औद्योगिक इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये इलेक्ट्रॉनिक अॅम्प्लीफायर्स

इलेक्ट्रिकल सिग्नलची व्होल्टेज, करंट आणि पॉवर वाढवण्यासाठी डिझाइन केलेली ही उपकरणे आहेत.

सर्वात सोपा एम्पलीफायर ट्रांझिस्टर सर्किट आहे. अॅम्प्लीफायर्सचा वापर या वस्तुस्थितीमुळे होतो की सामान्यतः इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांमध्ये प्रवेश करणारे विद्युत सिग्नल (व्होल्टेज आणि प्रवाह) लहान मोठेपणाचे असतात आणि त्यांना पुढील वापरासाठी आवश्यक मूल्यापर्यंत वाढवणे आवश्यक आहे (रूपांतरण, प्रसारण, लोडला वीज पुरवठा. ).

आकृती 1 एम्पलीफायर ऑपरेट करण्यासाठी आवश्यक उपकरणे दर्शविते.

आकृती 1 — अॅम्प्लीफायर वातावरण

अॅम्प्लिफायर लोड केल्यावर सोडलेली पॉवर ही त्याच्या पॉवर सप्लायची रूपांतरित पॉवर असते आणि इनपुट सिग्नल फक्त ती चालवते. अॅम्प्लिफायर्स थेट वर्तमान स्त्रोतांद्वारे समर्थित आहेत.

सामान्यतः, अॅम्प्लीफायरमध्ये अनेक प्रवर्धन टप्पे असतात (चित्र 2). अॅम्प्लीफिकेशनचे पहिले टप्पे, प्रामुख्याने सिग्नल व्होल्टेज वाढवण्यासाठी डिझाइन केलेले, प्रीअम्प्लिफायर्स म्हणतात. त्यांचे सर्किट इनपुट सिग्नल स्त्रोताच्या प्रकारानुसार निर्धारित केले जातात.

सिग्नलची शक्ती वाढविण्याचे काम करणाऱ्या स्टेजला टर्मिनल किंवा आउटपुट म्हणतात.त्यांची योजना लोडच्या प्रकाराद्वारे निर्धारित केली जाते. तसेच, अॅम्प्लीफायरमध्ये आवश्यक प्रवर्धन प्राप्त करण्यासाठी आणि (किंवा) अॅम्प्लीफाइड सिग्नलची आवश्यक वैशिष्ट्ये तयार करण्यासाठी डिझाइन केलेले मध्यवर्ती टप्पे समाविष्ट असू शकतात.

आकृती 2 — अॅम्प्लीफायर रचना

अॅम्प्लीफायर वर्गीकरण:

1) प्रवर्धित पॅरामीटर, व्होल्टेज, करंट, पॉवर अॅम्प्लीफायर्सवर अवलंबून

2) प्रवर्धित सिग्नलच्या स्वरूपानुसार:

• हार्मोनिक (सतत) सिग्नलचे अॅम्प्लीफायर्स;

• पल्स सिग्नल अॅम्प्लिफायर्स (डिजिटल अॅम्प्लीफायर्स).

3) प्रवर्धित फ्रिक्वेन्सीच्या श्रेणीमध्ये:

• डीसी अॅम्प्लीफायर्स;

• एसी अॅम्प्लीफायर

• कमी वारंवारता, उच्च, अति उच्च इ.

4) वारंवारता प्रतिसादाच्या स्वरूपानुसार:

• रेझोनंट (संकीर्ण वारंवारता बँडमध्ये सिग्नल वाढवणे);

• बँडपास (विशिष्ट वारंवारता बँड वाढवते);

• वाइडबँड (संपूर्ण वारंवारता श्रेणी वाढवते).

5) मजबुतीकरण घटकांच्या प्रकारानुसार:

• इलेक्ट्रिक व्हॅक्यूम दिवे;

• सेमीकंडक्टर उपकरणांवर;

• एकात्मिक सर्किट्सवर.

एम्पलीफायर निवडताना, अॅम्प्लीफायर पॅरामीटर्समधून बाहेर पडा:

• आउटपुट पॉवर वॅट्समध्ये मोजली जाते. आउटपुट पॉवर अॅम्प्लिफायरच्या उद्देशानुसार मोठ्या प्रमाणात बदलते, उदाहरणार्थ ध्वनी अॅम्प्लिफायरमध्ये — हेडफोनमधील मिलीवॅट्सपासून ते दहापट आणि ऑडिओ सिस्टममध्ये शेकडो वॅट्सपर्यंत.

