ریز مدارهای تقویت کننده کم نویز. میکروفون های بسیار حساس با تقویت کننده های باس کم نویز

سلام به همه.

هنگام مونتاژ تقویت کننده های میکروفون با نویز کم و با کیفیت، آماتورهای رادیویی اغلب از راه حل های مدار مبتنی بر ترانزیستورهای دوقطبی یا اثر میدانی مجزا یا تقویت کننده های عملیاتی کم نویز استفاده می کنند. تقویت کننده های باکیفیت برای میکروفون هایی که از ترانزیستور استفاده می کنند اغلب بسیار پیچیده هستند و تکرارپذیری پایدار پارامترها را تضمین نمی کنند و برای مونتاژ یک تقویت کننده با استفاده از آپ امپ های کم نویز، ممکن است ریز مدارهای لازم را در دسترس نداشته باشید یا قیمت آنها بیشتر از قابل قبول

یک تقویت کننده با کیفیت بالا برای یک میکروفون استریو را می توان نه تنها با استفاده از ترانزیستورهای ویژه کم نویز (شکل 1، 2)، تقویت کننده های عملیاتی یکپارچه (op-amp) یا آی سی های تخصصی، بلکه با استفاده از چیزی که آماتورهای رادیویی اغلب دارند ساخته شد. به وفور، اما تعداد کمی از مردم به پتانسیل برخی از ریزمدارهای "غیر معمول" فکر می کنند. این به مدارهای مجتمع اشاره دارد - تقویت کننده های تخصصی پخش کم نویز برای ضبط نوار کاست و حلقه به حلقه ضبط صدای آنالوگ. ضبط مغناطیسی خانگی به سرعت در حال تبدیل شدن به یک چیز از گذشته است.

بر اساس یکی از این تراشه های LA3161

می‌توانید یک تقویت‌کننده میکروفون استریو ساده و تک منبعی بسازید که نیازی به تنظیم ندارد تنها در دو ساعت. نمودار شماتیک این تقویت کننده در زیر ارائه شده است.

این دستگاه یک تقویت کننده استریو کم نویز است که دارای ولتاژ تقریبی 100 می باشد. ولتاژ نامی تغذیه این آمپلی فایر 9 ولت، جریان ساکن تقریباً 6 میلی آمپر، ولتاژ ورودی نامی 5 میلی ولت و ولتاژ خروجی نامی است. 500 میلی ولت در THD 0.05٪. مقاومت خروجی تقریباً 100 کیلو اهم است. ریز مدار می تواند با منبع تغذیه 2.5 - 16 ولت کار کند. اما با منبع تغذیه کمتر از 7 ولت، مشخصات اصلی آن بدتر می شود.

ریز مدار توسط یک منبع ولتاژ پایدار که از فیلتر LC C1L1C2C3 عبور می کند تغذیه می شود. در یک مورد خاص، یک باتری گالوانیکی "Krona" یا معادل آن می تواند به عنوان منبع تغذیه استفاده شود.

ضریب انتقال تقویت کننده به نسبت مقاومت مقاومت های R5/R3 و R6/R4 بستگی دارد. اگر نیاز به افزایش ولتاژ زیاد باشد، مقاومت مقاومت های R3 و R4 را می توان 10 تا 20 برابر کاهش داد. می توانید از میکروفون های دینامیک و خازنی به عنوان میکروفون های VM1 و VM2 استفاده کنید. اگر در یک خازن یا میکروفون الکترت فالوور منبع وجود ندارد، می توانید آن را به آمپلی فایر وارد کنید، به عنوان مثال، با نصب یک میکرو مدار K513UE1 در هر کانال. خازن های C4 و C5 از ورود تداخل های مختلف رادیویی به ورودی جلوگیری می کنند. مقاومت های R9 و R10 ظاهر احتمالی "کلیک" را هنگام اتصال تقویت کننده میکروفون به تجهیزات بازتولید صدا از بین می برند و همچنین برای پلاریزاسیون صحیح صفحات خازن های اکسید C10 و C11 مورد نیاز هستند. نمودار عملکردی تراشه LA3161 در شکل زیر نشان داده شده است. اگر فقط از یکی از دو تقویت کننده ریز مدار استفاده می کنید، ورودی غیر معکوس مربوطه (پایه 1 یا 8) باید به یک سیم مشترک متصل شود.

می توانید آمپلی فایر را روی تخته ای به ابعاد 70×27 میلی متر مونتاژ کنید (عکس را ببینید). برای تطبیق برخی از میکروفون‌های پویا با ورودی تقویت‌کننده، باید مقداری فضای در سمت چپ برد باقی بماند تا اجزای اضافی را در خود جای دهد.

مقاومت ها را می توان مانند MLT، S2-23 یا آنالوگ های آنها استفاده کرد. بهتر است در نظر داشته باشید که هرچه قدرت مقاومت های هم نوع بیشتر باشد، میزان نویز خود آنها نیز کمتر خواهد بود. اگر بهره بیشتر از 500 باشد، بهتر است مقاومت های R1 - R6 با توان 0.5 - 1 وات نصب کنید. خازن های غیر قطبی - فیلم یا سرامیک با اندازه کوچک وارداتی. خازن های اکسید C6، C7 باید کمترین جریان نشتی را داشته باشند. اگر در بین خازن های آلومینیومی معمولی نمی توانید خازن های باکیفیت پیدا کنید، می توانید از خازن های سرامیکی یا فیلمی با ظرفیت 4.7 μF استفاده کنید. Choke L1 می تواند هر نوع کوچک و کم مصرف با اندوکتانس بیشتر از 100 میکروH باشد. اگر ولتاژ تغذیه 12 ولت یا بیشتر باشد، بهتر است یک مقاومت 1 کیلو اهم را به صورت سری به آن وصل کنید. می توانید تراشه LA3161 را با LA3160 جایگزین کنید.

این دو ریز مدار توسط Sanyo در بسته SIP-8 تولید می شوند، آنها دارای پایه های یکسان و پارامترهای مشابه برای پخش صداهای ضبط شده مغناطیسی با مدارهای تصحیح غیرفعال هستند، بلکه می توانند از آنها نه تنها به عنوان تقویت کننده میکروفون استفاده شود. واحدهای تقویت‌کننده‌های نرمال‌کننده اولیه، کنترل‌های صدای غیرفعال و صدا یا به‌عنوان تقویت‌کننده سیگنال از سنسورهای پیزوالکتریک و آشکارسازهای آتش.

بهترین ها.

آمپلی فایرهای زیادی وجود دارند که یکی از پارامترهای اصلی مورد نیاز برای اطمینان از حداقل نویز در خروجی است. به طور معمول، چنین مدارهایی برای تقویت سیگنال از سنسورهای مختلف، و همچنین در گیرنده های تبدیل مستقیم، که در آن تقویت اصلی در فرکانس های پایین انجام می شود، استفاده می شود. افزایش نویز تشخیص سیگنال های ضعیف را در پس زمینه نویز غیرممکن می کند.

نویز داخلی در تقویت کننده زمانی رخ می دهد که جریان از عناصر غیر فعال و فعال مدار عبور کند.
ویژگی های نویز نیز تا حد زیادی به طراحی مدار (مدار) بستگی دارد. هنگام توسعه یک تقویت کننده با نسبت سیگنال به نویز بالا، علاوه بر انتخاب بهینه نوع مدار، انتخاب صحیح پایه عنصر و بهینه سازی حالت عملکرد آبشارها مهم است.

انتخاب اجزای مدار

در یک تقویت کننده واقعی، منبع نویز داخلی عبارت است از:
1) نویز حرارتی و جریانی مقاومت ها؛
2) نویز سوسو زدن خازن ها، دیودها و دیودهای زنر؛
3) نویز نوسان عناصر فعال (ترانزیستور)؛
4) لرزش و نویز تماس.

مقاومت ها

نویز ذاتی مقاومت ها از نویز حرارتی و جریانی تشکیل شده است.

