Rakenduselektroonika (0)

Rakenduselektroonika

1. Võimendid

1.1. Võimendite liigid ja neid iseloomustavad parameetrid

Võimendiks nimetatakse seadet mille abil toimub signaali amplituudi suurendamine võimalikult väikeste signaali kuju moonutustega.
Võimendil on alati kaks sisend -, kaks väljundklemmi ja temaga peab olema ühendatud alati energiaallikaks olev alalispinge allikas (joon.1.1). Sisendklemmidega ühendatakse signaaliallikas mille signaal vajab võimendamist. Väljundklemmidega aga ühendatakse see tarbija, millele antakse võimendatud signaal, milleks võib olla kas valjuhääldi, mingi relee mähis, mingi täiturmehhanismi juhtmähis jne. Nimetatud objektid on elektriliselt vaadeldavad takistustena ja seepärast me räägime üldistatult võimendi koormustakistusest.
Võimendusprotsess toimub alati toiteallika energia arvel ja sellest seisukohast võiks võimendit vaadelda kui regulaatorit, mis reguleerib toiteallika energia andmist tarbijale kooskõlas sisendsignaali muutustega.
Võimendite analüüsi seisukohalt vaadeldakse aga võimendusprotsessi aseskeemide abil, kus alalispingelist toiteallikat isegi ei näidata, küll kajastuvad seal aga kõik muud elemendid, kaasaarvatud ka parasiitelemendid, mis mõjutavad signaali võimendust.
Võimendeid liigitatakse mitme tunnuse alusel. Nii liigitatakse sõltuvalt kasutatavast võimendus- elemendist. Võimenduselemendiks saab olla element, mille väljundvool sõltud lineaarselt sisendpingest või sisendvoolust. Sellisteks elementideks on eelkõige transistorid . Sellest lähtudes on: transistorvõimendid, integraalvõimendid, elektronlampvõimendid, magnetvõimendid jne.
Töörezhiimist ja konstruktsioonist sõltuvalt jagatakse võimendeid eel- ja lõppvõimenditeks. Eelvõimendite väljund on ühendatud järgneva astme sisendiga, lõppvõimendite väljund on aga ühendatud koormustakistusega.
Väga levinud on võimendite liigitus sõltuvalt kasutusalast ja amplituudi-sageduskarakteristiku s.o võimenduse sagedussõltuvuse kujust
Joon.1.2
a) Madalsagedus - ehk helisagedusvõimendid
Helisagedusvõimendid on ettenähtud helisageduslike signaalide võimendamiseks ja sellest tulenevalt on nende sageduslik tööpiirkond umbes 20Hz – 20kHz, sõltuvalt kasutusalast ja heli taasesituse kvaliteedi nõuetest (joon.1.2).

Alalispingevõimendid
Alalispingevõimendid on ettenähtud nõrkade alalispingeliste signaalide võimendamiseks. sellest lähtudes saab võimendi alumine sageduspiir olla võrdne ainult nulliga, ülemine sageduspiir peab aga olema mõni kiloherts, kuna alalispinge signaalis esineb ka kiireid muutusi, milliseid on samuti vaja võimendada. Võimendi peab suutma reageerida ka nendele kiiretele muutustele ja selleks ongi vajalik suhteliselt kõrge ülemine sageduspiir (joon.1.3).
Alalispingevõimendid kasutatakse eelkõige automaatikas, kuna on terve rida andureid mille signaaliks on suhteliselt nõrk alalispinge nagu näiteks termopaar, mis sõltuvalt temperatuurist ja materjali valikust arendab pinget 5‑50mV. Reeglina on selliste andurite signaalid ka väikesevõimsuselised ja nende kasutamiseks tuleb neid paratamatult võimendada.

Ribavõimendid
Ribavõimendi on ettenähtud mingi kitsa ja suhteliselt rangelt määratud sagedusvahemikus olevate signaalide võimendamiseks (joon.1.4) Sõltuvalt kasutusalast on see niinimetatud läbilaskeriba erinev ja ta võib olla nii madal- kui kõrgsageduspiirkonnas. Enamasti leiab selline võimendi kasutamist teatud sagedusega signaalide eraldamiseks ehk selekteerimiseks.
fm
fk
K
f
Δf
Joon.1.4
Võimendeid iseloomustatakse järgmiste parameetritega:

Võimendustegur,
- on suhtarv mis näitab mitu korda võimendi toimel väljundsignaali amplituud suureneb.
Eristatakse pingevõimendustegurit, vooluvõimendustegurit ja võimsusvõime
ndustegurit..
Ki = Ivälj / Isis, Ku = Uvälj / Usis, Kp = Pvälj / Psis.
Mitmeastmelise võimendi korral
Küld = K1 K2…Kn ,
kus K1…Kn on vawstavalt üksikute astmete võimendustegurid.
Peale suhtarvu võidakse väljendada võimendustegureid ka logaritmiliste ühikutes ehk detsibellides [dB ] ;
. Erandiks on võimsusvõimendustegur, mis .

Võimendatav sagedusriba ,
on signaali sageduste piirkond mille ulatuses võimendi arendab ettenähtud võimendust. Piirsagedusteks loetakse neid sagedusi (fm ja fk) millel võimendustegur on langenud 30% (joon.1.5) võimendusest keskmistel sagedustel (K0). Võimendatavat sagedusala nimetatakse ka läbilaskeribaks ja tähistatkse sageli B0,7.

Väljundvõimsus Pvälj,
on signaalisageduslik võimsus mida võimendi arendab tarbijal.
Väljundvõimsus võib olla antud kas kesk- või impulssvõimsusena.
Väljundparameetriteks võib olla ka väljundpinge või väljundvool.

Nominaal ehk nimisisendsignaal Usis; Psis.
on signaali pinge või võimsus mille juures võimendi on võimeline arendama tarbijal nõutavat pinget või võimsust. Tavaliselt on see signaali amplituudväärtus millele võimendi on arvutatud.
e) Sisendtakistus Rsis
on takistus, millega võimendi koormab signaaliallikat (joon.1.6). On soovitav , et võimendi sisendtakistus oleks võimalikult suur, sest mida suurem on sisendtakistus seda vähem koormab võimendi sisendsignaali allikat. Sisendtakistus moodustub mitmete tegurite koosmõjuna, millest määrav on kasutatava võimenduselemendi sisendtakistus s.t. kasutatav võimenduselemendi liik.

Väljundtakistus Rvälj
on võimendi väljundi kujuteldav sisetakistus (joon.1.6), sest kujuteldavalt on võimendi väljundis signaali sagedusega generaator , milline tekitab signaali sagedusega väljundsignaali ja väljundtakistus
on selle generaatori sisetakistus. On soovitav, et generaatori sisetakistus oleks võimalikult väike, sest mida väiksem on generaatori sisetakistus seda rohkem me võime generaatorit koormata ilma, et tekiks pingelangu sisetakistusel, millega kaasneb signaali kadu.
Elektrotehnikast on teada, et generaator arendab tarbijal maksimaalset võimsust siis kui tarbija takistus võrdub generaatori sisetakistusega ehk väljundtakistusega. Sellele niinimetatud sobitustingimusele tuleb elektroonikas pöörata sagedast tähelepanu, sest tegemist on nõrkade signaalidega ja on vaja, et need nõrgad signaalid kanduksid võimalikult kadudeta astmelt astmele.
