Elektronisk förstärkare

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 3 januari 2020; kontroller kräver 13 redigeringar .

En elektronisk förstärkare  är en enhet som kan förstärka elektrisk effekt. Enheter som endast förstärker ström eller spänning (till exempel transformatorer ) finns inte bland förstärkarna. Funktionsprincipen för en elektronisk förstärkare är baserad på en förändring i dess aktiva eller reaktiva resistans av elektrisk ledningsförmåga i gaser , vakuum och halvledare under påverkan av en lågeffektsignal [1] . En elektronisk förstärkare kan vara både en oberoende enhet och en enhet (funktionell enhet) som en del av vilken utrustning som helst - en radiomottagare , bandspelare , mätanordning , etc.

Historik

Enhet och funktionsprincip

Förstärkarstruktur

Förstärkaren är i det allmänna fallet en sekvens av förstärkningssteg (det finns även enstegsförstärkare) sammankopplade med direkta anslutningar.

I de flesta förstärkare finns det förutom direkta även återkopplingar (mellansteg och mellansteg). Negativ återkoppling kan förbättra förstärkarens stabilitet och minska frekvens och icke-linjär signaldistorsion . I vissa fall inkluderar återkopplingar termiskt beroende element ( termistorer, posistorer ) - för temperaturstabilisering av förstärkaren eller frekvensberoende element - för att utjämna frekvenssvaret.

Vissa förstärkare (vanligtvis UHF -radiomottagare och radiosändare ) är utrustade med automatisk förstärkningskontroll (AGC) eller automatisk effektkontroll (AWC). Dessa system tillåter att den genomsnittliga uteffektnivån bibehålls ungefär konstant när ingångsnivån ändras.

Mellan stegen i förstärkaren, såväl som i dess ingångs- och utgångskretsar, kan dämpare eller potentiometrar slås på  - för att justera förstärkningen, filter  - för att bilda ett givet frekvenssvar och olika funktionella enheter - icke-linjära, etc.

Som med alla aktiva enheter har förstärkaren också en primär eller sekundär strömförsörjning (om förstärkaren är en fristående enhet) eller kretsar genom vilka matningsspänningarna tillförs från en separat strömkälla .

Amplification Cascades

Förstärkningssteg - ett förstärkarsteg som innehåller ett eller flera förstärkarelement, belastningskretsar och anslutningar till tidigare eller efterföljande steg.

Som förstärkningselement används vanligtvis elektronrör eller transistorer (bipolära, fälteffekt) och i vissa fall kan även bipolära enheter användas , till exempel tunneldioder (egenskapen negativ resistans används) etc. Halvledarförstärkningselement (och ibland vakuum sådana) kanske inte bara är diskreta (separata) utan också integrerade (som en del av mikrokretsar ), ofta är en helt färdig förstärkare implementerad i en mikrokrets.

Beroende på hur förstärkningselementet är på, finns det kaskader med en gemensam bas, en gemensam emitter , en gemensam kollektor ( emitterföljare ) (för en bipolär transistor), med en gemensam gate, en gemensam källa, en gemensam drain ( källföljare) (för en fälteffekttransistor) och med ett gemensamt rutnät, gemensam katod, gemensam anod (för lampor)

  • Kaskad med en gemensam emitter (källa, katod) - det vanligaste sättet att slå på, låter dig förstärka signalen för ström och spänning samtidigt, skiftar fasen med 180 °, det vill säga den inverterar.
  • En kaskad med en gemensam bas (grind, nät) - förstärker endast i spänning, används sällan, är den högsta frekvensen, skiftar inte fasen.
  • Kaskad med en gemensam kollektor (drain, anod) - även kallad efterföljare (sändare, källa, katod), förstärker strömmen och lämnar signalspänningen lika med originalet . Används som buffertförstärkare . Viktiga egenskaper hos repeatern är dess höga ingång och låga utgångsimpedans , den fasskiftar inte.
  • En kaskad med en fördelad last är en kaskad som upptar ett mellanläge mellan en kopplingskrets med en gemensam emitter och en gemensam kollektor. Som en variant av steget med fördelad belastning är slutsteget på effektförstärkaren "tvåfjädring". Viktiga egenskaper är en fast spänningsförstärkning inställd av kretselementen och låg icke-linjär distorsion. Utsignalen är differentiell.

Kaskodförstärkare  - en förstärkare som innehåller två aktiva element, varav den första är ansluten enligt en gemensam emitter (källa, katod) krets, och den andra - enligt en gemensam baskrets (grind, rutnät). Kaskodförstärkare har hög stabilitet och låg ingångskapacitans . Namnet på förstärkaren kommer från frasen "CASCade through cathODE" ( eng.  CASCade to cathODE ) [2]

Amplifieringssteg kan vara encykel och push-pull.

