Kikuza sauti cha masafa ya chini (ambacho kitajulikana kama ULF) ni kifaa cha kielektroniki kilichoundwa ili kukuza mizunguko ya masafa ya chini kwa kile ambacho mtumiaji anahitaji. Wanaweza kufanywa kwa vipengele mbalimbali vya elektroniki kama vile aina tofauti za transistors, zilizopo au amplifiers za uendeshaji. ULF zote zina idadi ya vigezo vinavyobainisha ufanisi wa kazi zao.
Makala haya yatazungumzia matumizi ya kifaa hicho, vigezo vyake, mbinu za ujenzi kwa kutumia viambajengo mbalimbali vya kielektroniki. Saketi ya vikuza sauti vya chini pia itazingatiwa.
ULF maombi
ULF hutumiwa mara nyingi katika vifaa vya kuzaliana sauti, kwa sababu katika uwanja huu wa teknolojia mara nyingi ni muhimu kuongeza masafa ya mawimbi hadi yale ambayo mwili wa binadamu unaweza kutambua (kutoka 20 Hz hadi 20 kHz).
Programu zingine za ULF:
- teknolojia ya kupima;
- defectoscopy;
- kompyuta ya analogi.
Kwa ujumla, vikuza sauti vya besi hupatikana kama vipengee vya saketi mbalimbali za kielektroniki, kama vile redio, vifaa vya sauti, televisheni au visambaza sauti.
Vigezo
Kigezo muhimu zaidi cha amplifier ni faida. Inakokotolewa kama uwiano wa pato kwa ingizo. Kulingana na thamani inayozingatiwa, wanatofautisha:
- faida ya sasa=sasa pato / ingizo la sasa;
- voltage gain=voltage ya pato / voltage ingizo;
- power gain=nguvu ya kutoa / nguvu ya kuingiza.
Kwa baadhi ya vifaa, kama vile op-amps, thamani ya mgawo huu ni kubwa sana, lakini si rahisi kufanya kazi na nambari kubwa (pamoja na ndogo sana) katika hesabu, kwa hivyo faida mara nyingi huonyeshwa kwa logarithmic. vitengo. Njia zifuatazo zinatumika kwa hili:
- upataji wa nguvu katika vitengo vya logarithmic=10logariti ya faida ya nishati inayotakikana;
- faida ya sasa katika vitengo vya logarithmic=20 logariti ya desimali ya faida inayotakiwa ya sasa;
- kuongezeka kwa voltage katika vitengo vya logarithmic=20logaritimu ya ongezeko la voltage inayotakiwa.
Migawo inayokokotolewa kwa njia hii hupimwa kwa desibeli. Jina la kifupi - dB.
Kigezo muhimu kinachofuataamplifier - mgawo wa kupotosha kwa ishara. Ni muhimu kuelewa kwamba amplification ya ishara hutokea kutokana na mabadiliko na mabadiliko yake. Sio ukweli kwamba kila wakati mabadiliko haya yatatokea kwa usahihi. Kwa sababu hii, mawimbi ya pato yanaweza kutofautiana na mawimbi ya pembejeo, kwa mfano, kwa umbo.
Amplifaya bora hazipo, kwa hivyo upotoshaji upo kila wakati. Kweli, katika baadhi ya matukio hawaendi zaidi ya mipaka inayoruhusiwa, wakati kwa wengine wanafanya. Ikiwa harmonics ya ishara kwenye pato la amplifier inafanana na harmonics ya ishara za pembejeo, basi kupotosha ni mstari na kupunguzwa tu kwa mabadiliko ya amplitude na awamu. Ikiwa maumbo mapya yanaonekana kwenye pato, basi upotoshaji si wa mstari, kwa sababu husababisha mabadiliko katika umbo la mawimbi.
Kwa maneno mengine, ikiwa upotoshaji ni wa mstari na kulikuwa na ishara ya "a" kwenye ingizo la amplifier, basi pato litakuwa ishara ya "A", na ikiwa sio ya mstari, basi matokeo yatakuwa mawimbi ya "B".
Kigezo muhimu cha mwisho kinachoangazia utendakazi wa amplifaya ni nishati ya kutoa. Aina za nguvu:
- Imekadiriwa.
