Az erősítő egy kétportos elektronikus eszköz, amely a jel erősítésére vagy a jel teljesítményének növelésére szolgál tápegység segítségével. A tápellátás az erősítő bemeneti csatlakozóján keresztül történik. Az erősítő kimenete lehet a megnövelt amplitúdó stb.
Az erősítő erősítése határozza meg az erősítését. Ez a fő tényező, amely meghatározza az eszköz kimenetét. Az erősítőket szinte minden típusú elektronikus alkatrészben használják. Az erősítés a kimeneti paraméter (teljesítmény, áram vagy feszültség) és a bemeneti paraméter arányaként kerül kiszámításra.
Az erősítőket különféle alkalmazásokban használják, mint például az automatizálás, tengerészet, érzékelők stb. Az erősítő teljesítménynövekedése általában nagyobb, mint egy. Ismerjük meg az ideális erősítő néhány alapvető jellemzőjét.
Itt megbeszéljük egy ideális erősítő, az erősítők típusai, tulajdonságai, funkciói, és erősítők alkalmazásai .
Kezdjük.
Ideális erősítő
Tekintsük az ideális erősítő jellemzőit, amelyeket az alábbiakban felsorolunk:
- Bemeneti impedancia: Végtelen
- Kimeneti impedancia: Nulla
- Erősítés különböző frekvenciákon: Rögzített
Az erősítő bemeneti portja lehet feszültségforrás vagy áramforrás. A feszültségforrás csak a bemeneti feszültségtől függ, áramot nem fogad. Hasonlóképpen, az áramforrás elfogadja az áramot, és nincs feszültség. A kimenet arányos lesz a feszültséggel vagy áramerősséggel az egész porton.
Az ideális erősítő kimenete lehet függő áramforrás vagy függő feszültségforrás. A függő feszültségforrás forrásellenállása nulla, míg a függő áramforrásé végtelen.
A függő forrás feszültsége vagy árama csak a bemeneti feszültségtől vagy áramerősségtől függ. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti feszültség a bemeneti feszültségtől, a kimeneti áram pedig a bemeneti áramtól független feszültségforrástól és áramforrástól függ.
legjobb hentai
Az ideális erősítők további kategóriákba sorolhatók CCCS (Jelenlegi vezérlés áramforrás), CCVS (áramvezérlő feszültségforrás), VCVS (Voltage Control Voltage Source), és VCCS (Feszültségvezérlő áramforrás).
A CCVS és a CCCS bemeneti impedanciája nulla, míg a VCCS és a VCVS végtelen. Hasonlóképpen, a CCCS és VCCS kimeneti impedanciája végtelen, míg a CCVS és VCVS kimeneti impedanciája nulla.
Az erősítő típusai
Beszéljük meg a különböző típusú erősítőket.
Műveleti erősítők
A műveleti erősítők vagy műveleti erősítők nagy nyereségű közvetlen csatolású (DC) erősítők, amelyek különféle matematikai műveleteket hajtanak végre, például összeadást, differenciálást, kivonást, integrálást stb.
Két bemeneti és egy kimeneti csatlakozója van. A bemeneti kapcsokat invertáló és nem invertáló kapcsoknak nevezzük. Az invertáló kapocsra adott jel fázisinvertáltként jelenik meg, a nem invertáló kapocsra adott jel pedig fázisinverzió nélkül jelenik meg a kimeneti kapocsnál.
Az invertáló bemeneten alkalmazott feszültség V-, a nem invertáló bemenet feszültsége pedig V+.
Megjegyzés: Egy ideális műveleti erősítő kimeneti impedanciája és driftje 0. Az ideális műveleti erősítő feszültségerősítése, bemeneti impedanciája és sávszélessége végtelen.
A műveleti erősítők további kategóriákba tartoznak: invertáló és nem invertáló erősítők. Beszéljük meg részletesen a fenti két típusú műveleti erősítőt.
Alkalmazások
Az op-erősítőket az elektronikában különféle alkalmazásokban használják. Például,
- Szűrők
- Feszültség összehasonlító
- Integrátor
- Áram-feszültség átalakító
- Nyári erősítő
- Fázisváltó
Az alábbiakban látható az erősítő invertáló és nem invertáló bemenete:
Invertáló erősítő
Az invertáló erősítő az alábbiakban látható:
Ez a műveleti erősítő feszültségsönt-visszacsatoló konfigurációja. A műveleti erősítő invertáló bemenetére adott jelfeszültség I1 áramot eredményez az operatív erősítőbe. Tudjuk, hogy az op-amp bemeneti impedanciája végtelen. Nem engedi, hogy az áram befolyjon az erősítőbe. Az áram a kimeneti hurkon (az R2 ellenálláson keresztül) az op-amp kimeneti termináljához fog folyni.
