Pag-unawa sa Mga Amplifier Circuits

Sa pangkalahatan, ang isang amplifier ay maaaring tukuyin bilang isang circuit na idinisenyo upang mapalakas ang isang inilapat na mababang signal ng input ng kuryente sa isang mataas na signal ng output ng lakas, ayon sa tinukoy na rating ng mga bahagi.

Bagaman, ang pangunahing pag-andar ay mananatiling pareho, ang mga amplifier ay maaaring maiuri sa iba't ibang mga kategorya depende sa kanilang disenyo at mga pagsasaayos.

Mga Circuits para sa Amplifying Logic Inputs

Maaaring nahanap mo ang solong mga transistor amplifier na na-configure upang mapatakbo at palakasin ang isang mababang lohika ng signal mula sa isang input sensing na aparato tulad ng Mga LDR, photodiode , IR aparato. Ang output mula sa mga amplifier na ito ay ginagamit para sa paglipat ng a tsinelas o isang relay ON / OFF bilang tugon sa mga signal mula sa mga sensor device.

Maaaring nakakita ka rin ng maliliit na amplifier na ginagamit para sa paunang pagpapalakas ng isang musika o audio input, o para sa pagpapatakbo ng isang LED lamp.
Lahat ng ito maliit na amplifier ay ikinategorya bilang maliit na signal amplifier.

Mga uri ng Amplifier

Pangunahin, ang mga circuit ng amplifier ay isinasama para sa pagpapalakas ng dalas ng musika na tulad ng pinakain na maliit na input ng musika ay pinalakas sa maraming mga kulungan, karaniwang 100 beses hanggang 1000 beses at muling ginawa sa isang loudspeaker.

Nakasalalay sa kanilang wattage o rating ng kuryente, ang mga naturang circuit ay maaaring may mga disenyo mula sa maliit na mga maliit na signal amplifier na batay sa opamp hanggang sa malalaking signal amplifiers na tinatawag ding power amplifiers. Ang mga amplifier na ito ay ayon sa teknikal na batay sa kanilang mga prinsipyo sa pagtatrabaho, mga yugto ng circuit, at ang pamamaraan sa na maaaring mai-configure upang maproseso ang pagpapaandar ng amplification.

Ang sumusunod na talahanayan ay nagbibigay sa amin ng mga detalye ng pag-uuri ng mga amplifier batay sa kanilang panteknikal na pagtutukoy at prinsipyo ng pagpapatakbo:

Sa isang pangunahing disenyo ng amplifier nalaman namin na kadalasang nagsasama ito ng ilang mga yugto ng pagkakaroon ng mga network ng bipolar transistors o BJTs, mga field effect transistors (FETs), o mga pagpapatakbo na amplifier.

Ang mga nasabing amplifier block o module ay maaaring makita na mayroong isang pares ng mga terminal para sa pagpapakain ng input signal, at isa pang pares ng mga terminal sa output para sa pagkuha ng pinalakas na signal sa isang konektadong loudspeaker.

Ang isa sa mga terminal sa labas ng dalawang ito ay ang mga ground terminal at maaaring makita bilang isang pangkaraniwang linya sa buong input at mga yugto ng output.

Tatlong Mga Katangian ng isang Amplifier

Ang tatlong mahahalagang pag-aari na dapat magkaroon ng isang perpektong amplifier ay:

• Paglaban ng Input (Rin)
• Paglaban sa Output (Ruta)
• Makuha (A) na kung saan ay ang saklaw ng amplifier ng amplifier.

Pag-unawa sa isang Ideal na Amplifier na Nagtatrabaho

Ang pagkakaiba-iba sa pinalakas na signal sa pagitan ng output at ng input ay tinukoy bilang pakinabang ng amplifier. Ito ay ang lakas o ang halaga kung saan ang amplifier ay magagawang palakasin ang input signal sa mga output terminal nito.

Halimbawa, kung ang isang amplifier ay na-rate upang maproseso ang isang input signal na 1 volt sa isang amplified signal na 50 volts, pagkatapos sasabihin namin na ang amplifier ay may nakuha na 50, ito ay kasing simple nito.
Ang pagpapahusay na ito ng isang mababang signal ng input sa isang mas mataas na signal ng output ay tinatawag na makakuha ng isang amplifier. Bilang kahalili, maaari itong maunawaan bilang isang pagtaas ng input signal ng isang salik na 50.