• वारंवारता श्रेणी, हर्ट्झमध्ये मोजली जाते. उदाहरणार्थ, समान ऑडिओ अॅम्प्लिफायरने सामान्यतः 20-20,000 Hz फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये फायदा दिला पाहिजे आणि टेलिव्हिजन सिग्नल अॅम्प्लिफायर (इमेज + ध्वनी) — 20 Hz — 10 MHz आणि उच्च.

• अरेखीय विकृती, टक्के% मध्ये मोजली जाते. हे प्रवर्धित सिग्नलचे आकार विकृती दर्शवते. साधारणपणे, दिलेले पॅरामीटर जितके कमी असेल तितके चांगले.

• कार्यक्षमता (कार्यक्षमता गुणोत्तर) टक्के% मध्ये मोजली जाते.वीज पुरवठ्यातील वीज लोडमध्ये विसर्जन करण्यासाठी किती वीज वापरली जात आहे हे दर्शविते. वस्तुस्थिती अशी आहे की स्त्रोताच्या शक्तीचा काही भाग वाया जातो, मोठ्या प्रमाणात हे उष्णतेचे नुकसान होते - प्रवाहाचा प्रवाह नेहमी सामग्री गरम करण्यास कारणीभूत ठरतो. हे पॅरामीटर विशेषतः स्वयं-चालित उपकरणांसाठी (संचयक आणि बॅटरींमधून) महत्वाचे आहे.

आकृती 3 एक सामान्य द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टर प्रीअँप सर्किट दाखवते. इनपुट सिग्नल व्होल्टेज स्रोत Uin कडून येतो. ब्लॉकिंग कॅपेसिटर Cp1 आणि Cp2 व्हेरिएबल पास करतात म्हणजे. अॅम्प्लीफाईड सिग्नल आणि डायरेक्ट करंट पास करू नका, ज्यामुळे सीरिज-कनेक्टेड अॅम्प्लीफायर स्टेजमध्ये डायरेक्ट करंटसाठी स्वतंत्र ऑपरेटिंग मोड तयार करणे शक्य होते.

आकृती 3 — द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टरच्या अॅम्प्लीफायर स्टेजचे आकृती

रेझिस्टर Rb1 आणि Rb2 हे मुख्य विभाजक आहेत जे ट्रान्झिस्टर Ib0 च्या पायाला प्रारंभिक प्रवाह प्रदान करतात, रेझिस्टर Rk कलेक्टर Ik0 ला प्रारंभिक प्रवाह प्रदान करतो. या प्रवाहांना लॅमिनार प्रवाह म्हणतात. इनपुट सिग्नलच्या अनुपस्थितीत, ते स्थिर असतात. आकृती 4 अॅम्प्लीफायरच्या वेळेचे आकृती दर्शविते. टाइम प्लॉट म्हणजे कालांतराने पॅरामीटरमधील बदल.

रेझिस्टर री नकारात्मक वर्तमान अभिप्राय (NF) प्रदान करतो. फीडबॅक (OC) म्हणजे आउटपुट सिग्नलचा एक भाग अॅम्प्लीफायरच्या इनपुट सर्किटमध्ये हस्तांतरित करणे. इनपुट सिग्नल आणि फीडबॅक सिग्नल टप्प्यात विरुद्ध असल्यास, फीडबॅक नकारात्मक असल्याचे म्हटले जाते. OOS लाभ कमी करते, परंतु त्याच वेळी हार्मोनिक विकृती कमी करते आणि अॅम्प्लीफायर स्थिरता वाढवते. हे जवळजवळ सर्व अॅम्प्लीफायर्समध्ये वापरले जाते.

रेझिस्टर आरएफ आणि कॅपेसिटर सीएफ हे फिल्टर घटक आहेत.कॅपेसिटर Cf स्त्रोत अप पासून अॅम्प्लिफायरद्वारे वापरल्या जाणार्‍या विद्युत् प्रवाहाच्या व्हेरिएबल घटकासाठी कमी प्रतिरोधक सर्किट तयार करतो. अनेक अॅम्प्लीफायर स्त्रोत स्त्रोतांकडून दिले जात असल्यास फिल्टरिंग घटक आवश्यक आहेत.

