Күшейткіштер бұл электроникада сигнал күшін жақсарту немесе көбейту үшін қолданылатын құрылғылар
жүктеу/скачать 142,46 Kb.
|
|
Кіріспе Күшейткіштер - бұл электроникада сигнал күшін жақсарту немесе көбейту үшін қолданылатын құрылғылар. Талаптарға байланысты күшейткіштер сигналдың кернеуін немесе сигналдың ток күшін немесе сигнал қуатын арттыру үшін қолданылады. Көбінесе күшейткіштер - кіріс порты, шығыс порты және қуат көзі порты бар 3 порттық құрылғы. Күшейткіштің жалпы жұмысы - бұл қуат көзінен қуат тұтынатын шығыс сигналының күшейтілген нұсқасын шығару. Шығу сигналы мен кернеу, ток немесе қуат сияқты сипаттаманың кіріс сигналы арасындағы арақатынас Gain деп аталады. Мысалы, шығыс кернеуі мен кіріс кернеуі арасындағы арақатынас - GAINvoltage = Vout / Vin күшейткіштің кернеуі, және де GAINpower = Pout / Pin. Күшейткіштің сызықтық жұмысы үшін, көп жағдайда, кернеу жұмыс аймағында тұрақты болуы керек. Қуат күшейткіштері - кіріс кернеуіне қатысты шығу кернеуінің минималды өзгеруімен мүмкін болса, кіріс қуатын күшейтуге арналған құрылғылар. Яғни, күшейткіштер жоғары қуатқа ие, бірақ шығу кернеуі өзгеруі немесе өзгермеуі мүмкін. Күшейткіштердің тиімділігі әрдайым 100% төмен. Сондықтан қуатты күшейту сатысында жоғары жылу тарату байқалады. Қуат күшейткіштері жүктемелерге үлкен қуат қажет ететін құрылғыларда қолданылады. Көп сатылы күшейткіштерде күшейту күшейтудің соңғы сатыларында жасалады. Дыбыстық күшейткіштер мен РЖ күшейткіштері жүктемені жеткілікті қуатпен қамтамасыз ету үшін соңғы кезеңде күшейткіштерді қолданады. Күшейткіштер күшейту кезінде қолданылатын кіріс сигналының үлесіне байланысты бірнеше сыныптарға жіктеледі. А, В, АВ және С сыныптары аналогты тізбектерде қолданылады, ал D және E сыныптары коммутациялық тізбектерде қолданылады. Заманауи электроникада көптеген күшейткіштер жартылай өткізгіш негізіндегі компоненттермен жасалады, ал вакуумды түтікке (клапанға) негізделген күшейткіштер дәлдік, жиілікке жауап беру және төзімділік негізгі талап болып табылатын ортада қолданылады. Мысалы, гитара күшейткіштері сапаға арналған клапандарды қолданады, ал әскери техника оның күшті электромагниттік импульстарына төзімділігі үшін клапандарды қолданады. Күшейткіштердің құрылыс техникасы мен даму теориясының тарихын 1910 - 1912 жылдардан бастауға болады. В.И. Коволенков алғашқы үлгісіне электронды лампаның электрлік сигнал күшейткіштің күшеюін алады. 1914 – 1916 жылдары Н.Д. Папалекси мен М. К. Бонч – Бруевич лампаның конструкциясын жақсартты және оны электрлік сигналды күшейтуге қолданды. Бірақ олардың жұмыстарын Орыс хандығы қолдамады. Радио өнеркәсібі ұлы қазан революциясына дейін Ресейде мүлде болған жоқ. 1918 жылы Лениннің қолдауымен Нижегород лаборатория ашылды. Онда М. А. Бонч – Бруевич басшылығымен алғаш рет электролампаның күшейткішінің өнеркәсібі ашылды. 1920 жылдың басында алғаш рет электролампаның күшейткішінің өнеркәсібі шығарылды. Дәл осы уақытта А. И. Берг қарапайым күшейткіш схема теорияларын шығарды, сонымен қата инженерлік есептеудің методикасын шығарды. 