  • En enkeländad förstärkare är en förstärkare där insignalen matas in i ingångskretsen för ett förstärkarelement eller en grupp av element som är parallellkopplade.
  • En push-pull-förstärkare  är en förstärkare där insignalen matas samtidigt till ingångskretsarna för två förstärkarelement eller två grupper av förstärkarelement kopplade parallellt, med en fasförskjutning på 180°.

Lägen (klasser) av kraftfulla förstärkningssteg

Funktioner i valet av läget för kraftfulla kaskader är förknippade med uppgifterna att öka effektiviteten hos strömförsörjningen och minska icke-linjära distorsion. Beroende på metoden för att placera den initiala arbetspunkten för förstärkaranordningen på de statiska och dynamiska egenskaperna, särskiljs följande förstärkningslägen

  • Läge A

  • Läge B

  • Läge B, push-pull kaskad

  • Läge C

  • Signalhalvvågsavskärningsvinklar i olika lägen

Klassificering

Analoga förstärkare och digitala förstärkare

  • I analoga förstärkare förstärks den analoga insignalen utan digital omvandling av analoga förstärkarsteg. Den analoga utsignalen utan digital omvandling matas till en analog last.
  • I digitala förstärkare, efter analog förstärkning av den ingående analoga signalen med analoga förstärkningssteg till ett värde som är tillräckligt för analog-till-digital-omvandling med en analog-till-digital-omvandlare (ADC, ADC), en analog-till-digital-omvandling av en analogt värde (spänning) till ett digitalt värde uppstår - ett tal (kod) , motsvarande spänningsvärdet för den ingående analoga signalen. Ett digitalt värde (nummer, kod) matas antingen direkt genom buffertstyrningsförstärkningssteg till ett digitalt utgångsställdon, eller matas till en kraftfull digital-till-analog-omvandlare (DAC, DAC), vars kraftfulla analoga utsignal matas till en analog utgångsställdon.

Typer av förstärkare efter elementbas

  • Ventilförstärkare ( eng.  Ventilförstärkare ) - en förstärkare vars förstärkningselement är vakuumrör
  • En halvledarförstärkare är en förstärkare vars förstärkningselement är halvledarenheter (transistorer, mikrokretsar, etc.)
  • Hybridförstärkare - en förstärkare, en del av vars kaskader är monterade på lampor, en del - på halvledare
  • En kvantförstärkare  är en anordning för att förstärka elektromagnetiska vågor genom stimulerad emission av exciterade atomer, molekyler eller joner.

Typer av förstärkare efter frekvensområde

  • DC -förstärkare (UPT) - en förstärkare av ingångsspänningar eller strömmar, vars lägre gränsfrekvens är lika med noll. Det används i automatisk utrustning , mätning och analog datorteknik .
  • Lågfrekvensförstärkare (ULF, ljudfrekvensförstärkare, UZCH) - en förstärkare designad för att fungera i ljudfrekvensområdet ( ibland även den nedre delen av ultraljudet, upp till 200 kHz). Det används främst inom tekniken för ljudinspelning, ljudåtergivning, såväl som i automation, mätning och analog beräkning.
  • Högfrekvent förstärkare (UHF, radiofrekvensförstärkare, URF) - signalförstärkare vid radiofrekvenser. Det används huvudsakligen i radiomottagare och radiosändare inom radiokommunikation , radio- och tv-sändningar, radar , radionavigering och radioastronomi , såväl som i mätteknik och automation
  • Pulsförstärkare - en förstärkare designad för att förstärka ström- eller spänningspulser med minimal förvrängning av deras form. Insignalen ändras så snabbt att transienterna i förstärkaren är avgörande för att hitta utsignalens vågform. Huvudkarakteristiken är förstärkarens impulsöverföringskarakteristik. Switchande förstärkare har en mycket stor bandbredd: den övre gränsfrekvensen är flera hundra kilohertz - flera megahertz, den nedre gränsfrekvensen är vanligtvis från noll hertz, men ibland från flera tiotals hertz, i vilket fall den konstanta komponenten vid utgången från förstärkaren återställs artificiellt. För att korrekt återge pulsformen måste förstärkarna ha mycket låg fas och dynamisk distorsion. Eftersom ingångsspänningen i sådana förstärkare som regel tas från pulsbreddsmodulatorer (PWM), vars uteffekt är tiotals milliwatt , måste de ha en mycket hög effektförstärkning. De används i pulsapparater för radar, radionavigering, automation och mätutrustning.

