Penguat frekuensi rendah (selanjutnya disebut ULF) adalah perangkat elektronik yang dirancang untuk memperkuat osilasi frekuensi rendah ke yang dibutuhkan konsumen. Mereka dapat dilakukan pada berbagai elemen elektronik seperti berbagai jenis transistor, tabung atau penguat operasional. Semua ULF memiliki sejumlah parameter yang mencirikan efektivitas pekerjaan mereka.
Artikel ini akan berbicara tentang penggunaan perangkat tersebut, parameternya, metode konstruksi menggunakan berbagai komponen elektronik. Sirkuit penguat frekuensi rendah juga akan dipertimbangkan.
aplikasi ULF
ULF paling sering digunakan dalam peralatan reproduksi suara, karena dalam bidang teknologi ini sering kali diperlukan untuk memperkuat frekuensi sinyal yang dapat ditangkap oleh tubuh manusia (dari 20 Hz hingga 20 kHz).
Aplikasi ULF lainnya:
- teknologi pengukuran;
- defectoscopy;
- komputasi analog.
Secara umum, amplifier bass ditemukan sebagai komponen dari berbagai rangkaian elektronik, seperti radio, perangkat akustik, televisi, atau pemancar radio.
Parameter
Parameter paling penting untuk penguat adalah penguatan. Ini dihitung sebagai rasio output ke input. Tergantung pada nilai yang dipertimbangkan, mereka membedakan:
- gain arus=arus keluaran / arus masukan;
- penguatan tegangan=tegangan keluaran / tegangan masukan;
- penguatan daya=daya keluaran / daya masukan.
Untuk beberapa perangkat, seperti op-amp, nilai koefisien ini sangat besar, tetapi tidak nyaman untuk bekerja dengan angka yang terlalu besar (juga terlalu kecil) dalam perhitungan, sehingga keuntungan sering dinyatakan dalam logaritmik unit. Rumus berikut berlaku untuk ini:
- perolehan daya dalam satuan logaritma=10logaritma dari perolehan daya yang diinginkan;
- gain arus dalam satuan logaritma=20logaritma desimal dari gain arus yang diinginkan;
- penguatan tegangan dalam satuan logaritma=20logaritma dari penguatan tegangan yang diinginkan.
Koefisien yang dihitung dengan cara ini diukur dalam desibel. Nama singkatan - dB.
Parameter penting berikutnyapenguat - koefisien distorsi sinyal. Penting untuk dipahami bahwa penguatan sinyal terjadi sebagai akibat dari transformasi dan perubahannya. Bukan fakta bahwa selalu transformasi ini akan terjadi dengan benar. Untuk alasan ini, sinyal keluaran mungkin berbeda dari sinyal masukan, misalnya dalam bentuk.
Penguat yang ideal tidak ada, jadi distorsi selalu ada. Benar, dalam beberapa kasus mereka tidak melampaui batas yang diizinkan, sementara dalam kasus lain mereka melakukannya. Jika harmonik sinyal pada output penguat bertepatan dengan harmonik sinyal input, maka distorsinya linier dan hanya direduksi menjadi perubahan amplitudo dan fase. Jika harmonik baru muncul pada output, maka distorsinya non-linier, karena menyebabkan perubahan bentuk sinyal.
Dengan kata lain, jika distorsinya linier dan ada sinyal "a" pada input penguat, maka outputnya akan menjadi sinyal "A", dan jika tidak linier, maka sinyal output akan menjadi sinyal “B”.
Parameter penting terakhir yang mencirikan pengoperasian amplifier adalah daya keluaran. Varietas daya:
- Dinilai.
- Kebisingan paspor.
- Maksimum jangka pendek.
- Maksimum jangka panjang.
Keempat tipe distandarisasi oleh berbagai GOST dan standar.
Vamplifier
Secara historis, amplifier pertama dibuat pada tabung vakum, yang termasuk dalam kelas perangkat vakum.
Tergantung pada elektroda yang terletak di dalam labu kedap udara, lampu dibedakan:
- dioda;
- triodes;
- tetrodes;
- pentodes.
Maksimumjumlah elektroda adalah delapan. Ada juga perangkat electrovacuum seperti klystrons.
Penguat triode
Pertama-tama, ada baiknya memahami skema switching. Deskripsi rangkaian penguat triode frekuensi rendah diberikan di bawah ini.
Filamen yang memanaskan katoda diberi energi. Tegangan juga diterapkan pada anoda. Di bawah pengaruh suhu, elektron dikeluarkan dari katoda, yang bergegas ke anoda, di mana potensial positif diterapkan (elektron memiliki potensi negatif).