1933 – 1934 жылдары күшейткіш схемалары ұсынылды, кері байланысты өңдеу арқылы. Бұл сапалы көрсеткіш жоғары қуатты күшейткішті өңдеуге көмектесті және жоғары сапалы күшейткішпен, жоғары ПӘК теориялық зерттеу схемасымен, қайтымды байланыстар Боде және Блек деген шетел ғалымдарының жұмыстарында берілген. I Бөлім. Күшейткіш элементтер туралы жалпы түсінік 1.1 Күшейткіштер туралы сипаттама Әр түрлі технологиялық қондырғыларда өнеркәсіптік электрониканың элементтік құраушы бөлігі болып табылатын күшейіткіштер кеңінен қолданылады. Күшейткіштер деп кірмесіне әлсіз электрлік сигнал беру арқылы шықпасында оның өзгеру зандылығын қайталайтын және одан әлдеқайда қуатты сигнал алуға болатын құрылғыларды айтады. Күшейтетін параметріне қарай күшейткіштер кернеулік, токтық және қуаттық болып бөлінеді. Өте әлсіз сигналдарды күшейту үшін бірнеше күшейткіштік сатыдан тұратын күшейткіштер қолданылады. Бір сатылы күшейткіш күшейткіштік каскад деп аталынады. Қазіргі кернеулік күшейткіштер кернеуі 10-7 В әлсіз сигналдарды күшейтуге мүмкіндік береді. Күшейткіштердің негізгі параметрлеріне токты, кернеуді және қуатты күшейту коэффициенттері мен кірмелік және шықпалық кедергілері, ал негізгі сипаттамаларына күшейту коэффициенттерінің амплитудадан және жиіліктен тәуелділіктері жатады. Транзисторлардың үш түрлі жалғану сұлбасына сәйкесті биполяр транзисторлы күшейткіштердің де үш түрлі сұлбасы болады. Транзистордың эмиттері ортақ жалғану сұлбасының жиі қолданылатындығы және оның басқа жалғану сұлбаларына қарағанда артықшылықтары айтылғанды. Енді осы сұлбаға құрылған эмиттері ортақ каскадтың жұмысын қарастыралық. 1-суретте эмиттері ортақ күшейткіш каскадтың қарапайым сұлбасы келтірілген. Мұндағы Rкрезисторы коллектор тізбегінің жүгі де, ал Rбрезисторы транзистордың базасына қорек көзінен кернеу беріп, кірмелік сигнал жоқ кезде де оны ашық күйде ұстау үшін керек. Конденсатор С1 қорек көзінен сигнал кезіне тұрақты токты өткізбейді және транзистордың кірмелік сигнал көзімен қысқа тұйықтаудан сақтайды. Жүктеменің (Rж)бір ұшы С2конденсаторы арқылы коллектормен жалғанады да, ал екінші ұшы кірмелік және шықпалық тізбектердің ортақ нүктесімен қосылады. С2 конденсаторы жүктеме тізбегіне коллектор тогының айнымалы құраушысын ғана өткізу үшін керек. 1-сурет. Эмиттері ортақ күшейткіштік каскадтың сұлбасы. Күшейткіш - қосымша энергияны пайдалану арқылы механизмнің басқаруын жеңілдететін құрал; ол энергия көзінен, бөліп таратқыш тетіктен және атқару механизмінен тұрады. Вакуумды күшейткіш - жетекке қосымша күш беретін немесе құралдарға іштен жану козғағышының енгізу коллекторын пайдалану арқылы жұмыс істейтін күшейткіш. Гидравликалық күшейткіш - жетекке косымша күш беретін немесе құралға сұйық қысым энергиясы арқылы басқаратын күшейткіш. Магнето күшейткіш - іштен жану қозғағышын қолмен оталдырғанда роторының бұрыштық жылдамдығын артыратын серіппелі құрылыс. Механикалық күшейткіш - жетекке қосымша сығылған серіппе энергиясы арқылы күш беретін күшейткіш. Пневматикалық күшейткіш - жетекке компрессордан