Mikroqarqe me përforcues me zhurmë të ulët. Mikrofonë shumë të ndjeshëm me amplifikues bas me zhurmë të ulët

Pershendetje te gjitheve.

Kur montojnë amplifikatorë mikrofonësh me zhurmë të ulët dhe me cilësi të lartë, radio amatorët më së shpeshti përdorin zgjidhje qarku të bazuara në transistorë diskretë bipolarë ose me efekt në terren, ose amplifikatorë operacionalë me zhurmë të ulët. Përforcuesit me cilësi të lartë për mikrofonat që përdorin transistorë janë shpesh mjaft kompleks dhe nuk garantojnë përsëritshmëri të qëndrueshme të parametrave, dhe për të montuar një përforcues duke përdorur op-amps me zhurmë të ulët, mund të mos keni në dorë mikroqarqet e nevojshme ose çmimet e tyre do të jenë më shumë se e pranueshme.

Një përforcues me cilësi të lartë për një mikrofon stereo mund të bëhet jo vetëm duke përdorur transistorë specialë me zhurmë të ulët (Fig. 1, 2), amplifikatorë operacionalë të integruar (op-amps) ose IC të specializuar, por gjithashtu duke përdorur diçka që radio amatorët kanë më shpesh me bollëk, por pak njerëz mendojnë për potencialin e disa mikroqarqeve "të pazakonta". Kjo i referohet qarqeve të integruara - amplifikatorë të specializuar të riprodhimit me zhurmë të ulët për kasetë dhe regjistrues kasetë nga rrotulla në mbështjellje të regjistrimit analog të zërit. Regjistrimi magnetik i zërit në shtëpi po bëhet shpejt një gjë e së kaluarës, shumë radio të importuara dhe radio makinash kanë shërbyer tashmë, dhe kur ato çmontohen për pjesë rezervë, çipat e integruar të përforcuesit të riprodhimit më shpesh mbeten të panevojshëm.

Bazuar në një nga këto çipa LA3161

mund të bëni një përforcues të thjeshtë mikrofoni stereo me një furnizim të vetëm që nuk kërkon konfigurim në vetëm dy orë. Diagrami skematik i këtij përforcuesi është paraqitur më poshtë.

Kjo pajisje është një përforcues stereo me zhurmë të ulët që ka një fitim të tensionit prej afërsisht 100. Tensioni nominal i furnizimit për këtë amplifikator është 9 volt, rryma qetësuese është afërsisht 6 mA, tensioni nominal i hyrjes është 5 mV dhe tensioni nominal i daljes është 500 mV në THD 0.05%. Rezistenca e daljes është afërsisht 100 kOhm. Mikroqarku mund të funksionojë me një furnizim me energji elektrike prej 2.5 - 16 volt. Por me një furnizim me energji më të vogël se 7 volt, karakteristikat e tij kryesore përkeqësohen.

Mikroqarku mundësohet nga një burim i qëndrueshëm tensioni që kalon përmes një filtri LC C1L1C2C3. Në një rast të veçantë, një bateri galvanike "Krona" ose ekuivalenti i saj mund të përdoret si burim energjie.

Koeficienti i transmetimit të amplifikatorit varet nga raporti i rezistencës së rezistorëve R5/R3 dhe R6/R4. Nëse ka nevojë për një fitim të madh të tensionit, rezistenca e rezistorëve R3 dhe R4 mund të zvogëlohet me 10 - 20 herë. Si mikrofona VM1 dhe VM2, mund të përdorni të dy mikrofonët dinamikë dhe kondensatorë. Nëse nuk ka ndjekës burimi në një kondensator ose mikrofon elektronik, mund ta futni atë në amplifikues, për shembull, duke instaluar një mikroqark K513UE1 në çdo kanal. Kondensatorët C4 dhe C5 parandalojnë hyrjen e interferencave të ndryshme radio në hyrje. Rezistorët R9 dhe R10 eliminojnë pamjen e mundshme të një "klikimi" kur një përforcues mikrofoni është i lidhur me pajisjet e riprodhimit të zërit, dhe gjithashtu nevojiten për polarizimin e saktë të pllakave të kondensatorëve oksid C10 dhe C11. Diagrami funksional i çipit LA3161 është paraqitur në figurën më poshtë. Nëse përdorni vetëm një nga dy amplifikatorët e mikroqarkut, hyrja përkatëse jo-invertuese (pin 1 ose 8) duhet të lidhet me një tel të përbashkët.

Mund ta montoni amplifikatorin në një tabelë me përmasa 70×27 mm (shih foton). Duhet të mbetet pak hapësirë në anën e majtë të tabelës për të akomoduar çdo komponent shtesë që mund të nevojitet për të përshtatur disa mikrofona dinamikë me hyrjen e amplifikatorit.

Rezistorët mund të përdoren si MLT, S2-23 ose analogët e tyre. Është më mirë të merret parasysh se sa më e lartë të jetë fuqia e rezistorëve të të njëjtit lloj, aq më i ulët do të jetë niveli i tyre i zhurmës. Nëse fitimi është më shumë se 500, është më mirë të instaloni rezistorë R1 - R6 me fuqi 0,5 - 1 Watt. Kondensatorë jopolarë - film ose qeramikë të importuar me madhësi të vogël. Kondensatorët e oksidit C6, C7 duhet të kenë rrymën më të ulët të rrjedhjes. Nëse nuk mund të gjeni kondensatorë me cilësi të lartë midis atyre të zakonshëm prej alumini, mund të përdorni kondensatorë qeramikë ose film me një kapacitet 4.7 μF. Choke L1 mund të jetë çdo me madhësi të vogël, me fuqi të ulët me një induktivitet më të madh se 100 μH. Nëse voltazhi i furnizimit është 12 volt ose më shumë, atëherë do të ishte më mirë të lidhni një rezistencë 1 kOhm në seri me të. Mund ta zëvendësoni çipin LA3161 me LA3160.

Këto dy mikroqarqe prodhohen nga Sanyo në paketën SIP-8, ato kanë të njëjtat pika dhe parametra të ngjashëm për luajtjen e regjistrimeve magnetike të tingullit me qarqe korrigjimi me aftësi të kufizuara, mund të përdoren jo vetëm si amplifikues mikrofoni. njësi amplifikatorësh normalizues paraprak, kontrolle të tonit dhe volumit pasiv ose si amplifikatorë sinjalesh nga sensorë piezoelektrikë dhe pirodetektorë.

Gjithe te mirat.

Ka shumë amplifikatorë për të cilët një nga parametrat kryesorë të kërkuar është kërkesa për të siguruar zhurmë minimale në dalje. Në mënyrë tipike, qarqe të tilla përdoren për të përforcuar sinjalet nga sensorë të ndryshëm, si dhe në marrës të konvertimit të drejtpërdrejtë, ku amplifikimi kryesor kryhet në frekuenca të ulëta. Rritja e zhurmës e bën të pamundur dallimin e sinjaleve të dobëta në sfondin e zhurmës.

Zhurma e brendshme në një përforcues ndodh kur rryma kalon nëpër elementët pasivë dhe aktivë të qarkut.
Karakteristikat e zhurmës gjithashtu varen në masë të madhe nga dizajni i qarkut (qarku). Kur zhvilloni një përforcues me një raport të lartë sinjal-zhurmë, përveç zgjedhjes optimale të llojit të qarkut, është e rëndësishme të zgjidhni saktë bazën e elementit dhe të optimizoni mënyrën e funksionimit të kaskadave.

Zgjedhja e komponentëve të qarkut

Në një përforcues të vërtetë, burimi i zhurmës së brendshme është:
1) zhurma termike dhe aktuale e rezistorëve;
2) zhurma dridhje e kondensatorëve, diodave dhe diodave zener;
3) zhurma e luhatjes së elementeve aktive (tranzistorëve);
4) dridhje dhe zhurmë kontakti.

Rezistenca

Zhurma e brendshme e rezistorëve përbëhet nga zhurma termike dhe aktuale.