1.2. Võimendamisel tekkivad moonutused
Võimendusprotsessis tekivad paratamatult signaali moonutused, kuid need ei tohi ületada lubatud piiri. Tekkivaid moonutusi on kahte liiki: lineaar - ehk sagedusmoonutused ja mittelineaar- moonutused.
Lineaarmoonutused tekivad lülituses leiduvate reaktiivelementide toimel, mille takistus sõltub sagedusest. Nendeks on kondensaatorid ja induktiivsused. Osa neist elementidest on lülitusse viidud kindlal eesmärgiga, osa aga tekivad parasiidselt (Nt: trafode puisteinduktiivsused või ahelate -vahelised parasiitmahtuvused). Selliste elementide toime tulemusena võimendatakse erineva sagedusega signaale erineval määral. See toime avaldub nii signaali amplituudi (joon.1.7), kui ka faasi muutustes (joon.1.8).
f
K
Joon.1.7
K=f(f)
Amplituudi muutused kajastuvad võimendusteguri sagedussõltuvuses ja seda sõltuvust nimetatakse amplituudi-sageduskarakteristikuks (joon.1.7). Faasimuutused kajastuvad faasi–sageduskarakteristikul(joon.1.8).
Inimkõrv ei taju faasimoonutusi ja seepärast ei ole helivõimendite puhul faasimoonutused olulised. Küll on need aga olulised automaat- reguleerimissüsteemi kuuluvatel võimenditel, kus sellised moonutused võivad oluliselt mõjutada süsteemi stabiilsust.
Sagedusmoonutuste määra iseloomustatakse võimendusteguri muutumisega piirsagedustel ja seda väljendatakse sagedusmoonutuste teguriga .
M = K0 /K,
kus K0
on võimendus kesksagedusel ja K võimendus piirsagedusel
Oluliseks tunnuseks on see, et sagedusmoonutuste toimel signaali kuju ei muutu (muutub signaali amplituud ja faas).
Mittelineaarmoonutustel aga vastupidi, moonutub signaali kuju ja selle põhjuseks on võimenduselementide mittelineaarsus. Kõik teadaolevad võimenduselemendid on vähemal või enamal määral mittelineaarsed, kusjuures see mittelineaarsus võib olla erinevatel töörežiimidel erinev.
Tunnusjoonte mittelineaarsuse tõttu võimendatakse signaali eri osi (erinevaid hetkväärtusi) erinevalt ja selle tulemusena muutub siinuseline signaal mittesiinuseliseks (joon.1.9).
Elektrotehnikast on teada, et mittesiinuselised pinged ja voolud (signaalid) on vaadeldavad harmooniliste (siinuseliste) signaalide summana. ja seega on mittelineaarmoonutuste tekkimine vaadeldav ka uute harmooniliste lisandumisega signaalile, ning nende hulk põhiharmoonilise suhtes ongi mittelineaarmoonutuste määraks. Mittelineaarmoonutuste hulka iseloomustatakse mittelineaarmoonutuste teguriga.
kus I1 – põhiharmoonilise (1.harmoonilise) amplituud;
I2 – teise harmoonilise amplituud jne.
Kvaliteetse heliülekande puhul ei lubata mittelineaarmoonutusi üle 1%, vähemkvaliteetsemal 3‑5%. Kõne ülekandel võidakse lubada moonutusi kuni 8%. Üle 10% moonutuste korral muutub ka kõne halvasti arusaadavaks.
1.3. Transistori kolm režiimi
Transistori kui võimendi ülesandeks on anda võimendatud signaal tarbijale ja see tarbija lülitatakse reeglina kollektorahelasse kus ta kujutab endast koormustakistust.
Sellist tööolukorda nimetatakse dünaamiliseks režiimiks kuna toimub kõikide voolude ja
pingete üheaegne muutumine ja see rezhiim lahendatakse grafoanalüütiliselt kandes transistori väljundtunnusjoontele koormussirge mille asend sõltub koormustakisti väärtusest ja toitepingest. Seejuures igale sisendvoolu väärtusele vastav režiim on määratud koormussirge ja baasivoolule vastava tunnusjoone lõikepunktiga (joon.1.10).
E/RC
IB
IB
IC
IC
IC
B
B
B
E
E
E
K
K
K
Joon.1.10
Toodust näeme, et kui baasi vool on null, on transistor praktiliselt suletud, sest teda läbib ainult väga väike kollektorsiirde algvool Ico, ning kollektori ja emitteri vaheline pinge võrdub praktiliselt toiteallika pingega. Selline režiim on koormussirge punktis A. Suurendades sisendvoolu, hakkab suurenema (algul mittelineaarselt, hiljem lineaarselt) ka kollektorvool, kuni punktini B millest alates sisendvoolu suurendamine enam kollektorvoolu suurenemist ei põhjusta. Selline režiim algab punktis B.
Toodust tulenebki kolm olulist transistori režiimi(joon.1.11).
Sulgerežiimis on transistori olek lähedane väljalülitatud lülitiga. Ainult selle erinevusega, et tarbijat läbiv vool ei ole rangelt võetuna null. Kuid enamikul juhtudes võime sellist olukorda lugeda tarbija väljalülitatud olukorraks.
Lineaar- ehk aktiivreziimi nimetatakse ka võimendusrežiimiks, sest selles režiimis on väljundvool ja pinge praktiliselt lineaarses sõltuvuses sisendvoolust ja pingest (vahemik punktist A punktini B). Ja seda kasutatakse võimendites.
Küllastusrezhiimis on aga transistori režiim lähedane lüliti sisselülitatud olukorrale, sest tarbijat läbiv vool on määratud koormustakistuse väärtusega kuna transistori sisetakistus on väga väike. Päris nulliks seda takistust lugeda ei saa, sest küllastus režiimis jääb kollektori ja emitteri vahele väike pingelang, mille väärtus sõltub transistori tüübist (mitte teda läbivast voolust ) ja mis on 0,1…1V. Toodust näeme, et transistori on võimalik kasutada lülitina, kuigi ta mõnevõrra erineb ideaalsest lülitist. Seejuures on tal ka rida eeliseid ja selleks on: kiire rakendumine ja kuluvate ning sädelevate kontaktide puudumine.
1.4 Transistor lüliti rezhiimis
Kui transistor töötab perioodiliselt kas küllastus- või sulgerežiimis, siis öeldakse, et transistor töötab lüliti-režiimis. See režiim on väga laialt levinud, sest paljudes kohtades vajatakse kontaktivabu lüliteid. Seejuures läbitakse suurima hajuvõimsusega aktiivrezhiimküllalt kiiresti, mille tulemusena transistori keskmine hajuvõimsus on lüliti rezhiimis väike.
Transistori sulgerežiimi viimiseks piisab enamasti sellest kui viia baasi ja emitteri vaheline pinge nulliks. Seejuures jääb umbes 0,5V varu, sest teatavasti avaneb ränitransistor kui baasi ja emitteri vaheline pinge ületab 0,5V. Kui mingil põhjusel vajatakse suuremat varu (häirekindluse tõstmiseks) siis antakse baasile kuni 1V negatiivset pinget.
