En forsterker er en to-ports elektronisk enhet som brukes til å forsterke signalet eller øke effekten til et signal ved hjelp av en strømforsyning. Strømmen leveres gjennom inngangsterminalen på forsterkeren. Utgangen til forsterkeren kan være den økte amplituden osv.
Forsterkerens forsterkning bestemmer dens forsterkning. Det er hovedfaktoren som bestemmer utgangen til en enhet. Forsterkere brukes i nesten alle typer elektroniske komponenter. Forsterkningen beregnes som forholdet mellom utgangsparameteren (effekt, strøm eller spenning) og inngangsparameteren.
Forsterkere brukes i ulike applikasjoner, som automasjon, marine, sensorer osv. Effektforsterkningen til en forsterker er vanligvis større enn én. La oss forstå noen grunnleggende egenskaper ved en ideell forsterker.
Her vil vi diskutere en ideell forsterker, typer forsterkere, egenskaper, funksjoner, og bruk av forsterkere .
La oss begynne.
gjør mens loop i java
Ideell forsterker
La oss vurdere egenskapene til en ideell forsterker, som er oppført nedenfor:
- Inngangsimpedans: Uendelig
- Utgangsimpedans: Null
- Gevinst ved forskjellige frekvenser: Fikset
Inngangsporten til en forsterker kan være spenningskilden eller strømkilden. Spenningskilden avhenger kun av inngangsspenningen og aksepterer ingen strøm. På samme måte aksepterer strømkilden strømmen og ingen spenning. Utgangen vil være proporsjonal med spenningen eller strømmen i hele porten.
Utgangen til en ideell forsterker kan enten være en avhengig strømkilde eller en avhengig spenningskilde. Kildemotstanden til den avhengige spenningskilden er null, mens den til den avhengige strømkilden er uendelig.
Spenningen eller strømmen til den avhengige kilden avhenger bare av inngangsspenningen eller strømmen. Det betyr at utgangsspenningen vil avhenge av inngangsspenningen, og utgangsstrømmen vil avhenge av henholdsvis inngangsstrømmen uavhengig spenningskilde og strømkilde.
De ideelle forsterkerne er videre kategorisert som CCCS (Gjeldende kontroll Strømkilde), CCVS (Gjeldende styrespenningskilde), VCVS (Spenningskontrollspenningskilde), og VCCS (Spenningskontrollstrømkilde).
Inngangsimpedansen til CCVS og CCCS er null, mens VCCS og VCVS er uendelige. På samme måte er utgangsimpedansen til CCCS og VCCS uendelig, mens den til CCVS og VCVS er null.
Typer forsterker
La oss diskutere de forskjellige typene forsterkere.
Operasjonsforsterkere
Operational Amplifiers eller Op-amps er høyforsterkede direktekoblede (DC) forsterkere som utfører ulike matematiske operasjoner, som addisjon, differensiering, subtraksjon, integrasjon, etc.
Den har to inngangsterminaler og en utgangsterminal. Inngangsterminalene kalles inverterende og ikke-inverterende terminaler. Signalet som tilføres den inverterende terminalen vil fremstå som faseinvertert, og signalet som tilføres den ikke-inverterende terminalen vises uten faseinversjon ved utgangsterminalen.
Spenningen påført på den inverterende inngangen er representert som V- og spenningen på den ikke-inverterende inngangen er representert som V+.
Merk: Utgangsimpedansen og driften til en ideell op-forsterker er 0. Spenningsforsterkningen, inngangsimpedansen og båndbredden til en ideell op-amp er uendelig.
Operasjonsforsterkerne er videre kategorisert som inverterende og ikke-inverterende forsterkere. La oss diskutere de to ovennevnte typene operasjonsforsterkere i detalj.
applikasjoner
Op-amper brukes i ulike applikasjoner innen elektronikk. For eksempel,
- Filtre
- Spenningskomparator
- Integrator
- Strøm til spenningsomformer
- Sommerforsterker
- Faseskifter
Den inverterende og ikke-inverterende inngangen til en forsterker er vist nedenfor:
Inverterende forsterker
Den inverterende forsterkeren er vist nedenfor:
Det er spenningsshunt-tilbakemeldingskonfigurasjonen til op-ampen. En signalspenning påført den inverterende inngangen til op-ampen resulterer i flyten av strømmen I1 inn i op-ampen. Vi vet at inngangsimpedansen til op-ampen er uendelig. Det vil ikke tillate at strømmen flyter inn i forsterkeren. Strømmen vil flyte gjennom utgangssløyfen (gjennom motstand R2) til op-ampens utgangsterminal.