Zhurma termike shkaktohet nga lëvizja e elektroneve në substancën përcjellëse nga e cila është bërë rezistenca (kjo zhurmë rritet me temperaturën). Nëse nuk ka tension që vepron në rezistencë, atëherë emf i zhurmës në të (në µV) përcaktohet nga marrëdhënia:

Esh=0,0125 x f x R,
ku f është brezi i frekuencës në kHz; R - rezistenca në kOhm.

Zhurma aktuale ndodh kur rryma kalon nëpër një rezistencë. Në këtë rast, tensioni i zhurmës shfaqet për shkak të efektit të luhatjes së rezistencave të kontaktit midis grimcave përçuese të materialit. Vlera e tij varet në mënyrë lineare nga tensioni i aplikuar. Prandaj, vetitë e zhurmës së rezistorëve karakterizohen nga niveli i zhurmës, i cili është raporti i vlerës efektive të komponentit alternativ të tensionit të zhurmës Em (μV) me tensionin e aplikuar U (V): Em/U.

Spektri i frekuencës së të dy llojeve të zhurmës është i vazhdueshëm ("zhurma e bardhë"). Dhe nëse për zhurmën termike shpërndahet në mënyrë të barabartë deri në frekuenca shumë të larta, atëherë për zhurmën aktuale fillon të ulet nga rreth 10 MHz.

Sasia totale e zhurmës është proporcionale me rrënjën katrore të rezistencës, kështu që për ta zvogëluar atë, duhet të zvogëlohet edhe sasia e rezistencës në qark.
Ndonjëherë, për të zvogëluar zhurmën e shkaktuar nga rezistorët, ata përdorin lidhjen e tyre paralele (ose serike), dhe gjithashtu instalojnë më shumë fuqi sesa kërkohet për funksionim. Përveç kësaj, ju mund të përdorni ato lloje në të cilat, për shkak të teknologjisë së prodhimit, ky parametër është më i vogël.

Në rezistorët pa tela, zhurma aktuale është shumë më e madhe se zhurma termike. Niveli i përgjithshëm i zhurmës për lloje të ndryshme rezistencash mund të variojë nga 0,1 deri në 100 µV/V.

Për të krahasuar rezistorë të ndryshëm (të fiksuar dhe akorduar nga grupi SP), vlerat maksimale të zhurmës janë dhënë në tabelën 1.

Lloji i rezistorëve Dizajni teknologjik Niveli i zhurmës, μV/V BLT karbon kafe 0.5 S2-13 S2-29V metal-dielektrik 1.0 S2-50 metal-dielektrik 1.5 MLT OMLT S2-23S2-33 metal-dielektrik 1...5 S2-26 oksid metali 0 .5 SP3-4
SP3-19
Kompozit i filmit SP3-23 47...100
25...47
25...47
Tabela 1 - Karakteristikat e zhurmës së rezistorëve

Siç mund të shihet nga tabela, rezistorët e rregulluar janë shumë më të zhurmshëm. Për këtë arsye, është më mirë t'i përdorni ato me emërtime të vogla ose t'i përjashtoni fare nga qarku.
Karakteristikat e zhurmës së rezistorëve mund të përdoren për të krijuar një gjenerator zhurme me brez të gjerë.

Si rekomandime për zgjedhjen e rezistorëve për montimin e një përforcuesi me zhurmë të ulët, mund të vërehet se është më i përshtatshëm të përdorni llojet e mëposhtme: C2-26, C2-29V, C2-33 dhe C1-4 (dizajni i çipit të papaketuar). Kohët e fundit, janë shfaqur në shitje rezistenca metal-dielektrike të importuara me zhurmë të ulët, të ngjashme në dizajn me C2-23, por me një shifër më të ulët të zhurmës (0,2 µV/V).

Është e mundur të zvogëlohet ndjeshëm zhurma e rezistorëve duke i ftohur fort ato, por kjo metodë është shumë e shtrenjtë dhe përdoret shumë rrallë.

Kondensatorë

Në kondensatorët, burimi i zhurmës së dridhjes është rryma e rrjedhjes. Kondensatorët e oksidit me kapacitet të lartë kanë rrymat më të larta të rrjedhjes. Për më tepër, rrjedhja rritet me rritjen e kapacitetit dhe zvogëlohet me rritjen e tensionit të vlerësuar të lejuar të funksionimit.

Të dhënat e referencës për kondensatorët më të zakonshëm të oksidit janë dhënë në tabelën 29.
Rrymat më të ulëta të rrjedhjes midis kondensatorëve polare janë: K53-1A, K53-18, K53-16, K52-18, K53-4 dhe të tjerët.
Kondensatorët oksid të instaluar në hyrje si kondensatorë izolues mund të rrisin ndjeshëm zhurmën e amplifikatorit. Prandaj, këshillohet të shmangni përdorimin e tyre, duke i zëvendësuar ato me filma (K10-17, K73-9, K73-17, KM-6, etj.), Edhe pse kjo do të çojë në një rritje të konsiderueshme të madhësisë së strukturës .

Lloji i kondensatorit Teknologjia e prodhimit Temperatura e funksionimit, C Rryma e rrjedhjes, μA K50-6
K50-16
K50-24
oksid alumini-elektrolitik -10...+85
-20...+70
-25...+70 4...5000
4...5000
18...3200 K52-1
K52-2
K52-18 oksid tantali vëllimor poroz -60...+85
-50...+155
-60...+155 1,2...8,5
2...30
1...30 K53-1
K53-1A
K53-18 gjysmëpërçues oksid tantal -80...+85
-60...+125
-60...+125 2...5
1...8
1...63
Tabela 2 - Parametrat e referencës së kondensatorëve

Diodat dhe diodat Zener

Kur rryma kalon drejtpërdrejt, zhurma e diodave është minimale. Zhurma më e madhe sigurohet nga rryma e rrjedhjes (nën veprimin e tensionit të kundërt), dhe sa më i vogël të jetë, aq më mirë. Diodat Zener janë mjaft të zhurmshme. Kjo veçori përdoret ndonjëherë edhe për të bërë gjeneratorët më të thjeshtë të zhurmës për lodrat e fëmijëve (simuluesit e zhurmës së surfimit, tingujt e zjarrit, etj. - L16, L17). Për të marrë zhurmën maksimale në qarqe të tilla, diodat zener funksionojnë me rryma të ulëta (me një rezistencë të madhe shtesë).

Tranzistorë

Në vetë tranzitorin, llojet kryesore të zhurmës janë termike dhe rikombinimi gjenerues, densiteti i fuqisë spektrale të të cilave nuk varet nga frekuenca.

Për të ulur nivelin e zhurmës, në vendin tonë zakonisht përdoren transistorë bipolarë me zhurmë të ulët me një shifër të standardizuar të zhurmës (Ksh). Këto janë: (p-n-p) KT3102D(E), KT342V dhe (p-n-p) KT3107E(Zh, L) dhe një sërë të tjerash Këtu duhet të theksohet se përdorimi i transistorëve bipolarë me frekuencë të lartë me zhurmë të ulët në diapazonin e frekuencës së ulët. , si rregull, mund të jetë e papërshtatshme. Për transistorë të tillë, shifra e zhurmës vlerësohet vetëm në rajonin me frekuencë të lartë, dhe në intervalin nën 100 kHz ata mund të bëjnë jo më pak zhurmë se çdo tjetër. Përveç kësaj, transistorë të tillë mund të shfaqin një tendencë për ngacmim (vetë-gjenerim).

Nëse është e nevojshme të merret një rezistencë e lartë e hyrjes në fazën hyrëse të amplifikatorit, shpesh përdoret transistori me efekt në terren KP303V(A). Është prodhuar me një portë të bazuar në një kryqëzim p-n (kanal i tipit n) dhe ka një shifër zhurme të normalizuar.

