Stiprintuvas yra dviejų prievadų elektroninis įrenginys, skirtas sustiprinti signalą arba padidinti signalo galią maitinimo šaltinio pagalba. Maitinimas tiekiamas per stiprintuvo įvesties gnybtą. Stiprintuvo išvestis gali būti padidinta amplitudė ir kt.
Stiprintuvo stiprinimas lemia jo stiprinimą. Tai yra pagrindinis veiksnys, lemiantis įrenginio išvestį. Stiprintuvai naudojami beveik visų tipų elektroniniuose komponentuose. Stiprinimas apskaičiuojamas kaip išėjimo parametro (galios, srovės arba įtampos) ir įvesties parametro santykis.
Stiprintuvai naudojami įvairiose srityse, tokiose kaip automatika, jūriniai, jutikliai ir tt. Stiprintuvo galios padidėjimas paprastai yra didesnis nei vienas. Supraskime kai kurias pagrindines idealaus stiprintuvo charakteristikas.
Čia mes aptarsime idealus stiprintuvas, stiprintuvų tipai, savybės, funkcijos, ir stiprintuvų pritaikymas .
Pradėkime.
Idealus stiprintuvas
Panagrinėkime idealaus stiprintuvo charakteristikas, kurios yra išvardytos žemiau:
- Įvesties varža: Begalinis
- Išėjimo varža: Nulis
- Stiprinimas skirtingais dažniais: Fiksuotas
Stiprintuvo įvesties prievadas gali būti įtampos šaltinis arba srovės šaltinis. Įtampos šaltinis priklauso tik nuo įvesties įtampos ir nepriima srovės. Panašiai srovės šaltinis priima srovę, o ne įtampą. Išėjimas bus proporcingas įtampai arba srovei visame prievade.
Idealaus stiprintuvo išėjimas gali būti priklausomas srovės šaltinis arba priklausomas įtampos šaltinis. Priklausomo įtampos šaltinio šaltinio varža yra lygi nuliui, o priklausomo srovės šaltinio – begalinė.
Priklausomo šaltinio įtampa arba srovė priklauso tik nuo įėjimo įtampos arba srovės. Tai reiškia, kad išėjimo įtampa priklausys nuo įėjimo įtampos, o išėjimo srovė priklausys nuo įvesties srovės nepriklausomo įtampos šaltinio ir srovės šaltinio.
Idealūs stiprintuvai toliau skirstomi į CCCS (Dabartinis valdymo srovės šaltinis), CCVS (Srovės valdymo įtampos šaltinis), VCVS (Įtampos valdymo įtampos šaltinis) ir VCCS (Įtampos valdymo srovės šaltinis).
CCVS ir CCCS įvesties varža yra lygi nuliui, o VCCS ir VCVS yra begalinės. Panašiai CCCS ir VCCS išėjimo varža yra begalinė, o CCVS ir VCVS lygi nuliui.
Stiprintuvų tipai
Pakalbėkime apie skirtingus stiprintuvų tipus.
Operaciniai stiprintuvai
Operaciniai stiprintuvai arba operatyviniai stiprintuvai yra didelio stiprumo tiesioginio ryšio (DC) stiprintuvai, atliekantys įvairias matematines operacijas, tokias kaip sudėjimas, diferencijavimas, atimtis, integravimas ir kt.
Jis turi du įvesties ir vieną išvesties gnybtus. Įvesties gnybtai vadinami invertuojančiais ir neinvertuojančiais gnybtais. Signalas, nukreiptas į invertuojamąjį gnybtą, bus rodomas kaip fazė invertuotas, o signalas, nukreiptas į neinvertuojamą gnybtą, išvesties gnybte be jokios fazės inversijos.
Įtampa, taikoma invertuojančiame įėjime, vaizduojama kaip V-, o įtampa neinvertuojančiame įėjime vaizduojama kaip V+.
Pastaba: Idealaus operatyvinio stiprintuvo išėjimo varža ir dreifas yra 0. Idealaus operatyvinio stiprintuvo įtampos padidėjimas, įėjimo varža ir pralaidumas yra begalybė.
