Tok kuchaytirgichi - Yarimo’tkazgichlar jaxon fani va texnikasida salmoqli o’rinni egallaydi. Ular asosida ishlab...

3.5.Tok kuchaytirgichi.
Avtomatik nazorat qilish va o‘lchash texnikasida xarakat, bosim, mexanik kuchlanish va boshqa noelektrik qiymatlarni o‘lchash, hamda nazorat qilishga to‘g‘ri keladi. Bunday noelektrik qiymatlar, eng avvalo chastotasi 1Gs va undan xam kichik bo‘lgan sekin o‘zgaruvchan signalga, ya’ni tok va kuchlanishga (masalan, termoelektrik qurilmalar yordamida) aylantiriladi. Kam quvvatli sekin o‘zgaruvchan yoki o‘zgargandan so‘ng uzoq vaqt mobaynida o‘zgarmasdan qoladigan signallarni qayta ishlash va kuchaytirish vazifasini, o‘zgarmas tok kuchaytirgichi (O‘TK) bajaradi. Bu kuchaytirgichda bosqichlar orasidagi bog‘lanish bevosita (galьvanik bog‘lanish yordamida), kondensator yoki transformatorlarsiz amalga oshiriladi.
O‘TKlarning kirishiga millivolьt bo‘lagi miqdorida juda kichik signal beriladi. Bunday kichik miqdordagi signallarni kuchaytirish uchun ko‘p kaskadli O‘TK qo‘llaniladi.
Sekin o‘zgaruvchan signallarni kuchaytirishning prinsipial ikki usuli mavjud: bevosita o‘zgarmas tok bo‘yicha va o‘zgarmas tokni o‘zgaruvchan tokka aylantirib kuchaytirish.
7.1 - rasmda o‘zgarmas tok bo‘yicha tashqaridan tashqari kuchaytiruvchi kuchaytirgichning uch kaskadli sxemasi ko‘rsatilgan. Bunda har bir kaskad umumiy emitter sxemasida yig‘ilgan. Kaskadlar orasida ajratuvchi kondensator yoki transformatorlarni yo‘qligi uchun bir kaskadni chiqishidan kuchlanish o‘zgarmas tashkil etuvchisi ikkinchi kaskadning bazasiga bevosita beriladi. SHuning uchun ularni moslash choralarini ko‘rish kerak.
7.1 - rasm.. Bevosita (o‘zraruvchantokbo‘yicha)kuchaytirishliO‘TKkuchaytirgichi.
Oldingi kaskadni kuchlanish bo‘yicha o‘zgarmas tashkil etuvchisini kompensatsiyalash, keyingi kaskadning Re qarshiligidan olinayotgan o‘zgarmas kuchlanishi orqali bajariladi. Re2 va Re3 rezistorlarning qarshiliklari shunday tanlanadiki T2 va T3 tranzistorlarning baza emitter kuchlanishi kuchaytirgichni normal ish rejimini tashkillab berishi kerak.
T1 tranzistorning sokin ish rejimi R1R2 bщluvchi kuchlanish va Re1 yordamida aniqlanadi.
Re1 – Re3 rezistorlar tok bo‘yicha teskari bog‘lanish vazifasini ham bajaradi. Bu teskari bog‘lanish kuchaytirgich nolining og‘ishi dreyfini kamaytirish uchun ham foydali hisoblanadi. Signal kuchlanishiga bog‘liq bo‘lmagan holda chiqish kuchlanishining vaqt bo‘yicha o‘z-o‘zidan o‘zgarishi kuchaytirgich nolining og‘ishi - dreyfideb ataladi. Nolning dreyfi vaqt birligi ichida ichki o‘zgarishlar hisobiga kuchaytirgichning chiqishida hosil bo‘ladigan kuchlanishni hosil qila oladigan kirish kuchlanishga son jihatdan teng bo‘lishi mumkin.
Dreyfni kamaytirish uchun kuchaytirgich sxemasida turg‘un ishlaydigan - elementlardan foydalaniladi; ta’minlash manbalari turli stabilizatorlar yordamida stabillanadi va h.k.
