Ojačanje je postopek povečanja moči signala s povečanjem amplitude danega signala, ne da bi spremenili njegove značilnosti. RC sklopljeni ojačevalnik je del večstopenjskega ojačevalnika, kjer so različne stopnje ojačevalnikov povezane s kombinacijo upora in kondenzatorja. Ojačevalno vezje je eno izmed osnovna vezja v elektroniki.
Ojačevalnik, ki v celoti temelji na tranzistorju, je v osnovi znan kot tranzistorski ojačevalnik. Vhodni signal je lahko trenutni signal, napetostni signal ali signal moči. Ojačevalnik bo ojačal signal, ne da bi spremenil njegove značilnosti, izhod pa bo spremenjena različica vhodnega signala. Ojačevalniki so zelo široki. Uporabljajo se predvsem v avdio in video instrumentih, komunikacijah, krmilnikih itd.
Enostopenjski ojačevalnik skupnega oddajnika:
Shema vezja enostopenjskega tranzistorskega ojačevalnika s skupnim oddajnikom je prikazana spodaj:
Enostopenjski skupni ojačevalnik s skupnim oddajnikom
Pojasnilo vezja
Enostopenjski ojačevalnik, povezan z RC, je preprosto in osnovno ojačevalno vezje. Glavni namen tega vezja je predhodno ojačanje, ki je, da šibki signali postanejo dovolj močnejši za nadaljnje ojačanje. Če je zasnovan pravilno, lahko ta RC sklop ojačevalnik nudi odlične značilnosti signala.
Kondenzator Cin na vhodu deluje kot filter, ki se uporablja za blokiranje enosmerne napetosti in omogoča tranzistorju le izmenično napetost. Če katera koli zunanja enosmerna napetost doseže dno tranzistorja, bo to spremenilo prednapetostne pogoje in vplivalo na delovanje ojačevalnika.
Upori R1 in R2 se uporabljajo za zagotavljanje ustreznega pristranskosti bipolarnega tranzistorja. R1 in R2 tvorita pristransko omrežje, ki zagotavlja potrebno osnovno napetost za pogon neaktivnega območja tranzistorja.
Območje med odrezanim in nasičenim območjem je znano kot aktivno območje. Območje, kjer je delovanje bipolarnega tranzistorja popolnoma izklopljeno, je znano kot ločeno območje, območje, kjer je tranzistor popolnoma vklopljen, pa območje nasičenja.
Upori Rc in Re se uporabljajo za padanje napetosti Vcc. Upor Rc je kolektorski upor in Re je emiterski upor. Oba sta izbrana tako, da morata oba v zgornjem tokokrogu znižati napetost Vcc za 50%. Kondenzator oddajnika Ce in upor oddajnika ustvarja negativne povratne informacije za stabilnejše delovanje vezja.
Dvostopenjski ojačevalnik s skupnim oddajnikom:
Spodnje vezje predstavlja dvostopenjski tranzistorski ojačevalnik s skupnim oddajnikom, kjer se upor R uporablja kot obremenitev, kondenzator C pa kot sklopni element med obema stopnjama ojačevalnega vezja.
Dvostopenjski skupni ojačevalnik s skupnim oddajnikom
Pojasnilo vezja:
Pri vhodu AC. signal se nanese na dno tranzistorja 1ststopnja RC sklopljenega ojačevalnika iz funkcijskega generatorja se nato ojača na izhodu 1. stopnje. Ta ojačana napetost se nanese na dno naslednje stopnje ojačevalnika skozi sklopni kondenzator Cout, kjer se še ojača in ponovno prikaže na izhodu druge stopnje.
Tako zaporedne stopnje ojačajo signal in celotni dobiček se dvigne na želeno raven. Mnogo večji dobiček lahko dosežemo z zaporednim povezovanjem številnih ojačevalnih stopenj.
Uporno-kapacitivna (RC) sklopka v ojačevalnikih se najpogosteje uporablja za priključitev izhoda prve stopnje na vhod (osnovo) druge stopnje itd. Ta vrsta sklopke je najbolj priljubljena, ker je poceni in zagotavlja stalno ojačanje v širokem razponu frekvenc.
Tranzistor kot ojačevalniki
Medtem ko poznamo različna vezja za RC povezane ojačevalnike, je pomembno vedeti osnove tranzistorjev kot ojačevalniki. Tri konfiguracije bipolarnih tranzistorjev, ki se pogosto uporabljajo, so tranzistor s skupno bazo (CB), tranzistor s skupnim oddajnikom (CE) in tranzistorji s skupnim kolektorjem (CE). Razen tranzistorjev, operacijski ojačevalniki se lahko uporablja tudi za namene ojačanja.
- Skupni oddajnik Konfiguracija se pogosto uporablja v aplikaciji ojačevalnika zvoka, ker ima skupni oddajnik pozitiven učinek in tudi večji od enotnosti. V tej konfiguraciji je oddajnik povezan z maso in ima visoko vhodno impedanco. Izhodna impedanca bo srednja. Večina teh vrst tranzistorskih ojačevalnikov se pogosto uporablja v RF komunikacija in komunikacije z optičnimi vlakni (OFC).
- Konfiguracija skupne baze ima dobiček manjši od enotnosti. V tej konfiguraciji je kolektor povezan s tlemi. V običajni osnovni konfiguraciji imamo nizko izhodno in visoko vhodno impedanco.
