Elektroninen vahvistin

Vahvistusaste - vahvistinaste, joka sisältää yhden tai useamman vahvistinelementin, kuormituspiirit ja liitännät edellisiin tai seuraaviin vaiheisiin.

Vahvistinelementteinä käytetään yleensä elektroniputkia tai transistoreita (bipolaarinen, kenttäefekti), ja joissain tapauksissa voidaan käyttää myös bipolaarisia laitteita , esimerkiksi tunnelidiodeja (käytetään negatiivisen vastuksen ominaisuutta) jne. Puolijohdevahvistimet (ja joskus alipaineiset) eivät välttämättä ole vain erillisiä (erillisiä), vaan myös integroituja (osana mikropiirejä ), usein täysin valmis vahvistin toteutetaan yhdessä mikropiirissä.

Riippuen tavasta, jolla vahvistin on kytketty päälle, on kaskadeja, joissa on yhteinen kanta, yhteinen emitteri , yhteinen kollektori ( emitteriseuraaja ) (kaksinapaiselle transistorille), yhteinen portti, yhteinen lähde, yhteinen nielu ( lähdeseuraaja) (kenttätransistorille) ja yhteisellä hilalla, yhteisellä katodilla, yhteisellä anodilla (lampuille)

• Kaskadi yhteisellä emitterillä (lähde, katodi) - yleisin tapa kytkeä päälle, voit vahvistaa signaalia virralle ja jännitteelle samanaikaisesti, siirtää vaihetta 180 °, eli se on käänteinen.
• Kaskadi, jolla on yhteinen kanta (portti, verkko) - vahvistaa vain jännitteen, käytetään harvoin, on korkein taajuus, ei siirrä vaihetta.
• Kaskadi yhteisellä kollektorilla (tyhjennys, anodi) - jota kutsutaan myös seuraajaksi (emitteri, lähde, katodi), vahvistaa virtaa jättäen signaalin jännitteen alkuperäisen suuruiseksi . Käytetään puskurivahvistimena . Toistimen tärkeitä ominaisuuksia ovat sen suuri tulo ja alhainen lähtöimpedanssi , se ei vaihda vaihetta.
• Hajautetulla kuormalla varustettu kaskadi on kaskadi, joka on väliasennossa yhteisellä emitterillä varustetun kytkentäpiirin ja yhteisen kollektorin välillä. Hajautetun kuorman portaan muunnelmana tehovahvistimen lähtöaste on "kaksijousitus". Tärkeitä ominaisuuksia ovat piirielementtien asettama kiinteä jännitevahvistus ja alhainen epälineaarinen särö. Lähtösignaali on differentiaalinen.

Kaskokoodivahvistin  - vahvistin, joka sisältää kaksi aktiivista elementtiä, joista ensimmäinen on kytketty yhteisen emitteri- (lähde, katodi) piirin mukaan ja toinen - yhteisen peruspiirin (portti, verkko) mukaan. Kaskokoodivahvistimella on korkea vakaus ja pieni tulokapasitanssi . Vahvistimen nimi tulee lauseesta "CASCade through cathODE" ( eng.  CASCade to cathODE ) [2]

Vahvistusvaiheet voivat olla yksijaksoisia ja push-pull-vaiheita.

• Yksipäinen vahvistin on vahvistin, jossa tulosignaali syötetään yhden vahvistinelementin tai yhden rinnakkain kytketyn elementtiryhmän tulopiiriin.
• Push-pull-vahvistin  on vahvistin, jossa tulosignaali syötetään samanaikaisesti kahden vahvistinelementin tai kahden rinnakkain kytketyn vahvistuselementtiryhmän tulopiireihin 180 °:n vaihesiirrolla.