Zhurma e kontaktit

ndodhin për shkak të saldimit me cilësi të dobët (me shkelje të regjimit të temperaturës) ose në kryqëzimin e lidhësve. Për këtë arsye, nuk rekomandohet të lidhni qarqet hyrëse të amplifikatorit me zhurmë të ulët përmes lidhjeve të prizës. Kam hasur gjithashtu në një situatë ku transistorët bënin më shumë zhurmë në të njëjtin qark pas ribashkimit.

Zhurmat e dridhjeve

mund të ndodhë kur përdorni pajisjen në objekte në lëvizje ose në vende me dridhje të shtuara nga pajisjet e funksionimit. Ato lindin për shkak të transferimit të dridhjeve mekanike në pllakat e kondensatorit, midis të cilave ekziston një ndryshim potencial (i ashtuquajturi "efekt piezo-mikrofon"). Kjo vërehet edhe në kondensatorët qeramikë me përmasa të vogla (K10, K15, etj.) me kapacitet të lartë (më shumë se 0,01 μF). Kjo ndërhyrje mund të jetë veçanërisht e theksuar në kondensatorët bashkues të instaluar në hyrjen e amplifikatorit. Sinjali i ndërhyrjes nga dridhjet mekanike merr formën e pulseve të shkurtra me tehe të mprehta, spektri i të cilave është në intervalin e frekuencës së ulët. Për të luftuar këtë lloj ndërhyrjeje, mund të përdoret amortizimi i të gjithë strukturës. Kjo ndërhyrje nuk ndodh në kondensatorët oksid.

Kur zgjidhni pjesë për montimin e një qarku me zhurmë të ulët, është e nevojshme të merret parasysh koha e prodhimit të tyre. Prodhuesi garanton parametrat vetëm për një periudhë të caktuar ruajtjeje. Zakonisht kjo nuk është më shumë se 8... 15 vjet. Me kalimin e kohës, ndodhin procese të plakjes, të manifestuara në një ulje të rezistencës së izolimit, kapaciteti i kondensatorëve zvogëlohet dhe rrymat e rrjedhjes rriten. Kondensatorët oksid veçanërisht ndryshojnë karakteristikat e tyre me kalimin e kohës. Për këtë arsye, është mirë që nëse është e mundur të shmangni përdorimin e tyre në rrugët e sinjalit.

Moshe Gerstenhaber, Rayal Johnson dhe Scott Hunt, Pajisjet Analoge

Dialog Analog

Prezantimi

Krijimi i një sistemi matjeje me ndjeshmëri në intervalin nanovolt është një detyrë shumë e vështirë inxhinierike. Përforcuesit më të mirë operativë të disponueshëm (op amp), si zhurma ultra e ulët, në 1 kHz mund të arrijnë tensione zhurme më të vogla se 1 nV/√Hz, por nga 0,1 Hz në 10 Hz, natyra e zhurmës me frekuencë të ulët kufizon vlerat më të mira të arritshme deri në kulmin 50 nV. Mbingarkimi dhe mesatarizimi i kampionit mund të zvogëlojnë kontributin e RMS nga zhurma e spektrit të sheshtë me koston e shpejtësive më të larta të të dhënave dhe konsumit shtesë të energjisë, por marrja e mostrave të tepërta nuk do të zvogëlojë densitetin spektral të zhurmës dhe nuk do të ketë efekt në zhurmën e dridhjes (1/f) . Për më tepër, fitimi i lartë i qarkut të parapërpunimit të sinjalit të hyrjes, i nevojshëm për të eliminuar kontributin e zhurmës në fazat pasuese, zvogëlon gjerësinë e brezit të sistemit. Pa izolim, çdo zhurmë në autobusin tokësor do të shfaqet në dalje, ku mund të anulojë zhurmën e dobët të brendshme të amplifikatorit dhe sinjalin e tij hyrës. Një përforcues i mirë instrumentesh me zhurmë të ulët thjeshton projektimin dhe ndërtimin e sistemeve të tilla dhe redukton gabimet e mbetura të shkaktuara nga tensioni i modalitetit të zakonshëm, luhatjet e furnizimit me energji elektrike dhe zhvendosja e temperaturës.

Amplifikuesi i instrumenteve me zhurmë të ulët siguron fitim me saktësi 2000 dhe ka gjithçka që ju nevojitet për të zgjidhur këto probleme. Me një zhvendosje të temperaturës së rritjes prej jo më shumë se 5 ppm/°C, një zhvendosje maksimale të tensionit të kompensuar prej 0,3 μV/°C, një raport minimal refuzimi të tensionit në modalitetin e zakonshëm prej 140 dB në 60 Hz (jo më shumë se 120 dB në 50 kHz ), një raport i refuzimit të valëzimit të furnizimit me energji elektrike prej 130 dB dhe gjerësi brezi 3,5 MHz, AD8428 është ideal për sistemet e matjes së nivelit të ulët. Por më e rëndësishmja, dendësia spektrale e tensionit të vetë-zhurmës së amplifikatorit prej vetëm 1,3 nV/√Hz në 1 kHz dhe zhurma kryesore në industri 40 nV nga 0,1 në 10 Hz sigurojnë një raport të lartë sinjal-zhurmë për shumë sinjale të dobëta. Dy kunja shtesë (+FIL, -FIL) u japin projektuesve mundësinë për të ngushtuar gjerësinë e brezit të zhurmës duke ndryshuar fitimin ose duke shtuar një filtër. Për më tepër, këto kunja filtri ofrojnë një mjet unik për të përmirësuar raportin sinjal-zhurmë.

Përdorimi i amplifikatorit të instrumenteve AD8428 për të reduktuar zhurmën

Figura 1 tregon një konfigurim qarku që mund të reduktojë më tej zhurmën. Lidhja paralele e hyrjeve të amplifikatorit dhe daljeve të filtrit të katër çipave AD8428 redukton zhurmën përgjysmë.

Rezistenca e daljes së qarkut do të jetë e ulët pavarësisht nga cili përforcues instrumentesh është marrë sinjali. Ky qark mund të zgjerohet për të reduktuar zhurmën nga rrënja katrore e amplifikatorëve.

Si e redukton qarku zhurmën

Tensioni tipik i zhurmës 1,3 nV/√Hz i referuar në hyrje, i krijuar nga çdo amplifikator AD8428 nuk është i ndërlidhur me zhurmën e gjeneruar nga amplifikatorët e tjerë. Zhurma nga burimet e pakorreluara shtohet në terminalet e filtrit si rrënjë e shumës së katrorëve. Në të njëjtën kohë, sinjali i hyrjes ka një korrelacion pozitiv. Tensionet që shfaqen në kunjat e filtrit të secilit çip për shkak të sinjalit të hyrjes janë të njëjta, kështu që lidhja e disa AD8428 paralelisht nuk ndryshon tensionin në këto pika dhe fitimi mbetet i barabartë me 2000.

Analiza e zhurmës

Analiza e mëposhtme e qarkut të thjeshtuar në figurën 2 tregon se dy amplifikatorë AD8428 të lidhur në këtë mënyrë reduktojnë zhurmën me një faktor √2. Zhurma e çdo amplifikatori mund të modelohet nga voltazhi në hyrjen e tij +IN. Për të përcaktuar zhurmën totale, tokëzoni hyrjet dhe përdorni një metodë mbivendosjeje për të kombinuar burimet e zhurmës.

Zhurma e burimit e n1 vjen në daljen e parapërforcuesit të çipit A1, i përforcuar në mënyrë diferenciale me 200 herë. Për këtë pjesë të analizës, ne i konsiderojmë daljet e parapërforcuesit të çipit A2 të jenë pa zhurmë dhe hyrjet e tij të tokëzuara. Ndarësi rezistent 6 kΩ/6 kΩ ndërmjet secilës dalje para amplifikuese të IC A1 dhe daljes përkatëse të paraampit të IC A2 mund të zëvendësohet nga ekuivalenti i tij Thevenin: gjysma e tensionit të zhurmës së paraampi A1 me një rezistencë serike prej 3 kΩ. Kjo ndarje është mekanizmi që redukton zhurmën. Një analizë e plotë me metodën e potencialit nyjor tregon se zhurma e n1 përforcohet në dalje në një nivel prej 1000 × e n1. Bazuar në simetrinë e qarkut, është e natyrshme të konkludohet se kontributi nga e n2 do të jetë i barabartë me 1000 × e n2. Nivelet e barabarta dhe të barabarta en e n1 dhe e n2 shtohen si shuma rrënjësore e katrorëve, duke rezultuar në një dalje totale të zhurmës prej 1414 × e n .

