مضخم التردد المنخفض (المشار إليه فيما يلي باسم ULF) هو جهاز إلكتروني مصمم لتضخيم التذبذبات منخفضة التردد إلى الجهاز الذي يحتاجه المستهلك. يمكن إجراؤها على عناصر إلكترونية مختلفة مثل أنواع مختلفة من الترانزستورات أو الأنابيب أو مكبرات الصوت التشغيلية. تحتوي جميع ULFs على عدد من المعلمات التي تميز فعالية عملها.
ستتحدث هذه المقالة عن استخدام مثل هذا الجهاز ومعلماته وطرق البناء باستخدام المكونات الإلكترونية المختلفة. سيتم أيضًا النظر في دوائر مكبرات الصوت منخفضة التردد.
تطبيق ULF
ULF غالبًا ما يستخدم في معدات استنساخ الصوت ، لأنه في هذا المجال من التكنولوجيا غالبًا ما يكون من الضروري تضخيم تردد الإشارة إلى ما يمكن لجسم الإنسان إدراكه (من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز).
تطبيقات ULF الأخرى:
- قياس التكنولوجيا ؛
- تنظير العيوب
- الحوسبة التناظرية.
بشكل عام ، توجد مكبرات الصوت الجهير كمكونات لدوائر إلكترونية مختلفة ، مثل أجهزة الراديو أو الأجهزة الصوتية أو أجهزة التلفزيون أو أجهزة الإرسال اللاسلكية.
المعلمات
أهم معلمة لمكبر الصوت هي الكسب. يتم حسابه على أنه نسبة المخرجات إلى المدخلات. اعتمادًا على القيمة قيد النظر ، يميزون:
- الكسب الحالي=تيار الإخراج / تيار الإدخال ؛
- كسب الجهد=جهد الخرج / جهد الدخل ؛
- كسب الطاقة=خرج الطاقة / طاقة الإدخال.
بالنسبة لبعض الأجهزة ، مثل op-amps ، تكون قيمة هذا المعامل كبيرة جدًا ، ولكن من غير الملائم العمل بأرقام كبيرة جدًا (وكذلك صغيرة جدًا) في الحسابات ، لذلك غالبًا ما يتم التعبير عن المكاسب باللوغاريتمية الوحدات. تنطبق الصيغ التالية على هذا:
- كسب الطاقة في الوحدات اللوغاريتمية=10لوغاريتم كسب الطاقة المطلوب ؛
- الكسب الحالي في الوحدات اللوغاريتمية=20اللوغاريتم العشري للكسب الحالي المطلوب ؛
- كسب الجهد في الوحدات اللوغاريتمية=20لوغاريتم كسب الجهد المطلوب.
المعاملات المحسوبة بهذه الطريقة تقاس بالديسيبل. الاسم المختصر - ديسيبل.
المعلمة المهمة التاليةمضخم - معامل تشويه الإشارة. من المهم أن نفهم أن تضخيم الإشارة يحدث نتيجة لتحولاته وتغيراته. ليس حقيقة أن هذه التحولات ستحدث دائمًا بشكل صحيح. لهذا السبب ، قد تختلف إشارة الخرج عن إشارة الإدخال ، على سبيل المثال ، في الشكل.
مكبرات الصوت المثالية غير موجودة ، لذلك التشويه موجود دائمًا. صحيح ، في بعض الحالات لا يتجاوزون الحدود المسموح بها ، بينما يفعلون في حالات أخرى. إذا كانت توافقيات الإشارات عند خرج مكبر الصوت متطابقة مع توافقيات إشارات الإدخال ، فإن التشويه يكون خطيًا ويتم تقليله فقط إلى تغيير في السعة والطور. إذا ظهرت التوافقيات الجديدة عند الخرج ، فإن التشويه يكون غير خطي ، لأنه يؤدي إلى تغيير في شكل الإشارة.
بمعنى آخر ، إذا كان التشويه خطيًا وكانت هناك إشارة "a" عند إدخال مكبر الصوت ، فسيكون الإخراج إشارة "A" ، وإذا كان غير خطي ، سيكون الإخراج إشارة "B"
المعلمة المهمة النهائية التي تميز تشغيل مكبر الصوت هي طاقة الخرج. أصناف الطاقة:
- مقدر.