- Kelele za pasipoti.
- Upeo wa muda mfupi.
- Upeo wa muda mrefu.
Aina zote nne zimesanifishwa na GOST na viwango mbalimbali.
Vamplifaya
Kihistoria, vikuza vya kwanza viliundwa kwenye mirija ya utupu, ambayo ni ya aina ya vifaa vya utupu.
Kulingana na elektrodi zilizo ndani ya chupa ya hermetic, taa zinajulikana:
- diodi;
- triodes;
- tetrodes;
- pentodes.
Upeoidadi ya electrodes ni nane. Pia kuna vifaa kama vile klystrons.
Amplifaya ya Triode
Kwanza kabisa, inafaa kuelewa mpango wa kubadili. Maelezo ya saketi ya amplifier ya triode ya masafa ya chini yametolewa hapa chini.
Filamenti inayopasha joto kathodi imetiwa nguvu. Voltage pia inatumika kwa anode. Chini ya hatua ya joto, elektroni hutolewa kutoka kwa cathode, ambayo hukimbilia kwenye anode, ambayo uwezo mzuri hutumiwa (elektroni zina uwezo hasi).
Sehemu ya elektroni hunaswa na elektrodi ya tatu - gridi ya taifa, ambayo voltage inatumika pia, ikipishana tu. Kwa msaada wa gridi ya taifa, sasa ya anode (ya sasa katika mzunguko kwa ujumla) inadhibitiwa. Ikiwa uwezo mkubwa hasi unatumiwa kwenye gridi ya taifa, elektroni zote kutoka kwa cathode zitakaa juu yake, na hakuna sasa itapita kupitia taa, kwa sababu sasa ni harakati iliyoelekezwa ya elektroni, na gridi ya taifa huzuia harakati hii.
Upataji wa taa hurekebisha kipingamizi ambacho kimeunganishwa kati ya usambazaji wa nishati na anodi. Huweka nafasi inayohitajika ya sehemu ya uendeshaji kwenye sifa ya voltage ya sasa, ambayo vigezo vya faida hutegemea.
Kwa nini nafasi ya sehemu ya kufanyia kazi ni muhimu sana? Kwa sababu inategemea ni kiasi gani cha sasa na volti (na hivyo nguvu) kitakuzwa katika saketi ya amplifier ya masafa ya chini.
Mawimbi ya kutoa kwenye amplifaya ya triode inachukuliwa kutoka eneo kati ya anodi na kipingamizi kilichounganishwa mbele yake.
Amplifaya imewashwaklystron
Kanuni ya utendakazi wa amplifier ya klystron ya masafa ya chini inategemea urekebishaji wa mawimbi kwanza kwa kasi kisha kwa msongamano.
Klystron imepangwa kama ifuatavyo: chupa ina cathode iliyotiwa moto na filamenti, na mtoza (inayofanana na anode). Kati yao ni resonator za pembejeo na pato. Elektroni zinazotolewa kutoka kwa cathode huharakishwa na voltage inayowekwa kwenye cathode na kukimbilia kwa mkusanyaji.
Baadhi ya elektroni zitasonga haraka, zingine polepole - hivi ndivyo urekebishaji wa kasi unavyoonekana. Kwa sababu ya tofauti katika kasi ya harakati, elektroni huwekwa kwenye mihimili - hii ndio jinsi urekebishaji wa wiani unavyojidhihirisha. Mawimbi yaliyorekebishwa ya msongamano huingia kwenye kinasa sauti, ambapo hutengeneza mawimbi ya masafa sawa, lakini nguvu kubwa zaidi kuliko resonator ingizo.
Inabadilika kuwa nishati ya kinetiki ya elektroni inabadilishwa kuwa nishati ya mizunguko ya microwave ya uga wa sumakuumeme ya kinasa sauti. Hivi ndivyo mawimbi hukuzwa katika klystron.
Vipengele vya vikuza sauti vya elektrovacuum
Tukilinganisha ubora wa mawimbi sawa na yaliyoimarishwa na kifaa cha bomba na ULF kwenye transistors, tofauti hiyo itaonekana kwa macho bila kupendelea ya pili.
Mwanamuziki yeyote wa kitaalamu atakuambia kuwa tube amps ni bora zaidi kuliko wenzao wa hali ya juu.