Për ta kthyer atë në hyrje, është e nevojshme të përcaktohet madhësia e fitimit. Le të supozojmë se një sinjal diferencial V IN aplikohet midis pineve +INPUT dhe -INPUT. Tensioni diferencial në daljen e fazës së parë A1 do të jetë i barabartë me V IN × 200. Tensionet e njëjta shfaqen edhe në daljet e para-amplifikuesit të çipit A2, prandaj ndarësi 6 kOhm/6 kOhm nuk ndikon në sinjali në çfarëdo mënyre dhe analiza me metodën e potencialit të nyjeve tregon se voltazhi i daljes është i barabartë me V IN × 2000. Kështu, voltazhi total i zhurmës së referuar në hyrje është i barabartë me e n × 1414/2000, ose, që është njëjtë, e n /√2. Duke zëvendësuar këtu vlerën tipike të densitetit të zhurmës AD8428 prej 1,3 nV/√Hz, gjejmë se konfigurimi i dy amplifikatorëve jep një densitet zhurme prej rreth 0,92 nV/√Hz.

Me shtimin e amplifikatorëve, impedanca e daljes së filtrit ndryshon, gjë që redukton gjithashtu nivelin e zhurmës. Për shembull, kur përdoren katër AD8428 në konfigurimin e paraqitur në Figurën 1, tre rezistorë 6 kΩ janë të lidhura midis kunjës së filtrit dhe secilës prej daljeve pa zhurmë të paraampit. Kjo formon në mënyrë efektive një ndarës rezistent 6k/2k, duke zbutur tensionin e zhurmës me një faktor prej katër. Atëherë zhurma totale e katër amplifikatorëve, siç parashikohet, bëhet e barabartë me e n /2.

Shkëmbimi midis zhurmës dhe fuqisë

Nga pikëpamja e zhurmës në fuqi, AD8428 është shumë efikas. Me një densitet të zhurmës hyrëse prej 1,3 nV/√Hz, konsumi i tij aktual nuk i kalon 6,8 mA. Për krahasim, përforcuesi operativ me zhurmë të ulët AD797 kërkon një rrymë maksimale prej 10,5 mA për të arritur 0,9 nV/√Hz. Një përforcues instrumentesh diskrete me dy amplifikatorë op AD797 dhe një përforcues diferencial me fuqi të ulët me një fitim prej 2000 mund të kërkojë më shumë se 21 mA për të prodhuar një tension të zhurmës hyrëse prej 1,45 nV/√Hz, i cili do të konsumohet kryesisht nga dy amp operativë dhe një rezistencë 30,15 ohm Përveç rrymës totale të konsumuar nga një grup amplifikatorësh të lidhur paralelisht, projektuesi duhet të marrë parasysh edhe kushtet e tyre termike. Fuqia e shpërndarë brenda një shasie të vetme AD8428 kur fuqizohet në ±5V rrit temperaturën e saj me afërsisht 8°C. Nëse disa pajisje janë të rregulluara në një grup kompakt në tabelë ose janë të vendosura në një hapësirë të kufizuar të kasës, ato mund të ngrohin njëra-tjetrën, gjë që do të kërkojë marrjen parasysh të aspekteve termike gjatë projektimit të qarkut.

Modelimi SPICE

Modelimi i SPICE, megjithëse nuk synon të zëvendësojë prototipin, mund të jetë i dobishëm si hapi i parë për të testuar vetë një ide. Për të testuar dhe simuluar funksionimin e një qarku të përbërë nga dy pajisje të lidhura paralelisht, është përdorur simulatori ADIsimPE me modelin makro AD8428 SPICE. Rezultatet e paraqitura në Figurën 3 tregojnë sjelljen e pritur të qarkut: fitimi prej 2000 dhe zhurma e reduktuar me 30%.

Rezultatet e matjes

Dizajni i plotë AD8428 me katër çipa është testuar në laborator. Zhurma e matur e referuar në hyrje kishte një densitet spektral prej 0,7 nV/√Hz në 1 kHz dhe një nivel prej 25 nV nga maja në majë nga 0,1 Hz në 10 Hz. Kjo është më pak zhurmë se shumë nanovoltmetra. Rezultatet e matjeve të densitetit spektral dhe tensionit të zhurmës së pikut janë paraqitur në Figurat 4 dhe 5, respektivisht.

konkluzioni

Krijimi i pajisjeve me ndjeshmëri në nivel nanovolt është një detyrë shumë e vështirë, duke krijuar shumë sfida të projektimit. Amplifikuesi i instrumenteve AD8428 ka të gjitha veçoritë e nevojshme për të zbatuar sisteme me cilësi të lartë që kërkojnë zhurmë të ulët dhe fitim të lartë. Për më tepër, struktura e saj unike i lejon projektuesit të shtojnë këtë qark të pazakontë në arsenalin e tyre të zgjidhjeve nanovolt.

Lidhjet

MT-047 Tutorial. Zhurma e përforcuesit op.
MT-048 Tutorial. Marrëdhëniet e zhurmës së përforcuesit op: Zhurma 1/f, zhurma RMS dhe gjerësia e brezit të zhurmës ekuivalente.
MT-049 Tutorial. Llogaritjet e zhurmës totale të daljes së Op Amp për sistemin me një pol.
MT-050 Tutorial. Llogaritjet e zhurmës totale të daljes së Op Amp për sistemin e rendit të dytë.
MT-065 Tutorial. Zhurma brenda Amperit.

Janë marrë në konsideratë qarqet dhe dizajnet e mikrofonave shumë të ndjeshëm në kombinim me amplifikatorët me frekuencë të ulët me zhurmë të ulët (LNF).

Dizajni i një amplifikuesi të ndjeshëm dhe me zhurmë të ulët (ULA) ka karakteristikat e veta. Ndikimi më i madh në cilësinë e riprodhimit të zërit dhe kuptueshmërinë e të folurit ushtrohet nga përgjigja e amplitudës-frekuencës (AFC) e amplifikatorit, niveli i zhurmës së tij, parametrat e mikrofonit (AFC, modeli polar, ndjeshmëria, etj.) ose sensorët që e zëvendësojnë atë, si. si dhe konsistenca e tyre reciproke me amplifikatorin . Përforcuesi duhet të ketë fitim të mjaftueshëm.

Kur përdorni një mikrofon, ai është 60db-80db, d.m.th. 1000-10000 herë. Duke marrë parasysh veçoritë e marrjes së një sinjali të dobishëm dhe vlerën e tij të ulët në kushte të një niveli relativisht të konsiderueshëm ndërhyrjeje, i cili ekziston gjithmonë, këshillohet që në hartimin e amplifikatorit të parashikohet mundësia e korrigjimit të përgjigjes së frekuencës, d.m.th. përzgjedhja e frekuencës së sinjalit të përpunuar.

Duhet të kihet parasysh se pjesa më informuese e gamës audio është e përqendruar në brezin nga 300 Hz në 3-3,5 kHz. Vërtetë, ndonjëherë për të reduktuar ndërhyrjen, ky brez zvogëlohet edhe më shumë. Përdorimi i një filtri brezkalimi si pjesë e një amplifikuesi mund të rrisë ndjeshëm diapazonin e dëgjimit (2 herë ose më shumë).

Një gamë edhe më e madhe mund të arrihet duke përdorur filtra selektivë me Q të lartë në ULF, të cilët bëjnë të mundur izolimin ose shtypjen e një sinjali në frekuenca të caktuara. Kjo bën të mundur rritjen e ndjeshme të raportit sinjal-zhurmë.