Bagian dari elektron dicegat oleh elektroda ketiga - grid, yang tegangannya juga diterapkan, hanya bergantian. Dengan bantuan grid, arus anoda (arus dalam rangkaian secara keseluruhan) diatur. Jika potensial negatif yang besar diterapkan ke kisi-kisi, semua elektron dari katoda akan mengendap di atasnya, dan tidak ada arus yang mengalir melalui lampu, karena arus adalah gerakan elektron yang terarah, dan kisi-kisi menghalangi gerakan ini.
Penguat lampu menyesuaikan resistor yang terhubung antara catu daya dan anoda. Ini menetapkan posisi titik operasi yang diinginkan pada karakteristik tegangan arus, di mana parameter penguatan bergantung.
Mengapa posisi titik operasi begitu penting? Karena itu tergantung pada berapa banyak arus dan tegangan (dan karenanya daya) akan diperkuat di rangkaian penguat frekuensi rendah.
Sinyal keluaran pada penguat triode diambil dari daerah antara anoda dan resistor yang terhubung di depannya.
Amplifier aktifklystron
Prinsip pengoperasian penguat klystron frekuensi rendah didasarkan pada modulasi sinyal pertama dalam kecepatan dan kemudian dalam kepadatan.
Klystron disusun sebagai berikut: labu memiliki katoda yang dipanaskan oleh filamen, dan kolektor (analog dengan anoda). Di antara mereka adalah resonator input dan output. Elektron yang dipancarkan dari katoda dipercepat oleh tegangan yang diberikan ke katoda dan mengalir ke kolektor.
Beberapa elektron akan bergerak lebih cepat, yang lain lebih lambat - seperti inilah modulasi kecepatan. Karena perbedaan kecepatan gerakan, elektron dikelompokkan menjadi balok - ini adalah bagaimana modulasi densitas memanifestasikan dirinya. Sinyal termodulasi kepadatan memasuki resonator keluaran, di mana ia menciptakan sinyal dengan frekuensi yang sama, tetapi daya lebih besar daripada resonator masukan.
Ternyata energi kinetik elektron diubah menjadi energi osilasi gelombang mikro medan elektromagnetik keluaran resonator. Ini adalah bagaimana sinyal diperkuat di klystron.
Fitur penguat elektrovakum
Jika kita membandingkan kualitas sinyal yang sama yang diperkuat oleh perangkat tabung dan ULF pada transistor, perbedaannya akan terlihat dengan mata telanjang, bukan yang terakhir.
Musisi profesional mana pun akan memberi tahu Anda bahwa tube amp jauh lebih baik daripada rekan-rekan mereka yang mahir.
Perangkat listrik telah lama kehabisan konsumsi massal, mereka digantikan oleh transistor dan sirkuit mikro, tetapi ini tidak relevan untuk bidang reproduksi suara. Karena stabilitas suhu dan vakum di dalam, perangkat lampu memperkuat sinyal dengan lebih baik.
Satu-satunya kelemahan tabung ULF adalah harga tinggi, yang logis: mahal untuk menghasilkan elemen yang tidak banyak diminati.
Penguat transistor bipolar
Seringkali tahap penguat dirakit menggunakan transistor. Penguat frekuensi rendah sederhana dapat dirakit hanya dari tiga elemen dasar: kapasitor, resistor, dan transistor n-p-n.
Untuk merakit penguat semacam itu, Anda perlu membumikan emitor transistor, menghubungkan kapasitor secara seri ke basisnya, dan resistor secara paralel. Beban harus ditempatkan di depan kolektor. Dianjurkan untuk menghubungkan resistor pembatas ke kolektor di sirkuit ini.
Tegangan suplai yang diizinkan dari rangkaian penguat frekuensi rendah tersebut bervariasi dari 3 hingga 12 volt. Nilai resistor harus dipilih secara eksperimental, dengan mempertimbangkan fakta bahwa nilainya harus setidaknya 100 kali resistansi beban. Nilai kapasitor dapat bervariasi dari 1 hingga 100 mikrofarad. Kapasitansinya mempengaruhi jumlah frekuensi di mana amplifier dapat beroperasi. Semakin besar kapasitansi, semakin rendah peringkat frekuensi yang dapat diperkuat transistor.
Sinyal input dari penguat transistor bipolar frekuensi rendah diterapkan ke kapasitor. Kutub daya positif harus dihubungkan ke titik sambungan beban dan resistor yang dihubungkan secara paralel dengan basis dan kapasitor.