Operaciniai stiprintuvai toliau skirstomi į invertuojančius ir neinvertuojančius stiprintuvus. Išsamiai aptarkime pirmiau minėtus du operacinių stiprintuvų tipus.
Programos
Op-stiprintuvai naudojami įvairiose elektronikos srityse. Pavyzdžiui,
mylivecricket žaisti gyvą kriketą
- Filtrai
- Įtampos lygintuvas
- Integratorius
- Srovės į įtampą keitiklis
- Vasarinis stiprintuvas
- Fazių perjungiklis
Invertuojantis ir neinvertuojantis stiprintuvo įėjimas parodytas žemiau:
Invertuojantis stiprintuvas
Invertuojantis stiprintuvas parodytas žemiau:
Tai operatyvinio stiprintuvo įtampos šunto grįžtamojo ryšio konfigūracija. Signalo įtampa, tiekiama į operatyvinio stiprintuvo invertuojamąją įvestį, lemia srovės I1 srautą į operatyvinį stiprintuvą. Žinome, kad operatyvinio stiprintuvo įvesties varža yra begalybė. Jis neleis srovei tekėti į stiprintuvą. Srovė tekės per išėjimo kilpą (per varžą R2) į operacinės stiprintuvo išvesties gnybtą.
Įtampos padidėjimas invertuojančio stiprintuvo išėjimo gnybte apskaičiuojamas taip:
A = Vo/Vs = -R2/R1
kur,
Vo ir Vs yra išėjimo ir signalo įtampa.
Neigiamas ženklas rodo, kad stiprintuvo išėjimas yra 180 laipsnių nefazinis su įėjimu.
Invertuojantis stiprintuvas yra vienas iš dažniausiai naudojamų operatyvinių stiprintuvų. Jis turi labai mažą įėjimo ir išėjimo varžą.
Neinvertuojantis stiprintuvas
Neinvertuojantis stiprintuvas parodytas žemiau:
Aukščiau pateikta konfigūracija yra įtampos serijos grįžtamojo ryšio jungtis. Signalo įtampa, tiekiama į operatyvinio stiprintuvo neinvertuojamą įvestį, lemia srovės I1 srautą į operatyvinį stiprintuvą ir I2 iš operatyvinio stiprintuvo.
Pagal virtualaus trumpojo jungimo sampratą I1 = I2 ir Vx =Vs.
Neinvertuojančio stiprintuvo įtampos padidėjimą galima apskaičiuoti taip:
A = A + (R2 / R1)
Neinvertuojantys stiprintuvai turi didelę įėjimo ir mažą išėjimo varžą. Jis taip pat laikomas įtampos stiprintuvu.
DC stiprintuvai
Nuolatinės srovės arba tiesioginio ryšio stiprintuvai naudojami žemo dažnio ir tiesioginio ryšio signalams stiprinti. Dvi nuolatinės srovės stiprintuvo pakopos gali būti sujungtos naudojant tiesioginę šių pakopų jungtį.
Tiesioginis sujungimas yra paprastas ir lengvas sujungimo būdas. Jį galima apskaičiuoti tiesiogiai prijungus pirmos pakopos tranzistoriaus kolektorių prie antrosios pakopos tranzistoriaus bazės, vadinamos T1 ir T2.
Tačiau nuolatinės srovės stiprintuvai sukelia dvi problemas, vadinamas dreifo ir lygio perjungimu. Diferencialinio stiprintuvo konstrukcija pašalino tokias problemas. Pakalbėkime apie diferencialinį stiprintuvą.
Diferencialiniai stiprintuvai
Diferencialinio stiprintuvo struktūra išsprendė dreifo ir lygio poslinkio problemą. Struktūra susideda iš dviejų BJT (Bipolar Junction Transistor) stiprintuvai, prijungti tik per maitinimo linijas. Jis vadinamas diferenciniu stiprintuvu, nes stiprintuvo išėjimas yra skirtumas tarp atskirų įėjimų, kaip parodyta toliau:
Vo = A (Vi1 – Vi2)
kur,
Vo yra išvestis, o Vi1 ir Vi2 yra du įėjimai.
