Elementary Amplifier Theory

decoupling in audio amplifiers (Jūlijs 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

Elementary Amplifier Theory

Diskrētās pusvadītāju ierīces un shēmas


jautājums 1

Būtībā pastiprinātājs ir ierīce, kas uzņem maza jaudas signālu un izvada ieejas signāla palielinātu (jaudas palielināto) faksimilu. Paskaidrojiet, kā šāda ierīce ir iespējama. Vai Enerģijas saglabāšanas likums ("Enerģētika nevar tikt radīta vai iznīcināta") izslēdz jaudas pastiprināšanas ierīces esamību "Atklāj atbildi" Slēpt atbildi

Ar pastiprinātāju netiek pārkāptas nekādas fiziskas darbības, jo pievienotā jauda nāk no ārēja avota: barošanas avota.

Sekojošais jautājums: vai ir pastiprinātājs transformators un pastiprinātājs? Kāpēc vai kāpēc ne?

Piezīmes:

Pastiprinātāji, kurus studē studenti, ir elektroniskas ierīces, bet pastāv citi pastiprinātāju veidi. Apspriediet ar viņiem dažus, neelektroniskos pastiprinātājus.

2. jautājums

Svarīgs parametrs katram pastiprinātājam ir ieguvums . Paskaidrojiet, kas ir "iegūt", un uzrakstiet vienkāršu vienādojumu, kas nosaka signālu sprieguma ziņā.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

"Gain" ir "palielinājuma" pakāpe, ko pastiprinātājs nodrošina ar savu ievades signālu. Sprieguma pieaugumu var definēt divos dažādos veidos:

A (dc) = V izeja


V in

A (ac) = ΔV izeja


ΔV in

Piezīmes:

Tā kā jūsu studenti spēj izprast kontekstu, simbols, ko izmanto, lai atspoguļotu ieguvumu vienādojumos, ir lielais burts "Ä". Viens no iespējamiem neskaidrības punktiem ir atšķirība starp abiem iegūtā vienādojumiem, kas parādīti atbildē. Kāpēc mums būtu divi dažādi vienādojumi, kas diezgan vienādi sakos? Ja šī problēma rodas diskusijā, jūs varat sniegt saviem skolēniem pastiprinātāja piemēru ar DC precizitāti, kur V out = (4) (V in ) + 3 volti. Šeit (AC) pieaugums vienmēr ir 4, bet DC pieaugums mainās atkarībā no tā, cik daudz sprieguma mēs pielietojam ieejai!

Pamatojoties uz šo piemēru, kura iegūšana tiek aprēķināta, jūsu skolēni uzskata, ka ir daudz praktiskāks?

3. jautājums

Katra pastiprinātāja sirdī ir ierīce, kas izmanto vienu signālu, lai kontrolētu citu. Elektronikā tas nozīmē ierīci, kas izmanto mazu spriegumu vai strāvas signālu, lai kontrolētu lielāku spriegumu vai strāvu.

Pirmās elektroniskās pastiprināšanas shēmas tika konstruētas ar tādām ierīcēm kā elektronu lampas, nevis tranzistori . Caurules joprojām atrod specializētas lietojumprogrammas elektronikā, bet tos lielākoties aizstāj tranzistori. Kāpēc ir šis? Kādas priekšrocības tranzistoriem ir vairāk nekā caurules kā pastiprināšanas ierīces?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Transistori parasti ir daudz fiziski izturīgāki nekā elektronu lampas, kas spēj izturēt lielāku vibrāciju un stresa līmeni. Lielākajā daļā lietojumu tās ir arī mazākas un energoefektīvākas.

Piezīmes:

Elektronu lampas parasti ir elektronikas pasaules "darba zirgi", kas darbojas kā jaudas kontroles un pastiprināšanas ierīces dažādiem pielietojumiem. Būtu interesanti uzklausīt jūsu studentu atsauksmes par šo jautājumu, jo internetā ir daudz "caurulītes" informācijas. IEEE Spectrum žurnālā bija daži izcili raksti par elektronu lampām un to lietojumiem, kurus es ļoti iedrošinātu kādus interesentus lasīt.

4. jautājums

Ļoti bieži sastopamais pastiprinātāja veids, ko izmanto elektroniskajās shēmās, ir sprieguma buferis, ko dažkārt sauc par sprieguma sekotāju . Šai shēmai ir divas vienkāršas formas, viena no tām izmanto vienu tranzistoru, bet otru - integrētu shēmu, ko sauc par operatīvo pastiprinātāju :

Katras šīs ierīces sprieguma pieaugums ir vienotība (A V = 1). Mans jautājums jums ir šāds: kāda iespējamā izmantošana ir pastiprinātājs, kas pat nepaplašina ieejas signāla spriegumu "# 4"> Atklāj atbildi Paslēpt atbildi

Kamēr "sprieguma buferis" nepaplašina signāla sprieguma līmeni, tas pastiprina signāla pašreizējo līmeni.

