Zosilnenie je proces zvyšovania sily signálu zvyšovaním amplitúdy daného signálu bez zmeny jeho charakteristík. RC viazaný zosilňovač je súčasťou viacstupňového zosilňovača, kde sú rôzne stupne zosilňovačov spojené pomocou kombinácie rezistora a kondenzátora. Obvod zosilňovača je jedným z základné obvody v elektronike.
Zosilňovač, ktorý je úplne založený na tranzistore, je v zásade známy ako tranzistorový zosilňovač. Vstupným signálom môže byť prúdový signál, napäťový signál alebo signál napájania. Zosilňovač zosilní signál bez zmeny jeho charakteristík a výstupom bude upravená verzia vstupného signálu. Aplikácie zosilňovačov majú širokú škálu. Používajú sa hlavne v audio a video prístrojoch, komunikáciách, radičoch atď.
Jednostupňový zosilňovač spoločného vysielača:
Schéma zapojenia jednostupňového spoločného emitorového tranzistorového zosilňovača je uvedená nižšie:
Jednostupňový spoločný emitor RC spojený zosilňovač
Vysvetlenie obvodu
Jednostupňový zosilňovač viazaný na RC so spoločným vysielačom je jednoduchý a elementárny obvod zosilňovača. Hlavným účelom tohto obvodu je predzosilnenie, ktoré spočíva v vytváraní slabých signálov, aby boli dostatočne silné na ďalšie zosilnenie. Ak je tento RC spriahnutý zosilňovač správne navrhnutý, môže poskytnúť vynikajúce charakteristiky signálu.
Kondenzátor Cin na vstupe slúži ako filter, ktorý sa používa na blokovanie jednosmerného napätia a na tranzistor umožňuje iba striedavé napätie. Ak akékoľvek externé jednosmerné napätie dosiahne základňu tranzistora, zmení to predpäťové podmienky a ovplyvní to výkon zosilňovača.
Rezistory R1 a R2 sa používajú na zabezpečenie správneho predpätia bipolárneho tranzistora. R1 a R2 tvoria predpäťovú sieť, ktorá poskytuje potrebné základné napätie na riadenie neaktívnej oblasti tranzistora.
Oblasť medzi odrezanou a nasýtenou oblasťou je známa ako aktívna oblasť. Oblasť, kde je činnosť bipolárneho tranzistora úplne vypnutá, je známa ako medzná oblasť a oblasť, kde je tranzistor úplne zapnutý, je známa ako oblasť nasýtenia.
Rezistory Rc a Re sa používajú na zníženie napätia Vcc. Rezistor Rc je kolektorový rezistor a Re je emitorový rezistor. Obidve sú vybrané tak, aby obidve vo vyššie uvedenom obvode poklesli napätie Vcc o 50%. Emitorový kondenzátor Ce a odpor emitora Odstraňuje negatívnu spätnú väzbu, aby bola prevádzka obvodu stabilnejšia.
Dvojstupňový zosilňovač spoločného vysielača:
Obvod uvedený nižšie predstavuje dvojstupňový tranzistorový zosilňovač so spoločným emitorovým režimom, kde sa ako záťaž použije odpor R a kondenzátor C sa používa ako spojovací prvok medzi dvoma stupňami obvodu zosilňovača.
Dvojstupňový spoločný emitor RC spojený zosilňovač
Vysvetlenie obvodu:
Pri vstupe AC. signál sa aplikuje na základňu tranzistora 1svstupeň zosilňovača viazaného na RC z generátora funkcií, ktorý sa potom zosilňuje na výstupe 1. stupňa. Toto zosilnené napätie sa privádza na základňu nasledujúceho stupňa zosilňovača cez spojovací kondenzátor Cout, kde sa ďalej zosilňuje a znovu objavuje na výstupe druhého stupňa.
Postupné stupne teda zosilňujú signál a celkový zisk sa zvyšuje na požadovanú úroveň. Oveľa vyšší zisk je možné dosiahnuť postupným zapojením viacerých stupňov zosilňovača.
Spojenie odpor-kapacita (RC) v zosilňovačoch sa najčastejšie používa na pripojenie výstupu prvého stupňa k vstupu (základni) druhého stupňa atď. Tento typ spojenia je najpopulárnejší, pretože je lacný a poskytuje neustále zosilnenie v širokom rozsahu frekvencií.
Tranzistor ako zosilňovač
Aj keď viete o rôznych obvodoch pre RC spojené zosilňovače, je dôležité vedieť o základy tranzistorov ako zosilňovače. Tri konfigurácie bipolárnych tranzistorov, ktoré sa bežne používajú, sú spoločný základný tranzistor (CB), spoločný emitorový tranzistor (CE) a spoločné kolektorové tranzistory (CE). Iné ako tranzistory, operačné zosilňovače môžu byť tiež použité na účely zosilnenia.
- Spoločný žiarič konfigurácia sa bežne používa v aplikácii zosilňovača zvuku, pretože bežný vysielač má zisk, ktorý je pozitívny a tiež väčší ako jednota. V tejto konfigurácii je vysielač pripojený k zemi a má vysokú vstupnú impedanciu. Výstupná impedancia bude stredná. Väčšina z týchto typov aplikácií tranzistorových zosilňovačov sa bežne používa v RF komunikácia a komunikácia optickými vláknami (OFC).
- Spoločná základná konfigurácia má zisk menší ako jednota. V tejto konfigurácii je kolektor pripojený k zemi. V konfigurácii spoločnej základne máme nízku výstupnú impedanciu a vysokú vstupnú impedanciu.
