Erősítő torzítása: áramkör, típusok, hogyan csökkenthető és vs torzítás pedálok

Az erősítő egy elektronikus eszköz, amely egy kisebb jel bemenetét erősíti nagyobb o/p jellé. Tehát a kimeneti jel folyamatosan változik bizonyos erősítési értékekkel. Ezeket a vezeték nélküli kommunikációban és műsorszórásban használják mindenféle audioberendezésben. Ideális körülmények között az erősítő felerősített o/p jelének pontosan hasonló hullámformájúnak kell lennie, mint a bemeneti jel. Ez az ideális állapot azonban a gyakorlatban egyáltalán nem érhető el erősítők . Így az amplitúdó torzításnak nevezett amplitúdónövekedése mellett a hullámformán belüli módosítások is előfordulhatnak. Nemkívánatos, mert módosíthatja a jelen keresztül továbbított intelligenciát. Ez a cikk rövid tájékoztatást ad erről erősítő torzítása , működő és alkalmazásai.

Mi az erősítőtorzítás?

Az erősítő torzítása a következőképpen definiálható; az erősítő bemeneti jelétől való bármilyen eltérés, amely az erősítési folyamat során fellép, és megváltozott kimeneti jelet ad a nagyságrend, alak, frekvenciatartalom stb. tekintetében. Ez számos tényező miatt következik be, mint pl. nemlinearitás az erősítő összetevőin belül, nem megfelelő előfeszítés vagy erősítő túlterhelés. Az erősítő torzítása nem kívánatos, mert rontja az erősített jel értékét.

Erősítő torzító áramkör

Az erősítő torzítása egy példával érthető meg a közös emitteres (CE) erősítő áramkör . A kimeneti jel torzulása a következő okok miatt fordulhat elő.

• A rossz előfeszítési szintek miatt előfordulhat, hogy az erősítés nem történik meg a teljes jelciklus alatt.
• Ha a bemeneti jel nagyon nagy, akkor ez az erősítők tranzisztorainak korlátozását okozza a feszültségellátáson keresztül.
• Az erősítés nem lehet lineáris jel a teljes bemeneti frekvencia tartomány felett, ami azt jelenti, hogy a jel hullámforma erősítési eljárása során erősítőtorzulás lép fel.

Az erősítőket arra tervezték, hogy kis bemeneti feszültségű jeleket nagyobb kimeneti jelekké erősítsenek, ami azt jelenti, hogy a kimeneti jel folyamatosan változik a bemeneti jellel főként minden bemeneti frekvenciára jellemző erősítéssel.

A következő közös emitteres (CE) áramkör kis bemeneti váltakozó áramú jelekre működik, azonban működésükben problémákat okoz. Tehát a BJT erősítő „Q” előfeszítési pontjának tervezett pozíciója a kapcsolódó béta értéktől függ minden típusú tranzisztor esetében.

A közös emitter típusú tranzisztoros áramkör elsősorban kis váltóáramú bemeneti jeleknél működik jól, bár van egy fő hátránya, hogy a bipoláris erősítő előfeszített Q-pontjának számított helyzete elsősorban mindenféle tranzisztor kapcsolódó béta értékétől függ. Ez a béta érték azonban ingadozik a hasonló típusú tranzisztoroktól, ami azt jelenti, hogy az egyik tranzisztor Q-pontja nem kapcsolódik egy másik, hasonló kategóriájú tranzisztorhoz, a jellemző produkciók elfogadása miatt. Ezt követően az erősítő torzítása történik, mivel az erősítő nem lineáris. A tranzisztorok és előfeszítő komponensek gondos kiválasztása segíthet az erősítő torzítási hatásának minimalizálásában.

Az erősítőtorzítás típusai

Különféle típusú erősítőtorzítások léteznek, amelyeket alább tárgyalunk. A torzítás típusa elsősorban a tranzisztor által használt jellemzők területétől, az eszköz reaktanciájától és a kapcsolódó áramkörtől függ.

Nemlineáris torzítás

A nemlineáris torzítás főként az erősítőben fordul elő, amikor az alkalmazott bemeneti jel nagy, és az aktív eszköz karakterisztikájának nem lineáris területére kerül. Ezt a torzítást az erősítő bemeneti és kimeneti jelei közötti nemlineáris kapcsolat leírására használják. Tehát ez a torzítás olyan rendszerekből ered, ahol a kimeneti jel nem pontosan arányos a bemeneti jellel, és intermodulációs termékek vagy harmonikusok keletkeznek.

