Operatsion kuchaytirgichning teng davri. Tahlil usullari

MUNDARIJA:
Mavzu: Kuchaytirgichlarni chiqish kaskadlarini hisoblash

Kirish:

Asosiy qism
I bob. Kuchaytirgich parametirlari

1.1 Masalaning qo’yilishi va uning amaliy ahamiyati.

1.2 Operatsion kuchaytirgichning teng davri.Tahlil usullari

1.3 Chiqarish bosqichlarining sxemalari.
II bob.Chiqish kaskadlarni hisoblash
2.1. Qaytarilmaydigan kuchlantiruvch
2.2 Kuchaytirgich kaskadining asosiy parametrlar va hisoblash amaliy qism
2.3 Kuchaytirgich kaskadining asosiy parametrlari

Xulosa
Foydalanilgan adabiyotlar ro’yxati

Kirish

Kuchaytirgich avtomatlashtirish asboblari, telemexanika, kompyuter va axborot o'lchash uskunalarida turli xil uskunalarning asosiy qismlaridan biridir. Elektron kuchaytirgich - kirishda past kuchlanishli elektr signalini minimal buzilish bilan yuqori quvvatli chiqish signaliga o'zgartiradigan qurilma. Signal kuchining kuchayishi, quvvat manbaidan kuchaytirgich tomonidan energiya sarflanishi bilan bog'liq.

Kuchaytirgichlar turli xil belgilarga ko'ra bir qator turlarga bo'linadi. Kuchaytirgichlarni elektr signallarining turiga qarab ikki guruhga bo'lish mumkin:

• Har xil o'lchamdagi va shakldagi davriy signallarni kuchaytirish uchun mo'ljallangan garmonik signal kuchaytirgichlari, garmonik tarkibiy qismlari kuchaytirgich pallasida o'rnatilgan jarayonlar davomiyligidan ancha sekin o'zgarib turadi.

• davriy bo'lmagan signallarni kuchaytirish uchun mo'ljallangan puls signal kuchaytirgichlari, masalan, turli o'lcham va shakllardagi elektr pulslarining davriy bo'lmagan ketma-ketligi.

Kuchaytiruvchi chastotalarning o'tkazish qobiliyati va mutlaq qiymatlariga ko'ra, kuchaytirgichlar bir qator quyidagi turlarga bo'linadi:

Sekin o'zgaruvchan voltaj va tokning doimiy kuchaytirgichlari yoki kuchaytirgichlari, eng past nol ish chastotasidan eng yuqori ishchi chastotagacha bo'lgan har qanday chastotadagi elektr tebranishlarini kuchaytiradigan qurilmalar.

• Pastki chegaradan yuqori darajagacha bo'lgan chastotani tebranadigan, ammo signalning doimiy komponentini kuchaytirib bo'lmaydigan AC kuchaytirgichlari

• tashuvchisi chastotasining elektr tebranishlarini kuchaytirish uchun mo'ljallangan yuqori chastotali kuchaytirgichlar (UHF), masalan, radio qabul qiluvchi qurilmaning qabul qiluvchi antennasi tomonidan.

O'zgartirilmagan yoki qabul qilinmagan xabarning garmonik tarkibiy qismlarini kuchaytirish uchun mo'ljallangan past chastotali kuchaytirgichlar (VLF).

Past chastotali kuchaytirgichlar eng yuqori ishchi chastotasining eng past darajaga nisbatan katta nisbati bilan tavsiflanadi, tovush chastotasi kuchaytirgichlari uchun 10 dan 500 gacha va ba'zi video kuchaytirgichlarda 105 dan oshadi. Ishlash chastotasi yuzlab kiloertts va undan yuqori bo'lgan kuchaytirgichlar, eng yuqori ishchi chastotasining eng past darajasiga nisbatan katta nisbatiga ega bo'lganlarga odatda keng polosali kuchaytirgichlar deyiladi.

Tanlangan kuchaytirgichlar elektr signallarini juda tor chastota diapazonida kuchaytiradi.

Tranzistorlarning uch turidan ikkitasi kuchlanishni kuchaytirish uchun javob beradi: umumiy bazaga ega bo'lgan sahna va umumiy emitterli sahna. Umumiy kollektorli kaskad ko'p bosqichli tizimlarda ishlatilishi mumkin, ammo bunday kaskad to'g'ridan-to'g'ri kuchlanish kuchaytirilishini ta'minlamaydi va yordamchi rol o'ynaydi.