نویز حرارتی ناشی از حرکت الکترون ها در ماده رسانایی است که مقاومت از آن ساخته شده است (این نویز با دما افزایش می یابد). اگر ولتاژی روی مقاومت وارد نشود، آنگاه emf سر و صدای آن (بر حسب µV) از رابطه زیر تعیین می شود:

Esh=0.0125 x f x R،
که در آن f باند فرکانسی بر حسب کیلوهرتز است. R - مقاومت در کیلو اهم.

نویز جریان زمانی رخ می دهد که جریان از یک مقاومت عبور می کند. در این حالت، ولتاژ نویز به دلیل اثر نوسان مقاومت های تماس بین ذرات رسانای ماده ظاهر می شود. مقدار آن به صورت خطی به ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. بنابراین، ویژگی‌های نویز مقاومت‌ها با سطح نویز مشخص می‌شود، که نسبت مقدار مؤثر جزء متناوب ولتاژ نویز Em (μV) به ولتاژ اعمالی U (V): Em/U است.

طیف فرکانس هر دو نوع نویز پیوسته است ("نویز سفید"). و اگر برای نویز حرارتی تا فرکانس های بسیار بالا به طور مساوی توزیع شود، برای نویز فعلی از حدود 10 مگاهرتز شروع به کاهش می کند.

مقدار کل نویز متناسب با جذر مقاومت است، بنابراین برای کاهش آن باید مقدار مقاومت در مدار نیز کاهش یابد.
گاهی اوقات برای کاهش نویز ناشی از مقاومت ها به اتصال موازی (یا سری) خود متوسل می شوند و همچنین توان بیشتری را نسبت به عملکرد مورد نیاز نصب می کنند. علاوه بر این، می توانید از انواعی استفاده کنید که به دلیل فناوری ساخت، این پارامتر کوچکتر است.

در مقاومت های غیر سیمی، نویز جریان بسیار بیشتر از نویز حرارتی است. سطح کلی نویز برای انواع مختلف مقاومت می تواند از 0.1 تا 100 μV/V باشد.

برای مقایسه مقاومت های مختلف (ثابت و تنظیم از گروه SP)، حداکثر مقادیر نویز در جدول 1 آورده شده است.

نوع مقاومت ها طراحی تکنولوژی سطح نویز، μV/V BLT کربن قهوه ای 0.5 S2-13 S2-29V فلز-دی الکتریک 1.0 S2-50 فلز-دی الکتریک 1.5 MLT OMLT S2-23S2-33 فلز-دی الکتریک 1...5 S2-26 اکسید فلز 0 .5 SP3-4
SP3-19
کامپوزیت فیلم SP3-23 47...100
25...47
25...47
جدول 1 - ویژگی های نویز مقاومت ها

همانطور که از جدول مشخص است، مقاومت های تنظیم شده نویز بیشتری دارند. به همین دلیل، بهتر است از آنها با اسم های کوچک استفاده کنید یا به طور کلی آنها را از مدار خارج کنید.
از خواص نویز مقاومت ها می توان برای ساخت یک مولد نویز باند پهن استفاده کرد.

به عنوان توصیه هایی برای انتخاب مقاومت برای مونتاژ یک تقویت کننده کم نویز، می توان اشاره کرد که استفاده از انواع زیر راحت تر است: C2-26، C2-29V، C2-33 و C1-4 (طراحی تراشه بدون بسته بندی). اخیراً، مقاومت‌های فلزی-دی‌الکتریک وارداتی کم‌صدا، از نظر طراحی مشابه C2-23، اما با نویز کمتر (0.2 µV/V) در فروش ظاهر شده‌اند.

می توان با خنک کردن شدید مقاومت ها، نویز مقاومت ها را به میزان قابل توجهی کاهش داد، اما این روش بسیار گران است و به ندرت استفاده می شود.

خازن ها

در خازن ها منبع نویز فلیکر جریان نشتی است. خازن های اکسیدی با ظرفیت بالا دارای بیشترین جریان نشتی هستند. علاوه بر این، نشتی با افزایش ظرفیت خازن افزایش و با افزایش ولتاژ نامی مجاز کار کاهش می یابد.

داده های مرجع برای رایج ترین خازن های اکسیدی در جدول 29 آورده شده است.
کمترین جریان نشتی در بین خازن های قطبی عبارتند از: K53-1A، K53-18، K53-16، K52-18، K53-4 و غیره.
خازن های اکسیدی که به عنوان خازن های ایزوله در ورودی نصب می شوند می توانند نویز تقویت کننده را به میزان قابل توجهی افزایش دهند. بنابراین، توصیه می شود از استفاده از آنها خودداری کنید و آنها را با فیلم ها (K10-17، K73-9، K73-17، KM-6 و غیره) جایگزین کنید، اگرچه این منجر به افزایش قابل توجهی در اندازه ساختار می شود. .

نوع خازن تکنولوژی ساخت دمای عملیاتی C جریان نشتی μA K50-6
K50-16
K50-24
اکسید آلومینیوم-الکترولیتیک -10...+85
-20...+70
-25...+70 4...5000
4...5000
18...3200 K52-1
K52-2
K52-18 اکسید تانتالیوم حجمی متخلخل -60...+85
-50...+155
-60...+155 1,2...8,5
2...30
1...30 K53-1
K53-1A
نیمه هادی اکسید تانتالیوم K53-18 -80...+85
-60...+125
-60...+125 2...5
1...8
1...63
جدول 2 - پارامترهای مرجع خازن ها

دیودها و دیودهای زنر

هنگامی که جریان مستقیم عبور می کند، نویز دیودها حداقل است. بیشترین نویز توسط جریان نشتی (تحت عمل ولتاژ معکوس) ایجاد می شود و هر چه کوچکتر باشد بهتر است. دیودهای زنر بسیار پر سر و صدا هستند. این خاصیت حتی گاهی اوقات برای ساخت ساده ترین مولدهای نویز برای اسباب بازی های کودکان (شبیه سازهای صدای موج سواری، صداهای آتش و غیره - L16، L17) استفاده می شود. برای به دست آوردن حداکثر نویز در چنین مدارهایی، دیودهای زنر در جریان های کم (با یک مقاومت اضافی بزرگ) کار می کنند.

ترانزیستورها

در خود ترانزیستور، انواع اصلی نویز حرارتی و نوترکیبی تولیدی است که چگالی توان طیفی آن به فرکانس بستگی ندارد.

برای کاهش سطح نویز معمولاً در کشور ما از ترانزیستورهای دوقطبی کم نویز با عدد نویز استاندارد (Ksh) در مراحل ورودی استفاده می شود. اینها عبارتند از: (p-n-p) KT3102D(E)، KT342V و (p-n-p) KT3107E (Zh, L) و تعدادی دیگر در اینجا لازم به ذکر است که استفاده از ترانزیستورهای دوقطبی با فرکانس پایین کم صدا در محدوده فرکانس پایین. ، به عنوان یک قاعده، ممکن است نامناسب باشد. برای چنین ترانزیستورهایی، رقم نویز فقط در ناحیه فرکانس بالا رتبه بندی می شود و در محدوده زیر 100 کیلوهرتز نمی توانند صدای کمتری نسبت به سایرین ایجاد کنند. علاوه بر این، چنین ترانزیستورهایی ممکن است تمایل به تحریک (خودتولید) از خود نشان دهند.

اگر لازم باشد مقاومت ورودی بالا در مرحله ورودی تقویت کننده به دست آید، اغلب از ترانزیستور اثر میدانی KP303V(A) استفاده می شود. این با یک دروازه مبتنی بر اتصال p-n (کانال نوع n) ساخته شده است و دارای نویز نرمال شده است.

نویز تماس

به دلیل لحیم کاری بی کیفیت (با نقض رژیم دما) یا در محل اتصال اتصالات رخ می دهد. به همین دلیل، اتصال مدارهای ورودی تقویت کننده کم نویز از طریق اتصالات فیش توصیه نمی شود. من همچنین با موقعیتی مواجه شده ام که ترانزیستورها پس از لحیم کاری مجدد در همان مدار صدای بیشتری تولید می کنند.