जेव्हा इनपुट सिग्नल Uin लागू केला जातो, तेव्हा वर्तमान Ib ~ इनपुट सर्किटमध्ये आणि आउटपुट Ik ~ मध्ये दिसते. लोड Rn द्वारे वर्तमान Ik ~ द्वारे तयार केलेले व्होल्टेज ड्रॉप हे प्रवर्धित आउटपुट सिग्नल असेल.

व्होल्टेज आणि करंट्सच्या तात्पुरत्या आकृत्यांमधून (चित्र 3) हे पाहिले जाऊ शकते की इनपुट Ub ~ आणि आउटपुट Uc ~ = Uout वर व्होल्टेजचे व्हेरिएबल घटक अँटीफेस आहेत, म्हणजे. OE ट्रान्झिस्टरचा लाभ टप्पा उलट दिशेने इनपुट सिग्नलचा टप्पा बदलतो (उलटतो).

आकृती 4 — द्विध्रुवीय ट्रान्झिस्टरच्या अॅम्प्लिफायर स्टेजमध्ये प्रवाह आणि व्होल्टेजचे वेळेचे आरेखन

एक ऑपरेशनल अॅम्प्लीफायर (OU) हा DC/AC अॅम्प्लीफायर आहे ज्यामध्ये जास्त फायदा आणि खोल नकारात्मक फीडबॅक आहे.

हे मोठ्या संख्येने इलेक्ट्रॉनिक उपकरणांच्या अंमलबजावणीस परवानगी देते, परंतु पारंपारिकपणे एम्पलीफायर म्हणतात.

आम्ही असे म्हणू शकतो की ऑपरेशनल अॅम्प्लीफायर्स सर्व अॅनालॉग इलेक्ट्रॉनिक्सचा कणा आहेत. ऑपरेशनल अॅम्प्लीफायर्सचा व्यापक वापर त्यांच्या लवचिकतेशी संबंधित आहे (त्यांच्या आधारावर विविध इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे तयार करण्याची क्षमता, अॅनालॉग आणि स्पंदित दोन्ही), विस्तृत वारंवारता श्रेणी (डीसी आणि एसी सिग्नलचे प्रवर्धन), बाह्य अस्थिरतेपासून मुख्य पॅरामीटर्सचे स्वातंत्र्य. घटक (तापमान बदल, पुरवठा व्होल्टेज इ.). इंटिग्रेटेड अॅम्प्लिफायर्स (IOUs) प्रामुख्याने वापरले जातात.

नावातील "ऑपरेशनल" शब्दाची उपस्थिती हे अॅम्प्लीफायर्स अनेक गणिती क्रिया करू शकतात - बेरीज, वजाबाकी, भेदभाव, एकत्रीकरण इ.

आकृती 5 UGO IEE दाखवते.अॅम्प्लिफायरमध्ये दोन इनपुट आहेत - फॉरवर्ड आणि रिव्हर्स आणि एक आउटपुट. जेव्हा इनपुट सिग्नल नॉन-इनव्हर्टिंग (डायरेक्ट) इनपुटवर लागू केला जातो, तेव्हा आउटपुट सिग्नलमध्ये समान ध्रुवीयता (फेज) असते — आकृती 5, a.

आकृती 5 — ऑपरेशनल अॅम्प्लीफायर्सचे पारंपारिक ग्राफिक पदनाम

इनव्हर्टिंग इनपुट वापरताना, आउटपुट सिग्नलचा टप्पा इनपुट सिग्नलच्या फेजच्या सापेक्ष 180 ° ने हलविला जाईल (ध्रुवीयता उलट) — आकृती 6, b. उलट इनपुट आणि आउटपुट वर्तुळाकार आहेत.

आकृती 6 — op-amp चे टाइम डायग्राम: a) — नॉन-इनव्हर्टिंग, b) — इनव्हर्टिंग

जेव्हा वॉलपेपरवर व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा आउटपुट व्होल्टेज इनपुट व्होल्टेजमधील फरकाच्या प्रमाणात असते. या. इनव्हर्टिंग इनपुट सिग्नल «-» चिन्हासह स्वीकारला जातो. Uout = K (Uneinv — Uinv), जेथे K हा लाभ आहे.

आकृती 7 — op-amp चे मोठेपणा वैशिष्ट्य

op-amp द्विध्रुवीय स्त्रोताद्वारे समर्थित आहे, सामान्यतः +15V आणि -15V. एकध्रुवीय वीज पुरवठ्याला देखील अनुमती आहे. उर्वरित IOU निष्कर्ष जसे ते वापरले जातात तसे सूचित केले आहेत.

