Wzmacniacz to dwuportowe urządzenie elektroniczne służące do wzmacniania sygnału lub zwiększania mocy sygnału za pomocą zasilacza. Zasilanie dostarczane jest poprzez zacisk wejściowy wzmacniacza. Wyjściem wzmacniacza może być zwiększona amplituda itp.
Ciąg Java jest pusty
Wzmocnienie wzmacniacza określa jego wzmocnienie. Jest to główny czynnik określający moc wyjściową urządzenia. Wzmacniacze są stosowane w prawie każdym typie elementu elektronicznego. Wzmocnienie oblicza się jako stosunek parametru wyjściowego (moc, prąd lub napięcie) do parametru wejściowego.
Wzmacniacze są wykorzystywane w różnych zastosowaniach, np. w automatyce, przemyśle morskim, w czujnikach itp. Wzmocnienie mocy wzmacniacza jest na ogół większe niż jeden. Rozumiemy kilka podstawowych cech idealnego wzmacniacza.
Tutaj omówimy wzmacniacz idealny, rodzaje wzmacniaczy, właściwości, funkcje, I zastosowania wzmacniaczy .
Zaczynajmy.
Idealny wzmacniacz
Rozważmy cechy idealnego wzmacniacza, które są wymienione poniżej:
- Impedancja wejściowa: Nieskończony
- Impedancja wyjściowa: Zero
- Wzmocnienie przy różnych częstotliwościach: Naprawił
Portem wejściowym wzmacniacza może być źródło napięcia lub źródło prądu. Źródło napięcia zależy tylko od napięcia wejściowego i nie przyjmuje prądu. Podobnie źródło prądu akceptuje prąd i brak napięcia. Moc wyjściowa będzie proporcjonalna do napięcia lub prądu w całym porcie.
Wyjście idealnego wzmacniacza może być zależnym źródłem prądu lub zależnym źródłem napięcia. Rezystancja źródła zależnego źródła napięcia wynosi zero, podczas gdy rezystancja zależnego źródła prądu jest nieskończona.
Napięcie lub prąd zależnego źródła zależy tylko od napięcia lub prądu wejściowego. Oznacza to, że napięcie wyjściowe będzie zależeć od napięcia wejściowego, a prąd wyjściowy będzie zależał od źródła napięcia i źródła prądu niezależnego od prądu wejściowego, odpowiednio.
Idealne wzmacniacze są dalej klasyfikowane jako CCCS (Źródło prądu sterowania prądem), CCVS (źródło napięcia sterującego prądem), VCVS (Źródło napięcia sterującego napięciem) oraz VCS (Źródło prądu sterującego napięciem).
Impedancja wejściowa CCVS i CCCS wynosi zero, podczas gdy VCCS i VCVS są nieskończone. Podobnie impedancja wyjściowa CCCS i VCCS jest nieskończona, podczas gdy impedancja wyjściowa CCVS i VCVS wynosi zero.
Rodzaje wzmacniaczy
Omówmy różne typy wzmacniaczy.
Wzmacniacze operacyjne
Wzmacniacze operacyjne lub wzmacniacze operacyjne to wzmacniacze ze sprzężeniem bezpośrednim (DC) o wysokim wzmocnieniu, które wykonują różne operacje matematyczne, takie jak dodawanie, różniczkowanie, odejmowanie, całkowanie itp.
Posiada dwa zaciski wejściowe i jeden zacisk wyjściowy. Zaciski wejściowe nazywane są zaciskami odwracającymi i nieodwracającymi. Sygnał doprowadzony do zacisku odwracającego będzie wyglądał na odwrócony w fazie, a sygnał doprowadzony do zacisku nieodwracającego pojawi się na zacisku wyjściowym bez inwersji fazy.
Napięcie przyłożone na wejściu odwracającym jest reprezentowane jako V-, a napięcie na wejściu nieodwracającym jest reprezentowane jako V+.
Uwaga: Impedancja wyjściowa i dryft idealnego wzmacniacza operacyjnego wynoszą 0. Wzmocnienie napięcia, impedancja wejściowa i szerokość pasma idealnego wzmacniacza operacyjnego wynoszą nieskończoność.