صداهای ارتعاشی

ممکن است هنگام کارکردن دستگاه بر روی اجسام متحرک یا در مکان‌هایی که ارتعاشات ناشی از تجهیزات عملیاتی افزایش یافته است رخ دهد. آنها به دلیل انتقال ارتعاشات مکانیکی به صفحات خازن ایجاد می شوند که بین آنها اختلاف پتانسیل وجود دارد (به اصطلاح "اثر پیزو میکروفون"). این حتی در خازن های سرامیکی با اندازه کوچک (K10، K15 و غیره) با ظرفیت بالا (بیش از 0.01 μF) مشاهده می شود. این تداخل می تواند به ویژه در خازن های کوپلینگ نصب شده در ورودی تقویت کننده مشخص شود. سیگنال تداخل ناشی از ارتعاشات مکانیکی به شکل پالس های کوتاه و لبه تیز است که طیف آنها در محدوده فرکانس پایین قرار دارد. برای مبارزه با این نوع تداخل می توان از استهلاک کل سازه استفاده کرد. این تداخل در خازن های اکسیدی رخ نمی دهد.

هنگام انتخاب قطعات برای مونتاژ یک مدار کم نویز، باید زمان تولید آنها را در نظر گرفت. سازنده پارامترها را فقط برای یک دوره ذخیره سازی خاص تضمین می کند. این معمولاً بیش از 8 ... 15 سال نیست. با گذشت زمان، فرآیندهای پیری رخ می دهد که در کاهش مقاومت عایق آشکار می شود، ظرفیت خازن ها کاهش می یابد و جریان های نشتی افزایش می یابد. خازن های اکسیدی به ویژه ویژگی های خود را در طول زمان تغییر می دهند. به همین دلیل، بهتر است در صورت امکان از استفاده از آنها در مسیرهای سیگنال خودداری شود.

موشه گرستنهبر، ریال جانسون و اسکات هانت، دستگاه های آنالوگ

دیالوگ آنالوگ

معرفی

ایجاد یک سیستم اندازه گیری با حساسیت در محدوده نانوولت یک کار مهندسی بسیار دشوار است. بهترین تقویت‌کننده‌های عملیاتی موجود (امپرهای عملیاتی)، مانند نویز فوق‌العاده کم، در 1 کیلوهرتز می‌توانند به ولتاژ نویز کمتر از 1 nV/√Hz دست یابند، اما از 0.1 هرتز تا 10 هرتز، طبیعت نویز فرکانس پایین بهترین مقادیر قابل دستیابی را محدود می‌کند. تا پیک 50 nV. نمونه برداری بیش از حد و میانگین نمونه می تواند سهم RMS ناشی از نویز طیف مسطح را به قیمت نرخ داده های بالاتر و مصرف انرژی اضافی کاهش دهد، اما نمونه برداری بیش از حد چگالی طیفی نویز را کاهش نمی دهد و تأثیری بر نویز فلیکر (1/f) نخواهد داشت. . علاوه بر این، بهره بالای مدار پیش پردازش سیگنال ورودی که برای حذف سهم نویز مراحل بعدی ضروری است، پهنای باند سیستم را کاهش می دهد. بدون جداسازی، هر نویز روی گذرگاه زمینی در خروجی ظاهر می‌شود، جایی که می‌تواند هم نویز داخلی ضعیف تقویت‌کننده و هم سیگنال ورودی آن را خنثی کند. یک تقویت‌کننده ابزار دقیق کم‌صدا، طراحی و ساخت چنین سیستم‌هایی را ساده می‌کند و خطاهای باقیمانده ناشی از ولتاژ حالت معمول، نوسانات منبع تغذیه و تغییر دما را کاهش می‌دهد.

آمپلی فایر ابزار دقیق با نویز کم، بهره دقیق 2000 را ارائه می دهد و همه چیزهایی را که برای حل این مشکلات نیاز دارید را دارد. با رانش دمای افزایش بیش از 5 ppm/°C، حداکثر رانش ولتاژ افست 0.3 µV/°C، حداقل نسبت رد ولتاژ حالت معمول 140 دسی بل در 60 هرتز (حداکثر 120 دسی بل در 50 کیلوهرتز). AD8428 با نسبت رد ریپل منبع تغذیه 130 دسی بل و پهنای باند 3.5 مگاهرتز، AD8428 برای سیستم های اندازه گیری پایین رده ایده آل است. اما مهم‌تر از همه، چگالی طیفی ولتاژ خود نویز تقویت‌کننده فقط 1.3 nV/√Hz در 1 کیلوهرتز و نویز پیک به پیک 40 nV پیشرو در صنعت از 0.1 تا 10 هرتز نسبت سیگنال به نویز بالایی را ارائه می‌کند. سیگنال های ضعیف دو پین اضافی (+FIL، -FIL) به طراحان این امکان را می دهد که پهنای باند نویز را با تغییر گین یا افزودن فیلتر کاهش دهند. علاوه بر این، این پین های فیلتر وسیله ای منحصر به فرد برای بهبود نسبت سیگنال به نویز ارائه می دهند.

استفاده از تقویت کننده ابزار دقیق AD8428 برای کاهش نویز

شکل 1 پیکربندی مدار را نشان می دهد که می تواند نویز را بیشتر کاهش دهد. اتصال موازی ورودی های تقویت کننده و خروجی فیلتر چهار تراشه AD8428 نویز را به نصف کاهش می دهد.

امپدانس خروجی مدار بدون توجه به اینکه سیگنال از کدام تقویت کننده ابزار دقیق گرفته شده است پایین خواهد بود. این مدار را می توان برای کاهش نویز توسط ریشه دوم تقویت کننده ها گسترش داد.

چگونه مدار نویز را کاهش می دهد

ولتاژ نویز معمولی 1.3 nV/√Hz که توسط هر تقویت کننده AD8428 تولید می شود، با نویز تولید شده توسط تقویت کننده های دیگر ارتباطی ندارد. نویز از منابع نامرتبط در پایانه های فیلتر به عنوان ریشه مجموع مربع ها اضافه می شود. در عین حال، سیگنال ورودی دارای همبستگی مثبت است. ولتاژهایی که در پین های فیلتر هر چیپ به دلیل سیگنال ورودی ظاهر می شود یکسان است، بنابراین اتصال چندین AD8428 به صورت موازی باعث تغییر ولتاژ در این نقاط نمی شود و بهره برابر با 2000 باقی می ماند.

آنالیز نویز

تجزیه و تحلیل زیر از مدار ساده شده در شکل 2 نشان می دهد که دو تقویت کننده AD8428 متصل به این روش نویز را با ضریب 2 √ کاهش می دهند. نویز هر تقویت کننده را می توان با ولتاژ ورودی +IN آن مدل کرد. برای تعیین کل نویز، ورودی ها را زمین کنید و از روش برهم نهی برای ترکیب منابع نویز استفاده کنید.

نویز منبع e n1 به خروجی پیش تقویت کننده تراشه A1 می رسد که 200 بار به طور متفاوت تقویت می شود. برای این قسمت از تجزیه و تحلیل، خروجی های پیش تقویت کننده تراشه A2 را بدون نویز و ورودی های آن را به زمین در نظر می گیریم. تقسیم کننده مقاومتی 6 کیلو اهم / 6 کیلو اهم بین هر خروجی پری آمپ IC A1 و خروجی پری آمپ متناظر IC A2 را می توان با معادل Thevenin آن جایگزین کرد: نیمی از ولتاژ نویز پری امپ A1 با مقاومت سری 3 کیلو اهم. این تقسیم مکانیزمی است که نویز را کاهش می دهد. تجزیه و تحلیل کامل با روش پتانسیل گره ای نشان می دهد که نویز e n1 در خروجی تا سطح 1000 × e n1 تقویت می شود. بر اساس تقارن مدار، طبیعی است که نتیجه بگیریم که سهم e n2 برابر 1000 × e n2 خواهد بود. سطوح مساوی و مساوی en n1 و e n2 به عنوان مجموع ریشه مربع ها اضافه می شوند که منجر به خروجی کل نویز 1414 × e n می شود.

