkış transformatörünün dönüş oranı, yükün transistörün çıkış empedansı ile iyi eşleşeceği şekilde seçilir. Böylece maksimum güç, amplifikatör tarafından yüke iletilir.
Devre Çalışması
Çıkış, çıkış trafosu T r2'den toplanır . Bu transformatör T r2'nin primerinde pratik olarak hiçbir dc bileşeni yoktur. T 1 ve T 2 transistörlerinin kollektörleri, T r2 transformatörünün primerine bağlanır, böylece akımları büyüklük olarak eşittir ve transformatör T r2'nin primerinden zıt yönlerde akar .
Ac giriş sinyali uygulandığında, T 1 transistörünün tabanı daha pozitif iken T 2 transistörünün tabanı daha az pozitiftir. Bu nedenle kollektör akımı I c1 transistörü T 1 artarken kollektör akımı I C2 transistörü T 2 azalır. Bu akımlar, çıkış transformatörünün primerinin iki yarısında zıt yönlerde akar. Üstelik bu akımların ürettiği akı da zıt yönlerde olacaktır.
Bu nedenle, yükteki voltaj, büyüklüğü kolektör akımlarının farkıyla orantılı olacak olan indüklenmiş voltaj olacaktır.
$$(i_{c1} - i_{c2})$$
Benzer şekilde, negatif giriş sinyali için, kollektör akımı I C2 ı daha fazla olacaktır c1 . Bu durumda, yük boyunca geliştirilen voltaj yine farktan kaynaklanacaktır.
$$(i_{c1} - i_{c2})$$
Gibi $i_{c2} > i_{c1}$
Yük boyunca indüklenen voltajın polaritesi tersine çevrilecektir.
$$i_{c1} - i_{c2} = i_{c1} + (-i_{c2})$$
Daha iyi anlamak için aşağıdaki şekle bakalım.
Genel işlem, çıkış transformatörünün sekonderinde indüklenen bir ac voltajı ile sonuçlanır ve dolayısıyla ac gücü bu yüke iletilir.
Girdi sinyalinin herhangi bir yarım döngüsü sırasında, bir transistörün iletime derinlemesine sürüldüğü (veya itildiği), diğerinin ise iletken olmadığı (dışarı çekildiği) anlaşılmaktadır. Dolayısıyla adıPush-pull amplifier. Push-pull amplifikatördeki harmonik bozulma, tüm eşit harmonikler ortadan kaldırılacak şekilde en aza indirilir.
Avantajlar
A sınıfı Push-pull amplifikatörün avantajları aşağıdaki gibidir
Yüksek ac çıkışı elde edilir.
Çıkış, eşit harmoniklerden arındırılmıştır.
Dalgalanma voltajlarının etkisi dengelenir. Yetersiz filtreleme nedeniyle güç kaynağında bulunur.
Dezavantajları
A sınıfı Push-pull amplifikatörün dezavantajları aşağıdaki gibidir
- Transistörler, eşit amplifikasyon sağlamak için aynı olmalıdır.
- Transformatörler için merkezleme gereklidir.
- Transformatörler hacimli ve maliyetlidir.
Kolektör akımı yalnızca giriş sinyalinin pozitif yarı döngüsü sırasında aktığında, güç amplifikatörü olarak bilinir class B power amplifier.
B Sınıfı İşlem
B sınıfı işlemde transistörün önyargısı, sıfır sinyal durumunda kolektör akımı olmayacak şekildedir. operating pointkollektör kesme geriliminde olacak şekilde seçilir. Yani, sinyal uygulandığında,only the positive half cycle çıkışta güçlendirilir.
Aşağıdaki şekil, B sınıfı işlem sırasında giriş ve çıkış dalga biçimlerini gösterir.
Sinyal uygulandığında, devre, girişin pozitif yarı döngüsü için ileriye doğru önyargılıdır ve bu nedenle kollektör akımı akar. Ancak girişin negatif yarı döngüsü sırasında, devre ters eğilimlidir ve kolektör akımı olmayacaktır. Bu nedenleonly the positive half cycle çıkışta güçlendirilir.
Negatif yarı döngü tamamen olmadığından, sinyal distorsiyonu yüksek olacaktır. Ayrıca, uygulanan sinyal arttığında, güç kaybı daha fazla olacaktır. Ancak A sınıfı güç amplifikatörüne kıyasla çıkış verimliliği artar.
Eh, dezavantajları en aza indirmek ve düşük distorsiyon, yüksek verimlilik ve yüksek çıkış gücü elde etmek için, bu B sınıfı amplifikatörde push-pull konfigürasyonu kullanılır.
B Sınıfı Push-Pull Amplifikatör
B sınıfı güç amplifikatörünün verimliliği, A sınıfından daha yüksek olmasına rağmen, girişin yalnızca bir yarım döngüsü kullanıldığından, bozulma yüksektir. Ayrıca, giriş gücü tam olarak kullanılmamaktadır. Bu sorunları telafi etmek için, B sınıfı amplifikatörde itme-çekme konfigürasyonu tanıtılmıştır.
İnşaat
Bir itme-çekme sınıfı B güç amplifikatörünün devresi , tabanları merkeze bağlı giriş transformatörü T r1'in sekonderine bağlanan iki özdeş transistör T 1 ve T 2'den oluşur . Emitörler kısa devre yapar ve kollektörlere çıkış trafosu T r2 primerinden V CC beslemesi verilir .
B sınıfı itme-çekme amplifikatörünün devre düzenlemesi, ön gerilim dirençlerini kullanmak yerine, transistörlerin kesilme sırasında önyargılı olması dışında, A sınıfı itme-çekme amplifikatörününki ile aynıdır. Aşağıdaki şekil, bir itme-çekme sınıfı B güç amplifikatörünün yapısının ayrıntılarını verir.
B sınıfı itme çekme amplifikatörünün devre çalışması aşağıda detaylandırılmıştır.
Operasyon
Yukarıdaki şekilde gösterilen B sınıfı itme-çekme amplifikatörünün devresi, her iki transformatörün de merkeze bağlı olduğunu açıklar. Girişte hiçbir sinyal uygulanmadığında, transistörler T 1 ve T 2 kesilmiş durumdadır ve dolayısıyla kolektör akımı akmaz. V CC'den akım çekilmediğinden , güç boşa harcanmaz.
Giriş sinyali verildiğinde, sinyali birbiriyle 180 o faz dışı iki sinyale bölen giriş transformatörü T r1'e uygulanır . Bu iki sinyal, iki özdeş transistör T 1 ve T 2'ye verilir . Pozitif yarı döngü için, transistör T 1'in tabanı pozitif olur ve kollektör akımı akar. Aynı zamanda, Tj transistörü 2 transistör T atar negatif yarı döngüsü vardır 2 kesme durumuna ve böylece bir kollektör akımı akar. Dalga formu aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi üretilir.