Wzmacniacze operacyjne dzielą się dalej na wzmacniacze odwracające i nieodwracające. Omówmy szczegółowo powyższe dwa typy wzmacniaczy operacyjnych.
Aplikacje
Wzmacniacze operacyjne są używane w różnych zastosowaniach w elektronice. Na przykład,
- Filtry
- Porównanie napięcia
- Integrator
- Przetwornik prądu na napięcie
- Wzmacniacz letni
- Przesuwacz fazowy
Odwracające i nieodwracające wejście wzmacniacza pokazano poniżej:
Wzmacniacz odwracający
Wzmacniacz odwracający pokazano poniżej:
Jest to konfiguracja ze sprzężeniem zwrotnym napięcia bocznika wzmacniacza operacyjnego. Napięcie sygnałowe przyłożone do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego powoduje przepływ prądu I1 do wzmacniacza operacyjnego. Wiemy, że impedancja wejściowa wzmacniacza operacyjnego jest nieskończona. Nie pozwoli to na przepływ prądu do wzmacniacza. Prąd będzie przepływał przez pętlę wyjściową (przez rezystancję R2) do zacisku wyjściowego wzmacniacza operacyjnego.
Wzmocnienie napięcia na zacisku wyjściowym wzmacniacza odwracającego oblicza się jako:
A = Vo/Vs = -R2/R1
Gdzie,
Vo i Vs to napięcie wyjściowe i sygnałowe.
Znak ujemny oznacza, że moc wyjściowa wzmacniacza jest przesunięta w fazie o 180 stopni w stosunku do wejścia.
Wzmacniacz odwracający jest jednym z najczęściej używanych wzmacniaczy operacyjnych. Ma bardzo niską impedancję wejściową i wyjściową.
Wzmacniacz nieodwracający
Poniżej przedstawiono wzmacniacz nieodwracający:
Powyższa konfiguracja jest połączeniem sprzężenia zwrotnego szeregowo napięciowego. Napięcie sygnałowe przyłożone do nieodwracającego wejścia wzmacniacza operacyjnego powoduje przepływ prądu I1 do wzmacniacza operacyjnego i prądu I2 ze wzmacniacza operacyjnego.
Zgodnie z koncepcją wirtualnego zwarcia I1 = I2 i Vx = Vs.
Wzmocnienie napięciowe wzmacniacza nieodwracającego można obliczyć ze wzoru:
A = A + (R2/R1)
tablica inicjująca Java
Wzmacniacze nieodwracające mają wysoką impedancję wejściową i niską wyjściową. Jest również uważany za wzmacniacz napięcia.
Wzmacniacze prądu stałego
Wzmacniacze DC lub wzmacniacze ze sprzężeniem bezpośrednim służą do wzmacniania sygnałów o niskiej częstotliwości i sygnałów sprzężonych bezpośrednio. Dwa stopnie wzmacniacza prądu stałego można połączyć ze sobą za pomocą bezpośredniego sprzężenia między tymi stopniami.
Połączenie bezpośrednie jest prostym i łatwym typem połączenia. Można go obliczyć podłączając bezpośrednio kolektor tranzystora pierwszego stopnia do bazy tranzystora drugiego stopnia, zwanej T1 i T2.
Jednak wzmacniacze prądu stałego powodują dwa problemy zwane przesunięciem dryftu i przesunięciem poziomu. Konstrukcja wzmacniacza różnicowego usunęła takie problemy. Porozmawiajmy o wzmacniaczu różnicowym.
Wzmacniacze różnicowe
Konstrukcja wzmacniacza różnicowego rozwiązała problem dryfu i przesunięcia poziomu. Konstrukcja składa się z dwóch BJT (tranzystor bipolarny) wzmacniacze podłączane wyłącznie poprzez linie zasilające. Nazywa się go wzmacniaczem różnicowym, ponieważ moc wyjściowa wzmacniacza jest różnicą między poszczególnymi wejściami, jak pokazano poniżej:
Vo = A (Vi1 - Vi2)
Gdzie,
Vo jest wyjściem, a Vi1 i Vi2 to dwa wejścia.
A jest wzmocnieniem wzmacniacza różnicowego.