برای برگرداندن آن به ورودی، باید مقدار بهره را تعیین کرد. بیایید فرض کنیم که یک سیگنال دیفرانسیل V IN بین پایه های +INPUT و -INPUT اعمال می شود. ولتاژ دیفرانسیل در خروجی مرحله اول A1 برابر با V IN × 200 خواهد بود. همین ولتاژها در خروجی های پیش تقویت کننده تراشه A2 نیز ظاهر می شود، بنابراین تقسیم کننده 6 کیلو اهم / 6 کیلو اهم بر روی آن تاثیری نمی گذارد. سیگنال به هر طریق و تجزیه و تحلیل با روش پتانسیل گره نشان می دهد که ولتاژ خروجی برابر است با V IN × 2000. بنابراین، کل ولتاژ نویز ارجاع شده به ورودی برابر است با e n × 1414/2000 یا، که همان، e n /√2. در اینجا با جایگزینی مقدار چگالی نویز معمولی AD8428 1.3 nV/√Hz، متوجه می‌شویم که پیکربندی دو تقویت‌کننده، چگالی نویز حدود 0.92 nV/√Hz می‌دهد.

با افزودن تقویت کننده ها، امپدانس خروجی فیلتر تغییر می کند که سطح نویز را نیز کاهش می دهد. به عنوان مثال، هنگام استفاده از چهار AD8428 در پیکربندی نشان داده شده در شکل 1، سه مقاومت 6 کیلو اهم بین پین فیلتر و هر یک از خروجی های بدون نویز پری آمپ متصل شده اند. این به طور موثر یک تقسیم کننده مقاومتی 6k/2k را تشکیل می دهد که ولتاژ نویز را با ضریب چهار کاهش می دهد. سپس کل نویز چهار تقویت کننده، همانطور که پیش بینی شد، برابر e n /2 می شود.

معاوضه بین نویز و برق

از نقطه نظر نویز به قدرت، AD8428 بسیار کارآمد است. با تراکم نویز ورودی 1.3 nV/√Hz، مصرف جریان آن از 6.8 میلی آمپر تجاوز نمی کند. در مقام مقایسه، آپمپ کم نویز AD797 به حداکثر جریان 10.5 میلی آمپر برای دستیابی به 0.9 nV/√Hz نیاز دارد. یک تقویت‌کننده ابزار دقیق با دو آمپلی فایر AD797 و یک تقویت‌کننده دیفرانسیل کم‌مصرف با بهره 2000 ممکن است به بیش از 21 میلی آمپر برای تولید ولتاژ ورودی 1.45 nV/√Hz نیاز داشته باشد، که عمدتاً توسط دو آمپر عملیاتی مصرف می‌شود. یک مقاومت 30.15 اهم علاوه بر کل جریان مصرف شده توسط گروهی از تقویت کننده های موازی، طراح باید شرایط حرارتی آنها را نیز در نظر بگیرد. توان تلف شده در یک شاسی AD8428 هنگامی که با ولتاژ ± 5 ولت تغذیه می شود، دمای آن را تقریباً 8 درجه سانتیگراد افزایش می دهد. اگر چندین دستگاه در یک گروه فشرده روی برد چیده شوند یا در فضای محدود کیس قرار گیرند، می توانند یکدیگر را گرم کنند، که نیاز به در نظر گرفتن جنبه های حرارتی هنگام طراحی مدار دارد.

مدل سازی SPICE

مدل‌سازی SPICE، اگرچه به معنای جایگزینی نمونه‌سازی اولیه نیست، می‌تواند به عنوان اولین گام برای آزمایش خود ایده مفید باشد. برای آزمایش و شبیه سازی عملکرد یک مدار متشکل از دو دستگاه متصل به صورت موازی، از شبیه ساز ADIsimPE با مدل ماکرو AD8428 SPICE استفاده شد. نتایج نشان داده شده در شکل 3 رفتار مورد انتظار مدار را نشان می دهد: بهره 2000 و نویز 30 درصد کاهش یافته است.

نتایج اندازه گیری

طراحی کامل چهار تراشه AD8428 در آزمایشگاه آزمایش شده است. نویز ارجاعی ورودی اندازه گیری شده دارای چگالی طیفی 0.7 nV/√Hz در 1 کیلوهرتز و سطح 25 nV پیک به پیک از 0.1 هرتز تا 10 هرتز بود. این نویز نسبت به بسیاری از نانوولت مترها کمتر است. نتایج اندازه گیری چگالی طیفی و ولتاژ نویز پیک به ترتیب در شکل 4 و 5 ارائه شده است.

نتیجه

ایجاد دستگاه هایی با حساسیت سطح نانو ولت کار بسیار دشواری است که چالش های طراحی زیادی را ایجاد می کند. آمپلی فایر ابزار دقیق AD8428 تمام ویژگی های مورد نیاز برای اجرای سیستم های با کیفیت بالا که نیاز به نویز کم و بهره بالا دارند را دارد. علاوه بر این، ساختار منحصر به فرد آن به طراحان اجازه می دهد تا این مدار غیرعادی را به زرادخانه راه حل های نانوولتی خود اضافه کنند.

پیوندها

آموزش MT-047. نویز آپ امپ
آموزش MT-048. روابط نویز آپ امپ: نویز 1/f، نویز RMS و پهنای باند نویز معادل.
آموزش MT-049. محاسبات کل نویز خروجی عملیات آمپر برای سیستم تک قطبی.
آموزش MT-050. محاسبات کل نویز خروجی Op Amp برای سیستم مرتبه دوم.
آموزش MT-065. نویز درون آمپر

مدارها و طرح‌های میکروفون‌های بسیار حساس در ترکیب با تقویت‌کننده‌های فرکانس پایین کم نویز خانگی (LNF) در نظر گرفته شده‌اند.

طراحی یک تقویت کننده حساس و کم نویز (ULA) ویژگی های خاص خود را دارد. بیشترین تأثیر را روی کیفیت بازتولید صدا و درک گفتار، پاسخ دامنه فرکانس (AFC) تقویت کننده، سطح نویز آن، پارامترهای میکروفون (AFC، الگوی قطبی، حساسیت و غیره) یا سنسورهایی که جایگزین آن می شوند، اعمال می شود. و همچنین سازگاری متقابل آنها با تقویت کننده. تقویت کننده باید بهره کافی داشته باشد.

هنگام استفاده از میکروفون، 60db-80db است، یعنی. 1000-10000 بار. با در نظر گرفتن ویژگی های دریافت سیگنال مفید و مقدار کم آن در شرایط تداخل نسبتاً قابل توجهی که همیشه وجود دارد، در طراحی تقویت کننده توصیه می شود امکان تصحیح پاسخ فرکانس، یعنی. انتخاب فرکانس سیگنال پردازش شده

باید در نظر داشت که آموزنده ترین بخش محدوده صوتی در باند از 300 هرتز تا 3-3.5 کیلوهرتز متمرکز است. درست است، گاهی اوقات برای کاهش تداخل این باند حتی بیشتر کاهش می یابد. استفاده از فیلتر باند گذر به عنوان بخشی از یک تقویت کننده می تواند به طور قابل توجهی محدوده گوش دادن (2 برابر یا بیشتر) را افزایش دهد.

با استفاده از فیلترهای انتخابی با Q بالا به عنوان بخشی از ULF، که امکان جداسازی یا سرکوب سیگنال در فرکانس‌های خاص را ممکن می‌سازد، می‌توان به محدوده بزرگ‌تری دست یافت. این امکان افزایش قابل توجه نسبت سیگنال به نویز را فراهم می کند.

پایه ابتدایی

پایه عناصر مدرن به شما امکان می دهد ایجاد کنید ULF با کیفیت بالا بر اساس تقویت کننده های عملیاتی کم نویز(OU)، به عنوان مثال، K548UN1، K548UN2، K548UNZ، KR140UD12، KR140UD20، و غیره.

با این حال، با وجود طیف گسترده ریز مدارهای تخصصی و آپ امپ ها و پارامترهای بالای آنها، ULF روی ترانزیستورهادر حال حاضر اهمیت خود را از دست نداده اند. استفاده از ترانزیستورهای مدرن و کم نویز، به ویژه در مرحله اول، امکان ایجاد تقویت کننده هایی با پارامترها و پیچیدگی بهینه را فراهم می کند: کم نویز، فشرده، مقرون به صرفه، طراحی شده برای منبع تغذیه با ولتاژ پایین. بنابراین، ULF های ترانزیستوری اغلب جایگزین خوبی برای تقویت کننده های مدار مجتمع هستند.