Baza elementare

Baza moderne e elementeve ju lejon të krijoni ULF me cilësi të lartë bazuar në amplifikatorë operacionalë me zhurmë të ulët(OU), për shembull, K548UN1, K548UN2, K548UNZ, KR140UD12, KR140UD20, etj.

Megjithatë, megjithë gamën e gjerë të mikroqarqeve të specializuara dhe op-amps, dhe parametrave të tyre të lartë, ULF në transistorë nuk e kanë humbur rëndësinë e tyre aktualisht. Përdorimi i transistorëve modernë, me zhurmë të ulët, veçanërisht në fazën e parë, bën të mundur krijimin e amplifikatorëve me parametra dhe kompleksitet optimal: me zhurmë të ulët, kompakt, ekonomik, të projektuar për furnizim me energji elektrike me tension të ulët. Prandaj, ULF-të e tranzistorit shpesh rezultojnë të jenë një alternativë e mirë për amplifikatorët e qarkut të integruar.

Për të minimizuar nivelin e zhurmës në amplifikatorë, veçanërisht në fazat e para, këshillohet përdorimi i elementeve me cilësi të lartë. Elementë të tillë përfshijnë transistorë bipolarë me zhurmë të ulët me fitim të lartë, për shembull, KT3102, KT3107. Sidoqoftë, në varësi të qëllimit të ULF, përdoren gjithashtu transistorë me efekt në terren.

Rëndësi të madhe kanë edhe parametrat e elementëve të tjerë. Në kaskadat me zhurmë të ulët të qarqeve elektronike, përdoren kondensatorët oksid K53-1, K53-14, K50-35, etj., ato jo polare - KM6, MBM, etj., Rezistorët - jo më keq se 5% tradicional MLT- 0,25 dhe ML T- 0,125, alternativa më e mirë për rezistorët janë rezistorët me tela, jo induktive.

Rezistenca e hyrjes së ULF duhet të përputhet me rezistencën e burimit të sinjalit - një mikrofon ose një sensor që e zëvendëson atë. Në mënyrë tipike, ata përpiqen të bëjnë rezistencën hyrëse të ULF të barabartë (ose pak më të madhe) me rezistencën e konvertuesit të burimit të sinjalit në frekuencat themelore.

Për të minimizuar ndërhyrjet elektrike, këshillohet të përdorni tela të mbrojtur me gjatësi minimale për të lidhur mikrofonin me ULF. Rekomandohet të montoni mikrofonin elektrik IEC-3 direkt në tabelën e fazës së parë të amplifikatorit të mikrofonit.

Nëse është e nevojshme të distanconi ndjeshëm mikrofonin nga ULF, duhet të përdorni një përforcues me një hyrje diferenciale dhe lidhja duhet të bëhet duke përdorur një palë tela të përdredhur në ekran. Ekrani është i lidhur me qarkun në një pikë të telit të përbashkët sa më afër që të jetë e mundur me op-amp-in e parë. Kjo siguron që niveli i zhurmës elektrike të shkaktuar në tela të minimizohet.

ULF me zhurmë të ulët për mikrofonin në K548UN1A

Figura 1 tregon një shembull të një ULF të bazuar në një mikroqark të specializuar - IC K548UN1A, që përmban 2 op-amp me zhurmë të ulët. Përforcuesi operativ dhe ULF i krijuar në bazë të këtyre amplifikatorëve operativë (IC K548UN1A) janë projektuar për një tension furnizimi unipolar prej 9V - ZOV. Në qarkun e mësipërm ULF, op-amp i parë përfshihet në një version që siguron nivelin minimal të zhurmës së op-amp.

Oriz. 1. Qarku ULF në op-amp K548UN1A dhe opsionet e lidhjes së mikrofonit: a - ULF në op-amp K548UN1A, b - lidhja e një mikrofoni dinamik, c - lidhja e një mikrofoni elektrik, d - lidhja e një mikrofoni në distancë.

Elementet për qarkun në figurën 1:

R1 =240-510, R2=2.4k, R3=24k-51k (rregullimi i fitimit),
R4=3k-10k, R5=1k-3k, R6=240k, R7=20k-100k (rregullimi i fitimit), R8=10; R9=820-1.6k (për 9V);
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 dhe 2 - IS K548UN1A (B), dy op-amps në një paketë IC;
T1, T2 - KT315, KT361 ose KT3102, KT3107 ose të ngjashme;
T - TM-2A.

Transistorët e daljes të këtij qarku ULF funksionojnë pa paragjykim fillestar (me Irest = 0). Shtrembërimi i tipit "Hapi" praktikisht mungon për shkak të reagimit të thellë negativ që mbulon op-amp-in e dytë të mikroqarkut dhe transistorëve të daljes Nëse është e nevojshme të ndryshoni modalitetin e transistorëve të daljes (Iquiescent = 0), qarku duhet të jetë rregulluar në përputhje me rrethanat: përfshini një rezistencë ose dioda në qarkun midis bazave T1 dhe T2, dy rezistorë 3-5k nga bazat e transistorëve në telin e përbashkët dhe telin e energjisë.

Nga rruga, transistorët e vjetëruar të germaniumit funksionojnë mirë në ULF në fazat e daljes me shtytje-tërheqje pa një paragjykim fillestar. Kjo lejon përdorimin e op-amps me një shpejtësi relativisht të ulët të lëvizjes së tensionit të daljes me këtë strukturë të fazës së daljes pa rrezikun e shtrembërimit të shoqëruar me rrymë qetësuese zero. Për të eliminuar rrezikun e ngacmimit të amplifikatorit në frekuenca të larta, përdoret një kondensator SZ, i lidhur pranë op-amp, dhe zinxhiri R8C8 në daljen ULF (shpesh RC në daljen e amplifikatorit mund të eliminohet).

Mikrofoni ULF me zhurmë të ulët duke përdorur transistorë

Figura 2 tregon një shembull Qarqet ULF në transistorë. Në fazat e para, transistorët funksionojnë në modalitetin e mikrorrymës, gjë që minimizon zhurmën e brendshme ULF. Këtu këshillohet të përdorni transistorë me një fitim të lartë, por rrymë të ulët të kundërt.

Kjo mund të jetë, për shembull, 159NT1V (Ik0=20nA) ose KT3102 (Ik0=50nA), ose të ngjashme.

Oriz. 2. Qarku ULF me transistorë dhe opsione për lidhjen e mikrofonave: një ULF me transistorë, b - lidhja e një mikrofoni dinamik, c - lidhja e një mikrofoni elektrik, d - lidhja e një mikrofoni në distancë.

Elementet për qarkun në figurën 2:

R3=5.6k-6.8k (kontrolli i volumit), R4=3k, R5=750,
R6=150k, R7=150k, R8=33k; R9=820-1.2k, R10=200-330,
R11=100k (rregullim, Uet5=Uet6=1.5V),
R12=1 k (rregullimi i rrymës qetësuese T5 dhe T6, 1-2 mA);
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 ose të ngjashme,
T4, T5 - KT315 ose të ngjashme, por MP38A është gjithashtu e mundur,
T6 - KT361 ose të ngjashme, por MP42B është gjithashtu e mundur;
M - MD64, MD200 (b), IEC-3 ose të ngjashme (c),
T - TM-2A.

Përdorimi i transistorëve të tillë lejon jo vetëm sigurimin e funksionimit të qëndrueshëm të transistorëve në rryma të ulëta kolektori, por edhe arritjen e karakteristikave të mira të amplifikimit me një nivel të ulët zhurme.

Transistorët e daljes mund të përdoren ose silikon (KT315 dhe KT361, KT3102 dhe KT3107, etj.) ose germanium (MP38A dhe MP42B, etj.). Vendosja e qarkut zbret në vendosjen e rezistorit R2 dhe rezistencës RЗ të tensioneve përkatëse në transistorë: 1.5V në kolektorin T2 dhe 1.5V në emetuesit T5 dhe T6.