Tovush chastotalarining kuchlanishini kuchaytirish uchun umumiy emitterli kaskad eng mos keladi, chunki umumiy bazali kaskadga nisbatan u yuqori kirish va pastki chiqish empedansiga ega. Elektron kuchaytirgichlar bu shahar kuchini iste'mol qilish orqali elektr signallarining kuchini oshiradigan qurilmalar.Ular radiotexnika, elektroavtomatika, telemexanika, radar va boshqalar sohasidagi uskunalarning asosiy tarkibiy qismlaridan biri bo'lib, mikrofonlar, sensorlar va boshqa kirish manbalaridan qabul qilingan signallar odatda past kuchga ega (1 dan 100 mVgacha). Kuchaytirgichlar ushbu quvvatni ishlatish uchun qulay bo'lgan qiymatga (bir necha voltgacha) oshirishlari kerak.

Kuchaytirgichlar faol elektron elementlarning (tranzistorlar, lampalar va boshqalar) qobiliyatidan foydalanadilar. Erishmoq.

Uin kuchsiz signallari kuchaytirgichning kirishiga ulanganda, oqim kuchlanish sxemasidan o'tib, yuk qarshiligida Uout> Uin kuchlanish pasayishiga olib keladi va kirish signali kuchi bilan taqqoslaganda chiqish signalining kuchi ortadi.

Signallarning xususiyatiga qarab, turli xil kuchaytirgichlar ajralib turadi: to'g'ridan-to'g'ri oqim va kichik to'lqinli (f <20 Hz) kuchlanish to'g'ridan-to'g'ri oqim kuchaytirgichlari (CAP) bilan kuchaytiriladi. Past chastotali (ovozli) signallar (f = 20 Gts - 20 kHz) past chastotali kuchaytirgichlar (VLF) bilan kuchaytiriladi. F> 100 kHz uchun yuqori chastotali UHF kuchaytirgichlari ishlatiladi. Analoq (114-rasm, a), pulsli (114.6-rasm) signallarning kuchaytirgichlari va boshqalar mavjud.

Kuchaytirgichlarning barcha turlariga quyidagi asosiy talablar qo'yiladi: chiqish quvvati kirishdan kattaroq bo'lishi kerak; kirish va chiqish signallari o'xshash shaklga ega bo'lishi kerak, ya'ni signallarning to'lqin shakllari faqat amplituda farq qilishi kerak, D daromad koeffitsienti kirish signalining chastotasi va amplitudasiga bog'liq bo'lmasligi kerak.

Ushbu kurs loyihasi turli o'tkazuvchanlikdagi tranzistorlar va kuchaytirgich mikrosirkulyatorlari uchun kuchaytirgichni hisoblash metodologiyasini taqdim etadi.

Dastlabki ma'lumotlar:

Yukning qarshiligi RN = 6 Ohm;

Chiqish quvvati, Rvykh = 0,5 Vt dan kam emas;

Besleme zo'riqishi EC = 12V;

FN - fV - 100 - 3000 Gts chastotalar diapazoni;

Chastotani buzish koeffitsienti MN = MV = 4dB.

(chastota buzilish koeffitsienti yuqori va pastki chastotalarda ortish necha marta yoki qancha desibel kamayishini ko'rsatadi)

Kirish kuchlanishining amplitudasi Uin = 0,1V;

Kirish empedansi, Rin = 100kOhm dan kam emas;

Ba'zan desibeldan chastota buzilish qiymatlarini konversiya quyidagi algoritm bo'yicha amalga oshiriladi:

; ;

;

Belgilangan MPRA qiymatini topish uchun kompyuter kalkulyatorini bosing: 10 va 0,2. Orqaga qaytish uchun kalkulyatorning log funktsiyasidan foydalanish kerak.