- ضوضاء جواز السفر.
- الحد الأقصى قصير المدى.
- أقصى مدى طويل.
جميع الأنواع الأربعة موحدة حسب معايير ومعايير GOST المختلفة.
Vamplifiers
تاريخياً ، تم إنشاء مكبرات الصوت الأولى على أنابيب مفرغة ، تنتمي إلى فئة الأجهزة المفرغة.
اعتمادًا على الأقطاب الكهربائية الموجودة داخل القارورة المحكم ، يتم تمييز المصابيح:
- الثنائيات ؛
- ثلاثيات ؛
- تترود ؛
- بنتودس.
الحد الأقصىعدد الأقطاب ثمانية. هناك أيضًا أجهزة تفريغ كهربائية مثل الكليسترونات.
مضخم صوت ثلاثي
بادئ ذي بدء ، يجدر فهم مخطط التبديل. ويرد أدناه وصف لدائرة مضخم الصمام الثلاثي التردد المنخفض.
يتم تنشيط الفتيل الذي يسخن الكاثود. يتم تطبيق الجهد أيضًا على الأنود. تحت تأثير درجة الحرارة ، يتم إخراج الإلكترونات من الكاثود ، والتي تندفع إلى القطب الموجب ، حيث يتم تطبيق جهد إيجابي (للإلكترونات جهد سلبي).
يتم اعتراض جزء من الإلكترونات بواسطة القطب الثالث - الشبكة ، التي يتم تطبيق الجهد عليها أيضًا ، بالتناوب فقط. بمساعدة الشبكة ، يتم تنظيم تيار الأنود (التيار في الدائرة ككل). إذا تم تطبيق جهد سلبي كبير على الشبكة ، فإن جميع الإلكترونات من الكاثود ستستقر عليها ، ولن يتدفق أي تيار عبر المصباح ، لأن التيار هو حركة موجهة للإلكترونات ، والشبكة تمنع هذه الحركة.
يضبط كسب المصباح المقاوم المتصل بين مصدر الطاقة والأنود. يحدد الموضع المطلوب لنقطة التشغيل على خاصية الجهد الحالي ، والتي تعتمد عليها معلمات الكسب.
لماذا يعتبر موقع نقطة التشغيل مهمًا جدًا؟ لأنه يعتمد على مقدار التيار والجهد (وبالتالي الطاقة) التي سيتم تضخيمها في دائرة مضخم التردد المنخفض.
إشارة الخرج على مكبر الصوت الثلاثي مأخوذة من المنطقة الواقعة بين الأنود والمقاوم المتصل أمامه.
مكبر للصوتklystron
يعتمد مبدأ تشغيل مضخم klystron منخفض التردد على تعديل الإشارة أولاً في السرعة ثم الكثافة.
يتم ترتيب الكليسترون على النحو التالي: للقارورة كاثود يتم تسخينه بواسطة خيوط ، ومجمع (مشابه للأنود). بينهما مرنان المدخلات والمخرجات. يتم تسريع الإلكترونات المنبعثة من الكاثود بجهد مطبق على الكاثود والاندفاع إلى المجمع.
ستتحرك بعض الإلكترونات بشكل أسرع والبعض الآخر أبطأ - هكذا يبدو تعديل السرعة. نظرًا للاختلاف في سرعة الحركة ، يتم تجميع الإلكترونات في حزم - وهذه هي الطريقة التي يتجلى بها تعديل الكثافة. تدخل الإشارة المعدلة الكثافة إلى مرنان الخرج ، حيث تخلق إشارة من نفس التردد ، لكن قوة أكبر من مرنان الإدخال.
اتضح أن الطاقة الحركية للإلكترونات يتم تحويلها إلى طاقة تذبذبات الميكروويف للحقل الكهرومغناطيسي لمرنان الخرج. هذه هي الطريقة التي يتم بها تضخيم الإشارة في كليسترون.
ميزات مضخمات الفراغ الكهربائي
إذا قارنا جودة الإشارة نفسها التي تم تضخيمها بواسطة جهاز أنبوب و ULF على الترانزستورات ، فسيكون الفرق مرئيًا بالعين المجردة وليس لصالح الأخير.
