Što je pojačalo? Uvod u pojačalo

Pojačalo je elektronički uređaj ili sklop koji se koristi za povećanje veličine signala primijenjenog na njegov ulaz

Pojačalo je opći pojam koji se koristi da opiše sklop koji proizvodi i povećava verziju svog ulaznog signala. Međutim, nisu svi sklopovi pojačala isti kao što su klasificirani prema njihovim konfiguracijama sklopova i načinima rada.

U „Elektronici“, mali pojačivači signala uobičajeno se koriste jer imaju mogućnost pojačavanja relativno malog ulaznog signala, na primjer, od senzora, kao što je foto-uređaj, u mnogo veći izlazni signal za pokretanje releja, svjetiljke ili na primjer, zvučnik.

Postoje mnogi oblici elektronskih sklopova klasificiranih kao pojačala, od operativnih pojačala i malih signalnih pojačala do velikih signalnih i snage pojačala. 

Razvrstavanje pojačala ovisi o veličini signala, velikom ili malom, njegovoj fizičkoj konfiguraciji i načinu na koji obrađuje ulazni signal, odnosno odnosu između ulaznog signala i struje koja teče u opterećenju.

Vrsta ili klasifikacija pojačala navedena je u sljedećoj tablici.

Klasifikacija pojačala signala

Pojačala se mogu smatrati jednostavnim okvirom ili blokom koji sadrži pojačavajuću napravu, poput bipolarnog tranzistora, polja efektivnog tranzistora ili operativnog pojačala, koji ima dva ulazna terminala i dva izlazna terminala (zajedničko je tlo) s tim da je izlazni signal mnogo veći nego za ulazni signal jer je pojačan.

Idealno pojačalo signala imat će tri glavna svojstva: ulazni otpor ili (RIN), izlazni otpor ili (ROUT) i naravno pojačanje poznato pod nazivom pojačanje ili (A). Bez obzira koliko je krug pojačala kompliciran, opći model pojačala još uvijek se može koristiti za prikaz odnosa ova tri svojstva.

Idealan model pojačala

Pojačana razlika između ulaznog i izlaznog signala poznata je kao pojačanje pojačala. Pojačanje je u osnovi mjera koliko pojačalo "pojačava" ulazni signal. 

Na primjer, ako imamo ulazni signal od 1 volta i izlaz od 50 volti, tada će pojačanje pojačala biti "50". Drugim riječima, ulazni signal je povećan za faktor 50. To povećanje naziva se dobitak.

Pojačanje pojačala jednostavno je omjer izlaza podijeljenog s ulazom. Pojačanje nema jedinice kao omjer, ali u elektronici se obično daje simbol "A" za pojačavanje. Tada se dobitak pojačala jednostavno izračunava kao "izlazni signal podijeljen s ulaznim signalom".

Pojačaj pojačala

Uvod u pojačanje pojačala može se reći da je odnos koji postoji između signala izmjerenog na izlazu i signala izmjerenog na ulazu. 

Postoje tri različite vrste pojačanja pojačala koje se mogu mjeriti, a to su: pojačani napon (Av), jačanje struje (Ai) i pojačana snaga (Ap) ovisno o količini koja se mjeri, a primjeri ovih različitih vrsta pojačanja dani su u nastavku ,

Pojačalo pojačanja ulaznog signala

Pojačanje naponskog pojačala

Trenutni dobitak pojačala

Pojačalo snage

Imajte na umu da za dobivanje snage također možete podijeliti snagu dobivenu na izlazu snagom dobivenom na ulazu. Također za izračunavanje pojačanja pojačala koristi se pretplata v, i i p za označavanje vrste pojačanja signala koji se koristi.

Porast snage (Ap) ili razina snage pojačala također se može izraziti u decibelima (dB). Bel (B) je logaritamska jedinica (baza 10) mjerenja koja nema jedinice. 

Budući da je Bel prevelika jedinica mjere, predznak je deci, što ga čini Decibelima, a jedan decibel je jedna desetina (1/10) Bel. Za izračunavanje pojačanja pojačala u Decibelima ili dB, možemo koristiti sljedeće izraze.

Pojačanje napona u dB: av = 20 * log (Av)

Pojačanje struje u dB: ai = 20 * log (Ai)

Porast snage u dB: ap = 10 * log (Ap)

Imajte na umu da je jednosmjerna dobitak pojačala jednaka deset puta većoj vrijednosti uobičajenog dnevnika omjera izlaza i ulaza, gdje su napon i struja 20 puta veći od uobičajenog dnevnika omjera. Ipak, imajte na umu da 20dB zbog skale trupaca nije dvostruko više od 10dB.

