Un amplificator este un dispozitiv electronic cu două porturi folosit pentru a amplifica semnalul sau a crește puterea unui semnal cu ajutorul unei surse de alimentare. Alimentarea este furnizată prin borna de intrare a amplificatorului. Ieșirea amplificatorului poate fi amplitudinea crescută etc.
Câștigul amplificatorului determină amplificarea acestuia. Este factorul major care determină ieșirea unui dispozitiv. Amplificatoarele sunt folosite în aproape orice tip de componentă electronică. Câștigul este calculat ca raport dintre parametrul de ieșire (putere, curent sau tensiune) și parametrul de intrare.
Amplificatoarele sunt utilizate în diverse aplicații, cum ar fi automatizarea, marină, senzori etc. Câștigul de putere al unui amplificator este în general mai mare de unu. Să înțelegem câteva caracteristici de bază ale unui amplificator ideal.
descărcare turbo c++
Aici, vom discuta un amplificator ideal, tipuri de amplificatoare, proprietăți, funcții, și aplicatii ale amplificatoarelor .
Să începem.
Amplificator ideal
Să luăm în considerare caracteristicile unui amplificator ideal, care sunt enumerate mai jos:
- Impedanta de intrare: Infinit
- impedanta de iesire: Zero
- Câștig la frecvențe diferite: Fix
Portul de intrare al unui amplificator poate fi sursa de tensiune sau sursa de curent. Sursa de tensiune depinde doar de tensiunea de intrare și nu acceptă curent. În mod similar, sursa de curent acceptă curentul și nicio tensiune. Ieșirea va fi proporțională cu tensiunea sau curentul din tot portul.
Ieșirea unui amplificator ideal poate fi fie o sursă de curent dependentă, fie o sursă de tensiune dependentă. Rezistența sursei sursei dependente de tensiune este zero, în timp ce cea a sursei dependente de curent este infinită.
Tensiunea sau curentul sursei dependente depinde doar de tensiunea sau curentul de intrare. Înseamnă că tensiunea de ieșire va depinde de tensiunea de intrare, iar curentul de ieșire va depinde de sursa de tensiune independentă de curent de intrare și, respectiv, de sursa de curent.
Amplificatoarele ideale sunt clasificate în continuare ca CCCS (Sursa de curent de control curent), CCVS (Sursa de tensiune de control curent), VCVS (Sursa de tensiune de control al tensiunii) și VCCS (Sursa de curent de control al tensiunii).
Impedanța de intrare a CCVS și CCCS este zero, în timp ce VCCS și VCVS sunt infinite. În mod similar, impedanța de ieșire a CCCS și VCCS este infinită, în timp ce cea a CCVS și VCVS este zero.
Tipuri de amplificator
Să discutăm despre diferitele tipuri de amplificatoare.
Amplificatoare operaționale
Amplificatoarele operaționale sau Op-amp-urile sunt amplificatoare cuplate direct (DC) cu câștig mare care efectuează diverse operații matematice, cum ar fi adunarea, diferențierea, scăderea, integrarea etc.
Are două terminale de intrare și una de ieșire. Bornele de intrare se numesc terminale inversoare și neinversoare. Semnalul aplicat terminalului inversor va apărea ca fiind inversat de fază, iar semnalul aplicat terminalului care nu inversează apare fără nicio inversare de fază la terminalul de ieșire.
Tensiunea aplicată la intrarea inversoare este reprezentată ca V- iar tensiunea la intrarea neinversoare este reprezentată ca V+.
Notă: Impedanța de ieșire și deriva unui amplificator operațional ideal sunt 0. Câștigul de tensiune, impedanța de intrare și lățimea de bandă a unui amplificator operațional ideal sunt infinite.
Amplificatoarele operaționale sunt clasificate în continuare ca amplificatoare inversoare și non-inversoare. Să discutăm în detaliu cele două tipuri de amplificatoare operaționale de mai sus.
Aplicații
Op-ampurile sunt folosite în diverse aplicații în electronică. De exemplu,
- Filtre
- Comparator de tensiune
- Integrator
- Convertor curent-tensiune
- Amplificator de vară
- Schimbător de fază
Intrarea inversoare și neinversătoare a unui amplificator este prezentată mai jos:
Amplificator inversor
Amplificatorul inversor este prezentat mai jos:
Este configurația de feedback cu șunt de tensiune a amplificatorului operațional. O tensiune de semnal aplicată la intrarea de inversare a amplificatorului operațional are ca rezultat fluxul de curent I1 în amplificatorul operațional. Știm că impedanța de intrare a amplificatorului operațional este infinită. Nu va permite curentului să curgă în amplificator. Curentul va curge prin bucla de ieșire (prin rezistența R2) către terminalul de ieșire al amplificatorului operațional.