Transistori viimiseks küllastusrežiimi tuleb anda baasile transistori küllastamiseks piisav vool, mille väärtus sõltub toitepingest, koormustakistusest ja kasutatava transistori vooluvõimendustegurist
Transistoride vooluvõimendustegurite väärtused on aga praktiliselt mõnevõrra hajuvad. Kui me arvutame küllastuseks vajaliku baasivoolu  keskmise väärtuse järgi, siis kui reaalne transistori  on sellest suurem, siis on see transistor arvutatud baasivoolu korral sügavas küllastuses. Minimaalse  korral aga ei ole transistor veel küllastunud. Selline olukord ei ole lubatav transistori kasutamisel lülitina, sest siis on vool tarbijas vajalikust väiksem, ning kollektori ja emitteri vaheline pinge suurem
Suureneb transistori hajuvõimsus, ning transistor võib üle kuumeneda. Sellise olukorra vältimiseks tuleb kõik küllastusrežiimi arvutused teha antud transistori minimaalse vooluvõimendusteguriga. Lisaks sellele soovitatakse täieliku küllastuse tagamiseks suurendada baasivoolu kuni 20% niinimetatud küllastustegur korda .
Teiselt poolt ei ole aga sügav küllastus soovitav, sest sügava küllastuse korral koguneb emitterist baasi suurel hulgal laengukandjaid. Kui transistori sulgemisel suletakse emittersiire, siis ei lakka sugugi koheselt kollektori vool, vaid see kestab veel teatud ajavahemiku baasi kogunenud laengukandjate arvel, ning transistori sulgumine sisendsignaali suhtes hilineb.Seejuures on see hilinemine seda suurem mida sügavamas küllastuses on transistor(joon.1.12).
Kui ajahetkel t1 anda transistori baasile küllastav pinge, siis hakkab transistori kollektori vool koheselt suurenema. Kusjuures see voolu suurenemine ei toimu hetkeliselt, vaid kiirusega mis on määratud kasutatava transistori sagedusomadustega. Transistori sulgemiseks ajahetkel t2 antakse baasile negatiivne pinge, kuid esialgu kollektori voolu muutust praktiliselt ei teki. Ning alles teatud ajavahemiku thil möödumisel, milline sõltub küllastuse määrast, hakkab vool vähenema kiirusega mis on määratud transistori sagedusomadustega.
Kõikide lülitirežiimis töötavate transistoride puhul on probleemiks transistori režiimis töötamine induktiivkoormuse korral. Kui me lülitame transistoriga aktiivtakistusliku koormuse, siis me liigume koormussirgel punkti A ja B vahel ilma igasuguseliste kõrvalekaldumisteta.
Kui aga lülitatav objekt on induktiivse iseloomuga, siis tekib selle koormuse klemmidel voolu muutuste korral emj mis liitub toitepingega ja transistori töörežiim muutub oluliselt. Voolu suurenemisel indutseeritakse emj milline püüab voolu suurenemist takistada.Tekkiva elektromotoorjõu polaarsus on selline ,et ta lahutub toitepingest ja töörežiim ei muutu enam mööda koormussirget AB vaid vastavalt alumisele ringile (joon.1.13). See režiim ei ole transistorile ohtlik. Kui aga hakkame transistori välja lülitama (sulgema), siis püüab emj säilitada tarbijat läbivat voolu, ning tema klemmidel indutseeritakse emj mis liitub toitepingega. See indutseeritud emj on praktiliselt võrdne toitepingega, ning selle tulemusena kollektoriahelas mõjub kahekordne pinge koos suure vooluga. See režiim võib olla transistorile ohtlik, kuna toimivad üheaegselt suur pinge ja vool.
Punktist A liigutakse tagasi paremalt ringiga , ahelaga ajakonstandiga määratud kiirusega. Selles reziimis võib tekkida kas transistori kollektorsiirde läbilöök või lubatava hajuvõimsuse ületamine.
Olukorda aitab leevendada koormusega paralleelselt lülitatav diood , mis lühistab koormuse klemmidel tekkiva emj transistori väljalülitamise režiimis. Sel juhul tööpunkt ei liigu mitte enam punkti C vaid punkti D kus mõjuv pinge on praktiliselt 2 korda väiksem. Kasutatav diood peab olema piisava voolu ja vastupingega ja vooluimpulsi vähendamiseks võib lülitada temaga järjestikku kuni 10  takistuse.
1.5 Väljatransistor lüliti rezhiimis
Peale bipolaartransistori püütakse järjest enam kasutada lülitirežiimis töötamiseks ka väljatransistore. Väljatransistorid on pingega tüüritavad elemendid ja sisendvoolu puudumise tõttu on nende kasutamisel tüüriva signaali võimsus märksa väiksem kui samavõimsal bipolaartransistoril.
Seni on piiranud väljatransistoride kasutamist lülitirežiimis, eriti suurte võimsuste puhul asjaolu, et väljatransistoril puudub tüüpiline küllastusrežiim, mille asemel on suurevooluline niinimetatud takistusrežiim (joon.1.15).Selles rezhiimis käitub transistor takistusena ja tema lätte ja neelu vaheline pingelang sõltub teda läbivast voolust ja on märksa suurem tavalise transistori vastavast emitteri ja kollektori vahelisest pingelangust.Võime kujutleda , et lüliti rezhiimi sisselülitatud olukorras jääb koormustakistusega järjestiku kanali takistus ja seetõttu sõltubki neelu ja lätte vaheline pinge transistori läbivast voolust Nimetatud põhjusel püütakse suurevooluliste väljatransistoride korral leida võimalusi kanali takistuse vähendamiseks, selleks otstarbeks kasutatakse indutseeritava kanaliga väljatransistore, kus on püütud tekitada võimalikult lühike voolu juhtiv kanal. Parimateks taolisteks transistorideks on D-MOSFET transistorid, mille kanali takistus võib olla 0,1 oomi ja vähem. See on eriti oluline suuremate voolude korral mitmesusgustes jõupooljuhtmuundites.
Samal eesmärgil kasutatakse ka IGBT transistore, mille sisendi omadused sarnased väljatransistori omadega, väljundi omadused aga bipolaartransistoriga. Tema kasutamisel lüliti rezhiimis töötavates seadmetes on nende kasutegur parem kui MOS transistoride kasutamisel
1.6. Transistori tööpunkti fikseerimine
Tööpunkti fikseerimine on vajalik selleks, et määrata võimendusastme alalisvoolurezhiim. See on eriti oluline just võimendi režiimis, sest tööpunkti fikseerimisega pannakse paika pinge ja voolu väärtused, millest alates signaali muutuste toimel hakkavad väljundvool ja väljundpinge muutuma . Tööpunkt valitakse arvestades signaali amplituudi nii, et signaali erinevatel hetkväärtustel ei tekiks transistori tüürimist ei küllastuse ega sulgerežiimi, millega kaasneksid mittelineaarmoonutused
Töörerzhiimi tagamiseks lineaarses rezhiimis (joon.1.16) valitakse esmalt väljundtunnusjoontelt kooskõlas sisendsignaali muutustega sobiv tööpiirkond ehk töökäik. See on punktist C punktini B. Sisendsignaali puudumisel on tööreziim määratud punktiga A ja lähtetööpunktiks see punkt A ongi. Seejuures “keelatud piirkonnad” algavad punktidest D ja E kus siis vastavalt tekib sulge - või küllastusrežiim. Kui võimalik, siis püütakse tööpunkt valida võimalikult madalale, sest lähtetööpunkti režiim määrab astme poolt tarbitava voolu. On ilmne, et väikeste signaalide puhul on soodne madal tööpunkt, suuremate puhul on aga vaja kasutada kõrgemat tööpunkt.