Makakuha ng Ratio Sa gayon, ang nakuha ng isang amplifier ay karaniwang ratio ng output at mga halaga ng pag-input ng mga antas ng signal, o simpleng ang output power na hinati ng input power, at maiugnay ng titik na 'A' na nangangahulugan din ng lakas ng amplifier ng amplifier.

Mga uri ng Mga pakinabang ng Amplifier Ang magkakaibang uri ng mga nakuha sa amplifier ay maaaring maiuri bilang:

1. Pagkuha ng Boltahe (Naka-off)
2. Kasalukuyang Kita (Ai)
3. Pagkuha ng Lakas (Ap)

Mga Halimbawa ng Halimbawa para sa Pagkalkula ng Mga Kita ng Amplifier Nakasalalay sa nabanggit na 3 uri ng mga natamo, ang mga formula para sa pagkalkula ng mga ito ay maaaring matutunan mula sa mga sumusunod na halimbawa:

1. Pagkuha ng Boltahe (Av) = Boltahe ng Output / Boltahe ng Pag-input = Vout / Vin
2. Kasalukuyang Kita (Ai) = Kasalukuyang Output / Kasalukuyang Input = Iout / Iin
3. Lakas ng Pagkuha (Ap) = Av.x.A ako

Para sa pagkalkula ng pagkuha ng kuryente, kahalili maaari mo ring gamitin ang formula:
Power Gain (Ap) = Output Power / Input Power = Aout / Ain

Mahalagang tandaan na ang subskrip p, v, i ginagamit para sa pagkalkula ng kuryente ay itinalaga para sa pagkilala sa tukoy na uri ng nakuha ng signal na pinagtatrabahuhan.

Pagpapahayag ng Mga Decibel

Mahahanap mo ang isa pang pamamaraan ng pagpapahayag ng nakakuha ng lakas ng isang amplifier, na nasa Decibels o (dB).
Ang sukat o dami ng Bel (B) ay isang logarithmic unit (Base 10) na walang isang yunit ng pagsukat.
Gayunpaman ang isang Decibel ay maaaring masyadong malaki sa isang yunit para sa praktikal na paggamit, samakatuwid ginagamit namin ang binabaan na bersyon decibel (dB) para sa mga kalkulasyon ng amplifier.
Narito ang ilang mga formula na maaaring magamit para sa pagsukat ng nakuha ng amplifier sa mga decibel:

1. Boltahe Makakuha sa dB: off = 20 * log (Off)
2. Kasalukuyang Kita sa dB: ai = 20 * log (Ai)
3. Makakuha ng Power sa dB: ap = 10 * log (Ap)

Ilang Katotohanan tungkol sa pagsukat ng dB
Mahalagang tandaan na ang nakuha ng kuryente ng DC ng amplifier ay 10 beses na karaniwang log ng output / input ratio, samantalang ang mga nadagdag na kasalukuyang at boltahe ay 20 beses na karaniwang log ng kanilang mga ratios.

Ipinapahiwatig nito na dahil ang isang antas ng pag-log ay kasangkot, ang isang 20dB na nakuha ay hindi maaaring ituring bilang dalawang beses ng 10dB, dahil sa di-linear na katangian ng pagsukat ng mga antas ng pag-log.

Kapag sinusukat ang pakinabang sa dB, ang mga positibong halaga ay nangangahulugang nakuha ng amplifier habang ang isang negatibong halaga ng dB ay nagpapahiwatig ng pagkawala ng nakuha ng amplifier.

Halimbawa kung nakilala ang isang nakuha na + 3dB ipinapahiwatig nito ang isang 2 tiklop o x2 na nakuha ng partikular na output ng amplifier.

Sa kabaligtaran, kung ang resulta ay -3dB, ipinapahiwatig na ang amplifier ay may pagkawala ng 50% na nakuha o isang x0.5 na sukat ng pagkawala sa nakuha nito. Ito rin ay tinukoy bilang kalahating kapangyarihan point point -3dB mas mababa kaysa sa maximum na makakamit na kapangyarihan, na may paggalang sa 0dB na kung saan ay ang maximum na posibleng output mula sa amplifier

Kinakalkula ang mga Amplifier

Kalkulahin ang boltahe, kasalukuyan at nakakuha ng kuryente ng isang amplifier na may mga sumusunod na pagtutukoy: Input signal = 10mV @ 1mAOutput Signal = 1V @ 10mA. Karagdagan alamin ang nakuha ng amplifier gamit ang mga halaga ng decibel (dB).