Bir sonraki yarım döngü için, transistör T 1 kesilme durumuna geçer ve transistör T 2 , çıktıya katkıda bulunmak için iletime geçer. Dolayısıyla, her iki döngü için, her bir transistör dönüşümlü olarak iletir. Çıkış transformatörü T r3 , neredeyse bozulmamış bir çıkış dalga formu üreten iki akımı birleştirmeye yarar.
B Sınıfı Push-Pull Amplifikatörün Güç Verimliliği
Her bir transistördeki akım, yarım sinüs döngüsünün ortalama değeridir.
Yarım sinüs döngüsü için, I dc verilir
$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$
Bu nedenle,
$$(p_{in})_{dc} = 2 \times \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} \times V_{CC} \right ]$$
Burada, itme-çekme amplifikatöründe iki transistör olduğu için faktör 2 tanıtıldı.
Kollektör akımının RMS değeri = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$
Çıkış voltajının RMS değeri = $V_{CC} / \sqrt{2}$
İdeal maksimum güç koşulları altında
Bu nedenle,
$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} \times \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2}$$
Şimdi genel maksimum verimlilik
$$\eta_{overall} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$
$$= \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2} \times \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} \times V_{CC}}$$
$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$
Kollektör verimliliği aynı olacaktır.
Bu nedenle, B sınıfı itme-çekme amplifikatörü, A sınıfı itme-çekme amplifikatöre göre verimliliği artırır.
Tamamlayıcı Simetri Push-Pull B Sınıfı Amplifikatör
Az önce tartışılan itme çekme amplifikatörü verimliliği arttırır, ancak merkezden kılavuzlu transformatörlerin kullanımı devreyi hantal, ağır ve maliyetli hale getirir. Devreyi basitleştirmek ve verimliliği artırmak için, kullanılan transistörler aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi tamamlanabilir.
Yukarıdaki devre, bir NPN transistörü ve push-pull konfigürasyonuna bağlı bir PNP transistörü kullanır. Giriş sinyali uygulandığında, giriş sinyalinin pozitif yarı döngüsü sırasında, NPN transistörü iletken olur ve PNP transistörü kesilir. Negatif yarı döngü sırasında, NPN transistörü kesilir ve PNP transistörü iletir.
Bu şekilde, NPN transistörü girişin pozitif yarı döngüsü sırasında yükselirken, PNP transistörü girişin negatif yarı döngüsü sırasında yükselir. Transistörlerin her ikisi de birbirini tamamladığından, ancak B sınıfının itme çekme konfigürasyonuna bağlanırken simetrik olarak hareket ettiğinden, bu devre şu şekilde adlandırılır:Complementary symmetry push pull class B amplifier.
Avantajlar
Tamamlayıcı simetri itme çekme B sınıfı amplifikatörün avantajları aşağıdaki gibidir.
Merkezden kılavuzlu transformatörlere ihtiyaç olmadığı için ağırlık ve maliyet azalır.
Eşit ve zıt giriş sinyal voltajları gerekli değildir.
Dezavantajları
Tamamlayıcı simetri itme çekme B sınıfı amplifikatörün dezavantajları aşağıdaki gibidir.
Benzer özelliklere sahip bir çift transistör (NPN ve PNP) elde etmek zordur.
Hem pozitif hem de negatif besleme voltajlarına ihtiyacımız var.
Şimdiye kadar tartışılan A sınıfı ve B sınıfı amplifikatörün birkaç sınırlaması vardır. Şimdi, verimsizlikleri olmadan hem A sınıfı hem de B sınıfı amplifikatörün tüm avantajlarına sahip olacak yeni bir devre elde etmek için bu ikisini birleştirmeyi deneyelim. Bundan önce, bir başka önemli problemden de geçelim.Cross over distortion, B sınıfının çıktısı ile karşılaşır.
Çapraz Bozulma
Push-pull konfigürasyonunda, iki özdeş transistör birbiri ardına iletime girer ve üretilen çıktı her ikisinin kombinasyonu olacaktır.
Sinyal, sıfır voltaj noktasında bir transistörden diğerine değiştiğinde veya geçtiğinde, çıkış dalgası şeklinde bir miktar bozulma üretir. Bir transistörün yürütülmesi için, baz yayıcı bağlantısının kesme gerilimi olan 0.7v'yi geçmesi gerekir. Bir transistörün KAPALI durumdan AÇIK duruma gelmesi veya AÇIK durumdan KAPALI duruma geçmesi için geçen süreyetransition period.
Sıfır voltaj noktasında, transistörlerin birinden diğerine geçişinin geçiş süresi, her iki transistörün bir seferde KAPALI olduğu durumlara yol açan etkisine sahiptir. Bu tür örnekler şu şekilde adlandırılabilir:Flat spot veya Dead band çıkış dalgası şeklinde.
Yukarıdaki şekil, çıktı dalga biçiminde belirgin olan çapraz bozulmayı açıkça göstermektedir. Bu ana dezavantajdır. Bu çapraz distorsiyon etkisi aynı zamanda çıktı dalga biçiminin genel tepeden tepeye değerini düşürür ve bu da maksimum güç çıkışını azaltır. Bu, aşağıda gösterildiği gibi dalga formunun doğrusal olmayan karakteristiğiyle daha net anlaşılabilir.
Bu çapraz distorsiyonun, küçük giriş sinyalleri için ciddi bozulmaya neden olduğu büyük giriş sinyalleri için daha az belirgin olduğu anlaşılmaktadır. Bu çapraz bozulma, amplifikatörün iletimi yarım döngüden fazlaysa ortadan kaldırılabilir, böylece her iki transistör aynı anda KAPALI olmaz.
Bu fikir, aşağıda tartışıldığı gibi hem A sınıfı hem de B sınıfı amplifikatörlerin kombinasyonu olan AB sınıfı amplifikatörün icat edilmesine yol açar.
AB Sınıfı Güç Amplifikatörü
Adından da anlaşılacağı gibi AB sınıfı, A sınıfı ve B sınıfı amplifikatörlerin bir kombinasyonudur. A sınıfının düşük verimlilik problemi ve B sınıfının distorsiyon problemi olması nedeniyle, bu AB sınıfı, her iki sınıfın avantajlarından yararlanılarak bu iki sorunu ortadan kaldırmak için ortaya çıkmıştır.
Çapraz distorsiyon, geçiş periyodu sırasında her iki transistörün aynı anda KAPALI olduğu zaman ortaya çıkan problemdir. Bunu ortadan kaldırmak için, koşulun birden fazla yarım döngü için seçilmesi gerekir. Bu nedenle, diğer transistör, çalışma transistörü kesme durumuna geçmeden önce iletime girer. Bu, aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi yalnızca AB sınıfı konfigürasyonu kullanılarak elde edilir.
Bu nedenle, AB sınıfı amplifikatör tasarımında, itme-çekme transistörlerinin her biri, B sınıfındaki yarı iletkenlik döngüsünden biraz daha fazla, ancak A sınıfının tam iletim döngüsünden çok daha azını iletiyor.
