L'amplificador de baixa freqüència (en endavant, ULF) és un dispositiu electrònic dissenyat per amplificar les oscil·lacions de baixa freqüència a les que el consumidor necessita. Es poden realitzar sobre diversos elements electrònics com diferents tipus de transistors, tubs o amplificadors operacionals. Tots els ULF tenen una sèrie de paràmetres que caracteritzen l'eficàcia del seu treball.
Aquest article parlarà de l'ús d'aquest dispositiu, els seus paràmetres, els mètodes de construcció amb diversos components electrònics. També es tindrà en compte els circuits dels amplificadors de baixa freqüència.
aplicació ULF
ULF s'utilitza més sovint en equips de reproducció de so, perquè en aquest camp de la tecnologia sovint és necessari amplificar la freqüència del senyal fins a la que el cos humà pot percebre (de 20 Hz a 20 kHz).
Altres aplicacions ULF:
- tecnologia de mesura;
- defectoscòpia;
- informàtica analògica.
En general, els amplificadors de baix es troben com a components de diversos circuits electrònics, com ara ràdios, dispositius acústics, televisors o transmissors de ràdio.
Paràmetres
El paràmetre més important per a un amplificador és el guany. Es calcula com la relació entre la sortida i l'entrada. Segons el valor considerat, distingeixen:
- guany actual=corrent de sortida / corrent d'entrada;
- guany de tensió=tensió de sortida/tensió d'entrada;
- guany de potència=potència de sortida/potència d'entrada.
Per a alguns dispositius, com els amplificadors operacionals, el valor d'aquest coeficient és molt gran, però és inconvenient treballar amb nombres massa grans (i també massa petits) en els càlculs, de manera que els guanys sovint s'expressen en forma logarítmica. unitats. Per això s'apliquen les fórmules següents:
- guany de potència en unitats logarítmiques=10logaritme del guany de potència desitjat;
- guany actual en unitats logarítmiques=20logaritme decimal del guany actual desitjat;
- guany de tensió en unitats logarítmiques=20logaritme del guany de tensió desitjat.
Els coeficients calculats d'aquesta manera es mesuren en decibels. Nom abreujat - dB.
El següent paràmetre importantamplificador - coeficient de distorsió del senyal. És important entendre que l'amplificació del senyal es produeix com a resultat de les seves transformacions i canvis. No és el fet que sempre aquestes transformacions es produeixin correctament. Per aquest motiu, el senyal de sortida pot diferir del senyal d'entrada, per exemple, en la forma.
Els amplificadors ideals no existeixen, de manera que la distorsió sempre està present. És cert que en alguns casos no superen els límits permesos, mentre que en d' altres sí. Si els harmònics dels senyals a la sortida de l'amplificador coincideixen amb els harmònics dels senyals d'entrada, aleshores la distorsió és lineal i es redueix només a un canvi d'amplitud i fase. Si apareixen nous harmònics a la sortida, aleshores la distorsió no és lineal, perquè provoca un canvi en la forma del senyal.
En altres paraules, si la distorsió és lineal i hi havia un senyal "a" a l'entrada de l'amplificador, la sortida serà un senyal "A" i, si no és lineal, el La sortida serà un senyal "B".
L'últim paràmetre important que caracteritza el funcionament de l'amplificador és la potència de sortida. Varietats de potència:
- Puntificat.
- Soroll del passaport.
- Màxim a curt termini.
- Màxim a llarg termini.
Els quatre tipus estan estandarditzats per diversos GOST i estàndards.
Amplificadors
Històricament, els primers amplificadors es van crear amb tubs de buit, que pertanyen a la classe dels dispositius de buit.
En funció dels elèctrodes situats a l'interior del matràs hermètic, es distingeixen les làmpades:
- díodes;
- triodes;
- tetrodes;
- pentodes.
Màximel nombre d'elèctrodes és vuit. També hi ha dispositius d'electrobuit com els klystrons.
Amplificador de triode
Primer de tot, val la pena entendre l'esquema de canvi. A continuació es mostra una descripció del circuit amplificador de triode de baixa freqüència.