Az invertáló erősítő kimenetén a feszültségnövekedést a következőképpen kell kiszámítani:
A = Vo/Vs = -R2/R1
Ahol,
Vo és Vs a kimeneti és jelfeszültség.
A negatív előjel azt jelzi, hogy az erősítő kimenete 180 fokkal fázison kívül van a bemenettel.
Az invertáló erősítő az egyik leggyakrabban használt op-erősítő. Nagyon alacsony bemeneti és kimeneti impedanciája van.
Nem invertáló erősítő
A nem invertáló erősítő az alábbiakban látható:
A fenti konfiguráció a feszültségsoros visszacsatoló csatlakozás. A műveleti erősítő nem invertáló bemenetére adott jelfeszültség az I1 áramot a műveleti erősítőbe, az I2 áramot pedig a műveleti erősítőből kilépi.
A virtuális zárlat fogalma szerint I1 = I2 és Vx =Vs.
A nem invertáló erősítő feszültségnövekedése a következőképpen számítható ki:
A = A + (R2/R1)
A nem invertáló erősítők nagy bemeneti és alacsony kimeneti impedanciával rendelkeznek. Feszültségerősítőnek is tekintik.
DC erősítők
Az egyenáramú vagy közvetlen csatolású erősítők alacsony frekvenciájú és közvetlen csatolású jelek erősítésére szolgálnak. Az egyenáramú erősítő két fokozata a fokozatok közötti közvetlen csatolással összekapcsolható.
A közvetlen csatolás egy egyszerű és könnyű csatlakozási mód. Kiszámítható úgy, hogy az első fokozatú tranzisztor kollektorát közvetlenül csatlakoztatjuk a második fokozatú tranzisztorbázishoz, amelyet T1-nek és T2-nek nevezünk.
Az egyenáramú erősítők azonban két problémát okoznak, az úgynevezett drift-eltolást és a szinteltolást. A differenciálerősítő kialakítása megszüntette az ilyen problémákat. Beszéljük meg a differenciálerősítőt.
Differenciál erősítők
A differenciálerősítő szerkezete megoldotta a drift és a szinteltolás problémáját. A szerkezet kettőből áll BJT (Bipoláris Junction Transistor) erősítők csak a tápvezetékeken keresztül csatlakoztatva. Ezt differenciálerősítőnek nevezik, mivel az erősítő kimenete az egyes bemenetek közötti különbség, amint az alább látható:
Vo = A (Vi1 - Vi2)
Ahol,
A Vo a kimenet, a Vi1 és Vi2 pedig a két bemenet.
A a differenciálerősítő erősítése.
Most ha
Vi1 = -Vi2
Vo = 2AVi1 = 2AVi
A fenti műveletet a differenciál üzemmód művelet. Itt a bemeneti jelek fázison kívül vannak egymással. Az ilyen fázison kívüli jeleket differenciálmódú (DM) jeleknek nevezzük.
Ha,
Vi1 = Vi2
Vo = A (Vi1 - Vi1)
In = 0
Ez a művelet az úgynevezett közös módú (CM), mert a bemeneti jelek fázisban vannak egymással. Az ilyen jelek nulla kimenete azt jelzi, hogy nem lesz drift az erősítőben.
Teljesítményerősítők
Teljesítményerősítőket is neveznek áramerősítők . Ezeknek az erősítőknek a bejövő jel áramszintjének emeléséhez szükségesek a terhelések könnyű meghajtása érdekében. A teljesítményerősítők típusai közé tartoznak az audio teljesítményerősítők, rádiófrekvenciás teljesítményerősítők stb.
A teljesítményerősítők A, AB, B és C osztályú erősítők. A teljesítményerősítő osztályokat a téma későbbi részében tárgyaljuk.
Kapcsoló üzemmód erősítők
A kapcsolómódú erősítők nagy hatásfokú nemlineáris erősítők.
Az ilyen típusú erősítők gyakori példája a D osztályú erősítők.
Hangszeres erősítő
A műszeres erősítőt analóg érzékelő- és mérőműszerekben használják. Nézzünk egy példát.