AB sınıfı amplifikatör iletim açısı 180 arasında bir yerdedir o 360 o seçilen çalışma noktasına bağlı olarak değişir. Bu, aşağıdaki şeklin yardımı ile anlaşılmaktadır.
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi D 1 ve D 2 diyotları kullanılarak verilen küçük ön gerilim , çalışma noktasının kesme noktasının üzerinde olmasına yardımcı olur. Dolayısıyla, AB sınıfının çıkış dalga formu yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi sonuçlanır. B sınıfının yarattığı geçiş distorsiyonu bu AB sınıfı tarafından aşılır, ayrıca A ve B sınıflarının verimsizlikleri devreyi etkilemez.
Dolayısıyla, AB sınıfı, verimlilik ve doğrusallık açısından yaklaşık% 50 ila% 60'a ulaşan verimlilik açısından A sınıfı ve B sınıfı arasında iyi bir uzlaşmadır. A, B ve AB sınıfı amplifikatörlerelinear amplifiers çünkü çıkış sinyali genliği ve fazı, giriş sinyali genliği ve fazı ile doğrusal olarak ilişkilidir.
C Sınıfı Güç Amplifikatörü
Kolektör akımı, giriş sinyalinin yarısından daha az bir süre boyunca aktığında, güç amplifikatörü olarak bilinir class C power amplifier.
Doğrusallık zayıfken C sınıfı amplifikatörün verimliliği yüksektir. C sınıfı için iletim açısı 180 o'den azdır . Genellikle, yaklaşık 90 o nolu transistor giriş sinyalinin yarısından fazlasını boş kalır anlamına gelir. Böylece, çıkış akımı, giriş sinyali uygulamasına kıyasla daha kısa sürede teslim edilecektir.
Aşağıdaki şekil C sınıfı bir amplifikatörün çalışma noktasını ve çıkışını göstermektedir.
Bu tür bir önyargı, amplifikatöre yaklaşık% 80 oranında çok daha gelişmiş bir verimlilik sağlar, ancak çıkış sinyalinde ağır distorsiyona neden olur. C sınıfı amplifikatör kullanılarak, çıkışında üretilen darbeler, toplayıcı devresindeki LC devreleri kullanılarak belirli bir frekansın tam sinüs dalgasına dönüştürülebilir.
Şimdiye kadar tartıştığımız amplifikatör türleri, ses frekanslarında iyi olsalar bile radyo frekanslarında etkili bir şekilde çalışamazlar. Ayrıca bu amplifikatörlerin kazancı, geniş bir aralıkta sinyalin frekansına göre değişmeyecek şekildedir. Bu, sinyalin bir frekans aralığı boyunca eşit derecede yükseltilmesine izin verir ve diğer frekanslar reddedilirken belirli istenen frekansın seçilmesine izin vermez.
Bu nedenle, hem seçebilen hem de yükseltebilen bir devreye ihtiyaç vardır. Böylece, ayarlanmış bir devre gibi bir seçimle birlikte bir amplifikatör devresi,Tuned amplifier.
Ayarlanmış Amplifikatör nedir?
Ayarlanmış amplifikatörler, amaç için kullanılan amplifikatörlerdir. tuning. Akort, seçmek demektir. Mevcut bir dizi frekans arasında, diğer tüm frekansları reddederken belirli bir frekansı seçme ihtiyacı ortaya çıkarsa, böyle bir işlem denir.Selection. Bu seçim, adı verilen bir devre kullanılarak yapılır.Tuned circuit.
Bir amplifikatör devresinin yükünü ayarlanmış bir devre ile değiştirdiğinde, böyle bir amplifikatör olarak adlandırılabilir. Tuned amplifier circuit. Temel ayarlanmış amplifikatör devresi aşağıda gösterildiği gibi görünür.
Tuner devresi, aynı zamanda olarak da adlandırılan bir LC devresinden başka bir şey değildir. resonant veya tank circuit. Frekansı seçer. Ayarlanmış bir devre, rezonans frekansında ortalanmış dar bir frekans bandı üzerinden bir sinyali yükseltebilir.
İndüktörün reaktansı, kapasitörün reaktansını dengelediğinde, ayarlanmış devrede bir frekansta, böyle bir frekans şöyle adlandırılabilir: resonant frequency. İle gösterilirfr.
Rezonans formülü şudur:
$$2 \pi f_L = \frac{1}{2 \pi f_c}$$
$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$
Ayarlı Devre Türleri
Ayarlanmış bir devre, ana devreye bağlantı türüne göre Seri ayarlı devre (Seri rezonans devresi) veya Paralel ayarlı devre (paralel rezonans devresi) olabilir.
Seri Ayarlı Devre
Seri bağlı indüktör ve kapasitör, aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi bir dizi ayarlanmış devre oluşturur.
Rezonans frekansında, bir seri rezonans devresi, içinden yüksek akıma izin veren düşük empedans sunar. Seri bir rezonans devresi, rezonans frekansından uzaktaki frekanslara giderek daha yüksek empedans sunar.
Paralel Ayarlanmış Devre
Paralel bağlanmış indüktör ve kapasitör, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi paralel ayarlanmış bir devre oluşturur.
Rezonans frekansında, paralel bir rezonans devresi, içinden yüksek akıma izin vermeyen yüksek empedans sunar. Paralel bir rezonans devresi, rezonans frekansından uzaktaki frekanslara giderek daha düşük empedans sunar.
Paralel Ayarlanmış Devrenin Özellikleri
Paralel rezonansın oluştuğu frekansa (yani devre akımının reaktif bileşeninin sıfıra gelmesi) rezonans frekansı denir. fr. Ayarlanmış bir devrenin temel özellikleri aşağıdaki gibidir.
İç direnç
Besleme voltajının hat akımına oranı, ayarlanmış devrenin empedansıdır. LC devresinin sunduğu empedans,
$$\frac{Supply \: voltage}{Line equation} = \frac{V}{I}$$
Rezonansta, empedans azalırken hat akımı artar.
Aşağıdaki şekil, paralel bir rezonans devresinin empedans eğrisini temsil etmektedir.
Rezonans frekansının altındaki ve üstündeki değerler için devrenin empedansı azalır. fr. Bu nedenle, belirli bir frekansın seçilmesi ve diğer frekansların reddedilmesi mümkündür.
Devre empedansı için bir denklem elde etmek için, düşünelim
Hat Akımı $I = I_L cos \phi$
$$\frac{V}{Z_r} = \frac{V}{Z_L} \times \frac{R}{Z_L}$$
$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{Z_L^2}$$
$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{L/C} = \frac{C R}{L}$$
Dan beri, $Z_L^2 = \frac{L}{C}$
Bu nedenle, devre empedansı Z r şu şekilde elde edilir
$$Z_R = \frac{L}{C R}$$
Böylece paralel rezonansta, devre empedansı L / CR'ye eşittir.