Spenningsforsterkningen ved utgangsterminalen til den inverterende forsterkeren beregnes som:
A =Vo/Vs = -R2/R1
Hvor,
Vo og Vs er utgangs- og signalspenningen.
Det negative tegnet viser at utgangen fra forsterkeren er 180 grader ut-av-fase med inngangen.
java-tilkobling
Inverterende forsterker er en av de mest brukte op-forsterkerne. Den har svært lave inngangs- og utgangsimpedanser.
Ikke-inverterende forsterker
Den ikke-inverterende forsterkeren er vist nedenfor:
Konfigurasjonen ovenfor er spenningsseriens tilbakemeldingstilkobling. En signalspenning påført op-ampens ikke-inverterende inngang resulterer i flyt av strøm I1 inn i op-amp og strøm I2 ut av op-amp.
I henhold til konseptet med en virtuell kortslutning, I1 = I2 og Vx =Vs.
Spenningsforsterkningen til den ikke-inverterende forsterkeren kan beregnes som:
A = A + (R2/R1)
Ikke-inverterende forsterkere har høy inngangs- og lav utgangsimpedans. Det regnes også som spenningsforsterkeren.
DC forsterkere
DC- eller direktekoblede forsterkere brukes til å forsterke lavfrekvente og direktekoblede signaler. De to trinnene til en DC-forsterker kan kobles sammen ved å bruke en direkte kobling mellom disse trinnene.
Direkte kobling er en enkel og enkel type tilkobling. Det kan beregnes ved å koble førstetrinns transistorens kollektor direkte til andretrinns transistorbasen, nevnt som T1 og T2.
Men DC-forsterkere forårsaker to problemer kalt driftskifting og nivåskifting. Utformingen av differensialforsterkeren fjernet slike problemer. La oss diskutere differensialforsterkeren.
Differensialforsterkere
Strukturen til differensialforsterkeren løste problemet med drift og nivåforskyvning. Strukturen består av to BJT (Bipolar Junction Transistor) forsterkere koblet kun gjennom strømforsyningslinjene. Den er navngitt som en differensialforsterker fordi utgangen til forsterkeren er forskjellen mellom de individuelle inngangene, som representert nedenfor:
Vo = A (Vi1 - Vi2)
Hvor,
Vo er utgangen, og Vi1 og Vi2 er de to inngangene.
A er forsterkningen til differensialforsterkeren.
Nå, hvis
liste java til array
Vi1 = -Vi2
Vo = 2AVi1 = 2AVi
Operasjonen ovenfor kalles a differensialmodus operasjon. Her er inngangssignalene ute av fase med hverandre. Slike ut-av-fase signaler er kjent som forskjellsmodus (DM) signaler.
Hvis,
Vi1 = Vi2
Vo = A (Vi1 - Vi1)
I = 0
Denne operasjonen er kjent som vanlig modus (CM) fordi inngangssignalene er i fase med hverandre. Nullutgangen til slike signaler viser at det ikke vil være noen drift i forsterkeren.
Effektforsterkere
Effektforsterkere kalles også strømforsterkere . Disse forsterkerne er nødvendige for å heve strømnivået til et innkommende signal for å enkelt drive lastene. Typene effektforsterkere inkluderer lydeffektforsterkere, radiofrekvenseffektforsterkere, etc.
Effektforsterkere er klassifisert som klasse A, Klasse AB, Klasse B og Klasse C forsterkere. Vi vil diskutere effektforsterkerklassene senere i dette emnet.
Switch mode forsterkere
Switch-mode forsterkere er en type ikke-lineære forsterkere med høy effektivitet.
programvareutvikling livssyklus
Et vanlig eksempel på en slik type forsterkere er klasse D-forsterkere.
Instrumental forsterker
Instrumentforsterkeren brukes i analoge sanse- og måleinstrumenter. La oss vurdere et eksempel.