Solusyon:

Ang paglalapat ng mga formula na natutunan sa itaas, maaari nating suriin ang iba't ibang mga uri ng mga nadagdag na nauugnay sa amplifier ayon sa mga pagtutukoy ng input output na nasa kamay:

Pagkuha ng Boltahe (Av) = Boltahe ng Output / Boltahe ng Pag-input = Vout / Vin = 1 / 0.01 = 100
Kasalukuyang Kita (Ai) = Kasalukuyang Output / Kasalukuyang Input = Iout / Iin = 10/1 = 10
Pagkuha ng Kuryente (Ap) = Av. x A ako = 100 x 10 = 1000

Upang makuha ang mga resulta sa Decibels inilalapat namin ang kaukulang mga formula tulad ng ibinigay sa ibaba:

av = 20logAv = 20log100 = 40dB ai = 20logAi = 20log10 = 20dB

ap = 10log Ap = 10log1000 = 30dB

Mga Subdivision ng Amplifier

Maliit na Mga Amplifier ng Signal: Na patungkol sa lakas at boltahe na makakuha ng mga detalye ng isang amplifier, naging posible para sa amin na sub hatiin sila ng isang pares ng magkakaibang mga kategorya.

Ang unang uri ay tinukoy bilang maliit na signal amplifier. Ang mga maliliit na signal amplifier na ito ay pangkalahatang ginagamit sa mga yugto ng preamplifier, amps ng instrumento atbp.

Ang mga uri ng amplifier na ito ay nilikha para sa paghawak ng mga antas ng minutong signal sa kanilang mga input, sa loob ng saklaw ng ilang mga micro volts, tulad ng mula sa mga sensor device o maliit na input ng signal ng audio.

Malaking Mga Amplifier ng Signal: Ang pangalawang uri ng mga amplifier ay pinangalanan bilang malaking signal amplifier, at tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan na ito ay nagtatrabaho sa mga application ng power amplifier para makamit ang napakalaking mga saklaw ng amplification. Sa mga amplifier na ito ang input signal ay medyo malaki sa lakas upang maaari silang palakasin para sa pagpaparami at paghimok sa kanila sa mga malakas na loudspeaker.

Paano Gumagana ang Mga Power Amplifier

Dahil ang maliliit na signal amplifier ay idinisenyo upang maproseso ang maliliit na voltages ng pag-input, ito ay tinukoy bilang maliit na signal amplifier. Gayunpaman kapag kinakailangan ang isang amplifier upang gumana kasama ang mataas na mga kasalukuyang application na lumilipat sa kanilang mga output, tulad ng pagpapatakbo ng isang motor o pagpapatakbo ng mga sub-woofer, ang isang power amplifier ay hindi maiiwasan.

Pinakapopular, ang mga power amplifier ay ginagamit bilang mga audio amplifiers para sa pagmamaneho ng malalaking mga loudspeaker at para sa pagkamit ng napakalaking antas ng musika na mga amplification at output ng dami.

Ang power amplifier ay nangangailangan ng panlabas na DC power para sa kanilang pagtatrabaho, at ang DC power na ito ay ginagamit para makamit ang inilaan na high power amplification sa kanilang output. Ang kapangyarihan ng DC ay karaniwang nagmula sa pamamagitan ng mataas na kasalukuyang mga supply ng kuryente ng mataas na boltahe sa pamamagitan ng mga transformer o SMPS based na mga yunit.

Bagaman, ang mga power amplifier ay maaaring mapalakas ang mas mababang signal ng pag-input sa mataas na signal ng output, ang pamamaraan ay talagang hindi masyadong mahusay. Ito ay dahil sa proseso ng isang malaking halaga ng DC kapangyarihan ay nasayang sa anyo ng pagwawaldas ng init.