Piezīmes:

Mūsdienu elektroniskās shēmas sprieguma buferi ir gandrīz visaptveroši, tādēļ tos nevar atlaist kā nevajadzīgus. Apspriediet ar saviem skolēniem dažus iespējamos sprieguma buferu pielietojumus. Kad mēs vēlamies pastiprināt signāla strāvu, nepalielinot spriegumu? Vai jūsu skolēni domā, ka šāda veida ķēde varētu būt piemērota elektroniskām testa iekārtām (voltmetri, jo īpaši?).

5. jautājums

Svarīgs darbības parametrs pastiprinātājs ir tā joslas platums . Aprakstiet, ko "joslas platums" nozīmē vispārīgā nozīmē un dodiet piemēru pastiprinātāja lietojumam, kur joslas platums ir svarīgs.

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

"Joslas platums" attiecas uz signāla frekvenču diapazonu, ko pastiprinātājs var rīkoties noteiktā guvuma, deformācijas, efektivitātes uc robežās.

Piezīmes:

Tā kā jūsu studenti izpētīs vārdu "joslas platums", viņi atradīs šo terminu "pieteikums" daudzās jomās, izņemot pastiprinātājus. Apspriediet šo terminu gan pastiprinātāju kontekstā, gan citu lietojumprogrammu kontekstā.

6. jautājums

Lielākā daļa no vienkāršajiem pastiprinātājiem, kurus jūs sākotnēji studēsit, parasti zaudē spēku, palielinoties pastiprinātā signāla frekvencei. Šis pieauguma zudums dažkārt tiek kvantitatīvi izteikts kā nomākums, ko parasti izsaka decibelos vienībās uz oktāvu (dB / oktava).

Kas, tieši tā, ir "rolloff?" Kas ir "oktāvs", ņemot vērā mērvienības, ko izmanto, lai norādītu rolloff? Ja mēs plānotu atbildi par tipisku pastiprinātāju Bodes parauga formā, kāda veida filtra ķēdes raksturlielums (frekvenču josla, joslu apturēšana utt.) Vislabāk būtu līdzināties?

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Lielākā daļa pastiprinātāju frekvenču atbildes ir līdzīgas zemfrekvenču filtru iedarbībai. "Rolloff" ir termins, ko izmanto, lai apzīmētu pastiprinātāja Bode diagrammu, jo tas pastiprina pastiprināto signālu arvien biežāk.

"Oktava" apzīmē divkāršu signāla frekvenci. Šī vienība attiecas arī uz logaritmiskiem mēroga Bode zemes gabaliem.

Piezīmes:

Vai kāds no saviem skolēniem uzrāda Bode plāksnītes attēlu (reālistisku) zemas caurlaides filtru: tas ir, nav ideāls zemas caurlaides filtra atbilde. Pārskatiet ar saviem skolēniem, kāds ir log-mēroga gabals, un lūdziet tos attiecināt "decibel" un "oktāvas" vienības uz šādu mērogu.

7. jautājums

Klases A tranzistora pastiprinātājs izmanto vienu tranzistoru, lai ģenerētu izejas signālu slodzei. Šeit redzamais pastiprinātājs ir "kopējās kolektoru" topoloģijas, kas ir viena no trim vienas tranzistoru shēmu konfigurācijām:

Šim elektroniskajam ķēdes analogam ir ūdens spiediena kontrole, kas sastāv no mainīga ventilatora caur ūdeni cauri sprauslai (ierobežojums), pēc tam uz noteci:

Šim pastiprinātājam "ieeja" ir vārsta vadības roktura pozicionēšana. Šī pastiprinātāja "izeja" ir ūdens spiediens, ko mēra horizontālās "izejas" caurules galā.

Paskaidrojiet, vai kāda no šīm "shēmām" atbilst pastiprinātāja kritērijiem. Citiem vārdiem sakot, paskaidrojiet, kā abās šajās sistēmās tiek palielināta jauda no ievades līdz izlaidei. Arī aprakstiet, cik efektīvi katrs no šiem pastiprinātājiem ir, "efektivitāte" ir pasākums, cik daudz strāvas (vai ūdens) iet uz slodzes ierīci, salīdzinot ar to, cik vienkārši iet taisni caur kontrolējošo elementu un atpakaļ uz zemes (notekas )

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Abās sistēmās neliels enerģijas daudzums (strāva caur "tranzistora" bāzes termināli, mehāniskās kustības vārsta rokturis) kontrolē lielāku enerģijas daudzumu (strāva pie slodzes, ūdens līdz slodzei). Šeit redzamās sistēmas ir diezgan izšķērdīgas, jo īpaši ar lielu izejas spriegumu (spiedienu).

Piezīmes:

Neatlaidīgi viņi var būt, bet "Class-A" tranzistora shēmas ir ļoti bieži izmantojamas mūsdienu elektronikā. Paskaidrojiet saviem skolēniem, ka tā neefektivitāte praktiski ierobežo to mazjaudas lietojumprogrammām.