Et voltmeter som brukes til å måle svært lave spenninger krever en instrumentforsterker for at den skal fungere korrekt. Den har ulike funksjoner, som svært høy spenningsforsterkning, god isolasjon, svært lav støy, lavt strømforbruk, stor båndbredde, etc.
Negativ tilbakemelding
Negativ tilbakemelding er en av de essensielle funksjonene for å kontrollere forvrengningen og båndbredden i forsterkere. Hovedformålet med negativ tilbakemelding er å redusere gevinsten til systemet. Den delen av utgangen i motsatt fase mates tilbake til inngangen. Verdien trekkes ytterligere fra inngangen. I det forvrengte utgangssignalet blir utgangen med forvrengning matet tilbake i motsatt fase. Det trekkes fra inngangen; vi kan si at negativ tilbakemelding i forsterkere reduserer ikke-linearitetene og uønskede signalene.
Bildet nedenfor representerer negativ tilbakemelding:
Ved hjelp av negativ tilbakemelding kan også crossover-forvrengning og andre fysiske feil elimineres. De andre fordelene med å bruke negativ tilbakemelding er båndbreddeforlengelse, utbedring av temperaturendringer osv.
Den negative tilbakemeldingen kan være en negativ tilbakemelding for spenning eller negativ tilbakemelding. I begge tilfeller er spenningen eller strømtilbakemeldingen proporsjonal med utgangen.
Vi bør ikke forveksles mellom positive og negative tilbakemeldinger. Positiv tilbakemelding har en tendens til å forsterke endringen, mens negativ tilbakemelding har en tendens til å redusere endringen. En annen forskjell er at inngangs- og utgangssignalene i positiv tilbakemelding er i fase og blir lagt til. Ved negativ tilbakemelding er inngangs- og utgangssignalene ute av fase og trekkes fra.
Aktive enheter i forsterkeren
Forsterkeren består av noen aktive enheter som er ansvarlige for forsterkningsprosessen. Det kan være en enkelt transistor, vakuumrør, en solid state-komponent eller hvilken som helst del av de integrerte kretsene.
hvordan finner jeg ut skjermstørrelsen min
La oss diskutere de aktive enhetene og deres rolle i forsterkningsprosessen.
BJT
BJT er ofte kjent som en strømstyrt enhet. Bipolare Junction Transistorer brukes som brytere for å forsterke strømmen i forsterkere.
MOSFET
MOSFET eller Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorer brukes ofte i forsterkning av elektroniske signaler. MOSFET-er kan brukes til å endre ledningsevnen ved å kontrollere portspenningen. MOSFET kan også forbedre styrken til det svake signalet. Derfor kan MOSFET-er brukes som en forsterker.
Vakuumrørforsterkere
Vakuumrørforsterkeren bruker vakuumrør som kildeenhet. Den brukes til å øke amplituden til signalet. Under mikrobølgefrekvensene ble rørforsterkere erstattet av solid-state forsterkere rundt slutten av 19.thårhundre.
Mikrobølgeforsterkere
Mikrobølgeforsterkere brukes ofte i mikrobølgesystemer. Den brukes til å heve nivået på inngangssignalet med svært liten forvrengning. Den kan også bytte eller øke elektrisk kraft. Det gir bedre enkeltenhetsutgang sammenlignet med solid-state enheter ved mikrobølgefrekvenser.
Magnetiske forsterkere
Magnetiske forsterkere ble utviklet i det 20thårhundre for å overvinne ulempene (høy strømkapasitet og styrke) til vakuumrørforsterkerne. Magnetiske forsterkere ligner på transistorer. Den kontrollerer den magnetiske styrken til kjernen ved å aktivere kontrollspolen (en annen viklingsspole).
Integrerte kretser
Integrerte kretser kan inneholde flere elektroniske enheter, som kondensatorer og transistorer. Populariteten til IC har også spredt elektroniske enheter over hele verden.
Effektforsterkerklasser
Effektforsterkerklasser er klassifisert som klasse A, klasse B, klasse AB, og klasse C . La oss diskutere en kort beskrivelse av effektforsterkerklassene.