Devre Akımı
Paralel rezonansta, devre veya hat akımı I, uygulanan voltajın devre empedansına Z r bölü, yani,
Hat Akımı $I = \frac{V}{Z_r}$
Nerede $Z_r = \frac{L}{C R}$
Z r çok yüksek olduğu için hat akımı I çok küçük olacaktır.
Kalite faktörü
Paralel bir rezonans devresi için, rezonans eğrisinin keskinliği seçiciliği belirler. Bobinin direnci ne kadar küçükse, rezonans eğrisi o kadar keskin olacaktır. Bu nedenle, bobinin endüktif reaktansı ve direnci, ayarlanmış devrenin kalitesini belirler.
Rezonanstaki bobinin endüktif reaktansının direncine oranı olarak bilinir. Quality factor. İle gösterilirQ.
$$Q = \frac{X_L}{R} = \frac{2 \pi f_r L}{R}$$
Q değeri ne kadar yüksekse, rezonans eğrisi o kadar keskin ve seçicilik o kadar iyi olacaktır.
Ayarlanmış Amplifikatörlerin Avantajları
Aşağıdakiler, ayarlanmış amplifikatörlerin avantajlarıdır.
L ve C gibi reaktif bileşenlerin kullanılması güç kaybını en aza indirir ve bu da ayarlanmış amplifikatörleri verimli hale getirir.
Rezonans frekansında daha yüksek empedans sağlayarak istenen frekansın seçiciliği ve amplifikasyonu yüksektir.
Daha küçük bir kollektör kaynağı VCC, paralel ayarlanmış devredeki küçük direnci nedeniyle yapacaktır.
Yüksek dirençli kolektör yükü olduğunda bu avantajların uygulanamayacağını unutmamak önemlidir.
Ayarlanmış Amplifikatörün Frekans Tepkisi
Bir amplifikatörün verimli olması için kazancının yüksek olması gerekir. Bu voltaj kazancı β, giriş empedansı ve kollektör yüküne bağlıdır. Ayarlanmış bir amplifikatördeki toplayıcı yükü, ayarlanmış bir devredir.
Böyle bir amplifikatörün voltaj kazancı şu şekilde verilir:
Gerilim kazancı = $\frac{\beta Z_C}{Z_{in}}$
Z C = etkin kolektör yükü ve Z in = amplifikatörün giriş empedansı.
Z C'nin değeri , ayarlanmış amplifikatörün frekansına bağlıdır. Rezonans frekansında Z C maksimum olduğundan, bu rezonans frekansında amplifikatörün kazancı maksimumdur.
Bant genişliği
Ayarlanmış amplifikatörün voltaj kazancının maksimum kazancın% 70.7'sine düştüğü frekans aralığına denir. Bandwidth.
F 1 ve f 2 arasındaki frekans aralığı , ayarlanmış amplifikatörün bant genişliği olarak adlandırılır. Ayarlanmış bir amplifikatörün bant genişliği, LC devresinin Q'suna, yani, frekans yanıtının keskinliğine bağlıdır. Q'nun değeri ve bant genişliği ters orantılıdır.
Aşağıdaki şekil, ayarlanmış amplifikatörün bant genişliğini ve frekans yanıtını detaylandırmaktadır.
Q ve Bant Genişliği arasındaki ilişki
Bant genişliğinin kalite faktörü Q, rezonans frekansının bant genişliğine oranı olarak tanımlanır, yani,
$$Q = \frac{f_r}{BW}$$
Genel olarak, pratik bir devrenin Q değeri 10'dan büyüktür.
Bu koşul altında, paralel rezonanstaki rezonans frekansı şu şekilde verilir:
$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$
İki ana ayarlı amplifikatör türü vardır. Onlar -
- Tek ayarlı amplifikatör
- Çift ayarlı amplifikatör
Tek Ayarlı Amplifikatör
Amplifikatör devresinin kollektöründe bulunan tek bir tuner bölümü olan bir amplifikatör devresi, Tek tuner amplifikatör devresi olarak adlandırılır.
İnşaat
Kollektör yükünde paralel ayarlanmış bir devreden oluşan basit bir transistör amplifikatör devresi, tek ayarlı bir amplifikatör devresi oluşturur. Ayarlanmış devrenin kapasitans ve endüktans değerleri, rezonans frekansı yükseltilecek frekansa eşit olacak şekilde seçilir.
Aşağıdaki devre şeması, tek ayarlanmış bir amplifikatör devresini göstermektedir.
Çıktı, yukarıda gösterildiği gibi C C kaplin kapasitöründen veya L'ye yerleştirilmiş ikincil bir sargıdan elde edilebilir.
Operasyon
Yükseltilmesi gereken yüksek frekans sinyali, amplifikatörün girişine uygulanır. Paralel ayarlı devrenin rezonans frekansı, ayarlı devrede kapasitör C'nin kapasitans değeri değiştirilerek uygulanan sinyalin frekansına eşit hale getirilir.
Bu aşamada, ayarlanmış devre, ayarlı devre boyunca yüksek çıkış sağlamaya yardımcı olan sinyal frekansına yüksek empedans sunar. Yüksek empedans yalnızca ayarlanmış frekans için sunulduğundan, daha düşük empedans alan diğer tüm frekanslar ayarlanmış devre tarafından reddedilir. Bu nedenle, ayarlanmış amplifikatör, istenen frekans sinyalini seçer ve yükseltir.
Frekans tepkisi
Paralel rezonans f rezonans frekansında meydana r devresi yüksek S. f rezonans frekansı zaman r ile verilir
$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$
Aşağıdaki grafik, tek ayarlanmış bir amplifikatör devresinin frekans yanıtını göstermektedir.
Rezonans frekansı f 'de r paralel ayarlı devrenin empedansı çok yüksektir ve tamamen dayanıklıdır. Devre rezonans frekansına ayarlandığında, R L üzerindeki voltaj bu nedenle maksimumdur. Bu nedenle, rezonans frekansında voltaj kazancı maksimumdur ve üstüne ve altına düşer. Q ne kadar yüksekse, eğri o kadar dar olacaktır.
Çift Ayarlı Amplifikatör
Amplifikatör devresinin kollektöründe bulunan çift tuner bölümü olan bir amplifikatör devresine Çift tuner amplifikatör devresi denir.
İnşaat
Çift ayarlı amplifikatörün yapısı aşağıdaki şekle bakılarak anlaşılmaktadır. Bu devre , amplifikatörün kollektör bölümünde iki ayarlanmış devreden (L 1 C 1 ve L 2 C 2 ) oluşur. Ayarlı devre L çıkışındaki sinyal 1 Cı 1 diğer ayarlı devre L bağlanmış olan 2 Cı- 2 karşılıklı birleştirme yöntemi ile. Kalan devre detayları, aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi, tek ayarlı amplifikatör devresindeki ile aynıdır.