A nagyon alacsony feszültség mérésére használt voltmérő megfelelő működéséhez műszeres erősítő szükséges. Különféle funkciókkal rendelkezik, mint például nagyon nagy feszültségerősítés, jó szigetelés, nagyon alacsony zaj, alacsony energiafogyasztás, nagy sávszélesség stb.
Negatív visszajelzés
A negatív visszacsatolás az egyik alapvető jellemzője az erősítők torzításának és sávszélességének szabályozásában. A negatív visszacsatolás elsődleges célja a rendszer nyereségének csökkentése. A kimenet ellentétes fázisú része visszacsatolt a bemenetre. Az értéket tovább vonjuk a bemenetből. A torzított kimeneti jelben a torzított kimenet ellentétes fázisban van visszacsatolva. Kivonják a bemenetből; elmondhatjuk, hogy az erősítők negatív visszacsatolása csökkenti a nemlinearitást és a nem kívánt jeleket.
Az alábbi kép negatív visszajelzést mutat:
A negatív visszacsatolás segítségével a keresztezési torzulás és egyéb fizikai hibák is kiküszöbölhetők. A negatív visszacsatolás használatának további előnyei a sávszélesség kiterjesztése, a hőmérséklet-változások kiegyenlítése stb.
A negatív visszacsatolás lehet feszültség negatív visszacsatolás vagy áram negatív visszacsatolás. A feszültség vagy áram visszacsatolása mindkét esetben arányos a kimenettel.
Nem szabad összetévesztenünk a pozitív és a negatív visszajelzéseket. A pozitív visszacsatolás inkább felerősíti a változást, míg a negatív visszacsatolás inkább csökkenti a változást. Egy másik különbség az, hogy a pozitív visszacsatolású bemeneti és kimeneti jelek fázisban vannak, és hozzáadódnak. Negatív visszacsatolás esetén a bemeneti és kimeneti jelek fázison kívül vannak, és kivonják őket.
Aktív eszközök az erősítőben
Az erősítő néhány aktív eszközből áll, amelyek felelősek az erősítési folyamatért. Ez lehet egyetlen tranzisztor, vákuumcső, szilárdtest komponens vagy az integrált áramkörök bármely része.
Beszéljük meg az aktív eszközöket és szerepüket az erősítési folyamatban.
BJT
A BJT közismert nevén a áramvezérelt eszköz. A bipoláris átmenet tranzisztorokat kapcsolóként használják az erősítők áramának erősítésére.
MOSFET
MOSFET ill Fém-oxid félvezető térhatású tranzisztorok Általában elektronikus jelek erősítésére használják. A MOSFET-ek a vezetőképesség megváltoztatására használhatók a kapufeszültség szabályozásával. A MOSFET növelheti a gyenge jel erősségét is. Ezért a MOSFET-ek erősítőként használhatók.
Vákuumcsöves erősítők
A vákuumcsöves erősítő vákuumcsöveket használ forráseszközként. A jel amplitúdójának növelésére szolgál. A mikrohullámú frekvenciák alatt a csöves erősítőket szilárdtest-erősítőkre cserélték 19 végén.thszázad.
Mikrohullámú erősítők
A mikrohullámú erősítőket gyakran használják mikrohullámú rendszerekben. A bemeneti jel szintjének emelésére szolgál nagyon kis torzítással. Az elektromos teljesítményt is kapcsolhatja vagy növelheti. Jobb egyetlen eszköz kimenetet biztosít, mint a szilárdtest-eszközök mikrohullámú frekvencián.
Mágneses erősítők
A mágneses erősítőket a 20-as években fejlesztették kithszázadban a vákuumcsöves erősítők hátrányainak (nagy áramkapacitás és erősség) kiküszöbölésére. A mágneses erősítők hasonlóak a tranzisztorokhoz. A mag mágneses erejét a vezérlőtekercs (egy másik tekercs) feszültség alá helyezésével szabályozza.
Integrált áramkörök
Az integrált áramkörök számos elektronikus eszközt, például kondenzátorokat és tranzisztorokat tartalmazhatnak. Az IC népszerűsége az elektronikus eszközöket is elterjedte az egész világon.
Teljesítményerősítő osztályok
A teljesítményerősítők osztályai a következőképpen vannak besorolva A osztály, B osztály, AB osztály, és C osztály . Beszéljük meg a teljesítményerősítő osztályok rövid leírását.