O‘TKlarda dreyfni kamaytirishni eng samarali usuli balans sxemalaridan va o‘zgarmas kuchlanishini o‘zgaruvchan kuchlanishiga aylantiruvchi sxemalardan foydalanishdir. Manfiy TAli kuchaytirgich kaskadlar kuchlanish bo‘yicha kichik kuchaytirish koeffitsientiga ega bo‘lgan holda yuqori barqarorlikka, nolining dreyfi kichik bo‘lishiga qaramasdan, turli xalaqitlar ta’siridan himoyalanmagan. Natijada kirishga signal berilmaganda chiqishda yolg‘on signallar paydo bo‘lishi mumkin. Xalaqitlar manbai bo‘lib:
1. YUqori chastotali tebranishlarni generatsiyalovchi turli qurilmalar, masalan, radiouzatgich, yuqori chastotali apparaturalar;
2. Ishlaganida elektr zaryad hosil qiluvchi qurilmalar, masalan, elektr dvigatellar va generatorlar, avtomobillar dvigatellarini o‘t oldirish tizimlari va shunga o‘xshashlar xizmat qiladi.
Xalaqitlar signal sifatida elektron asbobga ta’minot manbalari liniyalaridan yoki signal kiritish va chiqarish zanjirlaridan kirishi mumkin. Hozirgi kunda xalaqitlar bilan kurashish uchun ko‘p samarali choralar ko‘rilgan. Ularning hammasi xalaqit signalini so‘ndirishga yo‘naltirilgan bo‘lib, chuqur manfiy TA kiritish shular jumlasidandir. TA foydali signal kuchaytirish koeffitsientini keskin kamayishiga olib keladi, chunki xalaqit signali ham, foydali signal ham, bitta kirishga beriladi. SHuning uchun, ham signal kuchaytirish koeffitsientini, ham xalaqitlarni so‘ndirish koeffitsientini oshirish uchun kuchaytirgich:
–xalaqit uchun chuqur manfiy TAni ta’minlashi;
–bir vaqtda foydali signal uchun manfiy TAni yo‘qotishi kerak.
Bu talablarga differensial kuchaytirgich (DK) javob beradi. DKda chiqish kuchlanishi har bir kaskad chiqish kuchlanishlarining ayirmasi sifatida shakllanib, ko‘prik sxema ko‘rinishida bo‘ladi. Ko‘prik sxemalar o‘lchashlarning turli xatoliklarini kompensatsiyalash uchun qo‘llaniladi. Bu xatoliklar barqarorlikni buzuvchi omillar hisobiga hosil bo‘ladi.
DKning an’anaviy sxemasi 7.2.a – rasmda keltirilgan. Kuchaytirgich ikkita simmetrik elkadan tashkil topgan bo‘lib, birinchisi VT1 tranzistor va RK1 rezistordan, ikkinchisi esa VT2 tranzistor va RK2 rezistordan tashkil topgan. RE rezistor ikkala elka uchun umumiy. Har bir elka manfiy TAli UE ulangan kaskadni tashkil etadi. Sxemaning boshlang‘ich ish rejimi I0 tok bilan aniqlanuvchi BTG yoki uni o‘rnini bosuvchi katta nominalli RE rezistor bilan ta’minlanadi.
DK elementlari ko‘prik sxema hosil qiladi (7.2.b – rasm). Sxema diagonallaridan biriga ikki qutbli kuchlanish manbai ± EM, ikkinchisiga esa – yuklama qarshiligi RYU ulangan. Sxemadan foydalanilgan holda, ko‘prik balansi sharti, ya’ni uning chiqish kuchlanishi nolga teng bo‘ladi:
. (7.1)
SHart bajarilganda, ya’ni EM kuchlanishlar va ko‘prik elkalari qarshiliklari o‘zgarsa ham, balans buzilmaydi.
VT1 va VT2 tranzistorlar parametrlari bir xil ( ), bo‘lgan ideal DK xususiyatlarini ko‘rib chiqamiz. bo‘lganda kollektorlar potensiallari UK1 va UK2 bir xil, natijada, yuklamadagi chiqish kuchlanishi bo‘ladi. Sxema simmetrik bo‘lgani uchun, kuchlanish manbai va temperatura bir vaqtda o‘zgarganda, chiqish kuchlanishi UCHIQ =0 qiymati saqlanib qoladi, ya’ni ideal DKda nolning dreyfi bo‘lmaydi.
a) b)
7.2 – rasm. Differensial kuchaytirgich (a) va uning ekvivalent sxemasi (b).
DK ikkita kuchlanish manbaidan ta’minlanadi. Bu manbalarning kuchlanishlari modul bo‘yicha bir – biriga teng. Ikkinchi manba (-EM) ning ishlatilashi VT1 va VT2 tranzistorlarlarning emitterlari potensiallarini (E nuqta) umumiy shina potensialigacha kamaytirish imkonini beradi. Bu, birinchidan, DK kirishlariga signallar sathini siljitmasdan uzatish (kiritish), ikkinchidan, ham musbat, ham manfiy kirish signallari bilan ishlash imkonini beradi.
