Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Күшейткіштің жұмыс істеу принципі

Кіріспе

Электрлік сигналдарды күшейту үшін биполярлық транзисторда және интегралдық микросхемалар кеңінен қолданылады. Ол күшейткіштер өте әлсіз электрлік сигналдарды күшейтуге мүмкіндік береді. Транзистор арқылы аса үлкен күшейтуге жету үшін бірнеше күшейткіш каскадтары қолданылады. Бір транзистордан немесе күшейткіш элементтен және оған қарасты байланыс элементтерінен тұратын күшейткішті каскад деп атайды. Күшейту процессі деп қоректкену көзінің энергиясын күшейткіштің сыртқы сигналының энергиясына түрлендіруді айтамыз. Бұл процессті басқару күшейткіш элементіне немесе транзисторға әсер ететін кірмелік сигнал арқылы жүргізеді. Шығыс сигнал кіріс сигналдың функциясы болып табылады. Сонымен қатар, транзистормен күшейтілген сигналдың қуаты оның кірмейтіндегі күшейтілетін сигналдың қуатынан қоректену көзінің энергиясының арасында әлдеқайда артық болады. Сонымен, электрондық күшейткіштер электрлік сигналдарды олардың пішімін өзгертпей, қоректену көзінің энергиясының көмегімен қуатты ұлғайту арқылы күшейтетін құрылғыны айтады. Транзисторлық күшейткіштің электрондық деп аталу себебі, транзистордың жұмыс істеу принципі шала өткізгіштердің ішінде жүріп жататын электрондық процесске тікелей байланысты болуында.

Күшейткіштерді екі топқа бөліп қарастыруға болады:

Гармоникалық сигналдардың күшейткіштері - бұл әр түрлі шамадағы және пішіндегі гармоникалық, квазл гармоникалық, яғни кезеңдік сигналдарды күшейтуге арналған күшейткіштер. Мұндай күшейткіштерге микрофондық, трансляциялық және магнитофондық күшейткіштер күйтабақтарын орнату құбылысының күшейткіштері, көптеген өлшеуіш аппараттарының күшейткіштері және т.б. жатады.
Импульстік сигналдардың күшейткіштері әр түрлі шамадағы және пішіндегі периодты және периодты емес сигналдарды күшейтуге арналған. Импульсті күшейтуге: байланыс жүйелерінің импульстік күшейткіштері теледидарды бейнелеу сигналдарының импульстік радиолокациялық құрылғылардың электронды есептеу техникасы тетістерінің реттеу және басқару жүйелерінің күшейткіштері жатады.

Күшейтілген жиіліктерінің абсолюттік мәндеріне және жиілік жолағының ауқымына байланысты күшейткіштер мынадай түрлерге бөлінеді:

1.Тұрақты ток күшейткіштері

2.Төменгі жиілік күшейткіштері

3.Жоғары жиілік күшейткіштері

4.Кең жолақты және импульсті күшейткіштер

Ортақ базалы схема кірістік кернеудің оң мәнді өсімшесі эмиттер тогын көбейтеді. Ал, ол коллектор тогының шығыстық кернеудің өсуіне әкеп соғады және мұнда орталық база схемасында кірістік кернеу көзі эмиттер - база тізбегіне, ал жүктемемен қоректендіру көзі коллектор – база тізбегіне қосылады, ортақ – база схемасының кірістік кедергісі аз болады. Себебі эмиттерлік ауысу тура бағытта қосылады.

Ортақ эмиттер схемасында кірістік кернеу көзі эмиттер – база тізбегіне қосылған. Ал, жүктемемен қоректендіру көзі эмиттер – коллектор тізбегіне қосылған. Сондықтан эмиттер кірістік және шығыстық тізбектеріне ортақ электрод болып табылады.

Ортақ коллектор схемасында кірістік кернеу көзі база тізбегіне, ал қоректендіру көзі және жүктеме кедергісі эмиттер тізбегіне қосылады. Кірістік ток болып, база тогы шығыстық эмиттер тогы болып табылады. Схема үшін күшейту коэффициенті анықталады. Ортақ коллектор схемасы жеке күшейту каскадтарын бірімен – бірін, сигнал көзін немесе жүктемені күшейткішпен сәйкестендіру үшін пайдаланылады.