Teraz jeśli
Vi1 = -Vi2
Vo = 2AVi1 = 2AVi
str.replace w Javie
Powyższa operacja nazywa się a tryb różnicowy operacja. Tutaj sygnały wejściowe są względem siebie przesunięte w fazie. Takie sygnały przesunięte w fazie nazywane są sygnałami trybu różnicowego (DM).
Jeśli,
Vi1 = Vi2
Vo = A (Vi1 - Vi1)
W = 0
Operacja ta znana jest jako tryb zwykły (CM), ponieważ sygnały wejściowe są ze sobą w fazie. Zerowy sygnał wyjściowy takich sygnałów oznacza, że we wzmacniaczu nie będzie dryftu.
Wzmacniacze mocy
Wzmacniacze mocy są również nazywane wzmacniacze prądowe . Wzmacniacze te są wymagane do podniesienia poziomu prądu przychodzącego sygnału, aby łatwo sterować obciążeniami. Rodzaje wzmacniaczy mocy obejmują wzmacniacze mocy audio, wzmacniacze mocy częstotliwości radiowej itp.
Wzmacniacze mocy dzielą się na wzmacniacze klasy A, klasy AB, klasy B i klasy C. Klasy wzmacniaczy mocy omówimy w dalszej części tego tematu.
Wzmacniacze trybu przełączania
Wzmacniacze impulsowe są rodzajem wzmacniaczy nieliniowych o dużej sprawności.
Typowym przykładem tego typu wzmacniaczy są wzmacniacze klasy D.
Wzmacniacz instrumentalny
Wzmacniacz instrumentalny stosowany jest w analogowych przyrządach pomiarowych i pomiarowych. Rozważmy przykład.
Woltomierz używany do pomiaru bardzo niskich napięć wymaga do prawidłowego działania wzmacniacza instrumentalnego. Ma różne funkcje, takie jak bardzo wysokie wzmocnienie napięcia, dobra izolacja, bardzo niski poziom hałasu, niskie zużycie energii, duża przepustowość itp.
Negatywne opinie
Ujemne sprzężenie zwrotne jest jedną z podstawowych cech pozwalających kontrolować zniekształcenia i szerokość pasma we wzmacniaczach. Głównym celem ujemnego sprzężenia zwrotnego jest zmniejszenie wzmocnienia systemu. Część sygnału wyjściowego w przeciwnej fazie jest przekazywana z powrotem na wejście. Wartość jest dalej odejmowana od wartości wejściowej. W zniekształconym sygnale wyjściowym sygnał wyjściowy ze zniekształceniami jest przesyłany z powrotem w przeciwnej fazie. Jest on odejmowany od danych wejściowych; można powiedzieć, że ujemne sprzężenie zwrotne we wzmacniaczach zmniejsza nieliniowość i niepożądane sygnały.
Poniższy obraz przedstawia negatywną opinię:
Za pomocą ujemnego sprzężenia zwrotnego można również wyeliminować zniekształcenia zwrotnicy i inne błędy fizyczne. Inne zalety stosowania ujemnego sprzężenia zwrotnego to rozszerzenie pasma, korygowanie zmian temperatury itp.
Ujemne sprzężenie zwrotne może być ujemnym sprzężeniem zwrotnym napięcia lub ujemnym sprzężeniem zwrotnym prądu. W obu przypadkach sprzężenie zwrotne napięcia lub prądu jest proporcjonalne do sygnału wyjściowego.
mój krykiet na żywo
Nie powinniśmy mylić pozytywnych i negatywnych informacji zwrotnych. Pozytywna informacja zwrotna ma tendencję do wzmacniania zmiany, podczas gdy negatywna informacja zwrotna ma tendencję do zmniejszania zmiany. Kolejna różnica polega na tym, że sygnały wejściowe i wyjściowe w dodatnim sprzężeniu zwrotnym są w fazie i są dodawane. W przypadku ujemnego sprzężenia zwrotnego sygnały wejściowe i wyjściowe są przesunięte w fazie i odejmowane.
Urządzenia aktywne we wzmacniaczu
Wzmacniacz składa się z kilku urządzeń aktywnych, które odpowiadają za proces wzmocnienia. Może to być pojedynczy tranzystor, lampa próżniowa, element półprzewodnikowy lub dowolna część układów scalonych.