Klasse A effektforsterkere
Inngangen til klasse A-forsterkeren er liten, og utgangen er derfor liten. Derfor produserer den ikke mye effektforsterkning. Med transistorer kan den brukes som spenningsforsterkere. Klasse A-forsterkere med vakuumpentoder kan også gi et enkelt effektforsterkningstrinn for å drive belastninger, for eksempel høyttalere.
Klasse B effektforsterkere
BJT-er krever generelt klasse B-effektforsterkere for å drive belastninger, for eksempel høyttalere. Inngangen til klasse B-forsterkere er stor, og utgangen er derfor også veldig stor. Dermed produserer den en stor forsterkning. Men når det gjelder en enkelt transistor, er bare halvparten av inngangssignalet forsterket.
Klasse AB effektforsterkere
Konfigurasjonen av AB effektforsterkere ligger mellom klasse A og klasse B forsterkere. Klasse AB-forsterkere produseres ved å kombinere den høye effekten til klasse B-effektforsterkere med den lave forvrengningen til klasse A-effektforsterkere.
Ved små utganger kan klasse AB effektforsterker oppføre seg som klasse A. Den kan oppføre seg som klasse B effektforsterker ved svært store utganger.
Klasse C effektforsterkere
Ledningselementet til effektforsterkere av klasse C er transistorer. Den har bedre effektivitet, men på grunn av ledning på mindre enn halvsyklusen, forårsaker den stor forvrengning. Derfor er klasse C effektforsterkere ikke foretrukket i lydapplikasjoner. De vanlige bruksområdene for slike forsterkere inkluderer radiofrekvenskretser.
Egenskaper til forsterkeren
Forsterkere er definert i henhold til deres inngangs- og utgangsegenskaper. Forsterkerens forsterkning bestemmer dens forsterkning. Derfor er forsterknings- og multiplikasjonsfaktorer de to essensielle egenskapene til forsterkerne.
La oss diskutere egenskapene som er definert av forskjellige parametere, som er oppført nedenfor:
En forsterkers forsterkning beregnes som forholdet mellom utgang (effekt, strøm eller spenning) og inngang. Den bestemmer forsterkerens forsterkning. For eksempel vil et signal med en inngang på 10 volt og en utgang på 60 volt ha en forsterkning på 6.
Gain = Output/Input
Gevinst = 60/10
Gevinst = 6
Forsterkningen uttrykkes i enheten dB (desibel). Passive komponenter har generelt forsterkning mindre enn én, mens aktive komponenter har forsterkning større enn 1.
Båndbredde er definert som bredden målt i Hertz av det nyttige frekvensområdet.
Frekvensområde - Frekvensområdet er generelt spesifisert i form av frekvensrespons eller båndbredde.
Støy er definert som ethvert uønsket signal som virker som en forstyrrelse i systemet.
Den høyere effektiviteten til en forsterker vil resultere i mindre varmeutvikling og mer utgangseffekt. Det beregnes som forholdet mellom utgangseffekten og utnyttelsen av totaleffekten.
Svinghastigheten måles i volt per mikrosekund. Det er definert som den maksimale endringshastigheten for produksjon. En svinghastighet over det hørbare området til en forsterker vil resultere i mindre forvrengning og feil.
Det er definert som forsterkerens evne til å produsere nøyaktige kopier av inngangssignalet.
Forsterkerkretsene krever at de er stabile på alle tilgjengelige frekvenser. Det er definert som evnen til å unngå uønskede svingninger i en elektronisk enhet.
Funksjoner til forskjellige forsterkere
Andre typer forsterkere har andre egenskaper. La oss diskutere funksjonen til ulike typer forsterkere som er i bruk i dag.
- De lineære forsterkere gir ikke perfekt lineær kapasitet fordi ingen forsterker er perfekt. Det er på grunn av bruken av forsterkende enheter, for eksempel transistorer, som er ikke-lineære i naturen. Disse enhetene kan produsere noe ikke-linearitet. De lineære forsterkerne er mindre utsatt for forvrengning. Det betyr at lineære forsterkere genererer mindre forvrengning.
- Spesialdesignet lydforsterkere kan forsterke lydfrekvensen.
- Smalbåndsforsterkeren forsterker over det smale båndet av frekvenser, mens bredbåndsforsterkere forsterker over et bredt spekter av frekvenser.
