Elektronisk forstærker

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 3. januar 2020; checks kræver 13 redigeringer .

En elektronisk forstærker  er en enhed, der er i stand til at forstærke elektrisk strøm. Enheder, der kun forstærker strøm eller spænding (for eksempel transformatorer ), er ikke blandt forstærkerne. Funktionsprincippet for en elektronisk forstærker er baseret på en ændring i dens aktive eller reaktive modstand af elektrisk ledningsevne i gasser , vakuum og halvledere under påvirkning af et laveffektsignal [1] . En elektronisk forstærker kan både være en selvstændig enhed og en enhed (funktionel enhed) som en del af ethvert udstyr - en radiomodtager , båndoptager , måleenhed osv.

Historie

Enhed og funktionsprincip

Forstærkerstruktur

Forstærkeren er i det generelle tilfælde en sekvens af forstærkningstrin (der er også enkelttrinsforstærkere), der er forbundet med direkte forbindelser.

I de fleste forstærkere er der udover de direkte også feedbacks (interstage og intrastage). Negativ feedback kan forbedre stabiliteten af ​​forstærkeren og reducere frekvens og ikke-lineær signalforvrængning . I nogle tilfælde inkluderer tilbagekoblinger termisk afhængige elementer ( termistorer, posistorer ) - til temperaturstabilisering af forstærkeren eller frekvensafhængige elementer - for at udligne frekvensresponsen.

Nogle forstærkere (normalt UHF -radiomodtagere og radiosendere ) er udstyret med automatisk forstærkningskontrol (AGC) eller automatisk effektkontrol (AWC). Disse systemer gør det muligt at holde det gennemsnitlige outputniveau tilnærmelsesvis konstant, efterhånden som inputniveauet ændres.

Mellem forstærkerens trin, såvel som i dens indgangs- og udgangskredsløb, kan dæmpere eller potentiometre tændes  - for at justere forstærkningen, filtre  - for at danne en given frekvensgang og forskellige funktionelle enheder - ikke-lineære osv.

Som med enhver aktiv enhed har forstærkeren også en primær eller sekundær strømforsyning (hvis forstærkeren er en stand-alone enhed) eller kredsløb, hvorigennem forsyningsspændingerne forsynes fra en separat strømforsyning .

Amplification Cascades

Forstærkningstrin - et forstærkertrin indeholdende et eller flere forstærkningselementer, belastningskredsløb og forbindelser med tidligere eller efterfølgende trin.

Som forstærkningselementer bruges normalt elektronrør eller transistorer (bipolære, felteffekt), og i nogle tilfælde kan bipolære enheder også bruges , f.eks. tunneldioder (anvendes egenskaben negativ modstand) osv. Halvlederforstærkende elementer (og nogle gange vakuum) er måske ikke kun diskrete (separate), men også integrerede (som en del af mikrokredsløb ), ofte er en fuldstændig færdig forstærker implementeret i ét mikrokredsløb.

Afhængigt af den måde, forstærkerelementet er tændt på, er der kaskader med en fælles base, en fælles emitter , en fælles kollektor ( emitterfølger ) (for en bipolær transistor), med en fælles gate, en fælles kilde, et fælles dræn ( kildefølger) (til en felteffekttransistor) og med et fælles gitter, fælles katode, fælles anode (til lamper)

  • Kaskade med en fælles emitter (kilde, katode) - den mest almindelige måde at tænde på, giver dig mulighed for at forstærke signalet for strøm og spænding på samme tid, skifter fasen med 180 °, det vil sige, at den inverterer.
  • En kaskade med en fælles base (gate, gitter) - forstærker kun i spænding, bruges sjældent, er den højeste frekvens, skifter ikke fasen.
  • Kaskade med en fælles solfanger (dræn, anode) - også kaldet en følger (emitter, kilde, katode), forstærker strømmen og efterlader signalspændingen lig med originalen . Anvendes som bufferforstærker . Vigtige egenskaber ved repeateren er dens høje input og lave udgangsimpedans , den forskyder ikke fase.
  • En kaskade med en fordelt belastning er en kaskade, der indtager en mellemposition mellem et koblingskredsløb med en fælles emitter og en fælles kollektor. Som en variant af trinnet med en fordelt belastning er effektforstærkerens udgangstrin "to-suspension". Vigtige egenskaber er en fast spændingsforstærkning indstillet af kredsløbselementerne og lav ikke-lineær forvrængning. Udgangssignalet er differentielt.