سيخبرك أي موسيقي محترف أن مكبرات الصوت الأنبوبية أفضل بكثير من نظرائهم المتقدمين.
لقد نفدت أجهزة الفراغ الكهربائي منذ فترة طويلة من الاستهلاك الشامل ، وتم استبدالها بالترانزستورات والدوائر الدقيقة ، لكن هذا لا علاقة له بمجال استنساخ الصوت. نظرًا لاستقرار درجة الحرارة والفراغ بالداخل ، تعمل أجهزة المصباح على تضخيم الإشارة بشكل أفضل.
العيب الوحيد لأنبوب ULF هو السعر المرتفع ، وهو أمر منطقي: إنه مكلف لإنتاج عناصر ليست في طلب جماعي.
مضخم الترانزستور ثنائي القطب
في كثير من الأحيان يتم تجميع مراحل التضخيم باستخدام الترانزستورات. يمكن تجميع مضخم بسيط منخفض التردد من ثلاثة عناصر أساسية فقط: مكثف ، ومقاوم ، وترانزستور n-p-n.
لتجميع مثل هذا مكبر الصوت ، ستحتاج إلى تأريض باعث الترانزستور ، وتوصيل مكثف في سلسلة بقاعدته ، والمقاوم بالتوازي. يجب وضع الحمولة أمام المجمع. يُنصح بتوصيل المقاوم المحدد بالمجمع في هذه الدائرة.
يختلف جهد الإمداد المسموح به لدائرة مضخم التردد المنخفض من 3 إلى 12 فولت. يجب اختيار قيمة المقاوم بشكل تجريبي ، مع مراعاة حقيقة أن قيمته يجب أن تكون على الأقل 100 مرة من مقاومة الحمل. يمكن أن تختلف قيمة المكثف من 1 إلى 100 ميكروفاراد. تؤثر سعتها على مقدار التردد الذي يمكن أن يعمل به مكبر الصوت. كلما زادت السعة ، انخفض معدل التردد الذي يمكن أن يضخمه الترانزستور.
يتم تطبيق إشارة الإدخال لمضخم الترانزستور ثنائي القطب منخفض التردد على المكثف. يجب توصيل قطب الطاقة الموجب بنقطة توصيل الحمل والمقاوم متصل بالتوازي مع القاعدة والمكثف.
لتحسين جودة مثل هذه الإشارة ، يمكنك توصيل مكثف ومقاوم متوازي التوصيل بالباعث ، والذي يلعب دور ردود الفعل السلبية.
مكبر للصوت مع اثنين من الترانزستورات ثنائية القطب
لزيادة الكسب ، يمكنك توصيل اثنين من ترانزستورات ULF في واحد. ثم يمكن مضاعفة مكاسب هذه الأجهزة
على الرغم من أنك إذا واصلت زيادة عدد مراحل التضخيم ، فستزداد فرصة الإثارة الذاتية لمكبرات الصوت.
مضخم الترانزستور ذو التأثير الميداني
يتم أيضًا تجميع مكبرات الصوت منخفضة التردد على ترانزستورات التأثير الميداني (يشار إليها فيما يلي باسم PT). دوائر مثل هذه الأجهزة لا تختلف كثيرا عن تلك التي يتم تجميعها على الترانزستورات ثنائية القطب.
سيتم اعتبار مضخم البوابة المعزولة بقناة n (نوع ITF) كمثال.
يتم توصيل مكثف على التوالي بركيزة هذا الترانزستور ، ويتم توصيل مقسم الجهد بالتوازي. يتم توصيل المقاوم بمصدر FET (يمكنك أيضًا استخدام اتصال متوازي لمكثف ومقاوم ، كما هو موضح أعلاه). يتم توصيل المقاوم والطاقة بالمصرف ، ويتم إنشاء طرف تحميل بين المقاوم والصرف.
يتم تطبيق إشارة الإدخال إلى مكبرات الصوت الترانزستور ذات التأثير الميداني المنخفض على البوابة. يتم ذلك أيضًا من خلال مكثف.