El filament que escalfa el càtode s'activa. També s'aplica tensió a l'ànode. Sota l'acció de la temperatura, els electrons són expulsats del càtode, que es dirigeixen cap a l'ànode, al qual s'aplica un potencial positiu (els electrons tenen un potencial negatiu).
Una part dels electrons és interceptada pel tercer elèctrode: la xarxa, a la qual també s'aplica tensió, només alternant. Amb l'ajuda de la xarxa, es regula el corrent de l'ànode (el corrent del circuit en conjunt). Si s'aplica un gran potencial negatiu a la xarxa, tots els electrons del càtode s'hi assentaran i no hi passarà cap corrent a través del llum, perquè el corrent és un moviment dirigit d'electrons i la xarxa bloqueja aquest moviment.
El guany de la làmpada ajusta la resistència que està connectada entre la font d'alimentació i l'ànode. Estableix la posició desitjada del punt de funcionament en la característica corrent-tensió, de la qual depenen els paràmetres de guany.
Per què és tan important la posició del punt d'operació? Perquè depèn de la quantitat de corrent i tensió (i, per tant, potència) que s'amplificaran al circuit de l'amplificador de baixa freqüència.
El senyal de sortida de l'amplificador de triode s'obté de l'àrea entre l'ànode i la resistència connectada al davant.
Amplificador activatklystron
El principi de funcionament d'un amplificador de klystron de baixa freqüència es basa en la modulació del senyal primer en velocitat i després en densitat.
El klystron està disposat de la següent manera: el matràs té un càtode escalfat per un filament i un col·lector (anàleg a l'ànode). Entre ells hi ha els ressonadors d'entrada i sortida. Els electrons emesos pel càtode són accelerats per una tensió aplicada al càtode i es dirigeixen cap al col·lector.
Alguns electrons es mouran més ràpid, d' altres més lents; així és com es veu la modulació de velocitat. A causa de la diferència de velocitat de moviment, els electrons s'agrupen en feixos: així es manifesta la modulació de la densitat. El senyal de densitat modulada entra al ressonador de sortida, on crea un senyal de la mateixa freqüència, però de major potència que el ressonador d'entrada.
Resulta que l'energia cinètica dels electrons es converteix en l'energia d'oscil·lacions de microones del camp electromagnètic del ressonador de sortida. Així és com s'amplifica el senyal al klystron.
Característiques dels amplificadors d'electrobuit
Si comparem la qualitat del mateix senyal amplificat per un dispositiu de tub i ULF en transistors, la diferència serà visible a simple vista i no a favor d'aquest últim.
Qualsevol músic professional us dirà que els amplificadors de tubs són molt millors que els seus homòlegs avançats.
Els dispositius d'electrobuit han quedat fora del consum massiu, van ser substituïts per transistors i microcircuits, però això és irrellevant per al camp de la reproducció del so. A causa de l'estabilitat de la temperatura i el buit a l'interior, els dispositius de llum amplifiquen millor el senyal.
L'únic inconvenient del tub ULF és el preu elevat, la qual cosa és lògic: és car produir elements que no tenen una gran demanda.
Amplificador de transistor bipolar
Sovint les etapes d'amplificació es munten mitjançant transistors. Un simple amplificador de baixa freqüència es pot muntar només a partir de tres elements bàsics: un condensador, una resistència i un transistor n-p-n.
Per muntar aquest amplificador, haureu de posar a terra l'emissor del transistor, connectar un condensador en sèrie a la seva base i una resistència en paral·lel. La càrrega s'ha de col·locar davant del col·lector. És recomanable connectar una resistència limitadora al col·lector d'aquest circuit.
La tensió de subministrament admissible d'un circuit amplificador de baixa freqüència varia de 3 a 12 volts. El valor de la resistència s'ha de triar experimentalment, tenint en compte el fet que el seu valor ha de ser almenys 100 vegades la resistència de càrrega. El valor del condensador pot variar d'1 a 100 microfarads. La seva capacitat afecta la quantitat de freqüència a la qual pot funcionar l'amplificador. Com més gran sigui la capacitat, menor serà la freqüència nominal que pot amplificar el transistor.