сығылған ауа қысым энергиясы арқылы қосымша күш беретін күшейткіш. Рөлдік күшейткіші - рөлмен басқару жетегіндегі күшейткіш. Тежегіштердің күшейткіші - тежегіш жетегіндегі күшейткіш. Егер орыyдаушы тетік реттеуші органға күш не момент түрінде басқару әсерін тудырса, онда оны куштік деп атайды. Бұл топқа электромагниттер, электромеханикалық муфталар, әртүрлі қозғалтқыштар жатады. Егер реттеуші органның күйі оның параметрлерінің (кедергісінің, магнит ағынының, температураның, жылдамдықтың т. б.) не берілетін энергия параметрлерінің (кернеудің, токтың, электр тоғының жиілігі мен фазасының, жұмыс ортасындағы қысымнын т. б.) өзгерісіне байланысты болса, онда мұндай орындаушы тетік параметрлік деп аталады. Тұтынатын энергиясының түріне қарай: электрлік, гидравликалық, пневматикалық және механикалық орындаушы тетіктер болады. Автоматика саласында электрлік тетіктер жиі қолданылады. Шығыстық біліктің (выходной вал) қозғалыс сипатына сәйкес атқарушы тетіктер: сызықтық, бұрылмалы (бұрылу бұрышы 360°-тан аз) және айналмалы (бұрылу бұрышы 360°-тан көп) қозғалысты болып үшке бөлінеді. Реттеуші орган деп энергия немесе зат шығынын өзгерте отырып, басқару объектісінің реттелмекші шамасына тікелей әсер ететін құрылғыны не аткарушы құрылғының бөлігін айтады. Объектіге реттеуіш әсер ету принципіне сәйкес дросселдейтін және мөлшерлейтін (дозирующий) реттеуші органдар болады. Біріншісі өзгермелі гидравикалық кедергі түрінде кездеседі. Яғни, дросселдейтін құрылғының өткізу қимасын өзгерте отырып, заттың шығыны реттеледі. Екіншісіне заттың не энергияның келуін өз өнімділігін өзгертуі арқылы реттейтін құрылғы не тетік жатады. Мөлшерлейтін реттеуші органдар үнемді болса да, дросселдейтін реттеуші органдар өңдірісте кеңірек қолданылады. Электр орындаушы тетіктер қызмет әрекетіне қарай электромагниттік және электрқозғалтқышты болып бөлінеді. Бұлардың ішіндегі неғұрлым қарапайымы, сенімдісі әрі тез әрекеттісі электромагниттік орындаушы тетіктер болып саналады. Оларды әртүрлі реттеуші және тосқауыл клапандарының, шұралардың (вентильдердің), золотниктердің жұмысын басқару үшін пайдаланады. Орындаушы (реттеуші) органның (шток (сояуыш, өзек), шығыс білік) қозғалу түріне қарай электромагниттік механизмдер қозғалысы түзу сызықты және қозғалысы айналмалы электромагниттік муфталар болып ажыратылады. Өзекшенің және оған байланысты реттеуші органның қозғалыс сипаты бойынша электромагниттік тетіктер тартушы, итеруші, бұрушы, тежеуші және реверсивті болып ажыратылады. Шығыстық күштік элементтің (реттеу органының) жеке қалыптарының (позиции) санына сәйкес бір, екі және үш қалыпты электромагниттік тетіктер болады. Қоректендіру кернеуінің түріне қарай электромагниттік тетіктер тұрақты және айнымалы токты болып бөлінеді. Электромагниттік муфталар жетек пен реттеуші орган аралығындағы байланыстырушы буын болып табылады. Олардың іс-әрекеті тез, әрі іске қосылу және реттеу жылдамдығы бірқалыпты болып келеді. Сонымен қатар олар оңай басқарылуымен және қуатының бірнеше ваттан жүздеген киловаттка дейін