Wzmacniacz - Amplifier

100-watowy stereofoniczny wzmacniacz audio używany w domowych systemach audio w latach 70-tych.

Wzmocnienie oznacza zwiększenie amplitudy (napięcia lub prądu) sygnału zmiennego w czasie o określony współczynnik, jak pokazano tutaj. Wykres przedstawia napięcie wejściowe (niebieski) i wyjściowe (czerwony) idealnego wzmacniacza liniowego z dowolnym sygnałem podawanym jako wejście. W tym przykładzie wzmacniacz ma wzmocnienie napięciowe 3; to jest w każdej chwili${\ Displaystyle V_ {i} (t)}$ ${\ Displaystyle V_ {o} (t)}$ ${\ Displaystyle v_ {o} = 3 v_ {i} \,}$

Wzmacniacz , elektroniczny wzmacniacz lub (nieformalnie) Wzmacniacz jest urządzeniem elektronicznym, które mogą zwiększyć moc o sygnale (zmienną w czasie napięcia lub obecnego ). Jest to dwuportowy obwód elektroniczny, który wykorzystuje energię elektryczną z zasilacza do zwiększenia amplitudy sygnału podawanego na jego zaciski wejściowe, wytwarzając proporcjonalnie większą amplitudę sygnału na wyjściu. Wielkość wzmocnienia zapewnianego przez wzmacniacz jest mierzona jego wzmocnieniem : stosunkiem napięcia wyjściowego, prądu lub mocy do wejścia. Wzmacniacz to obwód, który ma wzmocnienie mocy większe niż jeden.

Wzmacniacz może być oddzielnym urządzeniem lub obwodem elektrycznym zawartym w innym urządzeniu. Wzmocnienie ma fundamentalne znaczenie dla nowoczesnej elektroniki, a wzmacniacze są szeroko stosowane w prawie wszystkich urządzeniach elektronicznych. Wzmacniacze można podzielić na różne kategorie. Jednym z nich jest częstotliwość wzmacnianego sygnału elektronicznego. Na przykład wzmacniacze audio wzmacniają sygnały w zakresie audio (dźwięku) poniżej 20 kHz, wzmacniacze RF wzmacniają częstotliwości w zakresie częstotliwości radiowych od 20 kHz do 300 GHz, a serwowzmacniacze i wzmacniacze oprzyrządowania mogą pracować z bardzo niskimi częstotliwościami do prąd stały. Wzmacniacze można również podzielić na kategorie według ich fizycznego umiejscowienia w łańcuchu sygnałowym ; na przykład przedwzmacniacz może poprzedzać inne etapy przetwarzania sygnału. Pierwszy praktyczny urządzenie elektryczne, które mogłyby powielać był triody rury próżniowej , wynaleziony w 1906 roku przez Lee De Forest , która doprowadziła do pierwszych wzmacniaczy około 1912. Dziś większość wzmacniaczy użyć tranzystorów .

Historia

Rury próżniowe

Pierwszy praktyczny widoczne urządzenie, które mogłyby wzmocnić był triody rury próżniowej , wynaleziony w 1906 roku przez Lee De Forest , która doprowadziła do pierwszych wzmacniaczy około 1912 lamp próżniowych były wykorzystywane niemal we wszystkich wzmacniaczach do 1960 1970 gdy tranzystory je wymienić. Obecnie większość wzmacniaczy wykorzystuje tranzystory, ale w niektórych aplikacjach nadal stosuje się lampy próżniowe.

Prototypowy wzmacniacz audio De Foresta z 1914 roku. Lampa próżniowa Audion (trioda) miała wzmocnienie napięciowe około 5, zapewniając całkowite wzmocnienie około 125 dla tego trzystopniowego wzmacniacza.

Rozwój technologii komunikacji audio w postaci telefonu , po raz pierwszy opatentowany w 1876 roku, stworzył potrzebę zwiększenia amplitudy sygnałów elektrycznych w celu rozszerzenia transmisji sygnałów na coraz większe odległości. W telegrafii problem ten został rozwiązany za pomocą urządzeń pośredniczących na stacjach, które uzupełniały rozpraszaną energię, pracując równolegle z rejestratorem sygnału i nadajnikiem, tworząc przekaźnik , dzięki czemu lokalne źródło energii na każdej stacji pośredniej zasilało następny odcinek przenoszenie. Do transmisji duplex, czyli nadawania i odbioru w obu kierunkach, opracowano dwukierunkowe przekaźniki przekaźnikowe, począwszy od prac CF Varley dla transmisji telegraficznych. Transmisja dupleksowa była niezbędna dla telefonii, a problem nie został zadowalająco rozwiązany aż do 1904 r., kiedy HE Shreeve z American Telephone and Telegraph Company poprawił istniejące próby skonstruowania przemiennika telefonicznego składającego się z nadajnika granulek węglowych typu back-to-back i par odbiorników elektrodynamicznych. Wzmacniacz Shreeve został po raz pierwszy przetestowany na linii między Bostonem a Amesbury w stanie Massachusetts, a bardziej wyrafinowane urządzenia pozostawały w użyciu przez jakiś czas. Po przełomie wieków odkryto, że lampy rtęciowe o ujemnej rezystancji mogą wzmacniać i były również wypróbowywane w repeaterach, z niewielkim powodzeniem.

Rozwój zaworów termionowych, który rozpoczął się około 1902 roku, zapewnił całkowicie elektroniczną metodę wzmacniania sygnałów. Pierwszą praktyczną wersją takich urządzeń była trioda Audion , wynaleziona w 1906 roku przez Lee De Foresta , która doprowadziła do powstania pierwszych wzmacniaczy około 1912 roku. Ponieważ jedynym wcześniejszym urządzeniem szeroko stosowanym do wzmacniania sygnału był przekaźnik stosowany w systemach telegraficznych , Wzmacniająca lampa próżniowa została po raz pierwszy nazwana przekaźnikiem elektronowym . Terminy wzmacniacz i amplifikacja , wywodzące się z łacińskiego amplificare ( powiększanie lub rozszerzanie ), zostały po raz pierwszy użyte dla tej nowej możliwości około 1915 roku, kiedy triody stały się powszechne.