برای به حداقل رساندن سطح نویز در تقویت کننده ها، به ویژه در مراحل اول، توصیه می شود از عناصر با کیفیت بالا استفاده کنید. چنین عناصری شامل ترانزیستورهای دوقطبی کم نویز با بهره بالا هستند، به عنوان مثال، KT3102، KT3107. با این حال، بسته به هدف ULF، از ترانزیستورهای اثر میدانی نیز استفاده می شود.

پارامترهای سایر عناصر نیز از اهمیت بالایی برخوردار هستند. در آبشارهای مدارهای الکترونیکی کم نویز، از خازن های اکسید K53-1، K53-14، K50-35 و غیره استفاده می شود، غیر قطبی - KM6، MBM و غیره، مقاومت ها - بدتر از 5٪ MLT سنتی نیست. 0.25 و ML T-0.125، بهترین نوع مقاومت ها، مقاومت های سیمی، غیر القایی هستند.

مقاومت ورودی ULF باید با مقاومت منبع سیگنال - میکروفون یا سنسور جایگزین آن مطابقت داشته باشد. به طور معمول، آنها سعی می کنند امپدانس ورودی ULF را برابر (یا کمی بزرگتر) با مقاومت مبدل منبع سیگنال در فرکانس های اساسی کنند.

برای به حداقل رساندن تداخل الکتریکی، توصیه می شود از سیم های محافظ با حداقل طول برای اتصال میکروفون به ULF استفاده کنید. توصیه می شود میکروفون الکترت IEC-3 را مستقیماً بر روی برد مرحله اول تقویت کننده میکروفون نصب کنید.

در صورت نیاز به فاصله قابل توجهی از میکروفون از ULF، باید از تقویت کننده با ورودی دیفرانسیل استفاده کنید و اتصال باید با استفاده از یک جفت سیم پیچ خورده در صفحه انجام شود. صفحه نمایش در یک نقطه از سیم مشترک تا حد امکان نزدیک به اولین آپ امپ به مدار متصل می شود. این تضمین می کند که سطح نویز الکتریکی القا شده در سیم ها به حداقل برسد.

ULF کم نویز برای میکروفون در K548UN1A

شکل 1 نمونه ای از یک ULF مبتنی بر یک میکرو مدار تخصصی - IC K548UN1A را نشان می دهد که حاوی 2 آپ امپ کم نویز است. آپ امپ و ULF ایجاد شده بر اساس این آپ امپ (IC K548UN1A) برای ولتاژ تغذیه تک قطبی 9V - ZOV طراحی شده اند. در مدار ULF فوق، اولین آپ امپ در نسخه ای گنجانده شده است که حداقل سطح نویز آپ امپ را تضمین می کند.

برنج. 1. مدار ULF در آپمپ K548UN1A و گزینه های اتصال میکروفون: a - ULF روی K548UN1A op-amp، b - اتصال میکروفون پویا، ج - اتصال میکروفون الکترت، d - اتصال میکروفون از راه دور.

عناصر مدار در شکل 1:

R1 = 240-510، R2 = 2.4k، R3 = 24k-51k (تنظیم افزایش)،
R4=3k-10k، R5=1k-3k، R6=240k، R7=20k-100k (تنظیم افزایش)، R8=10. R9 = 820-1.6k (برای 9 ولت)؛
C1 = 0.2-0.47، C2=10µF-50µF، C3=0.1، C4=4.7µF-50µF،
C5=4.7uF-50uF، C6=10uF-50uF، C7=10uF-50uF، C8=0.1-0.47، C9=100uF-500uF؛
Op-amps 1 و 2 - IS K548UN1A (B)، دو آپمپ در یک بسته آی سی.
T1، T2 - KT315، KT361 یا KT3102، KT3107 یا مشابه؛
T - TM-2A.

ترانزیستورهای خروجی این مدار ULF بدون بایاس اولیه (با Irest = 0) کار می کنند. اعوجاج نوع "Step" عملاً به دلیل بازخورد منفی عمیقی که دومین آپمپ ریزمدار و ترانزیستورهای خروجی را می پوشاند، وجود ندارد بر این اساس تنظیم می شود: شامل یک مقاومت یا دیود در مدار بین پایه های T1 و T2، دو مقاومت 3-5k از پایه ترانزیستورها تا سیم مشترک و سیم برق.

به هر حال، ترانزیستورهای ژرمانیوم منسوخ شده به خوبی در ULF در مراحل خروجی فشار-کشش بدون بایاس اولیه کار می کنند. این اجازه می دهد تا از آپ امپ با نرخ حرکت نسبتا پایین ولتاژ خروجی با این ساختار مرحله خروجی بدون خطر اعوجاج مرتبط با جریان ساکن صفر استفاده شود. برای از بین بردن خطر تحریک آمپلی فایر در فرکانس‌های بالا، از خازن SZ استفاده می‌شود که در کنار op-amp متصل می‌شود و زنجیره R8C8 در خروجی ULF (اغلب RC در خروجی تقویت‌کننده قابل حذف است).

میکروفون کم نویز ULF با استفاده از ترانزیستور

شکل 2 یک مثال را نشان می دهد مدارهای ULF روی ترانزیستورها. در مراحل اول، ترانزیستورها در حالت میکروجریان کار می کنند که نویز ULF داخلی را به حداقل می رساند. در اینجا توصیه می شود از ترانزیستورهایی با بهره زیاد اما جریان معکوس کم استفاده کنید.

این می تواند برای مثال 159NT1V (Ik0=20nA) یا KT3102 (Ik0=50nA) یا مشابه باشد.

برنج. 2. مدار ULF با ترانزیستورها و گزینه هایی برای اتصال میکروفون: a ULF با ترانزیستور، b - اتصال یک میکروفون پویا، c - اتصال یک میکروفون الکترت، d - اتصال یک میکروفون از راه دور.

عناصر مدار در شکل 2:

R3=5.6k-6.8k (کنترل صدا)، R4=3k، R5=750،
R6=150k، R7=150k، R8=33k؛ R9=820-1.2k، R10=200-330،
R11=100k (تنظیم، Uet5=Uet6=1.5V)،
R12=1 k (تنظیم جریان ساکن T5 و T6، 1-2 میلی آمپر).
C1=10uF-50uF، C2=0.15uF-1uF، C3=1800،
C4=10µF-20µF، C5=1µF، C6=10µF-50µF، C7=100µF-500µF.
T1، T2، T3 -159NT1 V، KT3102E یا مشابه،
T4، T5 - KT315 یا مشابه، اما MP38A نیز امکان پذیر است،
T6 - KT361 یا مشابه، اما MP42B نیز امکان پذیر است.
M - MD64، MD200 (b)، IEC-3 یا مشابه (c)،
T - TM-2A.

استفاده از چنین ترانزیستورهایی نه تنها به اطمینان از عملکرد پایدار ترانزیستورها در جریان های کم کلکتور، بلکه همچنین دستیابی به ویژگی های تقویت خوب با سطح نویز کم را می دهد.

از ترانزیستورهای خروجی می توان از سیلیکون (KT315 و KT361، KT3102 و KT3107 و غیره) یا ژرمانیوم (MP38A و MP42B و غیره) استفاده کرد. تنظیم مدار به تنظیم ولتاژهای مربوط به مقاومت R2 و مقاومت RЗ در ترانزیستورها منجر می شود: 1.5 ولت در کلکتور T2 و 1.5 ولت در امیتر T5 و T6.

تقویت کننده میکروفون Op-amp با ورودی دیفرانسیل

شکل 3 نمونه ای از ULF را نشان می دهد آمپر ورودی دیفرانسیل. یک ULF که به درستی مونتاژ و تنظیم شده باشد، تداخل حالت معمول (60 دسی بل یا بیشتر) را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. این تضمین می کند که سیگنال مفید با سطح قابل توجهی از تداخل حالت مشترک ایزوله می شود.