Također, pozitivna vrijednost dB predstavlja dobitak, a negativna dB predstavlja gubitak unutar pojačala. Na primjer, pojačanje pojačala od + 3dB ukazuje na to da se izlazni signal pojačala "udvostručio" (x2), dok pojačanje pojačala -3dB ukazuje da se signal prepolovio, (x0.5) ili drugim riječima gubitak ,

Točka -3 dB pojačala naziva se točka napona pola koja je -3dB od maksimalne, uzimajući 0dB kao maksimalnu izlaznu vrijednost.

Primjer pojačala No1
Odredite napon, struju i pojačanje snage pojačala koje ima ulazni signal 1mA na 10mV i odgovarajući izlazni signal od 10mA na 1V. Također, sve tri dobitke izrazite u decibelima (dB).

Različiti dobici:

Pojačala pojačala data u decibelima (dB):

Tada pojačalo ima pojačani napon, (Av) od 100, pojačanje struje, (Ai) 10 i pojačanje snage (Ap) od 1,000

Općenito, pojačala se mogu podijeliti u dva različita tipa, ovisno o njihovoj snazi ​​ili naponu. Jedna vrsta naziva se pojačalo malog signala koje uključuje predpojačala, instrumentalna pojačala itd. Mala pojačala signala dizajnirana su tako da pojačaju vrlo male razine napona signala od samo nekoliko mikronapona (μV) od senzora ili audio signala.

Drugi tip nazivamo velikim signalnim pojačavačima kao što su audio pojačala ili pojačala za uključivanje napajanja. Velika pojačala signala dizajnirana su za pojačavanje velikih signala ulaznog napona ili za prebacivanje jakih struja opterećenja kao što bi se pokazali u pogonskim zvučnicima.

Snaga pojačala
Pojačalo malog signala općenito se naziva pojačalo "napona" jer obično pretvara mali ulazni napon u mnogo veći izlazni napon. Ponekad je potreban sklop pojačala za pogon motora ili punjenje zvučnika, a za ove vrste aplikacija u kojima su potrebni visoki prekidački tokovi potrebna su pojačala.

Kao što im ime sugerira, glavni posao „Pojačala snage“ (poznatog i kao veliko pojačalo signala) je isporučiti snagu opterećenju, a kao što znamo odozgo, proizvod je napona i struje koji se primjenjuju na opterećenje snagom izlaznog signala većom od snage ulaznog signala. Drugim riječima, pojačalo snage pojačava snagu ulaznog signala, zbog čega se ovi tipovi sklopova pojačala koriste u izlaznim fazama audio pojačala za pogon zvučnika.

Pojačalo napajanja radi na osnovnom principu pretvaranja istosmjerne struje iz napajanja u signal izmjeničnog napona koji se isporučuje opterećenju. Iako je pojačanje veliko, učinkovitost pretvorbe iz istosmjernog napajanja u izlazni napon izmjeničnog napona obično je loša.

Savršeno ili idealno pojačalo dalo bi nam efikasnost od 100% ili bi barem „IN“ snaga bila jednaka snazi ​​„OUT“. Međutim, u stvarnosti se to nikada ne može dogoditi jer se dio snage gubi u obliku topline, a isto tako i sam pojačalo troši snagu tijekom procesa pojačanja. Tada je učinkovitost pojačala dan kao:

Učinkovitost pojačala

Idealno pojačalo
Iz naše gornje diskusije možemo znati specificirati karakteristike idealnog pojačala s obzirom na njegov dobitak, što znači i dobitak napona:

* PojačaloPojačanje (A) treba ostati konstantno za različite vrijednosti ulaznog signala.

* Dobitak ne utječe učestalost. Signali svih frekvencija moraju se pojačati na potpuno isti iznos.

* Dobitak pojačala ne smije dodati buku oizlazni signal. Trebalo bi ukloniti sve buke koje već postoje u ulaznom signalu.

* Dobitak pojačala ne bi trebao biti utjecajpromjene temperature omogućuju dobru temperaturnu stabilnost.

* Pojačanje pojačala mora ostati stabilno preko long razdoblja.

Klase elektronskog pojačala
Klasifikacija pojačala kao naponskog ili pojačala snage vrši se usporedbom karakteristika ulaznog i izlaznog signala mjerenjem količine vremena u odnosu na ulazni signal koji struja teče u izlaznom krugu.