Wzmacniająca lampa próżniowa zrewolucjonizowała technologię elektryczną, tworząc nową dziedzinę elektroniki , technologię aktywnych urządzeń elektrycznych. Wykonana jest możliwe linie telefoniczne zamiejscowe, systemy nagłośnienia , radiofonii , rozmawia filmów , praktyczne nagrania audio , radar , telewizor , a pierwsze komputery . Przez 50 lat praktycznie wszystkie urządzenia elektroniki użytkowej wykorzystywały lampy próżniowe. Wczesne wzmacniacze lampowe często miały dodatnie sprzężenie zwrotne ( regenerację ), które mogło zwiększać wzmocnienie, ale także czynić wzmacniacz niestabilnym i podatnym na oscylacje. Wiele z matematycznej teorii wzmacniaczy zostało opracowanych w Bell Telephone Laboratories w latach 20. do 40. XX wieku. Poziomy zniekształceń we wczesnych wzmacniaczach były wysokie, zwykle około 5%, aż do 1934 roku, kiedy Harold Black rozwinął ujemne sprzężenie zwrotne ; pozwoliło to na znaczne zmniejszenie poziomu zniekształceń, kosztem mniejszego wzmocnienia. Inne postępy w teorii amplifikacji poczynili Harry Nyquist i Hendrik Wade Bode .

Lampa próżniowa była praktycznie jedynym urządzeniem wzmacniającym, poza specjalistycznymi urządzeniami zasilającymi, takimi jak wzmacniacz magnetyczny i amplidyna , przez 40 lat. Obwody sterowania mocą wykorzystywały wzmacniacze magnetyczne do drugiej połowy XX wieku, kiedy półprzewodnikowe urządzenia mocy stały się bardziej ekonomiczne i miały wyższe prędkości robocze. Stare węglowe wzmacniacze elektroakustyczne Shreeve były używane we wzmacniaczach regulowanych w abonenckich zestawach telefonicznych dla osób niedosłyszących, aż do momentu, gdy w latach pięćdziesiątych tranzystor dostarczył mniejsze i lepszej jakości wzmacniacze.

Tranzystory

Pierwszy pracy tranzystora był tranzystor ostrzowy wynaleziony przez John Bardeen i Walter Brattain 1947 w Bell Labs , gdzie William Shockleya później wynalezienia tranzystor bipolarny połączeniową (BJT) w 1948 roku zostały one następnie wynalezienia metalowych tlenkowej półprzewodnikowy tranzystor polowy (MOSFET) autorstwa Mohameda M. Atalla i Dawona Kahnga w Bell Labs w 1959 roku. Ze względu na skalowanie MOSFET , możliwość skalowania do coraz mniejszych rozmiarów, MOSFET stał się od tego czasu najczęściej używanym wzmacniaczem.

Zastąpienie nieporęcznych lamp elektronowych tranzystorami w latach 60. i 70. XX w. stworzyło rewolucję w elektronice, umożliwiając powstanie dużej klasy przenośnych urządzeń elektronicznych, takich jak radio tranzystorowe opracowane w 1954 r. Obecnie stosowanie lamp próżniowych jest ograniczone w przypadku niektórych dużych mocy zastosowań, takich jak nadajniki radiowe.

Począwszy od lat 70. coraz więcej tranzystorów było połączonych w jednym układzie scalonym, tworząc w ten sposób większe skale integracji (takie jak integracja małej, średniej i dużej skali ) w układach scalonych . Wiele dostępnych obecnie na rynku wzmacniaczy jest opartych na układach scalonych.

Do specjalnych celów wykorzystano inne aktywne elementy. Na przykład, w pierwszych dniach łączności satelitarnej , parametryczne wzmacniacze były używane. Obwodem rdzenia była dioda, której pojemność była zmieniana przez generowany lokalnie sygnał RF. W pewnych warunkach ten sygnał RF dostarczał energię, która była modulowana przez bardzo słaby sygnał satelitarny odbierany przez stację naziemną.

Postęp w elektronice cyfrowej od końca 20 wieku pod warunkiem nowe alternatywy dla tradycyjnego wzmacniacza liniowego wzmocnienia za pomocą cyfrowego przełączania zmieniać kształt impulsu stałych amplitudy sygnałów, w wyniku takich urządzeń, jak wzmacniacz impulsowy .

Ideał

Cztery typy zależnego źródła — zmienna kontrolna po lewej, zmienna wyjściowa po prawej

Zasadniczo wzmacniacz jest dwuportową siecią elektryczną, która wytwarza sygnał w porcie wyjściowym, który jest repliką sygnału doprowadzonego do portu wejściowego, ale o zwiększonej wartości.

Port wejściowy można wyidealizować jako wejście napięciowe, które nie pobiera prądu, a wyjście jest proporcjonalne do napięcia na porcie; lub wejście prądowe, bez napięcia na nim, w którym wyjście jest proporcjonalne do prądu płynącego przez port. Port wyjściowy można wyidealizować jako zależne źródło napięcia , z zerową rezystancją źródła i jego napięciem wyjściowym zależnym od wejścia; lub zależne źródło prądu , z nieskończoną rezystancją źródła i prądem wyjściowym zależnym od wejścia. Kombinacje tych wyborów prowadzą do czterech typów idealnych wzmacniaczy. W wyidealizowanej formie są one reprezentowane przez każdy z czterech typów źródeł zależnych stosowanych w analizie liniowej, jak pokazano na rysunku, a mianowicie:

Każdy typ wzmacniacza w swojej idealnej formie ma idealną rezystancję wejściową i wyjściową, która jest taka sama jak odpowiedniego źródła zależnego:

W rzeczywistych wzmacniaczach idealne impedancje nie są możliwe do osiągnięcia, ale te idealne elementy można wykorzystać do budowy równoważnych obwodów rzeczywistych wzmacniaczy poprzez dodanie impedancji (rezystancji, pojemności i indukcyjności) do wejścia i wyjścia. W przypadku każdego konkretnego obwodu często stosuje się analizę małych sygnałów w celu znalezienia rzeczywistej impedancji. Prąd testowy prądu przemiennego małego sygnału I _x jest przykładany do węzła wejściowego lub wyjściowego, wszystkie źródła zewnętrzne są ustawione na zero prądu przemiennego, a odpowiednie napięcie przemienne V _x w źródle prądu testowego określa impedancję widzianą w tym węźle jako R = V _x / ja _x .

Wzmacniacze zaprojektowane do podłączenia do linii transmisyjnej na wejściu i wyjściu, zwłaszcza wzmacniacze RF , nie pasują do tego podejścia klasyfikacyjnego. Zamiast zajmować się pojedynczo napięciem lub prądem, idealnie łączą się z impedancją wejściową lub wyjściową dopasowaną do impedancji linii przesyłowej, to znaczy dopasowują stosunki napięcia do prądu. Wiele prawdziwych wzmacniaczy RF zbliża się do tego ideału. Chociaż dla danej odpowiedniej impedancji źródła i obciążenia wzmacniacze RF można scharakteryzować jako wzmacniające napięcie lub prąd, zasadniczo są one wzmacnianiem mocy.