Përforcues i mikrofonit op-amp me hyrje diferenciale

Figura 3 tregon një shembull të ULF on Përforcues operativ i hyrjes diferenciale. Një ULF i montuar dhe i akorduar siç duhet siguron shtypje të konsiderueshme të ndërhyrjes së modalitetit të zakonshëm (60 dB ose më shumë). Kjo siguron që sinjali i dobishëm është i izoluar me një nivel të konsiderueshëm të ndërhyrjes së modalitetit të përbashkët.

Duhet të kujtojmë se ndërhyrja e modalitetit të përbashkët është ndërhyrja që arrin në faza të barabarta në të dy hyrjet e op-amp ULF, për shembull, ndërhyrja e shkaktuar në të dy telat e sinjalit nga një mikrofon. Për të siguruar funksionimin e saktë të kaskadës diferenciale, është e nevojshme të përmbushet saktësisht kushti: R1 = R2, R3 = R4.

Fig.3. Qarku ULF në një op-amp me një hyrje diferenciale dhe opsione për lidhjen e mikrofonave: a - ULF me një hyrje diferenciale, b - lidhja e një mikrofoni dinamik, c - lidhja e një mikrofoni elektrik, d - lidhja e një mikrofoni të largët.

Elementet për qarkun në figurën 3:

R7=47k-300k (rregullimi i fitimit, 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 ose op-amp të tjerë në një lidhje standarde, mundësisht me korrigjim të brendshëm;
D1 - diodë zener, për shembull, KS133, mund të përdorni një LED në ndërrimin normal, për shembull, AL307;
M - MD64, MD200 (b), IEC-3 ose të ngjashme (c),
T - TM-2A.

Këshillohet që të zgjidhni rezistorët duke përdorur një ohmmetër midis rezistorëve 1% me qëndrueshmëri të mirë të temperaturës. Për të siguruar ekuilibrin e nevojshëm, rekomandohet që një nga katër rezistorët (për shembull, R2 ose R4) të bëhet i ndryshueshëm. Ky mund të jetë një makinë prerëse me rezistencë të ndryshueshme me precizion të lartë me një kuti ingranazhi të brendshëm.

Për të minimizuar zhurmën, impedanca hyrëse e ULF (vlerat e rezistorëve R1 dhe R2) duhet të përputhen me rezistencën e mikrofonit ose sensorit që e zëvendëson atë. Transistorët e daljes ULF funksionojnë pa një paragjykim fillestar (nga 1 pushim = 0). Shtrembërimi i llojit të hapit praktikisht mungon për shkak të reagimit të thellë negativ që mbulon op-amp të dytë dhe transistorët e daljes, nëse është e nevojshme, qarku i lidhjes së tranzitorit mund të ndryshohet.

Vendosja e kaskadës diferenciale: aplikoni një sinjal sinusoidal 50 Hz në të dy hyrjet e kanalit diferencial njëkohësisht, duke zgjedhur vlerën e RЗ ose R4 për të siguruar një nivel sinjali zero prej 50 Hz në daljen e op amp 1. Për akordim, përdoret një sinjal 50 Hz, sepse Një furnizim me energji elektrike me një frekuencë prej 50 Hz jep kontributin maksimal në vlerën totale të tensionit të ndërhyrjes. Rezistencat e mira dhe akordimi i kujdesshëm mund të arrijnë shtypjen e zhurmës në modalitetin e zakonshëm prej 60dB-80dB ose më shumë.

Për të rritur qëndrueshmërinë e funksionimit ULF, këshillohet të anashkaloni kunjat e furnizimit me energji të op-amp me kondensatorë dhe të ndizni një numër të plotë RC në daljen e amplifikatorit (si në qarkun e amplifikatorit në Figurën 1). Për këtë qëllim, mund të përdorni kondensatorët KM6.

Për të lidhur mikrofonin, përdoret një palë tela të përdredhur në ekran. Ekrani është i lidhur me ULF (vetëm në një pikë!!) sa më afër hyrjes op-amp.

Përforcues të përmirësuar për mikrofona të ndjeshëm

Përdorimi i op-amps me shpejtësi të ulët në fazat e daljes ULF dhe funksionimi i transistorëve të silikonit në amplifikatorët e fuqisë në një modalitet pa paragjykim fillestar (rryma e qetë është zero - modaliteti B), siç u përmend më lart, mund të çojë në shtrembërime kalimtare të lloji "hap". Në këtë rast, për të eliminuar këto shtrembërime, këshillohet të ndryshoni strukturën e fazës së daljes në mënyrë që transistorët e daljes të funksionojnë me një rrymë të vogël fillestare (modaliteti AB).

Figura 4 tregon një shembull të një modernizimi të tillë të qarkut të amplifikatorit të mësipërm me një hyrje diferenciale (Figura 3).

Fig.4. Qarku ULF duke përdorur një op-amp me një hyrje diferenciale dhe një fazë dalëse me shtrembërim të ulët.

Elementet për qarkun në figurën 4:

R1=R2=20k (e barabartë ose pak më e lartë se rezistenca maksimale e burimit në diapazonin e frekuencës së funksionimit),
RЗ=R4=1m-2m; R5=2k-10k, R6=1k-Zk,
R7=47k-300k (rregullimi i fitimit, 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 ose amplifikatorë të tjerë optikë në konfigurim standard dhe mundësisht me korrigjim të brendshëm;
T1, T2 - KT3102, KT3107 ose KT315, KT361, ose të ngjashme;
D2, D3 - KD523 ose të ngjashme;
M - MD64, MD200, IEC-3 ose të ngjashme (c),
T - TM-2A.

Figura 5 tregon një shembull ULF në transistorë. Në fazat e para, transistorët funksionojnë në modalitetin e mikrorrymës, gjë që minimizon zhurmën ULF. Qarku është në shumë mënyra i ngjashëm me qarkun në figurën 2. Për të rritur pjesën e sinjalit të dobishëm të nivelit të ulët në sfondin e ndërhyrjeve të pashmangshme, një filtër brez-pass përfshihet në qarkun ULF, i cili siguron zgjedhjen e frekuencave në Brezi 300 Hz -3,5 kHz.

Fig.5. Qarku ULF duke përdorur transistorë me një filtër brez-kalimi dhe opsione për lidhjen e mikrofonave: a - ULF me një filtër brez-kalimi, b - lidhja e një mikrofoni dinamik, c - lidhja e një mikrofoni elektrik.

Elementet për qarkun në figurën 5:

R1=43k-51k, R2=510k (rregullim, Ukt2=1.2V-1.8V),
R3=5.6k-6.8k (kontrolli i volumit), 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 (rregullimi, Uet5=Uet6=1.5V), R16=1k (rregullimi i rrymës qetësuese T5 dhe 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 ose të ngjashme;
T4, T5 - KT3102, KT315 ose të ngjashme, por gjithashtu mund të përdorni transistorë të vjetëruar të germaniumit, për shembull MP38A,
T6 - KT3107 (nëse T5 - KT3102), KT361 (nëse T5 - KT315) ose transistorë të ngjashëm, por të vjetëruar të germaniumit mund të përdoren gjithashtu, për shembull, MP42B (nëse T5 - MP38A);
M - MD64, MD200 (b), IEC-3 ose të ngjashme (c),
T - TM-2A.

Në këtë qark, këshillohet gjithashtu përdorimi i transistorëve me fitim të lartë, por me një rrymë të vogël kolektori të kundërt (Ik0), për shembull, 159NT1V (Ik0=20nA) ose KT3102 (Ik0=50nA) ose të ngjashme. Transistorët e daljes mund të përdoren ose silikon (KT315 dhe KT361, KT3102 dhe KT3107, etj.) ose germanium (tranzistorë të vjetëruar MP38A dhe MP42B, etj.).

Vendosja e qarkut, si në rastin e qarkut ULF në figurën 11.2, zbret në vendosjen e rezistencës R2 dhe rezistencës RЗ të tensioneve përkatëse në transistorët T2 dhe T5, T6: 1.5V - në kolektorin e T2 dhe 1.5V - në emetuesit T5 dhe T6.