A yra diferencialinio stiprintuvo stiprinimas.
Dabar, jei
Vi1 = -Vi2
Vo = 2AVi1 = 2AVi
Aukščiau pateikta operacija vadinama a diferencialinis režimas operacija. Čia įvesties signalai skiriasi vienas nuo kito. Tokie nefaziniai signalai yra žinomi kaip skirtumo režimo (DM) signalai.
Jei,
Vi1 = Vi2
Vo = A (Vi1 – Vi1)
In = 0
Ši operacija žinoma kaip bendrasis režimas (CM), nes įvesties signalai yra fazėje vienas su kitu. Nulinis tokių signalų išėjimas rodo, kad stiprintuve nebus dreifo.
atvirkštinė eilutė java
Galios stiprintuvai
Galios stiprintuvai taip pat vadinami srovės stiprintuvai . Šie stiprintuvai reikalingi norint padidinti gaunamo signalo srovės lygį, kad būtų galima lengvai valdyti apkrovas. Galios stiprintuvai yra garso galios stiprintuvai, radijo dažnio galios stiprintuvai ir kt.
Galios stiprintuvai skirstomi į A klasės, AB klasės, B klasės ir C klasės stiprintuvus. Galios stiprintuvų klases aptarsime vėliau šioje temoje.
Perjungti režimą Stiprintuvai
Perjungimo režimo stiprintuvai yra didelio efektyvumo netiesinių stiprintuvų tipas.
Dažnas tokio tipo stiprintuvų pavyzdys yra D klasės stiprintuvai.
Instrumentinis stiprintuvas
Instrumentinis stiprintuvas naudojamas analoginiuose jutimo ir matavimo prietaisuose. Panagrinėkime pavyzdį.
Voltmetrui, naudojamam labai žemai įtampai matuoti, reikalingas instrumentinis stiprintuvas, kad jis tinkamai veiktų. Jis turi įvairių funkcijų, tokių kaip labai didelis įtampos padidėjimas, gera izoliacija, labai mažas triukšmas, mažas energijos suvartojimas, didelis pralaidumas ir kt.
Neigiamas atsiliepimas
Neigiamas grįžtamasis ryšys yra viena iš esminių stiprintuvų iškraipymų ir pralaidumo valdymo savybių. Pagrindinis neigiamo grįžtamojo ryšio tikslas yra sumažinti sistemos pelną. Priešingos fazės išvesties dalis grąžinama atgal į įvestį. Vertė toliau atimama iš įvesties. Iškraipytame išėjimo signale iškraipytas išėjimas grąžinamas atgal priešinga faze. Jis atimamas iš įvesties; galime pasakyti, kad neigiamas grįžtamasis ryšys stiprintuvuose sumažina netiesiškumą ir nepageidaujamus signalus.
Žemiau pateiktame paveikslėlyje parodytas neigiamas atsiliepimas:
Neigiamų atsiliepimų pagalba taip pat galima pašalinti kryžminį iškraipymą ir kitas fizines klaidas. Kiti neigiamo grįžtamojo ryšio naudojimo pranašumai yra pralaidumo išplėtimas, temperatūros pokyčių ištaisymas ir kt.
Neigiamas grįžtamasis ryšys gali būti neigiamas įtampos grįžtamasis ryšys arba neigiamas srovės grįžtamasis ryšys. Abiem atvejais įtampos arba srovės grįžtamasis ryšys yra proporcingas išėjimui.
Neturėtume painioti teigiamų ir neigiamų atsiliepimų. Teigiamas grįžtamasis ryšys linkęs sustiprinti pokyčius, o neigiamas – sumažinti pokyčius. Kitas skirtumas yra tas, kad teigiamo grįžtamojo ryšio įvesties ir išvesties signalai yra faziniai ir pridedami. Esant neigiamam grįžtamajam ryšiui, įvesties ir išvesties signalai yra nefaziniai ir atimami.
Aktyvūs įrenginiai stiprintuve
Stiprintuvą sudaro keli aktyvūs įrenginiai, atsakingi už stiprinimo procesą. Tai gali būti vienas tranzistorius, vakuuminis vamzdis, kietojo kūno komponentas arba bet kuri integrinių grandynų dalis.
