Wzmocnienie to proces zwiększania siły sygnału poprzez zwiększanie amplitudy danego sygnału bez zmiany jego charakterystyki. Wzmacniacz sprzężony RC jest częścią wielostopniowego wzmacniacza, w którym różne stopnie wzmacniaczy są połączone za pomocą kombinacji rezystora i kondensatora. Obwód wzmacniacza jest jednym z obwodów podstawowe obwody w elektronice.
Wzmacniacz całkowicie oparty na tranzystorze jest zasadniczo znany jako wzmacniacz tranzystorowy. Sygnał wejściowy może być sygnałem prądowym, sygnałem napięciowym lub sygnałem mocy. Wzmacniacz wzmocni sygnał bez zmiany jego charakterystyki, a wyjście będzie zmodyfikowaną wersją sygnału wejściowego. Zastosowania wzmacniaczy są szerokie. Stosowane są głównie w instrumentach audio i wideo, komunikacji, kontrolerach itp.
Wzmacniacz ze wspólnym emiterem jednostopniowym:
Schemat obwodu jednostopniowego wzmacniacza tranzystorowego ze wspólnym emiterem pokazano poniżej:
Jednostopniowy wzmacniacz sprzężony RC ze wspólnym emiterem
Objaśnienie obwodu
Jednostopniowy wzmacniacz sprzężony RC ze wspólnym emiterem jest prostym i elementarnym obwodem wzmacniacza. Głównym celem tego obwodu jest wstępne wzmocnienie, czyli wytwarzanie słabych sygnałów, aby były wystarczająco mocne do dalszego wzmocnienia. Prawidłowo zaprojektowany wzmacniacz sprzężony RC może zapewnić doskonałą charakterystykę sygnału.
Kondensator Cin na wejściu działa jak filtr, który jest używany do blokowania napięcia DC i dopuszcza tylko napięcie AC do tranzystora. Jeśli jakiekolwiek zewnętrzne napięcie prądu stałego osiągnie podstawę tranzystora, zmieni to warunki polaryzacji i wpłynie na działanie wzmacniacza.
Rezystory R1 i R2 służą do zapewnienia właściwego polaryzacji tranzystora bipolarnego. R1 i R2 tworzą sieć polaryzującą, która zapewnia niezbędne napięcie bazowe do sterowania nieaktywnym obszarem tranzystora.
Region między regionem odcięcia i nasycenia jest nazywany aktywnym regionem. Obszar, w którym praca tranzystora bipolarnego jest całkowicie wyłączony, nazywany jest obszarem odcięcia, a obszar, w którym tranzystor jest całkowicie włączony, nazywany jest obszarem nasycenia.
Rezystory Rc i Re służą do obniżenia napięcia Vcc. Rezystor Rc jest rezystorem kolektorowym, a Re jest rezystorem emiterowym. Oba są dobrane w taki sposób, aby oba obniżały napięcie Vcc o 50% w powyższym obwodzie. Kondensator emitera Ce i rezystor emitera Ponownie generuje ujemne sprzężenie zwrotne, aby zapewnić stabilniejszą pracę obwodu.
Dwustopniowy wzmacniacz ze wspólnym emiterem:
Poniższy obwód przedstawia dwustopniowy wzmacniacz tranzystorowy w trybie wspólnego emitera, w którym rezystor R jest używany jako obciążenie, a kondensator C jest używany jako element sprzęgający między dwoma stopniami obwodu wzmacniacza.
Dwustopniowy wzmacniacz sprzężony ze wspólnym emiterem RC
Objaśnienie obwodu:
Gdy wejście AC. sygnał jest doprowadzany do bazy tranzystora 1śwStopień wzmacniacza sprzężonego RC z generatora funkcji jest następnie wzmacniany na wyjściu pierwszego stopnia. To wzmocnione napięcie jest doprowadzane do podstawy następnego stopnia wzmacniacza, przez kondensator sprzęgający Cout, gdzie jest dalej wzmacniane i pojawia się ponownie na wyjściu drugiego stopnia.
