Kuchaytirgichning - Elektronika va Sxematexnika fanning maqsad va vazifalari

Kuchaytirgichning eng ahamiyatli xarakteristikasi bo‘lib amplituda va chastota xarakteristikalari hisoblanadi. Amplituda xarakteristikasi (4.2a-rasm) – bu chiqish kuchlanishi amplitudasi (yoki amaldagi qiymati)ning kirish sinusoidal kuchlanishiga bog‘liqligi, ya’ni
Uchiq f (Ukir ) , bunda Ukir Um sin t, Um var; const.
Uc h i q
Uc h i q . m a x
b Ки, dB
60 3 dB
а)
Uc h i q . m i n a
0 Uk i r . m i т n
Uk i r . m a x
b)
Uвх
40
φ
20
0 1 fн
Δ f
10 102
10 3
10 4 fv
lg f
4.2-rasm. Amplituda va Faza-chastota xarakteristikalari
Punktir chiziq bilan benuqson (ideal) kuchaytirgichning amplituda xarakteristikasi ko‘rsatilgan. Real xarakteristikaning idealdan farqlanishi zaif va katta kirish signallarida kuchaytirgich elementlarida shovqin va nochiziq xarakteristikalarning mavjudligi bilan izohlanadi.
Kuchaytirgichning detsibellardagi dinamik diapazoni deb kirish kuchlanishi maksimal qiymatinining ab amplituda xarakteristikasining chiziqli qismidagi minimal qiymatiga nisbatiga aytiladi (4.2a-rasm).
D 20 lg Ukir. max
Ukir. min
. (4.1)
Bu qismdagi kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti:
u
K Uchiq.max Uchiq.min Uchiq .
Ukir.max Ukir.min Ukir
(4.2)
Kuchaytirgichning amplituda-chastotaviy xarateristikasi (AChX) – Ku
kuchaytirish koeffitsientining, misol uchun kirish signali f chastotasiga
bog‘liqlidir, ya’ni Ku(f) bunda uchiq Um sint, Um const; var .
Odatda AXCh ikkilangan logarifmik to‘rda tuziladi: u ordinatalar o‘qiga Ku qiymati detsibellarda va x abtsissalar o‘qiga logarifmik masshtabdagi chastota qiymatlar logarifmsiz qo‘yiladi (4.2b-rasm).
Kuchaytirgichning o‘tkazish kengligi (polosa propuskaniya) kuchaytirgich koeffitsienti Ku (o‘rtacha chastotada) o‘zining darajasidan
1/ 0,707(3 дБ) ga pasaymagandagi f (yoki ) chastota diapazoni
(ko‘lami) bilan aniqlanadi, ya’ni f= fv fn, bunda fv va fn – kuchaytirgich AXCh chastota kesimining yuqori va pastki chegarasi.
Faza-chastota xarakteristikasi (f) – kuchaytirgichning chiqish va kirish kuchlanishlari orasidagi fazasi siljishi burchagining chastotaga bog‘liqligi (4.2b-rasmga qarang). Agar faza siljishi chastotaga chiziqli ravishda bog‘liq bo‘lsa, kuchaytirgichda faza buzilishi (iskajenie) bo‘lmaydi.
Kuchaytirgichning kirish va chiqish qarshiligi:
Zkir
Ukir / Ikir
Rkir
jX kir ;
(4.3)
Zchiq
Uchiq / Ichiq
Rchiq
jX chiq.
(4.4)
Rn yuklama qarshiligida chiqish quvvati
Pchiq Rн
2
I
.
chiq
(4.5)
Bipolyar (ikkiqutbli) tranzistorli kuchaytirgichlar
Bizga ma’lumki tranzistorlarning uch xil ulanish sxemalari mavjud bular UE-umumiy emitterli, UB- umumiy bazali, va UK- umumiy kollektorli. Ulardan keng tarqalganni bu umumiy emitter (UE) li tranzistorli kuchaytirgichlardir. Bu turdagi kuchaytirgichda emitter kirish va chiqish zanjiri uchun umumiy elektrod bo‘lib xizmat qiladi (4.3a- rasm). Rc ichki qarshilikli signal manbaining Ukir kirish kuchlanishi VT bipolyarning tranzistorning signal manbaidan tokning doimiy tuzuvchisini o‘tishini oldini oluvchi aloqa sig‘imi orqali kuchaytiruvchi pog‘ona (kaskad)ga uzatiladi. Kuchaytirilgan chiqish kuchlanishi ajratuvchi S2 kondensator orqali Rn yuklamaga1 uzatiladi, ya’ni Uchiq kuchlanishning faqat o‘zgaruvchan tuzuvchisi beriladi.