Amplitúdó torzítás

Az amplitúdótorzítás a nemlineáris torzítás egy fajtája, amely a jel csúcsértékén belüli csillapítás miatt következik be. A Q ponton belüli eltolódás és a jel 360⁰ alatti erősítése főként az amplitúdó torzulásához vezet. Ez a torzulás főként a vágás és a helytelen torzítás miatt következik be. Tudjuk, hogy ha a tranzisztor előfeszítési pontja helyes, akkor a kimenet hasonló az erősített alakon belüli bemenethez. Ez a következő eseteken keresztül érthető meg.

Tegyük fel, hogy az erősítő nem megfelelő előfeszítéssel rendelkezik, akkor a Q-pont a terhelési vonal kisebb feléhez közel lesz. Tehát ebben az állapotban a bemeneti jel negatív fele le van vágva, és az erősítő torz kimeneti jelét kapjuk.

Ha további torzítási potenciált biztosítunk, akkor a Q-pont a terhelési vonal magasabb oldalán lesz. Tehát ez a feltétel olyan kimenetet biztosít, amely a hullámforma pozitív felénél le lesz vágva.
A megfelelő előfeszítés néha torzuláshoz is vezethet a kimeneten belül, ha a bemeneti jel nagy, mivel ezt a bemeneti jelet az erősítő erősíti felerősíti. Tehát a hullámforma pozitív és negatív fele is le lesz vágva egy olyan részen, amelyet levágási torzításnak neveznek.

Lineáris torzítás

Lineáris torzítás főleg akkor fordul elő, amikor az eszköz meghajtására alkalmazott bemeneti jel kicsi, és jellemzőinek lineáris szakaszában működik. Tehát ez a torzulás elsősorban az aktív eszközök frekvenciafüggő jellemzői miatt következik be.

Frekvencia torzítás

Az ilyen típusú torzítások esetén az erősítési szint frekvenciája megváltozik. A bemeneti jel az erősítés során egy valósághű erősítőben alapfrekvenciát tartalmaz különböző frekvenciakomponensekkel, amelyeket harmonikusoknak nevezünk.

A harmonikus amplitúdó (HA) az erősítés után az alapamplitúdó töredéke. Nem okoz súlyos okot a kimeneti hullámformára. Ha a HA erősítés után nagy értékre megy, annak hatása nem kerülhető el, mert a kimeneten látható.

Itt a bemenetnek van alapfrekvenciája, beleértve a harmonikusokat is. Tehát a kettő kombinációja erősítésnél torz jelet ad a kimeneten. Ez vagy a reaktív elemek előfordulása miatt történik (vagy) az erősítő áramkör elektródák kapacitásain keresztül.

Fázistorzítás

A fázistorzítást késleltetési torzításnak is nevezik az erősítőben, mert ha időkésleltetés van a bemeneti és kimeneti jel között, akkor azt fázistorzított jelnek mondják. Ez a torzulás elsősorban az elektromos reaktancia miatt következik be. Korábban már tárgyaltuk, hogy egy jel különböző frekvenciakomponenseket tartalmaz, így amikor a különböző frekvenciák eltérő fáziseltolódást tapasztalnak, akkor fázistorzulás lép fel. Az ilyen típusú torzításnak nincs gyakorlati jelentősége az audioerősítőkben, mivel az emberi fül nem érzékeli a fáziseltolódást. Az elviselhető vagy elviselhetetlen torzítás típusa és mennyisége elsősorban az erősítő alkalmazásától függ. Általában a rendszer működését egyszerűen befolyásolja, ha az erősítő extrém torzítást okoz.

A torzítás okai

Az erősítőkben előforduló torzítás elsősorban az alábbiakban tárgyalt fő okok miatt következik be.

• A torzítás főként a helytelen előfeszítés miatt következik be, amikor a bemeneti jelet nem erősítik fel a bemeneti jel teljes ciklusa alatt.
• Ez akkor fordul elő, ha az alkalmazott bemeneti jel nagyon nagy.
• Néha az erősítő torzulása következik be, amikor az erősítés nem lineáris a teljes frekvenciatartomány felett.
• Az erősítő torzítását különböző tényezők okozhatják; nemlinearitás az erősítő alkatrészeiben, például tranzisztorokon vagy csöveken belül.
• Ezenkívül az impedancia eltérései, a tápellátás korlátozásai és a jellevágás szintén hozzájárulhatnak az erősítő torzulásához. Tehát ezek a tényezők azt a jelerősítést eredményezik, amely a bemeneti jeltől változik, és eredeti jeltorzításhoz vezet.
• Általában felharmonikus torzítást okozhat az erősítőkön belül
• A harmonikus torzítás egyfajta torzítás az erősítőben, amelyet általában az erősítő okoz, amelynek több feszültségre van szüksége, mint amennyi tápegységet képes biztosítani.
• Ez akkor is előfordulhat, ha egyes belső áramköri részek túllépik a kimeneti képességüket.
• A harmonikus torzítás a tranzisztorok nemlinearitása miatt következik be.
• Ez elsősorban az aktív eszközök frekvenciafüggő jellemzői miatt következik be.
• Az amplitúdótorzulás az erősítőkben főként akkor fordul elő, amikor a frekvencia hullámforma csúcsértékei a Q-ponton belüli eltolódás miatt gyengülnek.

