Сигналларни кучайтириш

5.3. Чизиқли кучайтиргич
М айдон транзисторидан актив элемент сифатида фойдаланиладиган чизиқли юкламаси резистив бўлган КҚ 2-расмда келтирилган.

2-расм.
Кириш бошқарув сигнали ажратувчи конденсатор С_А, орқали транзистор затворига берилади. Бу сигнал таъсирида С-U занжиридан ўтаётган ток қиймати ўзгаради ва R_c=R_ю қаршилигида кучланиш ҳосил бўлади. Кириш сигналининг оз миқдорда ўзгариши сток токининг катта миқдорда ўзгаришига, натижада R_ю даги кучланиш ҳам унга пропорционал ўзгаришига олиб келади. Бу майдон транзистори ёрдамида кучланиш бўйича кучайтириш амалга оширилганини билдиради. R_c=R_ю юкламадаги кучланиш чиқигш кучланиши U_ч деб ҳисобланади.

КҚ электр таъминоти доимий кучланиши Е_с бўлган манба ҳисобига бажарилади. У транзистор стокига R_c қаршилиги орқали берилади. Шундай қилиб R_c икки вазифани: транзисторни электр манбаи билан таъминлайди ва юклама вазифасини бажаради.
С_А1 конденсатори домий кучланишни транзистор затворига берилишига ва С_А2 конденсатори транзистор стокидаги доимий кучланишни КҚ дан кейинги қурилмаларга тушмаслигини таъминайди. С_А1 ва С_А2 конденсаторларида йўқотишлар кам бўлиши учун уларнинг сиғимлари катта танланади.
КҚ схемасида алоҳида силжиш кучланиши манбаи йўқ, чунки транзистор ВАТ нинг керакли қисмида иш нуқтасини ўрнатувчи кучланиш унинг истокига уланган R_u қаршилигидан ўтаётган ток ҳисобида ҳосил бўлади. Бу резистор орқали сток токи ўтади ва 2-расмда кўрсатилгандек кучланиш (+)и истокка (-) и эса умуий симга уланади. Манфий потециал R_з қаршилик орқали затвога берилади. Шундай қилиб транзисторнинг затвор-исток қисмига манфий силжиш кучланиши берилади. Бу кучланиш автоматик силжиш кучоаниши – автосилжиш кучланиши деб аталади, чунки у сток токининг доимий ташкил этувчиси ҳисобига ҳосил бўлади. Сток токининг ўзгарувчан ташкил этувчиси R_с га парралел уланган катта сиғимли конденсатор С_u орқали умумий симга ўтиб кетади.
R_u қаршиликда сток токининг фойдали ўзгарувчан ташкил этувчиси ўтиши натижасида, доимий кучланиш билан бирга қисман ўзгарувчан кучланиш ҳам ҳосил бўлади. Силжиш кучланишининг бу ўзгарувчан ташкил этувчиси транзистор затворига кириш сигнали U_к фазасига тескари фазада бўлади ва уни қисман кучсизлантиради, натижада манфий тескари боғланиш пайдо бўлади. Бу тескари боғланиш таъсири C_н конденсатори сиғимига боғлиқ бўлиб, тескари боғланишли конденсаторнинг ўзгарувчан токка қаршилиги ни R_u резистор қаршилигига нисбатан жуда камлигини таъминлаш орқали эришилади.
Кучайтирилган кучланиш U_ч транзистор стоки ва умумий уланиш сими орасида ҳосил бўлади, яъни бир учи стокка иккинчи учи ўзгарувчан ток учун умумий симга уланган. R_c=R_ю қаршилигида олинади. Сток токининг ўзгарувчан ташкил этувчисини умумий уланиш симига ўтишини катта сиғимли C_гн конденсатори таъминлайди. Бунда сток токи фойдали-ўзгарувчан ташкил этувчиси электр манбаи E_c ички қаршилигидан ўтмайди.
КҚ ишлаш принципини вақт диаграммали ёрдамида кўриб чиқамиз (3-расм). Транзистор затвори ва истоки орасидаги кучланиш икки ташкил этувчидан: доимий кучланиши ва кириш кучланиши U_к дан иборат (3а-расм), яъни:
U_зи=-E+U_kmaxsinω₀t. (5.4)
Кириш сигнали чизиқли режимда кучайтирилганда сток токи затворидаги кучланишга пропорционал бўлади (3б-расм):
i=I₀+I_msinω₀t. (5.5)
Ом қонунига асосан R_c=R_ю юкламадаги кучланиш сток токи i_с га пропорционал (3в-расм)
U_R=U_r=U_OR+U_mRsinω₀t. (5.6)
Юклама R_ю даги кучланиш U_R манба кучланишишдан айрилади, кучланишларнинг бу фарқи транзистор стокидаги кучланишга тенг бўлади (3г-расм).
U_T=U^|₀-sinω₀t. (5.7)
Б унда U^|₀=Е_с-U_OR транзистор стокидаги кучланиш стокдаги U_T кучланиш амплитудаси, U_mТ юкламадаги кучланиш амплитудаси U_mR га тенг. (5.7) ифодадаги манфий белги, чиқиш кучланиши U_ч нинг фазаси кириш кучланиши U_к фазасига тескарилигини билдиради, яъни умумий истокли майдон транзисторли кучайтиргич кириш сигнали фазасини 180⁰ га айлантиради.

3-расм.
Энди чизиқли режимда ишлайдиган КҚ сининг ишлаш принципини унинг ВАХ и орқали кўриб чиқамиз (5.5-расм). Майдон транзисторининг сток токи i_с ни уни затворидаги кучланишга боғлиқлик характеристикаси уни ўтиш характеристикаси ҳисобланади, яъни i_с=Ф(Из). Бу характеристикани синиқ чизиқ билан аппроксимация қиламиз. Иш нуқтасини силжиш кучланиши Е_с ёрдамида ВАХ чизиқли қисмининг ўртасига ўрнатамиз. Кириш кучланиши амплитудаси U_кm чизиқли кучайтириш режимида ВАХ нинг ночизиқли қисмига ўтиб кетмаслиги керак, бу шарт бажарилганда транзистор чизиқли режимда (А-режимда), кесиш бурчагисиз ишлайди ва ўтаётган сток токи i_с(t) шакли кириш кучланиши шаклига мос бўлади (5.5-расм).

Юклама R_c=R_ю даги ўзгарувчан кучланиш амплитудаси
U_mR=I_m∙R_c=U_mах (5.8)
бўлади. Унинг амплитдаси кириш кучланиши U_к дан катта бўлади. Кучайтиргичнинг кучайтириш коэффициенти қуйидагича аниқланади
. (5.9)
(5.9) ифодада S₀ транзистор ВАХ си фойдаланилаётган қисмининг тиклиги бўлиб кириш сигнали сатҳига боғлиқ эмас, яъни у ўзгармас S₀=const.
Сток токининг биринчи гармоникаси ток фойдали ташкил этувчиси бўлиб, кириш кучланишига мос шаклда пропорционал ўзгаради, яъни
I_m=S₀∙U_kmax (5.10)
чизиқли кучайтириш кузатилади.
Сток умумий токи фойдали биринчи гармоникаси I_m дан ташқари, кераксиз доимий ташкил этувчиси I₀ – доимий ташкил этувчидан иборат.
Чизиқли режимда ишловчи кучайтиргич фойдали иш коэффициентини аниқлаймиз. Ток фойдали ташкил этувчиси I_m нинг R_ю да ажралиб чиқадиган қуввати
. (5.11)
Кучайтиргич электр манбаидан олаётган қувват
P₀=I₀∙E_c. (5.12)
4-расмдан кўриниб турибдики, чизиқли режимда ток биринчи гармоникаси I_m токнинг доимий ташкил этувчисидан катта бўлмайди, яъни I_m≤ I₀ . Шунга ўхшаш фойдали чиқиш кучланиши U_mч – амплитудаси электр манбаи кучланишидан катта бўла олмайди, яъни U_mч≤ E_c .
I_m ва U_mч нинг энг катта чегаравий қийматини олсак, I_m=I₀ ва U_mч=E_c бўлади ва ФИК
(5.13)
га тенг бўлади. Бу энг катта ФИК. Амалда фойдали иш коэффициенти бундан ҳам кам бўлади. ФИК нинг бунчалик кам бўлишига сабаб, транзистордан ҳамма вақт кириш сигнали йўқ вақтда ҳам токнинг доимий ташкил этувчиси I₀ ўтиб туради. Шунинг учун кучайтиргичнинг чизиқли режими (А-режими) катта қувватли кучайтириш қурилмаларида кам қўлланилади. Умумий талаб қилинган Р₀ қувватдан, фойдали Р_ч~ қувватини фарқи Р_й=Р₀- Р_ч~ йўқотилган қувват актив элемент транзистор (ёки электрон лампа) томонидан иссиқлик шаклида тарқатиб юборилади.

4-расм
Чизиқли режимда ишловчи кучайтиргич қурилмасининг асосий афзаллиги унинг кириш сигналини минимал бузилишлар билан кучайтиришидир.