2.Күшейткіштің жұмыс істеу принципі

Күшейткіштерде транзистордың ортақ эмиттермен қосылу схемасы қолданылады. Өйткені бұл схеманың қуат бойынша ең жоғарғы күшейту мүмкіндігі бар. Бұл жағдайда транзистордың шығыс электродына (коллекторға) жүктеме кедергісі , ал кіріс тізбегіне (база эмиттер арасына) ЭҚК-і кірмелік сигнал көзі қосылады.

Бұл схемада транзистордың коллектор тогы мен кернеуінің арасында байланыс бар.

Транзистордың мұндай жұмыс режимін динамикалық деп атайды, ал жүктемелік кедергісі бар транзистордың шығыстағы токтары мен кернеулері арасындағы байланысты анықтайтын сипаттамаларды да, динамикалық деп атайды. Динамикалық сипаттамаларды транзистордың статикалық сипаттамалар тобы арқылы коллектор ток көзі кернеулерімен жүктеме кедергісінің берілген мәндерімен тұрғызылады.

Ол үшін тік сызық теңдеуі болып табылатын өрнегін пайдаланамыз. = 0 деп аламыз. деп алса, .

Сол алынған нүктелер арқылы жүктемелік тік сызығы деп аталатын АВ тік сызығын жүргіземіз. Динамикалық шығыс сипаттаманы пайдалана отырып, қандай да болмасын коллектор тогы үшін, оған сәйкес келетін коллектордағы кернеу мен кіру тізбегіндегі токты табуға болады.

Транзистордың базасындағы кернеуді (кіріс кернеуді) анықтау үшін транзистордың анықтамаларында берілген статикалық кіріс сипаттамаларды қолданады. Өйткені транзистордың динамикалық кіріс сипаттамаларының статикалық кіріс сипаттамаларынан айырмасы аз. Транзистордың динамикалық шығыс сипаттамасынан коллектор тогы ге сәйкес келетін тогы табылады. Содан кейін транзистордың кірмелік сипаттамасынан осы токқа сәйкес кернеу табылады. Ығысу көзі - мен анықталатын берілген база тогындағы жүктемелік тіке сызықтың статикалық сипаттама қисығымен қиылысып өтетін нүктесін жұмыс нүктесі деп атайды,ал оның жүктемелік тіке сызықтағы алғашқы орнын тыныштық нүктесі – О деп атайды.Тыныштық нүктесі шығыс коллектор тізбегінің тыныштық тогымен тыныштық кернеуді анықтайды. Егер транзистордың шығыс тізбегіне сыртқы жүктемені қоссақ, онда айнымалы ток бойынша коллекторлық жүктеменің жалпы кедергісі

Және айнымалы токтың жүктемелік тік сызығын бұрышымен тыныштық нүктесі арқылы жүргізіледі (үзік сызық). Жүктеме сызығының NF бөлігі шегінен тыныштық нүктесі О (N) шығып кетпейтін транзистордың жұмыс режимін сызықтық немесе күшейткіштік режим деп атайды. Сонымен қатар, жұмыс нүктесінің орнын таңдау кірмелік айнымалы сигналдың амплитудасыннан, түрінен және полярлығына тәуелді түрде жүргізіледі. Осыған байланысты күшейткіш каскадтың 3 негізгі жұмыс режимін айырады. Олар: А, В және С класстар режимдері. А класы режимінде жұмыс нүктесінің алғашқы орнын жүктемелік тіке сызықтың ортасынан таңдайды, бұл жағдайда базалық (кіріс) токтың өзгеруіне коллекторлық (шығыс) токтың пропорционал өзгеруі сәйкес келеді, ал оның кіріс сигналының қос жақты амплитудасының өзгеруінің әсерінен пайда болатын ығысуы осы бөлікпен шектеледі. Бұл бөлік шығыстық сипаттамада NF сызығымен , ал кіріс жақта сызығымен көрсетілген. Яғни, шығыс коллекторлық ток күшейтілетін сигналдың бүкіл периоды кезінде жүріп жатады да, сыртқы тізбекті сигналдың тегіс периоды бойынша өзгеруін айтамыз. Жұмыс нүктесі динамикалық кіріс сипаттамасының тіке сызықты бөлігінен шықпайтындықтан күшейткіш беретін сызықтық емес бұрмалаулар аз болады. Бірақ күшейткіштің ПӘК –і өте кішкентай, себебі, жүктемеге беретін пайдалы қуат амплитудасы коллекторлық токтың айнымалы құрамасымен анықталады, ал ол қоректену көзінен алынатын қуатымен анықталатын тұрақты құрамдасы әлдеқайда кіші. Әдетте, алдын ала күшейтілетін күшейткіштер ретінде немесе кішкене қуатты ақырғы каскадтар ретінде қолданылатын А класс режимінде күшейткіштің ПӘК –і 20 - 30% - дан аспайды.