Operatsion kuchaytirgichning teng davri

Shakl 2 - Operatsion kuchaytirgich va unga tenglashtirilgan elektron
F2-ni sozlang (A) operatsion kuchaytirgich uchun ramzni taqdim etadi va shakl 2 (b) uning munosib davrini ko'rsatadi. Kirish terminali mavjud v+ va v-. Chiqish terminali vtashqarida. Elektr ta'minoti yo'nalishidagi ulanishlar +V, -V va yerosti terminali. Quvvat manbai ulanishlari ko'pincha sxematik chizmalardan chiqarib tashlangan. Chiqish kuchlanishining qiymati cheklangan +V va -V chunki ular kontaktlarning zanglashiga olib keladigan eng ijobiy va salbiy kuchlanishdir.
Modeldagi kuchlanish kuchlanish o'rtasidagi bog'liqlik kuchlanishiga bog'liq bo'lgan qaram kuchlanish manbasini o'z ichiga oladi v+ va v-. Ikki kirish terminali, deb nomlanadi noto'g'ri va inverting kirishlar navbati bilan. Ideal holda, kuchaytirgichning chiqishi ikkita kirish kuchlanishining kattaligiga bog'liq emas, faqat ular orasidagi farqga bog'liq. Biz aniqlaymiz differentsial kirish kuchlanishi, vd, farq sifatida,

(7)
Chiqish kuchlanishi differentsial kirish zo'riqishida proportsionaldir va biz bu nisbatni ochiq aylanma kuch sifatida belgilaymiz. Shunday qilib, chiqadigan kuchlanish

(8)
Misol sifatida  (E odatda kichik amplitudadir) inverting terminaliga topraklanmış holda ishlab chiqarilmaydigan kirishga qo'llaniladi, ishlab chiqariladi  chiqishda. Xuddi shu manba signalni inverting kiritishda, inverting bo'lmagan terminali topraklanmışsa, chiqdi  .
Op-ampning kirish impedansi shakl 2 (b) da qarshilik sifatida ko'rsatilgan.
Chiqish impedansi rasmda qarshilik sifatida ko'rsatilgan.

Ideal operatsion kuchaytirgich quyidagicha tavsiflanadi:

Ular, odatda, real op-amp parametrlariga yaxshi mos keladi. Haqiqiy op-amplarning odatda parametrlari quyidagilar:

Haqiqiy op-amperlarni taxmin qilish uchun ideal op-ampni ishlatish shuning uchun elektron tahlil qilish uchun qimmatli soddalashdir.
Keling, ochiq chegara daromadining cheksizligini anglataylik. Agar biz Tenglikni qayta yozish (8)  quyidagicha:

(9)
va ruxsat bering G abadiy yaqinlik, biz buni ko'ramiz

(10)
Tenglama (10) natijalari chiqdi voltajining cheksiz bo'lishi mumkin emasligini kuzatish orqali amalga oshiriladi. Chiqish kuchlanishining qiymati musbat va salbiy quvvat manbai qiymatlari bilan chegaralanadi. Tenglama (10) ikkita terminaldagi kuchlanishning bir xilligini ko'rsatadi:

(11)

Shuning uchun tenglama (11) bizga kirish terminali o'rtasida virtual qisqa tutashuv mavjudligini aytishimiz mumkin.

Ideal op-ampning kirish qarshiligi cheksiz bo'lgani uchun, oqim har bir kirish, inverting terminali va inverting bo'lmagan terminalda nol bo'ladi.
Real op-amps chiziqli kuchaytirish rejimida ishlatilganda, daromad juda katta va tenglama (11) yaxshi taxminan. Biroq, haqiqiy op-amperlar uchun bir nechta ilovalar qurilmani chiziqli rejimda ishlatadi. Tenglama (11) ning yaqinligi bu davralar uchun tegishli emas.
Amaliy op-amperlar yuqori kuchlanishga ega bo'lsa-da, bu daromad chastota bilan farq qiladi. Shu sababli, op-amp odatda shakl 2 (a) da ko'rsatilgan shaklda ishlatilmaydi. Ushbu konfiguratsiya ochiq aylanish deb nomlanadi, chunki chiqishdan kirishga hech qanday geribeslik yo'q. Ko'rinib turibdiki, ochiq-oydin konfiguratsiya taqqoslash ilovalari uchun foydalanganda, chiziqli dasturlar uchun yanada keng tarqalgan konfiguratsiya qayta tiklangan yopiq-pastadir davri hisoblanadi.
Tashqi elementlar chiqish signalining bir qismiga "qayta-qayta javob berish" uchun ishlatiladi. Agar orqaga qaytish elementlari chiqish va inverting usuli o'rtasida joylashtirilsa, yopiq-pastadir daromadi kamayadi, chunki chiqishning bir qismi kirishdan chiqariladi. Keyinchalik ko'rib chiqamizki, hisobot faqat umumiy daromadni qisqartirmaydi, balki u ham G qiymatiga nisbatan kamroq sezgirlikni keltirib chiqaradi. Fikr-mulohaza bilan yopiq loop daromadi qayta tiklanish davri elementlariga ko'proq bog'liq, Amper voltajining oshishi. G. Haqiqatdan ham, yopiq tsikli daromad asosan G-qiymatidan mustaqil bo'lib, faqat tashqi elektron elementlarning qiymatlariga bog'liq.