Pakalbėkime apie aktyvius įrenginius ir jų vaidmenį stiprinimo procese.
BJT
BJT paprastai žinomas kaip a valdomas srovės prietaisas. Bipoliniai jungties tranzistoriai naudojami kaip jungikliai stiprintuvų srovei sustiprinti.
MOSFET
MOSFET arba Metalo oksido puslaidininkiniai lauko efekto tranzistoriai dažniausiai naudojami elektroniniams signalams stiprinti. MOSFET gali būti naudojami laidumui keisti valdant vartų įtampą. MOSFET taip pat gali padidinti silpno signalo stiprumą. Taigi MOSFET gali būti naudojami kaip stiprintuvas.
Vakuuminiai vamzdiniai stiprintuvai
Vakuuminio vamzdžio stiprintuvas naudoja vakuuminius vamzdžius kaip šaltinio įrenginį. Jis naudojamas signalo amplitudei padidinti. Žemiau nei mikrobangų dažniai, maždaug 19 metų pabaigoje vamzdiniai stiprintuvai buvo pakeisti kietojo kūno stiprintuvais.thamžiaus.
Mikrobangų stiprintuvai
Mikrobangų stiprintuvai dažniausiai naudojami mikrobangų sistemose. Jis naudojamas įvesties signalo lygiui pakelti su labai mažais iškraipymais. Jis taip pat gali perjungti arba padidinti elektros energiją. Tai suteikia geresnę vieno įrenginio išvestį, palyginti su kietojo kūno įrenginiais mikrobangų dažniais.
Magnetiniai stiprintuvai
Magnetiniai stiprintuvai buvo sukurti XX athamžiuje, kad būtų pašalinti vakuuminių vamzdinių stiprintuvų trūkumai (didelė srovės talpa ir stiprumas). Magnetiniai stiprintuvai yra panašūs į tranzistorius. Jis valdo šerdies magnetinį stiprumą įjungdamas valdymo ritę (kitą apvijos ritę).
Integriniai grandynai
Integruotose grandinėse gali būti keli elektroniniai įrenginiai, tokie kaip kondensatoriai ir tranzistoriai. IC populiarumas taip pat išplito elektroninius prietaisus visame pasaulyje.
Galios stiprintuvų klasės
Galios stiprintuvų klasės klasifikuojamos kaip A klasė, B klasė, AB klasė, ir C klasė . Aptarkime trumpą galios stiprintuvų klasių aprašymą.
A klasės galios stiprintuvai
A klasės stiprintuvo įvestis yra maža, dėl to maža ir išvestis. Taigi jis nesukuria daug galios stiprinimo. Su tranzistoriais jis gali būti naudojamas kaip įtampos stiprintuvas. A klasės stiprintuvai su vakuuminiais pentodais taip pat gali suteikti vieną galios stiprinimo pakopą apkrovoms, pavyzdžiui, garsiakalbiams, valdyti.
B klasės galios stiprintuvai
BJT paprastai reikia B klasės galios stiprintuvų, kad būtų galima valdyti apkrovas, pavyzdžiui, garsiakalbius. B klasės stiprintuvų įėjimas yra didelis, dėl to išėjimas taip pat yra labai didelis. Taigi jis sukuria didelį stiprinimą. Tačiau vieno tranzistoriaus atveju sustiprinama tik pusė įvesties signalo.
AB klasės galios stiprintuvai
AB galios stiprintuvų konfigūracija yra tarp A ir B klasės stiprintuvų. AB klasės stiprintuvai gaminami derinant didelę B klasės galios stiprintuvų galią su mažu A klasės galios stiprintuvų iškraipymu.
Esant mažiems išėjimams, AB klasės galios stiprintuvas gali veikti kaip A klasė. Jis gali veikti kaip B klasės galios stiprintuvas, kai išėjimai yra labai dideli.