Câștigul de tensiune la borna de ieșire a amplificatorului inversor se calculează astfel:
A =Vo/Vs = -R2/R1
Unde,
Vo și Vs sunt tensiunea de ieșire și semnal.
Semnul negativ arată că ieșirea amplificatorului este defazată la 180 de grade cu intrarea.
Amplificatorul inversor este unul dintre cele mai utilizate amplificatoare operaționale. Are impedanțe de intrare și ieșire foarte scăzute.
Amplificator non-inversoare
Amplificatorul non-inversător este prezentat mai jos:
Configurația de mai sus este conexiunea de feedback-ul serie de tensiune. O tensiune de semnal aplicată intrării neinversoare a amplificatorului operațional are ca rezultat fluxul de curent I1 în amplificator operațional și curentul I2 din amplificator operațional.
Conform conceptului de scurtcircuit virtual, I1 = I2 și Vx =Vs.
Câștigul de tensiune al amplificatorului neinversător poate fi calculat ca:
A = A + (R2/R1)
Amplificatoarele non-inversoare au impedanțe de intrare ridicate și impedanțe scăzute de ieșire. Este, de asemenea, privit ca amplificator de tensiune.
Amplificatoare DC
Amplificatoarele DC sau cuplate directe sunt utilizate pentru amplificarea semnalelor de joasă frecvență și cuplate direct. Cele două trepte ale unui amplificator de curent continuu pot fi interconectate folosind o cuplare directă între aceste trepte.
iterați prin harta java
Cuplarea directă este un tip de conexiune simplu și ușor. Acesta poate fi calculat prin conectarea directă a colectorului tranzistorului din prima etapă la baza tranzistorului din a doua etapă, menționată ca T1 și T2.
Dar, amplificatoarele de curent continuu provoacă două probleme numite deplasare în derivă și schimbare de nivel. Designul amplificatorului diferențial a eliminat astfel de probleme. Să discutăm despre amplificatorul diferenţial.
Amplificatoare diferențiale
Structura amplificatorului diferenţial a rezolvat problema derivei şi deplasării nivelului. Structura cuprinde două BJT (Tranzistor de joncțiune bipolară) amplificatoare conectate numai prin liniile de alimentare. Este denumit ca un amplificator diferenţial deoarece ieșirea amplificatorului este diferența dintre intrările individuale, așa cum este reprezentat mai jos:
Vo = A (Vi1 - Vi2)
Unde,
Vo este ieșirea, iar Vi1 și Vi2 sunt cele două intrări.
A este câștigul amplificatorului diferenţial.
Acum dacă
Vi1 = -Vi2
Vo = 2AVi1 = 2AVi
Operația de mai sus se numește a modul diferential Operațiune. Aici, semnalele de intrare sunt defazate unele cu altele. Astfel de semnale defazate sunt cunoscute sub denumirea de semnale în modul diferență (DM).
Dacă,
Vi1 = Vi2
Vo = A (Vi1 - Vi1)
In = 0
Această operațiune este cunoscută ca mod comun (CM) deoarece semnalele de intrare sunt în fază între ele. Ieșirea zero a unor astfel de semnale arată că nu va exista nicio derivă în amplificator.
emoji-uri iPhone pe Android
Amplificatoare de putere
Se mai numesc si amplificatoare de putere amplificatoare de curent . Aceste amplificatoare sunt necesare pentru a crește nivelul de curent al unui semnal de intrare pentru a conduce cu ușurință sarcinile. Tipurile de amplificatoare de putere includ amplificatoare de putere audio, amplificatoare de putere cu frecvență radio etc.
Amplificatoarele de putere sunt clasificate ca amplificatoare de Clasa A, Clasa AB, Clasa B și Clasa C. Vom discuta despre clasele de amplificatoare de putere mai târziu în acest subiect.
Amplificatoare cu comutare
Amplificatoarele cu comutare sunt un tip de amplificator neliniar cu eficiență ridicată.
Un exemplu comun de astfel de tip de amplificatoare sunt amplificatoarele de clasa D.
Amplificator instrumental
Amplificatorul instrumental este utilizat în instrumentele analogice de detectare și măsurare. Să luăm în considerare un exemplu.
