Įvadas
Elektronikoje ir signalų apdorojime ribinis pralaidumo dažnis yra esminis parametras, apibūdinantis sistemos gebėjimą perduoti signalus tam tikrame dažnių diapazone. Šiame straipsnyje išsamiai aptarsime ribinio pralaidumo dažnio sąvoką, jo svarbą, nustatymo metodus ir praktinius pritaikymus.
Kas yra ribinis pralaidumo dažnis?
Ribinis pralaidumo dažnis (frib) - tai dažnis, ties kuriuo signalo galia sumažėja perpus, palyginti su galia pralaidumo juostos viduryje. Tai dažnis, ties kuriuo signalo amplitudė sumažėja iki 1/√2 (maždaug 70,7%) maksimalios vertės. Dažniausiai nurodomas Hercais (Hz).
Ribinio dažnio nustatymas
Ribinis dažnis dažnai nustatomas pagal dažninę amplitudinę charakteristiką (DACh). DACh grafiškai pavaizduoja sistemos perdavimo koeficientą (dažniausiai decibelais, dB) priklausomai nuo dažnio. Ribinis dažnis atitinka tašką DACh grafike, kuriame perdavimo koeficientas yra 3 dB mažesnis nei maksimalus perdavimo koeficientas.
Kodėl ribinis pralaidumo dažnis yra svarbus?
Ribinis pralaidumo dažnis yra svarbus dėl kelių priežasčių:
- Signalo kokybė: Jis nustato, kokius dažnius sistema gali perduoti be didelio iškraipymo ar susilpnėjimo.
- Sistemos našumas: Jis apibrėžia sistemos gebėjimą apdoroti informaciją tam tikru greičiu.
- Projekto specifikacijos: Jis naudojamas projektuojant filtrus, stiprintuvus ir kitas elektronines grandines, kad atitiktų tam tikrus reikalavimus.
Žemų dažnių filtras ir ribinis dažnis
Šiame straipsnyje pateikta schema su R1 = 1 kΩ, R2 = 1 kΩ ir C1 = 33 nF yra žemų dažnių filtras. Žemų dažnių filtras praleidžia žemus dažnius ir slopina aukštus dažnius. Iš analitiškai ištirtų DACh ir DFCh (dažninės fazinės charakteristikos) matome, kad ši grandinė yra žemų dažnių filtras, nes žemuosius dažnius ji praleidžia gerai, o aukštuosius slopina.
Taip pat skaitykite: Suprasti ribinį dažnį
Eksperimentinis ribinio dažnio nustatymas
Eksperimentiškai, tiriant grandinę su EWB (Electronic Workbench) paketu, nustatyta, kad ribinis dažnis yra maždaug 9.5 kHz. Tai reiškia, kad ši grandinė efektyviai praleidžia dažnius iki 9.5 kHz, o aukštesni dažniai yra slopinami.
Dažninės charakteristikos (DACh ir DFCh)
Dažninės charakteristikos (DACh ir DFCh) yra svarbios norint suprasti, kaip grandinė veikia skirtinguose dažniuose. DACh parodo, kaip keičiasi grandinės stiprinimas priklausomai nuo dažnio, o DFCh parodo, kaip keičiasi fazė priklausomai nuo dažnio.
DACh ir DFCh analizė
Analitiškai ištirtos DACh ir DFCh beveik nesiskiria nuo charakteristikų, gautų tiriant grandinę su EWB paketu. Iš DACh matome, kad didėjant dažniui, išėjimo virpesių amplitudė mažėja, keičiasi pradinė fazė, įtampos perdavimo koeficientas mažėja.
Grandinės tyrimas su EWB paketu
EWB (Electronic Workbench) yra programinė įranga, naudojama elektroninių grandinių modeliavimui ir analizei. EWB leidžia vartotojams virtualiai sukurti, testuoti ir analizuoti grandines, o tai padeda suprasti jų veikimą ir optimizuoti parametrus.
DACh ir DFCh tyrimas su EWB
Naudojant EWB paketą, galima gauti DACh ir DFCh grafikus ir nustatyti ribinį dažnį. Grafikai leidžia vizualiai įvertinti, kaip grandinė veikia skirtinguose dažniuose, ir nustatyti, kokie dažniai yra praleidžiami arba slopinami.
Taip pat skaitykite: Sužinokite apie ribinį naudingumą
Pereinamosios charakteristikos ir laiko pastovioji τ
Pereinamosios charakteristikos apibūdina grandinės reakciją į staigius įėjimo signalo pokyčius. Laiko pastovioji τ yra parametras, kuris apibūdina, kaip greitai grandinė reaguoja į šiuos pokyčius.
Laiko pastoviosios nustatymas
Laiko pastovioji τ gali būti apskaičiuota naudojant grandinės komponentų vertes. Žinant laiko pastoviąją, galima įvertinti, kaip greitai grandinė pasieks savo stabilią būseną po įėjimo signalo pokyčio.
Praktinis pavyzdys: 100 W garso stiprintuvas
Pateikta schema yra 100 W galios garso stiprintuvo prie 4 omų varžos pavyzdys. Šis stiprintuvas pasižymi plačia pralaidumo juosta 5 Hz - 1 MHz.
Stiprintuvo charakteristikos
- Maitinimo įtampa: Dvipolė +/- 35 V.
- Pralaidumo juosta: 5 Hz - 1 MHz.
- Išėjimo galia: 100 W prie 4 omų apkrovos.
- Išėjimo varža: Apie 0,01 omo.
- Išėjimo įtampos užaugimo laikas: >30 V/us.
- Fazės postūmis prie 100 kHz: 18 laipsnių.
Stiprintuvo konstrukcija
Šio stiprintuvo konstrukcijoje naudojami aukštesnio dažnio tranzistoriai (ribinis dažnis 45-50 MHz arba didesnis), siekiant užtikrinti plačią pralaidumo juostą. Išėjimo laipsnyje naudojami ne daugiau kaip 2 tranzistoriai, siekiant užtikrinti kokybę. Kompensuojant nepakankamą srovės stiprinimą, padidinama pradinio laipsnio ramybės srovė. Visiems tranzistoriams sudaryti neigiami grįžtami ryšiai, kas garantuoja pakankamai gerą temperatūrinę stabilizaciją.
Stiprintuvo komponentai
- Tranzistoriai: Naudojami aukšto dažnio, vidutinės galios tranzistoriai pradiniame laipsnyje ir didelės galios tranzistoriai (pvz., KT818, KT819) išėjimo laipsnyje.
- Kondensatoriai: Poliariniai kondensatoriai ne mažesni nei 50 V. Pradiniame laipsnyje prijungus 100-1000 pF kondensatorių tarp diferencinio stiprintuvo emiterių, sutrumpėja signalo užaugimo laikas išėjime, bet pablogėja perdavimo charakteristika.
- Varžos: Emiterio grandinėje esančios 0,1 omo varžos turi būti ne mažesnės nei 1 W galios. Pradinio laipsnio varžų galingumai yra 0,25 W.
- Radiatoriai: Didelės galios tranzistorius KT818, KT819 būtina montuoti ant radiatorių.
Maitinimo blokas
Maitinimo bloko galingumas vienam stiprintuvui turi būti ne mažesnis nei 150 W.
Taip pat skaitykite: Kas yra ribinis cukraus kiekis?
tags: #ribinis #pralaidumo #daznis