Nieruchomości

Właściwości wzmacniacza określają parametry, które obejmują:

• Zysk , stosunek między wielkością sygnałów wyjściowych i wejściowych
• Przepustowość , szerokość użytecznego zakresu częstotliwości
• Wydajność , stosunek mocy wyjściowej do całkowitego zużycia energii
• Liniowość , stopień, w jakim proporcja między amplitudą wejściową i wyjściową jest taka sama dla wejścia o dużej i małej amplitudzie
• Hałas , miara niepożądanego hałasu zmieszanego z wyjściem
• Zakres dynamiki wyjściowej , stosunek największych i najmniejszych użytecznych poziomów wyjściowych
• Szybkość narastania , maksymalna szybkość zmian wyjścia
• Czas narastania , czas ustalania , dzwonienie i przeregulowanie, które charakteryzują odpowiedź skokową
• Stabilność , zdolność do unikania samo-oscylacji

Wzmacniacze są opisane zgodnie z właściwościami ich wejść, ich wyjść i ich relacji. Wszystkie wzmacniacze mają wzmocnienie, mnożnik, który wiąże wielkość pewnej właściwości sygnału wyjściowego z właściwością sygnału wejściowego. Wzmocnienie może być określone jako stosunek napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego ( wzmocnienie napięcia ), mocy wyjściowej do mocy wejściowej ( wzmocnienie mocy ) lub jako kombinacja prądu, napięcia i mocy. W wielu przypadkach właściwość sygnału wyjściowego, która się zmienia, zależy od tej samej właściwości sygnału wejściowego, co sprawia, że ​​wzmocnienie jest bezjednostkowe (chociaż często wyraża się je w decybelach (dB)).

Większość wzmacniaczy ma być liniowa. Oznacza to, że zapewniają stałe wzmocnienie dla dowolnego normalnego poziomu wejściowego i sygnału wyjściowego. Jeśli wzmocnienie wzmacniacza nie jest liniowe, sygnał wyjściowy może ulec zniekształceniu . Istnieją jednak przypadki, w których przydatne jest zmienne wzmocnienie . Niektóre aplikacje przetwarzania sygnału wykorzystują wzmacniacze o wzmocnieniu wykładniczym.

Wzmacniacze są zwykle zaprojektowane dobrze funkcjonować w określonej aplikacji, na przykład: radiowe i telewizyjne nadajniki i odbiorniki , wysokiej wierności ( „hi-fi”), sprzęt stereo, mikrokomputery i inny sprzęt cyfrowy i gitara i inne wzmacniacze instrumentu . Każdy wzmacniacz zawiera przynajmniej jedno aktywne urządzenie , takie jak lampa elektronowa lub tranzystor .

Negatywna opinia

Negatywne sprzężenie zwrotne to technika stosowana w większości nowoczesnych wzmacniaczy w celu poprawy szerokości pasma i zniekształceń oraz wzmocnienia kontroli. We wzmacniaczu z ujemnym sprzężeniem zwrotnym część wyjścia jest zwracana i dodawana do wejścia w przeciwnej fazie, odejmując od wejścia. Głównym efektem jest zmniejszenie ogólnego wzmocnienia systemu. Jednak wszelkie niepożądane sygnały wprowadzane przez wzmacniacz, takie jak zniekształcenia, również są zwracane. Ponieważ nie są one częścią oryginalnego wejścia, są dodawane do wejścia w przeciwnej fazie, odejmując je od wejścia. W ten sposób ujemne sprzężenie zwrotne zmniejsza również nieliniowość, zniekształcenia i inne błędy wprowadzane przez wzmacniacz. Duże ilości ujemnego sprzężenia zwrotnego mogą zredukować błędy do tego stopnia, że ​​odpowiedź samego wzmacniacza staje się prawie nieistotna, o ile ma on duże wzmocnienie, a wydajność wyjściowa systemu (" wydajność w pętli zamkniętej ") jest całkowicie definiowana przez komponenty w pętli sprzężenia zwrotnego. Ta technika jest szczególnie stosowana w przypadku wzmacniaczy operacyjnych ( wzmacniaczy operacyjnych).

Wzmacniacze bez sprzężenia zwrotnego mogą osiągnąć tylko około 1% zniekształceń dla sygnałów o częstotliwości audio. W przypadku ujemnego sprzężenia zwrotnego zniekształcenia można zazwyczaj zredukować do 0,001%. Szum, a nawet zniekształcenia skrośne, można praktycznie wyeliminować. Ujemne sprzężenie zwrotne również kompensuje zmiany temperatury oraz degradujące lub nieliniowe składowe w stopniu wzmocnienia, ale każda zmiana lub nieliniowość składowych w pętli sprzężenia zwrotnego wpłynie na moc wyjściową. Rzeczywiście, zdolność pętli sprzężenia zwrotnego do definiowania wyjścia jest wykorzystywana do tworzenia aktywnych obwodów filtrujących .

Kolejną zaletą ujemnego sprzężenia zwrotnego jest to, że rozszerza pasmo wzmacniacza. Koncepcja sprzężenia zwrotnego jest stosowana we wzmacniaczach operacyjnych w celu precyzyjnego określenia wzmocnienia, szerokości pasma i innych parametrów całkowicie w oparciu o komponenty w pętli sprzężenia zwrotnego.

Negatywne sprzężenie zwrotne może być zastosowane na każdym stopniu wzmacniacza, aby ustabilizować punkt pracy urządzeń aktywnych przed niewielkimi zmianami napięcia zasilania lub charakterystyki urządzenia.

Pewne sprzężenia zwrotne, dodatnie lub ujemne, są nieuniknione i często niepożądane – są wprowadzane na przykład przez elementy pasożytnicze , takie jak wrodzona pojemność między wejściem a wyjściem urządzeń, takich jak tranzystory, oraz pojemnościowe sprzężenie okablowania zewnętrznego. Nadmierne dodatnie sprzężenie zwrotne zależne od częstotliwości może powodować drgania pasożytnicze i przekształcić wzmacniacz w oscylator .

Kategorie

Urządzenia aktywne

Wszystkie wzmacniacze zawierają pewną formę urządzenia aktywnego: jest to urządzenie, które faktycznie wzmacnia. Urządzeniem aktywnym może być lampa próżniowa , dyskretny element półprzewodnikowy, taki jak pojedynczy tranzystor , lub część układu scalonego , jak we wzmacniaczu operacyjnym ).

Wzmacniacze tranzystorowe (lub wzmacniacze półprzewodnikowe) są obecnie najczęściej używanym typem wzmacniacza. Elementem aktywnym jest tranzystor. Wzmocnienie wzmacniacza zależy od właściwości samego tranzystora, a także obwodu, w którym się znajduje.

Typowe urządzenia aktywne we wzmacniaczach tranzystorowych to bipolarne tranzystory złączowe (BJT) i tranzystory polowe z tlenkiem metali (MOSFET).