El senyal d'entrada de l'amplificador de transistor bipolar de baixa freqüència s'aplica al condensador. El pol d'alimentació positiva s'ha de connectar al punt de connexió de la càrrega i la resistència connectada en paral·lel amb la base i el condensador.
Per millorar la qualitat d'aquest senyal, podeu connectar un condensador i una resistència connectats en paral·lel a l'emissor, que fan el paper de retroalimentació negativa.
Amplificador amb dos transistors bipolars
Per augmentar el guany, podeu connectar dos transistors ULF únics en un de sol. Aleshores, els guanys d'aquests dispositius es poden multiplicar.
Tot i que si continueu augmentant el nombre d'etapes d'amplificació, augmentarà la possibilitat d'autoexcitació dels amplificadors.
Amplificador de transistors d'efecte de camp
Els amplificadors de baixa freqüència també es munten en transistors d'efecte de camp (d'ara endavant anomenats PT). Els circuits d'aquests dispositius no són gaire diferents dels que es munten en transistors bipolars.
Un amplificador FET de porta aïllada de canal n (tipus ITF) es considerarà com a exemple.
Un condensador està connectat en sèrie al substrat d'aquest transistor i un divisor de tensió està connectat en paral·lel. Una resistència està connectada a la font del FET (també podeu utilitzar una connexió en paral·lel d'un condensador i una resistència, tal com es descriu anteriorment). Es connecten una resistència limitadora i una potència al drenatge, i es crea un terminal de càrrega entre la resistència i el drenatge.
El senyal d'entrada als amplificadors de transistors d'efecte de camp de baixa freqüència s'aplica a la porta. Això també es fa mitjançant un condensador.
Com podeu veure a l'explicació, el circuit amplificador de transistors d'efecte de camp més senzill no és diferent del circuit amplificador de transistors bipolars de baixa freqüència.
No obstant això, quan es treballa amb PT, s'han de tenir en compte les característiques següents d'aquests elements:
- FET alt Rinput=I / Ugate-source. Els transistors d'efecte de camp estan controlats per un camp elèctric,que es genera per l'estrès. Per tant, els FET es controlen per tensió, no per corrent.
- Els FET gairebé no consumeixen corrent, la qual cosa comporta una lleugera distorsió del senyal original.
- No hi ha injecció de càrrega als transistors d'efecte de camp, de manera que el nivell de soroll d'aquests elements és molt baix.
- Són resistents a la temperatura.
El principal desavantatge dels FET és la seva alta sensibilitat a l'electricitat estàtica.
Molts estan familiaritzats amb la situació quan les coses aparentment no conductores impacten a una persona. Aquesta és la manifestació de l'electricitat estàtica. Si s'aplica aquest impuls a un dels contactes del transistor d'efecte de camp, l'element es pot desactivar.
Per tant, quan es treballa amb el PT, és millor no agafar els contactes amb les mans per no danyar accidentalment l'element.
Dispositiu OpAmp
L'amplificador operacional (d'ara endavant anomenat amplificador operacional) és un dispositiu amb entrades diferenciades, que té un guany molt elevat.
L'amplificació del senyal no és l'única funció d'aquest element. També pot funcionar com a generador de senyal. No obstant això, són les seves propietats amplificadores les que són interessants per treballar amb freqüències baixes.
Per fer un amplificador de senyal amb un amplificador operacional, heu de connectar-hi correctament un circuit de retroalimentació, que és una resistència normal. Com entendre on connectar aquest circuit? Per fer-ho, heu de fer referència a la característica de transferència de l'amplificador operatiu. Té dues seccions horitzontals i una lineal. Si el punt de funcionamentel dispositiu es troba en una de les seccions horitzontals, aleshores l'amplificador operatiu funciona en mode generador (mode de pols), si es troba en una secció lineal, l'amplificador operatiu amplifica el senyal.
Per transferir l'amplificador operacional al mode lineal, heu de connectar la resistència de retroalimentació amb un contacte a la sortida del dispositiu i l' altre a l'entrada inversora. Aquesta inclusió s'anomena retroalimentació negativa (NFB).
