Pojačanje je postupak povećanja jačine signala povećanjem amplitude datog signala bez promjene njegovih karakteristika. RC povezano pojačalo dio je višestepenog pojačala u kojem su različiti stupnjevi pojačala povezani kombinacijom otpornika i kondenzatora. Sklop pojačala jedan je od osnovni krugovi u elektronici.
Pojačalo koje se u potpunosti temelji na tranzistoru u osnovi je poznato kao tranzistorsko pojačalo. Ulazni signal može biti trenutni signal, signal napona ili signal snage. Pojačalo će pojačati signal bez promjene njegovih karakteristika, a izlaz će biti modificirana verzija ulaznog signala. Primjene pojačala su širokog spektra. Uglavnom se koriste u audio i video instrumentima, komunikacijama, kontrolerima itd.
Jednofazno pojačalo sa zajedničkim odašiljačem:
Shema sklopa jednostepenog pojačala tranzistorskog zajedničkog emitora prikazana je u nastavku:
Jednostepeno pojačalo s RC-om zajedničkog odašiljača
Objašnjenje sklopa
Jednostepeno pojačalo povezano sa RC zajedničkim zračenjem jednostavan je i elementaran krug pojačala. Glavna svrha ovog sklopa je predpojačanje koje daje slabe signale kako bi bili dovoljno jači za daljnje pojačanje. Ako je pravilno dizajnirano, ovo RC povezano pojačalo može pružiti izvrsne karakteristike signala.
Kondenzator Cin na ulazu djeluje kao filtar koji služi za blokiranje istosmjernog napona i dopušta samo izmjenični napon na tranzistoru. Ako bilo koji vanjski istosmjerni napon dosegne bazu tranzistora, to će promijeniti uvjete pristranosti i utjecati na performanse pojačala.
Otpornici R1 i R2 koriste se za osiguravanje pravilnog pristranosti bipolarnog tranzistora. R1 i R2 tvore pristraničku mrežu koja osigurava potrebni osnovni napon za pogon neaktivnog područja tranzistora.
Područje između odsječenog i zasićenog područja poznato je kao aktivno područje. Područje u kojem je rad bipolarnog tranzistora potpuno isključen poznato je kao granično područje, a područje u kojem je tranzistor u potpunosti uključen poznato je kao područje zasićenja.
Otpornici Rc i Re koriste se za pad napona Vcc. Otpornik Rc je kolektorski otpornik, a Re je emiterski otpornik. Obje su odabrane na takav način da bi obje trebale spustiti Vcc napon za 50% u gore navedenom krugu. Kondenzator emitera Ce i otpornik emitera uklanja negativne povratne informacije radi stabilnijeg rada kruga.
Dvostupanjsko pojačalo s uobičajenim odašiljačem:
Donji krug predstavlja dvostupanjsko tranzistorsko pojačalo sa zajedničkim načinom emitera, gdje se otpornik R koristi kao opterećenje, a kondenzator C koristi kao spojni element između dva stupnja kruga pojačala.
Dvostupanjsko pojačalo s RC-om zajedničkog emitera
Objašnjenje sklopa:
Pri ulazu AC. signal se primjenjuje na bazu tranzistora 1svstupanj RC spojenog pojačala, od generatora funkcija, zatim se pojačava na izlazu 1. stupnja. Ovaj pojačani napon primjenjuje se na bazu sljedećeg stupnja pojačala, kroz spojni kondenzator Cout, gdje se dalje pojačava i ponovno pojavljuje na izlazu drugog stupnja.
Tako uzastopne faze pojačavaju signal i ukupni dobitak se podiže na željenu razinu. Puno veće pojačanje može se postići povezivanjem niza stupnjeva pojačala.
Otporno-kapacitivna (RC) sprega u pojačalima najčešće se koristi za povezivanje izlaza prvog stupnja s ulazom (bazom) drugog stupnja i tako dalje. Ova vrsta sprege je najpopularnija jer je jeftina i pruža stalno pojačanje u širokom rasponu frekvencija.
Tranzistor kao pojačala
Iako znamo o različitim krugovima za RC-pojačana pojačala, važno je znati o tome osnove tranzistora kao pojačala. Tri konfiguracije bipolarnih tranzistora koje se obično koriste su tranzistor sa zajedničkom bazom (CB), tranzistor sa zajedničkim emitorom (CE) i tranzistori sa zajedničkim kolektorom (CE). Osim tranzistora, operativna pojačala može se koristiti i za potrebe pojačanja.
- Uobičajeni emiter Konfiguracija se obično koristi u aplikaciji audio pojačala, jer zajednički emiter ima pozitivno pojačanje i također veće od jedinice. U ovoj je konfiguraciji emiter spojen na masu i ima visoku ulaznu impedansu. Izlazna impedancija bit će srednja. Većina ovih vrsta tranzistorskih pojačala obično se koristi u RF komunikacija i komunikacija optičkim vlaknima (OFC).
- Konfiguracija zajedničke baze ima dobitak manji od jedinice. U ovoj je konfiguraciji kolektor povezan sa zemljom. U uobičajenoj osnovnoj konfiguraciji imamo nisku izlaznu impedansu i visoku ulaznu impedansu.