Omówmy urządzenia aktywne i ich rolę w procesie wzmacniania.
BJT
BJT jest powszechnie znany jako sterowany prądem urządzenie. Tranzystory bipolarne służą jako przełączniki wzmacniające prąd we wzmacniaczach.
MOSFET
MOSFET lub Tranzystory polowe półprzewodnikowe z tlenkiem metalu są powszechnie stosowane do wzmacniania sygnałów elektronicznych. Tranzystory MOSFET można wykorzystać do zmiany przewodności poprzez kontrolowanie napięcia bramki. MOSFET może również zwiększyć siłę słabego sygnału. Dlatego tranzystory MOSFET mogą być używane jako wzmacniacz.
Wzmacniacze lampowe
Wzmacniacz lampowy wykorzystuje lampy próżniowe jako urządzenie źródłowe. Służy do zwiększania amplitudy sygnału. Poniżej częstotliwości mikrofalowych pod koniec XIX wieku wzmacniacze lampowe zostały zastąpione wzmacniaczami półprzewodnikowymitwiek.
Wzmacniacze mikrofalowe
Wzmacniacze mikrofalowe są powszechnie stosowane w systemach mikrofalowych. Służy do podniesienia poziomu sygnału wejściowego przy bardzo małych zniekształceniach. Może także przełączać lub zwiększać moc elektryczną. Zapewnia lepszą moc wyjściową pojedynczego urządzenia w porównaniu z urządzeniami półprzewodnikowymi pracującymi na częstotliwościach mikrofalowych.
Wzmacniacze magnetyczne
Wzmacniacze magnetyczne zostały opracowane w latach 20twieku, aby przezwyciężyć wady (wysoka wydajność prądowa i wytrzymałość) wzmacniaczy lampowych. Wzmacniacze magnetyczne są podobne do tranzystorów. Kontroluje siłę magnetyczną rdzenia poprzez zasilanie cewki sterującej (kolejnej cewki uzwojenia).
Obwody scalone
Układy scalone mogą pomieścić kilka urządzeń elektronicznych, takich jak kondensatory i tranzystory. Popularność układów scalonych rozprzestrzeniła także urządzenia elektroniczne na całym świecie.
Klasy wzmacniaczy mocy
Klasy wzmacniaczy mocy są klasyfikowane jako klasa A, klasa B, klasa AB, I klasa C . Omówmy krótki opis klas wzmacniaczy mocy.
Wzmacniacze mocy klasy A
Wejście wzmacniacza klasy A jest małe, przez co moc wyjściowa jest również mała. Dlatego nie wytwarza dużego wzmocnienia mocy. W przypadku tranzystorów może służyć jako wzmacniacz napięcia. Wzmacniacze klasy A z pentodami próżniowymi mogą również zapewniać pojedynczy stopień wzmocnienia mocy do napędzania obciążeń, takich jak głośniki.
Wzmacniacze mocy klasy B
BJT generalnie wymagają wzmacniaczy mocy klasy B do napędzania obciążeń, takich jak głośniki. Wejście wzmacniaczy pracujących w klasie B jest duże, przez co moc wyjściowa jest również bardzo duża. W ten sposób wytwarza duże wzmocnienie. Jednak w przypadku pojedynczego tranzystora wzmacniana jest tylko połowa sygnału wejściowego.
Wzmacniacze mocy klasy AB
Konfiguracja wzmacniaczy mocy AB leży pomiędzy wzmacniaczami klasy A i klasy B. Wzmacniacze klasy AB produkowane są poprzez połączenie wysokiej mocy wyjściowej wzmacniaczy mocy klasy B z niskimi zniekształceniami wzmacniaczy mocy klasy A.
W przypadku małych wyjść wzmacniacz mocy klasy AB może zachowywać się jak klasa A. W przypadku bardzo dużych mocy może zachowywać się jak wzmacniacz mocy klasy B.
Wzmacniacze mocy klasy C
Elementem przewodzącym wzmacniaczy mocy klasy C są tranzystory. Ma lepszą wydajność, ale ze względu na przewodzenie mniejsze niż połowa cyklu powoduje duże zniekształcenia. Dlatego też wzmacniacze mocy klasy C nie są preferowane w zastosowaniach audio. Typowe zastosowania takich wzmacniaczy obejmują obwody częstotliwości radiowej.