DK kirishlariga amplitudalari teng va fazalari bir xil signallar beraylik. Bunday signallar sinfaz signallar deb ataladi. Sinfaz signallar manbai bo‘lib xalaqitlar xizmat qiladi. Agar sinfaz signallar musbat bo‘lsa, VT1 va VT2 tranzistorlarlarning emitter toklari qiymatlari ortadi. Natijada emitter toki orttirmasi ΔIE hosil bo‘ladi va u DK elkalari orasida teng taqsimlanadi, kollektorlar potensiallari bir xil qiymatga o‘zgaradi. Natijada, bu holda ham UCHIQ =0 bo‘ladi.
Real DKlarda RK1 ≠ RK2 bo‘lgani uchun chiqishda kuchlanish hosil bo‘ladi. Sinfaz signallar uchun kuchaytirish koeffitsienti KUSF ni hisoblaymiz. DK da RE rezistor tok bo‘yicha ketma-ket manfiy TA hosil qiladi, tok orttirmasi esa, unda manfiy TA signalini hosil qiladi. Demak, KUSF manfiy TAli kuchaytirgich kaskad uchun yozilgan oddiy formula bilan hisoblanishi mumkin. DKda RE rezistor emitter zanjirlar uchun umumiy bo‘lgani uchun RE o‘rniga 2RE ishlatish kerak, ya’ni
. (7.2)
Amalda sinfaz signal ishchi signaldan minglarcha marta katta bo‘lgani sababli, KUSF<<1 bo‘lishiga intiliniladi. Buning uchun RE qiymati oshirilishi kerak. Lekin, IMSlarda katta nominalli rezistorlarni hosil qilish maqsadga muvofiq emas. SHuning uchun RE rezistor o‘rniga katta nominalli rezistorning elektron ekvivalentidan foydalaniladi. Bunday ekvivalent bo‘lib o‘zgaruvchan tokka qarshiligi bir necha MOmni tashkil etuvchi BTG xizmat qiladi.
Monolit IMSda kollektor qarshiliklari tarqoqligi ΔRK ± 3 % dan ortmaydi. Baholash uchun, RK larning qiymat bo‘yicha katta va kichik tomonga og‘ishi bir xil, lekin ishoralari bilan farq qiladi (eng noxush holat) deb hisoblaylik. Unda RK =5 kOm, RE =1 MOm bo‘lganda, KUSF ≈ 0,3·10-3 tashkil etadi. SHunday qilib, masalan, agar sinfaz signal amplitudasi 1 V bo‘lsa, berilgan KUSF da DK chiqishida 0,3 mV ga teng yolg‘on signal paydo bo‘ladi. Demak, bu holda kuchaytirish haqida emas, balki sinfaz signalni so‘ndirish haqida gapirish o‘rinli bo‘ladi.
DK simmetrik bo‘lgani sababli kirish signali UKIR EO‘lar orasida teng taqsimlanadi: ularning birida kuchlanish 0,5·UKIR qiymatga ortadi, ikkinchisida esa shu qiymatga kamayadi. UKIR1 kuchlanishi ortsin, UKIR2 esa–kamaysin. Bunda VT1 tranzistorning emitter va kollektor toklari musbat orttirma, VT2 tranzistorning mos toklari esa – manfiy orttirma oladi. Natijada chiqish kuchlanishi hosil bo‘ladi:
.
Emitter toklarining o‘zgarishi zanjirlar uchun umumiy RE rezistorda manfiy TA signalini tashkil etuvchi
orttirma hosil qiladi.
Agar DK ideal simmetrik bo‘lsa, va ΔUE=0.
Natijada, emitterlar potensiali o‘zgarmas qoladi va DK uchun manfiy TA signali mavjud bo‘lmaydi. SHu sababli DKning kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti TAsiz UE ulangan kaskad uchun ilgari yozilgan ifoda bilan aniqlanadi:
. (7.3)
1, RK =5 kOm, IE =1 mA, = 0,025 V-1bo‘lganda,KU = - 200 bo‘ladi.
Amalda DKning to‘rt xil ulanishidan foydalaniladi: simmetrik kirish va chiqish; simmetrik kirish va nosimmetrik chiqish; nosimmetrik kirish va simmetrik chiqish; nosimmetrik kirish va chiqish.
Simmetrik kirishda signal manbai DK kirishlari orasiga (tranzistorlar bazalari orasiga) ulanadi. Simmetrik chiqishda yuklama qarshiligi DK chiqishlari orasiga (tranzistorlar kollektorlar orasiga) ulanadi.