Kaskodeforstærker  - en forstærker, der indeholder to aktive elementer, hvoraf den første er forbundet i henhold til et fælles emitter (kilde, katode) kredsløb, og det andet - ifølge et fælles basiskredsløb (gate, gitter). Cascode forstærker har høj stabilitet og lav input kapacitans . Navnet på forstærkeren kommer fra sætningen "CASCade through cathODE" ( eng.  CASCade to cathODE ) [2]

Amplifikationstrin kan være enkelt-cyklus og push-pull.

  • En single-ended forstærker er en forstærker, hvor indgangssignalet føres ind i indgangskredsløbet på et forstærkerelement eller en gruppe af elementer forbundet parallelt.
  • En push-pull forstærker  er en forstærker, hvor indgangssignalet tilføres samtidigt til indgangskredsløbene af to forstærkerelementer eller to grupper af forstærkerelementer forbundet parallelt med en faseforskydning på 180 °.

Modes (klasser) af kraftfulde forstærkningstrin

Funktioner ved valget af tilstanden for kraftige kaskader er forbundet med opgaverne med at øge effektiviteten af ​​strømforsyningen og reducere ikke-lineære forvrængninger. Afhængigt af metoden til at placere det indledende driftspunkt for forstærkerenheden på de statiske og dynamiske karakteristika, skelnes følgende forstærkningstilstande

  • Tilstand A

  • Tilstand B

  • Mode B, push-pull kaskade

  • Mode C

  • Signal halvbølge afskæringsvinkler i forskellige tilstande

Klassifikation

Analoge forstærkere og digitale forstærkere

  • I analoge forstærkere forstærkes det analoge indgangssignal uden digital konvertering af analoge forstærkertrin. Det analoge udgangssignal uden digital konvertering føres til en analog belastning.
  • I digitale forstærkere, efter analog forstærkning af det analoge inputsignal ved hjælp af analoge forstærkningstrin til en værdi, der er tilstrækkelig til analog-til-digital-konvertering med en analog-til-digital-konverter (ADC, ADC), en analog-til-digital-konvertering af en analog værdi (spænding) til en digital værdi opstår - et tal (kode), svarende til spændingsværdien af ​​det analoge inputsignal. En digital værdi (tal, kode) føres enten direkte gennem bufferstyringsforstærkningstrin til en digital udgangsaktuator eller til en kraftig digital-til-analog konverter (DAC, DAC), hvis kraftige analoge udgangssignal føres til en analog udgangsaktuator.

Typer af forstærkere efter elementbase

  • Ventilforstærker ( eng.  Ventilforstærker ) - en forstærker, hvis forstærkende elementer er vakuumrør
  • En halvlederforstærker er en forstærker, hvis forstærkende elementer er halvlederenheder (transistorer, mikrokredsløb osv.)
  • Hybridforstærker - en forstærker, hvor en del af kaskaderne er samlet på lamper, en del - på halvledere
  • En kvanteforstærker  er en enhed til at forstærke elektromagnetiske bølger ved stimuleret emission af exciterede atomer, molekyler eller ioner.

Typer af forstærkere efter frekvensområde

  • DC -forstærker (UPT) - en forstærker af indgangsspændinger eller strømme, hvis nedre afskæringsfrekvens er lig med nul. Det anvendes i automatisk udstyr , måling og analog computerteknik .
  • Lavfrekvent forstærker (ULF, audiofrekvensforstærker, UZCH) - en forstærker designet til at fungere i lydfrekvensområdet (nogle gange også den nederste del af ultralyden, op til 200 kHz). Det bruges hovedsageligt i teknikken til lydoptagelse, lydgengivelse samt i automatisering, måling og analog databehandling.
  • Højfrekvent forstærker (UHF, radiofrekvensforstærker, URF) - signalforstærker ved radiofrekvenser. Det bruges hovedsageligt i radiomodtagere og radiosendere i radiokommunikation , radio- og tv-udsendelser, radar , radionavigation og radioastronomi samt i måleteknologi og automatisering
  • Puls forstærker - en forstærker designet til at forstærke strøm- eller spændingsimpulser med minimal forvrængning af deres form. Indgangssignalet ændrer sig så hurtigt, at transienterne i forstærkeren er afgørende for at finde udgangsbølgeformen. Hovedkarakteristikken er forstærkerens impulsoverførselskarakteristik. Skiftende forstærkere har en meget stor båndbredde: den øvre afskæringsfrekvens er flere hundrede kilohertz - flere megahertz, den nedre afskæringsfrekvens er normalt fra nul hertz, men nogle gange fra flere titus hertz, i hvilket tilfælde den konstante komponent ved output fra forstærkeren gendannes kunstigt. For nøjagtigt at gengive pulsformen skal forstærkerne have meget lav fase- og dynamisk forvrængning. Da indgangsspændingen i sådanne forstærkere som regel tages fra pulsbreddemodulatorer (PWM), hvis udgangseffekt er titusvis af milliwatt , skal de have en meget høj effektforstærkning. De bruges i pulsenheder af radar, radionavigation, automatisering og måleudstyr.

