Vahvistus on prosessi, jolla lisätään signaalin voimakkuutta lisäämällä annetun signaalin amplitudia muuttamatta sen ominaisuuksia. RC-kytketty vahvistin on osa monivaiheista vahvistinta, jossa vahvistimien eri vaiheet on kytketty käyttämällä vastuksen ja kondensaattorin yhdistelmää. Vahvistinpiiri on yksi peruspiirit elektroniikassa.
Täysin transistoriin perustuva vahvistin tunnetaan periaatteessa transistorivahvistimena. Tulosignaali voi olla virtasignaali, jännitesignaali tai tehosignaali. Vahvistin vahvistaa signaalin muuttamatta sen ominaisuuksia ja lähtö on muunnettu versio tulosignaalista. Vahvistimien sovelluksia on laaja. Niitä käytetään pääasiassa ääni- ja videoinstrumenteissa, viestinnässä, ohjaimissa jne.
Yhden vaiheen yleinen emitterivahvistin:
Alla on esitetty yksivaiheisen yhteisen emitteritransistorivahvistimen kytkentäkaavio:
Yhden vaiheen yhteinen emitteri RC-kytketty vahvistin
Piirin selitys
Yksivaiheinen yhteinen emitteri RC-kytketty vahvistin on yksinkertainen ja alkeisvahvistinpiiri. Tämän piirin päätarkoitus on esivahvistus, joka on tehdä heikoista signaaleista riittävän voimakkaita jatkovahvistusta varten. Oikein suunniteltu RC-kytketty vahvistin voi tarjota erinomaiset signaaliominaisuudet.
Kondensaattori Cin sisääntulossa toimii suodattimena, jota käytetään estämään tasavirtajännite ja päästämään transistoriin vain vaihtojännite. Jos jokin ulkoinen tasajännite saavuttaa transistorin pohjan, se muuttaa esijännitysolosuhteita ja vaikuttaa vahvistimen suorituskykyyn.
R1- ja R2-vastuksia käytetään bipolaarisen transistorin oikean esijännityksen aikaansaamiseen. R1 ja R2 muodostavat esijännitysverkon, joka tarjoaa tarvittavan perusjännitteen transistorin passiivisen alueen käyttämiseksi.
Katkaisu- ja kyllästysalueen välinen alue tunnetaan aktiivisena alueena. Aluetta, jossa bipolaaritransistorin toiminta on kokonaan kytketty pois päältä, kutsutaan raja-alueeksi ja aluetta, jossa transistori on täysin kytketty päälle, kutsutaan kyllästysalueeksi.
Vastuksia Rc ja Re käytetään laskemaan Vcc: n jännite. Vastus Rc on kollektorivastus ja Re on emitterivastus. Molemmat valitaan siten, että molempien tulisi pudottaa Vcc-jännite 50% yllä olevaan piiriin. Lähettimen kondensaattori Ce ja emitterivastus Antaa negatiivisen palautteen piirin toiminnan vakauttamiseksi.
Kaksivaiheinen yleinen emitterivahvistin:
Alla oleva piiri edustaa kaksivaiheista yhteistä emitterimooditransistorivahvistinta, jossa vastusta R käytetään kuormana ja kondensaattoria C käytetään kytkentäelementtinä vahvistinpiirin kahden vaiheen välillä.
Kaksivaiheinen yhteinen emitteri RC-kytketty vahvistin
Piirin selitys:
Kun tulo AC. signaali syötetään 1: n transistorin pohjaanstRC-kytketyn vahvistimen vaihe, toimintageneraattorista, se vahvistetaan sitten 1. vaiheen ulostulon yli. Tämä vahvistettu jännite syötetään vahvistimen seuraavan vaiheen pohjaan kytkentäkondensaattorin Cout kautta, jossa se vahvistetaan edelleen ja ilmestyy uudelleen toisen vaiheen lähdön yli.