Voimakkaiden vahvistusvaiheiden tilat (luokat)

Tehokkaiden kaskadien tilan valinnan ominaisuudet liittyvät tehtäviin lisätä tehonsyötön tehokkuutta ja vähentää epälineaarisia vääristymiä. Riippuen menetelmästä, jolla vahvistinlaitteen alkuperäinen toimintapiste asetetaan staattisille ja dynaamisille ominaisuuksille, erotetaan seuraavat vahvistustavat

• Tila A

• Tila B

• Tila B, push-pull kaskadi

• Tila C

• Signaalin puoliaallon katkaisukulmat eri tiloissa

Luokitus

Analogiset vahvistimet ja digitaaliset vahvistimet

• Analogisissa vahvistimissa analoginen tulosignaali ilman digitaalista muuntamista vahvistetaan analogisten vahvistinportaiden avulla. Analoginen lähtösignaali ilman digitaalista muuntamista syötetään analogiseen kuormaan.
• Digitaalisissa vahvistimissa sen jälkeen, kun analoginen tulosignaali on analogisesti vahvistettu analogisilla vahvistusportailla arvoon, joka riittää analogia- digitaalimuunnin (ADC, ADC) suorittamaan analogia-digitaalimuunnokseen, analogia-digitaalimuunnos analoginen arvo (jännite) tulee digitaaliseksi arvoksi - numero (koodi) , joka vastaa analogisen tulosignaalin jännitearvoa. Digitaalinen arvo (numero, koodi) joko syötetään suoraan puskurin ohjausvahvistusasteiden kautta digitaaliseen lähtötoimilaitteeseen tai tehokkaaseen digitaali-analogiamuuntimeen (DAC, DAC), jonka tehokas analoginen lähtösignaali syötetään analogiseen. lähtötoimilaite.

Vahvistintyypit elementtipohjan mukaan

• Valve amplifier ( eng.  Valve amplifier ) - vahvistin, jonka vahvistinelementit ovat tyhjiöputkia
• Puolijohdevahvistin on vahvistin, jonka vahvistuselementit ovat puolijohdelaitteita (transistorit, mikropiirit jne.)
• Hybridivahvistin - vahvistin, jonka kaskadeista osa on koottu lamppuihin, osa puolijohteisiin
• Kvanttivahvistin  on laite sähkömagneettisten aaltojen vahvistamiseen virittyneiden atomien, molekyylien tai ionien stimuloidulla emissiolla.

Vahvistintyypit taajuusalueen mukaan

• DC -vahvistin (UPT) - tulojännitteiden tai -virtojen vahvistin, jonka alempi rajataajuus on nolla. Sitä sovelletaan automaattisissa laitteissa , mittaus - ja analogisessa tietokonetekniikassa .
• Matalataajuinen vahvistin (ULF, äänitaajuusvahvistin, UZCH) - vahvistin, joka on suunniteltu toimimaan äänitaajuusalueella (joskus myös ultraäänen alaosassa, jopa 200 kHz). Sitä käytetään pääasiassa äänen tallennustekniikassa, äänen toistossa sekä automaatiossa, mittauksessa ja analogisessa laskennassa.
• Korkeataajuinen vahvistin (UHF, radiotaajuusvahvistin, URF) - signaalivahvistin radiotaajuuksilla. Sitä käytetään pääasiassa radiovastaanottimissa ja -lähettimissä radioviestinnässä , radio- ja televisiolähetyksissä, tutkassa , radionavigaatiossa ja radioastronomiassa sekä mittaustekniikassa ja automaatiossa.
• Pulssivahvistin - vahvistin, joka on suunniteltu vahvistamaan virta- tai jännitepulsseja niiden muodon minimaalisella vääristymällä. Tulosignaali muuttuu niin nopeasti, että vahvistimen transientit ovat ratkaisevia lähtöaaltomuodon löytämisessä. Pääominaisuus on vahvistimen impulssinsiirtoominaisuus. Kytkentävahvistimilla on erittäin suuri kaistanleveys: ylempi katkaisutaajuus on useita satoja kilohertsejä - useita megahertsejä, alempi rajataajuus on yleensä nollasta hertseistä, mutta joskus useista kymmenistä hertseistä, jolloin vakiokomponentti vahvistimen lähtö palautetaan keinotekoisesti. Pulssin muodon toistamiseksi tarkasti vahvistimilla on oltava erittäin alhainen vaihe- ja dynaaminen vääristymä. Koska pääsääntöisesti tällaisten vahvistimien tulojännite otetaan pulssinleveysmodulaattoreista (PWM), joiden lähtöteho on kymmeniä milliwatteja , niillä on oltava erittäin korkea tehonlisäys. Niitä käytetään tutkan, radionavigoinnin, automaation ja mittauslaitteiden pulssilaitteissa.