كما ترون من الشرح ، أبسط دارة لمضخم الترانزستور ذات التأثير الميداني لا تختلف عن دائرة مضخم الترانزستور ثنائية القطب منخفضة التردد.
ومع ذلك ، عند العمل مع PT ، يجب مراعاة الميزات التالية لهذه العناصر:
- FET مرتفع Rإدخال=I / Uمصدر البوابة. يتم التحكم في ترانزستورات التأثير الميداني بواسطة مجال كهربائي ،التي تتولد عن الإجهاد. لذلك ، يتم التحكم في FETs بالجهد وليس التيار.
- FETs لا تستهلك أي تيار تقريبًا ، مما يؤدي إلى تشويه بسيط للإشارة الأصلية.
- لا يوجد حقن شحنة في الترانزستورات ذات التأثير الميداني ، وبالتالي فإن مستوى ضوضاء هذه العناصر منخفض جدًا.
- مقاومة للحرارة
العيب الرئيسي لـ FETs هو حساسيتها العالية للكهرباء الساكنة.
كثيرون على دراية بالموقف عندما تصدم الأشياء التي تبدو غير موصلة الشخص. هذا هو مظهر من مظاهر الكهرباء الساكنة. إذا تم تطبيق مثل هذا الدافع على إحدى جهات اتصال ترانزستور تأثير المجال ، فيمكن تعطيل العنصر.
وبالتالي ، عند العمل مع PT ، من الأفضل عدم أخذ جهات الاتصال بيديك حتى لا تتلف العنصر عن طريق الخطأ.
جهاز OpAmp
مكبر الصوت التشغيلي (المشار إليه فيما يلي باسم op-amp) هو جهاز به مدخلات متباينة ، وله مكاسب عالية جدًا.
تضخيم الإشارة ليس الوظيفة الوحيدة لهذا العنصر. يمكن أن يعمل أيضًا كمولد إشارة. ومع ذلك ، فإن خصائص التضخيم هي التي تهم العمل مع الترددات المنخفضة.
لجعل مكبر إشارة من المرجع أمبير ، تحتاج إلى توصيل دائرة التغذية المرتدة به بشكل صحيح ، وهو المقاوم العادي. كيف نفهم مكان توصيل هذه الدائرة؟ للقيام بذلك ، تحتاج إلى الرجوع إلى خاصية النقل الخاصة بـ op-amp. لها قسمان أفقيان وقسم خطي واحد. إذا كانت نقطة التشغيليقع الجهاز على أحد الأقسام الأفقية ، ثم يعمل op-amp في وضع المولد (وضع النبض) ، إذا كان موجودًا في قسم خطي ، فإن op-amp يضخم الإشارة.
لنقل op-amp إلى الوضع الخطي ، تحتاج إلى توصيل المقاوم ردود الفعل مع جهة اتصال واحدة لإخراج الجهاز ، والآخر - إلى الإدخال المقلوب. هذا التضمين يسمى ردود الفعل السلبية (NFB).
إذا كان مطلوبًا تضخيم إشارة التردد المنخفض وعدم تغييرها في الطور ، فيجب تأريض الإدخال المقلوب مع OOS ، ويجب تطبيق الإشارة المضخمة على الإدخال غير المقلوب. إذا كان من الضروري تضخيم الإشارة وتغيير طورها بمقدار 180 درجة ، فيجب تأريض الإدخال غير المقلوب ، ويجب توصيل إشارة الإدخال بالإشارة المقلوبة.
في هذه الحالة ، يجب ألا ننسى أنه يجب تزويد مكبر التشغيل بقوة الأقطاب المتقابلة. لهذا ، لديه جهات اتصال خاصة.
من المهم ملاحظة أن العمل مع مثل هذه الأجهزة يصعب أحيانًا تحديد عناصر لدائرة مضخم التردد المنخفض. مطلوب تنسيقهم الدقيق ليس فقط من حيث القيم الاسمية ، ولكن أيضًا من حيث المواد التي صنعت منها ، من أجل تحقيق معلمات الكسب المطلوبة.