Nosimmetrik kirishda signal manbai DKning bitta kirishi va umumiy shinasi orasiga ulanadi. Nosimmetrik chiqishda yuklama qarshiligi tranzistorlardan birining kollektori va umumiy shina oralig‘iga ulanadi.
DKning kuchaytirish koeffitsienti kirish signal berish usuliga, ya’ni kirish simmetrik yoki nosimmetrikligiga bog‘liq emas.
Nosimmetrik chiqishda yuklama bir elektrodi bilan tranzistorlardan birining kollektoriga, boshqa elektrodi bilan esa – umumiy shinaga ulanadi. Bu holda KU simmetrik chiqishdagiga nisbatan 2 marta kichik bo‘ladi.
Nosimmetrik kirish va chiqishda, agar kirish signali DK chiqish signali olinadigan elka kirishiga berilgan bo‘lsa, bu holda kuchaytirishga DKning faqat bir elkasi ishlaydi. Agar kirish signali DKning bir elkasiga berilgan bo‘lsa-yu, chiqish signali boshqa elka chiqishidan olinsa, birinchi holdagidek KU ga ega bo‘lgan, inverslanmagan signal olinadi. Agar chiqish signali har doim berilgan bitta chiqishdan olinsa, DK kirishlariga “inverslaydigan” va “inverslamaydigan” degan nom beriladi.
Nosimmetrik kirish va chiqishli kaskad namunasi 7.3–rasmda keltirilgan. Bunda foydalanilmaydigan kirish kuchlanishi o‘zgarmas sathli qilib olinadi, masalan, umumiy shinaga ulanadi. Agar kirish signali UKIR1 ga berilsa, chiqishda inverslanmagan signal olinadi. Demak, UKIR1 inverslamaydigan kirish, UKIR2 esa – inverslaydigan kirish bo‘ladi.
DKning asosiy parametrlaridan biri bo‘lib sinfaz signallarni so‘ndirish koeffitsienti (SSSK) hisoblanadi. SSSK deb KU.DF ni KU.SF ga nisbatining detsibellarda ifodalangan qiymati tushuniladi, ya’ni
.
7.3 – rasm. Nosimmetrik kirish va chiqishli DK.
Zamonaviy DKlarda SSSKning qiymati odatda 60÷100 dB orasida bo‘ladi. DKning keyingi asosiy parametri uning dinamik diapazonidir. Dinamik diapazon deganda kuchaytirgich kirishidagi maksimal va minimal signallar amplitudalari nisbati tushuniladi.
.
Minimal signal DKning xususiy xalaqitlari bilan, maksimal signal esa – signal shaklining buzilishlari bilan chegaralanadi. Nochiziqli buzilishlar signal ta’sirida tranzistor to‘yinish yoki berk rejimga o‘tganda hosil bo‘ladi.
Hisoblar ko‘rsatishicha, ruxsat etilgan maksimal kirish signali dan katta bo‘lishi mumkin emas. Bu erda rE – EO‘ning differensial qarshiligi; IE – sokinlik rejimidagi emitter toki. rE = 50 Om va IE = 12 mA bo‘lganda φT= 50 mV. Amalda signal buzilishlari katta bo‘lmasligi uchun kirish signali amplitudalari 0,5·φT atrofida bo‘lmog‘i kerak. Gap shundaki, φT ga yaqinlashgan sari, emitter toki, u bilan birgalikda, rE qarshilik qiymati va kuchaytirish koeffitsienti juda sezilarli darajada o‘zgaradi.
Turli modifikatsiyali DKlar o‘zlarining aniqlik parametrlari bilan xarakterlanadilar.
SHunday parametrlardan biri bo‘lib nolning siljish kuchlanishi USIL xizmat qiladi. DK chiqishida nolga teng kuchlanish olish uchun kirishga beriladigan kuchlanish qiymati siljituvchi kuchlanish deb ataladi. Gap shundaki, elkalar asimmetriyasi hisobiga kirishda signal bo‘lmagan holda, chiqishda qandaydir kuchlanish paydo bo‘ladi. Bu kuchlanish signal sifatida qabul qilinishi mumkin. Turli DKlarda USIL qiymati 30÷50 mV bo‘lishi mumkin. USILning temperaturaga bog‘liqligini e’tiborga olish zarur. Bu bog‘liqlik temperatura sezgirlikεU =0,05-70 mV/0S bilan ifodalanadi.
