Теорията на работа на RC-свързан усилвател в електрониката

Теорията на работа на RC-свързан усилвател в електрониката

Усилването е процес на увеличаване на силата на сигнала чрез увеличаване на амплитудата на даден сигнал, без да се променят неговите характеристики. RC свързан усилвател е част от многостепенен усилвател, при който различни етапи на усилвателите са свързани с помощта на комбинация от резистор и кондензатор. Усилвателна схема е една от основни вериги в електрониката.



Усилвател, който е изцяло базиран на транзистора, е известен като транзисторен усилвател. Входният сигнал може да бъде настоящ сигнал, сигнал за напрежение или сигнал за мощност. Усилвател ще усили сигнала, без да променя характеристиките му и изходът ще бъде модифицирана версия на входния сигнал. Приложенията на усилвателите са от широк спектър. Те се използват главно в аудио и видео инструменти, комуникации, контролери и др.


Едностепенен усилвател с общ излъчвател:

Схемата на едностепенния транзисторен усилвател с общ емитер е показана по-долу:



Едностъпален общ излъчвател RC свързан усилвател

Едностъпален общ излъчвател RC свързан усилвател

Обяснение на веригата

Едностепенен усилвател с общ излъчвател RC е проста и елементарна схема на усилвателя. Основната цел на тази схема е предварително усилване, което е да направи слаби сигнали, за да бъде достатъчно силен за по-нататъшно усилване. Ако е проектиран правилно, този RC свързан усилвател може да осигури отлични характеристики на сигнала.



Кондензаторът Cin на входа действа като филтър, който се използва за блокиране на постояннотоковото напрежение и позволява само променливо напрежение към транзистора. Ако някакво външно постояннотоково напрежение достигне основата на транзистора, това ще промени условията на отклонение и ще повлияе на работата на усилвателя.

Резисторите R1 и R2 се използват за осигуряване на правилно отклонение на биполярния транзистор. R1 и R2 образуват отклоняваща мрежа, която осигурява необходимото базово напрежение за задвижване на неактивната зона на транзистора.


Областта между отсечената и наситената област е известна като активната област. Областта, в която биполярната транзисторна операция е напълно изключена, е известна като гранична зона, а областта, в която транзисторът е напълно включен, е известна като област на насищане.

Резисторите Rc и Re се използват за намаляване на напрежението на Vcc. Резисторът Rc е колекторен резистор, а Re е емитен резистор. И двете са избрани по такъв начин, че и двете да намалят Vcc напрежение с 50% в горната схема. Емитерният кондензатор Ce и емитерният резистор прави отрицателна обратна връзка, за да направи работата на веригата по-стабилна.

Двустепенен усилвател с общ излъчвател:

Схемата по-долу представлява двустепенния транзисторен усилвател с общ режим на излъчване, където резисторът R се използва като товар, а кондензаторът C се използва като свързващ елемент между двата етапа на усилвателната верига.

Двустепенен усилвател с общ излъчвател RC

Двустепенен усилвател с общ излъчвател RC

Обяснение на веригата:

При вход AC. сигналът се прилага към основата на транзистора на 1улетап на RC свързан усилвател, от функционалния генератор, след това той се усилва през изхода на 1-ви етап. Това усилено напрежение се прилага към основата на следващия етап на усилвателя, през свързващия кондензатор Cout, където се усилва допълнително и се появява отново през изхода на втория етап.

Така последователните етапи усилват сигнала и общата печалба се повишава до желаното ниво. Много по-голямо усилване може да се получи чрез последователно свързване на редица усилвателни каскади.

Съпротивление-капацитет (RC) свързване в усилвателите са най-широко използвани за свързване на изхода на първия етап към входа (основата) на втория етап и така нататък. Този тип свързване е най-популярен, тъй като е евтин и осигурява постоянно усилване в широк диапазон от честоти.

Транзистор като усилватели

Докато знаете за различни схеми за RC свързани усилватели, е важно да знаете за основи на транзисторите като усилватели. Трите конфигурации на биполярните транзистори, които често се използват, са транзистор с обща база (CB), транзистор с общ емитер (CE) и транзистори с общ колектор (CE). Различни от транзистори, операционни усилватели може да се използва и за усилване.

  • Общ излъчвател конфигурацията обикновено се използва в приложението за усилвател на звука, тъй като общото излъчване има коефициент на усилване, който е положителен и също по-голям от единица. В тази конфигурация излъчвателят е свързан към земята и има висок входен импеданс. Изходният импеданс ще бъде среден. Повечето от тези видове транзисторни усилватели често се използват в RF комуникация и комуникации с оптични влакна (OFC).
  • Общата конфигурация на базата има печалба по-малка от единица. В тази конфигурация колекторът е свързан със земята. Имаме нисък изходен импеданс и висок входен импеданс в общата конфигурация на базата.
  • Общ колектор конфигурацията е известна още като последовател на излъчвателя тъй като входът, приложен към общия излъчвател, се появява през изхода на общия колектор. В тази конфигурация колекторът е свързан със земята. Той има нисък изходен импеданс и висок входен импеданс. Той има печалба, почти равна на единство.