Typer av förstärkare efter frekvensband

  • Bredbandsförstärkare (aperiodisk) - en förstärkare som ger samma förstärkning över ett brett frekvensområde
  • Bandpassförstärkare - en förstärkare som arbetar med en fast medelfrekvens av signalspektrumet och ungefär lika mycket förstärker signalen i ett givet frekvensband
  • Selektiv förstärkare - en förstärkare vars förstärkning är maximal i ett smalt frekvensområde och minimum bortom det.

Typer av förstärkare efter typ av belastning

  • med resistiv;
  • med kapacitiv;
  • med induktiv;
  • med resonans;
  • med utgångstransformator ;
  • med aktiv last [3] .

Specialtyper av förstärkare

  • En differentialförstärkare  är en förstärkare vars utgång är proportionell mot skillnaden mellan två ingångar, har två ingångar och vanligtvis en balanserad utgång.
  • En operationsförstärkare  är en flerstegs DC-förstärkare med hög förstärkning och ingångsimpedans , differentiell ingång och ensidig utgång med låg utimpedans, designad för att fungera i enheter med djup negativ återkoppling.
  • Instrumentationsförstärkare  - Designad för applikationer som kräver precisionsförstärkning med hög signalkvalitet
  • Skalförstärkare - en förstärkare som ändrar nivån på en analog signal under ett givet antal gånger med hög noggrannhet
  • En logaritmisk förstärkare  är en förstärkare vars utsignal är ungefär proportionell mot insignalens logaritm.
  • Kvadratisk förstärkare - en förstärkare vars utsignal är ungefär proportionell mot kvadraten på insignalen
  • En integrerande förstärkare är en förstärkare vars utsignal är proportionell mot integralen av insignalen.
  • Inverterande förstärkare - en förstärkare som ändrar fasen för en övertonssignal med 180° eller polariteten hos en pulssignal till motsatt ( växelriktare )
  • Parafas (fasinverterad) förstärkare - en förstärkare som används för att bilda två motfasspänningar
  • Lågbrusförstärkare - en förstärkare där speciella åtgärder vidtas för att minska nivån av självbrus som kan maskera den svaga signalen som förstärks
  • En isolationsförstärkare är en förstärkare där ingångs- och utgångskretsarna är galvaniskt isolerade. Fungerar för att skydda mot högspänning som kan appliceras på ingångskretsarna, och för att skydda mot störningar som utbreder sig längs jordkretsarna

Vissa funktionella typer av förstärkare

  • Förförstärkare (förförstärkare) - en förstärkare utformad för att förstärka signalen till det värde som krävs för normal drift av den slutliga förstärkaren.
  • Terminalförstärkare (effektförstärkare) - en förstärkare som ger, under en viss extern belastning, förstärkning av kraften hos elektromagnetiska svängningar till ett förutbestämt värde.
  • Mellanfrekvensförstärkare (IFA) - en smalbandig signalförstärkare med en viss frekvens (456 kHz, 465 kHz, 4 MHz, 5,5 MHz, 6,5 MHz, 10,7 MHz, etc.) som kommer från radiofrekvensomvandlaren .
  • En resonansförstärkare  är en förstärkare av signaler med ett smalt frekvensspektrum som ligger i resonanskretsens bandbredd , vilket är dess belastning.
  • En videoförstärkare är en pulsförstärkare utformad för att förstärka videopulser av komplex form ( se Videosignal ), med en bred spektral sammansättning. Trots namnet används den inte bara inom video- och tv-teknik, utan även i radar, signalbehandling från olika detektorer , modem etc. Den huvudsakliga egenskapen hos denna förstärkare är dess funktion ner till 0 Hz (likström). Dessutom kallas en signal av detta spektrum vanligtvis en videosignal, även om den inte har något med bildöverföring att göra.
  • Magnetisk inspelningsförstärkare - en förstärkare laddad på ett magnetiskt inspelningshuvud .
  • Reproduktionsförstärkare - en lågbrusförstärkare av elektriska signaler som kommer från det återgivande magnetiska huvudet på en bandspelare , videobandspelare , diskettenhet , hårddisk eller från en fotodiod i optiska signalogramuppspelningssystem ( filmprojektorljudavläsningssystem , optiska skivor ). Liksom inspelningsförstärkaren innehåller den frekvenskorrigeringskretsar för att säkerställa maximal linjäritet hos frekvenssvaret för inspelnings-uppspelningsvägen.
  • Mikrofonförstärkare - förstärker de elektriska signalerna från ljudfrekvenser som kommer från en mikrofon till ett värde vid vilket de kan bearbetas och justeras. Professionella mikrofonförstärkare har en differentialingång ( balanserad anslutning , XLR-kontakter ) för att minska störningar och brus.
  • Amplifier-corrector (korrigeringsförstärkare) är en elektronisk enhet för att ändra parametrarna för en video- eller ljudsignal. En videosignalkorrigerare gör det till exempel möjligt att justera färgmättnad, färgton, ljusstyrka, kontrast och upplösning, en ljudsignalkorrigeringsförstärkare är designad för att förstärka och korrigera signaler från pickupen på en grammofonskivspelare ( se Phono equalizer ) , det finns andra typer av korrigeringsförstärkare.

