نظرية العمل لمضخم RC المقترن في الإلكترونيات

جرب أداة القضاء على المشاكل





التضخيم هو عملية زيادة قوة الإشارة عن طريق زيادة سعة إشارة معينة دون تغيير خصائصها. يعد مكبر الصوت المقترن RC جزءًا من مضخم متعدد المراحل حيث يتم توصيل مراحل مختلفة من مكبرات الصوت باستخدام مزيج من المقاوم والمكثف. دائرة مكبر للصوت هي واحدة من الدوائر الأساسية في الإلكترونيات.

يُعرف مكبر الصوت الذي يعتمد بالكامل على الترانزستور بشكل أساسي باسم مضخم الترانزستور. قد تكون إشارة الإدخال إشارة حالية أو إشارة جهد أو إشارة طاقة. يقوم مكبر الصوت بتضخيم الإشارة دون تغيير خصائصها وسيكون الإخراج نسخة معدلة من إشارة الإدخال. تطبيقات مكبرات الصوت واسعة النطاق. تستخدم بشكل أساسي في أدوات الصوت والفيديو ، والاتصالات ، وأجهزة التحكم ، إلخ.




مكبر الصوت المشترك أحادي المرحلة:

يظهر أدناه مخطط الدائرة لمضخم باعث ترانزستور مشترك أحادي المرحلة:

مرحلة واحدة باعث مشترك RC إلى جانب مكبر للصوت

مرحلة واحدة باعث مشترك RC إلى جانب مكبر للصوت



شرح الدائرة

إن مكبر الصوت المقترن RC بالباعث المشترك أحادي المرحلة عبارة عن دائرة مضخم بسيطة وأولية. الغرض الرئيسي من هذه الدائرة هو التضخيم المسبق الذي يجعل الإشارات الضعيفة أقوى بما يكفي لمزيد من التضخيم. إذا تم تصميمه بشكل صحيح ، يمكن أن يوفر مكبر الصوت المقترن RC خصائص إشارة ممتازة.

يعمل المكثف Cin عند الإدخال كمرشح يستخدم لمنع جهد التيار المستمر والسماح فقط بجهد التيار المتردد للترانزستور. إذا وصل أي جهد تيار مستمر خارجي إلى قاعدة الترانزستور ، فسوف يغير ظروف الانحراف ويؤثر على أداء مكبر الصوت.

تستخدم المقاومات R1 و R2 لتوفير انحياز مناسب للترانزستور ثنائي القطب. يشكل R1 و R2 شبكة منحازة توفر جهدًا أساسيًا ضروريًا لدفع منطقة الترانزستور غير النشطة.


تُعرف المنطقة الواقعة بين منطقة القطع والتشبع بالمنطقة النشطة. تُعرف المنطقة التي يتم فيها إيقاف تشغيل الترانزستور ثنائي القطب تمامًا باسم منطقة القطع والمنطقة التي يتم فيها تشغيل الترانزستور بالكامل تُعرف باسم منطقة التشبع.

تُستخدم المقاومات Rc و Re لإسقاط جهد Vcc. المقاوم Rc هو جامع المقاوم و Re هو باعث المقاوم. يتم اختيار كلاهما بطريقة تجعل كلاهما يسقط جهد Vcc بنسبة 50٪ في الدائرة أعلاه. يقوم مكثف الباعث Ce والمقاوم الباعث بإعادة عمل ردود فعل سلبية لجعل تشغيل الدائرة أكثر استقرارًا.

مضخم باعث مشترك ثنائي المرحلة:

تمثل الدائرة أدناه مضخم ترانزستور وضع الباعث المشترك على مرحلتين حيث يتم استخدام المقاوم R كحمل ويتم استخدام المكثف C كعنصر اقتران بين مرحلتي دائرة مكبر الصوت.

ثنائي المرحلة باعث مشترك RC إلى جانب مكبر للصوت

ثنائي المرحلة باعث مشترك RC إلى جانب مكبر للصوت

شرح الدائرة:

عند إدخال التيار المتردد. يتم تطبيق الإشارة على قاعدة الترانزستور 1شارعمرحلة مكبر الصوت المقترن RC ، من مولد الوظيفة ، يتم تضخيمها بعد ذلك عبر خرج المرحلة الأولى. يتم تطبيق هذا الجهد المتضخم على قاعدة المرحلة التالية من مكبر الصوت ، من خلال مكثف اقتران Cout حيث يتم تضخيمه مرة أخرى ويظهر مرة أخرى عبر إخراج المرحلة الثانية.

