औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्स में इलेक्ट्रॉनिक एम्पलीफायरों

ये एक विद्युत संकेत के वोल्टेज, वर्तमान और शक्ति को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण हैं।

सबसे सरल एम्पलीफायर एक ट्रांजिस्टर सर्किट है। एम्पलीफायरों का उपयोग इस तथ्य के कारण होता है कि आमतौर पर इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में प्रवेश करने वाले विद्युत संकेत (वोल्टेज और धाराएं) छोटे आयाम के होते हैं और आगे के उपयोग (रूपांतरण, संचरण, लोड को बिजली की आपूर्ति) के लिए पर्याप्त आवश्यक मूल्य तक उन्हें बढ़ाना आवश्यक है। ).

चित्रा 1 एम्पलीफायर को संचालित करने के लिए आवश्यक उपकरणों को दिखाता है।

चित्र 1 - प्रवर्धक वातावरण

एम्पलीफायर लोड होने पर जारी शक्ति इसकी बिजली आपूर्ति की परिवर्तित शक्ति है और इनपुट सिग्नल ही इसे चलाता है। एम्पलीफायरों को प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोतों द्वारा संचालित किया जाता है।

आमतौर पर, एम्पलीफायर में कई प्रवर्धन चरण होते हैं (चित्र 2)। प्रवर्धन के पहले चरण, मुख्य रूप से सिग्नल वोल्टेज को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किए गए, प्रीम्प्लीफायर कहलाते हैं। उनके सर्किट इनपुट सिग्नल स्रोत के प्रकार से निर्धारित होते हैं।

वह अवस्था जो सिग्नल की शक्ति को बढ़ाने का काम करती है, टर्मिनल या आउटपुट कहलाती है।उनकी योजना भार के प्रकार से निर्धारित होती है। इसके अलावा, एम्पलीफायर में आवश्यक प्रवर्धन प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किए गए मध्यवर्ती चरण शामिल हो सकते हैं और (या) प्रवर्धित सिग्नल की आवश्यक विशेषताओं को बनाने के लिए।

चित्रा 2 - एम्पलीफायर संरचना

प्रवर्धक वर्गीकरण:

1) प्रवर्धित पैरामीटर, वोल्टेज, करंट, पावर एम्पलीफायरों के आधार पर

2) प्रवर्धित संकेतों की प्रकृति से:

• हार्मोनिक (निरंतर) संकेतों के प्रवर्धक;

• पल्स सिग्नल एम्पलीफायरों (डिजिटल एम्पलीफायरों)।

3) प्रवर्धित आवृत्तियों की सीमा में:

• डीसी एम्पलीफायर;

• एसी एम्पलीफायरों

• कम आवृत्ति, उच्च, अति उच्च आदि।

4) आवृत्ति प्रतिक्रिया की प्रकृति से:

• गुंजयमान (एक संकीर्ण आवृत्ति बैंड में संकेतों को बढ़ाना);

• बैंडपास (एक निश्चित आवृत्ति बैंड को बढ़ाता है);

• वाइडबैंड (संपूर्ण आवृत्ति रेंज को बढ़ाता है)।

5) प्रबलिंग तत्वों के प्रकार से:

• इलेक्ट्रिक वैक्यूम लैंप की;

• अर्धचालक उपकरणों पर;

• एकीकृत सर्किट पर।

एम्पलीफायर का चयन करते समय, एम्पलीफायर पैरामीटर से बाहर निकलें:

• आउटपुट पावर वाट में मापा जाता है। एम्पलीफायर के उद्देश्य के आधार पर आउटपुट पावर व्यापक रूप से भिन्न होती है, उदाहरण के लिए ध्वनि एम्पलीफायरों में - हेडफ़ोन में मिलीवाट से लेकर ऑडियो सिस्टम में दसियों और सैकड़ों वाट तक।

