Forstærkning er en proces til at øge signalstyrken ved at øge amplituden af et givet signal uden at ændre dets egenskaber. En RC-koblet forstærker er en del af en flertrinsforstærker, hvor forskellige trin af forstærkere er forbundet ved hjælp af en kombination af en modstand og en kondensator. Et forstærkerkredsløb er et af grundlæggende kredsløb inden for elektronik.
En forstærker, der er helt baseret på transistoren, er grundlæggende kendt som en transistorforstærker. Indgangssignalet kan være et strømsignal, spændingssignal eller et strømsignal. En forstærker forstærker signalet uden at ændre dets karakteristika, og output vil være en modificeret version af indgangssignalet. Anvendelser af forstærkere er af en bred vifte. De bruges hovedsageligt i lyd- og videoinstrumenter, kommunikation, controllere osv.
Single Stage Common Emitter Forstærker:
Kredsløbsdiagrammet for en enkelt-trins fælles emitterstransistorforstærker er vist nedenfor:
Enkelt trin fælles emitter RC koblet forstærker
Forklaring af kredsløb
En enkelt-trins fælles emitter RC-koblet forstærker er et simpelt og elementært forstærkerkredsløb. Hovedformålet med dette kredsløb er forforstærkning, der er at gøre svage signaler til at være stærkere nok til yderligere forstærkning. Hvis den er designet korrekt, kan denne RC-koblede forstærker give fremragende signalegenskaber.
Kondensatoren Cin ved indgangen fungerer som et filter, der bruges til at blokere jævnstrømsspændingen og kun tillade vekselstrøm til transistoren. Hvis en ekstern jævnstrømsspænding når bunden af transistoren, vil den ændre de forspændte forhold og påvirke forstærkerens ydeevne.
R1- og R2-modstande bruges til at give korrekt bias til den bipolære transistor. R1 og R2 danner et forspændende netværk, der tilvejebringer den nødvendige basisspænding til at drive transistorens inaktive region.
Regionen mellem den afskårne og mætningsregionen er kendt som den aktive region. Området, hvor den bipolære transistordrift er fuldstændigt slukket, er kendt som et afskæringsområde, og det område, hvor transistoren er fuldstændig tændt, er kendt som mætningsregion.
Modstande Rc og Re bruges til at droppe spændingen på Vcc. Modstand Rc er en kollektormodstand og Re er emittermodstand. Begge er valgt på en sådan måde, at begge skal falde Vcc-spænding med 50% i ovenstående kredsløb. Emitterkondensator Ce og emittermodstand Genoptager negativ feedback for at gøre kredsløbets drift mere stabil.
To-trins fælles emitterforstærker:
Nedenstående kredsløb repræsenterer den to-trins fælles emitter-mode transistorforstærker, hvor modstanden R bruges som en belastning, og kondensatoren C bruges som et koblingselement mellem de to trin i forstærkerkredsløbet.
To-trins fælles emitter RC-koblet forstærker
Forklaring af kredsløb:
Ved indgang AC. signalet påføres basen af transistoren til 1St.trin af RC-koblet forstærker, fra funktionsgeneratoren, forstærkes den derefter over output fra 1. trin. Denne forstærkede spænding påføres basen af det næste trin i forstærkeren gennem koblingskondensatoren Cout, hvor den forstærkes yderligere og vises igen på tværs af output fra det andet trin.
De efterfølgende trin forstærker således signalet, og den samlede forstærkning hæves til det ønskede niveau. Meget højere forstærkning kan opnås ved at forbinde et antal forstærkertrin efter hinanden.
Resistance-capacitance (RC) -kobling i forstærkere bruges mest til at forbinde output fra første trin til input (base) i andet trin og så videre. Denne type kobling er mest populær, fordi den er billig og giver en konstant forstærkning over en lang række frekvenser.
Transistor som forstærkere
Mens du kender til forskellige kredsløb til RC-koblede forstærkere, er det vigtigt at vide om transistorer grundlæggende som forstærkere. De tre konfigurationer af de bipolære transistorer, der er almindeligt anvendte, er almindelig basistransistor (CB), fælles emittertransistor (CE) og fælles kollektortransistorer (CE). Bortset fra transistorer, operationelle forstærkere kan også bruges til forstærkning.
- Fælles emitter konfiguration bruges ofte i lydforstærkerapplikationen, fordi common-emitter har en forstærkning, der er positiv og også større end enhed. I denne konfiguration er emitteren forbundet til jord og har høj indgangsimpedans. Udgangsimpedans vil være medium. De fleste af disse typer transistorforstærkerapplikationer bruges ofte i RF-kommunikation og optisk fiberkommunikation (OFC).
- Den fælles basekonfiguration har en gevinst, der er mindre end enhed. I denne konfiguration er samleren forbundet med jorden. Vi har lav outputimpedans og høj inputimpedans i den fælles basekonfiguration.
- Fælles samler konfiguration er også kendt som emitter tilhænger fordi det input, der anvendes på den fælles emitter, vises på tværs af output fra den fælles samler. I denne konfiguration er samleren forbundet med jorden. Den har lav outputimpedans og høj inputimpedans. Det har en gevinst næsten lig med enhed.