Dizajni i mikrofonit

Një tub me një diametër prej 10-15 cm dhe një gjatësi prej 1,5-2 m është bërë nga një fletë e madhe letre e trashë me një grumbull, si kadife Grumbulli, siç mund ta merrni me mend, natyrisht, nuk duhet të jetë në të jashtë, por brenda. Një mikrofon i ndjeshëm është futur në njërën skaj të këtij tubi. Do të ishte më mirë nëse do të ishte një mikrofon i mirë dinamik ose kondensator.

Sidoqoftë, mund të përdorni edhe një mikrofon të zakonshëm shtëpiake. Ky mund të jetë, për shembull, një mikrofon dinamik si MD64, MD200, apo edhe një MKE-3 në miniaturë.

Vërtetë, me një mikrofon shtëpiak rezultati do të jetë disi më i keq. Natyrisht, mikrofoni duhet të lidhet duke përdorur një kabllo të mbrojtur me një përforcues të ndjeshëm me një nivel të ulët të vetë-zhurmës (Fig. 1 dhe 2). Nëse gjatësia e kabllit tejkalon 0,5 m, atëherë është më mirë të përdorni një përforcues mikrofoni që ka një hyrje diferenciale, për shembull, një VLF në një op-amp (Fig.

Kjo do të zvogëlojë komponentin e modalitetit të përbashkët të interferencës - lloje të ndryshme të interferencave nga pajisjet elektromagnetike aty pranë, sfondi 50 Hz nga një rrjet 220 V, etj. Tani për fundin e dytë të këtij tubi letre. Nëse ky fund i lirë i tubit drejtohet në një burim tingulli, për shembull, në një grup njerëzish që flasin, atëherë mund të dëgjohet fjalimi. Nuk do të dukej asgjë e veçantë.

Për këtë janë mikrofonët. Dhe ju nuk keni nevojë për një tub për këtë fare. Megjithatë, ajo që është befasuese është se distanca nga njerëzit që flasin mund të jetë e rëndësishme, për shembull, 100 metra ose më shumë. Si amplifikuesi ashtu edhe mikrofoni i pajisur me një tub të tillë bëjnë të mundur që të dëgjohet gjithçka mjaft mirë në një distancë kaq të konsiderueshme.

Distanca madje mund të rritet duke përdorur filtra të veçantë selektivë që lejojnë që sinjali të izolohet ose të shtypet në breza të ngushtë frekuencash.

Kjo bën të mundur rritjen e nivelit të sinjalit të dobishëm në kushtet e ndërhyrjes së pashmangshme. Në një version të thjeshtuar, në vend të filtrave specialë, mund të përdorni një filtër brezkalimi në ULF (Fig. 4) ose të përdorni një barazues konvencional - një kontroll tonesh me shumë breza, ose, në raste ekstreme, një tradicional, d.m.th. kontroll konvencional, me dy banda, tone basi dhe trefishi.

Literatura: Rudomedov E.A., Rudometov V.E - Elektronika dhe pasionet spiune-3.

punë pasuniversitare

2.1 Zgjedhja e një qarku përforcues me zhurmë të ulët

Në përputhje me konsideratat e mësipërme, është e nevojshme që përforcuesi me zhurmë të ulët të plotësojë kërkesat teknike të mëposhtme:

fitimi jo më pak se 20 dB;

shifra e zhurmës jo më shumë se 3 dB;

diapazoni dinamik prej të paktën 90 dB,

frekuenca qendrore 808 MHz.

Përveç kësaj, ai kishte qëndrueshmëri të lartë të karakteristikave, besueshmëri të lartë operacionale, dimensione dhe peshë të vogël.

Duke marrë parasysh kërkesat për një përforcues me zhurmë të ulët, ne do të shqyrtojmë opsionet e mundshme për zgjidhjen e problemit. Kur shqyrtojmë opsionet e mundshme, do të marrim parasysh kushtet në të cilat do të funksionojë moduli i transmetuesit (vendosja në bordin e një avioni dhe ndikimi i faktorëve të jashtëm, si ndryshimet e temperaturës, dridhjet, presioni, etj.). Le të analizojmë amplifikatorët me zhurmë të ulët të bërë duke përdorur baza të ndryshme elementesh.

Përforcuesit e mikrovalëve me zhurmën më të ulët aktualisht janë amplifikatorët kuantikë paramagnetikë (masers), të cilët karakterizohen nga temperatura jashtëzakonisht të ulëta të zhurmës (më pak se 20 °K) dhe, si rezultat, ndjeshmëri shumë e lartë. Sidoqoftë, amplifikuesi kuantik përfshin një sistem ftohjeje kriogjenike (deri në një temperaturë të lëngshme helium prej 4.2 o K), i cili ka dimensione dhe peshë të madhe, kosto të lartë, si dhe një sistem magnetik të rëndë për krijimin e një fushe magnetike të fortë konstante. E gjithë kjo kufizon fushën e aplikimit të amplifikatorëve kuantikë në sistemet unike të radios - komunikimet hapësinore, radarët me rreze të gjatë, etj.

Nevoja për të miniaturizuar pajisjet marrëse të radiove me mikrovalë, për të rritur efikasitetin e tyre dhe për të ulur koston, ka çuar në përdorimin intensiv të amplifikatorëve me zhurmë të ulët të bazuar në pajisjet gjysmëpërçuese, të cilat përfshijnë ato parametrike gjysmëpërçuese, diodat e tunelit dhe amplifikatorët e mikrovalës me tranzistor.

Përforcuesit parametrikë gjysmëpërçues (SPA) funksionojnë në një gamë të gjerë frekuencash (0,3...35 GHz), kanë gjerësi brezi nga fraksionet në disa përqind të frekuencës qendrore (vlerat tipike 0,5...7%, por gjerësi brezi deri në 40% mund të merret); koeficienti i transmetimit të një faze arrin 17...30dB, diapazoni dinamik i sinjaleve hyrëse është 70...80dB. Gjeneratorët e bazuar në diodat e ortekëve dhe diodat Gunn, si dhe transistorët me mikrovalë (me dhe pa shumëzim frekuence) përdoren si gjeneratorë pompash. Përforcuesit parametrikë gjysmëpërçues janë zhurma më e ulët e gjysmëpërçuesve dhe, në përgjithësi, nga të gjithë amplifikatorët e mikrovalëve të paftohura. Temperatura e zhurmës së tyre varion nga dhjetëra (në valët decimetër) në qindra (në valë centimetra) gradë Kelvin. Kur ftohen thellë (deri në 20 °K dhe më poshtë), vetitë e tyre të zhurmës janë të krahasueshme me amplifikatorët kuantikë. Megjithatë, sistemi i ftohjes rrit dimensionet, peshën, konsumin e energjisë dhe koston e PPU. Prandaj, PPU-të e ftohura përdoren kryesisht në sistemet radio tokësore, ku kërkohen pajisje radiomarrëse shumë të ndjeshme, dhe dimensionet, pesha dhe konsumi i energjisë nuk janë aq të rëndësishme.

Përparësitë e PPU-së në krahasim me amplifikatorët e bazuar në dioda tuneli dhe tranzistorë mikrovalë, përveç veçorive më të mira të zhurmës, përfshijnë aftësinë për të vepruar në intervalin më të lartë të frekuencës, fitimin më të madh të një faze dhe mundësinë e akordimit të shpejtë dhe të thjeshtë elektronik të frekuencës ( brenda 2...30%). Disavantazhet e PPU janë prania e një gjeneratori të pompës me mikrovalë, gjerësia e brezit më të ulët, dimensionet dhe pesha e madhe dhe kostoja dukshëm më e lartë, në kontrast me amplifikatorët e mikrovalës me tranzistor.