Tööpunkti võib fikseerida kahel viisil, kas andes transistori sisendisse sobiva väärtusega baasioolu või baasi ja emitteri vahele sobiva pinge(joon.1.17).
Esimesel juhul tuleb valida sobiva väärtusega baasitakistus, milline arvutatakse eeldusel, et emittersiirde takistus on piisavalt väike ja sel juhul
kus IBA – baasivool valitud tööpunktis.
Teisel juhul leitakse sisendtunnusjoontelt vajalik baasi ja emitterivaheline pinge, ning arvutatakse takistused R1 ja R2 sobiva suhtega, kusjuures Ipj>>IB. Viimane nõue tuleneb sellest, et kui need voolud on lähedased, siis hakkab baasipinge muutuma koos sisendvoolu muutustega.
Väljatransistori korral tuleb tööpunkt fikseerida alalispinge andmisega paisule, sest väljatransistor on pingega tüüritava element. Seejuures sõltuvalt kasutatava transistori tüübist võib vajalik tööpunkti määrav paisu ja lättevaheline pinge olla kas negatiivne või positiivne. Samuti sõltub eelpinge polaarsus kasutatava transistori kanali juhtivusest.
ÜB lülituse korral tuleb tagada, et emittersiire oleks pingestatud sobival määral pärisuunas ja kollektorsiire vastusuunas. N-P-N transistori korral peab seega emitter olema baasi suhtes pingestatud negatiivselt ja kollektor positiivselt. Selleks, etläbi saada ühe pingeallikaga, anname emitterile nullpotentsiaali ühendades ta läbi takistuse RE maaga ja anname baasile pingejaguri R1-R2
abil positiivse pinge. Vältimaks baasi pinge muutsi baasi voolu muutustest, ühendatakse paralleelselt takistusega R2 kondensaator (joon.1.18). Lähtetööpunktiks vajalik pinge leitakse transistori sisendtunnusjoonelt.
JFET (pn-nsiirdega) väljatransistor töötab teatavasti vaesustusreziimis ja ka formeeritud kanaliga F-MOS transistoril on enamkasutatav režiim vaesustusrežiim. Sellise reziimi saamiseks tuleb n-kanaliga transistori paisul anda lätte suhtes negatiivne pinge.
Paisu muutmiseks vajalikul määral lätte suhtes negatiivsemaks võiksime kasutada täiendavat alalispinge allikat, kuid see muudaks lülituse keerukaks. Enamlevinud on võte, kus paisule antakse null pinge (joon.1.19), ühendades ta läbi takistuse maaga, ja seejärel muudame pingelangu abil takistusel RS lätte vajalikul määral positiivsemaks .
Vältimaks takistusel RS pingelangu signaalisagedusel, lülitatakse takistusega paralleelselt kondensaator CS, mille kaudu hakkab kulgema vahelduvvooluline signaal. Takistus RG ühendab
paisu maaga., võimaldades samal ajal sinna kogunenud laengute pääsu maha enne kui need võiksid hakata mõjutama paisu potentsiaali.
Takistus RG jääb paralleelselt sisendklemmidega ja ta määrab astme sisendtakistuse. Praktiliselt valitakse see takistus kusagil 10 M ringis tagades piisavalt suure sisendtakistuse ja samal ajal ka vaba pääsu elektronidele paisult maha.
F-MOS transistor (indutseerkanaliga väljatransistor) võib teatavasti töötada mõlema polaarsusega sisendpingega st. nii vaesustus, kui rikastusreziimis ja sellest tulenevalt kasutatakse mõnikord ka nulleelpinget (joon.1.20) mis on samuti võimalik, positiivset eelpinget ei kasutata, kuna selline reziim on ebaökonoomne.
I-MOS transistoridel (indutseerkanaliga väljatransistoridel), mille võimalik töörežiim on ainult rikastusrežiimis, on vaja anda paisule sobiva suurusega positiivne eelpinge ja selleks on kõige lihtsam kasutada sisendis pingejagurit (joon.1.21).
1.7. Transistori tööpunkti stabiliseerimine
Transistori fikseeritud tööpunkt vajab ka stabiliseerimist ja seda eelkõige bipolaartransistoride kasutamisel, sest temperatuuri muutumisel muutub transistori tunnusjoonte asend (joon.1.22).
Tunnusjoonte nihkumisel temperatuuri muutumisel liigub tööpunkt temperatuuri tõustes ülespoole punktist A punkti A1 ja temperatuuri langedes allapoole. Selline tööpunkti nihkumine põhjustab võimendusteguri muutumise ja suuremate sisendsignaalide korral võib juhtuda ka, et transistor tüüritakse kas sulge- või küllastusrežiimi, millega kaasnevad signaali moonutused. Kirjeldatud nähtuse vältimiseks on vaja automaatselt järele reguleerida tööpunkti nii, et temperatuuri muutumisel jääks tööpunkt paigale. Sisuliselt tähendab see, et temperatuuri tõustes on vaja baasivoolu vähendada, temperatuuri langedes aga suurendada. Selliseks kompensatsiooniks on 2 võimalust.

kas kasutada termotundlikke elemente või

kasutada alalisvoolulist tagasisidet.
Temperatuuritundlike elementidena võib kasutada termistore. Termistor lülitatakse pingejaguri
alumisse õlga (joon.1.23 a). Temperatuuri tõustes väheneb termistori takistus, väheneb baasi ja emitteri vaheline pinge ja tulemusena nihkub tööpunkt allapoole
Termistori asemel võib kasutada ka pärisuunas töötavaid dioode (joon.1.23 c).
Dioodi kasutamine tööpunkti stabiliseerimiseks põhineb sellel, et dioodi pärisuuna pingelang sõltub temperatuurist (joon. 1.23 b). Temperatuuri tõustes pingelang väheneb, temperatuuri langedes suureneb.Vastavalt sellele muutub ka baasi ja emitteri vaheline pinge ja baasi vool.
Väga laialt on levinud nn. emitterkomplekti kasutamine (joon.1.24).
Toodud skeemilt ja baasivoolu valemist selgub , et temperatuuri muutumisel muutub kollektorivool, põhjustades pingelangu U muutuse, see aga omakorda baasivoolu muutuse. Kui temperatuuri tõustes suureneb kollektorivool siis suureneb U, ning väheneb baasivoolu põhjustav pinge, järelikult väheneb baasivool
Temperatuuri langedes on toime vastupidine . Sama võtet võidakse kasutada ka baasipinget fikseerivas lülituses (joon.1.25).
Toodud kompensatsiooni nimetatakse emitterkompensatsiooniks, sest ta tekib emittertakistuse kasutamisega. Vältimaks signaalisagedusega pingelangu lülitatakse takistiga paralleelselt sobiva suurusega kondensaator, mille kaudu kulgeb vahelduvvsignaal emittertakistusel pingelangu tekitamata.Vaadeldav stabilisatsioon ei anna täielikku kompensatsiooni, küll aga vähendab tööpunkti nihkumist ja tavaliselt sellest piisab.