ऑप-एम्पचे ऑपरेशन मोठेपणा वैशिष्ट्याद्वारे स्पष्ट केले आहे - आकृती 8. वैशिष्ट्यावर, एक रेखीय विभाग ओळखला जाऊ शकतो, ज्यामध्ये इनपुट व्होल्टेजच्या वाढीसह आउटपुट व्होल्टेज प्रमाणानुसार वाढते आणि संपृक्तता U + चे दोन विभाग. बसला आणि यू- बसला. इनपुट व्होल्टेज Uin.max च्या विशिष्ट मूल्यावर, अॅम्प्लीफायर संपृक्तता मोडमध्ये जातो, ज्यामध्ये आउटपुट व्होल्टेज कमाल मूल्य गृहीत धरते (अप = 15 V च्या मूल्यावर, अंदाजे Uns = 13 V) आणि पुढे अपरिवर्तित राहते. इनपुट सिग्नलमध्ये वाढ. ऑपरेशनल अॅम्प्लीफायर्सवर आधारित पल्स डिव्हाइसेसमध्ये संपृक्तता मोड वापरला जातो.

पॉवर अॅम्प्लीफायर्स प्रवर्धनाच्या अंतिम टप्प्यात वापरले जातात आणि लोडमध्ये आवश्यक शक्ती तयार करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत.

त्यांचे मुख्य वैशिष्ट्य म्हणजे उच्च इनपुट सिग्नल पातळी आणि उच्च आउटपुट प्रवाहांवर ऑपरेशन, ज्यासाठी शक्तिशाली अॅम्प्लिफायर वापरणे आवश्यक आहे.

अॅम्प्लिफायर A, AB, B, C आणि D मोडमध्ये काम करू शकतात.

मोड A मध्ये, अॅम्प्लीफायर उपकरण (ट्रान्झिस्टर किंवा इलेक्ट्रॉनिक ट्यूब) चे आउटपुट प्रवाह प्रवर्धित सिग्नलच्या संपूर्ण कालावधीसाठी खुले असते (म्हणजे, सतत) आणि त्यातून आउटपुट प्रवाह वाहतो. क्लास A पॉवर अॅम्प्लीफायर्स अॅम्प्लीफाईड सिग्नलमध्ये कमीतकमी विकृती आणतात, परंतु त्यांची कार्यक्षमता खूपच कमी असते.

मोड बी मध्ये, आउटपुट प्रवाह दोन भागांमध्ये विभागलेला आहे, एक अॅम्प्लीफायर सिग्नलच्या सकारात्मक अर्ध-वेव्हला वाढवतो, दुसरा नकारात्मक. परिणामी, मोड A पेक्षा उच्च कार्यक्षमता, परंतु ट्रान्झिस्टर स्विच करण्याच्या क्षणी मोठ्या नॉन-रेखीय विकृती देखील होतात.

एबी मोड बी मोडची पुनरावृत्ती करतो, परंतु एका अर्ध-वेव्हपासून दुस-या संक्रमणाच्या क्षणी, दोन्ही ट्रान्झिस्टर खुले असतात, ज्यामुळे उच्च कार्यक्षमता राखून विकृती कमी करणे शक्य होते. एनालॉग अॅम्प्लिफायर्ससाठी एबी मोड सर्वात सामान्य आहे.

मोड C चा वापर अशा प्रकरणांमध्ये केला जातो जेथे प्रवर्धनादरम्यान वेव्हफॉर्मची कोणतीही विकृती नसते, कारण अॅम्प्लीफायरचा आउटपुट प्रवाह अर्ध्या कालावधीपेक्षा कमी कालावधीसाठी वाहतो, ज्यामुळे अर्थातच मोठ्या विकृती होतात.

डी मोड इनपुट सिग्नलला डाळींमध्ये रूपांतरित करणे, त्या डाळींचे विस्तारीकरण आणि नंतर त्यांना परत रूपांतरित करणे वापरतो.या प्रकरणात, आउटपुट ट्रान्झिस्टर की मोडमध्ये कार्य करतात (ट्रान्झिस्टर पूर्णपणे बंद किंवा पूर्णपणे उघडलेले आहे), जे अॅम्प्लिफायरची कार्यक्षमता 100% च्या जवळ आणते (एव्ही मोडमध्ये, कार्यक्षमता 50% पेक्षा जास्त नाही). डी मोडमध्ये कार्यरत अॅम्प्लीफायर्सना डिजिटल अॅम्प्लीफायर म्हणतात.