لازم به یادآوری است که تداخل حالت مشترک تداخلی است که در فازهای مساوی به هر دو ورودی ULF op-amp وارد می شود، برای مثال تداخلی که در هر دو سیم سیگنال از میکروفون ایجاد می شود. برای اطمینان از عملکرد صحیح آبشار دیفرانسیل، لازم است که شرایط را دقیقاً انجام دهید: R1 = R2، R3 = R4.

شکل 3. مدار ULF روی op-amp با ورودی دیفرانسیل و گزینه هایی برای اتصال میکروفون: a - ULF با ورودی دیفرانسیل، b - اتصال یک میکروفون دینامیک، c - اتصال یک میکروفون الکترت، d - اتصال یک میکروفون از راه دور.

عناصر مدار در شکل 3:

R7=47k-300k (تنظیم افزایش، K=1+R7/R6)، R8=10، R9=1.2k-2.4k؛
C1=0.1-0.22، C2=0.1-0.22، SZ=4.7uF-20uF، C4=0.1;
Op-amp - KR1407UD2، KR140UD20، KR1401UD2B، K140UD8 یا سایر آپامپ ها در یک اتصال استاندارد، ترجیحا با اصلاح داخلی.
D1 - دیود زنر، به عنوان مثال، KS133، می توانید از یک LED در سوئیچینگ معمولی استفاده کنید، به عنوان مثال، AL307.
M - MD64، MD200 (b)، IEC-3 یا مشابه (c)،
T - TM-2A.

توصیه می شود مقاومت هایی را با استفاده از اهم متر از بین مقاومت های 1% با پایداری دمایی خوب انتخاب کنید. برای اطمینان از تعادل لازم، توصیه می شود که یکی از چهار مقاومت (مثلاً R2 یا R4) متغیر باشد. این می تواند یک ماشین اصلاح با مقاومت متغیر با دقت بالا با گیربکس داخلی باشد.

برای به حداقل رساندن نویز، امپدانس ورودی ULF (مقادیر مقاومت های R1 و R2) باید با مقاومت میکروفون یا سنسور جایگزین آن مطابقت داشته باشد. ترانزیستورهای خروجی ULF بدون بایاس اولیه (از 1 استراحت = 0) کار می کنند. اعوجاج نوع پله ای عملاً به دلیل بازخورد منفی عمیقی که تقویت کننده دوم و ترانزیستورهای خروجی را می پوشاند، در صورت لزوم، مدار اتصال ترانزیستور را می توان تغییر داد.

تنظیم آبشار دیفرانسیل: یک سیگنال سینوسی 50 هرتز را به هر دو ورودی کانال دیفرانسیل به طور همزمان اعمال کنید، مقدار RЗ یا R4 را انتخاب کنید تا از سطح سیگنال صفر 50 هرتز در خروجی آپمپ 1 اطمینان حاصل کنید. یک سیگنال 50 هرتز برای تنظیم استفاده می شود، زیرا منبع تغذیه با فرکانس 50 هرتز بیشترین سهم را در مقدار کل ولتاژ تداخل دارد. مقاومت‌های خوب و تنظیم دقیق می‌توانند به کاهش نویز در حالت معمولی 60-80dB یا بیشتر دست یابند.

برای افزایش پایداری عملکرد ULF، توصیه می شود که پایه های منبع تغذیه op-amp را با خازن ها دور بزنید و یک عدد صحیح RC را در خروجی تقویت کننده روشن کنید (مانند مدار تقویت کننده در شکل 1). برای این منظور می توانید از خازن های KM6 استفاده کنید.

برای اتصال میکروفون از یک جفت سیم پیچ خورده در صفحه نمایش استفاده می شود. صفحه نمایش به ULF (فقط در یک نقطه!!) تا حد امکان نزدیک به ورودی op-amp متصل است.

تقویت کننده های بهبود یافته برای میکروفون های حساس

همانطور که در بالا ذکر شد، استفاده از آپ امپ های کم سرعت در مراحل خروجی ULF و عملکرد ترانزیستورهای سیلیکونی در تقویت کننده های قدرت در حالت بدون بایاس اولیه (جریان خاموش صفر است - حالت B) می تواند منجر به اعوجاج های گذرا شود. نوع "گام". در این حالت، برای از بین بردن این اعوجاج، بهتر است ساختار مرحله خروجی را تغییر دهید تا ترانزیستورهای خروجی با جریان اولیه کمی (حالت AB) کار کنند.

شکل 4 نمونه ای از چنین مدرن سازی مدار تقویت کننده فوق را با ورودی دیفرانسیل نشان می دهد (شکل 3).

شکل 4. مدار ULF با استفاده از یک آپمپ با ورودی دیفرانسیل و یک مرحله خروجی با اعوجاج کم.

عناصر مدار در شکل 4:

R1=R2=20k (برابر یا کمی بالاتر از حداکثر مقاومت منبع در محدوده فرکانس کاری)،
RЗ=R4=1m-2m; R5=2k-10k، R6=1k-Zk،
R7=47k-300k (تنظیم افزایش، K=1+R7/R6)،
R8=10، R10=10k-20k، R11=10k-20k؛
C1 = 0.1-0.22، C2=0.1-0.22، SZ=4.7uF-20uF، C4=0.1;
OU - K140UD8، KR1407UD2، KR140UD12، KR140UD20، KR1401UD2B یا سایر آمپرهای عملیاتی در پیکربندی استاندارد و ترجیحاً با اصلاح داخلی.
T1، T2 - KT3102، KT3107 یا KT315، KT361، یا مشابه؛
D2، D3 - KD523 یا مشابه؛
M - MD64، MD200، IEC-3 یا مشابه (c)،
T - TM-2A.

شکل 5 یک مثال را نشان می دهد ULF روی ترانزیستورها. در مراحل اول ترانزیستورها در حالت میکروجریان کار می کنند که نویز ULF را به حداقل می رساند. مدار از بسیاری جهات شبیه مدار شکل 2 است. برای افزایش سهم سیگنال مفید سطح پایین در برابر پس زمینه تداخل اجتناب ناپذیر، یک فیلتر باند گذر در مدار ULF گنجانده شده است که انتخاب فرکانس ها را در مدار ULF تضمین می کند. باند 300 هرتز -3.5 کیلوهرتز.

شکل 5. مدار ULF با استفاده از ترانزیستورها با فیلتر باند گذر و گزینه هایی برای اتصال میکروفون: a - ULF با فیلتر باند گذر، ب - اتصال میکروفون پویا، ج - اتصال میکروفون الکترت.

عناصر مدار در شکل 5:

R1=43k-51k، R2=510k (تنظیم، Ukt2=1.2V-1.8V)،
R3=5.6k-6.8k (کنترل صدا)، R4=3k، R5=8.2k،
R6=8.2k، R7=180، R8=750; R9=150k، R10=150k، R11=33k،
R12=620، R13=820-1.2k، R14=200-330،
R15=100k (تنظیم، Uet5=Uet6=1.5V)، R16=1k (تنظیم جریان ساکن T5 و T6، 1-2mA).
C1=10uF-50uF، C2=0.15-0.33، C3=1800،
C4=10uF-20uF، C5=0.022، C6=0.022،
C7=0.022، C8=1uF، C9=10uF-20uF، C10=100uF-500uF.
T1، T2، T3 -159NT1 V، KT3102E یا مشابه؛
T4، T5 - KT3102، KT315 یا مشابه، اما شما همچنین می توانید از ترانزیستورهای ژرمانیوم قدیمی استفاده کنید، به عنوان مثال MP38A،
T6 - KT3107 (اگر T5 - KT3102)، KT361 (اگر T5 - KT315) یا ترانزیستورهای مشابه، اما منسوخ شده ژرمانیوم نیز می توانند استفاده شوند، به عنوان مثال، MP42B (اگر T5 - MP38A).
M - MD64، MD200 (b)، IEC-3 یا مشابه (c)،
T - TM-2A.

در این مدار نیز توصیه می شود از ترانزیستورهایی با بهره زیاد، اما جریان کلکتور معکوس کوچک (Ik0) برای مثال 159NT1V (Ik0=20nA) یا KT3102 (Ik0=50nA) یا مشابه استفاده کنید. ترانزیستورهای خروجی می توانند از سیلیکون (KT315 و KT361، KT3102 و KT3107 و غیره) یا ژرمانیوم (ترانزیستورهای قدیمی MP38A و MP42B و غیره) استفاده شوند.