Un voltmetru folosit pentru a măsura tensiuni foarte scăzute necesită un amplificator instrumental pentru buna funcționare. Are diverse caracteristici, cum ar fi câștig de tensiune foarte mare, izolare bună, zgomot foarte scăzut, consum redus de energie, lățime de bandă mare etc.
Feedback negativ
Feedback-ul negativ este una dintre caracteristicile esențiale pentru a controla distorsiunea și lățimea de bandă în amplificatoare. Scopul principal al feedback-ului negativ este reducerea câștigului sistemului. Partea de ieșire din faza opusă este alimentată înapoi în intrare. Valoarea este mai departe scăzută din intrare. În semnalul de ieșire distorsionat, ieșirea cu distorsiune este alimentată înapoi în faza opusă. Se scade din intrare; putem spune că feedback-ul negativ în amplificatoare reduce neliniaritățile și semnalele nedorite.
Imaginea de mai jos reprezintă feedback negativ:
Cu ajutorul feedback-ului negativ, distorsiunile încrucișate și alte erori fizice pot fi, de asemenea, eliminate. Celelalte avantaje ale utilizării feedback-ului negativ sunt extinderea lățimii de bandă, rectificarea schimbărilor de temperatură etc.
Feedback-ul negativ poate fi un feedback negativ de tensiune sau un feedback negativ curent. În ambele cazuri, feedback-ul de tensiune sau curent este proporțional cu ieșirea.
caseta de listă java
Nu ar trebui să ne confundăm între feedback-ul pozitiv și negativ. Feedback-ul pozitiv tinde să amplifice schimbarea, în timp ce feedback-ul negativ tinde să reducă schimbarea. O altă diferență este că semnalele de intrare și de ieșire în feedback pozitiv sunt în fază și sunt adăugate. În cazul feedback-ului negativ, semnalele de intrare și de ieșire sunt defazate și scăzute.
Dispozitive active în amplificator
Amplificatorul este format din unele dispozitive active care sunt responsabile de procesul de amplificare. Poate fi un singur tranzistor, tub vid, o componentă solidă sau orice parte a circuitelor integrate.
Să discutăm despre dispozitivele active și rolul lor în procesul de amplificare.
BJT
BJT este cunoscut sub numele de a controlat de curent dispozitiv. Tranzistoarele de joncțiune bipolară sunt folosite ca comutatoare pentru a amplifica curentul din amplificatoare.
MOSFET
MOSFET sau Tranzistoare cu efect de câmp semiconductor cu oxid de metal sunt utilizate în mod obișnuit în amplificarea semnalelor electronice. MOSFET-urile pot fi folosite pentru a modifica conductibilitatea controlând tensiunea porții. MOSFET poate spori, de asemenea, puterea semnalului slab. Prin urmare, MOSFET-urile pot fi folosite ca amplificator.
Amplificatoare cu tuburi vid
Amplificatorul cu tub de vid folosește tuburi de vid ca dispozitiv sursă. Este folosit pentru a crește amplitudinea semnalului. Sub frecvențele microundelor, amplificatoarele cu tuburi au fost înlocuite cu amplificatoare cu stare solidă pe la sfârșitul anilor 19.thsecol.
Amplificatoare cu microunde
Amplificatoarele cu microunde sunt utilizate în mod obișnuit în sistemele cu microunde. Este folosit pentru a ridica nivelul semnalului de intrare cu foarte puțină distorsiune. De asemenea, poate comuta sau crește puterea electrică. Oferă o ieșire mai bună pentru un singur dispozitiv în comparație cu dispozitivele cu stare solidă la frecvențe de microunde.
Amplificatoare magnetice
Amplificatoarele magnetice au fost dezvoltate în anii 20thsecol pentru a depăși dezavantajele (capacitate și putere mare de curent) ale amplificatoarelor cu tub vidat. Amplificatoarele magnetice sunt similare cu tranzistoarele. Controlează puterea magnetică a miezului prin energizarea bobinei de control (o altă bobină de înfășurare).
Circuite integrate
Circuitele integrate pot ține mai multe dispozitive electronice, cum ar fi condensatoare și tranzistoare. Popularitatea IC a răspândit și dispozitivele electronice în întreaga lume.
Clasele de amplificatoare de putere
Clasele de amplificatoare de putere sunt clasificate ca clasa A, clasa B, clasa AB, și clasa C . Să discutăm o scurtă descriere a claselor de amplificatoare de putere.