وهكذا تضخم المراحل المتتالية الإشارة ويرفع الكسب الإجمالي إلى المستوى المطلوب. يمكن الحصول على مكاسب أعلى بكثير من خلال توصيل عدد من مراحل مكبر الصوت على التوالي.

يتم استخدام اقتران المقاومة-السعة (RC) في مكبرات الصوت على نطاق واسع لتوصيل خرج المرحلة الأولى بمدخل (قاعدة) المرحلة الثانية وما إلى ذلك. هذا النوع من الاقتران هو الأكثر شيوعًا لأنه رخيص ويوفر تضخيمًا ثابتًا عبر نطاق واسع من الترددات.

الترانزستور كمضخمات

أثناء معرفة الدوائر المختلفة لمكبرات الصوت المقترنة RC ، من المهم معرفة ذلك أساسيات الترانزستورات كمكبرات الصوت. التكوينات الثلاثة للترانزستورات ثنائية القطب المستخدمة بشكل شائع هي الترانزستور الأساسي الشائع (CB) ، والترانزستور الباعث المشترك (CE) ، والترانزستورات المجمعة الشائعة (CE). بخلاف الترانزستورات ، مكبرات الصوت التنفيذية يمكن استخدامها أيضًا لأغراض التضخيم.

  • باعث مشترك يستخدم التكوين بشكل شائع في تطبيق مكبر الصوت لأن الباعث المشترك له مكسب إيجابي وأيضًا أكبر من الوحدة. في هذا التكوين ، يتم توصيل الباعث بالأرض وله مقاومة عالية للإدخال. ستكون مقاومة الإخراج متوسطة. تستخدم معظم هذه الأنواع من تطبيقات مضخمات الترانزستور بشكل شائع في الاتصالات RF واتصالات الألياف الضوئية (OFC).
  • تكوين القاعدة المشتركة له ربح أقل من الوحدة. في هذا التكوين ، يتم توصيل المجمع بالأرض. لدينا مقاومة مخرجات منخفضة ومقاومة عالية للمدخلات في تكوين القاعدة المشترك.
  • جامع مشترك يُعرف التكوين أيضًا باسم المتابع الباعث لأن الإدخال المطبق على الباعث المشترك يظهر عبر إخراج المجمع المشترك. في هذا التكوين ، يتم توصيل المجمع بالأرض. لديها مقاومة منخفضة الناتج ومقاومة عالية للمدخلات. لها ربح يكاد يساوي الوحدة.

المعلمات الأساسية لمضخم الترانزستور

نحتاج إلى مراعاة المواصفات التالية قبل اختيار مكبر الصوت. يجب أن يتمتع مكبر الصوت الجيد بجميع المواصفات التالية:

  • يجب أن يكون لها مقاومة عالية للمدخلات
  • يجب أن تتمتع باستقرار عالٍ
  • يجب أن يكون لها خطية عالية
  • يجب أن يكون لها مكاسب عالية وعرض النطاق الترددي
  • يجب أن تتمتع بكفاءة عالية

عرض النطاق:

يُعرف نطاق التردد الذي يمكن لدائرة مكبر الصوت تضخيمه بشكل صحيح باسم عرض النطاق الترددي لهذا مكبر الصوت المعين. يمثل المنحنى أدناه استجابة التردد من مكبر الصوت المقترن RC أحادي المرحلة.

استجابة التردد المقترن R C

استجابة التردد المقترن R C

يُطلق على المنحنى الذي يمثل تباين كسب مكبر الصوت بالتردد منحنى استجابة التردد. يتم قياس عرض النطاق الترددي بين نقطتي طاقة النصف السفلي والنصف العلوي للطاقة. نقطة P1 هي نصف الطاقة السفلي و P2 هي نصف الطاقة العلوي على التوالي. يجب أن يكون لمكبر الصوت الجيد عرض نطاق من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز لأن هذا هو نطاق التردد المسموع.

مكسب:

يتم تعريف كسب مكبر الصوت على أنه نسبة طاقة الإخراج إلى طاقة الإدخال. يمكن التعبير عن الكسب إما بالديسيبل (ديسيبل) أو بالأرقام. يمثل الكسب مدى قدرة مكبر الصوت على تضخيم الإشارة المعطاة له.