Förstärkare som oberoende enheter

  • Ljudfrekvensförstärkare
    • Ljudfrekvensförstärkare för trådbundna sändningssystem.
    • Ljudfrekvensförstärkare för att låta öppna och slutna utrymmen.
    • Hushållsljudfrekvensförstärkare. I denna grupp av enheter är Hi-Fi -förstärkare med högsta kvalitet och avancerade förstärkare med högsta kvalitet av största intresse . Det finns preliminära, terminala (effektförstärkare) och kompletta förstärkare, som kombinerar egenskaperna hos preliminära och terminala.
  • Instrumentförstärkare är utformade för att förstärka  signaler för mätändamål.
  • Antennförstärkare - utformade för att förstärka svaga signaler från antennen innan de matas till ingången på radiomottagaren , det finns dubbelriktade förstärkare (för transceiverenheter), de förstärker också signalen som kommer från sändarens slutsteg till antennen. Antennförstärkaren installeras vanligtvis direkt på antennen eller nära den.

  • Lampa ULF

  • förförstärkare

  • Hi-Fi ULF McIntosh MA6800

  • Aleph 3 effektförstärkare

Huvudnormaliserade parametrar

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Mitrofanov O. V., Simonov B. M., Koledov L. A. Fysiska grunder för mikroelektroniska produkters funktion // M. Higher School. - 1987. - S. 110
  2. ↑ Hickman, RW och Hunt, FV, "On Electronic Voltage Stabilizers," Review of Scientific Instruments , vol. 10, sid. 6-21 (januari 1939)
  3. ↑ För detaljer, se till exempel artikeln Current Mirror , Operational Amplifier 741#Differential Input Stage .

Litteratur

  • Simonov Yu. L. Mellanfrekvensförstärkare. - M .: Sovjetisk radio, 1973
  • Bukreev S.S. Lågfrekventa transistorförstärkare med återkoppling. - M .: Sovjetisk radio, 1972
  • Voishvillo GV Amplifying devices: Lärobok för universitet. 2:a uppl. - M .: Radio och kommunikation. 1983
  • Handbok för elektroniska enheter: Vol. 1 / Ed. D. P. Linde - M .: Energi, 1978
  • Ramm G.S. Elektroniska förstärkare.
  • Shamshin V. G. History of tekniska kommunikationsmedel, 2003.
  • Kuleshov V.N., Udalov N.N., Bogachev V.M. alstring av svängningar och bildande av radiosignaler. - M. : MPEI, 2008. - 416 sid. - ISBN 978-5-383-00224-7 .
Normativ och teknisk dokumentation
  • GOST 23849-87. Utrustningen är radio-elektronisk hushåll. Metoder för att mäta de elektriska parametrarna för ljudsignalförstärkare.
  • GOST 24388-88. Förstärkare av signaler av ljudfrekvens är hushåll. Allmänna specifikationer.
  • GOST 29180-91. Kompatibiliteten för tekniska medel är elektromagnetisk. Mikrovågsapparater. Förstärkare har låg brus. Parametrar och egenskaper. Mätmetoder.
  • OST4-203.007-84. Ljudutrustning för öppna och slutna utrymmen. Ljudfrekvensförstärkare. Allmänna specifikationer.
  • OST45-138-99. Ljudterminalförstärkare för trådsändningsstationer. Huvudparametrar. Mätmetoder.
  • IEC 60527 (1975). DC-förstärkare. Egenskaper och testmetoder.
  • IEC 60581-6 (1979). Akustisk utrustning och system för högtrohetsåtergivning (Hi-Fi). Minimikrav på parametrar. Del 6. Förstärkare.
  • IEC 61305-3 (1995). Ljudutrustning och ljudsystem med hög kvalitet för hushållsbruk. Metoder för att mäta och fastställa prestandaegenskaper. Del 3: Förstärkare.
  • IEC 60268-3(2000). Ljudsystemutrustning. Del 3. Förstärkare.

Länkar

 Radio
Huvuddelar
Olika sorter