• फ़्रीक्वेंसी रेंज, जिसे हर्ट्ज़ में मापा जाता है। उदाहरण के लिए, एक ही ऑडियो एम्पलीफायर को आमतौर पर आवृत्ति रेंज 20-20,000 हर्ट्ज और एक टेलीविजन सिग्नल एम्पलीफायर (छवि + ध्वनि) - 20 हर्ट्ज - 10 मेगाहर्ट्ज और उच्चतर में लाभ प्रदान करना चाहिए।

• नॉनलाइनियर विरूपण, प्रतिशत% में मापा गया। यह प्रवर्धित संकेत के आकार विरूपण की विशेषता है। आम तौर पर, दिया गया पैरामीटर जितना कम होगा, उतना बेहतर होगा।

• दक्षता (दक्षता अनुपात) प्रतिशत% में मापा जाता है।दिखाता है कि बिजली की आपूर्ति से लोड में बिजली को खत्म करने के लिए कितनी बिजली का उपयोग किया जा रहा है। तथ्य यह है कि स्रोत की शक्ति का हिस्सा बर्बाद हो जाता है, अधिक हद तक ये गर्मी के नुकसान हैं - धारा का प्रवाह हमेशा सामग्री के ताप का कारण बनता है। यह पैरामीटर विशेष रूप से स्व-संचालित उपकरणों (संचायक और बैटरी से) के लिए महत्वपूर्ण है।

चित्रा 3 एक ठेठ द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर प्रीपैम्प सर्किट दिखाता है। इनपुट सिग्नल एक वोल्टेज स्रोत Uin से आता है।ब्लॉकिंग कैपेसिटर Cp1 और Cp2 वेरिएबल यानी पास करते हैं। प्रवर्धित सिग्नल और डायरेक्ट करंट पास नहीं करते हैं, जो श्रृंखला से जुड़े एम्पलीफायर चरणों में डायरेक्ट करंट के लिए स्वतंत्र ऑपरेटिंग मोड बनाना संभव बनाता है।

चित्रा 3 - द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के एम्पलीफायर चरण का आरेख

प्रतिरोधों Rb1 और Rb2 मुख्य विभाजक हैं जो ट्रांजिस्टर Ib0 के आधार को प्रारंभिक धारा प्रदान करते हैं, रोकनेवाला Rk संग्राहक Ik0 को प्रारंभिक धारा प्रदान करता है। इन धाराओं को लामिनार धाराएँ कहा जाता है। इनपुट सिग्नल की अनुपस्थिति में, वे स्थिर होते हैं। चित्रा 4 एम्पलीफायर के समय आरेख दिखाता है। टाइम प्लॉट समय के साथ एक पैरामीटर में बदलाव है।

Resistor Re नेगेटिव करंट फीडबैक (NF) प्रदान करता है। फीडबैक (ओसी) एम्पलीफायर के इनपुट सर्किट में आउटपुट सिग्नल के एक हिस्से का स्थानांतरण है। यदि इनपुट सिग्नल और फीडबैक सिग्नल चरण में विपरीत हैं, तो फीडबैक को नकारात्मक कहा जाता है। OOS लाभ को कम करता है, लेकिन साथ ही हार्मोनिक विरूपण को कम करता है और एम्पलीफायर स्थिरता को बढ़ाता है। इसका उपयोग लगभग सभी एम्पलीफायरों में किया जाता है।

रोकनेवाला Rf और संधारित्र Cf फ़िल्टर तत्व हैं।कैपेसिटर सीएफ स्रोत अप से एम्पलीफायर द्वारा खपत वर्तमान के परिवर्तनीय घटक के लिए एक कम प्रतिरोध सर्किट बनाता है। फ़िल्टरिंग तत्व आवश्यक हैं यदि कई एम्पलीफायर स्रोत स्रोत से खिलाए जाते हैं।