Zastosowania są liczne, niektóre typowe przykłady to wzmacniacze audio w domowym systemie stereo lub systemie nagłośnieniowym , generowanie dużej mocy RF dla sprzętu półprzewodnikowego, do zastosowań RF i mikrofalowych, takich jak nadajniki radiowe.

Wzmocnienie oparte na tranzystorze może być realizowane przy użyciu różnych konfiguracji: na przykład tranzystor bipolarny może realizować wzmocnienie wspólnej bazy , wspólnego kolektora lub wspólnego emitera ; MOSFET może realizować wspólną bramkę , wspólne źródło lub wspólne wzmocnienie drenu . Każda konfiguracja ma inną charakterystykę.

Wzmacniacze lampowe (znane również jako wzmacniacze lampowe lub wzmacniacze lampowe) wykorzystują lampę próżniową jako urządzenie aktywne. Podczas gdy wzmacniacze półprzewodnikowe w dużej mierze wyparły wzmacniacze zaworowe do zastosowań o małej mocy, wzmacniacze zaworowe mogą być znacznie bardziej opłacalne w zastosowaniach o dużej mocy, takich jak radary, sprzęt zaradczy i sprzęt komunikacyjny. Wiele wzmacniaczy mikrofalowych to specjalnie zaprojektowane wzmacniacze zaworowe, takie jak klistron , żyrotron , lampa fali bieżącej i wzmacniacz pola skrośnego , a te zawory mikrofalowe zapewniają znacznie większą moc wyjściową pojedynczego urządzenia przy częstotliwościach mikrofalowych niż urządzenia półprzewodnikowe. Lampy próżniowe są nadal używane w niektórych wysokiej klasy sprzęcie audio, a także we wzmacniaczach instrumentów muzycznych , ze względu na preferencje dla „ dźwięku lampowego ”.

Wzmacniacze magnetyczne to urządzenia nieco podobne do transformatora, w którym jedno uzwojenie służy do kontrolowania nasycenia rdzenia magnetycznego, a tym samym do zmiany impedancji drugiego uzwojenia.

W dużej mierze wyszły one z użycia ze względu na rozwój wzmacniaczy półprzewodnikowych, ale nadal są przydatne w sterowaniu HVDC oraz w obwodach sterowania energią jądrową, ponieważ nie mają na nie wpływu radioaktywności.

Ujemne rezystancje mogą być używane jako wzmacniacze, takie jak wzmacniacz diody tunelowej .

Wzmacniacze mocy

Wzmacniacz mocy firmy Skyworks Solutions w smartfonie .

Wzmacniacz mocy to wzmacniacz zaprojektowany przede wszystkim w celu zwiększenia mocy dostępnej dla obciążenia . W praktyce wzmocnienie wzmacniacza zależy od impedancji źródła i obciążenia , a także od wewnętrznego wzmocnienia napięcia i prądu. Częstotliwości radiowej (RF) wzmacniacz konstrukcja typowo optymalizuje impedancji dla przeniesienia mocy, podczas gdy wzmacniacz audio i oprzyrządowanie projektuje impedancję wejściową i wyjściową normalnie optymalizacji dla najmniejszego załadunku i najwyższej integralności sygnału. Wzmacniacz, o którym mówi się, że ma wzmocnienie 20 dB, może mieć wzmocnienie napięciowe 20 dB i dostępne wzmocnienie mocy znacznie większe niż 20 dB (stosunek mocy 100) — ale w rzeczywistości zapewnia znacznie mniejsze wzmocnienie mocy, jeśli na przykład , wejście pochodzi z mikrofonu 600 Ω, a wyjście łączy się z gniazdem wejściowym 47  kΩ dla wzmacniacza mocy. Ogólnie rzecz biorąc, wzmacniacz mocy jest ostatnim „wzmacniaczem” lub rzeczywistym obwodem w torze sygnałowym (stopień wyjściowy) i jest stopniem wzmacniacza, który wymaga zwrócenia uwagi na wydajność energetyczną. Rozważania wydajności prowadzić do różnych klas wzmacniaczy mocy w oparciu o naprężeniu tranzystorów wyjściowych lub rur: patrz klasy wzmacniacz mocy poniżej.

Wzmacniacze mocy audio są zwykle używane do napędzania głośników . Często mają dwa kanały wyjściowe i dostarczają do każdego taką samą moc. Wzmacniacz RF znajduje się w radiowy nadajnik końcowych etapach. Servo sterownik silnika : wzmacnia napięcie sterujące do regulacji prędkości silnika lub pozycję zmotoryzowany system.

Wzmacniacze operacyjne (wzmacniacze operacyjne)

Wzmacniacz operacyjny ogólnego przeznaczenia LM741

Wzmacniacz operacyjny to obwód wzmacniacza, który zazwyczaj ma bardzo wysokie wzmocnienie w pętli otwartej i wejścia różnicowe. Wzmacniacze operacyjne stały się bardzo szeroko stosowane jako znormalizowane „bloki wzmocnienia” w obwodach ze względu na ich wszechstronność; ich wzmocnienie, szerokość pasma i inne cechy mogą być kontrolowane przez sprzężenie zwrotne za pośrednictwem obwodu zewnętrznego. Chociaż dzisiaj termin ten powszechnie odnosi się do układów scalonych, oryginalna konstrukcja wzmacniacza operacyjnego wykorzystywała lampy, a późniejsze projekty wykorzystywały dyskretne obwody tranzystorowe.

Pełni wzmacniacz różnicowy jest podobny do wzmacniacza operacyjnego, ale również wyjścia różnicowego. Są one zwykle konstruowane przy użyciu BJT lub FET .

Rozproszone wzmacniacze

Wykorzystują one zbalansowane linie transmisyjne do oddzielenia poszczególnych wzmacniaczy jednostopniowych, których wyjścia są sumowane przez tę samą linię transmisyjną. Linia transmisyjna jest typu zbalansowanego z wejściem na jednym końcu i tylko po jednej stronie zbalansowanej linii transmisyjnej, a wyjście na przeciwległym końcu jest również przeciwną stroną zbalansowanej linii transmisyjnej. Wzmocnienie każdego stopnia dodaje się liniowo do wyjścia, a nie mnoży się jeden na drugim, jak w konfiguracji kaskadowej. Pozwala to na osiągnięcie większej szerokości pasma, niż można by w innym przypadku uzyskać, nawet przy tych samych elementach stopnia wzmocnienia.

Wzmacniacze impulsowe

Te nieliniowe wzmacniacze mają znacznie wyższą wydajność niż wzmacniacze liniowe i są używane tam, gdzie oszczędność energii uzasadnia dodatkową złożoność. Wzmacniacze klasy D są głównym przykładem tego typu wzmocnienia.

Wzmacniacz o ujemnej rezystancji

Wzmacniacz z ujemną rezystancją to rodzaj wzmacniacza regeneracyjnego, który może wykorzystać sprzężenie zwrotne między źródłem tranzystora a bramką do przekształcenia impedancji pojemnościowej źródła tranzystora na ujemną rezystancję na jego bramce. W porównaniu z innymi typami wzmacniaczy, ten „wzmacniacz o ujemnej rezystancji” będzie wymagał jedynie niewielkiej ilości energii, aby osiągnąć bardzo wysokie wzmocnienie, przy jednoczesnym zachowaniu dobrego poziomu szumów.

Aplikacje

Wzmacniacze wideo

Wzmacniacze wideo są zaprojektowane do przetwarzania sygnałów wideo i mają różne przepustowości w zależności od tego, czy sygnał wideo jest przeznaczony dla SDTV, EDTV, HDTV 720p lub 1080i/p itp. w którym punkcie ( na przykład -1 dB lub -3 dB ) mierzona jest szerokość pasma. Aby uzyskać akceptowalny obraz telewizyjny, konieczne są określone wymagania dotyczące reakcji skokowej i przeregulowania.

Wzmacniacze mikrofalowe

Wzmacniacze lampowe z falą biegnącą (TWTA) są używane do wzmacniania dużej mocy przy niskich częstotliwościach mikrofalowych. Zazwyczaj mogą wzmacniać w szerokim spektrum częstotliwości; jednak zwykle nie są tak przestrajalne jak klistrony.

Klystrony to specjalistyczne urządzenia próżniowe z wiązką liniową, zaprojektowane w celu zapewnienia wysokiej mocy, szeroko przestrajalnego wzmocnienia fal milimetrowych i submilimetrowych. Klystrony są zaprojektowane do operacji na dużą skalę i pomimo tego, że mają węższe pasmo niż TWTA, mają zaletę spójnego wzmacniania sygnału referencyjnego, dzięki czemu jego wyjście może być precyzyjnie kontrolowane pod względem amplitudy, częstotliwości i fazy.

Urządzenia półprzewodnikowe, takie jak krótkokanałowe tranzystory MOSFET krzemowe, takie jak tranzystory FET z podwójnym dyfuzorem metal-tlenek-półprzewodnik (DMOS), FET GaAs , tranzystory bipolarne z heterozłączem SiGe i GaAs /HBT, HEMT , diody IMPATT i inne, są używane zwłaszcza przy niższych mikrofalach. częstotliwości i poziomy mocy rzędu watów, szczególnie w zastosowaniach takich jak przenośne terminale RF/ telefony komórkowe i punkty dostępowe, gdzie wielkość i wydajność są czynnikami napędzającymi. Nowe materiały, takie jak azotek galu ( GaN ) lub GaN na krzemie lub na węgliku krzemu /SiC pojawiają się w tranzystorach HEMT i zastosowaniach, w których poprawiona wydajność, szerokie pasmo, praca od kilku do kilkudziesięciu GHz z mocą wyjściową od kilku do kilkuset watów potrzebne są waty.

W zależności od specyfikacji wzmacniacza i wymagań dotyczących wielkości, wzmacniacze mikrofalowe mogą być realizowane jako monolitycznie zintegrowane, zintegrowane jako moduły lub oparte na elementach dyskretnych lub dowolnej ich kombinacji.

Maser jest non-elektroniczny wzmacniacz mikrofalowy.

Wzmacniacze do instrumentów muzycznych

Wzmacniacze instrumentalne to gama wzmacniaczy mocy audio używanych do zwiększania poziomu dźwięku instrumentów muzycznych, na przykład gitar, podczas występów.

Klasyfikacja stopni i systemów wzmacniaczy

Wspólny terminal

Jeden zestaw klasyfikacji wzmacniaczy opiera się na tym, który zacisk urządzenia jest wspólny dla obwodu wejściowego i wyjściowego. W przypadku tranzystorów bipolarnych , trzy klasy to wspólny emiter, wspólna baza i wspólny kolektor. W przypadku tranzystorów polowych odpowiednie konfiguracje to wspólne źródło, wspólna bramka i wspólny dren; do lamp próżniowych , wspólnej katody, wspólnej siatki i wspólnej płyty.

Wspólny emiter (lub wspólne źródło, wspólna katoda itp.) jest najczęściej skonfigurowany do zapewniania wzmocnienia napięcia przyłożonego między bazą a emiterem, a sygnał wyjściowy pobierany między kolektorem a emiterem jest odwrócony w stosunku do wejścia. Wspólny układ kolektora stosuje napięcie wejściowe między podstawą a kolektorem i pobiera napięcie wyjściowe między emiterem a kolektorem. Powoduje to ujemne sprzężenie zwrotne, a napięcie wyjściowe ma tendencję do podążania za napięciem wejściowym. Ten układ jest również stosowany, ponieważ wejście ma wysoką impedancję i nie obciąża źródła sygnału, chociaż wzmocnienie napięciowe jest mniejsze niż jeden. Obwód wspólnego kolektora jest zatem lepiej znany jako wtórnik emitera, wtórnik źródła lub wtórnik katody.

Jednostronne lub dwustronne

Wzmacniacz, którego wyjście nie wykazuje sprzężenia zwrotnego po stronie wejściowej, jest określany jako „jednostronny”. Impedancja wejściowa wzmacniacza jednostronnego jest niezależna od obciążenia, a impedancja wyjściowa jest niezależna od impedancji źródła sygnału.

Wzmacniacz, który wykorzystuje sprzężenie zwrotne do podłączenia części wyjścia z powrotem do wejścia, jest wzmacniaczem dwustronnym . Impedancja wejściowa wzmacniacza dwustronnego zależy od obciążenia, a impedancja wyjściowa od impedancji źródła sygnału. Wszystkie wzmacniacze są do pewnego stopnia dwustronne; jednak często mogą być modelowane jako jednostronne w warunkach operacyjnych, w których sprzężenie zwrotne jest na tyle małe, że można je pominąć w większości celów, co upraszcza analizę (przykład można znaleźć we wspólnym artykule podstawowym ).

Odwracanie lub nieodwracanie

Innym sposobem klasyfikacji wzmacniaczy jest zależność fazowa sygnału wejściowego do sygnału wyjściowego. Wzmacniacz „odwracający” wytwarza sygnał wyjściowy o 180 stopni przesunięty w fazie z sygnałem wejściowym (to jest odwrócenie polaryzacji lub lustrzane odbicie sygnału wejściowego widoczne na oscyloskopie ). Wzmacniacz „nieodwracający” utrzymuje fazę przebiegów sygnału wejściowego. Wtórnik emiterowy jest rodzajem wzmacniacza nieodwracającego, wskazującym, że sygnał na emiterze tranzystora podąża za sygnałem wejściowym (to znaczy dopasowując się do wzmocnienia jedności, ale być może z przesunięciem). Wtórnik napięciowy jest również nieodwracającym typem wzmacniacza o wzmocnieniu jedności.