Si cal que el senyal de baixa freqüència s'amplifi i no canviï de fase, l'entrada inversora amb OOS s'hauria de posar a terra i el senyal amplificat s'hauria d'aplicar a l'entrada no inversora. Si cal amplificar el senyal i canviar-ne la fase en 180 graus, l'entrada no inversora s'ha de connectar a terra i el senyal d'entrada s'ha de connectar a l'invertidor.
En aquest cas, no hem d'oblidar que l'amplificador operacional s'ha d'alimentar amb potència de polaritats oposades. Per a això, té contactes especials.
És important tenir en compte que treballar amb aquests dispositius de vegades és difícil seleccionar elements per al circuit de l'amplificador de baixa freqüència. La seva coordinació acurada és necessària no només pel que fa als valors nominals, sinó també pel que fa als materials dels quals estan fets, per tal d'aconseguir els paràmetres de guany desitjats.
Amplificador en un xip
ULF es pot muntar en elements d'electrobuit, i en transistors, i en amplificadors operacionals, només els tubs de buit són del segle passat, i la resta de circuits no estan exempts de defectes, la correcció dels quals implica inevitablement complicar el disseny. de l'amplificador. Això és inconvenient.
Els enginyers han trobat una opció més convenient per crear ULF: la indústria produeix microcircuits ja fets que actuen com a amplificadors.
Cada un d'aquests circuits és un conjunt d'amplificadors operacionals, transistors i altres elements connectats d'una manera determinada.
Exemples d'algunes sèries ULF en forma de circuits integrats:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Totes les sèries anteriors s'utilitzen en equips d'àudio. Cada model té característiques diferents: tensió d'alimentació, potència de sortida, guany.
Es fan en forma de petits elements amb moltes agulles, que són còmodes de col·locar al tauler i muntar.
Per treballar amb un amplificador de baixa freqüència en un microcircuit, és útil conèixer els fonaments de l'àlgebra lògica, així com els principis de funcionament dels elements lògics I-NO, O-NO.
Gairebé qualsevol dispositiu electrònic es pot muntar amb elements lògics, però en aquest cas, molts circuits resultaran voluminosos i inconvenients per a la instal·lació.
Per tant, l'ús de circuits integrats ja fets que realitzen la funció ULF sembla ser l'opció pràctica més convenient.
Millora de l'esquema
L'anterior era un exemple de com es pot millorar el senyal amplificat quan es treballa amb transistors bipolars i d'efecte de camp (connectant un condensador i una resistència en paral·lel).
Aquestes actualitzacions estructurals es poden fer amb gairebé qualsevol esquema. Per descomptat, augmenta la introducció de nous elementscaiguda de tensió (pèrdues), però gràcies a això es poden millorar les propietats de diversos circuits. Per exemple, els condensadors són excel·lents filtres de freqüència.
En elements resistius, capacitius o inductius, es recomana recollir els filtres més senzills que filtren les freqüències que no haurien de caure al circuit. En combinar elements resistius i capacitius amb amplificadors operacionals, es poden muntar filtres més eficients (integradors, diferenciadors Sallen-Key, filtres de pas de banda i de notch).
En conclusió
Els paràmetres més importants dels amplificadors de freqüència són:
- guany;
- factor de distorsió del senyal;
- potència de sortida.
Els amplificadors de baixa freqüència s'utilitzen amb més freqüència en equips d'àudio. Podeu recollir dades del dispositiu pràcticament en els elements següents:
- en tubs de buit;
- en transistors;
- en amplificadors operacionals;
- en fitxes acabades.
Les característiques dels amplificadors de baixa freqüència es poden millorar introduint elements resistius, capacitius o inductius.
Cada un dels esquemes anteriors té els seus avantatges i desavantatges: alguns amplificadors són cars de muntar, alguns poden arribar a la saturació, per a alguns és difícil coordinar els elements utilitzats. Sempre hi ha funcions amb les quals el dissenyador d'amplificadors ha de fer front.
Usant totes les recomanacions que es donen en aquest article, podeu construir el vostre propi amplificador per a ús domèsticen comptes de comprar aquest dispositiu, que pot costar molts diners quan es tracta de dispositius d' alta qualitat.