U tutorialu Common Emiter Transistor vidjeli smo da je za tranzistor potreban u "aktivnoj regiji" potreban neki oblik "podnožja baze". Ovaj mali osnovni napon pristranosti dodan ulaznom signalu omogućio je tranzistoru da reproducira puni ulazni valni oblik na svom izlazu bez gubitka signala.

Međutim, mijenjanjem položaja ovog osnovnog napona pristranosti, moguće je upravljati pojačalom u načinu pojačanja različitom od položaja za reprodukciju punog vala. 

Sa uvođenjem u pojačalo Base napona pristranosti, mogu se dobiti različiti radni rasponi i načini rada, koji su kategorizirani prema njihovoj klasifikaciji. Ovi različiti načini rada poznatiji su kao klasa pojačala.

Audio pojačala se klasificiraju abecednim redom prema njihovim konfiguracijama sklopa i načinu rada. Pojačala su označena različitim razredima rada kao što su klasa "A", klasa "B", klasa "C", klasa "AB" itd. Ove različite klase pojačala u rasponu su od skoro linearnog izlaza, ali s niskom učinkovitošću do ne linearni izlaz, ali s velikom učinkovitošću.

Nijedna klasa rada nije "bolja" ili "lošija" od bilo koje druge klase, pri čemu se vrsta rada određuje korištenjem pojačavajućeg kruga. Postoje tipične maksimalne učinkovitosti pretvorbe za razne vrste ili klasu pojačala, a najčešće se koristi:

* Pojačavač klase A  - ima nisku učinkovitost manju od 40%, ali dobru reprodukciju i linearnost signala.
* Pojačavač klase B  - dvostruko je učinkovitije od pojačala klase A s maksimalnom teoretskom učinkovitošću od oko 70% jer pojačalo provodi (i koristi snagu) samo polovinu ulaznog signala.
* Pojačalo klase AB  - ima ocjenu učinkovitosti između klase A i klase B, ali lošiju reprodukciju signala od pojačala klase A.

* Pojačavač klase C  - je najučinkovitija klasa pojačala, ali su izobličenja vrlo velika jer se pojačava samo mali dio ulaznog signala, pa izlazni signal vrlo malo sliči ulaznom signalu. Pojačala klase C imaju najlošiju reprodukciju signala.

Djelovanje pojačala A klase

Rad pojačala pojačala A je gdje se cijeli valni oblik ulaznog signala vjerno reproducira na izlaznom terminalu pojačala jer je tranzistor savršeno pristran unutar svoje aktivne regije. To znači da se komutatorski tranzistor nikada ne uvodi u njegova područja isključivanja ili zasićenja. Rezultat je da je izmjenični ulazni signal savršeno "centriran" između gornjih i donjih granica pojačala kao što je prikazano u nastavku.

Izlazni valni oblik pojačala pojačala A

Konfiguracija pojačala klase A koristi isti preklopni tranzistor za obje polovice izlaznog valnog oblika, a zbog svog središnjeg rasporeda udaljenosti, izlazni tranzistor uvijek ima konstantnu jednosmjernu struju, (ICQ) koja teče kroz njega, čak i ako nema ulaza signal prisutan. Drugim riječima, izlazni tranzistori se nikada ne isključuju i isključeni su u stanju mirovanja.

To rezultira time da je rad klase A bio pomalo neučinkovit jer je pretvaranje istosmjerne opskrbne snage u izmjeničnu snagu izmjeničnog napona isporučenoj opterećenju obično vrlo malo.

Zbog ove centrirane točke biziranja, izlazni tranzistor pojačavanja klase A može se jako zagrijati, čak i kad nema ulaznog signala, pa je potreban neki oblik potonuća topline. 

Struja istosmjerne struje koja prolazi kroz kolektor tranzistora (ICQ) jednaka je struji koja teče kroz opterećenje kolektora. Stoga je pojačalo klase A vrlo neučinkovito, jer se veći dio ove istosmjerne snage pretvara u toplinu.

Rad B pojačala
Za razliku od načina rada s pojačalom Klase A, koji koristi jedan tranzistor za svoju fazu izlazne snage, Klasa B pojačalo koristi dva besplatna tranzistora (NPN i PNP ili NMOS i PMOS) za pojačavanje svake polovine izlazni valni oblik.

Jedan tranzistor provodi samo polovinu signalnog valnog oblika, dok drugi provodi za drugu ili suprotnu polovicu signalnog valnog oblika. To znači da svaki tranzistor provodi polovicu svog vremena u aktivnom području i polovicu svog vremena u području isključivanja i na taj način pojačava samo 50% ulaznog signala.