Kuchaytirgichda o‘zgaruvchan signal manbaidan tashqari, Rvt ichki qarshilikli En EYuK li kuchlanish manbai (odatdagi kuchlanishi Un q 10…30 V ) ham ishlatiladi. RK rezistorning qarshiligi kirish signallarini kuchaytirish va VT tranzistorning IK kollektor tokini cheklashlarga qo‘yiladigan talablarga qarab tanlanadi. Odatda RK kam quvvatli tranzistorlar uchun 0,2…5 kOm ni va o‘rtacha quvvatli tranzistorlar uchun esa 100 Om ni tashkil etadi. Un kuchlanish manbai bo‘luvchi (delitel)sining RB1 va RB2 rezistorlari tranzistor bazasidagi tokni o‘rnatish uchun mo‘ljallangan bo‘lib (doimiy tok bo‘yicha), yuklama chizi/ining ishchi nuqtalari (sokinlik nuqtalari) mos ravishda.
Ec
Uk i r
Ik i r
С1
IК RК
С
RB 1 2
VT i2
IB
I
Un En
R
Э Rн
Rc RB 2
RЭ СЭ
а)
Uc h i q
4.3-rasm Bipolyar tranzistorli kuchaytirgich (umu miy emitter) sxemasi
RE rezistor yordamida kuchaytirgichning doimiy tok bo‘yicha teskari aloqasi hosil etiladi va u kuchaytirish rejimining harorat turg‘unligini ta’minlaydi. Shunday qilib, harorat oshishida IK kollektor va IE emitter tokining va REIE kuchlanish pasayishining doimiy tuzuvchilari ko‘tariladi. Natijada, UBE kuchlanish pasayadi, bu esa o‘z navbatida IB baza tokini kamaytiradi va oqibatda IK kollektor tokini kamaytiradi va turg‘unlashtiradi.
CE katta sig‘imli kondensator (o‘nlab mikrofaradalik) RE rezistor qarshiligini o‘zgaruvchan tok bo‘yicha shuntlaydi (qisqa tutashtiradi), bu esa o‘z navbatida teskari aloqa zanjiridagi kuchaytirilayotgan signalning o‘zgaruvchan tok bo‘yicha zaiflashini oldini oladi.
Kuchaytirgichning ishlashini qulay tahlil etish uchun, uning doimiy (4.3b-rasm) va o‘zgaruvchan tok (4.4-rasm) bo‘yicha almashtirish sxemalari alohida ravishda ko‘riladi. Kuchaytirgichning doimiy tok bo‘yicha ishlash rejimida kuchaytirilayotgan signalning eng kam nochiziq buzilishlarga erishish uchun, quyidagi tenglama bilan ifodalanadigan, yuklama chizi/ining bc orali/ining o‘rtasida joylashgan a (4.4-rasm) ishchi nuqtasi tanlanadi:
IКn (Un UKn) / RK,
gde
UKn UKЭ RЭIЭn . (4.6)
Yuklama chizi/i quyidagicha tuziladi. Keltirilgan tenglamadan ko‘rinib
turibdiki, agar bo‘ladi.
IKn 0,
UKn Un
bo‘lsa,
UКn 0,
IК.max Un / RK
ga teng
Ikkita topilgan nuqta orqali to‘g‘ri (yuklama) chizi/i o‘tkaziladi. IBn
sokin rejimi (rejim pokoya)da baza tokini uzatib, doimiy tok bo‘yicha yuklama chizi/ining tranzistorning IB = IBp sokinlik nuqtasi (tochka pokoya) a(UKn, IKn) dagi chiqish xarakteristikasi bilan kesishmasi topiladi.
4.4-rasm Umumiy emitter o‘zgarmas va o‘zgaruvchan tok bo‘yicha
almashtirish sxemasi
RB1 Rezistorning qarshiligi quyidagi formula orqali hisoblanadi:
R Un UБЭп RЭп IЭп 4R
h R .
(4.7)
I
Б1
Бп
Б 2 21 К
Bunda UBn 0,3 V germaniyli va UBn 0,65 V kremniyli tranzistorlar uchun.
a ish nuqtasidagi kollektor va emitterning taxminiy sokin toklari (toki pokoya) quyidagi formulalar bilan hioblanadi:
IКп 0,5IКmax Un / 2RK ; IЭп IКп I Бп I Бп (1 ) . (4.8)
Emitterning sokin kuchlanishi: UЭn Un / 2 UКЭп (0,1...0,2)Un.
Qarshilik
RЭ UЭп / IЭп ;
RК Un /(2I Kn ) , sig‘im esa:
CЭ 10 /(2fRЭ ), bunda f – uvx. kirish kuchlanishining chastotasi.
Kuchaytirgichning o‘zgaruvchan tok bo‘yicha ishlash rejimi quyidagi ko‘rinishni oladi
UЭ (1/ cC) iЭ 0
(XС
0,1RЭ ) , (4.9)
Bu yerda Rvt-manbaning ichki qarshiligi va Cn – sig‘imi hisobga olinmaydi yani manba 4.5a-rasmda ko‘rsatilganidek sxemada qisqa tutashuv bilan almashtirilgan.
Kuchaytirgichning o‘zgaruvchan tok bo‘yicha ish rejimida:
UЭ (1/ cC) iЭ 0
(XС 0,1RЭ )
qabul qilinadi, ta’minlash manbaining Rvt
ichki qarshiligi va Cn sig‘imi hisobga olinmaydi, ya’ni ta’minlash manbai o‘rinbosar sxemasi qisqa tutashtiriladi(4.5a-rasm).