Alam namin na ang isang perpektong amplifier ay makakagawa ng isang output na halos katumbas ng natupok na kuryente, na nagreresulta sa isang kahusayan ng 100%. Gayunpaman, halos ito ay mukhang napakalayo at maaaring hindi posible, dahil sa likas na pagkawala ng kuryente ng DC mula sa mga aparato ng kuryente sa anyo ng init.

Kahusayan ng isang Amplifier Mula sa mga pagsasaalang-alang sa itaas, maaari naming ipahayag ang kahusayan ng isang amplifier bilang:

Kahusayan = Amplifier Power output / Amplifier DC pagkonsumo = Pout / Pin

Perpektong Amplifier

Sa pagtukoy sa talakayan sa itaas, maaaring posible para sa amin na balangkas tungkol sa mga pangunahing katangian ng isang perpektong amplifier. Partikular ang mga ito tulad ng ipinaliwanag sa ibaba:

Ang pagkakaroon (A) ng isang perpektong amplifier ay dapat na pare-pareho anuman ang magkakaibang signal ng input.

1. Ang pakinabang ay nananatiling pare-pareho anuman ang dalas ng input signal, na nagbibigay-daan sa amplification ng output na manatiling hindi apektado.
2. Ang output ng Amplifier ay libre mula sa anumang uri ng ingay sa panahon ng proseso ng pagpapalaki, sa kabaligtaran, isinasama nito ang isang tampok sa pagbawas ng ingay na kinakansela ang anumang posibleng ingay na ipinakilala sa pamamagitan ng mapagkukunan ng pag-input.
3. Nananatili itong hindi naaapektuhan ng mga pagbabago sa temperatura ng paligid o temperatura ng atmospera.
4. Ang matagal na paggamit ay may minimal o walang epekto sa pagganap ng amplifier, at mananatili itong pare-pareho.

Pag-uuri ng Elektronikong Amplifier

Kung ito man ay isang amplifier ng boltahe o isang power amplifier, ang mga ito ay inuri batay sa kanilang mga katangian ng pag-input at output signal. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pag-aralan ang daloy ng kasalukuyang patungkol sa signal ng input signal at ang oras na kinakailangan para maabot nito ang output.

Batay sa kanilang pagsasaayos ng circuit, ang mga power amplifier ay maaaring mai-kategorya sa isang alpabetikong pagkakasunud-sunod. Ang mga ito ay naatasan sa iba't ibang mga klase sa pagpapatakbo tulad ng:

Class 'A'
Class 'B'
Class 'C'
Class 'AB' at iba pa.

Maaari itong magkaroon ng mga pag-aari mula sa halos linear na tugon ng output ngunit sa halip mababa ang kahusayan sa isang di-linear na tugon sa output na may mataas na kahusayan.

Wala sa mga uri ng mga amplifier na ito ang maaaring makilala bilang mahirap o mas mahusay kaysa sa bawat isa, dahil ang bawat isa ay may sariling tukoy na lugar ng aplikasyon depende sa kinakailangan.

Maaari kang makahanap ng pinakamainam na kahusayan sa conversion para sa bawat isa sa mga ito, at ang kanilang pagiging popular ay maaaring makilala sa sumusunod na pagkakasunud-sunod:

Mga Amplifier ng Class 'A': Ang kahusayan ay mas mababa sa karaniwang mas mababa sa 40%, ngunit maaaring magpakita ng pinabuting linear signal output.

Mga Amplifier ng Class 'B': Ang rate ng kahusayan ay maaaring dalawang beses kaysa sa klase A, halos halos 70%, dahil sa ang katunayan na ang mga aktibong aparato lamang ng amplifier ang kumakain ng kuryente, na nagdudulot lamang ng 50% paggamit ng lakas.

Class 'AB'Amplifiers: Ang mga amplifier sa kategoryang ito ay may antas ng kahusayan sa isang lugar sa pagitan ng klase A at klase B, ngunit ang pagpaparami ng signal ay mas mahirap kumpara sa klase A.

Mga Amplifier ng Klase 'C': Ito ay itinuturing na labis na mahusay sa mga tuntunin ng pagkonsumo ng kuryente, ngunit ang pagpaparami ng signal ay pinakamalala sa maraming pagbaluktot, na sanhi ng napakahirap na pagtitiklop ng mga katangian ng input signal.

