Zniekształcenia wzmacniacza: obwód, rodzaje, jak redukować i pedały zniekształceń Vs

Wzmacniacz to urządzenie elektroniczne, które wzmacnia sygnał wejściowy mniejszego sygnału w celu uzyskania większego sygnału o/p. Zatem sygnał wyjściowy zmienia się w sposób ciągły o pewne wartości wzmocnienia. Są one wykorzystywane w komunikacji bezprzewodowej i transmisji we wszelkiego rodzaju sprzęcie audio. W idealnych warunkach wzmocniony sygnał o/p wzmacniacza powinien mieć przebieg podobny dokładnie do sygnału wejściowego. Jednak ten idealny stan nie jest w ogóle osiągany w praktyce wzmacniacze . Zatem oprócz wzrostu amplitudy, co jest znane jako zniekształcenie, mogą wystąpić pewne modyfikacje przebiegu. Jest to niepożądane, ponieważ może modyfikować inteligencję przenoszoną przez sygnał. W tym artykule znajdują się krótkie informacje na temat zniekształcenia wzmacniacza , pracy i jej zastosowań.

Co to jest zniekształcenie wzmacniacza?

Zniekształcenie wzmacniacza można zdefiniować jako; jakakolwiek różnica w stosunku do sygnału wejściowego wzmacniacza, która pojawia się w trakcie procesu wzmacniania i daje zmieniony sygnał wyjściowy pod względem wielkości, kształtu, zawartości częstotliwości itp. Dzieje się tak z powodu wielu czynników, takich jak; nieliniowość elementów wzmacniacza, nieprawidłowe polaryzacja lub przeciążenie wzmacniacza. Zniekształcenie wzmacniacza jest niepożądane, ponieważ pogarsza wartość wzmacnianego sygnału.

Obwód zniekształceń wzmacniacza

Zniekształcenia wzmacniacza można zrozumieć na przykładzie a obwód wzmacniacza ze wspólnym emiterem (CE). . Zniekształcenia sygnału wyjściowego mogą wystąpić z następujących powodów.

• Wzmocnienie może nie nastąpić w całym cyklu sygnału z powodu nieprawidłowych poziomów polaryzacji.
• Jeśli sygnał wejściowy jest bardzo duży, powoduje to ograniczenie tranzystorów wzmacniaczy poprzez napięcie zasilania.
• Wzmocnienie nie może być sygnałem liniowym powyżej całego zakresu częstotliwości wejściowej, co oznacza, że ​​podczas procedury wzmacniania przebiegu sygnału wystąpią zniekształcenia wzmacniacza.

Wzmacniacze przeznaczone są do wzmacniania małych sygnałów napięcia wejściowego na większe sygnały wyjściowe, co oznacza, że ​​sygnał wyjściowy będzie się zmieniał w sposób ciągły o wartość wzmocnienia, która jest mnożona przez sygnał wejściowy, głównie dla wszystkich częstotliwości wejściowych.

Poniższy obwód wspólnego emitera (CE) działa dla małych sygnałów wejściowych prądu przemiennego, jednak powoduje pewne problemy w ich działaniu. Zatem zamierzone położenie punktu polaryzacji „Q” wzmacniacza BJT zależy od powiązanej wartości Beta dla wszystkich typów tranzystorów.

Wspólny obwód tranzystorowy typu emiter działa dobrze głównie dla małych sygnałów wejściowych prądu przemiennego, chociaż ma jedną główną wadę: obliczone położenie punktu Q polaryzacji wzmacniacza bipolarnego zależy głównie od powiązanej wartości Beta wszystkich rodzajów tranzystorów. Jednak ta wartość beta waha się w przypadku podobnych rodzajów tranzystorów, co oznacza, że ​​punkt Q jednego tranzystora nie jest powiązany z innym tranzystorem o podobnej kategorii ze względu na akceptację charakterystycznych produkcji. Następnie dochodzi do zniekształceń wzmacniacza, ponieważ wzmacniacz nie jest liniowy. Staranny dobór tranzystorów i elementów polaryzujących może pomóc w minimalizacji efektu zniekształceń wzmacniacza.