Typer af forstærkere efter frekvensbånd

  • Bredbåndsforstærker (aperiodisk) - en forstærker, der giver samme forstærkning over et bredt frekvensområde
  • Båndpasforstærker - en forstærker, der fungerer ved en fast gennemsnitsfrekvens af signalspektret og omtrent ligeligt forstærker signalet i et givet frekvensbånd
  • Selektiv forstærker - en forstærker, hvis forstærkning er maksimal i et snævert frekvensområde og minimum ud over det.

Typer af forstærkere efter type belastning

  • med resistiv;
  • med kapacitiv;
  • med induktiv;
  • med resonans;
  • med udgangstransformer ;
  • med aktiv belastning [3] .

Særlige typer forstærkere

  • En differentialforstærker  er en forstærker, hvis udgang er proportional med forskellen mellem to indgange, har to indgange og normalt en balanceret udgang.
  • En operationsforstærker  er en flertrins DC-forstærker med høj forstærkning og indgangsimpedans , differentiel input og single-ended output med lav udgangsimpedans, designet til at fungere i enheder med dyb negativ feedback.
  • Instrumenteringsforstærker  - Designet til applikationer, der kræver præcisionsforstærkning med høj signalfidelitet
  • Skalaforstærker - en forstærker, der ændrer niveauet af et analogt signal i et givet antal gange med høj nøjagtighed
  • En logaritmisk forstærker  er en forstærker, hvis udgangssignal er tilnærmelsesvis proportional med logaritmen af ​​indgangssignalet.
  • Kvadratisk forstærker - en forstærker, hvis udgangssignal er omtrent proportional med kvadratet på inputsignalet
  • En integrerende forstærker er en forstærker, hvis udgangssignal er proportional med integralet af indgangssignalet.
  • Inverterende forstærker - en forstærker, der ændrer fasen af ​​et harmonisk signal med 180° eller polariteten af ​​et impulssignal til det modsatte ( inverter )
  • Para-fase (fase-inverteret) forstærker - en forstærker, der bruges til at danne to anti-fase spændinger
  • Støjsvag forstærker - en forstærker, hvor der træffes særlige foranstaltninger for at reducere niveauet af selvstøj , der kan maskere det svage signal, der forstærkes
  • En isolationsforstærker er en forstærker, hvor indgangs- og udgangskredsløbene er galvanisk isolerede. Tjener til at beskytte mod højspænding, der kan påføres indgangskredsløbene, og til at beskytte mod interferens, der udbreder sig langs jordkredsløbene

Nogle funktionelle typer forstærkere

  • Forforstærker (forforstærker) - en forstærker designet til at forstærke signalet til den værdi, der er nødvendig for normal drift af den endelige forstærker.
  • Terminalforstærker (effektforstærker) - en forstærker, der under en vis ekstern belastning giver forstærkning af effekten af ​​elektromagnetiske svingninger til en forudbestemt værdi.
  • Mellemfrekvensforstærker (IFA) - en smalbåndssignalforstærker af en bestemt frekvens (456 kHz, 465 kHz, 4 MHz, 5,5 MHz, 6,5 MHz, 10,7 MHz osv.), der kommer fra radiofrekvensomformeren .
  • En resonansforstærker  er en forstærker af signaler med et smalt frekvensspektrum, der ligger i båndbredden af ​​resonanskredsløbet , som er dets belastning.
  • En videoforstærker er en pulsforstærker designet til at forstærke videoimpulser af kompleks form ( se Videosignal ), med en bred spektral sammensætning. På trods af navnet bruges den ikke kun i video- og tv-teknologi, men også i radar, signalbehandling fra forskellige detektorer , modemer osv. Den vigtigste egenskab ved denne forstærker er dens drift ned til 0 Hz (jævnstrøm). Også et signal af dette spektrum kaldes normalt et videosignal, selvom det ikke har noget at gøre med billedtransmission.
  • Magnetisk optageforstærker - en forstærker indlæst på et magnetisk optagehoved .
  • Gengivelsesforstærker - en støjsvag forstærker af elektriske signaler, der kommer fra det reproducerende magnetiske hoved på en båndoptager , videooptager , diskettedrev , harddisk eller fra en fotodiode i optiske signalogramafspilningssystemer (lydlæsesystem for filmprojektor , optiske diske ) ). Ligesom optageforstærkeren indeholder den frekvenskorrektionskredsløb for at sikre den maksimalt mulige linearitet af frekvensresponsen for optage-afspilningsvejen.
  • Mikrofonforstærker - forstærker de elektriske signaler fra lydfrekvenser, der kommer fra en mikrofon til en værdi, hvormed de kan behandles og reguleres. Professionelle mikrofonforstærkere har en differentiel indgang ( balanceret forbindelse , XLR-stik ) for at reducere interferens og interferens.
  • Amplifier-corrector (korrektionsforstærker) er en elektronisk enhed til at ændre parametrene for et video- eller lydsignal. En videosignalkorrektor gør det for eksempel muligt at justere farvemætning, farvetone, lysstyrke, kontrast og opløsning, en lydsignalkorrektionsforstærker er designet til at forstærke og korrigere signaler fra pickuppen af ​​en grammofonpladespiller ( se Phono equalizer ) , er der andre typer korrektorforstærkere .