С1 IB
С2 i2
VT
RК Rн
Uk i r
RB СE
iК
Сn
а)
Uc h i q
b)
4.5-rasm. Kuchaytirgichning o‘zgaruvchan tok bo‘yicha sxemasi
Kuchaytirgich kirishiga ukir o‘zgaruvchan kuchlanish berilganda iB
bazadagi va iK kollektordagi tok va kolektordagi kuchlanishda
UK Un RK iK
(4.4-rasmga qarang) o‘zgarish ro‘y beradi. O‘zgaruvchan ImK
kollektor tokining amplitudasi ImB baza tokining amplitudasidan taxminan h21 barobar katta, UmK kollektor kuchlanishining amplitudasi esa kirish kuchlanishi amplitudasidan bir necha barobar katta.
4.4-rasmda, tasvirlangan grafiklardan foydalanib, pog‘ona (kaskad) ning kirish qarshiligi va kuchaytirish koeffitsientini aniqlash qiyin emas:
Rkir
UmБ ;
ImБ
K ImК ;
i
ImБ
K UmK ;
u
UmБ
Kp Ki Ku .
(4.10)
Bunda Ukir kirish kuchlanishining musbat (ijobiy) yarim davriga chiqish kuchlanishining manfiy (salbiy) yarim davri mos keladi UK Uchiq.. Boshqacha qilib aytganda, kirish va chiqish kuchlanishlari orasida 180o ga teng fazaviy siljish mavjud, ya’ni umumiy emitterli kuchaytirgich sxemasi aylantiruvchi (invertrlovchi) qurilma bo‘lib, kirish kuchlanishini kuchaytiradi va fazasini 180o ga o‘zgartadi.
Odatda, ko‘rilgan kuchaytirgich pog‘onasi (kaskadi) zaif signallarni kuchaytirish rejimida ishladi (baza va kollektor toklarining doimiy tuzuvchilari o‘xshash o‘zgaruvchan toklardan ustun kelishadi). Bu xususiyatlar, chiziqli rejimda ishlayotgan tranzistorning past chastotadagi ma’lum h-parametrlari bo‘yicha kuchaytiruvchi pog‘onasining parametrlarini hisoblashda tahliliy usullardan foydalanish imkonini beradi
(4.5b-rasm). Bunda, kuchaytirgich kirishiga berilgan signal chiqishda deyarli (shakl jihatdan) buzilmaydi.
Kuchaytirgichda C1 va S2 sig‘imlarning mavjudligi (4.5, a - rasm) kuchaytirilayotgan signallarning past chastotalar sohasida buzilishlarga olib keladi: kirish signali chastotasining pasayishi bilan sig‘im qarshiligi
XС1 1/ C1 va undagi US1 kuchlanish pasayishi oshib boradi, vaholanki
Uvx kirish va Uvo‘x chiqish kuchlanishi pasayadi. Bu esa chastota pasayishi bilan kuchaytirgich koeffitsientining pasayishiga olib keladi (4.2b-rasmga qarang), kuchaytirgichda tranzistorning elektrodlararo sig‘imi va yig‘uv (montaj) sig‘imining mavjudligi esa kuchaytirilayotgan signalning yuqori chastotalar sohasida buzilishining tug‘ilishiga olib keladi. p-n-o‘tishning CK kollektor sig‘imi hisobga olganda, kollektor va baza orasiga shartli kiritilgan, yuqori chastotalar sohasida pog‘ona (kaskad)ning kirish qarshiligi:
Z U kir
RB1 h11
kir I
R h (1 jC R
) . (4.11)
kir
B1 11
К B1
Umumiy emitterli bipolyar tranzistorli kuchaytirgich pog‘onasi odatda bir necha yuz om qarshilikka ega bo‘ladi. Odatda kollektordagi chiqish qarshiligi kirishdagiga qaraganda bir tartibga yuqori bo‘ladi. Kuchaytirgichga yuqori omlik signal manbai ( Rc Rkir ) va past omlik yuklama ( Rн RK ) ulanganda kuchaytirgichning asosiy parametrlari quyidagi formulalar bilan hisoblanadi:
c
u e
Rkir
ech11
kir
Rс Rkir
Rc h11
; (4.12)
u uchiqh21RK Rн
chiq
h ( R R
R ) ; (4.13)
11 н
K
K 22 K н
h21RK Rн
u h (R
R ) ; (4.14)
Ki
11 K н
h21 RK
. (4.15)
RK Rн RK Rнh22
Ku kuchlanish bo‘yicha real (haqiqiy) kuchaytirish koeffitsienti har doim yuklatilmagan kuchaytirgichning kuchaytirish koeffitsientidan kichik bo‘ladi ( Rн RК ). Bu farq chiqish qarshiligining oshishi va Rn
yuklama qarshiligining pasayishi bilan ortib boradi. Amalda Ku
pog‘onaning haqiqiy kuchaytirish koeffitsienti yuz martaga, quvvat
bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti
Kp Ku Ki
esa, umumiy emitter (UE) li
sxemada ming barovarga erishishi mumkin.
|