فرکانس بالا و وسائل مربوط به آن :
به طور کلی تقویت کننده هایی که برای کار در فرکانس های بالاتر از KHZ 10 طراحی می شوند، تحت عنوان سدادات فرکانس بالا طبقه بندی میگردد که در این صورت طرح باید اثرات و ظرفیت های خازنی را در نظر بگیرید. این اثراث ظرفیت های خازنی در فرکانس که فابل صرف نظر هستند.
فرکانس های زیاد را معمولاً فرکانس رایدیویی یا RF می نامند.
دسته بندی فرکانس های رادیویی
فرکانس های خیلی کم 10 KHZ – 100 KHZ
امواج بلند و متوسط رادیویی 100 KHZ – 2 MHZ
امواج کوتاه رادیویی 2 MHZ – 30 MHZ
فرکانس های بسیار زیاد تلوزیون VHF 30 MHZ – 300 MHZ
فرکانس های بسیار زیاد تلوزیونی VHF 300 MHZ – 1 GHZ
* فرکانس های بالاتر از MHZ 1000 = 1GHZ عموماً امواج میکروویو هستند.
*در فرکانس های بالا بهره ی تقویت کنندۀ بیشتر به خاطر بوجود آمدن خاصیت های خازنی درون ترانزیستورها شروع به لغت می کند.
*در فرکانس های پایین، خازن های کوبلاژ و بایس با مقاومت زیادی از خود نشان می دهند و بهره را تضعیف میکند.
*وقتی که ضریب (B) یک تقویت کننده بستگی زیادی به فرکانس سیگنال داشته باشد می گوئیم پاسخفرکانس آن خوب نیست و نوعی اعوجاج فرکانس به وجود می آید، نه اعوجاج غیر خطر.
تا زمانی که بهره ی باز حلقه (AO) از بهره ی حلقه ی بسته (A) بزرگتر باشد، پاسخ فرکانس را بهبود می بخشد.
*منحنی بالایی بهره ی جلقه باز است و افت شدیدی که در بهره ی حلقه باز برای فرکانس های زیاد مشاهده می شود در واقع نتیجه ی وجود عمودی یک خازن داخلی کهبه منظور پایداری به کار رفته است.
*منحنی های پایینی نشان می دهد که چگونه فیزیک یک منحنی، پاسخ فرکانس را البته به قیمت کاهش بهره تثبیت می نماید.
در یک OPAMP ، بهره ی حلقه باز (AO) در فرکانس های بالا تغییر علامت می دهد که این تغییر علامت به خاطر وجود ظرفیت های خازنی مزاهم می باشد که باعث می شود بین ورودی و خروجی 180 درجه اختلاف فاز به وجود بیاید.
بیشترین انتقال فاز ایجاد شده توسط یک مقاومت و یک خازن از 90 درجه تجاوز نمی کند.
به این منظور یک راه غلبه بر مشکل انتقال فاز در فرکانس های بالا، استفاده از یک خازن جبران ساز نسبتاً بزرگ می باشد که می تواند در بهره یک افت درجه اول ایجادکند.
در افت درجه اول به ازای هر دو برابر شدن فرکانسریال بهره dB 6 افت می کند.
در فرکانس های به اندازه کافی بالا که خازن های مزاحم می توانند به اندازه 180 درجه اختلاف فاز ایجاد نماید، افت ناشی از خازن جبران ساز، بهره ی باز حلقه را بسیار کاهش می دهد بطوریکه 1 >> A0 و بنابراین ناپایداری نمی تواند بوجود آید. (شرط پایداری نایکویست)
در حالت کلی برایOP – AMP فرکانس پایین (LM7H1) برای غلبه براختلاف فاز که عامل تبدیل فیزیک منفی به مثبت است که در فرکانس های بالا به وجود می آید می توان از خازن جبران کننده استفاده که در فرکانس های بالا با بهره یحلقه باز را کاهش می دهد (1>>AO ) و باعث ایجاد پایداری می شود. که در حقیقت فیزیک منفی را به قیمتکاهش بهره داریم و برای اینکه بهره ی مناسبی داشته باشیم 2 راه وجود دارد.
1 ) استفاده از OP – AMP های سری که باعث میشود بهره ی نسبتاً مناسبی را داشته باشیم.
2 ) استفاده از OP – AMP فرکانس بالا (High Freguency OP - AMP) که برای آن به ازای افزایشفرکانس، بهره نیز افزایش مییابد و OP – AMP نیز پایدار است.