Grundlæggende parametre for en transistorforstærker
Vi skal overveje følgende specifikationer, før vi vælger forstærkeren. En god forstærker skal have alle følgende specifikationer:
- Det skal have en høj indgangsimpedans
- Det skal have høj stabilitet
- Det skal have høj linearitet
- Det skal have høj forstærkning og båndbredde
- Det skal have høj effektivitet
Båndbredde:
Frekvensområdet, som et forstærkerkredsløb kan forstærke korrekt, er kendt som båndbredden for den pågældende forstærker. Kurven nedenfor repræsenterer frekvensrespons af en-trins RC-koblet forstærker.
R C koblet frekvensrespons
Kurven, der repræsenterer forstærkningsvariationen af en forstærker med frekvens kaldes frekvensresponskurven. Båndbredden måles mellem den nederste halvdel effekt og den øverste halvdel effektpunkter. P1-punktet er henholdsvis den nederste halvdel og P2 er den øvre halvdel. En god lydforstærker skal have en båndbredde fra 20 Hz til 20 kHz, fordi det er det frekvensområde, der er hørbart.
Gevinst:
Forstærkerens forstærkning defineres som forholdet mellem udgangseffekt og indgangseffekt. Forstærkning kan udtrykkes enten i decibel (dB) eller i tal. Forstærkningen repræsenterer, hvor meget en forstærker er i stand til at forstærke et signal, der gives til den.
Nedenstående ligning repræsenterer en gevinst i antal:
G = Pout / Pin
Hvor Pout er udgangseffekten af en forstærker
Stiften er en forstærkers indgangseffekt
Ligningen nedenfor repræsenterer en forstærkning i decibel (DB):
Gain in DB = 10log (Pout / Pin)
Forstærkning kan også udtrykkes i spænding og strøm. Forstærkningen i spænding er forholdet mellem udgangsspændingen og indgangsspændingen, og forstærkning i strøm er forholdet mellem udgangsstrøm og indgangsstrøm. Ligningen for forstærkning i spænding og strøm er vist nedenfor
Forøgelse i spænding = udgangsspænding / indgangsspænding
Forøgelse i strøm = udgangsstrøm / indgangsstrøm
Høj indgangsimpedans:
Indgangsimpedans er den impedans, der tilbydes af et forstærkerkredsløb, når den er forbundet til spændingskilden. Transistorforstærkeren skal have høj indgangsimpedans for at forhindre den i at indlæse indgangsspændingskilden. Så det er grunden til at have høj impedans i forstærkeren.
Støj:
Støj refererer til uønsket udsving eller frekvenser i et signal. Det kan skyldes interaktionen mellem to eller flere signaler, der er til stede i et system, komponentfejl, designfejl, ekstern interferens eller måske i kraft af visse komponenter, der bruges i forstærkerkredsløbet.
Lineæritet:
En forstærker siges at være lineær, hvis der er nogen lineær sammenhæng mellem indgangseffekten og udgangseffekten. Lineæritet repræsenterer gevinstens planhed. Praktisk talt er det ikke muligt at få 100% linearitet, da forstærkere bruger aktive enheder som BJT'er, JFET'er eller MOSFET'er, som har tendens til at miste gevinst ved høje frekvenser på grund af intern parasitisk kapacitans. Derudover indstiller de indgående DC-afkoblingskondensatorer en lavere afskæringsfrekvens.
Effektivitet:
Effektiviteten af en forstærker repræsenterer, hvordan en forstærker kan udnytte strømforsyningen effektivt. Og måler også, hvor meget strøm fra strømforsyningen der konverteres ved output.
Effektivitet udtrykkes normalt i procent, og ligningen for effektivitet gives som (Pout / Ps) x 100. Hvor Pout er effektoutput, og Ps er den effekt, der trækkes fra strømforsyningen.
En klasse A-transistorforstærker har 25% effektivitet og giver fremragende signalgengivelse, men effektiviteten er meget lav. Klasse C-forstærker har effektivitet op til 90%, men signalgengivelsen er dårlig. Klasse AB står imellem klasse A og klasse C forstærkere, så det bruges ofte i lydforstærker applikationer. Denne forstærker har en effektivitet på op til 55%.
Slew Rate:
En forstærkers drejningshastighed er den maksimale hastighed for outputændring pr. Tidsenhed. Det repræsenterer hvor hurtigt output fra en forstærker kan ændres som reaktion på ændring i input.
Stabilitet:
Stabilitet er kapaciteten hos en forstærker til at modstå svingninger. Normalt opstår stabilitetsproblemer under højfrekvente operationer, tæt på 20 kHz i tilfælde af lydforstærkere. Svingningerne kan være af høj eller lav amplitude.
Jeg håber dette grundlæggende, men alligevel vigtige emne for elektroniske projekter er blevet dækket med rigelig information. Her er et simpelt spørgsmål til dig - Til hvilket formål bruges en almindelig samlekonfiguration, og hvorfor?
Giv dine svar i kommentarfeltet nedenfor.