Основни параметри на транзисторен усилвател

Трябва да вземем предвид следните спецификации, преди да изберем усилвателя. Един добър усилвател трябва да има всички следните спецификации:

  • Той трябва да има висок входен импеданс
  • Трябва да има висока стабилност
  • Трябва да има висока линейност
  • Трябва да има висока печалба и честотна лента
  • Трябва да има висока ефективност

Честотна лента:

Обхватът на честотата, който усилвателната схема може да усили правилно, е известен като честотна лента на този конкретен усилвател. Кривата по-долу представлява честотна характеристика на едноетапния RC свързан усилвател.

R C Свързан честотен отговор

R C Свързан честотен отговор

Кривата, която представлява вариацията на усилването на усилвател с честота, се нарича крива на честотната характеристика. Широчината на честотната лента се измерва между долната половина на мощността и горната половина на мощността Точката P1 е съответно по-ниска половина, а P2 е по-ниска половина. Добрият аудио усилвател трябва да има честотна лента от 20 Hz до 20 kHz, защото това е честотният диапазон, който се чува.

Печалба:

Коефициентът на усилване на усилвателя се определя като отношение на изходната мощност към входната мощност. Печалбата може да бъде изразена или в децибели (dB), или в цифри. Коефициентът на усилване представлява колко усилвателят е в състояние да усили подадения към него сигнал.

Уравнението по-долу представлява печалба в броя:

G = Pout / Pin

Където Pout е изходната мощност на усилвателя

Пинът е входната мощност на усилвател

Уравнението по-долу представлява печалба в децибел (DB):

Печалба в DB = 10log (Pout / Pin)

Коефициентът на усилване може също да бъде изразен в напрежение и ток. Коефициентът на усилване на напрежението е съотношението на изходното напрежение към входното напрежение, а коефициентът на усилване на тока е отношение на изходния ток към входния ток. Уравнението за усилване на напрежението и тока е показано по-долу

Коефициент на напрежение = изходно напрежение / входно напрежение

Коефициент на усилване = изходен ток / входен ток

Високо входно съпротивление:

Входният импеданс е импедансът, който се предлага от усилвателна верига, когато е свързан към източника на напрежение. Транзисторният усилвател трябва да има висок входен импеданс, за да се предотврати зареждането на източника на входно напрежение. Това е причината да имаме висок импеданс в усилвателя.

Шум:

Шумът се отнася до нежелани колебания или честоти, присъстващи в сигнал. Това може да се дължи на взаимодействието между два или повече сигнала, присъстващи в системата, неизправности на компонентите, конструктивни недостатъци, външни смущения или може би поради някои компоненти, използвани в усилвателната верига.

Линейност:

Казва се, че усилвателят е линеен, ако има някаква линейна връзка между входната мощност и изходната мощност. Линейността представлява равномерността на печалбата. На практика не е възможно да се получи 100% линейност, тъй като усилвателите използват активни устройства като BJT, JFET или MOSFET, които са склонни да губят печалба при високи честоти поради вътрешния паразитен капацитет. В допълнение към това, входните DC разделителни кондензатори задават по-ниска гранична честота.

Ефективност:

Ефективността на усилвателя представя как усилвателят може ефективно да използва захранването. И също така измерва колко мощност от захранването се преобразува доходно на изхода.

Ефективността обикновено се изразява в проценти и уравнението за ефективност се дава като (Pout / Ps) x 100. Където Pout е изходната мощност, а Ps е мощността, извлечена от захранването.

Транзисторният усилвател от клас А има 25% ефективност и осигурява отлично възпроизвеждане на сигнала, но ефективността е много ниска. Усилвателят от клас C има ефективност до 90%, но възпроизвеждането на сигнала е лошо. Клас AB стои между усилвателите клас A и клас C, така че често се използва в аудио усилвател приложения. Този усилвател има ефективност до 55%.

Скорост на убиване:

Скоростта на нарастване на усилвателя е максималната скорост на промяна на изхода за единица време. Той представя колко бързо изходът на усилвателя може да бъде променен в отговор на промяната във входа.

Стабилност:

Стабилността е способността на усилвателя да устои на трептенията. Обикновено проблеми със стабилността възникват по време на високочестотни операции, близо до 20 kHz в случай на аудио усилватели. Трептенията могат да бъдат с висока или ниска амплитуда.

Надявам се тази основна, но важна тема на електронни проекти е била покрита с достатъчно информация. Ето един прост въпрос за вас - За каква цел се използва обща конфигурация на колектора и защо?

Дайте отговорите си в раздела за коментари по-долу.