C klasės galios stiprintuvai
C klasės galios stiprintuvų laidumo elementas yra tranzistoriai. Jis pasižymi geresniu efektyvumu, tačiau dėl mažesnio nei pusės ciklo laidumo sukelia didelius iškraipymus. Taigi garso programose C klasės galios stiprintuvai nėra pageidaujami. Įprasti tokių stiprintuvų pritaikymai apima radijo dažnių grandines.
Stiprintuvo savybės
Stiprintuvai apibrėžiami pagal jų įvesties ir išvesties savybes. Stiprintuvo stiprinimas lemia jo stiprinimą. Taigi stiprinimo ir dauginimo koeficientai yra dvi pagrindinės stiprintuvų savybės.
Aptarkime savybes, kurias apibrėžia skirtingi parametrai, kurie išvardyti toliau:
Stiprintuvo stiprinimas apskaičiuojamas kaip išėjimo (galios, srovės arba įtampos) ir įvesties santykis. Jis nustato stiprintuvo stiprinimą. Pavyzdžiui, signalas su 10 voltų įėjimu ir 60 voltų išėjimu turės 6 stiprinimą.
Stiprinimas = Išvestis/Įvestis
Pelnas = 60/10
Pelnas = 6
Stiprinimas išreiškiamas vienetais dB (decibelais). Pasyviųjų komponentų padidėjimas paprastai yra mažesnis nei vienas, o aktyvių komponentų padidėjimas didesnis nei 1.
Pralaidumas apibrėžiamas kaip plotis, matuojamas Hertz naudingojo dažnių diapazono.
Dažnių diapazonas - Dažnių diapazonas paprastai nurodomas pagal dažnio atsaką arba dažnių juostos plotį.
Triukšmas apibrėžiamas kaip bet koks nepageidaujamas signalas, veikiantis kaip sistemos sutrikimas.
Didesnis stiprintuvo efektyvumas sumažintų šilumos gamybą ir didesnę išėjimo galią. Jis apskaičiuojamas kaip išėjimo galios ir bendros galios panaudojimo santykis.
Posūkio greitis matuojamas voltais per mikrosekundę. Jis apibrėžiamas kaip didžiausias išėjimo pokyčio greitis. Virš stiprintuvo girdimo diapazono apsisukimo dažnis sukeltų mažiau iškraipymų ir klaidų.
Tai apibrėžiama kaip stiprintuvo gebėjimas sukurti tikslias įvesties signalo kopijas.
Stiprintuvo grandinės turi būti stabilios visais prieinamais dažniais. Jis apibrėžiamas kaip galimybė išvengti nepageidaujamų elektroninio įrenginio svyravimų.
Įvairių stiprintuvų funkcijos
Kitų tipų stiprintuvai turi skirtingas charakteristikas. Aptarkime įvairių tipų šiandien naudojamų stiprintuvų funkcijas.
- The linijiniai stiprintuvai nesuteikia tobulos tiesinės galimybės, nes nė vienas stiprintuvas nėra tobulas. Taip yra dėl to, kad naudojami stiprintuvai, tokie kaip tranzistoriai, kurie yra nelinijinio pobūdžio. Šie įrenginiai gali sukurti tam tikrą netiesiškumą. Linijiniai stiprintuvai yra mažiau linkę į iškraipymus. Tai reiškia, kad linijiniai stiprintuvai sukuria mažiau iškraipymų.
- Specialiai sukurtas garso stiprintuvai gali sustiprinti garso dažnį.
- Siaurajuostis stiprintuvas stiprina siauroje dažnių juostoje, o plačiajuostis stiprintuvas – plačiu dažnių diapazonu.
- The nelinijiniai stiprintuvai sukuria iškraipymus, palyginti su linijiniais įrenginiais. Tačiau nelinijiniai įrenginiai vis dar naudojami ir šiandien. Netiesinių stiprintuvų pavyzdžiai yra RF (radijo dažnio) stiprintuvai ir kt.
- Struktūra logaritminis stiprintuvas sukuria išvestį, proporcingą jo įvesties logaritmui. Grandinę sudaro du diodai ir du operatyviniai stiprintuvai (operacinis stiprintuvas).
Stiprintuvo taikymas
Stiprintuvai naudojami įvairiose srityse. Aptarkime tai išsamiai.
Įtampos sekiklis taip pat žinomas kaip vienybės stiprinimo stiprintuvas . Jis turi labai didelę įėjimo varžą ir labai mažą išėjimo varžą, kuri yra pagrindinis principas buferizavimas veiksmas. Operacinio stiprintuvo invertuojantis gnybtas yra trumpas su išvesties gnybtu.
Tai reiškia, kad išėjimas yra lygus įėjimui. Jis vadinamas įtampos sekikliu, nes stiprintuvo išėjimas seka įvestį.
Įtampos sekiklis nesuteikia apkrovos efektų, jokios galios ir srovės padidėjimo, o tai yra jo pranašumai.
Srovės ir įtampos keitiklio konstrukcija parodyta žemiau:
kur,
RT: Termistorius arba nuo šviesos priklausomas rezistorius.
IT: Dabartinė
RF: Grįžtamasis rezistorius
JEI: Grįžtamasis ryšys
BALSAS: Išėjimo įtampa
Termistorius valdo operatyvinį stiprintuvą invertavimo režimu. Temperatūros pokytis lemia termistoriaus varžos kitimą. Jis dar labiau keičia per jį einantį srovę. Srovė teka į išėjimą per grįžtamojo ryšio rezistorių kaip grįžtamoji srovė, kuri sukuria išėjimo įtampą. Kadangi termistoriaus srovė yra lygi grįžtamojo ryšio srovei, galime sakyti, kad išėjimo įtampa yra proporcinga termistoriaus srovei.
Taigi įėjimo srovė paverčiama išėjimo įtampa.
TWTA ir Klystron yra įprasti įrenginiai, naudojami kaip mikrobangų stiprintuvai. Keliaujančių bangų vamzdžių stiprintuvas (TWTA) užtikrina gerą stiprinimą net esant žemiems mikrobangų dažniams. Tai reiškia, kad didelės galios stiprinimui pirmenybė teikiama TWTA. Tačiau klistronai yra geriau derinami, palyginti su TWTA.
Klystronai taip pat naudojami mikrobangų dažniuose didelės galios reikmėms. Tačiau, palyginti su TWTA, jis suteikia platų derinamą stiprinimą. Jis taip pat turi siaurą pralaidumą, palyginti su TWTA.
Kietojo kūno įrenginiai , pvz., MOSFET, diodai, puslaidininkinės medžiagos (silicis, galis ir kt.), įvairiose srityse naudojami esant mažos galios ir mikrobangų dažniams. Pavyzdžiui, mobilieji telefonai, nešiojamieji radijo dažnių terminalai tt Tokiose programose dydis ir efektyvumas yra pagrindiniai veiksniai, lemiantys jo galimybes ir naudojimą. Kietojo kūno įrenginių naudojimas mikrobangų stiprintuvuose taip pat suteikia platų pralaidumą.
Stiprintuvai naudojami įvairiuose muzikos instrumentuose, tokiuose kaip gitaros ir būgnų aparatas, norint paversti signalą iš skirtingų šaltinių (gitaros stygos ir kt.) į galingą elektroninį signalą (galios stiprintuvą), kuris sukuria garsą. Garsas pakankamai girdimas auditorijai ar šalia esantiems žmonėms. Kai kurių muzikos instrumentų išvestis yra prijungta prie garsiakalbių, kad garsas būtų garsesnis.
Muzikos instrumentų instrumentų stiprintuvai taip pat turi signalo derinimo funkciją, leidžiančią atlikėjui keisti signalo toną.
Osciliatorių grandinės naudojamos generuoti bet kokio pageidaujamo dažnio, formos ir galios elektrines bangas. Stiprintuvų naudojimas generatoriuose užtikrina pastovią išėjimo amplitudę ir sustiprina grįžtamojo ryšio dažnį.
Vaizdo stiprintuve esantis stiprintuvas sustiprina signalą, sudarytą iš aukšto dažnio komponentų. Tai taip pat apsaugo nuo bet kokių iškraipymų. Vaizdo stiprintuvai turi skirtingą pralaidumą pagal vaizdo signalo kokybę, pvz., SDTV, HDTV, 1080pi ir kt.