Vahvistintyypit taajuuskaistan mukaan

• Laajakaista (ajoittainen) vahvistin - vahvistin, joka antaa saman vahvistuksen laajalla taajuusalueella
• Kaistanpäästövahvistin - vahvistin, joka toimii kiinteällä signaalispektrin keskitaajuudella ja vahvistaa suunnilleen yhtä paljon signaalia tietyllä taajuuskaistalla
• Selektiivinen vahvistin - vahvistin, jonka vahvistus on maksimi kapealla taajuusalueella ja pienin sen ulkopuolella.

Vahvistintyypit kuormatyypin mukaan

• kanssa resistiivinen;
• kanssa kapasitiivinen;
• kanssa induktiivinen;
• resonanssin kanssa;
• lähtömuuntajalla ; _
• aktiivisella kuormalla [3] .

Erikoistyyppiset vahvistimet

• Differentiaalivahvistin  on vahvistin, jonka lähtö on verrannollinen kahden tulon väliseen eroon, jossa on kaksi tuloa ja yleensä balansoitu lähtö.
• Operaatiovahvistin  on monivaiheinen tasavirtavahvistin, jolla on korkea vahvistus ja tuloimpedanssi , differentiaalinen sisääntulo ja yksipäinen ulostulo matalalla lähtöimpedanssilla, suunniteltu toimimaan laitteissa, joissa on syvä negatiivinen takaisinkytkentä.
• Instrumentointivahvistin  - Suunniteltu sovelluksiin, jotka vaativat tarkkaa vahvistusta korkealla signaalitarkkuudella
• Skaalavahvistin - vahvistin, joka muuttaa analogisen signaalin tasoa tietyn määrän kertoja suurella tarkkuudella
• Logaritminen vahvistin  on vahvistin, jonka lähtösignaali on suunnilleen verrannollinen tulosignaalin logaritmiin.
• Neliöllinen vahvistin - vahvistin, jonka lähtösignaali on suunnilleen verrannollinen tulosignaalin neliöön
• Integroiva vahvistin on vahvistin, jonka lähtösignaali on verrannollinen tulosignaalin integraaliin.
• Invertoiva vahvistin - vahvistin, joka muuttaa harmonisen signaalin vaihetta 180° tai pulssisignaalin polariteettia päinvastaiseksi ( invertteri )
• Para-vaiheinen (vaiheinvertoitu) vahvistin - vahvistin, jota käytetään muodostamaan kaksi vastavaihejännitettä
• Vähäkohinainen vahvistin - vahvistin, jossa toteutetaan erityistoimenpiteitä sellaisen itsekohinatason vähentämiseksi , joka voi peittää vahvistettavan heikon signaalin
• Erotusvahvistin on vahvistin, jossa tulo- ja lähtöpiirit on galvaanisesti eristetty. Suojaa korkealta jännitteeltä, jota voidaan käyttää tulopiireihin, ja suojaa maadoituspiirejä pitkin eteneviltä häiriöiltä