Operasyon
Yükseltilmesi gereken yüksek frekans sinyali, amplifikatörün girişine verilir. Ayar devresi L 1 C 1 giriş sinyali frekansına ayarlanmıştır. Bu durumda, ayarlanmış devre sinyal frekansına yüksek reaktans sunar. Sonuç olarak, büyük çıkış ayarlı devre L çıkış uçları 1 C 1 daha sonra diğer ayarlı devre L birleştirilir 2 C 2 karşılıklı indüksiyonu ile. Bu çift ayarlı devreler, çeşitli radyo ve televizyon alıcı devrelerini birleştirmek için yaygın olarak kullanılır.
Çift Ayarlı Amplifikatörün Frekans Tepkisi
Çift ayarlı amplifikatörün özel özelliği vardır couplingbu, amplifikatörün frekans yanıtını belirlemede önemlidir. Ayarlanmış iki devre arasındaki karşılıklı endüktans miktarı, devrenin frekans yanıtını belirleyen kuplaj derecesini belirtir.
Karşılıklı indüktans özelliği hakkında fikir sahibi olmak için temel ilkeden geçelim.
Karşılıklı Endüktans
Akım taşıyan bobin, çevresinde bir miktar manyetik alan oluşturduğundan, bu bobinin yanına, primerin manyetik akı bölgesinde olacak şekilde başka bir bobin getirilirse, değişen manyetik akı, ikinci bobinde bir EMF'yi indükler. Bu ilk bobin olarak adlandırılırsaPrimary coil, ikincisi bir Secondary coil.
Birincil bobinin değişen manyetik alanı nedeniyle ikincil bobinde EMF indüklendiğinde, böyle bir fenomen olarak adlandırılır. Mutual Inductance.
Aşağıdaki şekil bu konuda bir fikir vermektedir.
Akım is Şekilde kaynak akımı gösterirken iindindüklenen akımı gösterir. Akı, bobin etrafında oluşturulan manyetik akıyı temsil eder. Bu, ikincil bobine de yayılır.
Gerilim uygulaması ile akım isakışlar ve akış yaratılır. Akım değiştiğinde akı değişir, üretiriind Karşılıklı endüktans özelliği nedeniyle ikincil bobinde.
Kaplin
Karşılıklı endüktans bağlantısı kavramı altında aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi olacaktır.
Bobinler aralıklıdır, birincil bobını akı bağlantılar 1 , ikincil bobin L yönlendirilmezsiniz 2 . Bu durumda bobinlerin sahip olduğu söylenirLoose coupling. Bu durumda ikincil bobinden yansıyan direnç küçüktür ve rezonans eğrisi keskin olacaktır ve aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi Q devresi yüksektir.
Aksine, birincil ve ikincil bobinler birbirine yaklaştırıldığında, Tight coupling. Bu koşullar altında, yansıyan direnç büyük olacak ve Q devresi daha düşük olacaktır. Rezonans frekansının üstünde ve altında olmak üzere iki maksimum kazanç konumu elde edilir.
Çift Ayarlı Devrenin Bant Genişliği
Yukarıdaki şekil, bant genişliğinin kuplaj derecesi ile arttığını açıkça belirtmektedir. Çift ayarlı bir devrede belirleyici faktör Q değil, kuplajdır.
Belirli bir frekans için bağlantı ne kadar sıkı olursa bant genişliğinin de o kadar büyük olacağını anladık.
Bant genişliği denklemi şu şekilde verilmiştir:
$$BW_{dt} = k f_r$$
BW dt = çift ayarlı devre için bant genişliği, K = kuplaj katsayısı ve f r = rezonans frekansı.
Şimdi ayarlanmış amplifikatörlerin işleyişi hakkında yeterli bilgi edindiğinizi umuyoruz. Bir sonraki bölümde, geribildirim kuvvetlendiricileri hakkında bilgi edineceğiz.
Bir amplifikatör devresi basitçe sinyal gücünü artırır. Ancak güçlendirirken, ister bilgi ister bilgi ile birlikte biraz gürültü içerse de giriş sinyalinin gücünü artırır. Bu gürültü veya bazı rahatsızlıklar, kuvvetli giriş eğilimleri nedeniyle amplifikatörlerde ortaya çıkar.humani sıcaklık değişiklikleri veya başıboş elektrik ve manyetik alanlar nedeniyle. Bu nedenle, her yüksek kazançlı amplifikatör, çok istenmeyen bir durum olan, çıkışında sinyal ile birlikte gürültü verme eğilimindedir.
Amplifikatör devrelerindeki gürültü seviyesi, kullanılarak önemli ölçüde azaltılabilir. negative feedback giriş sinyaline zıt fazda bir çıkış fraksiyonu enjekte ederek yapılır.
Geribildirim Amplifikatörü Prensibi
Bir geribildirim amplifikatörü genellikle iki bölümden oluşur. Onlaramplifier ve feedback circuit. Geri besleme devresi genellikle dirençlerden oluşur. Geri besleme amplifikatörü kavramı aşağıdaki şekilden anlaşılabilir.
Yukarıdaki şekilden, amplifikatörün kazancı A olarak temsil edilmektedir. Amplifikatörün kazancı, V o çıkış voltajının V i giriş voltajına oranıdır . geri besleme ağı , amplifikatörün V o çıkışından bir V f = β V o voltajı çıkarır .
Bu voltaj pozitif geri bildirim için ilave edildi ve sinyal gerilimi V den, negatif geri besleme için çıkarılır s . Şimdi,
$$V_i = V_s + V_f = V_s + \beta V_o$$
$$V_i = V_s - V_f = V_s - \beta V_o$$
Β = V f / V o miktarı, geri besleme oranı veya geri besleme fraksiyonu olarak adlandırılır.
Olumsuz geri bildirim durumunu ele alalım. Çıkış V o , amplifikatörün kazancı A ile çarpılan giriş voltajına (V s - βV o ) eşit olmalıdır .
Dolayısıyla
$$(V_s - \beta V_o)A = V_o$$
Veya
$$A V_s - A \beta V_o = V_o$$
Veya
$$A V_s = V_o (1 + A \beta)$$
Bu nedenle,
$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 + A \beta}$$
A f , amplifikatörün genel kazancı (geri besleme ile kazanç) olsun. Bu, V o çıkış voltajının uygulanan sinyal voltajına V s oranı olarak tanımlanır , yani,
$$A_f = \frac{Output \: voltage}{Input \: signal \: voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$
Yani, yukarıdaki iki denklemden şunu anlayabiliriz,
Geri besleme amplifikatörünün negatif geri besleme ile kazanç denklemi şu şekilde verilir:
$$A_f = \frac{A}{1 + A \beta}$$
Olumlu geri besleme ile geri besleme amplifikatörünün kazanç denklemi şu şekilde verilir:
$$A_f = \frac{A}{1 - A \beta}$$
Bunlar, geri besleme amplifikatörlerinin kazancını hesaplamak için standart denklemlerdir.
Geri Bildirim Türleri
Bazı cihazların çıkış enerjisinin bir kısmını girişe geri enjekte etme işlemi olarak bilinir. Feedback. Geri beslemenin, gürültünün azaltılmasında ve amplifikatörün çalışmasını stabil hale getirmede çok faydalı olduğu bulunmuştur.
Geri bildirim sinyalinin olup olmadığına bağlı olarak aids veya opposes giriş sinyali için kullanılan iki tür geri bildirim vardır.
Olumlu geribildirim
Geri besleme enerjisinin, yani gerilim veya akımın giriş sinyali ile aynı fazda olduğu ve bu nedenle buna yardımcı olduğu geri besleme olarak adlandırılır. Positive feedback.
Her iki giriş sinyali ve geri besleme sinyali tanıtır 180 'lik bir faz kayması O böylece 360 yapmak o döngü etrafında ortaya çıkan faz kayması, giriş sinyali ile aynı fazda son olarak olmak.
Olumlu geribildirim olsa da increases the gain amplifikatörün dezavantajları vardır.
- Artan distorsiyon
- Instability
Bu dezavantajlardan dolayı amplifikatörler için pozitif geri besleme tavsiye edilmez. Olumlu geri bildirim yeterince büyükse, osilatör devrelerinin oluşturulduğu salınımlara yol açar. Bu konsept OSCILLATORS eğitiminde tartışılacaktır.
Olumsuz geribildirim
Geri besleme enerjisinin, yani gerilim veya akımın girişle faz dışı olduğu ve bu nedenle ona karşı çıktığı geri besleme olarak adlandırılır. negative feedback.
Negatif geri beslemede, amplifikatör devreye 180 o'luk bir faz kayması katarken, geri besleme ağı, hiçbir faz kayması veya sıfır faz kayması üretmeyecek şekilde tasarlanmıştır. Böylece elde edilen geri-besleme voltajı V f 180 o giriş sinyali V ile faz dışı bölgesi .
Rağmen gain negatif geri besleme amplifikatörünün oranı reducedolumsuz geri bildirimin birçok avantajı vardır.
- Kazanç kararlılığı artırıldı
- Bozulmada azalma
- Gürültüde azalma
- Giriş empedansında artış
- Çıkış empedansında azalma
- Tek tip uygulama aralığında artış
Bu avantajlardan dolayı, amplifikatörlerde sıklıkla negatif geri beslemenin kullanılmasıdır.
Bir amplifikatördeki negatif geri besleme, amplifiye edilmiş çıktının bir kısmını girişe ancak ters fazda besleme yöntemidir. Amplifikatör 180 içerir gibi faz muhalefet meydana O geri besleme şebekesi değil ise faz kaymasını.
Çıkış enerjisi girişe uygulanırken geri besleme olarak alınacak gerilim enerjisi için çıkış şönt bağlantıda alınır ve akım enerjisi geri besleme olarak alınacak şekilde çıkış seri bağlantıda alınır.
İki ana tür negatif geri besleme devresi vardır. Onlar -
- Negatif Gerilim Geri Beslemesi
- Negatif Akım Geri Bildirimi
Negatif Gerilim Geri Beslemesi
Bu yöntemde, amplifikatörün girişine yapılan voltaj geri beslemesi, çıkış voltajı ile orantılıdır. Bu ayrıca iki türe ayrılmıştır -
- Gerilim serisi geri bildirimi
- Gerilim şönt geri beslemesi
Negatif Akım Geri Bildirimi
Bu yöntemde, amplifikatörün girişine yapılan voltaj geri beslemesi, çıkış akımı ile orantılıdır. Bu ayrıca iki türe ayrılmıştır.
- Güncel seri geri bildirimi
- Akım şönt geri bildirimi
Hepsi hakkında kısa bir fikir edelim.
Gerilim Serisi Geri Beslemesi
Gerilim serisi geri besleme devresinde, çıkış geriliminin bir kısmı, geri besleme devresi üzerinden giriş gerilimi ile seri olarak uygulanır. Bu aynı zamandashunt-driven series-fed geri besleme, yani paralel seri devre.
Aşağıdaki şekil, geri besleme devresinin çıkışla şönt, ancak girişle seri olarak yerleştirildiği açık olan voltaj serisi geri bildiriminin blok diyagramını göstermektedir.
Geri besleme devresi çıkışa şönt olarak bağlandığından çıkış empedansı azalır ve girişle seri bağlantı nedeniyle giriş empedansı artar.
Gerilim Şönt Geri Bildirimi
Gerilim şönt geri besleme devresinde, çıkış geriliminin bir kısmı geri besleme ağı üzerinden giriş gerilimine paralel olarak uygulanır. Bu aynı zamandashunt-driven shunt-fed geri besleme, yani paralel-paralel protokol tipi.
Aşağıdaki şekil, geri besleme devresinin çıkışla ve ayrıca girişle birlikte şant halinde yerleştirildiği açıkça görülen voltaj şönt geri beslemesinin blok diyagramını göstermektedir.
Geri besleme devresi çıkış ve giriş ile şönt olarak bağlandığından, hem çıkış empedansı hem de giriş empedansı azalır.
Güncel Seri Geri Bildirimi
Akım serisi geri besleme devresinde, çıkış voltajının bir kısmı, geri besleme devresi aracılığıyla giriş voltajı ile seri olarak uygulanır. Bu aynı zamandaseries-driven series-fed geri besleme yani bir seri seri devre.
Aşağıdaki şekil, geri besleme devresinin çıkışla ve ayrıca girişle seri olarak yerleştirildiği açıkça görülen akım serisi geri bildiriminin blok diyagramını göstermektedir.
Geri besleme devresi, çıkış ve giriş ile seri olarak bağlandığından, hem çıkış empedansı hem de giriş empedansı artar.
Akım Şönt Geri Bildirimi
Akım şönt geri besleme devresinde, çıkış voltajının bir kısmı, geri besleme devresi üzerinden giriş voltajı ile seri olarak uygulanır. Bu aynı zamandaseries-driven shunt-fed geri besleme, yani bir seri-paralel devre.
Aşağıdaki şekil, geri besleme devresinin çıkışla seri olarak ancak girişe paralel olarak yerleştirildiği açık olan akım şönt geri beslemesinin blok diyagramını göstermektedir.
Geri besleme devresi çıkış ile seri bağlandığından çıkış empedansı artar ve girişle paralel bağlantı nedeniyle giriş empedansı azalır.
Şimdi farklı türden olumsuz geri bildirimlerden etkilenen amplifikatör özelliklerini tablo haline getirelim.
Özellikler | Geri Bildirim Türleri | |||
---|---|---|---|---|
Gerilim Serisi | Gerilim-Şönt | Güncel Serisi | Akım-Şant | |
Gerilim Kazancı | Azalır | Azalır | Azalır | Azalır |
Bant genişliği | Artışlar | Artışlar | Artışlar | Artışlar |
Giriş direnci | Artışlar | Azalır | Artışlar | Azalır |
Çıkış direnci | Azalır | Azalır | Artışlar | Artışlar |
Harmonik bozulma | Azalır | Azalır | Azalır | Azalır |
gürültü, ses | Azalır | Azalır | Azalır | Azalır |
Verici takipçisi ve darlington amplifikatörü, geri besleme amplifikatörleri için en yaygın örneklerdir. Bunlar, çok sayıda uygulama ile en çok kullanılanlardır.