Właściwości wzmacniacza
Wzmacniacze definiuje się na podstawie ich właściwości wejściowych i wyjściowych. Wzmocnienie wzmacniacza określa jego wzmocnienie. Dlatego wzmocnienie i współczynniki mnożenia to dwie podstawowe właściwości wzmacniaczy.
Omówmy właściwości definiowane przez różne parametry wymienione poniżej:
Wzmocnienie wzmacniacza oblicza się jako stosunek mocy wyjściowej (mocy, prądu lub napięcia) do sygnału wejściowego. Określa wzmocnienie wzmacniacza. Na przykład sygnał o napięciu wejściowym 10 woltów i napięciu wyjściowym 60 woltów będzie miał wzmocnienie 6.
Wzmocnienie = wyjście/wejście
Zysk = 60/10
Zysk = 6
Wzmocnienie wyrażane jest w jednostce dB (decybele). Komponenty pasywne mają zazwyczaj wzmocnienie mniejsze niż jeden, podczas gdy komponenty aktywne mają wzmocnienie większe niż 1.
Szerokość pasma definiuje się jako szerokość mierzoną w Herc użytecznego zakresu częstotliwości.
Zakres częstotliwości - Zakres częstotliwości jest ogólnie określany w kategoriach odpowiedzi częstotliwościowej lub szerokości pasma.
Szum definiuje się jako każdy niepożądany sygnał, który działa jak zakłócenie w systemie.
Wyższa sprawność wzmacniacza skutkowałaby mniejszym wytwarzaniem ciepła i większą mocą wyjściową. Oblicza się ją jako stosunek mocy wyjściowej do wykorzystania mocy całkowitej.
Szybkość narastania mierzona jest w woltach na mikrosekundę. Definiuje się ją jako maksymalną szybkość zmiany mocy wyjściowej. Szybkość narastania powyżej słyszalnego zakresu wzmacniacza skutkowałaby mniejszymi zniekształceniami i błędami.
Definiuje się ją jako zdolność wzmacniacza do wytwarzania precyzyjnych kopii sygnału wejściowego.
Obwody wzmacniacza wymagają stabilności na wszystkich dostępnych częstotliwościach. Definiuje się ją jako zdolność do uniknięcia niepożądanych oscylacji w urządzeniu elektronicznym.
Funkcje różnych wzmacniaczy
Inne typy wzmacniaczy mają inną charakterystykę. Omówmy funkcję różnych typów wzmacniaczy stosowanych obecnie.
- The wzmacniacze liniowe nie zapewniają doskonałych możliwości liniowych, ponieważ żaden wzmacniacz nie jest doskonały. Dzieje się tak ze względu na zastosowanie urządzeń wzmacniających, takich jak tranzystory, które mają charakter nieliniowy. Urządzenia te mogą powodować pewną nieliniowość. Wzmacniacze liniowe są mniej podatne na zniekształcenia. Oznacza to, że wzmacniacze liniowe generują mniej zniekształceń.
- Specjalnie zaprojektowany wzmacniacze audio może wzmocnić częstotliwość dźwięku.
- Wzmacniacz wąskopasmowy wzmacnia w wąskim paśmie częstotliwości, natomiast wzmacniacze szerokopasmowe wzmacnia w szerokim zakresie częstotliwości.
- The wzmacniacze nieliniowe powodują zniekształcenia w porównaniu do urządzeń liniowych. Jednak urządzenia nieliniowe są nadal w użyciu. Przykładami wzmacniaczy nieliniowych są wzmacniacze RF (radioczęstotliwości) itp.
- Struktura wzmacniacz logarytmiczny generuje sygnał wyjściowy proporcjonalny do logarytmiki sygnału wejściowego. Obwód składa się z dwóch diod i dwóch wzmacniaczy operacyjnych (wzmacniacza operacyjnego).
Zastosowania wzmacniacza
Wzmacniacze są wykorzystywane w różnych zastosowaniach. Omówmy to szczegółowo.