Emmiterkompensatsioon toimib ka transistoride vahetamisel, kui uue transistori vooluvõimendustegur erineb vahetatud transistori vooluvõimendustegurist Olgu uue transistori vooluvõimendustegur suurem.Sel juhul on sama baasivoolu korral nüüd kollektorvool suurem ja see on samaväärne tunnusjoonte nihkumisega ülespoole ning emmiterkompensatsiooni toimel vähendatakse baasivoolu
1.8 Mitmeastmelised võimendid
Enamasti ei piisa võimendis ühest astmest , vaid vajaliku võimendusteguri saamiseks tuleb lülitada mitu astet järjestikku. Seejuures tuntakse erineva sidestusviisiga mitmeastmelisi võimendeid.
1.8.1. RC sidestus
On enamlevinumaks sidestuseks (joon.1.26) kus, signaal juhitakse ühest astmest teise RC ahela kaudu, milline laseb läbi vahelduvpingelise signaali, kuid ei lase läbi alalispinget, eraldades selliselt astmed teineteisest alalisvooluliselt. Astmete alalisvooluline eraldamine võimaldab sõltumatult fikseerida tööpunkt igas astmes eraldi.
Uvälj
Sidestusahelana toimiva RC ahela takistuseks on järgneva transistori sisendtakistus koos temaga paralleelselt jäävate tööpunkti fikseerimise takistustega. Mahtuvuseks C aga on spetsiaalselt selleks skeemi lisatud sidestuskondensaator.
See kondensaator on selleks elemendiks mis määrab vaadeldava võimendi alumise sageduspiiri. Mida madalam sagedus seda suurem on mahtuvustakistus Xc ja seda suurem kondensaatoril tekkiv signaalisagedusega pingelang, seega mida suurema mahtuvusega on sidestuskondensaatorid, seda madalam on võimendi alumine sageduspiir. Praktiliselt mõjutab sageduspiiri ka ahela takistus , täpsemalt tema suhe sidekondensaatori mahtuvustakistusega, kuid kuna need takistused on praktiliselt määratud juba tööpunkti valikuga, siis saame alumist sageduspiiri mõjutada ainult sidekondensaatori valikuga. Võimendi ülemise sageduspiiri määravad kasutatava transistori sagedusomadused (täpsemalt f ja fT). Kuna vaadeldud RC ahela takistused on küllaltki väikesed (k-des), siis on kasutatavate sidekondensaatorite mahtuvused suhteliselt suured.
Kasutades väljatransistore (joon.1.27), mida sageli tehakse sisendastmetes, on astma sisendtakistus tuhandeid kordi suurem ja sellest tulenevalt on seal ka valik sidestuskondensaatori mahtuvus vastavalt tuhandeid kordi väiksem
1.8.2.Otsene sidestus
Otsese sidestuse korral (joon.1.28) on sidestusahel ära jäetud ja ühendatud eelmise astme kollektor vahetult järgmise astme baasiga. Sellise ühendamise korral on oht, et kui eelmise astme kollektorpinge on küllalt kõrge, siis tema toimel järgmise astme transistori baasile võib see minna küllastusse ja võimendi lakkab võimendamast. Kui aga eelmise astme kollektor pinge on sobivalt madal, siis võib selline võimendi töötada. Seejuures ilmnevad eelised:
1) elemente on vähem
2) sagedusmoonutused on väiksemad , kuna sidestuskondensaatoreid on vähem
Eripäraks on see, et esimese astme tööpunkti fikseerimine, mis määrab esimese astme kollektorpinge alaliskomponendi, paneb paika ka teise astme tööpunkti. Peale selle, kõikvõimalikud tööpunkti mittestabiilsused esimeses astmes kanduvad võimendatult edasi ja seepärast tuleb esimese astme tööpunkt võimalikult rangelt stabiliseerida. Nagu juba nimetatud, peab lähtetööpunkt olema kõrge, et vältida liiga kõrget kollektorpinge alalikomponenti.
See asjaolu muudab voolutarbe seisukohalt otsese sidestuses võimendi väheökonoomseks, sest toiteallikast tarbitav vool on suur. Sellest saab üle kui kasutada vaheldumisi n-p-n ja p-n-p transistore (joon.1.29).
Sellises lülituses on võimalik kasutada esimeses astmes madalat lähtetööpunkti, kuna tööpunkti määravaks pingeks ei ole mitte kollektori ja emitteri vaheline pinge, vaid kollektortakisti pingelang, milline on madala tööpunkti puhul väike.
Teiseks võimaluseks on kasutada sidestuselemendina ränidioode (joon.1.30), mille tunnusjoone pärisuuna kujust tulenevalt, on dioodi alalispingelang tunduvalt suurem kui vahelduvpingelang ja lülitades kollektori ja baasi vahele 2 ränidioodi on nende alalispingelang 1,3…1,4 Volti , vahelduvpingelang aga ainult mõni kümnendik volti. Eriti laialt on see võte levinud mikroelektroonikas.
Praktiliseks probleemiks otsesesidestuse võimenditel on ikkagi stabiilsus, sest esinevad mittestabiilsused võimendatakse järgnevates astmes. Sel põhjusel ei ühendata praktiliselt otseses sidestuses enamat kui 3…4 astet, samal ajal on aga otsese sidestuse võimendi praktiliselt ainsaks võimaluseks mikroskeemidena teostatud võimendites, sest integralllülituste sisse pole võimalik tekitada suuremahtuvuslisi kondensaatoreid. Nende lisamine väljastpoolt on aga tülikas.
1.8.3. Trafosidestus.
Kolmandaks võimaluseks on kasutada trafosidestust (joon.1.31), sest trafo nagu kondensaatorgi, ei lase alaliskomponenti läbi. Trafol on ka eelis, nimelt on võimalik trafo ülekandeteguri valikuga teostada erinevate väljund ja sisendtakistuste sobitamist , mis tagab optimaalse signaali võimsuse ülekandmise .ühest astmest teise. Samal ajal on aga trafo küllalt kallis ja tülikas element, nii et seda võimalust kasutatakse ainult neil juhtudel kui on vaja tagada maksimaalne signaali võimsuse ülekandmine .
1.9. Lõppvõimendid
Lõppvõimendite erinevuseks eelvõimenditest on see, et nad töötavad mitte kollektor takistusele, vaid reaalsele koormusele, mis on samuti vaadeldav elektrilise takistusena. Seejuures on lõppvõimendi ülesandeks arendada tarbijas maksimaalset signaalisageduslikku võimsust. Selle nõude täitmine on aga võimalik ainult sel juhul, kui võimendi väljundtakistus ja tarbija takistused on sobitatud . Nimetatud nõude täitmine ei olegi nii lihtne, sest astme väljundtakistus oleneb transistori tüübist (tema võimsusest) ja on reaalselt mõnekümnest -ist mõnesaja -ini. Reaalne koormustakistus sõltub tarbijast ja on vahemikus mõnest -ist tuhandete -ideni (valjuhääldi takistus 2-.30 .; relee mähise takistus 3-4k). Seega on sobitatud režiimi võimalik saada ilma trafo abita vaid erandjuhtudel. Selleks, et tagada sobitus kõikvõimalikel koormustakistustel on ideaalseks võimaluseks kasutada väljundis sobitustrafot.