जब एक इनपुट सिग्नल Uin लगाया जाता है, तो वर्तमान Ib ~ इनपुट सर्किट में और आउटपुट Ik ~ में दिखाई देता है। लोड Rn के माध्यम से वर्तमान Ik ~ द्वारा निर्मित वोल्टेज ड्रॉप प्रवर्धित आउटपुट सिग्नल होगा।

वोल्टेज और धाराओं (छवि 3) के अस्थायी आरेखों से यह देखा जा सकता है कि इनपुट यूबी ~ और आउटपुट यूसी ~ = यू पर कैस्केड के वोल्टेज के परिवर्तनीय घटक एंटीपेज़ हैं, यानी। OE ट्रांजिस्टर का लाभ चरण विपरीत दिशा में इनपुट सिग्नल के चरण को बदलता (इनवर्ट) करता है।

चित्रा 4 - द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर के एम्पलीफायर चरण में धाराओं और वोल्टेज का समय आरेख

एक ऑपरेशनल एम्पलीफायर (OU) एक DC/AC एम्पलीफायर है जिसमें उच्च लाभ और गहरी नकारात्मक प्रतिक्रिया होती है।

यह बड़ी संख्या में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के कार्यान्वयन की अनुमति देता है, लेकिन पारंपरिक रूप से इसे एम्पलीफायर कहा जाता है।

हम कह सकते हैं कि परिचालन प्रवर्धक सभी एनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्स की रीढ़ हैं। परिचालन एम्पलीफायरों का व्यापक उपयोग उनके लचीलेपन (विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को उनके आधार पर बनाने की क्षमता, दोनों एनालॉग और स्पंदित) से जुड़ा है, एक विस्तृत आवृत्ति रेंज (डीसी और एसी सिग्नल का प्रवर्धन), बाहरी अस्थिरता से मुख्य मापदंडों की स्वतंत्रता कारक (तापमान परिवर्तन, आपूर्ति वोल्टेज, आदि)। एकीकृत एम्पलीफायरों (IOUs) का मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है।

नाम में "परिचालन" शब्द की उपस्थिति को इस संभावना से समझाया गया है कि ये एम्पलीफायर कई गणितीय संचालन कर सकते हैं - जोड़, घटाव, विभेदन, एकीकरण, आदि।

चित्रा 5 यूजीओ आईईई दिखाता है।एम्पलीफायर के दो इनपुट होते हैं - आगे और पीछे और एक आउटपुट। जब इनपुट सिग्नल को नॉन-इनवर्टिंग (डायरेक्ट) इनपुट पर लागू किया जाता है, तो आउटपुट सिग्नल में समान ध्रुवता (चरण) होती है - चित्र 5, ए।

चित्रा 5 - परिचालन एम्पलीफायरों के पारंपरिक ग्राफिक पदनाम

इनवर्टिंग इनपुट का उपयोग करते समय, आउटपुट सिग्नल के चरण को इनपुट सिग्नल के चरण के सापेक्ष 180 ° स्थानांतरित किया जाएगा (ध्रुवीयता उलट) - चित्र 6, ख। रिवर्स इनपुट और आउटपुट सर्किल हैं।

चित्र 6 - ऑप-एम्प का टाइम डायग्राम: ए) - नॉन-इनवर्टिंग, बी) - इनवर्टिंग

जब वॉलपेपर पर वोल्टेज लगाया जाता है, तो आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज के बीच अंतर के समानुपाती होता है। इन। इन्वर्टिंग इनपुट सिग्नल को «-« चिन्ह के साथ स्वीकार किया जाता है। यूआउट = के (यूनीव - यूइनव), जहां के लाभ है।

चित्र 7 - ऑप-एम्प की आयाम विशेषता

ऑप-एम्प द्विध्रुवीय स्रोत द्वारा संचालित होता है, आमतौर पर +15V और -15V। एकध्रुवीय बिजली आपूर्ति की भी अनुमति है। IOU के बाकी निष्कर्ष संकेत दिए गए हैं क्योंकि उनका उपयोग किया जाता है।