A osztályú teljesítményerősítők
Az A osztályú erősítő bemenete kicsi, emiatt a kimenet is kicsi. Ezért nem ad nagy teljesítményerősítést. Tranzisztorokkal feszültségerősítőként használható. A vákuumpentóddal ellátott A osztályú erősítők egyetlen teljesítményerősítő fokozatot is biztosíthatnak a terhelések, például a hangszórók meghajtásához.
B osztályú teljesítményerősítők
A BJT-k általában B osztályú teljesítményerősítőket igényelnek a terhelések, például a hangszórók meghajtásához. A B osztályú erősítők bemenete nagy, ennek köszönhetően a kimenet is nagyon nagy. Így nagy erősítést produkál. De egyetlen tranzisztor esetén a bemeneti jelnek csak a fele erősödik.
AB osztályú teljesítményerősítők
Az AB teljesítményerősítők konfigurációja az A és B osztályú erősítők között van. Az AB osztályú erősítők a B osztályú teljesítményerősítők nagy teljesítményének és az A osztályú teljesítményerősítők alacsony torzításának kombinálásával készülnek.
Kis kimenetek esetén az AB osztályú teljesítményerősítő A osztályúként viselkedhet. Nagyon nagy kimenetek esetén B osztályú teljesítményerősítőként is viselkedhet.
C osztályú teljesítményerősítők
A C osztályú teljesítményerősítők vezetőeleme a tranzisztorok. Jobb hatásfokkal rendelkezik, de a félciklusnál kisebb vezetés miatt nagy torzítást okoz. Ezért a C osztályú teljesítményerősítőket nem részesítik előnyben az audioalkalmazásokban. Az ilyen erősítők általános alkalmazásai közé tartoznak a rádiófrekvenciás áramkörök.
Az erősítő tulajdonságai
Az erősítők a bemeneti és kimeneti tulajdonságaik szerint vannak meghatározva. Az erősítő erősítése határozza meg az erősítését. Ezért az erősítés és a szorzótényező az erősítők két alapvető tulajdonsága.
Beszéljük meg a különböző paraméterek által meghatározott tulajdonságokat, amelyeket alább felsorolunk:
Az erősítő erősítését a kimenet (teljesítmény, áram vagy feszültség) bemenethez viszonyított arányaként számítják ki. Ez határozza meg az erősítő erősítését. Például egy 10 voltos bemenetű és 60 voltos kimenetű jel 6-os erősítéssel rendelkezik.
Erősítés = Kimenet/bemenet
Erősítés = 60/10
Nyereség = 6
Az erősítés mértékegysége dB (decibel). A passzív komponensek erősítése általában egynél kisebb, míg az aktív komponensek erősítése nagyobb, mint 1.
A sávszélességet a mért szélességként határozzuk meg Hertz a hasznos frekvenciatartományból.
Frekvenciatartomány - A frekvenciatartományt általában a frekvenciamenetben vagy a sávszélességben határozzák meg.
Zaj alatt minden olyan nem kívánt jelet értünk, amely zavarként hat a rendszerben.
Az erősítő nagyobb hatásfoka kevesebb hőtermelést és nagyobb kimeneti teljesítményt eredményez. Kiszámítása a kimeneti teljesítmény és a teljes teljesítmény kihasználtsága közötti arány.
Az elfordulási sebességet volt/mikromásodpercben mérjük. Ez a kimenet maximális változási sebessége. Az erősítő hallható tartománya feletti elfordulási sebesség kevesebb torzítást és hibát eredményez.
Ez az erősítő azon képessége, hogy pontos másolatokat készítsen a bemeneti jelről.
Az erősítő áramköröknek stabilnak kell lenniük minden elérhető frekvencián. Úgy definiálják, mint egy elektronikus eszköz nem kívánt oszcillációinak elkerülésének képességét.
Különböző erősítők funkciói
Más típusú erősítők eltérő tulajdonságokkal rendelkeznek. Beszéljük meg a ma használatos különféle típusú erősítők funkcióit.
- A lineáris erősítők nem biztosítanak tökéletes lineáris képességet, mert egyetlen erősítő sem tökéletes. Ennek oka az erősítő eszközök, például a tranzisztorok használata, amelyek természetükben nem lineárisak. Ezek az eszközök bizonyos nemlinearitást produkálhatnak. A lineáris erősítők kevésbé hajlamosak a torzításra. Ez azt jelenti, hogy a lineáris erősítők kevesebb torzítást generálnak.
- Kifejezetten tervezett audio erősítők felerősítheti a hangfrekvenciát.