Amplificatoare de putere clasa A
Intrarea amplificatorului de clasa A este mică, datorită căruia și ieșirea este mică. Prin urmare, nu produce multă amplificare a puterii. Cu tranzistori, poate fi folosit ca amplificator de tensiune. Amplificatoarele de clasa A cu pentode de vid pot oferi, de asemenea, o singură etapă de amplificare a puterii pentru a conduce sarcini, cum ar fi difuzoarele.
Amplificatoare de putere clasa B
BJT-urile necesită, în general, amplificatoare de putere de clasă B pentru a conduce sarcini, cum ar fi difuzoarele. Intrarea amplificatoarelor din clasa B este mare, datorită cărora și ieșirea este foarte mare. Astfel, produce o amplificare mare. Dar, în cazul unui singur tranzistor, doar jumătate din semnalul de intrare este amplificat.
Amplificatoare de putere clasa AB
Configurația amplificatoarelor de putere AB se află între amplificatoarele de clasă A și clasa B. Amplificatoarele de clasa AB sunt produse prin combinarea randamentului ridicat al amplificatoarelor de putere din clasa B cu distorsiunea scăzută a amplificatoarelor de putere din clasa A.
In cazul iesirilor mici, amplificatorul de putere clasa AB se poate comporta ca si clasa A. Se poate comporta ca un amplificator de putere clasa B in cazul iesirilor foarte mari.
Amplificatoare de putere clasa C
Elementul de conducere al amplificatoarelor de putere de tip C sunt tranzistoarele. Are o eficiență mai bună, dar datorită conducției mai mici de jumătate de ciclu, provoacă o distorsiune mare. Prin urmare, amplificatoarele de putere de clasa C nu sunt preferate în aplicațiile audio. Aplicațiile comune ale unor astfel de amplificatoare includ circuite de radiofrecvență.
Proprietățile amplificatorului
Amplificatoarele sunt definite în funcție de proprietățile lor de intrare și ieșire. Câștigul amplificatorului determină amplificarea acestuia. Prin urmare, câștigul și factorii de multiplicare sunt cele două proprietăți esențiale ale amplificatoarelor.
Să discutăm despre proprietățile care sunt definite de diferiți parametri, care sunt enumerați mai jos:
Câștigul unui amplificator este calculat ca raportul dintre ieșire (putere, curent sau tensiune) și intrare. Determină amplificarea amplificatorului. De exemplu, un semnal cu o intrare de 10 volți și o ieșire de 60 volți va avea un câștig de 6.
Câștig = Ieșire/Intrare
Câștig = 60/10
Câștig = 6
Câștigul este exprimat în unitatea dB (decibeli). Componentele pasive au, în general, un câștig mai mic de unu, în timp ce componentele active au un câștig mai mare de 1.
Lățimea de bandă este definită ca lățimea măsurată în Hertz a intervalului de frecvență utilă.
Gama de frecvente - Gama de frecvență este în general specificată în termeni de răspuns în frecvență sau lățime de bandă.
Zgomotul este definit ca orice semnal nedorit care acționează ca o perturbare în sistem.
Eficiența mai mare a unui amplificator ar duce la mai puțină generare de căldură și mai multă putere de ieșire. Se calculează ca raport între puterea de ieșire și utilizarea puterii totale.
Rata de rotire este măsurată în volți pe microsecundă. Este definită ca rata maximă de modificare a producției. O rată de creștere peste intervalul audibil al unui amplificator ar duce la mai puține distorsiuni și erori.
Este definită ca fiind capacitatea amplificatorului de a produce copii precise ale semnalului de intrare.
Circuitele amplificatoarelor necesită a fi stabile la toate frecvențele disponibile. Este definită ca abilitatea de a evita oscilațiile nedorite într-un dispozitiv electronic.
Funcțiile diferitelor amplificatoare
Alte tipuri de amplificatoare au caracteristici diferite. Să discutăm despre funcția diferitelor tipuri de amplificatoare utilizate astăzi.
- The amplificatoare liniare nu oferă o capacitate liniară perfectă, deoarece niciun amplificator nu este perfect. Este din cauza utilizării dispozitivelor de amplificare, cum ar fi tranzistoarele, care sunt de natură neliniară. Aceste dispozitive pot produce o oarecare neliniaritate. Amplificatoarele liniare sunt mai puțin predispuse la distorsiuni. Înseamnă că amplificatoarele liniare generează mai puțină distorsiune.