Amplifikatorët e bazuar në diodat e tunelit kanë dimensione dhe peshë më të vogël në krahasim me amplifikatorët e tjerë gjysmëpërçues, të përcaktuar kryesisht nga dimensionet dhe pesha e qarkulluesve dhe valvulave të ferritit, konsumi më i ulët i energjisë dhe gjerësia e gjerë e brezit. Ato operojnë në intervalin e frekuencës 1...20 GHz, kanë një gjerësi brezi relative prej 1.7...65% (vlerat tipike 3.5...18%), një koeficient transmetimi prej një faze prej 6...20dB, një shifër zhurme prej 3,5...4,5dB në valët decimetër dhe 4...7dB në centimetër, diapazoni dinamik i sinjaleve hyrëse është 50...90dB. Përforcuesit e diodës së tunelit përdoren kryesisht në pajisjet ku është e nevojshme të vendosni një numër të madh amplifikatorësh të lehtë dhe me madhësi të vogël në një zonë të vogël, për shembull, në antenat e grupit me faza aktive. Sidoqoftë, kohët e fundit, për shkak të disavantazheve të tyre të qenësishme (shifra relativisht e lartë e zhurmës, diapazoni i pamjaftueshëm dinamik, forca e ulët elektrike e diodës së tunelit, vështirësia në sigurimin e stabilitetit, nevoja për pajisje shkëputëse), amplifikatorët e bazuar në diodat e tunelit janë zëvendësuar intensivisht me tranzistor. amplifikatorë të mikrovalës.

Përparësitë kryesore të amplifikatorëve gjysmëpërçues me zhurmë të ulët - dimensionet dhe pesha e vogël, konsumi i ulët i energjisë, jetëgjatësia e gjatë, aftësia për të ndërtuar qarqe të integruara me mikrovalë - lejojnë që ato të përdoren në antenat e grupit me faza aktive dhe pajisjet në bord. Për më tepër, përforcuesit e mikrovalëve me tranzistor kanë perspektivat më të mëdha.

Përparimet në zhvillimin e fizikës dhe teknologjisë së gjysmëpërçuesve kanë bërë të mundur krijimin e tranzistorëve me veti të mira të zhurmës dhe amplifikimit dhe të aftë për të vepruar në rrezen e mikrovalëve. Përforcues mikrovalë me zhurmë të ulët u zhvilluan bazuar në këta transistorë.

Përforcuesit e tranzistorit, ndryshe nga amplifikatorët e bazuar në diodat parametrike gjysmëpërçuese dhe tunele, nuk janë rigjenerues, kështu që sigurimi i funksionimit të tyre të qëndrueshëm është shumë më i lehtë sesa, për shembull, amplifikatorët e bazuar në diodat e tunelit.

LNA-të e mikrovalës përdorin transistorë me zhurmë të ulët, si bipolarë (gjermanium dhe silikon) ashtu edhe transistorë me efekt në terren me një pengesë Schottky (silikon dhe arsenid galiumi). Transistorët bipolarë të gjermaniumit ofrojnë një shifër më të ulët të zhurmës se ato të silikonit, por këta të fundit janë me frekuencë më të lartë. Tranzistorët me efekt të fushës penguese Schottky kanë veti amplifikimi superiore ndaj transistorëve bipolarë dhe mund të funksionojnë në frekuenca më të larta, veçanërisht transistorët e arsenidit të galiumit. Karakteristikat e zhurmës në frekuenca relativisht të ulëta janë më të mira për transistorët bipolarë, dhe në frekuenca më të larta - për transistorët me efekt në terren. Disavantazhi i transistorëve me efekt në terren është rezistenca e tyre e lartë në hyrje dhe dalje, gjë që e bën të vështirë përputhjen e brezit të gjerë.

Konsideratat e mësipërme na lejojnë të përshkruajmë një strategji për sintezën e një përforcuesi me zhurmë të ulët të bazuar në një transistor me efekt në terren, në një dizajn të integruar monolit.

Siç u zgjodh më parë, ne do të ndërtojmë LNA bazuar në modulin MGA-86563 Diagrami i qarkut elektrik është paraqitur në figurën 2.1. Një diagram tipik i lidhjes është paraqitur në figurën 2.2: Figura 2.1 Diagrami i qarkut elektrik MGA-86563. Figura 2...

Rruga e marrjes me frekuencë të lartë

Si rezultat i punës, u hetua përforcuesi me zhurmë të ulët MGA86563. Studimi i përgjigjes së frekuencës së LNA u krye duke përdorur stendën SNPU-135, një pajisje për studimin e përgjigjes së frekuencës X1-42 Diagrami i lidhjes për matjen e përgjigjes së frekuencës është paraqitur në Figurën 4.

Konvertuesi i matjes së tensionit AC në DC

Për të zbatuar qarkun ndreqës, ne përdorim një op-amp të dyfishtë me shpejtësi të lartë me transistorë me efekt në terren në hyrjen e tipit KR140UD282. Parametrat e tij janë dhënë në tabelën 5, dhe diagrami i lidhjes është paraqitur në Fig. 8...

Përforcues i integruar me zhurmë të ulët

Modelimi i transduktorëve matës bazuar në sensorët e temperaturës në sistemin MICRO-CAP

Në bazë të ndërtesës, është e nevojshme të ndërtohet një qark me tre tela (2 opsione) për matjen e temperaturës duke përdorur një RTD duke përdorur një burim rrymë (shih Fig. 6.2.1). Nr Tensioni i qarkut në hyrje të DUT në 2 Fig.6.2.1...

Dizajni i pjesës së amplifikatorit të pajisjes

Le të përdorim diagramin e paraqitur në Fig. 5, për të llogaritur përforcuesin e fuqisë. Gjatë llogaritjes së UM, vlerat e dhëna janë: a). Fuqia e vlerësuar e ngarkesës Рн = 0,4 W; b). Rezistenca e ngarkesës Rn = 100 Ohm...

Procesi i modelimit të funksionimit të një nyje komutuese

Meqenëse ndërhyrja e modalitetit të përbashkët nuk kalon 10 V dhe fitimi nuk është i madh, do të jetë e mjaftueshme për të marrë një përforcues të thjeshtë diferencial. Qarku i amplifikatorit diferencial më të thjeshtë është paraqitur në Figurën 5...

Zhvillimi i transmetuesit

Figura 2 Një parapërforcues (PA) është një përforcues operacional (op amp) me reagim negativ. Diagrami i lidhjes (PU) është paraqitur në Figurën 2...

Llogaritja e një përforcuesi komutues

Një përforcues i tensionit komutues është një para-përforcues sinjali që siguron funksionimin normal të PA...

Përmbysja e sintezës së amplifikatorit

Qarku i një amplifikatori invertues me reagim negativ: Figura 1 - Qarku bazë i një op-amp invertues me OOS...

Për lehtësinë e zhvillimit dhe llogaritjeve, blloqet PU, ULF dhe UHF2 u kombinuan në një skemë të përbashkët. Dizajni u bazua në mikroqarkun 140-UD20A dhe transistorët bipolarë KT817A...

Karakteristikat krahasuese të të dhënave teknike të radiostacioneve

Figura 7.5 tregon diagramin e qarkut elektrik të përforcuesit parapërforcues, amplifikatorit me frekuencë të ulët dhe amplifikatorit me frekuencë të lartë UHF2. Qarku bazohet në mikroqarkun 140-UD20A, i cili përbëhet nga amplifikatorë operacionalë (Da1...

Qarku i amplifikatorit të mikrofonit

Le të përcaktojmë fitimin total, në bazë të të cilit zgjidhet numri i fazave të amplifikimit: ku është fitimi total; Tensioni i vlerësuar efektiv i daljes; Tensioni i vlerësuar efektiv i hyrjes...

Përforcues me brez të gjerë

Kur filloni zhvillimin e një amplifikatori, është e nevojshme të udhëhiqeni nga konsideratat e përgjithshme të fizibilitetit ekonomik të prodhimit të tij (minimizimi i pajisjeve aktive, elementeve dhe përbërësve për sa i përket numrit të tyre ...

Mund të jetë e dobishme të lexoni: