Elektronikus erősítő

Erősítő fokozat - egy vagy több erősítő elemet, terhelési áramköröket és előző vagy következő fokozatokkal való kapcsolatokat tartalmazó erősítő fokozat.

Erősítő elemként általában elektroncsöveket vagy tranzisztorokat (bipoláris, térhatású) használnak, és bizonyos esetekben bipoláris eszközöket is használhatnak , például alagútdiódákat (a negatív ellenállás tulajdonságát használják), stb. Félvezető erősítő elemek (és néha vákuum) nem csak diszkrét (különálló), hanem integrált is ( mikroáramkörök részeként ), gyakran egy teljesen kész erősítőt valósítanak meg egy mikroáramkörben.

Attól függően, hogy az erősítő elem be van kapcsolva, vannak kaszkádok közös alappal, közös emitterrel , közös kollektorral ( emitter follower ) (bipoláris tranzisztornál), közös kapuval, közös forrással, közös lefolyóval ( forráskövető) (térhatású tranzisztorhoz) és közös ráccsal, közös katóddal, közös anóddal (lámpákhoz)

• Kaszkád közös emitterrel (forrás, katód) - a bekapcsolás leggyakoribb módja, lehetővé teszi az áram és a feszültség jelének egyidejű erősítését, 180 ° -kal eltolja a fázist, azaz invertálja.
• Kaszkád közös alappal (kapu, rács) - csak feszültségben erősít, ritkán használják, a legmagasabb frekvencia, nem tolja el a fázist.
• Cascade közös kollektorral (lefolyó, anód) - követőnek is nevezik (emitter, forrás, katód), felerősíti az áramot, így a jel feszültsége megegyezik az eredetivel . Puffer erősítőként használják . Az átjátszó fontos tulajdonságai a nagy bemeneti és alacsony kimeneti impedanciája , nem vált el fázist.
• Az elosztott terhelésű kaszkád olyan kaszkád, amely egy köztes helyzetet foglal el a közös emitterrel rendelkező kapcsolóáramkör és a közös kollektor között. Az elosztott terhelésű fokozat változataként a teljesítményerősítő kimeneti fokozata "két felfüggesztés". Fontos tulajdonságok az áramköri elemek által beállított fix feszültségerősítés és az alacsony nemlineáris torzítás. A kimeneti jel differenciál.

Cascode erősítő  - két aktív elemet tartalmazó erősítő, amelyek közül az első egy közös emitter (forrás, katód) áramkör, a második pedig egy közös alapáramkör (kapu, rács) szerint van csatlakoztatva. A cascode erősítő nagy stabilitással és alacsony bemeneti kapacitással rendelkezik . Az erősítő neve a "CASCade through cathODE" kifejezésből származik ( eng.  CASCade to cathODE ) [2]

Az erősítési fokozatok lehetnek egyciklusúak és push-pull.

• Az egyvégű erősítő olyan erősítő, amelyben a bemeneti jel egy erősítőelem vagy egy párhuzamosan kapcsolt elemcsoport bemeneti áramkörébe kerül.
• A push-pull erősítő  olyan erősítő, amelyben a bemeneti jel egyidejűleg két erősítőelem vagy két erősítőelem-csoport bemeneti áramkörébe kerül párhuzamosan, 180 °-os fáziseltolással.

Erőteljes erősítő fokozatok üzemmódjai (osztályai)

Az erős kaszkádok üzemmódjának megválasztásának jellemzői az energiaellátás hatékonyságának növelésére és a nemlineáris torzítások csökkentésére vonatkoznak. Attól függően, hogy az erősítő eszköz kezdeti működési pontját milyen módon helyezik el a statikus és dinamikus jellemzőkre, a következő erősítési módokat különböztetjük meg

• A mód

• B mód

• B mód, push-pull kaszkád

• C mód

• A jel félhullám vágási szögei különböző módokban

Osztályozás

Analóg erősítők és digitális erősítők

• Az analóg erősítőkben a digitális átalakítás nélküli analóg bemeneti jelet az analóg erősítő fokozatai erősítik. A digitális átalakítás nélküli analóg kimeneti jel analóg terhelésre kerül.
• A digitális erősítőkben a bemeneti analóg jel analóg erősítőfokozatokkal olyan értékre történő analóg erősítése után, amely elegendő az analóg- digitális átalakító (ADC, ADC) általi analóg-digitális átalakításhoz, egy analóg-digitális átalakító analóg érték (feszültség) digitális értékké válik - egy szám (kód) , amely megfelel a bemeneti analóg jel feszültségértékének. A digitális érték (szám, kód) vagy közvetlenül a puffervezérlés erősítő fokozatain keresztül egy digitális kimeneti aktuátorhoz, vagy egy nagy teljesítményű digitális-analóg átalakítóhoz (DAC, DAC), amelynek erős analóg kimeneti jele egy analóg kimenetre kerül. kimeneti működtető.

Az erősítők típusai elembázis szerint

• Valve amplifier ( eng.  Valve amplifier ) - egy erősítő, amelynek erősítő elemei vákuumcsövek
• A félvezető erősítő olyan erősítő, amelynek erősítő elemei félvezető eszközök (tranzisztorok, mikroáramkörök stb.)
• Hibrid erősítő - olyan erősítő, amelynek kaszkádjainak egy része lámpákra, egy része félvezetőkre van szerelve
• A kvantumerősítő  olyan eszköz, amely elektromágneses hullámokat gerjesztett atomok, molekulák vagy ionok stimulált kibocsátásával erősít.

Az erősítők típusai frekvenciatartomány szerint

• DC erősítő (UPT) - bemeneti feszültségek vagy áramok erősítője, amelynek alsó vágási frekvenciája nulla. Alkalmazása az automata berendezésekben , mérésekben és analóg számítástechnikában .
• Alacsony frekvenciájú erősítő (ULF, hangfrekvenciás erősítő, UZCH) - hangfrekvencia- tartományban történő működésre tervezett erősítő (néha az ultrahang alsó része is, 200 kHz-ig). Főleg hangrögzítési, hangvisszaadási technikában, valamint automatizálásban, mérésben és analóg számítástechnikában használják.
• Nagyfrekvenciás erősítő (UHF, rádiófrekvenciás erősítő, URF) - rádiófrekvenciás jelerősítő. Főleg rádióvevőkben és rádióadókban használják a rádiókommunikációban , a rádió- és televízióműsorszórásban, a radarban , a rádiónavigációban és a rádiócsillagászatban , valamint a méréstechnikában és az automatizálásban.
• Impulzuserősítő - olyan erősítő, amelyet az áram- vagy feszültségimpulzusok erősítésére terveztek, alakjuk minimális torzításával. A bemeneti jel olyan gyorsan változik, hogy az erősítő tranziensei döntőek a kimeneti hullámforma megtalálásában. A fő jellemző az erősítő impulzusátviteli jellemzője. A kapcsolóerősítők nagyon nagy sávszélességgel rendelkeznek: a felső vágási frekvencia több száz kilohertz - több megahertz, az alsó vágási frekvencia általában nulla hertztől, de néha több tíz hertztől is, ilyenkor az állandó komponens a az erősítő kimenete mesterségesen helyreáll. Az impulzus alakjának pontos reprodukálásához az erősítőknek nagyon alacsony fázis- és dinamikus torzítással kell rendelkezniük. Mivel az ilyen erősítők bemeneti feszültségét általában impulzusszélesség-modulátorokból (PWM) veszik, amelyek kimeneti teljesítménye több tíz milliwatt , nagyon nagy teljesítménynövekedéssel kell rendelkezniük. Radar, rádiónavigáció, automatizálás és mérőberendezések impulzuskészülékeiben használják.

Az erősítők típusai frekvenciasáv szerint

• Szélessávú (időszakos) erősítő - olyan erősítő, amely széles frekvenciatartományban ugyanazt az erősítést adja
• Sáváteresztő erősítő - olyan erősítő, amely a jelspektrum rögzített átlagos frekvenciáján működik, és megközelítőleg egyenlő mértékben erősíti a jelet egy adott frekvenciasávban
• Szelektív erősítő - olyan erősítő, amelynek erősítése egy szűk frekvenciatartományban a maximális, és azon túl a minimális.

Az erősítők típusai terhelés típusa szerint

• ellenállással;
• kapacitív;
• induktív;
• rezonánssal;
• kimeneti transzformátorral ;
• aktív terheléssel [3] .

Különleges típusú erősítők

• A differenciálerősítő  olyan erősítő, amelynek kimenete arányos a két bemenet különbségével, két bemenete van, és általában egy szimmetrikus kimenete.
• A műveleti erősítő  egy többfokozatú egyenáramú erősítő nagy nyereséggel és bemeneti impedanciával , differenciális bemenettel és egyvégű, alacsony kimeneti impedanciájú kimenettel, amelyet mély negatív visszacsatolású eszközökben való működésre terveztek.
• Műszeres erősítő  - Olyan alkalmazásokhoz tervezték, amelyek precíziós erősítést igényelnek nagy jelhűséggel
• Scale amplifier - olyan erősítő, amely nagy pontossággal változtatja az analóg jel szintjét adott számú alkalommal
• A logaritmikus erősítő  olyan erősítő, amelynek kimenőjele megközelítőleg arányos a bemeneti jel logaritmusával.
• Kvadratikus erősítő - olyan erősítő, amelynek kimenőjele megközelítőleg arányos a bemeneti jel négyzetével
• Az integráló erősítő olyan erősítő, amelynek kimenőjele arányos a bemeneti jel integráljával.
• Invertáló erősítő - olyan erősítő, amely a harmonikus jel fázisát 180°-kal vagy az impulzusjel polaritását az ellenkezőjére változtatja ( inverter )
• Para-fázisú (fázisfordított) erősítő - két ellenfázisú feszültség kialakítására szolgáló erősítő
• Alacsony zajszintű erősítő - olyan erősítő, amelyben speciális intézkedéseket tesznek az önzaj szintjének csökkentésére , amely elfedheti az erősített gyenge jelet
• A leválasztó erősítő olyan erősítő, amelyben a bemeneti és kimeneti áramkörök galvanikusan le vannak választva. Védelmet nyújt a bemeneti áramkörökre kapcsolható nagyfeszültség ellen, valamint a testáramkörök mentén terjedő interferencia ellen.

Az erősítők néhány funkcionális típusa

• Előerősítő (előerősítő) - egy erősítő, amelyet arra terveztek, hogy a jelet a végső erősítő normál működéséhez szükséges értékre erősítse.
• Terminálerősítő (teljesítményerősítő) - olyan erősítő, amely bizonyos külső terhelés mellett az elektromágneses rezgések erejét egy előre meghatározott értékre erősíti.
• Köztes frekvenciaerősítő (IFA) - a rádiófrekvencia - átalakítóból származó, meghatározott frekvenciájú (456 kHz, 465 kHz, 4 MHz, 5,5 MHz, 6,5 MHz, 10,7 MHz stb.) keskeny sávú jelerősítő .
• A rezonáns erősítő  egy szűk frekvenciaspektrumú jelek erősítője, amely a rezonáns áramkör sávszélességében fekszik, amely a terhelése.
• A videoerősítő egy olyan impulzuserősítő , amelyet összetett alakú videoimpulzusok erősítésére terveztek ( lásd Videójel ), széles spektrális összetétellel. A név ellenére nem csak videó- ​​és televíziótechnikában használják, hanem radarban, különféle detektorok , modemek stb. jelfeldolgozásában is. Ennek az erősítőnek a fő jellemzője, hogy 0 Hz -ig (egyenáram) működik. Ezenkívül egy ilyen spektrumú jelet általában videojelnek neveznek, még akkor is, ha semmi köze a képátvitelhez.
• Mágneses rögzítőerősítő – mágneses felvevőfejre helyezett erősítő .
• Reprodukciós erősítő – a magnetofon , videomagnó , hajlékonylemez-meghajtó , merevlemez -meghajtó mágneses fejéből vagy fotodiódájából érkező elektromos jelek alacsony zajszintű erősítője optikai szignalogram-lejátszó rendszerekben ( filmvetítő hangolvasó rendszer , optikai lemezek ). ). A felvételi erősítőhöz hasonlóan frekvenciakorrekciós áramköröket is tartalmaz, amelyek biztosítják a felvételi-lejátszási útvonal frekvenciaválaszának lehető legnagyobb linearitását.
• Mikrofonerősítő – a mikrofonból érkező hangfrekvenciák elektromos jeleit olyan értékre erősíti, amelyen azok feldolgozhatók és szabályozhatók. A professzionális mikrofonerősítők differenciális bemenettel rendelkeznek ( kiegyensúlyozott csatlakozás , XLR csatlakozók ), hogy csökkentsék az interferenciát és az interferenciát.
• Az erősítő-korrektor (korrekciós erősítő) egy elektronikus eszköz a video- vagy audiojel paramétereinek megváltoztatására. A videojel-korrektor például lehetővé teszi a színtelítettség, a színtónus, a fényerő, a kontraszt és a felbontás beállítását, az audiojel-javító erősítő pedig a gramofon lemezjátszó hangszedőjéből származó jelek erősítésére és korrekciójára szolgál ( lásd: Phono equalizer ). , vannak más típusú korrektoros erősítők is .