Ten opis może dotyczyć pojedynczego stopnia wzmacniacza lub całego systemu wzmacniacza.

Funkcjonować

Inne wzmacniacze można sklasyfikować według ich funkcji lub charakterystyki wyjściowej. Te opisy funkcjonalne zwykle odnoszą się do kompletnych systemów lub podsystemów wzmacniaczy, a rzadko do poszczególnych stopni.

• Serwowzmacniacz oznacza zintegrowany pętlę sprzężenia zwrotnego do aktywnego kontrolowania wyjście w pewnym pożądanym poziomie. Serwo DC wskazuje na użycie przy częstotliwościach do poziomów DC, gdzie nie występują gwałtowne wahania sygnału audio lub RF. Są one często stosowane w mechanicznych siłownikach lub urządzeniach, takich jak silniki prądu stałego, które muszą utrzymywać stałą prędkość lub moment obrotowy . An AC Servo amp. może to zrobić w przypadku niektórych silników prądu przemiennego.
• A liniowe reaguje wzmacniacz dla różnych częstotliwości składowych niezależnie i nie powoduje zakłóceń harmonicznych lub intermodulacyjne zniekształcenia. Żaden wzmacniacz nie jest w stanie zapewnić doskonałej liniowości (nawet najbardziej liniowy wzmacniacz ma pewne nieliniowości, ponieważ urządzenia wzmacniające — tranzystory lub lampy próżniowe — działają zgodnie z nieliniowymi prawami mocy, takimi jak prawa kwadratowe i polegają na technikach obwodów w celu zmniejszenia tych efektów).
• Nieliniowego wzmacniacza powoduje znaczne zakłócenia itd zmienia harmonicznych; są sytuacje, w których jest to przydatne. Obwody wzmacniacza celowo zapewniające nieliniową funkcję przenoszenia obejmują:
  • urządzenie takie jak prostownik sterowany krzemem lub tranzystor używany jako przełącznik może być wykorzystany do pełnego włączenia lub wyłączenia obciążenia, takiego jak lampa, w oparciu o próg na wejściu zmiennym w sposób ciągły.
  • na przykład nieliniowy wzmacniacz w komputerze analogowym lub przetwornik True RMS może zapewnić specjalną funkcję przenoszenia, taką jak logarytmiczna lub kwadratowa.
  • klasy C RF wzmacniacza może być wybrana, ponieważ może być bardzo efektywne, ale nie jest liniowa. W wyniku takiego wzmacniacza z tak zwanego zbiornika dostrojony obwód może zmniejszyć niepożądane harmoniczne (zniekształcenia) na tyle, aby uczynić go użytecznym w nadajników lub pewien pożądany harmoniczne mogą być wybrane przez ustawienie częstotliwości rezonansowej z obwodu strojonego do wyższych częstotliwości niż podstawowym częstotliwość w obwodach powielacza częstotliwości .
  • Obwody automatycznej kontroli wzmocnienia wymagają, aby wzmocnienie wzmacniacza było kontrolowane przez amplitudę uśrednioną w czasie, tak aby amplituda wyjściowa nieznacznie się zmieniała, gdy odbierane są słabe stacje. Zakłada się, że nieliniowości są rozmieszczone tak, że stosunkowo mała amplituda sygnału podlega niewielkim zniekształceniom (zakłócenia międzykanałowe lub intermodulacja ), a mimo to jest nadal modulowana przez stosunkowo duże napięcie prądu stałego regulacji wzmocnienia .
  • AM układy detekcyjne, że stosowanie wzmocnienie takich jak wykrywacze anoda-bend , precyzyjnych prostowników i nieskończonych detektorów impedancji (więc z wyłączeniem niewzmocniona detektorów takich jak kocie wąsy detektory ), a także obwody detektora szczytowego , polegać na zmianach w amplifikacji oparte na sygnale „s chwilowa amplituda do wyprowadzenia prądu stałego z wejścia prądu przemiennego .
  • Układy komparatora i detektora wzmacniacza operacyjnego .
• Szerokopasmowy wzmacniacz posiada precyzyjny współczynnik wzmocnienia w szerokim zakresie częstotliwości, i jest często używany do wzmocnienia sygnałów dla przekaźnika w systemach komunikacyjnych. Wąskopasmowego wzmacniacz wzmacnia konkretnego wąskim zakresie częstotliwości, z wyłączeniem innych częstotliwościach.
• RF wzmacniacz wzmacnia sygnały na częstotliwości radiowej zakresu widma elektromagnetycznego , i jest często stosowane w celu zwiększenia wrażliwości odbiornika lub moc wyjściową nadajnika .
• Wzmacniacz audio wzmacnia dźwięku częstotliwości. Ta kategoria dzieli się na małe wzmocnienie sygnału i wzmacniacze mocy, które są zoptymalizowane do napędzania głośników , czasami z wieloma wzmacniaczami zgrupowanymi razem jako oddzielne lub możliwe do mostkowania kanały, aby spełnić różne wymagania dotyczące reprodukcji dźwięku. Często używane terminy we wzmacniaczach audio to:
  • Przedwzmacniacz (przedwzmacniacz), który może zawierać przedwzmacniacz gramofonowy z korekcją RIAA lub przedwzmacniacze z głowicą taśmową z filtrami korekcyjnymi CCIR . Mogą zawierać filtry lub obwody kontroli tonu .
  • Wzmacniacz mocy (zwykle napędza głośniki ), wzmacniacze słuchawkowe i wzmacniacze nagłośnieniowe .
  • Wzmacniacze stereo mają dwa kanały wyjściowe (lewy i prawy), chociaż termin ten oznacza po prostu „solidny” dźwięk (odnoszący się do trójwymiarowego) – więc kwadrofoniczny dźwięk stereo został użyty we wzmacniaczach z czterema kanałami. Systemy 5.1 i 7.1 odnoszą się do systemów kina domowego z 5 lub 7 normalnymi kanałami przestrzennymi oraz kanałem subwoofera .
• Wzmacniacze buforowe , które mogą zawierać wtórniki emitera , zapewniają wejście o wysokiej impedancji dla urządzenia (być może innego wzmacniacza lub energochłonnego obciążenia, takiego jak światła), które w przeciwnym razie pobierałoby zbyt dużo prądu ze źródła. Sterowniki linii są rodzajem bufora, który zasila długie lub podatne na zakłócenia kable połączeniowe, prawdopodobnie z wyjściami różnicowymi przez skrętki dwużyłowe .