Vifaa vya Electrovacuum vimeacha matumizi kwa muda mrefu, vilibadilishwa na transistors na microcircuits, lakini hii haina umuhimu kwa nyanja ya uzazi wa sauti. Kwa sababu ya uthabiti wa halijoto na utupu ndani, vifaa vya taa huboresha mawimbi.
Upungufu pekee wa bomba la ULF ni bei ya juu, ambayo ni ya kimantiki: ni ghali kuzalisha vipengele ambavyo havihitajiki kwa wingi.
Amplifaya ya transistor ya bipolar
Mara nyingi hatua za ukuzaji huunganishwa kwa kutumia transistors. Kikuza sauti rahisi cha masafa ya chini kinaweza kuunganishwa kutoka kwa vipengele vitatu tu vya msingi: capacitor, kipinga, na transistor ya n-p-n.
Ili kuunganisha amplifaya kama hii, utahitaji kusimamisha kitoa umeme cha transistor, kuunganisha capacitor mfululizo kwenye msingi wake, na kipingamizi sambamba. Mzigo unapaswa kuwekwa mbele ya mtoza. Inashauriwa kuunganisha kizuia kikomo kwa mkusanyaji katika saketi hii.
Kiwango cha umeme kinachoruhusiwa cha saketi ya amplifier ya masafa ya chini hutofautiana kutoka volti 3 hadi 12. Thamani ya kupinga inapaswa kuchaguliwa kwa majaribio, kwa kuzingatia ukweli kwamba thamani yake lazima iwe angalau mara 100 ya upinzani wa mzigo. Thamani ya capacitor inaweza kutofautiana kutoka 1 hadi 100 microfarads. Uwezo wake huathiri kiasi cha mzunguko ambao amplifier inaweza kufanya kazi. Kadiri uwezo unavyokuwa mkubwa, ndivyo ukadiriaji unavyopungua wa masafa ambayo transistor inaweza kukuza.
Mawimbi ya ingizo ya amplifier ya masafa ya chini ya transistor ya masafa ya chini inatumika kwenye kapacita. Nguzo chanya ya nguvu lazima iunganishwe kwenye sehemu ya unganisho ya mzigo na kipingamizi kiunganishwe sambamba na msingi na capacitor.
Ili kuboresha ubora wa mawimbi kama haya, unaweza kuunganisha capacitor iliyounganishwa sambamba na kipingamizi kwenye kitoa umeme, ambacho huchukua jukumu la maoni hasi.
Amplifaya yenye transistors mbili za bipolar
Ili kuongeza faida, unaweza kuunganisha transistors mbili za ULF hadi moja. Kisha manufaa ya vifaa hivi yanaweza kuzidishwa.
Ingawa ukiendelea kuongeza idadi ya hatua za kukuza, uwezekano wa kujisisimua kwa vikuza sauti huongezeka.
Amplifaya ya transistor yenye athari ya shamba
Vikuza vya masafa ya chini pia huunganishwa kwenye transistors zenye athari ya shambani (baadaye zitajulikana kama PT). Mizunguko ya vifaa vile si tofauti sana na zile ambazo zimeunganishwa kwenye transistors za bipolar.
Kikuza sauti cha lango la FET (aina ya ITF) isiyo na chaneli kitazingatiwa kama mfano.
Capacitor imeunganishwa kwa mfululizo kwenye substrate ya transistor hii, na kigawanyaji volteji kinaunganishwa kwa sambamba. Upinzani umeunganishwa na chanzo cha FET (unaweza pia kutumia uunganisho sambamba wa capacitor na kupinga, kama ilivyoelezwa hapo juu). Kipinga kikomo na nguvu huunganishwa kwenye bomba la maji, na kituo cha upakiaji huundwa kati ya kizuia maji na bomba.
Mawimbi ya ingizo kwa vikuza vya transistor vyenye masafa ya chini hutumika kwenye lango. Hili pia hufanywa kupitia capacitor.
Kama unavyoweza kuona kutoka kwa maelezo, saketi rahisi zaidi ya amplifier ya athari ya shamba haina tofauti na saketi ya amplifier ya transistor ya masafa ya chini ya masafa ya chini.