- A keskeny sávú erősítő a szűk frekvenciasávon, míg a szélessávú erősítők széles frekvenciatartományon erősít.
- A nemlineáris erősítők torzítást okoznak a lineáris eszközökhöz képest. A nemlineáris eszközöket azonban még ma is használják. A nemlineáris erősítők példái az RF (rádiófrekvenciás) erősítők stb.
- A szerkezet a logaritmikus erősítő bemenetének logaritmusával arányos kimenetet állít elő. Az áramkör két diódából és két műveleti erősítőből áll (műveleti erősítő).
Az erősítő alkalmazásai
Az erősítőket különböző alkalmazásokban használják. Beszéljük meg részletesen.
A feszültségkövető más néven egységerősítő erősítő . Nagyon nagy bemeneti impedanciája és nagyon alacsony kimeneti impedanciája van, ami az alapelve pufferelés akció. A műveleti erősítő invertáló kapcsa rövidzárlatos a kimeneti csatlakozóval.
Ez azt jelenti, hogy a kimenet egyenlő a bemenettel. Ezt nevezik feszültségkövetőnek, mivel az erősítő kimenete követi a bemenetet.
A feszültségkövető nem biztosít terhelést, nincs teljesítmény- és áramerősítés, ami az előnye.
Az áram-feszültség átalakító felépítése az alábbiakban látható:
Ahol,
RT: Termisztor vagy fényfüggő ellenállás.
AZT: Jelenlegi
RF: Visszacsatoló ellenállás
HA: Visszacsatolási áram
HANG: Kimeneti feszültség
A termisztor meghajtja az op-erősítőt invertáló módban. A hőmérséklet változása a termisztor ellenállásának változását eredményezi. Tovább változtatja a rajta áthaladó áramot. Az áram a visszacsatoló ellenálláson keresztül a kimenetbe a kimeneti feszültséget fejlesztő visszacsatoló áramként folyik be. Mivel a termisztoráram egyenlő a visszacsatoló árammal, azt mondhatjuk, hogy a kimeneti feszültség arányos a termisztor áramával.
Így a bemeneti áram kimeneti feszültséggé alakul.
TWTA és Klisztron a mikrohullámú erősítőként használt általános eszközök. A Traveling Wave Tube Amplifier (TWTA) jó erősítést biztosít még alacsony mikrohullámú frekvenciákon is. Ez azt jelenti, hogy a TWTA-t részesítik előnyben nagy teljesítményű erősítéshez. De a klistronok jobban hangolhatók, mint a TWTA.
A klistronokat mikrohullámú frekvenciákon is használják nagy teljesítményű alkalmazásokhoz. De széles hangolható erősítést biztosít a TWTA-hoz képest. Szűk a sávszélessége a TWTA-hoz képest.
Szilárdtest-eszközök , mint például a MOSFET, diódák, félvezető anyagok (szilícium, gallium stb.), kis teljesítményen és mikrohullámú frekvencián használatosak különféle alkalmazásokban. Például, mobiltelefonok, hordozható rádiófrekvenciás terminálok stb. Az ilyen alkalmazásokban a méret és a hatékonyság a fő tényezők, amelyek meghatározzák annak képességét és használatát. A szilárdtest-eszközök mikrohullámú erősítőkben való használata szintén széles sávszélességet biztosít.
Az erősítőket különféle hangszerekben, például gitárokban és dobgépekben használják, hogy a különböző forrásokból származó jeleket (húrok a gitárban stb.) hangot előállító erős elektronikus jellé (teljesítményerősítővé) alakítsák át. A hang eléggé hallható a közönség vagy a közeli emberek számára. Egyes hangszerek kimenete a hangszórókhoz van csatlakoztatva a hangosabb hangzás érdekében.
A hangszerek hangszer-erősítőinek van jelhangolási funkciója is, amely lehetővé teszi az előadó számára a jel hangszínének megváltoztatását.
Az oszcillátor áramkörök bármilyen kívánt frekvenciájú, alakú és teljesítményű elektromos hullámformák előállítására szolgálnak. Az oszcillátorokban az erősítők használata biztosítja az állandó kimeneti amplitúdót és felerősíti a visszacsatolási frekvenciát.
A videoerősítőben lévő erősítő a nagyfrekvenciás komponensekből álló jelet erősíti. Ezenkívül megakadályozza a torzítást. A videoerősítők különböző sávszélességűek a videojel minőségétől függően, például SDTV, HDTV, 1080pi stb.