Қуат күшейткіштері

Кез келген күшейткіштің шығысындағы сигналдың қуаты оның кірісіне салыстырғанда көп есе артық болады. Бірақ олардың көпшілігінің кернеу немесе ток күші бойынша күшейту коэффициенттері жоғары болғанымен қуат бойынша қажеттілікті қамтамасыз ете алмайды.

Жүктеменің қуат қажеттілігін қамтамасыз етуге арналып жасалған күшейткіштерді қуат күшейткіштері деп атайды. Автоматикалық қондырғыларда қолданатын қуат күшейткіштерінің жүктемесінің міндетін электрмагниттік реле, электрдвигатель т.б. атқарушы механизмдер, ал радиотехникада дыбыс зорайтқыш динамиктердің орамалары атқарады.

Жүктеменің пайдаланатын қуатына қарай қуат күшейткіштерін бір және екі тактылық сұлба бойынша жасайды. Көп қуат талап етпейтін жүктемелер үшін А режіммен жұмыстайтын бір тактылы (6.8сурет), ал қуаты жоғарылау жүктемелер үшін В немесе С режіммен жұмыстайтын екі тактылы (6.9сурет) қуат күшейткіштерін пайдаланады.

6.8  Сурет

Жоғарыда аталған жүктемелердің кедергілері транзистордың коллекторлық тізбегінің ішкі кедергісінен әлдеқайда кіші болады. Қуат жүктемеге толық берілу үшін жүктеме мен транзистордың коллекторлық тізбегінің ішкі кедергісі тең болу керек:

. (6.13)

Мұндай талапты ортақ эмиттерлі күшейткіштің шығысына жалғанған үйлестіруші трансформатор қанғаттандырады (6.8сурет).

Трансформатордың кіріс (бірінші) және шығыс (екінші) деп аталатын негізгі екі орамасы болады. Олар бірнеше ормалардан құралуы немесе бірнеше ормаларға бөлінуі мүмкін.

6.8суреттегі транзистордың коллекторына жалғанған трансформатордың кіріс орамасының тұрақты ток үшін активтік кедергісі кіші, оны ескермеуге де болады. Ал, айнымалы ток үшін реактивтік кедергісі жоғары. Кедергісі жүктеме қосылған шығыс ораманың кіріс орамаға келтірген кедергісін арқылы белгілейтін болсақ, онда трансформаторды транзистордың коллекторына жалғанған кедергісі жүктеме ретінде қарастыруымызға болады. және нің берілген мәндері үшін трансформатордың трансформациялау коэффициентін анықтайық:

, (6.14)

мұндағы және трансформатордың кіріс және шығыс орамаларына түскен айнымалы кернеудің мәндері, және трансформатордың кіріс және шығыс орамалары арқылы жүрген айнымалы ток күштерінің мәндері, ал және трансформатордың кіріс және шығыс орамаларының орам сандары.

Трансформатордың кіріс тізбегінің кедергісі:

. (6.15)

Егер болатынын ескерсек, онда трансформатордың трансформациялау коэффициенті мынаған тең:

, (6.16)

д емек, болатын себепті, мұндағы трансформатор төмендеткіш трансформатор болу керек.

+

-

6.9  Сурет

Мұндай А режіммен жұмыстайтын бір тактылы ортақ эмиттерлі күшейткіштер шығыс қуаты 3–5 Вт –тан аспайтын жағдайда қолданылады.

Енді екі тактылы қуат күшейткішнің жұмыс пинципімен танысайық (6.9сурет). Бұл күшейткіш әрқайсысы 6.8суреттегі бір тактылы күшейткішке ұқсас екі бөліктен құралады. Олар В режіммен жұмыстайды. Сондықтан олардың п.ә.к–і 70% ға дейін жетеді.

Күшейткіштің кірісіне қосылған трансформатордың шығыс орамасы екі бөліктен тұрады, олардың орам сандары тең боғандықтан оларға түсетін кернеулердің амплитудалық мәндері де тең, бірақ фазалары қарама-қарсы болып келеді (6.10асурет). Сол себепті, транзистордың кірісіне кернеудің оң жарты периоды берілген кезде транзисторға кернеудің теріс жарты периоды сәйкес келеді. Сөйтіп, біреуі ашық болғанда, келесісі жабылып, кезектесіп жұмыстайды (6.10ә және бсурет). Осының нәтижесінде бүтін бір периодқа тең уақытта трансформатордың кіріс орамасы арқылы синусоидалық ток жүреді (6.10всурет).