- Skupni zbiralec konfiguracija je znana tudi kot zasledovalec oddajnika ker se vhod, uporabljen za skupni oddajnik, prikaže čez izhod skupnega kolektorja. V tej konfiguraciji je kolektor povezan s tlemi. Ima nizko izhodno in visoko vhodno impedanco. Dobiček je skoraj enak enotnosti.
Osnovni parametri tranzistorskega ojačevalnika
Pred izbiro ojačevalnika moramo upoštevati naslednje specifikacije. Dober ojačevalnik mora imeti vse naslednje specifikacije:
- Imeti mora visoko vhodno impedanco
- Imeti mora visoko stabilnost
- Imeti mora visoko linearnost
- Moral bi imeti veliko ojačanje in pasovno širino
- Imeti mora visoko učinkovitost
Pasovna širina:
Frekvenčni razpon, ki ga ojačevalno vezje lahko pravilno ojača, je znan kot pasovna širina določenega ojačevalnika. Spodnja krivulja predstavlja frekvenčni odziv enostopenjskega RC sklopljenega ojačevalnika.
R C sklopljeni frekvenčni odziv
Krivulja, ki predstavlja spremembo ojačenja ojačevalnika s frekvenco, se imenuje krivulja frekvenčnega odziva. Pasovna širina se meri med spodnjo polovico moči in zgornjo polovico napajalnih točk. Točka P1 je spodnja polovica moči, P2 pa zgornja polovica moči. Dober ojačevalnik zvoka mora imeti pasovno širino od 20 Hz do 20 kHz, ker je to frekvenčno območje, ki je slišno.
Dobitek:
Dobiček ojačevalnika je opredeljen kot razmerje med izhodno močjo in vhodno močjo. Dobitek je lahko izražen v decibelih (dB) ali v številkah. Dobiček predstavlja, koliko ojačevalnik lahko ojača signal, ki mu je dan.
Spodnja enačba predstavlja povečanje števila:
G = Pout / Pin
Kjer je Pout izhodna moč ojačevalnika
Zatič je vhodna moč ojačevalnika
Spodnja enačba predstavlja dobiček v decibelih (DB):
Dobitek v DB = 10log (Pout / Pin)
Dobiček se lahko izrazi tudi v napetosti in toku. Povečanje napetosti je razmerje med izhodno napetostjo in vhodno napetostjo, dobiček v toku pa razmerje med izhodnim tokom in vhodnim tokom. Enačba za povečanje napetosti in toka je prikazana spodaj
Povečanje napetosti = izhodna napetost / vhodna napetost
Povečanje toka = izhodni tok / vhodni tok
Visoka vhodna impedanca:
Vhodna impedanca je impedanca, ki jo nudi ojačevalno vezje, ko je priključen na vir napetosti. Tranzistorski ojačevalnik mora imeti visoko vhodno impedanco, da prepreči nalaganje vhodnega napetostnega vira. To je torej razlog za visoko impedanco ojačevalnika.
Hrup:
Hrup se nanaša na neželena nihanja ali frekvence, prisotne v signalu. To je lahko posledica interakcije med dvema ali več signali, ki so prisotni v sistemu, okvare komponent, napake v zasnovi, zunanje motnje ali morda zaradi nekaterih komponent, ki se uporabljajo v ojačevalnem vezju.
Linearnost:
Ojačevalnik naj bi bil linearen, če obstaja kakršno koli linearno razmerje med vhodno in izhodno močjo. Linearnost predstavlja splošnost dobička. Praktično ni mogoče dobiti 100-odstotne linearnosti, saj ojačevalniki uporabljajo aktivne naprave, kot so BJT, JFET ali MOSFET, ki zaradi visokih frekvenc zaradi notranje parazitske kapacitivnosti izgubijo dobiček. Poleg tega vhodni enosmerni ločilni kondenzatorji nastavijo nižjo mejno frekvenco.
Učinkovitost:
Učinkovitost ojačevalnika predstavlja, kako lahko ojačevalnik učinkovito uporablja napajalnik. In tudi meri, koliko moči iz napajalnika se na izhodu pretvori v korist.
Učinkovitost je običajno izražena v odstotkih, enačba za izkoristek pa je podana kot (Pout / Ps) x 100. Kjer je Pout izhodna moč, Ps pa izhodna moč iz napajalnika.
Tranzistorski ojačevalnik razreda A ima 25-odstotno učinkovitost in zagotavlja odlično reprodukcijo signala, vendar je učinkovitost zelo nizka. Ojačevalnik razreda C ima učinkovitost do 90%, vendar je reprodukcija signala slaba. Razred AB stoji med ojačevalniki razreda A in razreda C, zato se pogosto uporablja v avdio ojačevalnik aplikacij. Ta ojačevalnik ima učinkovitost do 55%.
Ubi stopnja:
Hitrost obračanja ojačevalnika je največja hitrost spremembe izhodne moči na enoto časa. Predstavlja, kako hitro je mogoče spremeniti izhod ojačevalnika kot odziv na spremembo vhoda.
Stabilnost:
Stabilnost je sposobnost ojačevalnika, da se upre nihanjem. Težave s stabilnostjo se običajno pojavijo med visokofrekvenčnimi operacijami, v primeru avdio ojačevalnikov blizu 20 kHz. Nihanja so lahko velike ali majhne amplitude.
Upam, da bo to osnovna, a pomembna tema elektronski projekti je bilo zajeto z obilnimi informacijami. Tu je preprosto vprašanje za vas - za kakšen namen se uporablja običajna konfiguracija zbiralnika in zakaj?
Odgovore podajte v spodnjem oddelku za komentarje.