Siten peräkkäiset vaiheet vahvistavat signaalia ja kokonaisvahvistus nousee halutulle tasolle. Paljon suurempi vahvistus voidaan saada yhdistämällä useita vahvistinvaiheita peräkkäin.
Vahvistimien resistanssikapasitanssikytkentää (RC) käytetään yleisimmin ensimmäisen vaiheen lähdön liittämiseen toisen vaiheen tuloon (tukiasemaan) ja niin edelleen. Tämän tyyppinen kytkentä on suosituinta, koska se on halpaa ja tarjoaa jatkuvan vahvistuksen laajalla taajuusalueella.
Transistori vahvistimina
Vaikka tiedetään erilaisista piireistä RC-kytketyille vahvistimille, on tärkeää tietää transistoreiden perusteet vahvistimina. Kolme yleisesti käytettyjen bipolaaristen transistoreiden kokoonpanoa ovat yhteinen kantatransistori (CB), yhteinen emitteritransistori (CE) ja yhteinen kollektoritransistori (CE). Muut kuin transistorit, operatiiviset vahvistimet voidaan käyttää myös monistustarkoituksiin.
- Yhteinen säteilijä konfiguraatiota käytetään yleisesti äänivahvistinsovelluksessa, koska common-emitterin vahvistus on positiivinen ja myös suurempi kuin yhtenäisyys. Tässä kokoonpanossa emitteri on kytketty maahan ja sillä on suuri tuloimpedanssi. Lähtöimpedanssi on keskitasoinen. Suurinta osaa tällaisista transistorivahvistinsovelluksista käytetään yleisesti RF-viestintä ja valokuituyhteydet (OFC).
- Yhteisen peruskokoonpanon voitto on vähemmän kuin yhtenäisyys. Tässä kokoonpanossa kerääjä on kytketty maahan. Meillä on alhainen lähtöimpedanssi ja korkea tuloimpedanssi yhteisessä perusasetuksessa.
- Yhteinen keräilijä kokoonpano tunnetaan myös nimellä lähettäjän seuraaja koska yhteiseen emitteriin syötetty tulo näkyy yhteisen kerääjän ulostulossa. Tässä kokoonpanossa kerääjä on kytketty maahan. Sillä on pieni lähtöimpedanssi ja korkea tuloimpedanssi. Sen voitto on melkein yhtä suuri kuin yhtenäisyys.
Transistorivahvistimen perusparametrit
Meidän on otettava huomioon seuraavat eritelmät ennen vahvistimen valitsemista. Hyvällä vahvistimella on oltava kaikki seuraavat ominaisuudet:
- Sen tuloimpedanssin tulisi olla korkea
- Sen pitäisi olla erittäin vakaa
- Sillä on oltava korkea lineaarisuus
- Sen pitäisi olla suuri vahvistus ja kaistanleveys
- Sen on oltava korkea hyötysuhde
Kaistanleveys:
Taajuusalue, jonka vahvistinpiiri voi vahvistaa oikein, kutsutaan kyseisen vahvistimen kaistanleveydeksi. Alla oleva käyrä edustaa Taajuusvaste yksivaiheinen RC-kytketty vahvistin.
R C Yhdistetty taajuusvaste
Käyrää, joka edustaa vahvistimen vahvistuksen vaihtelua taajuudella, kutsutaan taajuusvastekäyräksi. Kaistanleveys mitataan alemman puolikkaan ja ylemmän puolen tehopisteen välillä. P1-piste on alempi puoliteho ja P2 on vastaavasti ylempi puoliteho. Hyvän audiovahvistimen kaistanleveyden on oltava 20 Hz - 20 kHz, koska se on kuultava taajuusalue.
Saada:
Vahvistimen vahvistus määritellään lähtötehon ja tulotehon suhteena. Vahvistus voidaan ilmaista joko desibeleinä (dB) tai numeroina. Vahvistus edustaa kuinka paljon vahvistin pystyy vahvistamaan sille annettua signaalia.