6.10  сурет

7-дәріс: Электрондық генераторлар. Автогенераторлардың өздігінен қозу шарты.

Дәрістің мақсаты: - электрондық гармоникалық генераторлардың жұмыс принципімен танысу, құрылымдық есеп жасау.

Түйін сөздер:- кері байланыс тізбегі төр тполюсті элемент тектес генераторларды  автогенераторлар деп атайды.

Электрондық генераторлар  тұрақты ток көзінің электрлік энергиясын гармоникалық немесе импульстік түрдегі өшпейтін электрлік тербелістердің энергиясына айналдыратын құрылғы.

Электрондық гармоникалық генераторлар өндіретін сигналының жиіліктеріне байланысты бірнеше топқа бөлінеді:

1) төменгі жиілікті генераторлар  жиіліктері 0,01ден 100 кГцге дейін;

2) жоғары жиілікті генераторлар  жиіліктері 0,1ден 100 МГцге дейін;

3) аса жоғары жиілікті генераторлар  жиіліктері 100 МГцден жоғары.

Электрондық гармоникалық генераторлар қозу тәсіліне байланысты екі топқа бөлінеді:

1. тәуелді қоздырғышты генераторлар;

2. өздігінен қозатын, яғни автогенераторлар.

Автогенераторлардың өздігінен қозу шарттары

Төмендегі 7.1суретте комплекстік күшейту коэффициенті күшейткіштен және комплекстік кері байланыс коэффициенті оң кері байланыс тізбегінен құралған автогенератордың құрылымдық сұлбасы көрсетілген. Автогенераторлардың күшейткіші ретінде транзисторлық, интегралдық микросұлбалық және т.б. күшейткіштердің кез келген түрін пайдалануға болады. Ал, кері байланыс тізбегі ретінде жиілікке тәуелді  контурларды және  төрт полюсті элементтерді (фильтрлер) қолданады.

 автогенераторлар жоғары жиілік, ал  автогенераторлар төменгі жиілік генератор-ларының қатарына жатады. Егер және кернеулерінің пішіні жуық шамамен синусойдаға ұқсас болса, онда мына шарт орындалған жағдайда генератор өздігінен қоза алады:

, (7.1)

7.1  сурет

бұл шарт және қатынастарына негізделген, демек (7.1) өрнекті мына түрде жазуға болады:

, (7.2)

мұндағы және , және коэффициенттерінің аргументтері.

(7.2) теңдігі мына төмендегі жағдайларда орындалады:

, (7.3)

немесе

, …,

. (7.4)

(7.3) теңдеуі амплитуданың, ал (7.4) теңдеуі фазаның балансы шарттары деп аталады.

Фазаның балансы шарты тұрақты режімдегі автогенератордың күшейткіші мен кері байланыс тізбегінің шығыс кернеуінің фазаларының ығысуының қосындысы нөлге нмесе  дің бүтін сандық мәндеріне тең болуын, яғни нақты оң кері байланыс қалыптасуын қамтамасыз етеді.

Амплитуданың балансы шарты автогенератордың энергия шығыны генератордың тұрақты ток көзімен оң кері байланыста болу арқылы өтелуін қамтамасыз етеді. Егер осы екі шартты бірдей ескеретін болсақ, онда автогенератор статционарлы тұрақтанған тербеліс өндіру үшін (7.3) өрнек арқылы берілген шартты толықтырып, оны енді мына төмендегі қатынас бойынша береміз:

. (7.5)

және  автогенераторлардың көптеген түрлері бар. Мысал ретінде біз олардың кейбір қарапайым типтік түрлерін ғана қарастырамыз.

 автогенераторлар

Жалпы  автогенераторлар бір каскадты транзисторлық күшейткішке немесе микросұлбаға (операциялық күшейткішке) негізделіп құрылады, ал  контур оң кері байланыс тізбегі ретінде транзисторға тізбектей немесе параллель қосылады. 7.2суретте индуктивтік байланысты транзисторлық автогенератордың, ал 7.3суретте операциялық күшейткішке негізделіп құрылған автогенератордың сұлбалары көрсетілген.