В класс режимінде жұмыс нүктесінің бастапқы орны динамикалық сипаттамадан - ға жақын коллектор тогы мәнінде таңдап алынады. Сондықтан да айнымалы кіріс сигналдың бар кезінде коллектор тогының амплитудасының айнымалы құрастырушысы сигналдың ток жарты периодты аралығында өтеді. Ал периодтың 2-ші жартысында транзистор жабық.

Күшейтілетін сигнал жоқ кезде, коллектор тогының тұрақты құрастырушысы 0-ге жақын болғандықтан бұл режим үнемді және 2 тактілі үлкен қуатты күшейткіштерде қолданылады. Бұл режимнің кемшілігі – сызықтық емес бұрмалау мәнінің күшейткіште өте үлкен болуы.

С класы 3- ші режим болып есептелінеді. Бұл режим жұмыс нүктесі болатын динамикалық сипаттамадағы кернеу осінен алынады.

Басқаша айтқанда, транзистор тогы 0- ге тең, ал коллектор кернеуі үлкен болатын транзисторды тиып тастау режимі деп аталатын режимде жұмыс істейді. Бұл режим өте үнемді, ПӘК- і 85% -ға дейін жетеді, себебі күшейтілетін сигнал жоқ кезде транзистор қуатты өте аз пайдаланады.

3.Күшейткіштің шығу каскадын есептеу.

Күшейткішті күшейту коэффициентінің төменгі және жоғары шекті жиіліктерде кішіреюін жиіліктік бұрмалау деп атайды. Іс жүзінде қолданылатын күшейткіштерде шығысындағы кернеуде кірмесіндегі кернеуден түрі бойынша айырмасы болады. Шығыс кернеудің қандай да болмасын түрінің өзгеруін күшейткіш арқылы болатын бұрмалаулар деп атайды. Сызықтық емес және сызықтық бұрмалаулар бар. Сызықтық емес бұрмалаулар деп күшейткіш элементтің (транзистор) вольт-амперлік сипаттамасының түзу сызықты еместігінен шығыс сигналда жаңа гармоникалық құрамалардың пайда болуынан туатын шығыс кернеудің түрінің өзгеруін айтады. Сызықтық емес бұрмалаулар шығыс сигналдың түрінің гармоникалық сигналдан айырмашылығын сипаттайтын гармоника коэффициентімен бағаланады() . Бұл коэффициент күшейткіштің шығыс сигналының біріншісінен басқа барлық гармоникаларының қосындысының орташа квадратикалық шамасының бірінші гармониканың орташа квадратикалық қатынасымен анықталады. Сызықтық бұрмалауларды жиіліктік және фазалық бұрмалаулар деп бөледі. Жиіліктік бұрмалауды бұрмалау коэффициенті бағалайды.

Фазалық бұрмалау деп жеке гармоникалық құрастырушылардың уақыт бойынша әр түрлі ығысуының нәтижесінде туатын шығыс кернеудің түрінің өзгеруін айтамыз.