Untuk meningkatkan kualitas sinyal seperti itu, Anda dapat menghubungkan kapasitor dan resistor yang terhubung paralel ke emitor, yang berperan sebagai umpan balik negatif.
Amplifier dengan dua transistor bipolar
Untuk meningkatkan penguatan, Anda dapat menghubungkan dua transistor ULF tunggal menjadi satu. Kemudian keuntungan dari perangkat ini dapat berlipat ganda.
Meskipun jika Anda terus meningkatkan jumlah tahap penguatan, kemungkinan eksitasi diri amplifier akan meningkat.
Penguat transistor efek medan
Amplifier frekuensi rendah juga dipasang pada transistor efek medan (selanjutnya disebut PT). Rangkaian perangkat tersebut tidak jauh berbeda dengan yang dipasang pada transistor bipolar.
Penguat n-channel gerbang berinsulasi FET (tipe ITF) akan dipertimbangkan sebagai contoh.
Sebuah kapasitor dihubungkan secara seri ke substrat transistor ini, dan pembagi tegangan dihubungkan secara paralel. Sebuah resistor terhubung ke sumber FET (Anda juga dapat menggunakan koneksi paralel kapasitor dan resistor, seperti dijelaskan di atas). Sebuah resistor pembatas dan daya dihubungkan ke saluran pembuangan, dan terminal beban dibuat antara resistor dan saluran pembuangan.
Sinyal input ke penguat transistor efek medan frekuensi rendah diterapkan ke gerbang. Ini juga dilakukan melalui kapasitor.
Seperti yang Anda lihat dari penjelasan, rangkaian penguat transistor efek medan paling sederhana tidak berbeda dengan rangkaian penguat transistor bipolar frekuensi rendah.
Namun, saat bekerja dengan PT, fitur elemen berikut ini harus diperhitungkan:
- FET tinggi Rinput=I / Ugate-source. Transistor efek medan dikendalikan oleh medan listrik,yang dihasilkan oleh stres. Oleh karena itu, FET dikendalikan oleh tegangan, bukan arus.
- FET hampir tidak menggunakan arus, yang menyebabkan sedikit distorsi dari sinyal aslinya.
- Tidak ada injeksi muatan dalam transistor efek medan, sehingga tingkat kebisingan elemen ini sangat rendah.
- Mereka tahan suhu.
Kelemahan utama FET adalah sensitivitasnya yang tinggi terhadap listrik statis.
Banyak yang akrab dengan situasi ketika hal-hal yang tampaknya tidak konduktif mengejutkan seseorang. Ini adalah manifestasi dari listrik statis. Jika impuls seperti itu diterapkan ke salah satu kontak transistor efek medan, elemen tersebut dapat dinonaktifkan.
Jadi, saat bekerja dengan PT, lebih baik tidak mengambil kontak dengan tangan Anda agar tidak merusak elemen secara tidak sengaja.
perangkat OpAmp
Penguat operasional (selanjutnya disebut op-amp) adalah perangkat dengan input yang berbeda, yang memiliki penguatan yang sangat tinggi.
Penguatan sinyal bukan satu-satunya fungsi elemen ini. Hal ini juga dapat bekerja sebagai generator sinyal. Namun demikian, sifat penguatnya yang menarik untuk bekerja dengan frekuensi rendah.
Untuk membuat penguat sinyal dari sebuah op amp, Anda harus menghubungkan rangkaian umpan balik dengan benar ke sana, yang merupakan resistor biasa. Bagaimana memahami di mana menghubungkan sirkuit ini? Untuk melakukan ini, Anda perlu merujuk pada karakteristik transfer op-amp. Ini memiliki dua bagian horizontal dan satu bagian linier. Jika titik operasiperangkat terletak pada salah satu bagian horizontal, maka op-amp beroperasi dalam mode generator (mode pulsa), jika terletak pada bagian linier, maka op-amp menguatkan sinyal.
Untuk mentransfer op-amp ke mode linier, Anda perlu menghubungkan resistor umpan balik dengan satu kontak ke output perangkat, dan yang lainnya - ke input pembalik. Penyertaan ini disebut umpan balik negatif (NFB).
Jika sinyal frekuensi rendah harus diperkuat dan tidak berubah fase, maka input pembalik dengan OOS harus diarde, dan sinyal yang diperkuat harus diterapkan ke input non-pembalik. Jika perlu untuk memperkuat sinyal dan mengubah fasenya 180 derajat, maka input non-pembalik harus di-ground, dan sinyal input harus dihubungkan ke input pembalik.