- Spoločný zberateľ konfigurácia je tiež známa ako sledovač emitorov pretože vstup aplikovaný na spoločný žiarič sa objavuje na výstupe spoločného kolektora. V tejto konfigurácii je kolektor pripojený k zemi. Má nízku výstupnú impedanciu a vysokú vstupnú impedanciu. Má zisk takmer rovný jednote.
Základné parametre tranzistorového zosilňovača
Pred výberom zosilňovača musíme zvážiť nasledujúce špecifikácie. Dobrý zosilňovač musí mať všetky nasledujúce špecifikácie:
- Mal by mať vysokú vstupnú impedanciu
- Mal by mať vysokú stabilitu
- Musí mať vysokú linearitu
- Mal by mať vysoký zisk a šírku pásma
- Musí mať vysokú účinnosť
Šírka pásma:
Rozsah frekvencie, ktorú môže obvod zosilňovača správne zosilniť, je známy ako šírka pásma konkrétneho zosilňovača. Krivka dole predstavuje frekvenčná odozva jednostupňového RC viazaného zosilňovača.
R C spojená frekvenčná odozva
Krivka, ktorá predstavuje zmenu zosilnenia zosilňovača s frekvenciou, sa nazýva krivka frekvenčnej odozvy. Šírka pásma sa meria medzi bodmi výkonu v dolnej polovici a v hornej polovici. Bod P1 je dolná polovica výkonu a P2 je horná polovica výkonu. Dobrý zvukový zosilňovač musí mať šírku pásma od 20 Hz do 20 kHz, pretože to je frekvenčný rozsah, ktorý je počuteľný.
Zisk:
Zisk zosilňovača je definovaný ako pomer výstupného výkonu k vstupnému výkonu. Zisk je možné vyjadriť buď v decibeloch (dB) alebo v číslach. Zisk predstavuje, koľko je zosilňovač schopný zosilniť signál, ktorý je mu daný.
Nasledujúca rovnica predstavuje nárast počtu:
G = Pout / Pin
Kde Pout je výstupný výkon zosilňovača
Pin je vstupný výkon zosilňovača
Rovnica uvedená nižšie predstavuje zisk v decibeloch (DB):
Zisk v DB = 10log (Pout / Pin)
Zisk možno tiež vyjadriť napätím a prúdom. Zisk v napätí je pomer výstupného napätia k vstupnému napätiu a zisk v prúde je pomer výstupného prúdu k vstupnému prúdu. Rovnica pre zisk napätia a prúdu je uvedená nižšie
Zisk napätia = výstupné napätie / vstupné napätie
Zisk prúdu = výstupný prúd / vstupný prúd
Vysoká vstupná impedancia:
Vstupná impedancia je impedancia, ktorú ponúka obvod zosilňovača, keď je pripojený k zdroju napätia. Tranzistorový zosilňovač musí mať vysokú vstupnú impedanciu, aby zabránil zaťaženiu zdroja vstupného napätia. To je dôvod, prečo má zosilňovač vysokú impedanciu.
Hluk:
Šum sa týka nežiaduceho kolísania alebo frekvencií prítomných v signáli. Môže to byť spôsobené interakciou medzi dvoma alebo viacerými signálmi prítomnými v systéme, poruchami komponentov, chybami návrhu, externým rušením alebo možno na základe určitých komponentov použitých v obvode zosilňovača.
Linearita:
O zosilňovači sa hovorí, že je lineárny, ak existuje akýkoľvek lineárny vzťah medzi vstupným a výstupným výkonom. Linearita predstavuje plochosť zisku. Prakticky nie je možné získať 100% linearitu, pretože zosilňovače používajú aktívne zariadenia ako BJT, JFET alebo MOSFET, ktoré majú tendenciu strácať zisk na vysokých frekvenciách kvôli vnútornej parazitnej kapacite. Okrem toho vstupné DC oddeľovacie kondenzátory nastavujú nižšiu medznú frekvenciu.
Účinnosť:
Účinnosť zosilňovača predstavuje spôsob, akým môže zosilňovač efektívne využívať napájanie. A tiež meria, koľko energie zo zdroja sa efektívne prevedie na výstupe.
Účinnosť sa zvyčajne vyjadruje v percentách a rovnica efektívnosti sa uvádza ako (Pout / Ps) x 100. Kde Pout je výstupný výkon a Ps je výkon odoberaný z napájacieho zdroja.
Tranzistorový zosilňovač triedy A má 25% účinnosť a poskytuje vynikajúcu reprodukciu signálu, ale účinnosť je veľmi nízka. Zosilňovač triedy C má účinnosť až 90%, ale reprodukcia signálu je zlá. Trieda AB stojí medzi zosilňovačmi triedy A a C, takže sa bežne používa v audio zosilňovač aplikácie. Tento zosilňovač má účinnosť až 55%.
Rýchlosť prebehu:
Rýchlosť otáčania zosilňovača je maximálna rýchlosť zmeny výstupu za jednotku času. Predstavuje, ako rýchlo sa dá zmeniť výstup zosilňovača v reakcii na zmenu vstupu.
Stabilita:
Stabilita je kapacita zosilňovača odolávať osciláciám. Problémy so stabilitou sa zvyčajne vyskytujú pri vysokofrekvenčných operáciách, v prípade zvukových zosilňovačov takmer 20 kHz. Oscilácie môžu mať vysokú alebo nízku amplitúdu.
Dúfam, že táto základná, ale dôležitá téma elektronické projekty bol pokrytý dostatkom informácií. Tu je pre vás jednoduchá otázka - Na aký účel sa používa spoločná konfigurácia kolektorov a prečo?
Odpovede odpovedzte v sekcii komentárov nižšie.