تنظیم مدار، مانند مدار ULF در شکل 11.2، به تنظیم ولتاژهای مربوط به مقاومت R2 و مقاومت RЗ در ترانزیستورهای T2 و T5، T6: 1.5 ولت - روی کلکتور T2 و 1.5 ولت منجر می شود. روی قطره چکان های T5 و T6.

طراحی میکروفون

یک لوله با قطر 10-15 سانتی متر و طول 1.5-2 متر از یک ورق کاغذ ضخیم با شمع، مانند مخمل ساخته شده است بیرون، اما در داخل یک میکروفون حساس در یک انتهای این لوله قرار داده شده است. اگر میکروفون داینامیک یا خازنی خوبی بود بهتر بود.

با این حال، می توانید از یک میکروفون معمولی خانگی نیز استفاده کنید. به عنوان مثال، این می تواند یک میکروفون پویا مانند MD64، MD200 یا حتی یک MKE-3 مینیاتوری باشد.

درست است، با یک میکروفون خانگی نتیجه تا حدودی بدتر خواهد بود. البته، میکروفون باید با استفاده از یک کابل محافظ به یک تقویت کننده حساس با سطح خود نویز کم متصل شود (شکل 1 و 2). اگر طول کابل بیش از 0.5 متر باشد، بهتر است از یک تقویت کننده میکروفون استفاده کنید که ورودی دیفرانسیل دارد، به عنوان مثال، یک VLF به یک آپمپ (شکل 1).

این مولفه حالت مشترک تداخل را کاهش می دهد - انواع مختلف تداخل از دستگاه های الکترومغناطیسی مجاور، پس زمینه 50 هرتز از شبکه 220 ولت و غیره. اکنون در مورد انتهای دوم این لوله کاغذی. اگر این انتهای آزاد لوله به سمت یک منبع صدا، به عنوان مثال، به سمت گروهی از افراد سخنگو هدایت شود، آنگاه می توان گفتار را شنید. چیز خاصی به نظر نمی رسد.

میکروفون برای همین است. و برای این کار اصلا نیازی به لوله ندارید. با این حال، چیزی که شگفت‌آور است این است که فاصله تا افرادی که صحبت می‌کنند می‌تواند قابل توجه باشد، مثلاً 100 متر یا بیشتر. هم آمپلی فایر و هم میکروفون مجهز به چنین لوله ای امکان شنیدن همه چیز را به خوبی در چنین فاصله قابل توجهی فراهم می کند.

حتی می توان فاصله را با استفاده از فیلترهای انتخابی ویژه ای افزایش داد که به سیگنال اجازه می دهد در باندهای فرکانسی باریک ایزوله یا سرکوب شود.

این امکان افزایش سطح سیگنال مفید را در شرایط تداخل اجتناب ناپذیر فراهم می کند. در یک نسخه ساده شده، به جای فیلترهای خاص، می توانید از یک فیلتر باند گذر در ULF استفاده کنید (شکل 4) یا از یک اکولایزر معمولی استفاده کنید - یک کنترل آهنگ چند باند، یا در موارد شدید، یک سنتی، به عنوان مثال. کنترل صدای معمولی، دو بانده، باس و سه‌گانه.

ادبیات: Rudomedov E.A., Rudometov V.E - Electronics and spy passions-3.

کار فارغ التحصیل

2.1 انتخاب مدار تقویت کننده کم نویز

با توجه به ملاحظات فوق، لازم است تقویت کننده کم نویز الزامات فنی زیر را برآورده کند:

افزایش حداقل 20 دسی بل؛

رقم نویز بیش از 3 دسی بل؛

محدوده دینامیکی حداقل 90 دسی بل،

فرکانس مرکزی 808 مگاهرتز

علاوه بر این، دارای ثبات بالایی از ویژگی ها، قابلیت اطمینان عملیاتی بالا، ابعاد و وزن کوچک بود.

با در نظر گرفتن الزامات یک تقویت کننده کم نویز، گزینه های ممکن را برای حل مشکل در نظر خواهیم گرفت. هنگام بررسی گزینه های احتمالی، شرایطی را که در آن ماژول فرستنده گیرنده کار می کند (قرار گرفتن در هواپیما و تأثیر عوامل خارجی مانند تغییرات دما، لرزش، فشار و غیره) در نظر می گیریم. بیایید تقویت کننده های کم نویز ساخته شده با استفاده از پایه های عناصر مختلف را تجزیه و تحلیل کنیم.

کم‌صداترین تقویت‌کننده‌های مایکروویو در حال حاضر تقویت‌کننده‌های پارامغناطیس کوانتومی (میزر) هستند که با دمای بسیار کم نویز (کمتر از 20 درجه کلوین) و در نتیجه حساسیت بسیار بالا مشخص می‌شوند. با این حال، تقویت کننده کوانتومی شامل یک سیستم خنک کننده برودتی (تا دمای هلیوم مایع 4.2 درجه کلوین) است که دارای ابعاد و وزن زیاد، هزینه بالا و همچنین یک سیستم مغناطیسی حجیم برای ایجاد یک میدان مغناطیسی ثابت قوی است. همه اینها دامنه کاربرد تقویت کننده های کوانتومی را به سیستم های رادیویی منحصر به فرد - ارتباطات فضایی، رادار دوربرد و غیره محدود می کند.

نیاز به کوچک سازی دستگاه های گیرنده رادیویی مایکروویو، افزایش کارایی آنها و کاهش هزینه منجر به استفاده شدید از تقویت کننده های کم نویز مبتنی بر دستگاه های نیمه هادی شده است که شامل تقویت کننده های پارامتریک نیمه هادی، دیودهای تونلی و تقویت کننده های مایکروویو ترانزیستوری است.

تقویت کننده های پارامتریک نیمه هادی (SPA) در محدوده فرکانس وسیع (0.3...35 گیگاهرتز) کار می کنند، دارای پهنای باند از کسری تا چند درصد فرکانس مرکزی هستند (مقادیر معمولی 0.5...7٪، اما پهنای باند تا 40٪). می توان به دست آورد)؛ ضریب انتقال یک مرحله به 17...30dB می رسد، محدوده دینامیکی سیگنال های ورودی 70...80dB است. ژنراتورهای مبتنی بر دیودهای بهمنی و دیودهای Gunn و همچنین ترانزیستورهای مایکروویو (با و بدون ضرب فرکانس) به عنوان ژنراتور پمپ استفاده می شوند. تقویت کننده های پارامتریک نیمه هادی کمترین نویز نیمه هادی ها و به طور کلی در بین تمام تقویت کننده های مایکروویو خنک نشده هستند. دمای نویز آنها از ده ها (در امواج دسی متری) تا صدها (در امواج سانتی متری) درجه کلوین متغیر است. هنگامی که عمیقا خنک می شود (تا 20 درجه کلوین و کمتر)، خواص نویز آنها با تقویت کننده های کوانتومی قابل مقایسه است. با این حال، سیستم خنک کننده ابعاد، وزن، مصرف برق و هزینه PPU را افزایش می دهد. بنابراین PPU های خنک شده عمدتاً در سیستم های رادیویی زمینی مورد استفاده قرار می گیرند که در آن به دستگاه های گیرنده رادیویی بسیار حساس نیاز است و ابعاد، وزن و توان مصرفی آنچنان قابل توجه نیست.

از مزایای PPU نسبت به تقویت کننده های مبتنی بر دیودهای تونلی و ترانزیستورهای مایکروویو، علاوه بر خواص نویز بهتر، می توان به قابلیت کار در محدوده فرکانس بالاتر، بهره بیشتر در یک مرحله و امکان تنظیم سریع و ساده فرکانس الکترونیکی اشاره کرد. در 2 ... 30٪. معایب PPU وجود ژنراتور پمپ مایکروویو، پهنای باند کمتر، ابعاد و وزن زیاد و هزینه قابل توجه بالاتر بر خلاف تقویت کننده های مایکروویو ترانزیستوری است.