Rodzaje zniekształceń wzmacniacza

Istnieją różne rodzaje zniekształceń wzmacniacza, które omówiono poniżej. Rodzaj zniekształceń zależy głównie od obszaru charakterystyk wykorzystywanych przez tranzystor, reaktancji urządzenia i powiązanego obwodu.

Zniekształcenia nieliniowe

Zniekształcenia nieliniowe występują głównie we wzmacniaczu, gdy zastosowany sygnał wejściowy jest duży, a urządzenie aktywne jest wprowadzane w nieliniowy obszar swojej charakterystyki. To zniekształcenie służy do opisania nieliniowej zależności pomiędzy sygnałami wejściowymi i wyjściowymi wzmacniacza. Zatem to zniekształcenie wynika z systemów, w których sygnał wyjściowy nie jest dokładnie proporcjonalny do sygnału wejściowego i generowane są produkty intermodulacyjne lub harmoniczne.

Zniekształcenie amplitudy

Zniekształcenie amplitudy jest rodzajem zniekształcenia nieliniowego, które ma miejsce w wyniku tłumienia w obrębie wartości szczytowej sygnału. Przesunięcie punktu Q i wzmocnienie dla wartości poniżej 360⁰ sygnału prowadzi głównie do zniekształcenia amplitudy. To zniekształcenie występuje głównie z powodu obcinania i nieprawidłowego odchylenia. Wiemy, że jeśli punkt polaryzacji tranzystora jest prawidłowy, sygnał wyjściowy jest podobny do sygnału wejściowego we wzmocnionym kształcie. Można to zrozumieć poprzez następujące przypadki.

Załóżmy, że do wzmacniacza zapewnione jest niewystarczające odchylenie, wówczas punkt Q będzie leżeć blisko mniejszej połowy linii obciążenia. Zatem w tym stanie ujemna połowa sygnału wejściowego jest obcięta i uzyskujemy zniekształcony sygnał wyjściowy wzmacniacza.

Jeśli zapewnimy dodatkowy potencjał polaryzacji, wówczas punkt Q będzie znajdował się po wyższej stronie linii obciążenia. Zatem ten warunek zapewnia sygnał wyjściowy, który zostanie odcięty w dodatniej połowie przebiegu.
Właściwe polaryzacja może również czasami prowadzić do zniekształceń na wyjściu, jeśli sygnał wejściowy jest duży, ponieważ ten sygnał wejściowy jest wzmacniany przez wzmocnienie wzmacniacza. Zatem zarówno dodatnia, jak i ujemna połowa przebiegu zostanie obcięta w pewnej części, co nazywa się zniekształceniem obcinającym.

Zniekształcenie liniowe

Zniekształcenie liniowe występuje głównie wtedy, gdy sygnał wejściowy zastosowany do sterowania urządzeniem jest mały i działa w liniowym przekroju jego charakterystyki. Zatem to zniekształcenie ma miejsce głównie ze względu na charakterystykę zależną od częstotliwości urządzeń aktywnych.

Zniekształcenie częstotliwości

W tego typu zniekształceniach poziom wzmocnienia zmienia się w częstotliwości. Sygnał wejściowy podczas wzmacniania w realistycznym wzmacniaczu zawiera częstotliwość podstawową z różnymi składowymi częstotliwości, które nazywane są harmonicznymi.

Amplituda harmoniczna (HA) po wzmocnieniu stanowi ułamek amplitudy podstawowej. Nie powoduje to żadnej poważnej przyczyny kształtu fali wyjściowej. Jeśli HA po wzmocnieniu osiągnie dużą wartość, nie da się uniknąć jego efektu, ponieważ jest on widoczny na wyjściu.

Tutaj na wejściu znajduje się częstotliwość podstawowa, w tym harmoniczne. Zatem połączenie tych dwóch elementów na wzmocnieniu zapewnia zniekształcony sygnał na wyjściu. Dzieje się tak albo na skutek występowania elementów reaktywnych (lub) poprzez pojemności elektrod obwodu wzmacniacza.

Zniekształcenie fazowe

Zniekształcenie fazowe nazywane jest także zniekształceniem opóźniającym we wzmacniaczu, ponieważ ilekroć pomiędzy sygnałem wejściowym i wyjściowym występuje opóźnienie czasowe, mówi się, że jest to sygnał zniekształcony fazowo. To zniekształcenie występuje głównie z powodu reaktancji elektrycznej. Wcześniej omawialiśmy, że sygnał zawiera różne składowe częstotliwości, zatem ilekroć różne częstotliwości doświadczają różnych przesunięć fazowych, pojawia się zniekształcenie fazowe. Ten typ zniekształceń nie ma praktycznego znaczenia we wzmacniaczach audio, ponieważ ludzkie ucho jest niewrażliwe na przesunięcie fazowe. Rodzaj i ilość zniekształceń, które są znośne lub nie do zniesienia, zależy głównie od zastosowania wzmacniacza. Zwykle działanie systemu ulega zakłóceniom, gdy wzmacniacz powoduje ekstremalne zniekształcenia.

Przyczyny zniekształceń

Zniekształcenia we wzmacniaczach powstają głównie z głównych przyczyn, które omówiono poniżej.

• Zniekształcenia powstają głównie w wyniku nieprawidłowego polaryzacji, gdy sygnał wejściowy nie jest wzmacniany przez cały cykl sygnału wejściowego.
• Występuje, gdy zastosowany sygnał wejściowy jest bardzo duży.
• Czasami zniekształcenia wzmacniacza powstają, gdy wzmocnienie nie jest liniowe w całym zakresie częstotliwości.
• Zniekształcenia wzmacniacza mogą być spowodowane różnymi czynnikami; nieliniowości w elementach wzmacniacza, takich jak tranzystory lub lampy.
• Ponadto niedopasowanie impedancji, ograniczenia zasilania i przesterowanie sygnału mogą również przyczyniać się do zniekształceń wzmacniacza. Zatem te czynniki powodują, że wzmocnienie sygnału zmienia się w stosunku do sygnału wejściowego i prowadzi do pierwotnego zniekształcenia sygnału.
• Ogólnie rzecz biorąc, we wzmacniaczach mogą wystąpić zniekształcenia harmoniczne
• Zniekształcenia harmoniczne to rodzaj zniekształceń we wzmacniaczu, który zwykle pojawia się w przypadku wzmacniacza, który potrzebuje więcej napięcia niż może zapewnić zasilacz.
• Może się to również zdarzyć, gdy niektóre części obwodu wewnętrznego przekraczają swoje możliwości wyjściowe.
• Zniekształcenia harmoniczne powstają na skutek nieliniowości tranzystorów.
• Dzieje się tak głównie ze względu na charakterystykę zależną od częstotliwości urządzeń aktywnych.
• Zniekształcenie amplitudy we wzmacniaczach występuje głównie wtedy, gdy wartości szczytowe przebiegu częstotliwości są tłumione w wyniku przesunięcia w punkcie Q.

Jak zmniejszyć zniekształcenia harmoniczne we wzmacniaczach

Zniekształcenia harmoniczne (HD) jest jednym z głównych problemów powodujących różne problemy, takie jak; przesłuchy, problemy z integralnością sygnału i EMI (zakłócenia elektromagnetyczne). Może to być spowodowane wieloma przyczynami i istnieją różne sposoby zmniejszania lub usuwania zniekształceń harmonicznych, które omówiono poniżej.