Jotkut toiminnalliset vahvistimet

• Esivahvistin (esivahvistin) - vahvistin, joka on suunniteltu vahvistamaan signaali arvoon, joka on tarpeen lopullisen vahvistimen normaalia toimintaa varten.
• Päätevahvistin (tehovahvistin) - vahvistin, joka vahvistaa tietyllä ulkoisella kuormituksella sähkömagneettisten värähtelyjen tehoa ennalta määrättyyn arvoon.
• Välitaajuusvahvistin (IFA) - tietyn taajuuden (456 kHz, 465 kHz, 4 MHz, 5,5 MHz, 6,5 MHz, 10,7 MHz jne.) kapeakaistainen signaalivahvistin, joka tulee radiotaajuusmuuntimesta .
• Resonanssivahvistin  on signaalien vahvistin, jolla on kapea taajuusspektri , joka sijaitsee resonanssipiirin kaistanleveydellä , joka on sen kuormitus.
• Videovahvistin on pulssivahvistin, joka on suunniteltu vahvistamaan monimutkaisia ​​videopulsseja ( katso Videosignaali ) , jolla on laaja spektrikoostumus. Nimestään huolimatta sitä ei käytetä vain video- ja televisiotekniikassa, vaan myös tutkassa, signaalinkäsittelyssä eri ilmaisimista , modeemeista jne. Tämän vahvistimen pääominaisuus on sen toiminta 0 Hz :iin asti (tasavirta). Myös tämän spektrin signaalia kutsutaan yleensä videosignaaliksi, vaikka sillä ei olisikaan mitään tekemistä kuvansiirron kanssa.
• Magneettinen tallennusvahvistin – magneettiseen tallennuspäähän ladattu vahvistin .
• Toistovahvistin – nauhurin , videonauhurin , levykeaseman , kiintolevyaseman toistettavasta magneettipäästä tai optisten signalogrammien toistojärjestelmien valodiodista tulevien sähköisten signaalien vähäkohinainen vahvistin ( filmiprojektorin äänenlukujärjestelmä , optiset levyt ). ). Kuten tallennusvahvistin, se sisältää taajuudenkorjauspiirejä, joilla varmistetaan tallennus-toistopolun taajuusvasteen suurin mahdollinen lineaarisuus .
• Mikrofonivahvistin – vahvistaa mikrofonista tulevien äänitaajuuksien sähköiset signaalit arvoon, jossa niitä voidaan käsitellä ja säätää. Ammattimaisissa mikrofonivahvistimissa on differentiaalinen tulo ( balansoitu liitäntä , XLR-liittimet ) häiriöiden ja häiriöiden vähentämiseksi.
• Vahvistin-korjain (korjausvahvistin) on elektroninen laite video- tai äänisignaalin parametrien muuttamiseksi. Esimerkiksi videosignaalin korjain mahdollistaa värikylläisyyden, värisävyn, kirkkauden, kontrastin ja resoluution säätämisen, äänisignaalin korjausvahvistin on suunniteltu vahvistamaan ja korjaamaan gramofonilevysoittimen poiminnasta tulevia signaaleja ( katso Phono-taajuuskorjain ) , on olemassa muitakin korjausvahvistimia.

Vahvistimet itsenäisinä laitteina

• Äänitaajuusvahvistimet
  • Äänitaajuusvahvistimet langallisiin lähetysjärjestelmiin.
  • Äänitaajuusvahvistimet avoimiin ja suljettuihin tiloihin.
  • Kotitalouksien äänitaajuusvahvistimet. Tässä laiteryhmässä eniten kiinnostavat huippulaadukkaat Hi-Fi- ja tarkimmat huippuluokan vahvistimet . On esivahvistimia, päätevahvistimia ja valmiita vahvistimia, jotka yhdistävät esi- ja päätevahvistimien ominaisuudet.
• Instrumentointivahvistimet  on suunniteltu vahvistamaan signaaleja mittaustarkoituksiin.
  • Biopotentiaalivahvistimet  ovat sähköfysiologiassa käytettyjä mittausvahvistimia .
• Antennivahvistimet - suunniteltu vahvistamaan heikkoja signaaleja antennista ennen niiden syöttämistä radiovastaanottimen tuloon , on kaksisuuntaisia ​​vahvistimia (lähetin-vastaanotinlaitteille), ne myös vahvistavat signaalia, joka tulee lähettimen viimeisestä vaiheesta antenniin. Antennivahvistin asennetaan yleensä suoraan antenniin tai sen lähelle.