Rad klase B nema izravni istosmjerni napon za razliku od pojačala klase A, ali tranzistor provodi samo kada je ulazni signal veći od napona emiter-baza (VBE), a za silicijske tranzistore, ovo je oko 0.7 V. 

Zbog toga s nultim ulaznim signalom postoji nulti izlaz. Kako je samo pola ulaznog signala prikazano na izlazu pojačala, to poboljšava učinkovitost pojačala u odnosu na prethodnu konfiguraciju klase A kao što je prikazano u nastavku.

Izlazni valni oblik pojačala pojačala B

U pojačalu klase B ne koristi se jednosmerni napon za pristranost tranzistora, tako da izlazni tranzistori počinju provoditi svaku polovicu valnog oblika, pozitivan i negativan, potreban im je napon baznog odašiljača VBE veći od Pad napona naprijed 0.7 V potreban je za standardni bipolarni tranzistor da započne s provođenjem.

Stoga se donji dio izlaznog valnog oblika koji se nalazi ispod ovog prozora od 0.7 V neće reproducirati točno. To dovodi do iskrivljenog područja izlaznog valnog oblika, jer jedan tranzistor postaje "OFF" čekajući da se drugi vrati "ON" jednom VBE> 0.7V. Rezultat toga je da postoji mali dio izlaznog valnog oblika na nultom naponu koji prelazi preko točke koja će biti iskrivljena. 

Ova vrsta izobličenja naziva se Crossover distortion i u nastavku ćemo se pozabaviti u ovom odjeljku.

Djelovanje pojačala AB klase
Pojačalo klase-AB kompromis je između gore navedenih konfiguracija Klase A i Klase B. Dok operacija Class-AB još uvijek koristi dva komplementarna tranzistora u svom izlaznom stupnju, na bazu svakog tranzistora se primjenjuje vrlo mali napon odstupanja kako bi se oni pristrali blizu njihova područja presjeka kad nema ulaznog signala.

Ulazni signal uzrokovat će da tranzistor radi normalno kao i unutar svoje aktivne regije, eliminirajući sve crossover izobličenja koja su uvijek prisutna u konfiguraciji klase B. Mala kolebljiva struja kolektora (ICQ) strujat će kroz tranzistor kada nema ulaznog signala, ali općenito je mnogo manja nego za konfiguraciju pojačala Klase A.

Stoga svaki tranzistor provodi "ON" malo više od pola ciklusa ulaznog valnog oblika. Mala pristranost konfiguracije pojačala Class-AB poboljšava i učinkovitost i linearnost kruga pojačala u usporedbi s čistom gornjom konfiguracijom klase A.

Izlazni valni oblik klase AB pojačala

Pri dizajniranju krugova pojačala, klasa rada pojačala je vrlo važna jer određuje količinu pomaka tranzistora potrebnu za njegov rad, kao i maksimalnu amplitudu ulaznog signala.

Klasifikacija pojačala uzima u obzir dio ulaznog signala u kojem se provodi izlazni tranzistor, kao i određivanje učinkovitosti i količine snage koju preklopni tranzistor troši i rasipa u obliku izgubljene topline. Ovdje u sljedećoj tablici možemo usporediti najčešće klasifikacije pojačala.

Klase pojačala snage

Loše dizajnirana pojačala, posebno tipovi klase "A", također mogu zahtijevati veće naponske tranzistore, skuplje hladnjake, rashladne ventilatore ili čak povećanje veličine napajanja potrebnog za isporuku dodatne potrošene snage koju pojačalo zahtijeva. 

Snaga pretvorena u toplinu iz tranzistora, otpornika ili bilo koje druge komponente za tu stvar čini bilo koji elektronički krug neefikasnim i rezultirat će preuranjenim kvarom uređaja.

Pa zašto koristiti pojačalo klase A ako je njegova učinkovitost manja od 40% u odnosu na pojačalo klase B s višom ocjenom učinkovitosti preko 70%. U osnovi, pojačalo klase A daje mnogo linearniji izlaz, što znači da ima linearnost nad većim frekvencijskim odzivom, čak i ako troši velike količine istosmjerne snage.

U ovom Uvodu u udžbenik pojačala, vidjeli smo da postoje različite vrste kruga pojačala, koje imaju svoje prednosti i nedostatke. U sljedećem vodiču o pojačavačima ćemo pogledati najčešće spojeni tip sklopa tranzistorskog pojačala, uobičajeno pojačalo za emitiranje.

 Većina tranzistorskih pojačala su sklopa Common Emitter ili CE zbog velikih pojačanja napona, struje i snage, kao i zbog izvrsnih ulazno / izlaznih karakteristika.

Ostavite poruku 

Lista Poruka