W ten sposób kolejne stopnie wzmacniają sygnał, a całkowite wzmocnienie jest podnoszone do pożądanego poziomu. Znacznie większe wzmocnienie można uzyskać, łącząc kolejno kilka stopni wzmacniacza.
Sprzężenie rezystancyjno-pojemnościowe (RC) we wzmacniaczach jest najczęściej stosowane do łączenia wyjścia pierwszego stopnia z wejściem (podstawą) drugiego stopnia i tak dalej. Ten typ sprzężenia jest najbardziej popularny, ponieważ jest tani i zapewnia stałe wzmocnienie w szerokim zakresie częstotliwości.
Tranzystor jako wzmacniacze
Wiedząc o różnych obwodach dla wzmacniaczy sprzężonych RC, ważne jest, aby o tym wiedzieć podstawy tranzystorów jako wzmacniacze. Trzy konfiguracje powszechnie stosowanych tranzystorów bipolarnych to wspólny tranzystor bazowy (CB), wspólny tranzystor emiterowy (CE) i wspólny tranzystor kolektorowy (CE). Inne niż tranzystory, wzmacniacze operacyjne może być również używany do celów amplifikacji.
- Wspólny emiter Konfiguracja jest powszechnie używana w aplikacji wzmacniacza audio, ponieważ wspólny emiter ma wzmocnienie, które jest dodatnie, a także większe niż jedność. W tej konfiguracji emiter jest podłączony do masy i ma wysoką impedancję wejściową. Impedancja wyjściowa będzie średnia. Większość tego typu zastosowań wzmacniaczy tranzystorowych jest powszechnie stosowana w Komunikacja radiowa oraz komunikacja światłowodowa (OFC).
- Wspólna konfiguracja podstawowa daje zysk mniejszy niż jedność. W tej konfiguracji kolektor jest podłączony do ziemi. Mamy niską impedancję wyjściową i wysoką impedancję wejściową we wspólnej konfiguracji podstawowej.
- Wspólny kolekcjoner konfiguracja jest również znana jako zwolennik emitera ponieważ wejście zastosowane do wspólnego emitera pojawia się na wyjściu wspólnego kolektora. W tej konfiguracji kolektor jest podłączony do ziemi. Ma niską impedancję wyjściową i wysoką impedancję wejściową. Ma zysk prawie równy jedności.
Podstawowe parametry wzmacniacza tranzystorowego
Przed wyborem wzmacniacza musimy wziąć pod uwagę następujące specyfikacje. Dobry wzmacniacz musi mieć wszystkie poniższe specyfikacje:
- Powinien mieć wysoką impedancję wejściową
- Powinien mieć wysoką stabilność
- Musi mieć wysoką liniowość
- Powinien mieć duże wzmocnienie i przepustowość
- Musi mieć wysoką wydajność
Pasmo:
Zakres częstotliwości, który obwód wzmacniacza może prawidłowo wzmacniać, nazywany jest szerokością pasma tego konkretnego wzmacniacza. Poniższa krzywa przedstawia Pasmo przenoszenia jednostopniowego wzmacniacza sprzężonego RC.
Odpowiedź częstotliwościowa sprzężona R C
Krzywa, która przedstawia zmianę wzmocnienia wzmacniacza wraz z częstotliwością, nazywana jest krzywą odpowiedzi częstotliwościowej. Szerokość pasma jest mierzona między dolną połową mocy a górną połową mocy. Punkt P1 to odpowiednio dolna połowa mocy, a P2 to odpowiednio górna połowa mocy. Dobry wzmacniacz audio musi mieć szerokość pasma od 20 Hz do 20 kHz, ponieważ taki zakres częstotliwości jest słyszalny.
Zdobyć:
Wzmocnienie wzmacniacza definiuje się jako stosunek mocy wyjściowej do mocy wejściowej. Wzmocnienie można wyrazić w decybelach (dB) lub liczbowo. Wzmocnienie określa, jak bardzo wzmacniacz jest w stanie wzmocnić przekazany mu sygnał.