Шығу каскадтың схемасы

Негізгі деректер:

1.Жалпы қуат ............................................................. 16 Вт

2.Жалпы кедергі ......................................................... 11 Ом

3.Температураның тұрақсыз коэффициенті ............ S 5

4.Максималды температура....................................... 47

5.Жалпы жиілік .......................................................... 110 Гц

Транзистордың коллектордағы рұқсат етілген қуатының шашырауынан байланысты таңдап алынады:

Вт

КТ 817А (Si, n – p – n,

КТ 817Б (Si, n – p – n,

Қоректену көзінің кернеуін келесі шарттардан аламыз:

1В;

1,18 А

Теріс кері байланысты ескермегенде, үшінші гармоникалық бұрмалаудың коэффициенті:

Кері байланыстың тереңдігі:

резисторлардың кедергілерін тең деп аламыз:

- бөлгіш токы

Стандарт бойынша

Каскадтың кіріс кедергісі:

- айналмалы токтағы бөлшектің кедергісі

Ом

Транзистордың орташа кіру өткізгіштігі:

Каскадтың кіру сигналының кернеу мен токтың амплитудасы:

Бөлгіш конденсатордың сыйымдылығы:

- жиіліктік бұрмалау коэффициенті

= 0,707 (тұрақты шама)

1.Күшейткіштің құрылымын таңдау.

Бір транзистордан немесе күшейткіш элементтен және оған қарасты байланыс элементтерінен тұратын күшейткішті каскад деп атайды.

Күшейту процессі деп қоректену көзінің энергиясын күшейткіштің сыртқы сигналының энергиясына түрлендіруді айтады.

Бұл схема көпкасадты күшейткіш болып табылады. Себебі мұнда 5 транзистор () қолданылған. Транзистор күшейткішті басқарушы элемент болып табылады. Және мұнда 10 конденсатор жалғанған. () – сүзгі болып табылады. 17 резистор жалғанған, кедергілер, жүктеме ретінде ( ) қолданылады. 2 диод () - түзеткіш ретінде қолданылған.

Негізгі деректер

1.Жалпы кедергі ......................................................... Ом

2.Жалпы кернеу ......................................................... В

3.Жалпы ток ............................................................... мА

Вт

КТ 602А (n – p – n, Si, Вт)

Ом

Транзистордың кіріс тізбегінің кедергісі:

бөлгіштердің йықтарының кедергілерін келесі шарттардан табамыз:

41650

Ом

Температураның тұрақтандыру шартын орындау керек:

41,65 КОм

41,65 КОм 400 КОм

Кернеу күшейту коэффициентін табамыз:

бөлгіш сыйымдылықтардың мәндері

4.Эмиттерлік кернеу қайталағышты есептеу

Кернеу қайталағыштарын, әдетте күшейткіш каскадты кері байланыс тізбегі бойынша кернеуді беру коэффициенті тең болатын терең кері байланыспен қамту арқылы құрады. Кернеу қайталағышына тән көрсеткіштерін алу үшін тізбекті түрдегі кернеу бойынша теріс кері байланысты пайдаланады. Қарапайым кернеу қайталағыштары ретінде биполярлық транзисторда ортақ коллектормен (ОК) қосылған, ал өрістік транзисторларда ортақ құймамен (ОҚ) қосылған каскадтарды қолданады. Мұның біріншісі эмиттерлік қайталағыш деп, екіншісі, бастаулық қайталағыш деп аталады. Кернеу қайталағышы (КҚ) күшейткіш каскадтар арасында үйлестіруші элемент ретінде жиі қолданылады. Өйткені оның мынадай жақсы қасиеттері бар: кірісіне берілген сигналды амплитудасы пішіні бойынша өзгертпей шығысына береді; кіріс кедергісі үлкен, сондықтан алдыңғы каскадты тұйықтамайды, шығыс кедергісі кішкентай болғандықтан келесі каскадпен жақсы үйлеседі. Кернеу қайталағыштарын қосқанда құрылғының жүктемелік қабілеті айтарлықтай ұлғаяды. Олар импульстік сигналдарды төмен омды, соның ішінде сыйымдылықтың жүктемеге, ішкі үлкен кедергісі бар бастаудан беру үшін қолданылады. Бұл жағдайда қайталағыштың кішкене шығыс кедергісі оның шығысында импульс фронтының, тіпті жүктеменің салыстырмалы үлкен сыйымдылығы болса да, тез көтерілуін қамтамасыз етеді. Кернеу қайталағышының ауқымды динамикалық диапазоны үлкен амплитудалы импульстарды шамалы сызықтық емес бұрмалауларды беріп жіберуді қамтамасыз етеді, ал кішкене кіріс өткізгіштігі сызықтық бұрмалаулардың деңгейін айтарлықтай кішірейтуге мүмкіндік береді.