• Sygnalizacja różnicowa jest jedną z metod stosowanych w celu zmniejszenia zniekształceń harmonicznych, które mogą wyeliminować różne harmoniczne.
• Jeszcze jedną metodą jest użycie zasilaczy o niskiej impedancji wyjściowej, co może również pomóc w zmniejszeniu harmonicznych.
• Rekonfiguracja sieci to procedura pomagająca w zmniejszeniu harmonicznych tam, gdzie użytkownicy generują duże harmoniczne. Harmoniczne te są identyfikowane i klasyfikowane w zależności od rodzaju wytwarzanych harmonicznych.
• Dodanie konwerterów wieloimpulsowych do eliminacji harmonicznych podczas stosowania konwerterów półokresowych i pełnookresowych pomaga w eliminowaniu harmonicznych.
• Równoważenie faz to kolejna technika odpowiednia do redukcji harmonicznych.
• Reaktory szeregowe redukują harmoniczne w stalowniach i hutnictwie.
• Sygnalizacja różnicowa to metoda często stosowana w szybkich systemach cyfrowych w celu redukcji szumów i efektów przesłuchów. Dwa sygnały w sygnalizacji różnicowej są przesyłane oddzielnymi przewodami, przy czym pojedynczy sygnał jest przeciwieństwem drugiego. Następnie urządzenie odbiorcze łączy dwa sygnały i można wyeliminować wszelkie szumy w trybie wspólnym.
• Zasilacze dzięki niskiej impedancji wyjściowej mogą również pomóc w redukcji harmonicznych.
• Zasilacz o niskiej impedancji charakteryzuje się mniejszym spadkiem napięcia przy pobieraniu prądu, dzięki czemu może pomóc w zmniejszeniu lub usunięciu wielu problemów występujących w przypadku zniekształceń harmonicznych.

Jak zmierzyć zniekształcenia wzmacniacza?

Zniekształcenia wzmacniacza można mierzyć za pomocą analogowych analizatorów widma. Większość analizatorów widma ma wejścia o rezystancji 50 omów, dlatego wymagany jest rezystor izolujący pomiędzy testowanym urządzeniem a analizatorem w celu symulowania obciążeń DUT o wartości > 50 omów.

Po ustawieniu analizatora widma pod kątem szybkości przemiatania, czułości i szerokości pasma, sprawdź go ostrożnie pod kątem przesterowania sygnału wejściowego. Najprostszą techniką jest wykorzystanie zmiennego tłumika do ustawienia tłumienia na poziomie 10 dB w ścieżce wejściowej analizatora. Zarówno sygnał, jak i wszelkie harmoniczne muszą zostać osłabione o ustaloną wartość, monitorowaną na wyświetlaczu analizatora widma. Jeżeli harmoniczne są tłumione o >10 dB, oznacza to, że wzmacniacz wejściowy analizatora wprowadza zniekształcenia i należy zmniejszyć czułość. Niektóre analizatory posiadają przycisk na górze przedniej płyty, umożliwiający wprowadzenie znanej wielkości tłumienia podczas sprawdzania przesterowania.

Różnica między zniekształceniami wzmacniacza a pedałami zniekształceń

Główne różnice między wzmacniaczem zniekształcającym a pedałami zniekształcającymi omówiono poniżej.

Jest to zatem przegląd wzmacniacza zniekształcenie, działa i jego zastosowania. Odnosi się do wszelkich odchyleń od sygnału wejściowego, które występują w procesie wzmacniania w celu zapewnienia sygnału wyjściowego. Sygnał ten ulega zmianie pod względem częstotliwości, kształtu, wielkości itp. Dzieje się tak z powodu różnych czynników, takich jak; nieliniowości w elementach wzmacniacza, niewłaściwego polaryzacji lub przeciążenia wzmacniacza. Dostępne są różne rodzaje zniekształceń, które mają specyficzne cechy i przyczyny. Ogólnie rzecz biorąc, zniekształcenie wzmacniacza jest niepożądane, ponieważ może obniżyć wartość wzmacnianego sygnału. Oto pytanie do Ciebie, czym jest wzmacniacz?