Metoda łączenia międzystopniowego

Wzmacniacze są czasami klasyfikowane według metody sprzężenia sygnału na wejściu, wyjściu lub między stopniami. Różne typy obejmują:

Wzmacniacz ze sprzężeniem rezystancyjno-pojemnościowym (RC), wykorzystujący sieć rezystorów i kondensatorów

Z założenia wzmacniacze te nie mogą wzmacniać sygnałów prądu stałego, ponieważ kondensatory blokują składową prądu stałego sygnału wejściowego. Wzmacniacze sprzężone RC były bardzo często stosowane w obwodach z lampami próżniowymi lub dyskretnymi tranzystorami. W czasach układów scalonych kilka tranzystorów więcej na chipie jest znacznie tańszych i mniejszych niż kondensator.

Wzmacniacz sprzężony indukcyjno-pojemnościowy (LC), wykorzystujący sieć cewek indukcyjnych i kondensatorów

Ten rodzaj wzmacniacza jest najczęściej stosowany w selektywnych obwodach o częstotliwości radiowej.

Wzmacniacz sprzężony z transformatorem , wykorzystujący transformator do dopasowania impedancji lub do odsprzęgnięcia części obwodów

Dość często nie można odróżnić wzmacniaczy LC sprzężonych od transformatorowych, ponieważ transformator jest rodzajem cewki indukcyjnej.

Wzmacniacz sprzężony bezpośrednio , bez komponentów dopasowujących impedancję i polaryzację

Ta klasa wzmacniaczy była bardzo rzadka w czasach lamp próżniowych, kiedy napięcie anodowe (wyjściowe) było powyżej kilkuset woltów, a napięcie siatki (wejściowe) kilka woltów minus. Były więc używane tylko wtedy, gdy wzmocnienie zostało określone do DC (np. w oscyloskopie). W kontekście współczesnej elektroniki zachęca się konstruktorów do używania bezpośrednio sprzężonych wzmacniaczy, gdy tylko jest to możliwe. W technologiach FET i CMOS dominuje sprzężenie bezpośrednie, ponieważ bramki tranzystorów MOSFET teoretycznie nie przepuszczają przez siebie prądu. Dlatego składowa DC sygnałów wejściowych jest automatycznie filtrowana.

Zakres częstotliwości

W zależności od zakresu częstotliwości i innych właściwości wzmacniacze projektowane są według różnych zasad.

Zakresy częstotliwości do DC są używane tylko wtedy, gdy ta właściwość jest potrzebna. Wzmacniacze sygnałów prądu stałego są podatne na drobne zmiany właściwości elementów w czasie. Specjalne metody, takie jak wzmacniacze ze stabilizacją choppera, są stosowane w celu zapobiegania niepożądanemu dryfowi we właściwościach wzmacniacza dla prądu stałego. Kondensatory „blokujące prąd stały” można dodać, aby usunąć częstotliwości stałe i poddźwiękowe ze wzmacniaczy audio.

W zależności od określonego zakresu częstotliwości należy stosować różne zasady projektowania. Do zakresu MHz należy brać pod uwagę tylko właściwości „dyskretne”; np. terminal ma impedancję wejściową.

Gdy tylko jakiekolwiek połączenie w obwodzie jest dłuższe niż być może 1% długości fali o najwyższej określonej częstotliwości (np. przy 100 MHz długość fali wynosi 3 m, więc krytyczna długość połączenia wynosi około 3 cm), właściwości konstrukcyjne radykalnie się zmieniają. Na przykład określona długość i szerokość śladu PCB może być użyta jako jednostka selektywna lub dopasowująca impedancję. Powyżej kilkuset MHz trudno jest zastosować elementy dyskretne, zwłaszcza cewki indukcyjne. W większości przypadków zamiast tego stosuje się ślady PCB o bardzo ściśle określonych kształtach ( technika stripline ).

Zakres częstotliwości obsługiwany przez wzmacniacz można określić za pomocą szerokości pasma (zwykle oznacza to, że odpowiedź jest o 3  dB w dół, gdy częstotliwość osiąga określoną szerokość pasma) lub określając odpowiedź częstotliwościową, która mieści się w określonej liczbie decybeli między niższym oraz wyższą częstotliwość (np. „20 Hz do 20 kHz plus lub minus 1 dB”).

Klasy wzmacniaczy mocy

Obwody wzmacniacza mocy (stopnie wyjściowe) są klasyfikowane jako A, B, AB i C dla projektów analogowych oraz klasy D i E dla projektów przełączających. Te klasy wzmacniacz mocy opiera się na stosunku do każdego stopnia wejściowego (kąt przewodzenia) w którym przepływa prąd urządzenia wzmacniającego. Obraz kąta przewodzenia pochodzi ze wzmocnienia sygnału sinusoidalnego. Jeśli urządzenie jest zawsze włączone, kąt przewodzenia wynosi 360°. Jeśli jest włączony tylko przez połowę każdego cyklu, kąt wynosi 180°. Kąt przepływu jest ściśle związany ze sprawnością wzmacniacza .

Przykładowy obwód wzmacniacza

Praktyczny obwód wzmacniacza

Praktyczny obwód wzmacniacza pokazany powyżej może być podstawą dla wzmacniacza audio o średniej mocy. Charakteryzuje się typową (choć znacznie uproszczoną) konstrukcją, jaką można znaleźć we współczesnych wzmacniaczach, z stopniem wyjściowym push-pull klasy AB i wykorzystuje pewne ogólne ujemne sprzężenie zwrotne. Pokazano tranzystory bipolarne, ale ten projekt byłby również możliwy do zrealizowania z tranzystorami FET lub lampami.

Sygnał wejściowy jest doprowadzony przez kondensator C1 do bazy tranzystora Q1. Kondensator przepuszcza sygnał prądu przemiennego , ale blokuje napięcie polaryzacji prądu stałego ustalone przez rezystory R1 i R2, aby nie miało to wpływu na żaden poprzedni obwód. Q1 i Q2 tworzą wzmacniacz różnicowy (wzmacniacz, który mnoży różnicę między dwoma wejściami przez pewną stałą), w układzie znanym jako para o długim ogonie . Ten układ służy do wygodnego wykorzystania ujemnego sprzężenia zwrotnego, które jest podawane z wyjścia do Q2 przez R7 i R8.