Paano Gumagana ang Class A Amplifiers:

Ang mga amplifier ng Class A ay may perpektong bias na mga transistor sa loob ng aktibong rehiyon na ginagawang posible para sa input signal na tumpak na mapalakas sa output.

Dahil sa perpektong tampok na biasing na ito, ang transistor ay hindi pinapayagan na naaanod patungo sa kanilang cut off o sa higit na mga rehiyon ng saturation, na nagreresulta sa pag-amplify ng signal na wastong na-optimize at nakasentro sa pagitan ng tinukoy na itaas at mas mababang mga limitasyon ng signal, tulad ng ipinakita sa sumusunod imahe:

Sa pagsasaayos ng klase A, ang magkatulad na hanay ng mga transistors ay inilalapat sa dalawang halves ng output waveform. At depende sa uri ng pagkiling na ginagamit nito, ang output power transistors ay laging nai-render sa naka-ON na posisyon, hindi alintana kung ang input signal ay inilapat o hindi.

Dahil dito, ang mga amplifier ng klase A ay nakakakuha ng napakahirap na kahusayan sa mga tuntunin ng pagkonsumo ng kuryente, dahil ang aktwal na paghahatid ng lakas sa output ay nababagabag dahil sa labis na pag-aaksaya sa pamamagitan ng pagwawaldas ng aparato.

Sa ipinaliwanag na sitwasyon sa itaas, makikita ang mga amplifier ng klase na palaging mayroong labis na pinainit na output transistors ng kapangyarihan kahit na wala ng isang senyas ng pag-input.

Kahit na walang input signal, ang DC (Ic) mula sa power supply ay pinapayagan na dumaloy sa pamamagitan ng mga power transistor, na maaaring katumbas ng kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng loudspeaker kapag naroroon ang input signal. Nagbibigay ito ng tuloy-tuloy na 'mainit' na mga transistor at pag-aksaya ng kapangyarihan.

Pagpapatakbo ng Class B Amplifier

Sa kaibahan sa pagsasaayos ng klase ng amplifier na nakasalalay sa iisang mga transistor ng kuryente, ang klase ng B ay gumagamit ng isang pares ng mga pantulong na BJT sa bawat kalahating seksyon ng circuit. Maaaring ito sa anyo ng NPN / PNP, o N-channel mosfet / P-channel mosfet).

Dito, pinapayagan ang isa sa mga transistors na magsagawa bilang tugon sa isang kalahating waveform cycle ng input signal, habang ang iba pang transistor ay humahawak sa iba pang kalahating ikot ng waveform.

Tinitiyak nito na ang bawat transistor sa pares ay nagsasagawa ng kalahati ng oras sa loob ng aktibong rehiyon at kalahati ng oras sa cut-off na rehiyon, kung kaya pinapayagan lamang ang 50% na paglahok sa pagpapalaki ng signal.

Hindi tulad ng mga amplifier ng klase A, Sa mga amplifier ng klase ng B ang mga power transistors ay hindi kampi sa isang direktang DC, sa halip ay tinitiyak ng pagsasaayos na nagsasagawa lamang sila habang ang input signal ay mas mataas kaysa sa base emitter voltage, na maaaring nasa paligid ng 0.6V para sa mga silikon na BJT.

Ipinapahiwatig nito na, kapag walang input signal, ang BJTs ay mananatiling nakasara at ang kasalukuyang output ay zero. At dahil dito 50% lamang ng signal ng pag-input ang pinapayagan na ipasok ang output sa anumang pagkakataon na nagbibigay-daan sa isang mas mahusay na rate ng kahusayan para sa mga amplifier na ito. Ang resulta ay maaaring masaksihan sa sumusunod na diagram:

Dahil walang direktang paglahok ng DC para sa pagkiling ng mga transistors ng kuryente sa mga amplifier ng klase B, upang mapasimulan ang pagpapadaloy bilang tugon sa bawat kalahating +/- alon na siklo, naging mahalaga ito para sa kanilang base / emitter Vbe upang makakuha ng isang mas mataas na potensyal kaysa sa 0.6V (karaniwang batayan na halaga ng biasing para sa BJTs)

Dahil sa katotohanang nasa itaas, ipinapahiwatig nito na habang ang output waveform ay nasa ibaba ng markang 0.6V, hindi ito maaaring palakasin at kopyahin.