Seuraava yhtälö edustaa lukumäärän vahvistusta:
G = Pout / Pin
Missä Pout on vahvistimen lähtöteho
Tappi on vahvistimen tuloteho
Alla oleva yhtälö edustaa desibelien (DB) vahvistusta:
Vahvistus DB = 10log (Pout / Pin)
Vahvistus voidaan ilmaista myös jännitteenä ja virtana. Jännitteen vahvistus on lähtöjännitteen suhde tulojännitteeseen ja virran vahvistus on lähtövirran ja tulovirran suhde. Jännitteen ja virran vahvistuksen yhtälö on esitetty alla
Jännitteen vahvistus = lähtöjännite / tulojännite
Virran vahvistus = lähtövirta / tulovirta
Suuri tuloimpedanssi:
Tuloimpedanssi on impedanssi, jonka vahvistinpiiri tarjoaa, kun se on kytketty jännitelähteeseen. Transistorivahvistimella on oltava suuri tuloimpedanssi, jotta se ei lataudu tulojännitelähteeseen. Joten tämä on syy suurelle impedanssille vahvistimessa.
Melu:
Melu viittaa ei-toivottuun vaihteluun tai signaalissa esiintyviin taajuuksiin. Se voi johtua kahden tai useamman järjestelmässä olevan signaalin välisestä vuorovaikutuksesta, komponenttivioista, suunnitteluvirheistä, ulkoisista häiriöistä tai ehkä vahvistinpiirissä käytettyjen tiettyjen komponenttien ansiosta.
Lineaarisuus:
Vahvistimen sanotaan olevan lineaarinen, jos tulotehon ja lähtötehon välillä on lineaarinen suhde. Lineaarisuus edustaa vahvistuksen tasaisuutta. Käytännössä ei ole mahdollista saavuttaa 100% lineaarisuutta, koska vahvistimet käyttävät aktiivisia laitteita, kuten BJT: itä, JFET: itä tai MOSFET: itä, joilla on taipumus menettää vahvistusta suurilla taajuuksilla sisäisen loiskapasitanssin vuoksi. Tämän lisäksi DC-sisääntulokytkennän kondensaattorit asettavat pienemmän katkaisutaajuuden.
Tehokkuus:
Vahvistimen hyötysuhde edustaa sitä, kuinka vahvistin voi käyttää virtalähdettä tehokkaasti. Ja mittaa myös kuinka paljon virtalähteestä tulevaa tehoa muunnetaan tuottavasti lähdössä.
Tehokkuus ilmaistaan yleensä prosentteina ja hyötysuhteen yhtälö annetaan muodossa (Pout / Ps) x 100. Missä Pout on lähtöteho ja Ps on virtalähteestä saatu teho.
Luokan A transistorivahvistimella on 25%: n hyötysuhde ja se tuottaa erinomaisen signaalin toiston, mutta hyötysuhde on hyvin heikko. Luokan C vahvistimen hyötysuhde on jopa 90%, mutta signaalin toisto on huono. Luokka AB on luokan A ja luokan C vahvistimien välillä, joten sitä käytetään yleisesti äänivahvistin sovellukset. Tämän vahvistimen hyötysuhde on jopa 55%.
Käännösnopeus:
Vahvistimen kääntönopeus on lähdön suurin muutosnopeus aikayksikköä kohti. Se edustaa kuinka nopeasti vahvistimen lähtöä voidaan muuttaa vastauksena tulon muutokseen.
Vakaus:
Stabiilisuus on vahvistimen kyky vastustaa värähtelyjä. Yleensä vakausongelmia esiintyy suurtaajuisten operaatioiden aikana, lähellä vahvistinta 20 kHz. Värähtelyillä voi olla suuri tai matala amplitudi.
Toivon tämän perustavanlaatuisen mutta tärkeän aiheen sähköiset projektit on peitetty runsaasti tietoa. Tässä on yksinkertainen kysymys sinulle - mihin tarkoitukseen käytetään yleistä keräilykokoonpanoa ja miksi?
Anna vastauksesi alla olevassa kommenttiosassa.