• Lamppu ULF

• esivahvistin

• Hi-Fi ULF McIntosh MA6800

• Aleph 3 tehovahvistin

Tärkeimmät normalisoidut parametrit

• Taajuusalue
• Saada
• Taajuusvasteen epätasaisuus
• Herkkyys
• Melutaso _
• THD
• Tuloimpedanssi
• lähtöimpedanssi
• Suurin lähtöjännite
• Suurin lähtöteho

Katso myös

• Signaaligeneraattori
• Nyquist-Mihailov-vakauskriteeri
• Operaatiovahvistimien käyttö

Muistiinpanot

1. ↑ Mitrofanov O. V., Simonov B. M., Koledov L. A. Mikroelektroniikkatuotteiden toiminnan fyysiset perustat // M. Higher School. - 1987. - s. 110
2. ↑ Hickman, RW ja Hunt, FV, "On Electronic Voltage Stabilizers", Review of Scientific Instruments , voi. 10, s. 6-21 (tammikuu 1939)
3. ↑ Katso lisätietoja esimerkiksi artikkelista Current Mirror , Operational Amplifier 741#Differential Input Stage .

Kirjallisuus

• Simonov Yu. L. Välitaajuusvahvistimet. - M .: Neuvostoliiton radio, 1973
• Bukreev S.S. Matalataajuiset transistorivahvistimet, joissa on takaisinkytkentä. - M .: Neuvostoliiton radio, 1972
• Voishvillo GV Vahvistinlaitteet: Oppikirja yliopistoille. 2. painos - M .: Radio ja viestintä. 1983
• Elektronisten laitteiden käsikirja: Vol. 1 / Ed. D. P. Linde - M .: Energia, 1978
• Ramm G.S. Elektroniset vahvistimet.
• Shamshin V. G. Teknisten viestintävälineiden historia, 2003.
• Kuleshov V.N., Udalov N.N., Bogachev V.M. ja muut , värähtelyjen generointi ja radiosignaalien muodostus. - M. : MPEI, 2008. - 416 s. - ISBN 978-5-383-00224-7 .

• GOST 23849-87. Laite on radioelektroninen kotitalous. Äänisignaalivahvistimien sähköisten parametrien mittausmenetelmät.
• GOST 24388-88. Äänitaajuuden signaalien vahvistimet ovat kotitalouksia. Yleiset tiedot.
• GOST 29180-91. Teknisten välineiden yhteensopivuus on sähkömagneettista. Mikroaaltouunilaitteet. Vahvistimet ovat hiljaisia. Parametrit ja ominaisuudet. Mittausmenetelmät.
• OST4-203.007-84. Äänilaitteet avoimiin ja suljettuihin tiloihin. Äänitaajuusvahvistimet. Yleiset tiedot.
• OST45-138-99. Äänipäätevahvistimet lankalähetysasemille. Pääparametrit. Mittausmenetelmät.
• IEC 60527(1975). DC-vahvistimet. Ominaisuudet ja testausmenetelmät.
• IEC 60581-6(1979). Akustiset laitteet ja järjestelmät korkealaatuiseen toistoon (Hi-Fi). Parametrien vähimmäisvaatimukset. Osa 6. Vahvistimet.
• IEC 61305-3(1995). Äänentoistolaitteet ja -järjestelmät kotikäyttöön. Menetelmät suorituskyvyn ominaisuuksien mittaamiseksi ja määrittämiseksi. Osa 3: Vahvistimet.
• IEC 60268-3(2000). Äänentoistolaitteistot. Osa 3. Vahvistimet.

Linkit

• Uuden sukupolven suurtaajuusvahvistimet
• VHF antennivahvistin
• Elektroniset vahvistimet