Роль конденсаторов в усилителе

Чтобы правильно ответить на этот вопрос, мы должны сначала определить, о чем мы на самом деле говорим. Просто "усилитель с общим эмиттером" - это слишком махание руками. Мы будем использовать этот пример:

Из отношения R2 к R1 видно, что коэффициент усиления по напряжению будет близок к 10. Однако следует учитывать и характеристики по постоянному току. Транзистор будет оставаться закрытым до тех пор, пока входное напряжение не достигнет, скажем, около 700 мВ. В первом приближении после этого напряжение на R1 будет отслеживать IN за вычетом падения BE на 700 мВ. Большая часть тока R1 также протекает через R2. Так как R2 в 10 раз выше, напряжение, которое появляется на R1, появится на R2, усиленное в 10 раз.

Допустим, мы хотим поддерживать напряжение CE на уровне не менее 1 В, чтобы транзистор оставался хорошо в своей линейной области. Таким образом, конец полезного диапазона составляет 1 В на Q1, что оставляет 9 В для R2 и R1. Работая с законом Ома, мы получаем, что 820 мВ будет на R1 и 8,2 В на R2. Таким образом, полезный входной диапазон этого усилителя составляет от 700 мВ до 1,5 В с соответствующим выходным диапазоном от 10 В до 1,8 В.

Может ли какая-либо схема, которая производит IN, настроить ее так, чтобы она всегда была от 700 мВ до 1,5 В? Возможно, но это может быть неловко. Что, если сигнал пришел откуда-то еще? Если у вас нет узкоспециализированного приложения, неразумно делать усилитель и сообщать пользователю, что входное напряжение должно быть от 700 мВ до 1,5 В.

Это может быть сложной проблемой, если эта схема усиливает что-то, где важен уровень постоянного тока. Но что, если бы это было для аудио, например. Все, что ниже 20 Гц, можно отбросить, так как мы все равно этого не слышим. Это означает, что уровень постоянного тока не имеет отношения к звуковым сигналам (постоянный ток значительно ниже 20 Гц).

Если нам нужно, чтобы этот усилитель работал только с аудиосигналами, мы можем настроить его на «смещение». Смещение относится к установке статической рабочей точки постоянного тока. В этом случае мы хотим, чтобы выходной сигнал находился примерно в середине доступного диапазона, чтобы он мог примерно одинаково колебаться от этого до любого предела. Следовательно, выходное напряжение покоя должно быть около 6 В, а это означает, что входное напряжение должно быть около 1,1 В. Эта схема содержит некоторые дополнительные компоненты для смещения самой себя:

Обратите внимание, как это использует коэффициент усиления усилителя, чтобы поддерживать его в разумной точке смещения. Если OUT становится слишком высоким, это повысит IN, что заставит OUT вернуться вниз. Это называется отрицательной обратной связью и полезно для смещения и стабилизации таких схем.

Теперь, когда усилитель смещает сам себя и зная, что нас интересуют только отклонения от точки смещения выше 20 Гц, мы не хотим, чтобы входное напряжение могло изменить точку смещения. Что нам нужно, так это способ заблокировать постоянный ток, но пропустить переменный ток. Вот что делает конденсатор.

Чтобы найти правильное значение конденсатора, вы должны знать импеданс, на который он будет воздействовать, и частоту, ниже которой можно начать ослабление. Мы уже говорили, что интересующая нас нижняя частота составляет 20 Гц. Полное сопротивление входа IN представляет собой параллельную комбинацию резисторов R4, R1, проецируемых обратно на основание Q1, и кажущегося сопротивления входа R3 от входа IN. Вклад R4 составляет 10 кОм при проверке. R1, если смотреть через переходник, примерно умножается на его коэффициент усиления. Допустим, минимальный выигрыш равен 50, но максимальный может быть намного больше. Следовательно, это от 50 кОм до 100 кОм. Да, транзисторы сильно различаются, и часть работы по проектированию транзисторных схем состоит в том, чтобы сделать так, чтобы это изменение не имело значения в некотором правдоподобном диапазоне.

Эффективный импеданс R3 более сложен. Если бы другой конец R3 был заземлен по переменному току, то это было бы просто 43 кОм. Однако, когда IN немного увеличивается, другой конец R3 падает примерно в 10 раз. Таким образом, при любом небольшом изменении на входе IN изменение тока через R3 примерно в 11 раз больше, чем если бы другой конец R3 был зафиксирован. В конце концов, кажущееся сопротивление R3 на In составляет около 3,9 кОм. Суммируя все это, мы получаем около 2,7 кОм. Обратите внимание, что вклад R1 мал даже для его полного диапазона от 50 кОм до бесконечности.

Итак, теперь мы можем, наконец, выбрать номинал конденсатора. Частота спада RC-фильтра равна

  F = 1 / (2 π RC)

Если R в омах, C в фарадах, то F в герцах. Таким образом, окончательная схема аудиоусилителя:

C1 ослабляет компоненты входного сигнала примерно на 20 Гц и полностью блокирует постоянный ток. Вы могли бы хотеть что-то подобное на выходе усилителя. Что бы ни было ниже по потоку, оно может не захотеть иметь дело со смещением постоянного тока 6 В или около того, которое этот усилитель накладывает на сигнал, и может иметь свои собственные требования к смещению. В аудиоусилителе или чем-то еще, что не должно работать на постоянном токе, обычно между каскадами есть конденсаторы, чтобы блокировать постоянный ток и предоставлять каждому каскаду свою собственную рабочую точку постоянного тока.

ОЧЕНЬ КРАТКОЕ ОБСУЖДЕНИЕ

В каждой электронной системе, обрабатывающей информацию, существуют различные этапы ( блоки ), такие как: модуляция (кодирование), усиление сигнала ; Усиление мощности и т. д. Каждая из этих стадий представляет собой независимые электронные схемы, которые выполняют свою работу, а затем сигнал переходит на следующую стадию для следующего уровня обработки.

Для оптимальной работы каждой из независимых цепей требуются собственные напряжения постоянного тока, и очень важно, чтобы они оставались фиксированными (они определяют так называемую рабочую точку блока). на следующий и тем самым сместив его рабочую точку, ставим RC-цепочку.

Конденсатор представляет собой разомкнутую цепь для постоянного напряжения/тока от предыдущей ступени, но он позволяет сигналу переменного тока более высокой частоты проходить к следующей ступени. Если вы удалите входной конденсатор в новый каскад, постоянное напряжение предыдущего каскада сместит рабочую точку нового каскада, который не будет работать должным образом. Вы, вероятно, получите шум на выходе; т.е. установка (новая ступень) не будет работать должным образом, ее функция будет нарушена.

Я надеюсь, что это поможет вам понять значение конденсаторов в этом использовании.

Пока что в ответах есть тонны информации, поэтому я постараюсь ответить на них как можно проще, чтобы избежать скучных людей, повторяя предыдущие ответы.

Значение любого компонента в усилителе обычно имеет решающее значение для функционирования или, что важно, для достойной работы. Да, будут конструкции, которые многие из нас делали/видели, которые имеют несколько компонентов, которые имеют более сомнительные преимущества, но это другой момент.

Конденсатор связи может означать многое, поэтому я сосредоточусь только на конденсаторе связи сигнала и его значении. На входе он не позволяет микрофонам и гитарам (например) испортить уровни смещения усилителя - он не будет работать, если у вас нет конденсатора. На выходе это в значительной степени делает то же самое - любая резистивная нагрузка нарушит точку покоя постоянного тока и, вполне вероятно, вызовет искажения или отказ компонента.