مكبر للصوت على شريحة
يمكن تجميع ULF على عناصر الفراغ الكهربائي ، وعلى الترانزستورات ، وعلى مكبرات الصوت التشغيلية ، فقط الأنابيب المفرغة هي القرن الماضي ، وبقية الدوائر لا تخلو من العيوب ، وتصحيحها يستلزم حتماً تعقيد التصميم من مكبر للصوت. هذا غير مريح.
لطالما وجد المهندسون خيارًا أكثر ملاءمة لإنشاء ULF: تنتج الصناعة دوائر دقيقة جاهزة تعمل كمكبرات صوت.
كل من هذه الدوائر عبارة عن مجموعة من أمبير ، وترانزستورات وعناصر أخرى متصلة بطريقة معينة.
أمثلة لبعض سلاسل ULF في شكل دوائر متكاملة:
- TDA7057Q.
- K174UN7.
- TDA1518BQ.
- TDA2050.
كل السلاسل المذكورة أعلاه مستخدمة في المعدات الصوتية. كل نموذج له خصائص مختلفة: إمداد الجهد ، خرج الطاقة ، الكسب
إنها مصنوعة في شكل عناصر صغيرة مع العديد من المسامير ، وهي ملائمة لوضعها على السبورة والتركيب.
للعمل مع مضخم التردد المنخفض على دائرة كهربائية دقيقة ، من المفيد معرفة أساسيات الجبر المنطقي ، وكذلك مبادئ تشغيل العناصر المنطقية AND-NOT ، OR-NOT.
يمكن تجميع أي جهاز إلكتروني تقريبًا على عناصر منطقية ، ولكن في هذه الحالة ، ستتحول العديد من الدوائر إلى كونها ضخمة وغير مريحة للتثبيت.
لذلك ، يبدو أن استخدام الدوائر المتكاملة الجاهزة التي تؤدي وظيفة ULF هو الخيار العملي الأكثر ملاءمة.
تحسين المخطط
ما ورد أعلاه كان مثالاً على كيفية تحسين الإشارة المكبرة عند العمل مع الترانزستورات ثنائية القطب والتأثير الميداني (عن طريق توصيل مكثف ومقاوم بالتوازي).
يمكن إجراء مثل هذه الترقيات الهيكلية بأي مخطط تقريبًا. بالطبع ، يزداد إدخال عناصر جديدةانخفاض (خسائر) الجهد ، ولكن بفضل هذا ، يمكن تحسين خصائص الدوائر المختلفة. على سبيل المثال ، تعتبر المكثفات مرشحات تردد ممتازة.
في العناصر المقاومة أو السعوية أو الحثية ، يوصى بجمع أبسط المرشحات التي ترشح الترددات التي لا ينبغي أن تقع في الدائرة. من خلال الجمع بين العناصر المقاومة والسعة مع مضخمات التشغيل ، يمكن تجميع المرشحات الأكثر كفاءة (الدمج ، ومفرق Sallen-Key ، ومرشحات الشق وممر النطاق).
في الختام
أهم معلمات مضخمات التردد هي:
- كسب ؛
- عامل تشويه الإشارة
- خرج الطاقة.
غالبًا ما تستخدم مكبرات الصوت منخفضة التردد في المعدات الصوتية. يمكنك جمع بيانات الجهاز عمليا على العناصر التالية:
- على الأنابيب المفرغة
- على الترانزستورات ؛
- على مكبرات الصوت التشغيلية ؛
- على الرقائق النهائية
يمكن تحسين خصائص مضخمات التردد المنخفض من خلال إدخال عناصر مقاومة أو سعوية أو استقرائية.
لكل من المخططات المذكورة أعلاه مزاياها وعيوبها: بعض مكبرات الصوت غالية الثمن في التجميع ، وبعضها يمكن أن يدخل في التشبع ، والبعض يصعب تنسيق العناصر المستخدمة. هناك دائمًا ميزات يجب على مصمم أمبير التعامل معها.
باستخدام جميع التوصيات الواردة في هذه المقالة ، يمكنك بناء مكبر الصوت الخاص بك للاستخدام المنزليبدلاً من شراء هذا الجهاز الذي قد يكلف الكثير من المال عندما يتعلق الأمر بأجهزة عالية الجودة.