- Zajednički kolekcionar konfiguracija je također poznata kao sljedbenik emitera jer se ulaz primijenjen na zajednički emiter pojavljuje preko izlaza zajedničkog kolektora. U ovoj je konfiguraciji kolektor povezan sa zemljom. Ima nisku izlaznu i visoku ulaznu impedansu. Ima dobitak gotovo jednak jedinstvu.
Osnovni parametri tranzistorskog pojačala
Prije odabira pojačala moramo uzeti u obzir sljedeće specifikacije. Dobro pojačalo mora imati sve sljedeće specifikacije:
- Trebao bi imati visoku ulaznu impedansu
- Trebao bi imati visoku stabilnost
- Mora imati visoku linearnost
- Trebao bi imati veliku dobit i propusnost
- Mora imati visoku učinkovitost
Širina pojasa:
Raspon frekvencije koji krug pojačala može ispravno pojačati poznat je kao širina pojasa tog određenog pojačala. Donja krivulja predstavlja frekvencijski odziv jednostepenog RC spregnutog pojačala.
R C sprezani frekvencijski odziv
Krivulja koja predstavlja varijaciju pojačanja pojačala s frekvencijom naziva se krivulja frekvencijskog odziva. Širina pojasa mjeri se između donje polovice snage i gornje polovice točaka napajanja. P1 točka je donja polovica snage, a P2 gornja polovica snage. Dobro audio pojačalo mora imati širinu pojasa od 20 Hz do 20 kHz, jer je to frekvencijski opseg koji se čuje.
Dobitak:
Pojačanje pojačala definira se kao omjer izlazne snage i ulazne snage. Dobitak se može izraziti u decibelima (dB) ili u brojevima. Pojačanje predstavlja koliko je pojačalo sposobno pojačati signal koji mu se daje.
Jednadžba u nastavku predstavlja dobitak u broju:
G = Izljev / Pin
Gdje je Pout izlazna snaga pojačala
Pin je ulazna snaga pojačala
Jednadžba u nastavku predstavlja dobitak u decibelima (DB):
Dobitak u DB = 10log (izvod / pin)
Dobitak se također može izraziti naponom i strujom. Pojačanje napona odnos je izlaznog napona i ulaznog napona, a pojačanje struje omjer izlazne struje i ulazne struje. Jednadžba za pojačanje napona i struje prikazana je u nastavku
Pojačanje napona = izlazni napon / ulazni napon
Dobitak u struji = izlazna struja / ulazna struja
Visoka ulazna impedancija:
Ulazna impedancija je impedancija koju nudi krug pojačala kada je spojen na izvor napona. Tranzistorsko pojačalo mora imati visoku ulaznu impedansu kako bi se spriječilo opterećenje ulaznog izvora napona. Dakle, to je razlog velike impedancije pojačala.
Buka:
Buka se odnosi na neželjeno kolebanje ili frekvencije prisutne u signalu. To može biti posljedica interakcije između dva ili više signala prisutnih u sustavu, kvarova komponenata, nedostataka u dizajnu, vanjskih smetnji ili možda zahvaljujući određenim komponentama koje se koriste u krugu pojačala.
Linearnost:
Za pojačalo se kaže da je linearno ako postoji bilo kakav linearni odnos između ulazne i izlazne snage. Linearnost predstavlja ravnost dobitka. Praktički nije moguće dobiti 100% linearnost jer pojačala koriste aktivne uređaje poput BJT-a, JFET-a ili MOSFET-a, koji obično gube pojačanje na visokim frekvencijama zbog unutarnjeg parazitskog kapaciteta. Uz to, ulazni istosmjerni kondenzatori za odvajanje postavljaju nižu graničnu frekvenciju.
Učinkovitost:
Učinkovitost pojačala predstavlja kako pojačalo može učinkovito koristiti napajanje. Također se mjeri koliko se snage iz napajanja pretvara na izlazu.
Učinkovitost se obično izražava u postocima, a jednadžba učinkovitosti daje se kao (Pout / Ps) x 100. Gdje je Pout snaga, a Ps snaga koja se crpi iz napajanja.
Tranzistorsko pojačalo klase A ima 25% učinkovitosti i pruža izvrsnu reprodukciju signala, ali je učinkovitost vrlo niska. Pojačalo klase C ima učinkovitost do 90%, ali reprodukcija signala je loša. Klasa AB stoji između pojačala klase A i razreda C pa se često koristi u audio pojačalo aplikacije. Ovo pojačalo ima učinkovitost do 55%.
Stopa porasta:
Stopa porasta pojačala je maksimalna brzina promjene izlaza u jedinici vremena. Predstavlja koliko se brzo može pojačati izlaz pojačala kao odgovor na promjenu na ulazu.
Stabilnost:
Stabilnost je sposobnost pojačala da se odupre oscilacijama. Problemi sa stabilnošću obično se javljaju tijekom visokofrekventnih operacija, blizu 20 kHz u slučaju audio pojačala. Oscilacije mogu biti velike ili male amplitude.
Nadam se da je ovo osnovna, ali važna tema elektronički projekti je pokriven obimnim informacijama. Evo jednostavnog pitanja za vas - u koju se svrhu koristi uobičajena konfiguracija kolektora i zašto?
Dajte svoje odgovore u odjeljku za komentare u nastavku.