Hata hivyo, unapofanya kazi na PT, vipengele vifuatavyo vya vipengele hivi vinapaswa kuzingatiwa:
- FET high Rinput=I / Uchanzo-lango. Transistors za athari za shamba zinadhibitiwa na uwanja wa umeme,ambayo hutokana na msongo wa mawazo. Kwa hivyo, FET hudhibitiwa na voltage, si ya sasa.
- FETs hutumia karibu hakuna mkondo wa mkondo, ambayo inahusisha upotoshaji kidogo wa mawimbi asili.
- Hakuna sindano ya malipo katika transistors zenye athari ya shamba, kwa hivyo kiwango cha kelele cha vipengele hivi ni cha chini sana.
- Zinastahimili halijoto.
Hasara kuu ya FET ni usikivu wao mkubwa kwa umeme tuli.
Wengi wanaifahamu hali hiyo wakati mambo yanayoonekana kutokuwa na mwenendo humshtua mtu. Hii ni udhihirisho wa umeme tuli. Ikiwa msukumo kama huo unatumika kwa mojawapo ya waasiliani wa transistor ya athari ya uga, kipengele kinaweza kulemazwa.
Kwa hivyo, unapofanya kazi na PT, ni bora kutochukua anwani kwa mikono yako ili usiharibu kipengele kwa bahati mbaya.
Kifaa cha OpAmp
Kikuzaji cha kufanya kazi (hapa kinajulikana kama op-amp) ni kifaa chenye pembejeo tofauti, ambacho kina faida kubwa sana.
Ukuzaji wa ishara sio kazi pekee ya kipengele hiki. Inaweza pia kufanya kazi kama jenereta ya ishara. Hata hivyo, ni sifa zake za kukuza ambazo ni za manufaa kwa kufanya kazi na masafa ya chini.
Ili kutengeneza kikuza mawimbi kutoka kwa amp amp, unahitaji kuunganisha kwa usahihi mzunguko wa maoni, ambayo ni kinzani ya kawaida. Jinsi ya kuelewa wapi kuunganisha mzunguko huu? Ili kufanya hivyo, unahitaji kurejelea tabia ya uhamishaji ya op-amp. Ina sehemu mbili za usawa na moja ya mstari. Ikiwa hatua ya uendeshajikifaa iko kwenye mojawapo ya sehemu za mlalo, kisha op-amp hufanya kazi katika hali ya jenereta (modi ya mapigo), ikiwa iko kwenye sehemu ya mstari, basi op-amp huongeza mawimbi.
Ili kuhamisha op-amp hadi kwa hali ya mstari, unahitaji kuunganisha kipinga maoni na mwasiliani mmoja kwenye pato la kifaa, na nyingine - kwa ingizo la kubadilisha. Ujumuishaji huu unaitwa maoni hasi (NFB).
Iwapo inahitajika kwamba mawimbi ya masafa ya chini iinuliwe na isibadilishwe kwa awamu, basi ingizo la inverting na OOS linapaswa kuwekwa msingi, na mawimbi yaliyoimarishwa inapaswa kutumika kwa ingizo lisilogeuza. Ikiwa ni muhimu kuimarisha ishara na kubadilisha awamu yake kwa digrii 180, basi pembejeo isiyo ya inverting lazima iwe msingi, na ishara ya pembejeo lazima iunganishwe kwa inverting.
Katika hali hii, hatupaswi kusahau kwamba amplifaya inayofanya kazi lazima itolewe na nguvu za polarity tofauti. Kwa hili, ana waelekezi maalum wa mawasiliano.
Ni muhimu kutambua kwamba kufanya kazi na vifaa kama hivyo wakati mwingine ni vigumu kuchagua vipengele kwa ajili ya saketi ya amplifier ya masafa ya chini. Uratibu wao wa uangalifu unahitajika sio tu kwa suala la maadili ya kawaida, lakini pia kwa nyenzo ambazo zinafanywa, ili kufikia vigezo vinavyohitajika vya faida.
Amplifaya kwenye chip
ULF inaweza kuunganishwa kwenye vipengee vya utupu wa kielektroniki, na kwenye transistors, na kwenye vikuza kazi, mirija ya utupu pekee ndiyo ya karne iliyopita, na mizunguko mingine yote haina dosari, urekebishaji ambao bila shaka unajumuisha kutatiza muundo. ya amplifier. Hii ni tabu.