8. jautājums

B klases tranzistora pastiprinātājs (dažreiz saukts par push-pull pastiprinātāju ) izmanto tranzistoru pāri, lai ģenerētu izejas signālu slodzei. Šeit aprakstītā shēma ir vienkāršota, lai ilustrētu pamatkoncepciju:

Šim elektroniskajam ķēdes analogam ir ūdens spiediena kontrole, kas sastāv no diviem mainīgajiem vārstiem. Viens vārsts savieno izvades cauruli ar spiediena ūdens padevi, bet otru savieno izvades cauruli ar vakuuma avotu (sūkšana):

Šim pastiprinātājam "ieeja" ir vārsta vadības roktura pozicionēšana. Šī pastiprinātāja "izeja" ir ūdens spiediens, ko mēra horizontālās "izejas" caurules galā. Vārsta darbība ir sinhronizēta tādā veidā, ka jebkurā brīdī ir atvērts tikai viens vārsts, tāpat kā jebkurā brīdī B klases elektroniskajā shēmā "uz" ir ieslēgts ne vairāk kā viens tranzistors.

Paskaidrojiet, vai kāda no šīm "shēmām" atbilst pastiprinātāja kritērijiem. Citiem vārdiem sakot, paskaidrojiet, kā abās šajās sistēmās tiek palielināta jauda no ievades līdz izlaidei. Arī aprakstiet, cik efektīvi katrs no šiem pastiprinātājiem ir, "efektivitāte" ir pasākums, cik daudz strāvas (vai ūdens) iet uz slodzes ierīci, salīdzinot ar to, cik vienkārši iet tieši no viena piegādes "dzelzceļa" uz otru (no spiediens vakuumā).

Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Abās sistēmās neliels enerģijas daudzums (strāva caur "tranzistora" bāzes termināli, mehāniskās kustības vārsta rokturis) kontrolē lielāku enerģijas daudzumu (strāva pie slodzes, ūdens līdz slodzei). Abas sistēmas ir ļoti energoefektīvas, ar mazu plūsmu iztērē, plūstot no piegādes uz vakuumu (no + V līdz -V) un apejot slodzi.

Piezīmes:

Push-pull pastiprinātāji ir nedaudz grūtāk izprotami, nekā vienkārši klases A (vienpusēji), tādēļ pārliecinieties, ka viss laiks ir nepieciešams, lai apspriestu šo koncepciju ar saviem skolēniem. Palūdziet tiem izsekot strāvai caur slodzes pretestību dažādiem ievades sprieguma apstākļiem. Jūsu studentiem nav jāzina kādas sīkas ziņas par tranzistora darbību, izņemot to, ka augšējā tranzistorā ieslēdzas pozitīvs ieejas spriegums, un apakšējā tranzistorā tiek ieslēgts negatīvs ieejas spriegums.

9. jautājums

Pastiprinātājam ir sprieguma pieaugums 5 un strāvas pieaugums 75, abi skaitļi ir attiecības. Aprēķiniet šādus ieguvumus:

Jaudas pieaugums (kā koeficients)
Jaudas pieaugums (dB)
Sprieguma pieaugums (dB)
Pašreizējais pieaugums (dB)
Atklāt atbildi Slēpt atbildi

Jaudas pieaugums (kā attiecība) = 375
Jaudas pieaugums (dB) = 25, 74 dB
Sprieguma pieaugums (dB) = 13, 98 dB
Pašreizējais pieaugums (dB) = 37, 50 dB

Piezīmes:

Daži no jūsu studentiem, visticamāk, saņemtu jaudas aprēķinus pareizā stāvoklī, bet drīz pēc divkārša sprieguma un strāvas pieauguma (dB) aprēķiniem. Atgādiniet viņiem, ka sprieguma un strāvas pieauguma aprēķināšanai dB izmanto citu vienādojumu, nekā tas tiek izmantots jaudas aprēķinos.

10. jautājums

Kāds ir kopējais sprieguma pieaugums diviem kaskadētiem pastiprinātājiem (pirmā pastiprinātāja produkcija, kas nonāk otrā ieejā), katrs ar individuālu sprieguma pieaugumu 3 dB "# 10"> Atklāj atbildi Paslēpt atbildi

V (gala) = 6 dB vai attiecība 2, 825: 1

Piezīmes:

Vaicājiet saviem skolēniem pārvērst skaitli 3 dB (sprieguma pieaugums) par attiecību. Kā šī attiecība ir salīdzināma ar kopējo koeficientu diviem pastiprinātājiem? Kādi skaitļi norāda uz kaskādes pieaugumu kopumā, izteikti decibelā formā, kā arī formas attiecību? Jautājiet saviem skolēniem, vai viņi domā, ka matemātiski ir vieglāk aprēķināt kaskādes peļņu attiecības formā vai decibelā, un kāpēc.

  • ← Iepriekšējā darba lapa

  • Darba lapa indekss

  • Nākamā darblapa →