Poniższe równanie przedstawia wzrost liczby:
G = Pout / Pin
Gdzie Pout to moc wyjściowa wzmacniacza
Pin to moc wejściowa wzmacniacza
Poniższe równanie przedstawia przyrost w decybelach (DB):
Zysk w DB = 10log (Pout / Pin)
Wzmocnienie można również wyrazić napięciem i prądem. Wzrost napięcia to stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego, a przyrost prądu to stosunek prądu wyjściowego do prądu wejściowego. Równanie wzmocnienia napięcia i prądu pokazano poniżej
Wzrost napięcia = napięcie wyjściowe / napięcie wejściowe
Wzmocnienie prądu = prąd wyjściowy / prąd wejściowy
Wysoka impedancja wejściowa:
Impedancja wejściowa to impedancja oferowana przez obwód wzmacniacza, gdy jest on podłączony do źródła napięcia. Wzmacniacz tranzystorowy musi mieć wysoką impedancję wejściową, aby nie obciążał źródła napięcia wejściowego. To jest powód, dla którego wzmacniacz ma wysoką impedancję.
Hałas:
Hałas odnosi się do niepożądanych fluktuacji lub częstotliwości obecnych w sygnale. Może to być spowodowane interakcją między dwoma lub więcej sygnałami obecnymi w systemie, awariami komponentów, wadami konstrukcyjnymi, zakłóceniami zewnętrznymi lub może z powodu niektórych komponentów używanych w obwodzie wzmacniacza.
Liniowość:
Mówi się, że wzmacniacz jest liniowy, jeśli istnieje liniowa zależność między mocą wejściową a mocą wyjściową. Liniowość reprezentuje płaskość wzmocnienia. Praktycznie nie jest możliwe uzyskanie 100% liniowości, ponieważ wzmacniacze używają aktywnych urządzeń, takich jak tranzystory BJT, JFET lub MOSFET, które mają tendencję do utraty wzmocnienia przy wysokich częstotliwościach z powodu wewnętrznej pojemności pasożytniczej. Oprócz tego, wejściowe kondensatory odsprzęgające DC ustawiają niższą częstotliwość odcięcia.
Wydajność:
Sprawność wzmacniacza przedstawia, w jaki sposób wzmacniacz może efektywnie wykorzystywać zasilacz. A także mierzy, ile mocy z zasilacza jest konwertowane na wyjściu.
Sprawność jest zwykle wyrażana w procentach, a równanie na wydajność podaje się jako (Pout / Ps) x 100. Gdzie Pout to moc wyjściowa, a Ps to moc pobierana z zasilacza.
Wzmacniacz tranzystorowy klasy A ma 25% sprawność i zapewnia doskonałą reprodukcję sygnału, ale sprawność jest bardzo niska. Wzmacniacz klasy C ma wydajność do 90%, ale reprodukcja sygnału jest zła. Klasa AB znajduje się pomiędzy wzmacniaczami klasy A i klasy C, więc jest powszechnie stosowana w wzmacniacz dźwięku Aplikacje. Ten wzmacniacz ma sprawność do 55%.
Szybkość opadania:
Szybkość narastania wzmacniacza to maksymalna szybkość zmian mocy wyjściowej na jednostkę czasu. Pokazuje, jak szybko można zmienić wyjście wzmacniacza w odpowiedzi na zmianę na wejściu.
Stabilność:
Stabilność to zdolność wzmacniacza do przeciwstawiania się oscylacjom. Zwykle problemy ze stabilnością występują podczas operacji na wysokich częstotliwościach, bliskich 20 kHz w przypadku wzmacniaczy audio. Oscylacje mogą mieć dużą lub niską amplitudę.
Mam nadzieję, że ten podstawowy, ale ważny temat projekty elektroniczne został objęty obszernymi informacjami. Oto proste pytanie - w jakim celu używana jest wspólna konfiguracja kolektora i dlaczego?
Podaj swoje odpowiedzi w sekcji komentarzy poniżej.