- Conceput special amplificatoare audio poate amplifica frecvența audio.
- Amplificatorul de bandă îngustă amplifică pe banda îngustă de frecvențe, în timp ce amplificatoarele de bandă largă amplifică pe o gamă largă de frecvențe.
- The amplificatoare neliniare produc distorsiuni în comparație cu dispozitivele liniare. Dar, dispozitivele neliniare sunt încă în uz astăzi. Exemple de amplificatoare neliniare sunt amplificatoarele RF (Radiofrecvență), etc.
- Structura lui amplificator logaritmic produce o ieșire proporțională cu logaritmul intrării sale. Circuitul cuprinde două diode și două amplificatoare operaționale (amplificator operațional).
Aplicații ale amplificatorului
Amplificatoarele sunt utilizate în diferite aplicații. Să o discutăm în detaliu.
Adeptul de tensiune este cunoscut și ca amplificator unity gain . Are o impedanță de intrare foarte mare și o impedanță de ieșire foarte mică, care este principiul de bază tamponare acțiune. Terminalul inversor al amplificatorului operațional este scurt cu terminalul de ieșire.
Înseamnă că ieșirea este egală cu intrarea. Se numește adept de tensiune deoarece ieșirea amplificatorului urmează intrarea.
Adeptul de tensiune nu oferă efecte de încărcare, nici un câștig de putere și curent, care sunt avantajele sale.
Construcția unui convertor curent-tensiune este prezentată mai jos:
Unde,
RT: Termistor sau rezistor dependent de lumină.
ACEASTA: Actual
RF: Rezistor de feedback
DACĂ: Curent de feedback
VO: Tensiune de ieșire
Termistorul conduce amplificatorul operațional în modul său de inversare. Schimbarea temperaturii are ca rezultat variația rezistenței termistorului. Mai mult variază curentul care trece prin el. Curentul curge în ieșire prin rezistorul de feedback ca curent de feedback care dezvoltă tensiunea de ieșire. Deoarece curentul termistorului este egal cu curentul de feedback, putem spune că tensiunea de ieșire este proporțională cu curentul termistorului.
Astfel, un curent de intrare este convertit într-o tensiune de ieșire.
TWTA și Clistron sunt dispozitivele comune folosite ca amplificatoare cu microunde. Travelling Wave Tube Amplifier (TWTA) oferă o amplificare bună chiar și la frecvențe joase ale microundelor. Înseamnă că TWTA este preferat pentru amplificarea de mare putere. Dar, klystronii sunt mai bine reglabili în comparație cu TWTA.
Klystronii sunt, de asemenea, utilizați la frecvențe de microunde pentru aplicații de mare putere. Dar, oferă o amplificare reglabilă largă în comparație cu TWTA. De asemenea, are o lățime de bandă îngustă în comparație cu TWTA.
Dispozitive cu stare solidă , cum ar fi MOSFET, diode, materiale semiconductoare (siliciu, galiu etc.), sunt utilizate la putere redusă și frecvențe de microunde în diverse aplicații. De exemplu, telefoane mobile, terminale portabile de radiofrecvență , etc. În astfel de aplicații, dimensiunea și eficiența sunt factorii majori care determină capacitatea și utilizarea acestuia. Utilizarea dispozitivelor cu stare solidă în amplificatoarele cu microunde oferă, de asemenea, o lățime de bandă largă.
Amplificatoarele sunt folosite în diverse instrumente muzicale, cum ar fi chitare și tobe, pentru a converti semnalul din diferite surse (corzi în chitară etc.) în semnalul electronic puternic (amplificator de putere) care produce sunet. Sunetul este suficient de audibil pentru public sau pentru persoanele din apropiere. Ieșirea unor instrumente muzicale este conectată la difuzoare pentru un sunet mai puternic.
Amplificatoarele de instrumente din instrumentele muzicale au și funcția de reglare a semnalului care permite interpretului să schimbe tonul semnalului.
Circuitele oscilatoare sunt folosite pentru a genera forme de undă electrice de orice frecvență, formă și putere dorite. Utilizarea amplificatoarelor în oscilatoare asigură amplitudinea constantă de ieșire și amplifică frecvența de feedback.
Amplificatorul prezent în amplificatorul video amplifică semnalul compus din componente de înaltă frecvență. De asemenea, îl previne de orice distorsiune. Amplificatoarele video au lățimi de bandă diferite în funcție de calitatea semnalului video, cum ar fi SDTV, HDTV, 1080pi etc.