1.9.1. Trafosidestus lõppvõimendi
Trafosidestuse korral (joon.1.32) kandub koormustakistus primaarpoolele niinimetatud ülekandetakistusena mille väärtus sõltub trafo ülekandetegurist
kus n on trafo ülekandetegur.
. Kui meil koormustakistus on astme väljundtakistusest väiksem, tuleb kasutada pinget vähendavat
trafot, kui suurem, siis pinget tõstvat trafot. Seejuures astme analüüsiks tuleb dünaamilistel tunnusjoontel arvestada ülekandetakistusega, kusjuures erinevuseks on see, et reaalselt kollektori
ahelas takistus puudub ja signaali puudumisel on transistori töörežiim määratud baasivoolu ja toitepingega (punkt A joon.1.33).
Kui signaali toimel hakkab muutuma kollektori vool, siis indutseeritakse trafo mähistel emj, mille polaarsus muutub koos voolu muutustega ja kollektori ja emitteri vaheline pinge muutub nii, et nimetatud emj kord liitub, kord lahutub toiteallika pingegest.Seetõttu: trafosidestus võimendusastmes kollektori ja emitteri vaheline pinge võib olla suurem toitepingest. Kui taolisel võimendil tekib tarbija poolel katkestus ( tähendab Rt võrdub lõpmatusega), siis pöörab koormussirge horisontaalseks, ning signaali negatiivsel poolperioodis indutseeritakse primaarahelas väga kõrge emj, milline liitudes toiteallika pingega võib põhjustada nii lõppastme transistori, kui ka väljundtrafo läbilöögi.
Vaadeldud lõppvõimendi puuduseks on suhteliselt madal kasutegur, mis ei ületa reeglina 30%-i, ka töötab väljundtrafo alalisvoolulise eelmagneetimisega, mille põhjustab kollektorvoolu alaliskomponent ja see eelmagneetimine halvendab trafo magnetahela tööd ja selle kompenseerimiseks tuleb trafo südamik valida suurem. Tulemusena kasutatakse selliseid lihtsaid lõppvõimendi lülitusi ainult mõnevatiste väljundvõimsuste korral.
1.9.2. Vastastaktlülituses lõppvõimendi
Vastastaktlülituse põhimõte seisneb selles, et signaali erinevad poolperioodid võimendatakse erinevate transistoride poolt, ning eri transistoride poolt võimendatud signaali poolperioodid liidetakse kokku väljundtrafos nii, et tarbija saab normaalse signaali.
Põhiliseks erinevuseks tavalise lõppvõimendiga on see, et transistori lähtetööpunkt valitakse siin sulgerežiimi piirile (või selle lähedale). Selle tulemusena väheneb tunduvalt tarbitav vool ja suureneb astme kasutegur. Sisendtrafo (joon.1.34) või faasipöördelülituse poolt tehakse sisendsignaalist 2 võrdset, kuid vastasfaasis signaali, millest üks antakse ühele, teine teisele transistorile. Selle tulemusena hakkavad transistorid tööle korda mööda. Kui sisendsignaali esimesel poolperioodil mõjub positiivne signaal transistori VT1 baasil ja läbi selle transistori kulgeb kollektori vool, siis samal ajal on VT2 baasil signaali negatiivne poolperiood , ning ta on suletud. Järgmisel poolperioodil transistoride režiimid vahetuvad, s.t. VT1 on suletud ja VT2 võimendab signaali. Eri transistoride kollektori voolud põhjustavad väljundtrafos erisuunalisi magnetvooge ja seetõttu saadakse tarbijal normaalne vahelduvsignaal.
On ilmne, et selline lülitus töötab hästi ainult sel juhul, kui lülituse mõlemad õlad on samasuguste omadustega, nii et signaali mõlemaid poolperioode võimendatakse võrdselt. Selleks peab mõlemal transistoril
h21E1 = h21E2 ja Ico1=Ico2.
Peale transistori omaduste võrdsuse peavad olema ka väljund- ja sisend -trafo võimalikult sümmeetriliselt valmistatud. Vastastaktlülituse põhieelis tuleneb madalast lähte -tööpunktist ja väiksemast tarbitavast voolust. Seetõttu suureneb kasutegur 70%-ini. Peale selle on sama väljundvõimsuse korral võimalik kasutada väiksemavõimsuselisi transistore (tõsi neid läheb 2 tükki). Täiendavaks eeliseks on see, et võimenduselementide mittelineaarsuse toimel tekkivad teised harmoonilised, mis avalduvad kollektorvoolus, tekitavad väljundtrafos vastassuunalisi magnetvoogusid, mis kompenseerivad teineteist ja seetõttu kaob signaali teine harmooniline ja mittelineaarmoonutused on väiksemad.
Kuna trafod on tülikad ja kallid elemendid, siis püütakse läbi saada ilma trafodeta. Sisendtrafot on võimalik asendada elektroonikalülitusega mida nimetatakse faasipöördelülituseks. Väljundtrafost on võimalik loobuda ainult siis, kui kasutatavate transistoride väljundtakistus ja koormustakistus on lähedased. Praktiliselt on see võimalik heliseadmetes, kui koormustakistuseks on 8  valjuhääldi.
Kui kasutada kahte toiteallikat ja kujundada skeem natuke ringi nii, et VT1-el vahetada toiteallika ja koormustakistuse kohad (joon.1.35), siis tekib olukord kus eri transistoride voolud tekitavad koormustakistuses erisuunalisi voole. Ja kui eeldada, et eri transistorid võimendavad signaali erinevaid poolperioode, siis saamegi tarbijas voolu signaali mõlemal poolperioodil. Lülituse puuduseks on vajadus kahe toiteallika järele.
On võimalik läbi ajada ka ühe toiteallikaga, kui kasutada joon.1.36 toodud lülitust .
Sisendsignaali esimesel poolperioodil saab positiivse poolperioodi VT1 baas, transistor avaneb ja kollektor vool kulgeb joonisel näidatud suunas. Selle kollektori voolu toimel toimub ka kondensaator C laadimine ja kui järgmisel poolperioodil transistor VT1 suletakse ja VT2 avatakse, siis eelmisel poolperioodil laetud kondensaator hakkab nüüd toimima pingeallikana ja tekkib normaalne kollektori vool, milline läbib tarbijat eelmise poolperioodiga võrreldes vastassuunas , see tähendab, saame tarbijal normaalse vahelduvvoolulise signaali. Kasutatav kondensaator peab olema piisavalt suur mahtuvusega, vähemalt 500F või suurem. Kui kondensaatori mahtuvus ei ole piisav, tekivad madalal sagedusel mittelineaarmoonutused, sest kui poolperiood on pikk, siis ei suuda kondensaator hoida pinget ja pinge hakkab poolperioodi keskel langema, ning selle tulemusena ei jälgi ka väljundvool enam sisendsignaali kuju.
Kasutades vastastaktlülituses üheaegselt n-p-n ja p-n-p transistore, kaob vajadus sisendtrafo ja faasipöördelülituse järele, sest kui n-p-n transistori baasil toimib sisendsignaali positiivne poolperiood on transistor avatud. Samal ajal see poolperiood on aga p-n-p transistorile sulgevaks ja signaali eri poolperioodide toime jaotub automaatselt transistoride vahel. Taolised lülitused on toodud joon.1.37.