Erősítők, mint független eszközök

• Hangfrekvencia erősítők
  • Hangfrekvencia-erősítők vezetékes műsorszóró rendszerekhez.
  • Hangfrekvencia erősítők nyitott és zárt terek megszólaltatásához.
  • Háztartási hangfrekvenciás erősítők. Ebben az eszközcsoportban a legnagyobb hűségű Hi-Fi és a legmagasabb minőségű csúcsminőségű erősítők a legnagyobb érdeklődésre számot tartóak . Vannak előzetes, terminális (teljesítményerősítők) és teljes erősítők, amelyek egyesítik az előzetes és a terminál tulajdonságait.
• A műszererősítők a jelek mérési célú erősítésére  szolgálnak.
  • A biopotenciálerősítők az elektrofiziológiában  használt mérőerősítők egyik fajtája .
• Antennaerősítők - az antenna gyenge jeleinek erősítésére szolgálnak, mielőtt a rádióvevő bemenetére táplálják őket , vannak kétirányú erősítők (adó-vevő eszközökhöz), ezek is erősítik az adó végső szakaszából az antennához érkező jelet . Az antennaerősítőt általában közvetlenül az antennára vagy annak közelébe kell felszerelni.

• ULF lámpa

• előerősítő

• Hi-Fi ULF McIntosh MA6800

• Aleph 3 teljesítményerősítő

Fő normalizált paraméterek

• Frekvenciatartomány
• Nyereség
• Frekvenciaválasz egyenetlensége
• Érzékenység
• Zajszint _
• THD
• Bemeneti impedancia
• kimeneti impedancia
• Maximális kimeneti feszültség
• Maximális kimeneti teljesítmény

Lásd még

• Jelgenerátor
• A Nyquist-Mihajlov stabilitási kritérium
• Műveleti erősítők használata

Jegyzetek

1. ↑ Mitrofanov O. V., Simonov B. M., Koledov L. A. A mikroelektronikai termékek működésének fizikai alapjai // M. Higher School. - 1987. - 110. o
2. ↑ Hickman, RW és Hunt, FV, "On Electronic Voltage Stabilizers", Review of Scientific Instruments , vol. 10. o. 6-21 (1939. január)
3. ↑ A részletekért lásd például a Current Mirror , Operational Amplifier 741#Differential Input Stage című cikket .

Irodalom

• Simonov Yu. L. Köztes frekvenciájú erősítők. - M .: Szovjet rádió, 1973
• Bukreev S.S. Alacsony frekvenciájú tranzisztoros erősítők visszacsatolással. - M .: Szovjet rádió, 1972
• Voishvillo GV Erősítő eszközök: Tankönyv egyetemek számára. 2. kiadás - M .: Rádió és kommunikáció. 1983
• Elektronikus eszközök kézikönyve: 1. évf. / Szerk. D. P. Linde - M .: Energia, 1978
• Ramm G.S. Elektronikus erősítők.
• Shamshin V. G. A kommunikációs eszközök története, 2003.
• Kuleshov V.N., Udalov N.N., Bogachev V.M. és mások Lengések generálása és rádiójelek kialakítása. - M. : MPEI, 2008. - 416 p. - ISBN 978-5-383-00224-7 .

• GOST 23849-87. A berendezés rádióelektronikus háztartási. Audiojelerősítők elektromos paramétereinek mérési módszerei.
• GOST 24388-88. A hangfrekvenciás jelek erősítői háztartásiak. Általános Specifikációk.
• GOST 29180-91. A műszaki eszközök kompatibilitása elektromágneses. Mikrohullámú készülékek. Az erősítők alacsony zajszintűek. Paraméterek és jellemzők. Mérési módszerek.
• OST4-203.007-84. Hangtechnika nyílt és zárt terekhez. Hangfrekvencia erősítők. Általános Specifikációk.
• OST45-138-99. Audioterminál-erősítők vezetékes műsorszóró állomásokhoz. Fő paraméterek. Mérési módszerek.
• IEC 60527(1975). DC erősítők. Jellemzők és vizsgálati módszerek.
• IEC 60581-6(1979). Akusztikai berendezések és rendszerek nagy pontosságú reprodukciót (Hi-Fi). A paraméterekre vonatkozó minimumkövetelmények. 6. rész. Erősítők.
• IEC 61305-3 (1995). Hangtechnika és audiorendszerek nagy hűséggel otthoni használatra. A teljesítményjellemzők mérési és megállapítási módszerei. 3. rész: Erősítők.
• IEC 60268-3(2000). Hangrendszer berendezés. 3. rész. Erősítők.

Linkek

• Új generációs nagyfrekvenciás erősítők
• VHF antenna erősítő
• Elektronikus erősítők