Транзисторлық автогенераторды ток көзіне қосқан кезде оның поюсы, резистор , транзистордың коллекторы, орама, және тізбегі арқылы ток жүрген кезде контурдың конденсаторы зарядталады. конденсаторда электр энергиясы жиналады. Өзара параллель қосылған конденсатор мен орама тербеліс контурын құрайды. конденсаторда жиналған электр энергиясының есебінен тербеліс контурында жиілігі еркін тербеліс пайда болады. және орамалардың индуктивтік байланысының нәтижесінде орамаға кері байланыс кернеуі түседі. Бұл кернеу транзистордың эмиттербазасына тура берілетіндіктен коллектордың тогінде жиілігі пульсация пайда болады. Егер кері байланыс оң болса, онда коллектор тогінің айнымалы құрамасы контурдың тербелісін күшейтеді, нәтижесінде транзистордың кірісінің айнымалы кернеуінің амплитудасы да өседі. Бұл өз кезегінде коллектор тогінің айнымалы құрамасын өсуіне әсерін тигізеді.

7.2  сурет 7.3  сурет

Контурдың тербелісі өшпейтін тұрақтанған режімді қалыптастыруға тек оң кері байланыс жеткіліксіз. Контурдың энергия шығынын күшейткіш арқылы толық компенсациялану үшін сыртқы тұрақты ток көзінің энергиясын да пайдаланады. Сөйтіп, генератордың контурында өшпейтін тербеліс қалыптасу үшін өздік қозу шарты деп аталатын екі шарт бір мезгілде бірдей орындалуы керек. Оның біріншісі тек оң кері байланысты қамтамасыз ететін фазаның балансы шарты, ал екіншісі кері байланыс коэффициентіне тәуелді амплитуданың балансы шарты.

Операциялық күшейткішке негізделіп құрылған  автогенератор 15 МГцден жоғары емес жиіліктерге арналады. Бұл жағдай осы кезге дейінгі операциялық күшейткіштердің күшейту коэффициенті нашар болатындығымен түсіндіріледі. Құрылымдық сұлбасы 7.3суретте көрсетілген операциялық күшейткіштің жұмыс принципін қарастырайық. және резисторлар теріс кері байланыстың міндетін атқарады. Ал, резонанстық  контур оң кері байланыс тізбегі ретінде қосылған.

 автогенераторлар

Төменгі жиіліктерде  контурдың біріншіден геометриялық өлшемдері ұлғаяды, екіншіден электрлік параметрлері, мәселен сапалылығы төмендейді. Автогенераторлардың кері байланыс тізбегінің міндетін атқаратын контурларға қойылатын талапқа жоғары жиіліктер үшін  контурлар, ал жиілік төмендеген сайын контурлар сәйкес келеді. Кері байланыс тізбегі төр тполюсті элемент тектес генераторларды  автогенераторлар деп атайды.

Автогенераторлардың кері байланыс тізбегінде  контурлардың жиілікке тәуелді бірнеше түрлерін қолданады. Олар өз ішінен Гтәрізді тізбектер (7.4а және әсурет), Вин көпірі (7.4бсурет) және қос Т тәрізді тізбектер (7.4всурет) деп аталатын бірнеше топқа бөлінеді.

7.4  сурет

Гтәрізді тізбекті  автогенератордың сұлбасы 7.5суретте көрсетілген. Бұл автогенератор оң кері байланысы бар өрістік транзистордың бір каскадты күшейткішіне негізделіп құрылған.

Фазаның балансы шарты бойынша күшейткіштің шығыс кернеуінің фазасын оның кірісіне 180⁰қа ығыстырып беру керек. Сол себепті, әрқайсысы фазаны 60⁰қа ығыстырытын, үш саладан құралған кері байланыс тізбегін пайдаланған.

Есептеу нәтижесінен  саладағы фазаның балансы шарты жиіліктің мәнінде, ал амплидуданың балансы шарты күшейткіштің күшейту коэффициенті болған жағдайда орындалатын көреміз. Егер  салалардың резисторлары мен конденсаторларының орын ауыстыратын болсақ, онда 7.5суретте келтірілген автогенератор күшейткіштің күшейту коэффициенті болған жағдайда жиілігі гармониялық сигналды өндіреді.