Verici Takipçisi
Verici izleyici devresi, geri besleme kuvvetlendiricilerinde önemli bir yere sahiptir. Verici takipçisi, negatif akım geri besleme devresi durumudur. Bu, çoğunlukla sinyal üreteci devrelerinde son aşama amplifikatörü olarak kullanılır.
Emitter Follower'ın önemli özellikleri şunlardır:
- Yüksek giriş empedansına sahiptir
- Düşük çıkış empedansına sahiptir
- Empedans uyumu için ideal devredir
Tüm bu ideal özellikler, emitör takipçi devresi için birçok uygulamaya izin verir. Bu, voltaj kazancı olmayan bir akım amplifikatör devresidir.
İnşaat
Bir emitör izleyici devresinin yapısal detayları neredeyse normal bir amplifikatöre benzer. Temel fark, R L yükünün kolektör terminalinde olmaması, ancak devrenin yayıcı terminalinde mevcut olmasıdır. Böylece çıkış kollektör terminali yerine emiter terminalden alınır.
Öngerilim, temel direnç yöntemi veya potansiyel bölücü yöntemle sağlanır. Aşağıdaki şekil bir Verici İzleyicinin devre şemasını göstermektedir.
Operasyon
Giriş sinyali voltaj taban ve yayıcı arasına uygulanan bir çıkış gerilimi V geliştirir o R boyunca E emitör bölümünde olduğu. Bu nedenle,
$$V_o = I_E R_E$$
Bu çıkış akımının tamamı geri besleme yoluyla girişe uygulanır. Dolayısıyla
$$V_f = V_o$$
R L' de geliştirilen çıkış voltajı verici akımıyla orantılı olduğundan, bu emitör takip devresi bir akım geri besleme devresidir. Dolayısıyla
$$\beta = \frac{V_f}{V_o} = 1$$
Ayrıca, transistöre (= V i ) giriş sinyali voltajının V s ve V o farkına eşit olduğu, yani,
$$V_i = V_s - V_o$$
Dolayısıyla geri bildirim olumsuzdur.
Özellikler
Yayıcı takipçisinin temel özellikleri aşağıdaki gibidir -
- Voltaj kazancı yok. Aslında, voltaj kazancı neredeyse 1'dir.
- Nispeten yüksek akım kazancı ve güç kazancı.
- Yüksek giriş empedansı ve düşük çıkış empedansı.
- Giriş ve çıkış ac gerilimleri fazdadır.
Verici Takipçisinin Gerilim Kazancı
Verici İzleyici devresi öne çıkan bir devre olduğundan, bir emitör izleyici devresinin voltaj kazancı denklemini elde etmeye çalışalım. Emitter Follower devremiz aşağıdaki gibidir -
Yukarıdaki devrenin bir AC eşdeğer devresi çekilirse, yayıcı by pass kapasitör olmadığı için aşağıdaki gibi görünecektir.
Emitör devresinin AC direnci r E ,
$$r_E = r’_E + R_E$$
Nerede
$$r’_E = \frac{25 mV}{I_E}$$
Amplifikatörün voltaj kazancını bulmak için yukarıdaki şekil aşağıdaki şekil ile değiştirilebilir.
Giriş voltajının yayıcı devrenin ac direnci boyunca uygulandığına dikkat edin, yani (r ' E + R E ). Verici diyotun ideal olduğunu varsayarsak, çıkış voltajı V çıkışı olacaktır.
$$V_{out} = i_e R_E$$
V giriş voltajı olarak olacak
$$V_{in} = i_e(r’_e + R_E)$$
Bu nedenle, emitör follower'ın Gerilim Kazancı
$$A_V = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{i_e R_E}{i_e(r’_e + R_E)} = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$
Veya
$$A_V = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$
Çoğu pratik uygulamada,
$$R_E \gg r’_e$$
Yani, A V ≈ 1. Uygulamada, bir emitör takipçisinin voltaj kazancı 0.8 ile 0.999 arasındadır.
Darlington Amplifikatör
Sadece tartışılmıştır emetör devresi devre akım kazancı gereksinimlerini (A karşılamak yoksun i ) ve giriş empedansı (Z i ). Devre akımı kazancı ve giriş empedansının genel değerlerinde bir miktar artış elde etmek için, aşağıdaki devre şemasında gösterildiği gibi iki transistör bağlanır.Darlington yapılandırma.
Yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi, birinci transistörün yayıcısı ikinci transistörün tabanına bağlanır. Her iki transistörün toplayıcı terminalleri birbirine bağlanır.
Önyargı Analizi
Bu tür bir bağlantı nedeniyle, birinci transistörün yayıcı akımı aynı zamanda ikinci transistörün temel akımı olacaktır. Bu nedenle, çiftin mevcut kazancı, bireysel akım kazançlarının ürününe eşittir, yani,
$$\beta = \beta _1 \beta _2$$
Genellikle minimum sayıda bileşenle yüksek bir akım kazancı elde edilir.
Burada iki transistör kullanıldığından, iki V BE damlası düşünülecektir. Önyargı analizi, başka türlü bir transistör için benzerdir.
R 2 boyunca gerilim ,
$$V_2 = \frac{V_CC}{R_1 + R_2} \times R_2$$
R E boyunca gerilim ,
$$V_E = V_2 - 2 V_{BE}$$
R E üzerinden akım ,
$$I_{E2} = \frac{V_2 - 2 V_{BE}}{R_E}$$
Transistörler doğrudan bağlandığından,
$$I_{E1} = I_{B2}$$
Şimdi
$$I_{B2} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$
Bu nedenle
$$I_{E1} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$
Bunun anlamı
$$I_{E1} = I_{E1} \beta _2$$
Sahibiz
$I_{E1} = \beta _1 I_{B1}$ dan beri $I_{E1} \cong I_{C1}$
Dolayısıyla
$$I_{E2} = I_{E1} \beta _2$$
Yazabiliriz
$$I_{E2} = \beta _1 \beta _2 I_{B1}$$
Bu nedenle Cari Kazanç şu şekilde verilebilir:
$$\beta = \frac{I_{E2}}{I_{B1}} = \frac{\beta _1 \beta _2 I_{B1}}{I_{B1}} = \beta _1 \beta_2$$
Darling ton amplifikatörünün giriş empedansı
$Z_{in} = \beta_1 \beta_2 R_E .....$r' ihmal e
Uygulamada, bu iki transistör tek bir transistör muhafazasına yerleştirilir ve üç terminal aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi muhafazadan çıkarılır.
Bu üç terminal cihazı şu şekilde çağrılabilir: Darling ton transistor. Darling ton transistörü, yüksek akım kazancı ve yüksek giriş empedansı olan tek bir transistör gibi davranır.