Hogyan lehet csökkenteni a harmonikus torzítást az erősítőkben

Harmonikus torzítás (HD) az egyik fő probléma, amely különböző problémákat okoz, mint pl. áthallás, jelintegritási problémák és EMI (elektromágneses interferencia). Ennek számos oka lehet, és a harmonikus torzítás csökkentésének vagy eltávolításának különböző módjai vannak, amelyeket alább tárgyalunk.

• A differenciális jelzés a harmonikus torzítás csökkentésére használt egyik módszer, amely kiolthatja a különböző harmonikusokat.
• Egy másik módszer az alacsony kimeneti impedanciájú tápegységek használata, amelyek szintén segíthetnek a harmonikusok csökkentésében.
• A hálózat újrakonfigurálása az az eljárás, amely segít a harmonikusok csökkentésében, ahol a felhasználók nagy harmonikusokat generálnak. Ezeket a harmonikusokat az általuk előállított harmonikusok típusától függően azonosítják és osztályozzák.
• Többimpulzusos átalakítók hozzáadása a felharmonikusok kioltásához a fél- és teljes hullámú konverterek használata során segít a harmonikusok kiküszöbölésében.
• A fáziskiegyenlítés egy további technika, amely alkalmas a harmonikusok csökkentésére.
• A sorozatos reaktorok csökkentik a harmonikusokat az acélgyárakban és az olvasztásnál.
• A differenciáljelzés egy olyan módszer, amelyet gyakran használnak nagy sebességű digitális rendszerekben a zaj és az áthallás hatásainak csökkentésére. A különbségi jelzésben a két jelet külön vezetékeken továbbítják, és az egyetlen jel a másik ellentéte. Ezt követően a vevőkészülék egyesíti a két jelet, és minden közös módú zaj kioltható.
• Az alacsony kimeneti impedanciájú tápegységek szintén segíthetnek a harmonikusok csökkentésében.
• Az alacsony impedanciájú tápegység feszültségesése kisebb, amikor áramot vesznek, így segíthet a harmonikus torzítással kapcsolatos számos probléma csökkentésében vagy megszüntetésében.

Hogyan lehet mérni az erősítő torzítását?

Az erősítő torzítása analóg spektrumanalizátorokkal mérhető. A legtöbb spektrumanalizátor 50 ohmos bemenettel rendelkezik, ezért a DUT és az analizátor között leválasztó ellenállás szükséges az 50 ohmosnál nagyobb DUT terhelések szimulálásához.

Miután a spektrumanalizátort beállította a pásztázási sebességre, érzékenységre és sávszélességre, óvatosan ellenőrizze a bemenet túlhajtását. A legegyszerűbb technika a változó csillapító használata 10 dB csillapítás beállítására az analizátor bemeneti útján. Mind a jelet, mind az esetleges harmonikusokat csillapítani kell a spektrumanalizátor kijelzőjén megjelenő beállított mennyiséggel. Ha a harmonikusok >10 dB-lel csillapításra kerülnek, akkor az analizátor bemeneti erősítője torzítást okoz, és az érzékenységet csökkenteni kell. Számos analizátornak van egy gombja az elülső lemez tetején, amely ismert mennyiségű csillapítást vezet be, miközben ellenőrzi a túlhajtást.

Különbség a fekete-fehér erősítő torzítása és a torzítás pedáljai között

Az erősítőtorzító és a torzító pedálok közötti fő különbségeket az alábbiakban tárgyaljuk.

Így ez az erősítő áttekintése torzítás, működő és alkalmazásai. Ez a bemeneti jel bármely eltérésére utal, amely a kimeneti jelet biztosító erősítési folyamat során következik be. Ennek a jelnek a frekvenciája, alakja, nagysága stb. megváltozik. Különböző tényezők miatt fordul elő, mint pl. nemlinearitás az erősítő összetevőin belül, nem megfelelő előfeszítés vagy erősítő túlterhelés. Különféle torzítások állnak rendelkezésre, amelyek sajátos jellemzőkkel és okokkal rendelkeznek. Az erősítő torzítása általában nem kívánatos, mert ronthatja az erősített jel értékét. Itt egy kérdés, hogy mi az az erősítő?