Nagbibigay ito ng isang distortadong rehiyon para sa output form ng alon, sa panahon lamang na ang isa sa mga BJT ay naka-OFF at naghihintay para sa isa pa na muling bumalik.

Nagreresulta ito sa isang maliit na seksyon ng form ng alon na napapailalim sa menor de edad na pagbaluktot sa panahon ng paglipas ng panahon o ng panahon ng paglipat na malapit sa zero na tawiran, eksaktong kapag ang pagbabago mula sa isang transistor patungo sa iba pa ay nangyayari sa mga pantulong na pares.

Pagpapatakbo ng Class AB Amplifier

Ang amplifier ng klase ng AB ay binuo gamit ang isang pinaghalong katangian ng f mula sa mga disenyo ng circuit ng klase A at Class B, samakatuwid ang pangalang Class AB.

Bagaman gumagana rin ang disenyo ng Class AB na may isang pares ng mga pantulong na BJT, tinitiyak ng yugto ng output na ang pagkiling ng mga kapangyarihan na BJT ay kinokontrol na isara ang cut-off na threshold, sa kawalan ng isang input signal.

Sa sitwasyong ito, sa sandaling ang isang input signal ay maunawaan, ang mga transistors negin normal na gumagana sa kanilang aktibong rehiyon sa gayon pinipigilan ang anumang posibilidad ng isang cross over pagbaluktot, na kung saan ay karaniwang laganap sa mga pagsasaayos ng Class B. Gayunpaman, maaaring mayroong isang bahagyang halaga ng kasalukuyang kolektor na nagsasagawa sa buong BJTs, ang halaga ay maaaring maituring na bale-wala kumpara sa mga disenyo ng Class A.

Ang uri ng amplifier ng Class AB ay nagpapakita ng isang mas pinahusay na rate ng kahusayan at isang linear na tugon na taliwas sa katapat ng Class A.

Klase AB Amplifier Output Waveform

Ang Amplifier Class ay isang mahalagang parameter na nakasalalay sa kung paano makiling ang mga transistors sa pamamagitan ng amplitude ng input signal, para sa pagpapatupad ng proseso ng amplification.

Nakasalalay ito sa kung gaano kalaki ang laki ng input signal waveform na ginamit para sa mga transistors upang magsagawa, at pati na rin ang kadahilanan ng kahusayan, na tinutukoy ng dami ng lakas na aktwal na ginamit para sa paghahatid ng output at / o nasayang sa pagwawaldas.

Tungkol sa mga kadahilanang ito maaari kaming lumikha ng isang ulat sa paghahambing na nagpapakita ng mga pagkakaiba sa pagitan ng iba't ibang mga klase ng amplifiers, tulad ng ibinigay sa sumusunod na talahanayan.

Pagkatapos ay makakagawa kami ng paghahambing sa pagitan ng mga pinakakaraniwang uri ng mga pag-uuri ng amplifier sa sumusunod na talahanayan.

Mga Klase ng Power Amplifier

Pangwakas na Saloobin

Kung ang isang amplifier ay hindi idinisenyo nang tama, tulad halimbawa ng isang disenyo ng isang klaseng amplifier, maaaring humiling ng malaking pag-init sa mga aparato ng kuryente, kasama ang mga tagahanga ng paglamig para sa mga pagpapatakbo. Ang mga nasabing disenyo ay kakailanganin din ng isang mas malaking mga input ng supply ng kuryente para sa pagbabayad sa malaking halaga ng kuryente na nasayang sa init. Ang lahat ng mga naturang drawbacks ay maaaring mag-render ang mga naturang amplifier napaka hindi mabisa na kung saan ay maaaring maging sanhi ng isang unti-unting pagkasira ng mga aparato at sa huli ay nabigo.

Samakatuwid, maipapayo na pumunta para sa isang Class B amplifier na dinisenyo na may mas mataas na kahusayan na humigit-kumulang na 70% na taliwas sa 40% ng isang Class A amplifier. Sinabi na, ang Class A amplifier ay maaaring mangako ng isang higit na linear na tugon kasama ang amplification nito at isang mas malawak na tugon sa dalas, kahit na ito ay may presyo na malaking pag-aaksaya ng kuryente.