жететіндігімен ерекше көзге түседі. Қызмет бабына қарай электромагниттік муфталар фрикциялық, ұнтақты және сырғанау муфталары болып ажыратылады. Электрқозғалтқышты тетік орыңдаушы қозғалтқыштан, редуктордан және тежеуіштен тұрады. Басқару сигналы бір мезгілде қозғалтқышқа және тежеуішке беріледі де, тежеуіш тежеліп, қозғалтқыш реттеуші органды қозғалыска келтіреді. Сигналды тоқтатқан кезде қозғалтқыш сөндіріледі де, тежеуіш реттеуші органның қозғалысын тоқтатады. Орындаушы қозғалтқыш деп электр сигналын біліктін механикалық айналысына түрлендіретін басқарылмалы шағын қуатты қозғалтқышты айтады. Әдетте орындаушы қозғалтқыштарда қоздырғыш және басқарғыш екі орам болады. Қоздырғыш орамда әрдайым кернеу болады да, басқарғыш орамға сигнал тек біліктің айналысын алу қажет болғанда ғана беріледі. Орындаушы қозғалткыштар басқару схемаларында көбінесе тоқтату, қосу, реверсивті қозғалту секілді әрекеттер жасау үшін қолданылады. Қазіргі кезде орындаушы қозғалткыштар ретінде екі фазалы асинхронды, қадамдағыш синхронды және тұракты ток қозғалткыштары пайдаланылады. Гидравикалық және пневматикалық орындаушы қозғалткыштар қысым астындағы жұмыс ортасының энергиясын ілгерілемелі не айналмалы қозғалыстың механикалық энергиясына түрлендіреді. Гидроқозғалтқыштарда жұмыстық орта ретіңде көбінесе жоғары қысымда да өз қасиетін жоғалтпайтын минерал май пайдаланылады. Ал пневмоқозғалтқыштарда жұмыстық орта ретінде сығылған ауа пайдаланылады. Автоматты басқару құрылғыларында гидро- және пневмоқозғалтқыштар электрлікке қарағанда сирек пайдаланғанымен, бірқатар жағдайда олар техникалық тұрғыдан қарағанда тиімді болып келеді. Гидро- және пневмоқозғалтқыштар шағын болып келгенімен, басқа қозғалтқыштарға қарағанда өте үлкен күш (0,03...0,3 МН) тудыруға қабілетті. Гидро- және пневмоқозғалтқыштарды сондықтан гидравликалық және пневматикалық күшейткіштер деп те атайды. Олардың құрылысы қарапайым, жұмысы сенімді болып келеді және де оларды қолданғанда реттеуші органмен үйлестіретін редуктордың да қажеті болмайды. Гидро- және пневмоқозғалтқыштар Гидравикалық және пневматикалық қозғалткыштардың жұмыс істеу принциптері бірдей болып келеді де, айырмашылығы тек тезәрекеттіктерінің әр түрлілігінде. Гидро- және пневмоқозғалтқыштар ілгерілемелі қозғалысты - мембраналы және поршеньді әрі айналмалы қозғалысты-тегершікті қалакты, плунжерлі және турбиналы болып екі түрге бөлінеді. Басқару тәсілі бойынша гидро- және пневмоцилиндрлер дроссельді және көлемдік басқаратын болуы ықтимал. Дроссельді басқарғанда басқарушы құрылғы ретінде золотниктер, сопло-қалқан түрлес құрылғылар немесе ағынды түтіктер қолданылады. Көлемдік басқару кезінде энергия алатын көз ретінде насостарды не жұмыс өнімділігі айнымалы компрессорларды пайдаланады. 