पुश-पुल सर्किटमध्ये, प्रवर्धन (मोड बी आणि एबी) घड्याळाच्या दोन चक्रांमध्ये होते. पहिल्या अर्ध-चक्रादरम्यान, इनपुट सिग्नल एका ट्रान्झिस्टरद्वारे वाढविला जातो आणि दुसरा अर्ध-चक्र किंवा त्याच्या काही भागामध्ये बंद असतो. दुसऱ्या अर्ध-चक्रात, सिग्नल दुसऱ्या ट्रान्झिस्टरद्वारे वाढविला जातो तर पहिला बंद केला जातो.

ट्रान्झिस्टर अॅम्प्लिफायरचे स्लाइडिंग सर्किट आकृती 8 मध्ये दर्शविले आहे. ट्रान्झिस्टर स्टेज VT3 आउटपुट ट्रान्झिस्टर VT1 आणि VT2 ला एक धक्का देतो. प्रतिरोधक R1 आणि R2 ट्रान्झिस्टरच्या ऑपरेशनचा स्थिर मोड सेट करतात.

नकारात्मक अर्ध-वेव्ह Uin च्या आगमनाने, कलेक्टर वर्तमान VT3 वाढते, ज्यामुळे ट्रान्झिस्टर VT1 आणि VT2 च्या पायथ्यावरील व्होल्टेजमध्ये वाढ होते. या प्रकरणात, VT2 बंद होतो आणि VT1 द्वारे कलेक्टर करंट सर्किटमधून जातो: + वर, संक्रमण K-E VT1, C2 (चार्जिंग दरम्यान), Rn, केस.

पॉझिटिव्ह हाफ-वेव्ह आल्यावर, Uin VT3 बंद होते, ज्यामुळे ट्रान्झिस्टर VT1 आणि VT2 - VT1 च्या पायथ्यावरील व्होल्टेज कमी होते आणि VT2 द्वारे कलेक्टर करंट सर्किटमधून वाहते: + C2, संक्रमण EK VT2 , केस, Rn, -C2 . ट

हे सुनिश्चित करते की इनपुट व्होल्टेजच्या दोन्ही अर्ध-लहरींचा प्रवाह लोडमधून वाहतो.

आकृती 8 — पॉवर अॅम्प्लिफायरची योजनाबद्ध

मोड डी मध्ये, अॅम्प्लीफायर सह कार्य करतात पल्स रुंदी मॉड्यूलेशन (PWM)… इनपुट सिग्नल मॉड्युलेट करतो आयताकृती डाळीत्यांचा कालावधी बदलून.या प्रकरणात, सिग्नल समान मोठेपणाच्या आयताकृती डाळींमध्ये रूपांतरित केला जातो, ज्याचा कालावधी कोणत्याही क्षणी सिग्नलच्या मूल्याच्या प्रमाणात असतो.

प्रवर्धनासाठी पल्स ट्रेन ट्रान्झिस्टरला दिली जाते. प्रवर्धित सिग्नल स्पंदित असल्यामुळे, ट्रान्झिस्टर की मोडमध्ये कार्य करतो. की मोडमधील ऑपरेशन कमीत कमी नुकसानाशी संबंधित आहे, कारण ट्रान्झिस्टर एकतर बंद किंवा पूर्णपणे उघडलेले आहे (किमान प्रतिरोधकता आहे). प्रवर्धनानंतर, लो-पास फिल्टर वापरून सिग्नलमधून कमी-वारंवारता घटक (प्रवर्धित मूळ सिग्नल) काढला जातो. LPF) आणि लोड करण्यासाठी दिले.

आकृती 9 — वर्ग डी अॅम्प्लिफायरचा ब्लॉक आकृती

क्लास डी अॅम्प्लिफायर लॅपटॉप ऑडिओ सिस्टम, मोबाइल कम्युनिकेशन्स, मोटर कंट्रोल डिव्हाइसेस आणि बरेच काही मध्ये वापरले जातात.

आधुनिक अॅम्प्लीफायर्स एकात्मिक सर्किट्सच्या व्यापक वापराद्वारे दर्शविले जातात.