5.Бірінші каскадты алдын ала күшейтуді есептеу.

Схемада конденсаторы тұрақты ток бойынша схеманың кірісін сигнал көзінен бөліп айырып тұратын конденсатор, коллектор жүктемесі, база кедергісі. Жұмыс нүктесінің ОА бастапқы орны кірме және шығыс тізбектерінде токтар ( және кернеулер ( тұрақты құрастырушылардың жиынтығымен анықталады. Көрсетілген схемадағы режим тұрақты ток бойынша және резисторларының көмегімен қойылады. Жүктеме сызығының жұмыс нүктесін база , тогының бастапқы фиксацияланған мәнімен анықтайды. Бұл ток формуладан табылады. . Мұндағы, - мәні кішкентай болғандықтан оны 0 – ге жақын деп аламыз. Сонда .

Базаның тогы тұрақты мен сыртқы шамаларға байланысты емес. Яғни транзистордың ішкі көрсеткіштеріне тәуелді емес, сондықтан ол тұрақты болады. Осыған байланысты транзистордың жұмыс режимін қамтамасыз ететін бұл әдіс фиксацияланған база тогымен ығысу схемасы деп аталады. Бірақ бұл схема сирек қолданылады.

Негізгі деректер

1.Жалпы кедергі .........................................................

2.Жалпы кернеу ..........................................................

3.Каскадтың күшейту коэффициенті .......................

КТ 602А (n - p - n,

Фильтрдің кедергісіндегі кернеудің құлауын қабылдаймыз:

Бөлгішке берілген кернеуді табамыз:

Транзистордың кіру тізбегінің кедергісі

- табамыз:

- эмиттерге жалғанған кедергіні табамыз:

Тыныштық күйіндегі базаның кернеуі

Тізбектегі базаның бөлгішінің тогын анықтаймыз:

– фильтердің кедергісін табамыз:

табу үшін коллектордан шығыс тізбегінен Кирхгофтың ІІ заңын табамыз:

Каскадтың кіру кедергісін табамыз:

Каскадтың шығыс кедергісін табамыз:

Каскадтың кернеу бойынша күшейту коэффициенті

Ток күші мен қуаттың күшейту коэффициентін табамыз:

Қорытынды

Қорыта келгенде, бұл күшейткіштер өте әлсіз электрлік сигналдарды күшейтуге мүмкіндік береді. Транзистор арқылы аса үлкен күшейтуге жету үшін бірнеше күшейткіш каскадтарды қолданады. Бір транзистордан немесе күшейткіш элементтен және оған қарасты байланыс элементтерінен тұратын күшейткішті каскад деп атайды.

Күшейту процессі деп қоректену көзінің энергиясын күшейткіштің сыртқы сигналының энергиясына түрлендіруді айтады. Бұл процесс басқару күшейткіш элементіне немесе транзисторға әсер ететін кірмелік сигнал арқылы жүргізіледі. Транзисторлық күшейткіштің электрондық деп аталу себебі, транзистордың жұмыс істеу принципі шала өткізгіштердің ішінде жүріп жататын электрондық процестерге тікелей байланысты болуында.

Пайдаланылған әдебиеттер:

С.Б.Балабатыров «Электротехниканың теориялық негіздері»

А.В.Перышкин «Жалпы физика курсы»

В.Е.Китаев, Л.О.Шляпинтох «Электротехника және өнеркәсіптік электроника негіздері»

И.В.Савельев «Жалпы физика курсы» І том