1.2 Күшейткіштердің негізгі көрсеткіштері Күшейткіш деп кіріс сигналының қуатын арттыруға (күшейтуге) арналған құрылғыны атайды. Күшейту, энергияны қорек көзінен тұтыну есебінен активті элементтердің көмегімен жүзеге асырылады. Күшейткіштерде активті элементтер көбінесе транзисторлар болып келеді және мұндай күшейткіштерді жартылай өткізгіштік немесе транзисторлық деп атайды. Кез келген күшейткіште кіріс сигналы қорек көзінен жүктемеге берілетін энергияны басқарады. Күшейткіштің негізі болып екі элемент табылады: кедергі R және басқаратын активті элемент АЭ, кедергі Uвх кіріс сигналының әсерінен өзгереді. Активті элементтің кедергісінің өзгеруінен қорек көзінен Епкернеуімен R-дан және АЭ тізбегінен өтетін ток өзгереді. Нәтижесінде схеманың элементтеріндегі кернеу өзгереді, сонымен бірге Uвыхшығыс кернеуі де өзгереді. Дұрыс жобаланған күшейткіште Uвых> Uвхкернеу алу қиын емес.Күшейту шамасына байланысты кернеуді, токты және қуатты күшейткіш деп бөледі. Барлық күшейткіштер қуатты күшейтеді, бірақ кернеуді күшейткіш ең бастысы кернеуді күшейтеді, ал токты күшейткіште ең алдымен ток күшейеді. Күшейткіш каскадтарды Rвхжәне Rг шамаларының қатынасы бойынша бөлу ыңғайлы. Егер күшейткіште Rвх>> Rг болса, онда оның потенциалды кірісі бар және ол кернеуді күшейткіш болып табылады. Токты күшейткіште Rвх<< Rг , яғни ол жердегі кіріс токтікі болады. Қуатты күшейткіште Rвх≈ Rг, яғни кіріс, кіріс сигналының қорегімен дәл келеді. Сонымен қатар Rвыхжәне Rн бойынша да кернеуді күшейткіштер (Rвых<< Rн), токты күшейткіштер (Rвых>>Rн) және қуатты күшейткіштер (Rвых≈ Rн) деп бөлуге болады.Күшейтетін сигналдарының түріне байланысты күшейткіштерді гармоникалық сигналдарды күшейткіштер және импульстік сигналдарды күшейткіштер деп бөледі. Гармоникалық немесе квазигармоникалық сигналдарды күшейту процесі олардың жиілік спектрінің өзгермеуімен, сонымен қатар барлық гармоникалық құраушыларының амплитудалық қатынастарымен анықталады. Гармоникалық сигналдарды күшейткіштерге жазу және сигналдарды шығару құрылғыларының, микрофондық және т.б. құрылғыларының күшейткіштері жатады. Импульстік күшейткіштер әртүрлі формадағы импульстерді күшейту болып табылады. Күшейтетін сигналдың уақыт бойынша өзгеруі бойынша тұрақты ток және айнымалы ток күшейткіштері болып бөлінеді. 1.1 сурет. Кедергі мен басқаратын активті элементтен тұратын күшейткіш Транзисторлық күшейткіштің күшейткіштік қасиеті оның сапалы сипаттамаларымен бағаланады, оларға: кіріс және шығыс кедергісі, күшейу коэффициенті және П.Ә.К, динамикалық диапазон, жиіліктік, фазалық және ауыспалы сипаттамалар жатады. Күшейткіштің негізгі параметрлерінің бірі оның күшейту коэффициенті, кернеу бойынша, ток бойынша және қуат бойынша Күшейткіштер үшін күшейту оэффициенті әртүрлі болуы мүмкін, бірақ әрқашан. Көп каскадты күшейткіштің жалпы күшейту коэффициенті жекелеген каскадтардың күшейту коэффициенттерінің көбейтіндісіне тең: K=K1*K2*K3…KN. Күшейтуді көбінесе логарифмдік бірлік децибелмен (дБ) береді. Кернеу бойынша күшейткіш үшін Ток бойынша қуат бойынша . Орта және жоғарғы қуатты күшейткіштер үшін маңызды көрсеткіш П.Ә.К.: мұндағы, Рн– күшейткіштің жүктемесіне бөлінетін қуат; Ро– қорек көзінен күшейткіш тұтынатын қуат. 1.3 Күшейткіш элементтерінің жұмыс режимі жүктеу/скачать 142,46 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|