ऑप-एम्प के संचालन को आयाम विशेषता - चित्र 8 द्वारा समझाया गया है। विशेषता पर, एक रैखिक खंड को प्रतिष्ठित किया जा सकता है, जिसमें इनपुट वोल्टेज में वृद्धि के साथ आउटपुट वोल्टेज आनुपातिक रूप से बढ़ता है, और संतृप्ति यू + के दो खंड बैठ गया और यू- बैठ गया। इनपुट वोल्टेज Uin.max के एक निश्चित मूल्य पर, एम्पलीफायर संतृप्ति मोड में चला जाता है, जिसमें आउटपुट वोल्टेज अधिकतम मान लेता है (ऊपर = 15 V के मान पर, लगभग Uns = 13 V) और आगे के साथ अपरिवर्तित रहता है इनपुट सिग्नल में वृद्धि संतृप्ति मोड का उपयोग परिचालन प्रवर्धकों के आधार पर पल्स उपकरणों में किया जाता है।

पावर एम्पलीफायरों का उपयोग प्रवर्धन के अंतिम चरणों में किया जाता है और लोड में आवश्यक शक्ति बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

उनकी मुख्य विशेषता उच्च इनपुट सिग्नल स्तरों और उच्च आउटपुट धाराओं पर संचालन है, जो शक्तिशाली एम्पलीफायरों के उपयोग की आवश्यकता होती है।

एम्पलीफायर ए, एबी, बी, सी और डी मोड में काम कर सकते हैं।

मोड ए में, एम्पलीफायर डिवाइस (ट्रांजिस्टर या इलेक्ट्रॉनिक ट्यूब) का आउटपुट करंट एम्पलीफाइड सिग्नल (यानी, लगातार) की पूरी अवधि के लिए खुला रहता है और आउटपुट करंट इसके माध्यम से प्रवाहित होता है। क्लास ए पावर एम्पलीफायर्स प्रवर्धित सिग्नल में न्यूनतम विकृति का परिचय देते हैं, लेकिन उनकी दक्षता बहुत कम होती है।

मोड बी में, आउटपुट करंट को दो भागों में विभाजित किया जाता है, एक एम्पलीफायर सिग्नल के पॉजिटिव हाफ-वेव को बढ़ाता है, दूसरा नेगेटिव। नतीजतन, मोड ए की तुलना में उच्च दक्षता, लेकिन स्विचिंग ट्रांजिस्टर के क्षण में होने वाली बड़ी गैर-रैखिक विकृतियां भी।

एबी मोड बी मोड को दोहराता है, लेकिन एक आधे-लहर से दूसरे में संक्रमण के समय, दोनों ट्रांजिस्टर खुले होते हैं, जिससे उच्च दक्षता बनाए रखते हुए विकृतियों को कम करना संभव हो जाता है। एनालॉग एम्पलीफायरों के लिए एबी मोड सबसे आम है।

मोड सी का उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहां प्रवर्धन के दौरान तरंग का कोई विरूपण नहीं होता है, क्योंकि एम्पलीफायर का आउटपुट करंट आधे से कम अवधि के लिए प्रवाहित होता है, जो निश्चित रूप से बड़ी विकृतियों की ओर जाता है।

डी मोड इनपुट संकेतों को दालों में परिवर्तित करने, उन दालों को प्रवर्धित करने और फिर उन्हें वापस परिवर्तित करने का उपयोग करता है।इस मामले में, आउटपुट ट्रांजिस्टर कुंजी मोड में काम करते हैं (ट्रांजिस्टर पूरी तरह से बंद या पूरी तरह से खुला है), जो एम्पलीफायर की दक्षता को 100% के करीब लाता है (एवी मोड में, दक्षता 50% से अधिक नहीं होती है)। डी मोड में काम करने वाले एम्पलीफायरों को डिजिटल एम्पलीफायर कहा जाता है।