1.9.3. Integraalsed lõppvõimendid
Kaasajal valmistatakse helisagedusvõimendite lõppastmed väljundvõimsustele kuni 30 W integraallülitustena. Peale lõppastme sisaldavad nad ka veel eelvõimendi ja mõnikord ka faasipöördelülituse nii, et nende sisendisse võib anda vahetult tuuneri , magnetofoni või plaadimängija signaali. Mikrofoni kasutamiseks tuleb aga lisada veel täiendav mikrofonivõimendi. Joon.1.38 on toodud näitena kahekanalilise võimendi TDA2005 ühendamise skeem. Nimetatud võimendi väljundvõimsuseks on 2x10 W. Taoliste võimendite kasutamisel tuleb hoolega jälgida kasutusjuhendeid, kuna suuremate väljunvõimsuste korral tuleb nad jahutamiseks kindlasti paigutada radiaatorile.
1.10. Tagasiside võimendites.
1.10.1. Tagasiside liigid ja nende toime võimendi omadustele
Tagasisideks nimetatakse sellist võimendi töörežiimi, kus osa väljundpingest juhitakse tagasisideahela kaudu tagasi sisendisse nagu näidatud joon.1.39.
Kui tagasisidepinge on sisendsignaaliga samas faasi (liituvad), siis on tegemist positiivse tagasisidega . Kui vastasfaasis (lahutuvad), siis on tegemist negatiivse tagasisidega. Lisaks sellele põhiliigitusele liigitatakse tagasisidet järjestikuliseks ja paralleelseks, see tähendab, kas tagasisidepinge ja sisendpinge liituvad sisendis kas järjestikuliselt (joon.1.39) või paralleelselt (joon.1.40) ja pinge ja voolutagasisdeks
Sõltuvalt sellest kas skeemitehnilisest lahendusest tulenevalt on tagasisdepinge värdeline väljundpingega (joon.1.40) või võrdeline väljundvooluga (joon.1.41).
Peale toodud liigituse liigitatakse veel tagasisidet tahtlikuks ja parasiitseks. Tahtlik tagasiside on loodud seadme projekteerimisel, eesmärgiga mõjutada soovikohaselt võimendi omadusi. Parasiitne tagasiside tekib seadmeis vastu soovile, parasiitahelate kaudu, milleks võivad olla ahelatevahelised parasiitmahtuvused, trafode puisteinduktiivsused ja toiteallika sisetakistus. Parasiitne tagasiside mõjutab samuti võimendi omadusi, kuid see võib sageli olla ettenägematu ja ebasoovitava suunaga, kuna ta avaldub ja ilmneb alles seadme valmimisel.
Tagasiside kasutuse eesmärgiks on üldiselt võimendi omaduste muutmine vastavalt soovile. Vaatame tema toimet võimendi võimendustegurile . Negatiivse tagasiside korral:
ehk
jagame mõlemad pooled U'sis ja saame , sest –tagasiside tegur. Tulemusest näeme, et negatiivse tagasiside korral võimendustegur väheneb.
Positiivse tagasiside korral
ja seega võimendustegur suureneb.
Vaatamata sellele, et võimendus negatiivse tagasiside korral väheneb, on just põhiliseks kasutatavaks tagasiside liigiks negatiivne tagasiside, sest vaatamata võimendusteguri vähenemisele kõik kvaliteedinäitajad paranevad. Nii näiteks vähenevad mittelineaarmoonutused ja lineaarmoonutused ( laieneb võimendatav sagedusriba), suureneb sisendtakistus ja paraneb võimendusteguri stabiilsus. Väga laialdaselt kasutatakse negatiivset tagasiside just mittelineaarmoonutuste vähendamiseks. Sel puhul haaratakse negatiivse tagasisidega just lõppaste või kaks viimast astet. Mittelineaarmoonutuste vähenemine seal on lihtsalt seletatav. Tagasiside ahelast tulnud harmoonilised, kui mittelineaarsus produktid, satuvad sisendis samade harmoonilistega vastufaasi ja kompenseerivad teineteist. Võimenduse langus negatiivse tagasiside korral aga kompenseeritakse võimenduse suurendamisega eelvõimendis, kuna seal väikese signaali amplituudi tõttu praktiliselt mittelineaarmoonutusi ei teki.
Negatiivse tagasiside korral on teatavastitagsisidepinge sisendpingega vastufaasis, selle toimel väheneb sisendpinge tagasisisdestamata võimendi klemmidel ja kui väheneb sisendpinge, väheneb ka sisendvool ja see on samaväärne sisendtakistuse suurenemidega.
Kui suureneb mingil põhjusel väljunvool, siis põhjustab see pingelangu suurenemise väljundtakistusel ja väljundoinge väheneb. Väljundpinge vähenemisel väheneb ka tagasisidepinge ja nüüd suureneb tagasisdestamata võimendi sisendpinge ning suureneb väljundvool, mis on samaväärne välundtakistuse vähenemisega.
Positiivse tagasisde korral võimendustegur suureneb. Juhul kui 1-K läheneb ühele, muutub võimendu lõpmata suureks. Sellist tagasisidet nimetatakse kriitiliseks tagasisideks, ta leiab kasutamist generaatorites, sest taolises rezhiimis hakkab võimendi arendama väljundpinget ilma sisendpingeta.
1.10.2. Tagasiside lülitused
Lihtsaima negatiivse tagasiside lülituse saame, kui jätta ära emittertakistusega paralleelselt olev kondensaator (joon.1.42).
Emittertakistusel tekkiv pingelang on võrdeline väljundvooluga ja seega samas faasis sisendpingega. Ta jääb järjestikku sisendpingega ja vähendab vastavalt tegelikku baasi ja emitteri vahelist sisendpinget.
Vaadeldav tagasiside on seega negatiivne tagasiside, ta on järjestikune tagasiside, kuna tagasiside pinge on sisendsignaali suhtes järjestikku ja ta on niinimetatud voolu tagasiside, kuna tagasisidepinge on võrdeline väljundvooluga.
Paralleelse pingetagasiside saame, kui juhime astme väljundpinge, s.o.kollektorilt võetava pinge pingejaguri R1, R2 kaudu tagasi transistori baasile (joon.1.43). Seejuures tekkiv tagasiside on negatiivne tagasiside, sest võimendusaste pöörab signaali 180. See tagasiside on paralleelne tagasiside, kuna sisendsignaali ja tagasiside on teineteise suhtes paralleelselt. Tagasiside tugevus sõltub vaadeldaval juhul takistuse R1 ja R2 suhtest.
Sageli haaratakse tagasisidega rohkem kui üks aste (joon.1.44).
Mitut astet haaravate tagasiside tekitamisel tuleb hoolega jälgida signaali faasi suhteid, sest iga astme pöörab signaali faasi 180. Vaadeldaval juhul saadakse tagasiside signaal teise astme emitteri takistuselt, milline juhitakse takistuse Rts kaudu esimese astme baasile.
Vaadeldav tagasiside pinge on sisendpinge suhtes pööratud 180 (esimene aste pöörab 180 ja teise astme emitterilt võetud signaali faasinihe võrdub 0). Järelikult saame vaadeldaval juhul negatiivse tagasiside.