تمثل المعادلة أدناه مكاسب في العدد:

G = العبوس / الدبوس

حيث Pout هي طاقة خرج مكبر للصوت

الدبوس هو طاقة الإدخال لمكبر الصوت

تمثل المعادلة أدناه زيادة في الديسيبل (DB):

كسب DB = 10log (Pout / Pin)

يمكن أيضًا التعبير عن الكسب بالجهد والتيار. الكسب في الجهد هو نسبة جهد الخرج إلى جهد الدخل والكسب في التيار هو نسبة تيار الخرج إلى تيار الإدخال. معادلة الكسب في الجهد والتيار موضحة أدناه

كسب الجهد = جهد الخرج / جهد الدخل

الكسب في التيار = تيار الإخراج / تيار الإدخال

مقاومة عالية:

معاوقة الإدخال هي الممانعة التي تقدمها دائرة مكبر للصوت عندما تكون متصلة بمصدر الجهد. يجب أن يكون لمضخم الترانزستور مقاومة عالية للإدخال لمنعه من تحميل مصدر جهد الدخل. هذا هو سبب وجود مقاومة عالية في مكبر الصوت.

ضوضاء:

تشير الضوضاء إلى التذبذب غير المرغوب فيه أو الترددات الموجودة في الإشارة. قد يكون بسبب التفاعل بين إشارتين أو أكثر موجودة في النظام ، أو فشل المكونات ، أو عيوب التصميم ، أو التداخل الخارجي ، أو ربما بسبب بعض المكونات المستخدمة في دائرة مكبر الصوت.

الخطية:

يُقال أن مكبر الصوت يكون خطيًا إذا كان هناك أي علاقة خطية بين طاقة الإدخال وقوة الخرج. يمثل الخطية استواء الكسب. من الناحية العملية ، لا يمكن الحصول على خطية بنسبة 100 ٪ لأن مكبرات الصوت تستخدم أجهزة نشطة مثل BJTs أو JFETs أو MOSFETs ، والتي تميل إلى فقدان مكاسبها عند الترددات العالية بسبب السعة الطفيلية الداخلية. بالإضافة إلى ذلك ، تقوم مكثفات فصل التيار المستمر بتعيين تردد قطع أقل.

كفاءة:

تمثل كفاءة مكبر الصوت كيف يمكن للمضخم استخدام مصدر الطاقة بكفاءة. ويقيس أيضًا مقدار الطاقة التي يتم تحويلها من مصدر الطاقة بشكل مربح عند الإخراج.

عادة ما يتم التعبير عن الكفاءة كنسبة مئوية ويتم إعطاء معادلة الكفاءة كـ (Pout / Ps) x 100. حيث Pout هو خرج الطاقة و Ps هي الطاقة المستمدة من مصدر الطاقة.

يتمتع مكبر ترانزستور من الفئة أ بكفاءة 25٪ ويوفر إعادة إنتاج إشارة ممتازة ولكن الكفاءة منخفضة جدًا. يتمتع مكبر الصوت من الفئة C بكفاءة تصل إلى 90٪ ، لكن إعادة إنتاج الإشارة سيء. تقع الفئة AB بين مكبرات الصوت من الفئة A والفئة C ، لذا فهي تستخدم بشكل شائع في مضخم صوت التطبيقات. هذا مكبر الصوت لديه كفاءة تصل إلى 55٪.

معدل الانحراف:

معدل الدوران الكبير لمكبر الصوت هو أقصى معدل لتغيير الإخراج لكل وحدة زمنية. إنه يمثل مدى السرعة التي يمكن بها تغيير خرج مكبر الصوت استجابة للتغيير في الإدخال.

استقرار:

الاستقرار هو قدرة مكبر للصوت على مقاومة الاهتزازات. عادة ، تحدث مشاكل الاستقرار أثناء عمليات التردد العالي ، بالقرب من 20 كيلو هرتز في حالة مكبرات الصوت. قد تكون التذبذبات ذات سعة عالية أو منخفضة.

آمل أن يكون هذا الموضوع الأساسي ولكن المهم المشاريع الالكترونية تمت تغطيته بمعلومات وافرة. إليك سؤال بسيط لك - لأي غرض يتم استخدام تكوين جامع مشترك ولماذا؟

أعط إجاباتك في قسم التعليقات أدناه.