पुश-पुल सर्किट में, प्रवर्धन (मोड बी और एबी) दो घड़ी चक्रों में होता है। पहले आधे चक्र के दौरान, इनपुट सिग्नल एक ट्रांजिस्टर द्वारा प्रवर्धित होता है, और दूसरा इस आधे चक्र या उसके हिस्से के दौरान बंद हो जाता है। दूसरे आधे चक्र में, दूसरे ट्रांजिस्टर द्वारा सिग्नल को बढ़ाया जाता है जबकि पहले को बंद कर दिया जाता है।

ट्रांजिस्टर एम्पलीफायर का स्लाइडिंग सर्किट चित्र 8 में दिखाया गया है। ट्रांजिस्टर चरण VT3 आउटपुट ट्रांजिस्टर VT1 और VT2 को एक धक्का प्रदान करता है। प्रतिरोधों R1 और R2 ने ट्रांजिस्टर के संचालन के निरंतर मोड को निर्धारित किया।

एक नकारात्मक अर्ध-लहर Uin के आगमन के साथ, संग्राहक धारा VT3 बढ़ जाती है, जिससे ट्रांजिस्टर VT1 और VT2 के ठिकानों पर वोल्टेज में वृद्धि होती है। इस स्थिति में, VT2 बंद हो जाता है और VT1 के माध्यम से कलेक्टर करंट सर्किट से गुजरता है: + अप, संक्रमण K-E VT1, C2 (चार्जिंग के दौरान), Rn, केस।

जब एक सकारात्मक आधा-लहर आता है, तो यूआईएन वीटी 3 बंद हो जाता है, जिससे ट्रांजिस्टर वीटी 1 और वीटी 2 के आधार पर वोल्टेज में कमी आती है - वीटी 1 बंद हो जाता है, और वीटी 2 के माध्यम से सर्किट के माध्यम से संग्राहक प्रवाह बहता है: + सी 2, संक्रमण ईके वीटी 2 , मामला, आरएन, -C2। टी

यह सुनिश्चित करता है कि इनपुट वोल्टेज की दोनों आधी तरंगों की धारा लोड से होकर बहती है।

चित्रा 8 - एक शक्ति एम्पलीफायर की योजनाबद्ध

मोड डी में, एम्पलीफायरों के साथ काम करते हैं पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM)… इनपुट सिग्नल मॉड्यूलेट करता है आयताकार दालेंउनकी अवधि बदलकर।इस मामले में, संकेत उसी आयाम के आयताकार दालों में परिवर्तित हो जाता है, जिसकी अवधि किसी भी समय संकेत के मूल्य के समानुपाती होती है।

प्रवर्धन के लिए पल्स ट्रेन को ट्रांजिस्टर (ओं) को खिलाया जाता है। क्योंकि प्रवर्धित संकेत स्पंदित होता है, ट्रांजिस्टर कुंजी मोड में काम करता है। कुंजी मोड में संचालन न्यूनतम नुकसान के साथ जुड़ा हुआ है, क्योंकि ट्रांजिस्टर या तो बंद है या पूरी तरह से खुला है (न्यूनतम प्रतिरोध है)। प्रवर्धन के बाद, कम-आवृत्ति घटक (प्रवर्धित मूल संकेत) को कम-पास फिल्टर का उपयोग करके सिग्नल से निकाला जाता है ( एलपीएफ) और लोड को खिलाया।

चित्रा 9 - कक्षा डी एम्पलीफायर का ब्लॉक आरेख

क्लास डी एम्पलीफायरों का उपयोग लैपटॉप ऑडियो सिस्टम, मोबाइल संचार, मोटर नियंत्रण उपकरणों और बहुत कुछ में किया जाता है।

आधुनिक एम्पलीफायरों को एकीकृत परिपथों के व्यापक उपयोग की विशेषता है।