Dalam hal ini, kita tidak boleh lupa bahwa penguat operasional harus disuplai dengan daya dengan polaritas yang berlawanan. Untuk ini, dia memiliki kontak khusus.
Penting untuk dicatat bahwa bekerja dengan perangkat semacam itu terkadang sulit untuk memilih elemen untuk rangkaian penguat frekuensi rendah. Koordinasi hati-hati mereka diperlukan tidak hanya dalam hal nilai nominal, tetapi juga dalam hal bahan dari mana mereka dibuat, untuk mencapai parameter gain yang diinginkan.
Amplifier pada sebuah chip
ULF dapat dirakit pada elemen elektrovakum, dan pada transistor, dan pada penguat operasional, hanya tabung vakum yang abad terakhir, dan rangkaian lainnya bukannya tanpa cacat, koreksi yang pasti memerlukan kerumitan desain dari penguat. Ini tidak nyaman.
Insinyur telah lama menemukan opsi yang lebih nyaman untuk membuat ULF: industri ini memproduksi sirkuit mikro siap pakai yang berfungsi sebagai amplifier.
Masing-masing rangkaian ini adalah satu set op-amp, transistor, dan elemen lain yang terhubung dengan cara tertentu.
Contoh beberapa rangkaian ULF dalam bentuk sirkuit terpadu:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
Semua seri di atas digunakan dalam peralatan audio. Setiap model memiliki karakteristik yang berbeda: tegangan suplai, daya keluaran, penguatan.
Mereka dibuat dalam bentuk elemen kecil dengan banyak pin, yang nyaman untuk ditempatkan di papan dan dipasang.
Untuk bekerja dengan penguat frekuensi rendah pada sirkuit mikro, penting untuk mengetahui dasar-dasar aljabar logika, serta prinsip-prinsip operasi elemen logika AND-NOT, OR-NOT.
Hampir semua perangkat elektronik dapat dipasang pada elemen logis, tetapi dalam kasus ini, banyak sirkuit akan menjadi besar dan tidak nyaman untuk dipasang.
Oleh karena itu, penggunaan sirkuit terpadu siap pakai yang menjalankan fungsi ULF tampaknya menjadi pilihan praktis yang paling nyaman.
Peningkatan skema
Di atas adalah contoh bagaimana Anda dapat meningkatkan sinyal yang diperkuat saat bekerja dengan transistor bipolar dan transistor efek medan (dengan menghubungkan kapasitor dan resistor secara paralel).
Peningkatan struktural semacam itu dapat dilakukan dengan hampir semua skema. Tentu saja, pengenalan elemen baru meningkatpenurunan tegangan (kerugian), tetapi berkat ini, sifat-sifat berbagai sirkuit dapat ditingkatkan. Misalnya, kapasitor adalah filter frekuensi yang sangat baik.
Pada elemen resistif, kapasitif atau induktif, disarankan untuk mengumpulkan filter paling sederhana yang menyaring frekuensi yang tidak boleh jatuh ke dalam rangkaian. Dengan menggabungkan elemen resistif dan kapasitif dengan penguat operasional, filter yang lebih efisien (integrator, pembeda Sallen-Key, filter takik dan bandpass) dapat dirakit.
Kesimpulan
Parameter terpenting dari penguat frekuensi adalah:
- mendapatkan;
- faktor distorsi sinyal;
- keluaran daya.
Penguat frekuensi rendah paling sering digunakan pada peralatan audio. Anda dapat mengumpulkan data perangkat secara praktis pada elemen berikut:
- pada tabung vakum;
- pada transistor;
- pada penguat operasional;
- pada chip yang sudah jadi.
Karakteristik penguat frekuensi rendah dapat ditingkatkan dengan memasukkan elemen resistif, kapasitif, atau induktif.
Masing-masing skema di atas memiliki kelebihan dan kekurangannya sendiri: beberapa amplifier mahal untuk dirakit, beberapa bisa menjadi saturasi, untuk beberapa sulit untuk mengoordinasikan elemen yang digunakan. Selalu ada fitur yang harus dihadapi oleh perancang amp.
Menggunakan semua rekomendasi yang diberikan dalam artikel ini, Anda dapat membuat amplifier sendiri untuk digunakan di rumahdaripada membeli perangkat ini, yang dapat menghabiskan banyak uang untuk perangkat berkualitas tinggi.