Özellikler
Aşağıdakiler Darling ton amplifikatörün önemli özellikleridir.
- Son derece yüksek giriş empedansı (MΩ).
- Son derece yüksek akım kazancı (birkaç bin).
- Son derece düşük çıkış empedansı (birkaç Ω).
Darling ton amplifikatörünün özellikleri temelde emitör follower'unkilerle aynı olduğundan, iki devre benzer uygulamalar için kullanılır.
Şimdiye kadar, amplifikatörleri olumlu geri bildirime dayalı olarak tartıştık. Transistör devrelerindeki negatif geri besleme, osilatörlerin çalışmasına yardımcı olur. Osilatörler konusu tamamen Osilatörler eğitiminde ele alınmıştır.
Bir Amplifikatör, amplifiye ederken, ister bilgi ister bilgi ile birlikte biraz gürültü içerse de giriş sinyalinin gücünü artırır. Bu gürültü veya bazı rahatsızlıklar, kuvvetli giriş eğilimleri nedeniyle amplifikatörlerde ortaya çıkar.hum ani sıcaklık değişiklikleri veya başıboş elektrik ve manyetik alanlar nedeniyle.
Bir amplifikatörün performansı esas olarak bu Gürültüye bağlıdır. Noisesistemde istenen sinyal içeriğinde rahatsızlık yaratan istenmeyen bir sinyaldir. Bu, sistem içinde üretilen ek bir sinyal olabilir veya giriş sinyalinin istenen bilgisiyle birlikte bazı rahatsızlıklar olabilir. Ancak istenmeyen bir durumdur ve kaldırılması gerekir.
İyi bir sistem, amplifikatörün kendisi tarafından üretilen gürültünün, gelen kaynaktan gelen gürültüye kıyasla küçük olduğu bir sistemdir.
gürültü, ses
Gürültü bir unwanted signalorijinal mesaj sinyaline müdahale eden ve mesaj sinyalinin parametrelerini bozan. İletişim sürecindeki bu değişiklik, mesajın ulaşıldıktan sonra değişmesine neden olur. Büyük olasılıkla kanaldan veya alıcıdan girilir.
Aşağıdaki grafik, bir gürültü sinyalinin özelliklerini göstermektedir.
Dolayısıyla, gürültünün herhangi bir şablonu ve sabit frekansı veya genliği olmayan bir sinyal olduğu anlaşılmaktadır. Sessizrandomve tahmin edilemez. Tamamen ortadan kaldırılamasa da, genellikle onu azaltmak için önlemler alınır.
Most common examples of noise are -
- Radyo alıcılarında "Hiss" sesi
- Telefon görüşmelerinin ortasında "Buzz" sesi
- Televizyon alıcılarında vb. "Titreme"
Gürültünün Etkileri
Gürültü, sistem performansını etkileyen uygunsuz bir özelliktir. Gürültünün etkileri şunları içerir:
Gürültü, sistemlerin çalışma aralığını sınırlar - Gürültü dolaylı olarak, bir amplifikatör tarafından yükseltilebilen en zayıf sinyale bir sınır koyar. Karıştırıcı devresindeki osilatör, gürültü nedeniyle frekansını sınırlayabilir. Bir sistemin çalışması, devrelerinin çalışmasına bağlıdır. Gürültü, bir alıcının işleyebileceği en küçük sinyali sınırlar.
Gürültü, alıcıların hassasiyetini etkiler - Hassasiyet, belirtilen kalitede çıktı elde etmek için gereken minimum giriş sinyali miktarıdır. Gürültü, bir alıcı sistemin hassasiyetini etkiler ve sonuçta çıktıyı etkiler.
Sinyal gürültü oranı
Bir sinyal alındığında ve yükseltilmesi gerektiğinde, önce sinyal, varsa istenmeyen gürültüyü gidermek için filtrelenir.
Alınan sinyalde bulunan bilgi sinyalinin mevcut gürültüye oranı olarak adlandırılır. Signal to Noise ratio. İstenmeyen gürültüden etkilenmeden saf bilgi sinyali üretmesi için bu oranın bir sistem için daha yüksek olması gerekir.
SNR şu şekilde anlaşılabilir:
$$SNR = \frac{P_{signal}}{P_{noise}}$$
SNR, desibel kullanılarak logaritmik olarak ifade edilir.
$$SNR_{db} = 10 log_{10}\left (\frac{P_{signal}}{P_{noise}} \right )$$
Sinyal-gürültü oranı, ratio of the signal power to the noise power. SNR değeri ne kadar yüksekse, alınan çıktının kalitesi o kadar büyük olacaktır.
Gürültü Türleri
Gürültünün sınıflandırılması, kaynağın türüne, gösterdiği etkiye veya alıcıyla olan ilişkisine vb. Göre yapılır.
Gürültünün üretilmesinin iki ana yolu vardır. Biri bazılarının içindenexternal source diğeri tarafından yaratılırken internal source, alıcı bölümünde.
Dış kaynak
Bu gürültü, genellikle iletişim ortamında veya kanalında meydana gelebilecek dış kaynaklar tarafından üretilir. Bu gürültü tamamen ortadan kaldırılamaz. En iyi yol, gürültünün sinyali etkilemesini önlemektir.
Bu tür gürültünün en yaygın örnekleri şunlardır:
- Atmosferik Gürültü (atmosferdeki düzensizlikler nedeniyle)
- Güneş gürültüsü ve kozmik gürültü gibi dünya dışı gürültü
- Endüstriyel gürültü
Dahili Kaynak
Bu gürültü, çalışırken alıcı bileşenleri tarafından üretilir. Sürekli çalışma nedeniyle devrelerdeki bileşenler az sayıda gürültü üretebilir. Bu gürültü ölçülebilir. Uygun bir alıcı tasarımı, bu dahili gürültünün etkisini azaltabilir.
Bu tür gürültünün en yaygın örnekleri şunlardır:
Termal ajitasyon gürültüsü (Johnson gürültüsü veya Elektrik gürültüsü)
Atış gürültüsü (elektronların ve deliklerin rastgele hareketinden dolayı
Geçiş süresi gürültüsü (geçiş sırasında)
Çeşitli gürültü, titreme, direnç etkisi ve karıştırıcı tarafından oluşturulan gürültü vb. İçeren başka bir gürültü türüdür.
Son olarak, bu, bir gürültünün nasıl olacağı ve verici veya alıcı bölümünde mevcut olmasına rağmen amplifikatörü nasıl etkileyebileceği hakkında genel bir fikir verir. Düşük sinyalleri yükselten ve dolayısıyla gürültüyü düşük bir seviyede yükselten amplifikatörler, Düşük gürültülü amplifikatörler olarak adlandırılabilir.
Tartışılan tüm amplifikatör türleri, şu ya da bu şekilde az ya da çok gürültüye maruz kalır. Bir amplifikatörün performansı, istenmeyen faktörlerle başa çıkma verimliliğini belirler.