Wahandisi wamepata chaguo rahisi zaidi la kuunda ULF kwa muda mrefu: tasnia hii inazalisha seketi ndogo zilizotengenezwa tayari ambazo hufanya kama vikuza.
Kila moja ya saketi hizi ni seti ya op-amps, transistors na vipengele vingine vilivyounganishwa kwa njia fulani.
Mifano ya baadhi ya mfululizo wa ULF katika mfumo wa saketi zilizounganishwa:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Mifululizo yote hapo juu inatumika katika vifaa vya sauti. Kila muundo una sifa tofauti: voltage ya usambazaji, nguvu ya pato, faida.
Zimeundwa kwa umbo la vipengee vidogo vyenye pini nyingi, ambazo ni rahisi kuwekwa kwenye ubao na kuzipachika.
Ili kufanya kazi na amplifier ya masafa ya chini kwenye microcircuit, ni muhimu kujua misingi ya aljebra ya mantiki, na pia kanuni za uendeshaji wa vipengele vya kimantiki NA-SIO, AU-LA.
Takriban kifaa chochote cha kielektroniki kinaweza kuunganishwa kwa vipengee vya kimantiki, lakini katika kesi hii, saketi nyingi zitabadilika kuwa kubwa na zisizofaa kwa usakinishaji.
Kwa hivyo, matumizi ya saketi zilizounganishwa tayari zinazotekeleza utendakazi wa ULF inaonekana kuwa chaguo rahisi zaidi la vitendo.
Uboreshaji wa mpango
Iliyo hapo juu ilikuwa mfano wa jinsi unavyoweza kuboresha mawimbi yaliyoimarishwa unapofanya kazi na transistors zenye athari ya kubadilika-badilika na athari ya shamba (kwa kuunganisha capacitor na resistor sambamba).
Masasisho kama haya ya miundo yanaweza kufanywa kwa karibu mpango wowote. Bila shaka, kuanzishwa kwa vipengele vipya huongezekakushuka kwa voltage (hasara), lakini shukrani kwa hili, mali ya nyaya mbalimbali zinaweza kuboreshwa. Kwa mfano, capacitors ni vichujio bora vya masafa.
Kwenye vipengele vinavyostahimili uwezo wa kustahimili uwezo, uwezo wa kustahimili sauti au kufata neno, inashauriwa kukusanya vichujio rahisi zaidi vinavyochuja masafa ambayo hayapaswi kuangukia kwenye saketi. Kwa kuchanganya vipengele vinavyostahimili uwezo na uwezo na vikuza kazi, vichujio bora zaidi (viunganishi, vitofautishi vya Sallen-Key, notch na vichujio vya bendi) vinaweza kuunganishwa.
Kwa kumalizia
Vigezo muhimu zaidi vya vikuza masafa ni:
- faida;
- kigezo cha uharibifu wa ishara;
- utoto wa umeme.
Vikuza sauti vya chini hutumiwa mara nyingi katika vifaa vya sauti. Unaweza kukusanya data ya kifaa kivitendo kwenye vipengele vifuatavyo:
- kwenye mirija ya utupu;
- kwenye transistors;
- kwenye vikuza sauti vinavyofanya kazi;
- kwenye chips zilizokamilika.
Sifa za vikuza masafa ya chini vinaweza kuboreshwa kwa kuanzisha vipengele vya kupinga, capacitive au kufata neno.
Kila skimu hapo juu ina faida na hasara zake: baadhi ya vikuza sauti ni ghali kukusanyika, vingine vinaweza kuingia katika kueneza, kwa baadhi ni vigumu kuratibu vipengele vilivyotumika. Daima kuna vipengele ambavyo mbunifu wa amp anapaswa kushughulika navyo.
Kwa kutumia mapendekezo yote yaliyotolewa katika makala haya, unaweza kutengeneza amplifier yako kwa matumizi ya nyumbani.badala ya kununua kifaa hiki, ambacho kinaweza kugharimu pesa nyingi linapokuja suala la vifaa vya ubora wa juu.