LM7H1 EL2022
F = 5MHZ F max = 1MHZ Fmax = 128 MHZ
بررسی یک تقویت کننده نامیدیک :
در شکل زیر یک نمودار کلی(Block Diogrom) از قسمتهای مختلف یک تقویت کننده را می بینید که بهره ی آن A0 فرض شده راکنون به وسیله یک کاهش دهنده (Attenllotor) که کسر ثابت از خروجی را به ورودی باز می گرداند در یک حلقۀ ضد یک قرار گرفته است.
در این مثال غلظت بهره و ضد یک را مثبت میگیریم فرض می کنیم سیگنال برگشتی از خروجی با ورودی جمع می شود. بعد از اتمام کار می توان با عئض کردن علامت بهره یا ضریب فیزیک را بصورت منفی درآورد. بهره کل مدار هموراه با ضد یک را A می نامیم و می خواهیم آن را بر حسب بهره تقویت کننده اولیه (A0) و ضریب فیزیک () بدست آوریم.
طبق تعریف بهره :
حال سیگنال e را در روی تقویت کنندۀ اصلی با بهره AO در نظر می گیریم. این سیگنال خود مجموع دو سیگنال است .
و داریم
پس خواهین داشت :
و بنابراین : در نتیجه
که رابطه * معادله عمومی یک تقویت کننده فیزیک را راست. عموماً به بهرۀ تقویت کننده اولیه (AO) «بهره باز حلقه» (Openloop goin) و بهره کل مدار (A) بهرۀ «بسته حلقه» (Closed loop goin) گویند. در این معادله فیزیک مثبت است و وقتی A0 = 1 شود اتفاق جالبی رخ می دهد : A بینهایت میشود و این یعنی مدار بی اینکه هیچ ورودی داشته باشد خروجی تولید می کند. در واقع همینطور هم هست، چون چنین مداری نوسان ساز (oscillotor) است.
حال برای فیزیک منفی را قرنیه می کنیم یعنی خروجی برگشتی باید از ورودی کاسته شود پس برای فیزیک منفی داریم و در ضمن همانطور که عموماً هم هست اگر آنگاه: یا
این معادله مهم نشان می دهد که می توان تقویت کننده هایی طرح نمود که بهره آنها دقیقاً مشخص باشد.
زیرا مادامیکه بهره باز حلقه سایر بزرگتر (مثلاً صد برابر) از بهره بسته حلقه باشد، بهره بسته حلقه از کلیه ویژگیهای تقویت کننده متقل است و تنها به یعنی ضریب ضد یک بستگی دارد. الیبته هم دو مقاومت که بصورت یک مقسم ولتاژ هستند و البته است، اما مقاومتها پایداریترین عناصر الکترونیکی هستند که مقدارشان تا کمترین درصد خطا می تواند مشخص گردد ثابت بماند. همین پایداری و دقت، موجب بهرۀ تقویت کننده نیز می گردد.
فرکانسهای بالا و مسائل مربوط به آن :
تقویت کننده هایی که برای کار در فرکانسهای بالاتر از 10KHZ طراحی می شوند، تحت عنوان مدارات فرکانس بالا طبقه بندی می گردند، در این صورت طرح باید اثرات و ظرفیتهای خازنی را دراین فرکانسها در نظر بگیرد. این اثرات و ظرفیتهای خازنی در فرکانسهایکم قابل صرفنظر هستند.
فرکانسهایزیاد را معمولاً فرکانسهای رادیویی یا RF می نامند. فرکانسهای رادیویی را به صورت زیر می توان دسته بندی نمود.
فرکانسهای خیلی کم 101 CHZ – 100 KHZ ULF
امواج بلند و متوسط رادیویی 100 KHZ – 2 MHZ
امواج کوتاه رادیویی 2 MHZ – 30 MHZ
فرکانیهای بسیار زیاد تلوزیونی 30 MHZ – 300 MHZ
فرکانسهای بسیار بسیار زیاد تلوزیونی و رادیویی 300 MH – 1 GHZ VHF
فرکانسهای بالاتر از 1GHZ = 1000 MHZ عموماً امواج میکروویو هستند.
فیزیک منفی و پاسخ فرکانس :
بهره هیچ تقویت کننده ای برای تمام فرکانسهای ورودی ثابت نیست، همچنانکه در فرکانسهای بالا بهره مند تقویت کننده، بیشتر به خاطر بوجود آمدنخاصیت های خازنی درون ترانزیستور ها شروع بافت می کند.
البته درفرکانسهای پایین هم خازنهای کوپلاژ دمای پایین مقاومتهای زیادی از خودشان داده بار بهره را تضعیف می کند. وقتی کهضریب تقویت یک تقویت کننده بستگی زیادی با فرکانس سیگنال داشته باشد گویند پاسخ فرکانس (Freguency Respose) آن خوب نسیت. گاه این توصیه نوعی اعوجاج فرکانس به حساب می آید که نباید با امواج عیر خطی اشتباه گرفت.