DKning yana bir aniqlik parametri – siljitish toki ΔISIL dir. U kirish toklari ayirmasidan iborat. Parametrning an’anaviy qiymatlari mikroamperlardan nanoamper ulushlarigacha bo‘ladi. Siljish toki signal manbai qarshiligi RG orqali o‘tib, unda yolg‘on signal hosil qiladi. Masalan, agar ΔISIL= 20 nA vaRG= 100 kOm bo‘lsa,ΔISIL · RG =2 mV ni tashkil etadi.
O‘rtacha kirish toki IKIR.O‘RT - ham DKning aniqlik parametrlaridan hisoblanadi. O‘rtacha kirish toki siljish tokidan ancha katta qiymatga ega va turli DK larda 1÷7·103 nA bo‘ladi. O‘rtacha kirish toki signal manbai qarshiligi RG orqali o‘tib, unda kuchlanish pasayishi hosil qiladi. Bu kuchlanish o‘zini kiruvchi sinfaz signaldek tutadi. KU.SF marta so‘ndirilgan ushbu kuchlanish DK chiqishida yolg‘on signal sifatida hosil bo‘ladi.
DK kuchaytirish koeffitsienti kollektor zanjiridagi RK yuklama qarshiligiga bog‘liq bo‘ladi. Integral texnologiyada RK qiymatining ortishi bilan, kristallda u egallagan yuza ortadi va tranzistorlar ish rejimlari saqlangan holda, kuchlanish manbai qiymati ham ortadi. SHuning uchun DKlarda kuchaytirish koeffitsientini oshirish uchun, RK rezistorlar o‘rniga, dinamik (aktiv) yuklamadan foydalaniladi. Dinamik yuklama bipolyar yoki maydoniy tranzistorlar asosida hosil qilinadi. YUklama sifatida ikkinchi BTG ishlatilgan DK sxemasi 7.4 – rasmda keltirilgan. Ikkinchi BTG p – n – p turli VT3 va VT4 tranzistorlar asosida yaratilgan. Birinchi BTG ilgarigidek DK sokinlik rejimini belgilaydi va emitter qarshiligi sifatida ishlatiladi.
7.4 – rasm. Dinamik yuklamali DK sxemasi.
BTGlarning statik qarshiligi differensial qarshiligiga nisbatan ko‘p marta kichik. Bu holda BTGdan sokinlik toki oqib o‘tishi hisobiga kuchlanish pasayishi, uning statik qarshiligi bilan aniqlanadi. Signal berilganda kollektor toklarining o‘zgarishi hisobiga chiqish kuchlanishining o‘zgarishi uning differensial qarshiligi bilan bog‘liq bo‘ladi. SHuning uchun (7.3) formulada RK o‘rniga RDIF qo‘yilishi kerak. Bunda kuchaytirish koeffitsientining kaskadda ruxsat etilgan maksimal qiymati topiladi. Tashqi yuklama ulanganda kuchaytirish koeffitsientining absolyut qiymati faqat uning qarshiligi RYU bilan aniqlanadi, ya’ni (7.3) formulada RK o‘rniga RYU qo‘yilishi kerak.
DKning asosiy parametrlariga differensial va sinfaz signallarni kuchaytirish koeffitsientidan, sinfaz tashkil etuvchini so‘ndirish koeffitsientidan tashqari kirish va chiqish qarshiliklari ham kiradi.
Simmetrik chiqishda yuklama qarshiligi RYU e’tiborga olinmaganda DKning chiqish qarshiligi
.
Simmetrik kirishda DKning kirish qarshiligi chap va o‘ng tomonlar kirish qarshiliklari yig‘indisiga teng bo‘ladi va signal manbaiga nisbatan ketma - ket ulangan bo‘ladi. RE=0 bo‘lganda:
.
β = 100, rE = 250 Om va rB = 150 Om bo‘lsin, bunda RKIR = 5,35 kOm bo‘ladi.
βning qiymati tranzistor sokinlik tokiga IB0 bog‘liq. SHuning uchun kirish qarshiligini oshirish uchun DKni kichik signal rejimida ishlatish kerak. Kaskad kuchaytirish koeffitsienti va DK kirish qarshiligini sezilarli oshirish maqsadida tarkibiy tranzistorlardan foydalaniladi. Ko‘proq Darlington sxemasi ishlatiladi (7.5– rasm). Bunday DKning tok bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti
.
Tarkibiy tranzistorning kirish qarshiligi
.
bo‘ladi. O‘zgartirishlarni kiritib:
.
7.5 – rasm. Tarkibiy tranzistorlar asosidagi DK sxemasi.
Demak, tarkibiy tranzistorlar qo‘llanilganda DK kirish qarshiligi β marta ortar ekan.
1>
|