1- ma’ruza. Kuchaytirish qurilmalari

1- ma’ruza. KUCHAYTIRISH QURILMALARI


1.1. Kuchaytirgichlarning tavsifi va asosiy texnik ko‘rsatkichlari

Kuchaytirish qurilmalar texnikaning keng sohalarida qo‘llaniladi. Televideniye, radioeshittirish, avtomatik boshqarish tizimlari, radiotexnika, radiolokatsiya va boshqa tizimlarda kichik quvvatli signallarni kuchaytirish uchun, shuningdek turli xil radioelektron apparaturalar, personal kompyuterlarning yetakchi qismi sifatida kuchaytirgichlardan foydalaniladi.

Kichik quvvatli o‘zgaruvchan signalning parametrlarini buzmasdan, o‘zgarmas kuchlanish manbaining quvvati hisobiga kuchaytirib beruvchi qurilmaga elektron kuchaytirgich deyiladi. Quvvatni kuchaytirish samarasi qurilmada energiyasi chiqishda oshirilgan quvvatni hosil qilish uchun ishlatiladigan qandaydir tashqi manba bo‘lganida mumkin bo‘ladi. Energiyasi kuchaytirgichda kuchaytirilgan signallar energiyasiga o‘zgartiriladigan bu manba ta’minot manbai deyiladi.
Ta’minot manbaining energiyasi kuchaytirish yoki aktiv elementlar yordamida foydali signal energiyasiga o‘zgartiriladi. Kuchaytirilgan signallar iste’molchisi hisoblanadigan qurilma kuchaytirgichning yuklamasi deyiladi, yuklama ulangan kuchaytirgichning zanjiri esa chiqish zanjiri yoki kuchaytirgichning chiqishi deyiladi. Kuchaytirilishi kerak bo‘lgan kirish signali manbai signal manbai yoki generator deyiladi, kirish signali kiritiladigan kuchaytirgichning zanjiri esa kirish zanjiri yoki kuchaytirgichning kirishi deyiladi.
Kuchaytirgich qurilmasi kuchaytiruvchi element, rezistor, kondensator, chiqish zanjiridagi o‘zgarmas kuchlanish manbai hamda iste’molchidan iborat.
Bitta kuchaytiruvchi elementi bo‘lgan zanjir kaskad deyiladi.
Hozirgi vaqtda eng keng tarqalgan kuchaytirgichlarda kuchaytiruvchi element sifatida tranzistorlar va integral mikrosxemalar (IMS) ishlatiladi. Kuchaytirgichlarda kuchaytirish quyidagicha amalga oshiriladi. Boshqariladigan elementning (tranzistor) kirish zanjiriga kirish signalining kuchlanishi beriladi. Bu kuchlanish ta’sirida kirish zanjirida kirish toki hosil bo‘ladi. Bu kichik kirish toki chiqish zanjiridagi tokda o‘zgaruvchan tashkil etuvchini hamda boshqariladigan elementning chiqish zanjirida kirish zanjiridagi kuchlanishdan ancha katta bo‘lgan o‘zgaruvchan kuchlanishni hosil qiladi (1.1- rasm).
Kuchaytirish diapazoni bo‘yicha kuchaytirgichlar tor va keng polosali kuchaytirgichlarga bo‘linadi (1.2- rasm). Tor polosa kuchaytirgichlari faqatgina past chastotada emas, yuqori chastotalarda filtr sifatida kerakli diapazondagi to‘lqinlarni ajratib olish uchun ishlatiladi. Shuning uchun, bu kuchaytirgichlar rezonansli kuchaytirgichlar ham deyiladi. Bajarayotgan vazifasiga qarab kuchaytirgichlar dastlabki kaskadda ishlovchi kuchaytirgichlarga va chiqish kuchaytirgichlariga bo‘linadi. Dastlabki kaskadda ishlovchi kuchaytirgichlar kuchlanishni oshirish uchun ishlatilsa, chiqish kuchaytirgichlari quvvatni oshirish uchun xizmat qiladi.



1.1- rasm. Kuchaytirish jarayonining umumiy tarkibi

1.2- rasm. Kuchaytirgichlar turlari

Kuchaytirgichlarning asosiy texnik ko‘rsatkichlariga quyidagilar kiradi:

- kuchaytirish koeffitsienti (tok bo‘yicha, kuchlanish bo‘yicha, quvvat bo‘yicha):
- kirish va chiqish qarshiligi;
- chiqish quvvati;
- foydali ish koeffitsienti;
- nominal kirish kuchlanishi (sezgirlik);
- chastota bo‘yicha kuchaytirish oralig‘i;
- amplituda bo‘yicha dinamik diapazon;
- signal shaklini buzilishi;
- chastota, faza va nochiziqli buzilishlar
Kuchaytirish koeffitsienti – chiqishdagi signal amplitudasini kirishdagi signal amplitudasiga nisbatan necha barobar ortganini ko‘rsatadi. Ularga quyidagi kuchaytirish koeffitsientlari kiradi:
- kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti K_u = U₂ / U₁;
- tok bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti K_i = I₂ / I_1;
- quvvat bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti K_r = R₂ / R_1;
bu yerda U_1, I_1, U_2, I₂, – kuchlanishi va toklarning amplituda qiymatlari.
P₁ = U₁ I₁ va P₂ = U₂ I₂ ekanligi sababli, quvvat bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti K_p = K_u K_i bo‘ladi.
Kuchaytirish koeffitsientining qiymati turli kuchlanish kuchaytirgichlarida o‘nlab va yuzlab tartiblardagi qiymatlarga ega bo‘lishi mumkin. Lekin bu ham kuchaytirgichning chiqishida talab qilinadigan quvvatni olish uchun yetarli bo‘lmaydi. U holda qator kuchaytirish kaskadlari ketma-ket (kaskadli) ulanadi (1.3-rasm). Ko‘p kaskadli kuchaytirgichlar uchun umumiy kuchaytirish koeffitsienti alohida kaskadlar kuchaytirish koeffitsientlarining ko‘paytmasiga teng. Bir necha kuchaytirish kaskadlari ketma-ket ulanganida ularning kuchaytirish koeffitsientlarining ko‘paytmasi tizimning umumiy kuchaytirish koeffitsientni aniqlaydi:


K_umum = K₁, K₂…. . K_n (1.1)

1.3-rasm. Ko‘p kaskadli kuchaytirgichning tuzilish sxemasi

(1.1) formulalar bo‘yicha hisoblangan kuchaytirish koeffitsienti o‘lchamsiz birlikka ega. Zamonaviy kuchaytirish sxemalarida o‘lchamsiz birlikda ifodalangan kuchaytirish koeffitsienti yetarlicha katta songa teng olinadi, elektronikada kuchaytirish xossalarini logarifmik birliklar - detsibellarda (dB) ifodalash usuli qabul qilingan. Quvvat bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti detsibellarda quyidagicha bo‘ladi:

K_P [dB] = 10 lg (P₂/P₁) = 10 lg K_P (1.2)

Quvvat tok yoki kuchlanishning kvadratiga proporsional, u holda tok va kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsientini mos ravishda quyidagicha yozish mumkin:

K_I [dB] = 20 lg (I₂/I₁) = 20 lg K_I,
K_U [dB] = 20 lg (U₂/U₁) = 20 lg K_U.

Detsibeldan o‘lchamsiz kattalikka o‘tish quyidagi ifoda orqali amalga oshiriladi:

K_m = 10^KdB/N_,

bu yerda N=10 quvvat bo‘yicha kuchaytirish koeffitsientini hisoblashda va N=20 tok va kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsientini hisoblashda olinadi.

Kuchaytirish koeffitsientlarini logarifmik berilishidan keng foydalanish kuchaytirgichlar qo‘llanadigan ko‘plab yo‘nalishlar insonning sezgilariga ta’sir etadigan texnikaga bog‘liq bo‘lishi ham sabab bo‘ladi. Insonning qabul qilishi esa logarifmik bog‘liqliklar orqali tavsiflanadi. Masalan, ovoz signalining balandligi insonning sezgilari bo‘yicha uning quvvati 10 martaga oshganida 2 martaga oshadi.
Agar K_u = 1 dB olinsa, u holda kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsientini aniqlashda quyidagicha bo‘ladi:


K_u = 10^K,dB/20 =10^1/20=1,12

Demak, agar kuchaytirgichning chiqishidagi kuchlanish kirishdagi kuchlanishdan 1,12 martaga (12%ga) katta bo‘lsa, kuchaytirish bir detsibelga teng bo‘ladi.

Logarifmik baholash o‘lchami ko‘p kaskadli kuchaytirgichlarni tahlil qilishda qulay. Logarifmik birliklarga o‘tishda ko‘p kaskadli kuchaytirgichning umumiy kuchaytirish koeffitsienti (1.2) formuladan farqli ravishda alohida kaskadlar kuchaytirish koeffitsientlarining yig‘indisi orqali aniqlanadi, ya’ni:


K_umum [dB] = K₁ [dB] + +K₂ [dB] +... + K_n [dB]

Kuchlanish va tok bo‘yicha kuchaytirish koeffitsientlari kompleks kattaliklar hisoblanadi, buni kuchaytiriladigan signaldagi fazaviy surilishlarning bo‘lishi aks ettiradi. Masalan, kuchlanish bo‘yicha kuchaytirish koeffitsienti uchun quyidagiga ega bo‘lamiz:

yoki
,

bu yerda K_m = (U_chik / U_kir) – kuchaytirish koeffitsientining moduli;

 = (_chiq – _kir) – kirish va chiqish kuchlanishlari orasidagi fazalarning surilishi burchagi.
Odatda, kuchaytirish koeffitsienti qaralayotganda uning moduli nazarda tutiladi. Fazaviy surilish (kuchaytirish koeffitsientining argumenti) alohida tahlil qilinadi. Ham modul, ham fazaning qiymatlari ham kuchaytirish sxemasi parametrlarining qiymatlariga, ham kuchaytiriladigan signalning chastotasiga bog‘liq bo‘ladi. Ularni tavsiflash uchun amplitudaviy-chastotaviy va fazaviy-chastotaviy xarakteristikalar deyiladigan xarakteristikalar ishlatiladi.