Forstærkere som uafhængige enheder

  • Lyd frekvens forstærkere
    • Lydfrekvensforstærkere til kablede udsendelsessystemer.
    • Lydfrekvensforstærkere til at lyde åbne og lukkede rum.
    • Husstands lydfrekvensforstærkere. I denne gruppe af enheder er den højeste kvalitet Hi-Fi og den højeste kvalitet High-end forstærkere af størst interesse . Der er præliminære, terminale (effektforstærkere) og komplette forstærkere, der kombinerer egenskaberne af præliminære og terminale.
  • Instrumentforstærkere er designet til at forstærke  signaler til måleformål.
  • Antenneforstærkere - designet til at forstærke svage signaler fra antennen , før de føres til indgangen på radiomodtageren , der er tovejsforstærkere (til transceiver-enheder), de forstærker også signalet, der kommer fra senderens sidste fase til antennen. Antenneforstærkeren er normalt installeret direkte på antennen eller tæt på den.

  • Lampe ULF

  • forforstærker

  • Hi-Fi ULF McIntosh MA6800

  • Aleph 3 effektforstærker

Hovednormaliserede parametre

Se også

Noter

  1. ↑ Mitrofanov O. V., Simonov B. M., Koledov L. A. Fysisk grundlag for mikroelektroniske produkters funktion // M. Higher School. - 1987. - S. 110
  2. ↑ Hickman, RW og Hunt, FV, "On Electronic Voltage Stabilizers," Review of Scientific Instruments , vol. 10, s. 6-21 (januar 1939)
  3. ↑ For detaljer, se f.eks. artiklen Current Mirror , Operational Amplifier 741#Differential Input Stage .

Litteratur

  • Simonov Yu. L. Mellemfrekvensforstærkere. - M .: Sovjetisk radio, 1973
  • Bukreev S.S. Lavfrekvente transistorforstærkere med feedback. - M .: Sovjetisk radio, 1972
  • Voishvillo GV Amplifying devices: Lærebog til universiteter. 2. udg. - M .: Radio og kommunikation. 1983
  • Håndbog i elektronisk udstyr: Vol. 1 / Ed. D. P. Linde - M .: Energi, 1978
  • Ramm G.S. Elektroniske forstærkere.
  • Shamshin V. G. Historien om tekniske kommunikationsmidler, 2003.
  • Kuleshov V.N., Udalov N.N., Bogachev V.M. Generering af svingninger og dannelse af radiosignaler. - M. : MPEI, 2008. - 416 s. - ISBN 978-5-383-00224-7 .
Normativ og teknisk dokumentation
  • GOST 23849-87. Udstyret er radio-elektronisk husholdning. Metoder til måling af de elektriske parametre for lydsignalforstærkere.
  • GOST 24388-88. Forstærkere af signaler af lydfrekvens er husholdningsbrug. Generelle specifikationer.
  • GOST 29180-91. Tekniske midlers kompatibilitet er elektromagnetisk. Mikrobølgeapparater. Forstærkere er støjsvage. Parametre og egenskaber. Målemetoder.
  • OST4-203.007-84. Lydudstyr til åbne og lukkede rum. Lyd frekvens forstærkere. Generelle specifikationer.
  • OST45-138-99. Lydterminalforstærkere til ledningsudsendelsesstationer. Hovedparametre. Målemetoder.
  • IEC 60527(1975). DC forstærkere. Karakteristika og testmetoder.
  • IEC 60581-6 (1979). Akustisk udstyr og systemer til high fidelity-gengivelse (Hi-Fi). Minimumskrav til parametre. Del 6. Forstærkere.
  • IEC 61305-3 (1995). Lydudstyr og lydsystemer med høj kvalitet til hjemmebrug. Metoder til måling og etablering af ydeevnekarakteristika. Del 3: Forstærkere.
  • IEC 60268-3(2000). Lydanlæg udstyr. Del 3. Forstærkere.

Links

 Radio
Hoveddele
Sorter