Podążacz napięcia jest również znany jako wzmacniacz o wzmocnieniu jedności . Ma bardzo dużą impedancję wejściową i bardzo niską impedancję wyjściową, co jest podstawową zasadą buforowanie działanie. Zacisk odwracający wzmacniacza operacyjnego jest zwarty z zaciskiem wyjściowym.
Oznacza to, że wynik jest równy wejściu. Nazywa się to wtórnikiem napięcia, ponieważ wyjście wzmacniacza podąża za wejściem.
Dźwignik napięciowy nie powoduje efektu obciążenia, nie zapewnia przyrostu mocy i prądu, co jest jego zaletą.
Budowę przetwornika prądu na napięcie pokazano poniżej:
Gdzie,
CZ: Termistor lub rezystor zależny od światła.
TO: Aktualny
RF: Rezystor sprzężenia zwrotnego
JEŚLI: Prąd sprzężenia zwrotnego
głos: Napięcie wyjściowe
Termistor steruje wzmacniaczem operacyjnym w trybie odwracania. Zmiana temperatury powoduje zmianę rezystancji termistora. To dodatkowo zmienia przepływający przez niego prąd. Prąd wpływa do wyjścia przez rezystor sprzężenia zwrotnego jako prąd sprzężenia zwrotnego, wytwarzając napięcie wyjściowe. Ponieważ prąd termistora jest równy prądowi sprzężenia zwrotnego, możemy powiedzieć, że napięcie wyjściowe jest proporcjonalne do prądu termistora.
W ten sposób prąd wejściowy jest przekształcany na napięcie wyjściowe.
TWTA I Klistron to powszechnie stosowane urządzenia stosowane jako wzmacniacze mikrofalowe. Wzmacniacz lampowy o fali bieżącej (TWTA) zapewnia dobre wzmocnienie nawet przy niskich częstotliwościach mikrofalowych. Oznacza to, że TWTA jest preferowany do wzmacniania dużej mocy. Ale klistrony są lepiej przestrajalne w porównaniu do TWTA.
Klistrony są również wykorzystywane na częstotliwościach mikrofalowych do zastosowań o dużej mocy. Zapewnia jednak szerokie, przestrajalne wzmocnienie w porównaniu do TWTA. Ma również wąską przepustowość w porównaniu do TWTA.
Urządzenia półprzewodnikowe , takie jak MOSFET, diody, materiały półprzewodnikowe (krzem, gal itp.), są wykorzystywane w różnych zastosowaniach przy niskiej mocy i częstotliwościach mikrofalowych. Na przykład, telefony komórkowe, przenośne terminale radiowe itp. W takich zastosowaniach rozmiar i wydajność to główne czynniki określające jego możliwości i zastosowanie. Zastosowanie urządzeń półprzewodnikowych we wzmacniaczach mikrofalowych zapewnia również szerokie pasmo.
Wzmacniacze są stosowane w różnych instrumentach muzycznych, takich jak gitary i automaty perkusyjne, do przekształcania sygnału z różnych źródeł (struny w gitarze itp.) na mocny sygnał elektroniczny (wzmacniacz mocy), który wytwarza dźwięk. Dźwięk jest wystarczająco słyszalny dla publiczności lub osób znajdujących się w pobliżu. Wyjście niektórych instrumentów muzycznych jest podłączone do głośników w celu uzyskania głośniejszego dźwięku.
Wzmacniacze instrumentalne w instrumentach muzycznych posiadają również funkcję dostrajania sygnału, która umożliwia wykonawcy zmianę tonu sygnału.
Obwody oscylatorów służą do generowania przebiegów elektrycznych o dowolnej pożądanej częstotliwości, kształcie i mocy. Zastosowanie wzmacniaczy w oscylatorach zapewnia stałą amplitudę wyjściową i wzmacnia częstotliwość sprzężenia zwrotnego.
Wzmacniacz znajdujący się we wzmacniaczu wideo wzmacnia sygnał składający się z komponentów o wysokiej częstotliwości. Zapobiega także wszelkim zniekształceniom. Wzmacniacze wideo mają różne szerokości pasma w zależności od jakości sygnału wideo, np. SDTV, HDTV, 1080pi itp.