- De ikke-lineære forsterkere produsere forvrengning sammenlignet med lineære enheter. Men ikke-lineære enheter er fortsatt i bruk i dag. Eksempler på ikke-lineære forsterkere er RF (Radiofrekvens) forsterkere, etc.
- Strukturen til logaritmisk forsterker produserer en utgang proporsjonal med logaritmikken til inngangen. Kretsen består av to dioder og to op-ampere (operasjonsforsterker).
Anvendelser av forsterker
Forsterkerne brukes i forskjellige applikasjoner. La oss diskutere det i detalj.
Spenningsfølger er også kjent som unity gain forsterker . Den har en veldig stor inngangsimpedans og veldig lav utgangsimpedans, som er det grunnleggende prinsippet for buffering handling. Den inverterende terminalen til operasjonsforsterkeren er kort med utgangsterminalen.
Det betyr at utgangen er lik inngangen. Det kalles spenningsfølgeren fordi utgangen fra forsterkeren følger inngangen.
Spenningsfølgeren gir ingen belastningseffekter, ingen kraft- og strømforsterkning, som er fordelene.
Konstruksjonen av en strøm-til-spenning-omformer er vist nedenfor:
Hvor,
RT: Termistor eller lysavhengig motstand.
DEN: Nåværende
RF: Tilbakemeldingsmotstand
HVIS: Tilbakemelding gjeldende
VO: Utgangsspenning
Termistoren driver op-ampen i sin inverterende modus. Endringen i temperatur resulterer i variasjon av termistormotstanden. Den varierer ytterligere strømmen som går gjennom den. Strømmen flyter inn i utgangen gjennom tilbakekoblingsmotstanden som tilbakekoblingsstrøm som utvikler utgangsspenningen. Siden termistorstrømmen er lik tilbakekoblingsstrømmen, kan vi si at utgangsspenningen er proporsjonal med termistorstrømmen.
Dermed blir en inngangsstrøm omdannet til en utgangsspenning.
TWTA og Klystron er de vanlige enhetene som brukes som mikrobølgeforsterkere. Traveling Wave Tube Amplifier (TWTA) gir god forsterkning selv ved lave mikrobølgefrekvenser. Det betyr at TWTA foretrekkes for høyeffektforsterkning. Men klystroner er bedre justerbare sammenlignet med TWTA.
Klystroner brukes også ved mikrobølgefrekvenser for høyeffektapplikasjoner. Men det gir bred avstembar forsterkning sammenlignet med TWTA. Den har også en smal båndbredde sammenlignet med TWTA.
Solid-state enheter , slik som MOSFET, dioder, halvledermaterialer (silisium, gallium, etc.), brukes ved lav effekt og mikrobølgefrekvenser i ulike applikasjoner. For eksempel, mobiltelefoner, bærbare radiofrekvensterminaler , etc. I slike applikasjoner er størrelse og effektivitet de viktigste faktorene som bestemmer dens kapasitet og bruk. Bruken av solid-state enheter i mikrobølgeforsterkere gir også bred båndbredde.
Forsterkerne brukes i ulike musikkinstrumenter, som gitarer og trommemaskin, for å konvertere signalet fra ulike kilder (strenger i gitar osv.) til det kraftige elektroniske signalet (effektforsterkeren) som produserer lyd. Lyden er hørbar nok for publikum eller folk i nærheten. Utgangen til noen musikkinstrumenter er koblet til høyttalerne for høyere lyd.
Instrumentforsterkere i musikkinstrumenter har også signalinnstillingsfunksjonen som gjør at utøveren kan endre signalets tone.
Oscillatorkretsene brukes til å generere elektriske bølgeformer av enhver ønsket frekvens, form og kraft. Bruken av forsterkere i oscillatorer gir den konstante utgangsamplituden og forsterker tilbakekoblingsfrekvensen.
Forsterkeren som er tilstede i videoforsterkeren, forsterker signalet som består av høyfrekvente komponenter. Det forhindrer også enhver forvrengning. Videoforsterkerne har forskjellige båndbredder i henhold til videosignalkvaliteten, som SDTV, HDTV, 1080pi, etc.