Ujemne sprzężenie zwrotne do wzmacniacza różnicowego umożliwia wzmacniaczowi porównanie sygnału wejściowego z rzeczywistym wyjściem. Wzmocniony sygnał z Q1 jest bezpośrednio podawany do drugiego stopnia, Q3, który jest wspólnym stopniem nadawczym, który zapewnia dalsze wzmocnienie sygnału i polaryzacji DC dla stopni wyjściowych, Q4 i Q5. R6 zapewnia obciążenie dla Q3 (lepszy projekt prawdopodobnie używałby tutaj jakiejś formy aktywnego obciążenia, takiego jak ujście prądu stałego). Jak na razie cały wzmacniacz pracuje w klasie A. Pary wyjściowe ułożone są w układzie push-pull w klasie AB, zwanym też parą komplementarną. Zapewniają one większość wzmocnienia prądu (przy niskim prądzie spoczynkowym) i bezpośrednio napędzają obciążenie, połączone przez kondensator blokujący napięcie DC C2. Te diody D1 i D2 dostarczyć niewielką ilość stałej polaryzacji napięcia wyjściowego dla pary, tylko zakłócenia ich w stanie przewodzenia tak, że zniekształcenia zwrotnicy jest zminimalizowane. Oznacza to, że diody mocno przesuwają stopień wyjściowy w tryb klasy AB (zakładając, że spadek bazy-emiter tranzystorów wyjściowych jest zmniejszony przez rozpraszanie ciepła).

Ten projekt jest prosty, ale stanowi dobrą podstawę dla praktycznego projektu, ponieważ automatycznie stabilizuje swój punkt pracy, ponieważ sprzężenie zwrotne działa wewnętrznie od DC w górę przez zakres audio i dalej. Dalsze elementy obwodu prawdopodobnie znajduje się w rzeczywistej konstrukcji że roll-off w odpowiedzi częstotliwościowej powyżej wymagany zakres w celu uniemożliwienia niepożądanych drgań . Również zastosowanie stałego biasu diody, jak pokazano tutaj, może powodować problemy, jeśli diody nie są zarówno elektrycznie, jak i termicznie dopasowane do tranzystorów wyjściowych – jeśli tranzystory wyjściowe włączają się zbyt mocno, mogą łatwo się przegrzać i zniszczyć, ponieważ pełny prąd z zasilania nie jest na tym etapie ograniczone.

Powszechnym rozwiązaniem pomagającym ustabilizować urządzenia wyjściowe jest zastosowanie kilku rezystorów emiterowych, zwykle około jednego oma. Obliczanie wartości rezystorów i kondensatorów układu odbywa się na podstawie zastosowanych podzespołów i przeznaczenia wzmacniacza.

Uwagi dotyczące wdrożenia

Każdy prawdziwy wzmacniacz to niedoskonała realizacja idealnego wzmacniacza. Ważnym ograniczeniem prawdziwego wzmacniacza jest to, że jego moc wyjściowa jest ostatecznie ograniczona przez moc dostępną z zasilacza. Wzmacniacz nasyca się i obcina wyjście, jeśli sygnał wejściowy staje się zbyt duży, aby wzmacniacz mógł odtworzyć, lub przekracza granice operacyjne urządzenia. Zasilanie może wpływać na moc wyjściową, dlatego należy uwzględnić je w projekcie. Moc wyjściowa wzmacniacza nie może przekraczać jego mocy wejściowej.

Obwód wzmacniacza ma działanie „otwartej pętli”. Opisują to różne parametry (wzmocnienie, szybkość narastania , impedancja wyjściowa , zniekształcenia , szerokość pasma , stosunek sygnału do szumu itp.). Wiele nowoczesnych wzmacniaczy wykorzystuje techniki ujemnego sprzężenia zwrotnego , aby utrzymać wzmocnienie na pożądanej wartości i zmniejszyć zniekształcenia. Negatywne sprzężenie zwrotne ma na celu obniżenie impedancji wyjściowej, a tym samym zwiększenie elektrycznego tłumienia ruchu głośnika przy częstotliwości rezonansowej głośnika i w jej pobliżu.

Oceniając znamionową moc wyjściową wzmacniacza, warto wziąć pod uwagę przyłożone obciążenie, typ sygnału (np. mowa lub muzyka), wymagany czas trwania mocy wyjściowej (tj. krótkotrwały lub ciągły) oraz wymagany zakres dynamiki (np. nagrany lub dźwięk na żywo). W zastosowaniach audio o dużej mocy, które wymagają długich kabli do obciążenia (np. kina i centra handlowe) może być bardziej wydajne podłączenie obciążenia przy napięciu wyjściowym linii, z transformatorami dopasowującymi u źródła i obciążenia. Pozwala to uniknąć długich przebiegów ciężkich kabli głośnikowych.

Aby zapobiec niestabilności lub przegrzaniu, należy zadbać o odpowiednie obciążenie wzmacniaczy półprzewodnikowych. Większość ma znamionową minimalną impedancję obciążenia.

Wszystkie wzmacniacze generują ciepło poprzez straty elektryczne. Wzmacniacz musi rozpraszać to ciepło poprzez konwekcję lub wymuszone chłodzenie powietrzem. Ciepło może uszkodzić lub skrócić żywotność podzespołów elektronicznych. Projektanci i instalatorzy muszą również wziąć pod uwagę wpływ ogrzewania na sąsiednie urządzenia.

Różne typy zasilaczy skutkują wieloma różnymi metodami biasu . Bias to technika, za pomocą której urządzenia aktywne są ustawione do działania w określonym regionie lub za pomocą której składowa DC sygnału wyjściowego jest ustawiana w punkcie środkowym między maksymalnymi napięciami dostępnymi z zasilacza. Większość wzmacniaczy korzysta z kilku urządzeń na każdym etapie; są one zazwyczaj dopasowane pod względem specyfikacji, z wyjątkiem polaryzacji. Dopasowane urządzenia o odwróconej polaryzacji nazywane są parami komplementarnymi. Wzmacniacze klasy A zazwyczaj wykorzystują tylko jedno urządzenie, chyba że zasilacz jest ustawiony na dostarczanie zarówno napięć dodatnich, jak i ujemnych, w którym to przypadku można zastosować symetryczną konstrukcję z dwoma urządzeniami. Wzmacniacze klasy C z definicji wykorzystują zasilanie o pojedynczej polaryzacji.

Wzmacniacze często mają wiele stopni w kaskadzie, aby zwiększyć wzmocnienie. Każdy etap tych projektów może być innym typem wzmacniacza, który odpowiada potrzebom tego etapu. Na przykład pierwszy stopień może być stopniem klasy A, zasilającym drugi stopień przeciwsobny klasy AB, który następnie napędza końcowy stopień wyjściowy klasy G, wykorzystując mocne strony każdego typu, jednocześnie minimalizując ich słabości.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

• Przewodnik AES po klasach wzmacniaczy
• „Anatomia wzmacniacza – część 1” (PDF) . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 2004-06-10. – zawiera wyjaśnienie różnych klas wzmacniaczy
• „Wymyślanie wzmacniacza mocy na nowo” (PDF) . Zarchiwizowane z oryginału (PDF) w dniu 2013-04-03.