1.10.3. Emitterjärgur
Emitterjärgur (joon.1.45) on sajaprotsenilise tagasisidega võimendusaste, kus kogu emittertakistusel tekkiv väljundpinge antakse tagasi sisendisse. Sellest tulenevad ka taolise võimendusastme omadused: tal on suur sisendtakistus, väike välundtakistus ja ta ei arenda pingevõimendust (Ku = 1).
Täpsemalt, tema välundpinge on 0,6 V võrra sisendpingest väiksem (emittersiirde pingelangu võrra),
Rsis = h11e +h21e RE ja
Rvälj = h11e + Ri / h21e,
kus Ri
on signaaliallika sisetakistus.
Tänu oma omadustele, kasutatakse emitterjärgurit sobitusastmena, suure väljundtakistusega võimendusastme ja väikese koormustakistuse või väikese sisendtakistusega võimendusastme vahel.
Sisendtakistuse reaalsks väärtuseks väikesevõimsuslistel transistoridel on kuni 100 k ja väljundtakistuseks 30…100 sõltuvalt lülituselementide parameetritest.
Tööpunkti fikseerimiseks onlihtsaim ja sobivaim kasutada baasi pinge fikseerimise lülitust. Enamasti valitakse takistused R1 = R2
nii, et lähtetööpunktis on emittertakistusel pingeks umbes ½ E ja saame suurima võimaliku tüürimisulatuse, Väiksemate sisendpigete korral võib valida lähtetööpunkti ka allapoole. Kuna trnsistori sisendtakistus vaadeldavas lülituses on kõrge, võivad takistused R1- R2
olla küllaltki suured (kuni 100 k ) ilma ,et oleks karta astme sisendtakistuse olulist vähenemist nende toime tulemusel.
1.10.4. Parasiitne tagasiside
Parasiittagasisidest on kõige olulisem tagasiside milline tekib siis kui ühisest toiteallikast toidetakse mitut võimendusastet (joon.1.46).
Joon.1.46
Kui väikeseks me ei püüaks ka teha toiteallika sisetakistust, on ta reaalselt olemas (kas või mõni sajandik oomi) ja kuna viimase astme vool on alati kõige suurem, siis tekib sellest voolust sisetakistusel signaali sagedusega pingelang, mis on vaadeldav tagasiside pingena ja see kandub ühise toitejuhtme kaudu kõikidesse astmetesse. Seejuures on olulisemad just kollektorahelate kaudu tekkivad tagasiside ahelad, kuna kollektortakistused on väiksemad kui baasitakistused. Tagasiside ahel TS1 osutub mittekriitiliseks, sest tema poolt tekitatud tagasiside on negatiivne (kolmas aste pöörab signaali 180), tagasiside TS2 on aga kriitiline, sest seal on faasinihe 2*180, see on 0 ja tekkiv tagasiside on positiivne. Ka on seal signaal tagasisidesignaaliga võrreldes palju väiksem ja on oht, et tekib kriitiline tagasiside, ning võimendi läheb võnkuma. Toodust nähtub, et positiivse tagasiside oht tekib siis kui meil on ühisest toiteallikast toidetakse 3 või enam astet. Parasiitse tagasiside likvideerimiseks ühendatakse teisest astmest ettepoole minevasse toitesse niinimetatud lahtisidestusfilter (joon.1.47).
Olulisemaks elemendiks selles filtris on kondensaator Cf, mis juhib tagasisidesignaali maha. See tähendab, vahelduvpingeline signaal toiteahelates lühistatakse. Sellele aitab kaasa ka kondensaatoriga järjestikku olev takistus, sest kui meil on RC järjestiklülitus, kus mahtuvustakistus vaadeldavale sagedusele on piisavalt väike,
tekib küllalt suur selle sagedusega pingelang takistusel Rf . Sellise filtri sisseviimisega kaasneb esimeste astmete toitepinge vähenemine, sest filtri takistusel tekkib paratamatult ka alalispingeline pingelang. See toitepinge vähenemine ei ole probleemiks, sest esimesed astmed kus signaali amplituud on väike, ei vajagi nii kõrget toitepinget.
Teiseks võimaluseks tagasiside vältimiseks on kasutada lõppastmele eraldi toiteallikat.
Kirjeldatud tagasiside toiteallika kaudu esineb ka digitaaltehnika skeemides. Sealseks eripäraks on see, et tarbitavad voolud on impulsilise iseloomuga, kuna loogikalülitused tarbivad suurimat voolu just ümberlülitumise hetkel. Selle tõttu levib toiteahelatesse ja sealt kaudu ka sisenditesse negatiivsed nõelimpulsse, mis võivad põhjustada loogika vale rakendumist (joon.1.48).
Selle nähtuse vältimiseks ühendatakse loogikaplaatide toiteahelatesse teatud vahekauguste järel kondensaatorite paarid (joon.1.49), mis koosnevad ühest elektrolüütkondensaatorist ja temaga paralleelselt olevast keraamilisest kondensaatorist Samuti soovitatakse ühendada iga mikrolülituse toite klemmiga üks keraamiline kondensaator mahtuvusega vähemalt 1μF.
Kahe kondensaatori kooskasutamise mõte on selles, et elektrolüütkondensaator, mille mahtuvus on umbes 100F, hoiab pinget aeglasemate voolumuutuste korral, kuid tingituna tema suurest induktiivsusest ei reageeri ta lühikestele voolumuutustele. Keraamiline kondensaator (umbes 1F), mis on väikese induktiivsusega ja seetõttu reageerib just nendele. Samuti soovitatakse ühendada iga integraallülituse toitejalaga samuti keraamiline kondensaator mahruvusega vähemalt 1 F.
Parasiitne tagasiside võib tekkida ka parasiitmahtuvuste ja puistemagnetvoogude toimel.
Kui väljund- ja sisendahelad on lähestikku, siis võib osa väljundsignaalist kanduda parasiitmahtuvuse kaudu sisendisse (joon.1.50) ja tekitada tagasiside. Selle vältimiseks on kaks võimalust:
1) paigutada sisend ja väljund ahelad teineteisest võimalikult kaugele
2) varjestada sisendahelad.
Varjestamise mõte seisneb selles, et kui kahe ahela vahel esineb mahtuvus, siis nende ahelate vahele pannakse hästijuhtivast materjalist maandatud varje ehk ekraan .
Varje kasutamise tulemusena asendub kahe ahela vaheline mahtuvus, kahe mahtuvusega maa suhtes (joon.1.51) ja neid mahtuvusi läbiv vool ei kulge enam ühest ahelast teise vaid maha.
Tagasiside puistemagnetväljade toimel võib esineda ainult võimsate väljund trafode korral ja parim vahend selle tagasiside vältimiseks on väljundtrafodele sobivama asendi leidmine. Aitab ka varjestamine , kusjuures kasutatavad varjed peavad olema kas suure magnetjuhtivusega materjalist, mille toimel puistemagnetvoog juhitakse kriitilistest ahelatest eemale või suure elektrijuhtivusega materjalist, milles puistemagnetvoog indutseerib pöörisvoolud ja need omakorda tekitavad magnetvoo, mis on suunatud teda tekitavale magnetvoole vastu ja kompenseerib selle. Magnetvarjeid kasutatakse madalsageduslike puistemagnetvoogude kõrvaldamiseks, suure juhtivusega varjeid aga kõrgete sagedustega magnetvoogude kõrvaldamiseks.