Shakl (3) bir marotabali salbiy geribildirim op-amp davrini ko'rsatadi.

Shakl 3 - Inverting op-amp
Shuning uchun biz ushbu elektronni keyingi qismda tahlil qilamiz. Hozircha, bir qarshilik, R_F, chiqish voltajini ulash uchun ishlatiladi, v_tashqarida inverting kiritishiga, v_-.
Boshqa bir qarshilik, R_a inverting usuli bilan ulangan bo'lsa, v_-, kirish voltajiga, v_a. Uchinchi rezistor, R noto'g'ri kirish va tuproq orasida joylashtirilgan.
Op-amperlar, rezistorlar va kondansativlarni ishlatadigan kontaktlarning nusxalari summani yig'ish, chiqarish, integratsiyalash, farqlash, filtrlash, taqqoslash va kuchaytirish kabi ko'plab foydali operatsiyalarni bajarish uchun konfigüre mumkin.

1.3 Tahlil usullari

Biz ikkita muhim ideal op-amp xususiyatlarini foydalanib, davrlarni tahlil qilamiz:

• 
  Orasidagi kuchlanish v₊ va v_- yoki nol, yoki v₊ = v_-.
  
• 
  Hozirgi ikkalasiga ham v₊ va v_- terminal nolga teng.
  

Ushbu oddiy kuzatishlar har qanday ideal op-amplik devorni tahlil qilish tartibiga olib keladi:

• 
  Noto'g'ri inverting terminalida Kirchhoff joriy qonun tugunlari tenglamasini yozing, v₊.
  
• 
  Inverting terminalida Kirchhoff joriy qonun tugunlari tenglamasini yozing, v_-.
  
• 
  o'rnating v₊ = v_- va kerakli yopiq-loop kazanımlarni hal qilish.
  

Kirchhoff qonunlarini qo'llashda, joriyni ikkala tomon ham esda tuting v₊ va v_- terminal nolga teng.
Inverting Amplifikatori

Shakl 3 - Inverting op-amp
Shakl 3 (a) geribeslemeli tirnalgan kuchaytirgichni aks ettiradi va shakl 3 (b) bu ​​ideal tirnalgan op-amp davri uchun munosib davrini ko'rsatadi. Op-amp uskuna ochiq tizim sifatida modellash uchun ideal op-amp xususiyatlarini ishlatdik. Boshqariladigan manbalar Gv_d, ammo ushbu taxminlarga ko'ra, biz ushbu ma'lumotni aniq ishlatishimiz shart emas. Chiqish kuchlanishini hal qilishni istaymiz, v_tashqarida, kirish kuchlanish jihatidan, v_a. Biz uchun tenglamalar yozamiz v₊ va v_- va keyin bu ifodalarni bir-biriga tenglashtiring. Hozirgi kundan boshlab R nol,

(12)
Shuningdek, Kirchhoff node tenglamasi v_- hosil,

(13)
chunki v₊ = v_- va v₊ = 0 keyin v_- ham nol bo'ladi. Shuning uchun ikkita noma'lum bir tenglama mavjud, v_a va v_tashqarida, shuning uchun yopiq-tsikli daromad uchun biz hal qila olamiz,

(14)
E'tiborga loyiqki, yopiq zanjirli daromad, v_tashqarida /v_a, salbiy (inverted) va faqat ikki qarshilik nisbati bog'liq, R_F /R_a. Bu juda yuqori ochiq-oydin daromaddan mustaqil, G. Ushbu kerakli natijaga chiqish voltajining bir qismining kirish voltajidan chiqib ketish uchun ishlatilishi sabab bo'ladi. Chiqishdan kirishga o'tish R_F differentsial voltsiyani ishlatishga xizmat qiladi, v_d = v₊ - v_-, Nolga yaqin. Noto'g'ri kiritilgan kirish kuchlanishidan beri, v₊, nol bo'lsa-da, geribildirim haydash ta'siriga ega v_- nolga teng. Shunday qilib, op-ampning kiritilishida,

(15)
Ideal op-amp devorining qanchalik murakkab bo'lmasin, bu oddiy tartibga rioya qilib, muhandis op-amp tizimlarini tezda tahlil qilishi mumkin.

Keling, bu natijani bir nechta uskuna bo'yicha kengaytirishimiz mumkin.

Shakl 4-Op-amp davri
Shakl (4) da ko'rsatiluvchi kuchaytirgich bir necha chiqish kuchlanishining salbiy massa yig'indisi bo'lgan bir chiqish ishlab chiqaradi.
Hozirgi kundan boshlab R nol, v₊ = 0. Inverting kirish terminalidagi tugun tenglamasi Denklem (16) tomonidan beriladi:

(16)
chunki v₊ = v_-, keyin v₊ = 0 = v_- va biz topamiz v_tashqarida quyidagilar kiradi:

(17)
Kengaytma n kirishlar sodda.
Qaytarilmaydigan kuchlantiruvchi
Op-ampni teskarisi yoki invert qilinmagan chiqishi ishlab chiqarish uchun sozlash mumkin. O'tgan bobda biz inverting amplifikatorini tahlil qildik. Keling, shakl (5) da ko'rsatilganidek, inverting bo'lmagan kuchaytirgich uchun tahlilni takrorlaymiz.

Shakl 5-Ovoz bermaydigan kuchaytirgich
Buni ideal op-ampning asosiy xususiyatlaridan foydalanib tahlil qilamiz. Hozirgi kundan boshlab R₁ nol,

(18)
Bir tugunni tenglamani yozish v_- tugunning rentabelligi,

(19)
Biz o'rnatdik v₊ = v_-, va o'rniga o'tadi v_- olish,

(20)
Natijada, noto'g'ri daromad,

(21)
O'tgan bobda ("Inverting Amplifier") bir nechta inverting op amperini tahlil qildik. Endi biz bir nechta uskuna bilan non-inverting op-ampsni tahlil qilamiz.

Shakl 6 - Ikkita noto'g'ri kiritilgan yozuv
Shakl (6) ikkita kirish kuchlanishli elektronni tasvirlaydi. Topmoq v₊, biz Kirchhoffning joriy qonunini noto'g'in kirish terminaliga o'tkazamiz (esda tutingki, op-ampga kirish oqimi nolga teng)

(22)
Keyinchalik hal qilish v₊, biz olamiz

(23)
Inverting voltaji, v_-, tugunning tenglamasidan topilgan v_- Natijada,

(24)
Setting v₊ teng v_-, biz olamiz

(25)

ILOVA

Vni aniqlash uchun TINACloud bilan simulyatsiya yordamida quyidagi elektronlarni tahlil qiling_tashqarida Quyidagi havolani bosish orqali kirish kuchlanish jihatidan.
1-Ikki noqulay bo'lmagan inqilobli davriy simulyatsiya


Amaliy ma'noda, uning oqibatlarini qisqacha ko'rib chiqish muhimdir yuklash op-ampda. Analiz uchun ishlatilgan usuli, kuchlanishning qaram manbalaridan talab qilinadigan oqimga asoslanib, to'g'ri kuchlanishni hosil qiladi. ideal op-amp modeli ishlab chiqaruvchining a haqiqiy op-amp. Keyingi boblardagi amaliy fikrlarni o'rganishimizga qaramay, keyingi ikki misol kontseptsiyani aks ettiradi.
Tormozlash va inverting konfiguratsiyasi tahlil qilinayotganda, biz op-amperning yuk qarshiligini boshqarish uchun etarli oqim bilan ta'minlashga qodirligiga ishonch hosil qilishimiz kerak.