تقویت کننده های مبتنی بر دیودهای تونلی ابعاد و وزن کمتری نسبت به سایر تقویت کننده های نیمه هادی دارند که عمدتاً با ابعاد و وزن سیرکولاتورها و دریچه های فریت، مصرف برق کمتر و پهنای باند وسیع تعیین می شود. آنها در محدوده فرکانس 1 ... 20 گیگاهرتز کار می کنند، دارای پهنای باند نسبی 1.7 ... 65٪ (مقادیر معمولی 3.5 ... 18٪)، ضریب انتقال یک مرحله 6 ... 20dB، رقم نویز 3.5...4.5dB در امواج دسی متری و 4...7dB بر سانتی متر، محدوده دینامیکی سیگنال های ورودی 50...90dB است. تقویت‌کننده‌های دیود تونلی عمدتاً در دستگاه‌هایی استفاده می‌شوند که در آن‌ها لازم است تعداد زیادی تقویت‌کننده سبک و کوچک در یک منطقه کوچک قرار داده شود، به عنوان مثال، در آنتن‌های آرایه فازی فعال. با این حال، اخیراً به دلیل معایب ذاتی آنها (صدای نسبتاً زیاد، دامنه دینامیکی ناکافی، استحکام الکتریکی پایین دیود تونل، مشکل در تضمین پایداری، نیاز به دستگاه های جداسازی)، تقویت کننده های مبتنی بر دیودهای تونلی به شدت با ترانزیستور جایگزین شده اند. تقویت کننده های مایکروویو

مزایای اصلی تقویت کننده های کم نویز نیمه هادی - ابعاد و وزن کوچک، مصرف انرژی کم، عمر طولانی، توانایی ساخت مدارهای مجتمع مایکروویو - به آنها اجازه می دهد تا در آنتن های آرایه فازی فعال و تجهیزات روی برد استفاده شوند. علاوه بر این، تقویت کننده های مایکروویو ترانزیستوری بیشترین چشم انداز را دارند.

پیشرفت در توسعه فیزیک و فناوری نیمه هادی ها امکان ایجاد ترانزیستورهایی با خواص نویز و تقویت خوب و قابلیت کار در محدوده مایکروویو را فراهم کرده است. تقویت کننده های مایکروویو کم نویز بر اساس این ترانزیستورها ساخته شدند.

تقویت‌کننده‌های ترانزیستوری، بر خلاف تقویت‌کننده‌های مبتنی بر دیودهای پارامتریک و تونلی نیمه‌رسانا، احیاکننده نیستند، بنابراین اطمینان از عملکرد پایدار آنها بسیار آسان‌تر از تقویت‌کننده‌های مبتنی بر دیودهای تونلی است.

LNAهای مایکروویو از ترانزیستورهای کم نویز، هر دو دو قطبی (ژرمانیوم و سیلیکون) و ترانزیستورهای اثر میدانی با مانع شاتکی (سیلیکون و آرسنید گالیم) استفاده می کنند. ترانزیستورهای دوقطبی ژرمانیوم نویز کمتری نسبت به ترانزیستورهای سیلیکونی دارند، اما ترانزیستورهای دومی فرکانس بالاتری دارند. ترانزیستورهای اثر میدان مانع شاتکی دارای خواص تقویتی برتر نسبت به ترانزیستورهای دوقطبی هستند و می توانند در فرکانس های بالاتر، به ویژه ترانزیستورهای آرسنید گالیم کار کنند. ویژگی های نویز در فرکانس های نسبتا پایین برای ترانزیستورهای دوقطبی بهتر است و در فرکانس های بالاتر برای ترانزیستورهای اثر میدانی. نقطه ضعف ترانزیستورهای اثر میدان مقاومت بالای ورودی و خروجی آنهاست که تطبیق پهنای باند را دشوار می کند.

ملاحظات فوق به ما اجازه می دهد تا یک استراتژی برای سنتز یک تقویت کننده کم نویز بر اساس یک ترانزیستور اثر میدانی، در یک طرح یکپارچه یکپارچه ترسیم کنیم.

همانطور که قبلا انتخاب شد، ما LNA را بر اساس ماژول MGA-86563 خواهیم ساخت. نمودار مدار الکتریکی در شکل 2.1 نشان داده شده است. یک نمودار اتصال معمولی در شکل 2.2 نشان داده شده است: شکل 2.1 نمودار مدار الکتریکی MGA-86563. شکل 2...

مسیر دریافت فرکانس بالا

در نتیجه کار، تقویت کننده کم نویز MGA86563 مورد بررسی قرار گرفت. بررسی پاسخ فرکانسی LNA با استفاده از پایه SNPU-135، دستگاهی برای مطالعه پاسخ فرکانسی X1-42 انجام شد. نمودار اتصال برای اندازه گیری پاسخ فرکانسی در شکل 4 نشان داده شده است.

مبدل اندازه گیری ولتاژ AC به DC

برای پیاده سازی مدار یکسو کننده، از یک آپ امپ دوگانه پرسرعت با ترانزیستورهای اثر میدانی در ورودی از نوع KR140UD282 استفاده می کنیم. پارامترهای آن در جدول 5 آورده شده است و نمودار اتصال در شکل 8 نشان داده شده است.

تقویت کننده یکپارچه کم نویز

مدل سازی مبدل های اندازه گیری بر اساس سنسورهای دما در سیستم MICRO-CAP

بر اساس ساختمان، لازم است یک مدار سه سیمه (2 گزینه) برای اندازه گیری دما با استفاده از RTD با استفاده از منبع جریان ساخته شود (شکل 6.2.1 را ببینید). شماره ولتاژ مدار در ورودی DUT در 2 شکل.6.2.1...

طراحی قسمت تقویت کننده دستگاه

بیایید از نمودار ارائه شده در شکل استفاده کنیم. 5، برای محاسبه تقویت کننده قدرت. هنگام محاسبه UM، مقادیر داده شده عبارتند از: a). توان بار نامی Рн = 0.4 W; ب). مقاومت بار Rn = 100 اهم ...

فرآیند مدل سازی عملکرد یک گره سوئیچینگ

از آنجایی که تداخل حالت معمولی از 10 ولت تجاوز نمی کند و بهره زیاد نیست، استفاده از یک تقویت کننده دیفرانسیل ساده کافی است. مدار ساده ترین تقویت کننده دیفرانسیل در شکل 5 نشان داده شده است...

توسعه فرستنده

شکل 2 یک پیش تقویت کننده (PA) یک تقویت کننده عملیاتی (Op amp) با بازخورد منفی است. نمودار اتصال (PU) در شکل 2 نشان داده شده است.

محاسبه تقویت کننده سوئیچینگ

تقویت کننده ولتاژ سوئیچینگ یک پیش تقویت کننده سیگنال است که عملکرد عادی PA را تضمین می کند.

سنتز تقویت کننده معکوس

مدار یک تقویت کننده معکوس با بازخورد منفی: شکل 1 - مدار پایه یک آپ امپ معکوس با OOS...

برای سهولت در توسعه و محاسبات، بلوک‌های PU، ULF و UHF2 در یک طرح مشترک ترکیب شدند. این طراحی بر اساس ریز مدار 140-UD20A و ترانزیستورهای دوقطبی KT817A بود.

مشخصات مقایسه ای داده های فنی ایستگاه های رادیویی

شکل 7.5 نمودار مدار الکتریکی تقویت کننده پیش تقویت کننده، تقویت کننده فرکانس پایین و تقویت کننده فرکانس بالا UHF2 را نشان می دهد. مدار مبتنی بر ریزمدار 140-UD20A است که از تقویت کننده های عملیاتی (Da1...

مدار تقویت کننده میکروفون

اجازه دهید بهره کل را تعیین کنیم که بر اساس آن تعداد مراحل تقویت انتخاب می شود: سود کل کجاست. ولتاژ نامی موثر خروجی؛ ولتاژ نامی موثر ورودی ...

تقویت کننده پهنای باند

هنگام شروع توسعه یک تقویت کننده، لازم است با ملاحظات کلی در مورد امکان اقتصادی تولید آن (به حداقل رساندن دستگاه ها، عناصر و اجزای فعال از نظر تعداد آنها ...

شاید خواندن آن مفید باشد: