Amplificator (electronice)
Un amplificator poate fi considerat orice dispozitiv care folosește o cantitate mică de energie pentru a conduce o cantitate mai mare, deși termenul se referă în prezent aproape exclusiv la un amplificator electronic . Relația dintre intrarea și ieșirea amplificatorului, exprimată de obicei ca o funcție a frecvenței semnalului de intrare, se numește funcția de transfer a amplificatorului, iar amplitudinea funcției de transfer se numește câștig .
Amplificatoare electronice
Tipurile sunt cele mai variate, unul dintre cele mai frecvente este amplificatorul electronic utilizat în mod obișnuit în emițătoare și receptoare pentru radio și televiziune , echipamente stereo de înaltă fidelitate , calculatoare personale și alte echipamente electronice digitale . Componentele sale active sunt tranzistorul , circuitul integrat și supapa termionică .
Amplificatoare de tuburi
În primii ani ai electronicii, supapa termionică era singurul dispozitiv activ disponibil; în prezent utilizarea acestora este rezervată pentru amplificarea puterii frecvențelor radio, a microundelor și a amplificării semnalului în sistemele audio, de către micii producători care operează pe piața Hi-End . În domeniul frecvențelor radio de mare putere, tuburile rămân singurul dispozitiv capabil să amplifice semnalul. Sunt cunoscute exemple de triode capabile să livreze peste 300 kW.
În câmpul audio, pentru a adapta impedanța ridicată a tubului termionic la impedanța scăzută a sarcinii conduse, difuzorul , este necesar să se utilizeze transformatoare ; obținerea unei liniarități bune în răspunsul în frecvență al transformatorului implică o construcție precisă și precisă, cu costuri foarte mari. Tipurile de supape utilizate sunt multe: 300B, EL34, KT88 etc. Sunetul rezultat are o dinamică decentă și are un ton „cald”, care nu este obositor pentru urechea umană [ fără sursă ] deoarece semnalul reprodus se adaugă o distorsiune datorată în mare măsură armoniilor uniforme (a doua, a patra, a șasea armonică , adică egală cu 2, 4 și 6 ori frecvența originală) care evită senzația de sunet metalic și discordant pe frecvențe înalte și oboseală de ascultare și face ascultarea plăcută și nu foarte obositoare. Este utilizat pe scară largă de către grupurile muzicale în amplificarea instrumentelor lor, datorită capacității sale de a rezista la supraîncărcări momentane fără consecințe și de a prezenta un disconfort urechii mai mic dacă circuitul devine saturat . Puterile acestei tehnologii utilizate pentru reproducerea muzicii pot varia de la câțiva wați până la peste 100 de wați .
Amplificatoarele de tuburi au în general următoarele proprietăți:
- Impedanță de intrare foarte mare (intrare în rețea).
- În general, impedanță de ieșire ridicată.
- Potrivit pentru amplificarea tensiunilor mari.
- Alimentare suplimentară necesară pentru filamente (6,3 V c.a. tipic).
- Tensiune mare de alimentare cu anod, motiv pentru care pot fi foarte periculoase (valoare tipică> 100 Vdc).
- Epuizarea supapelor după o perioadă mai mult sau mai puțin prelungită.
- Generarea multă căldură, în special pentru puteri mari (peste 200 W), care necesită sisteme de disipare
Prin urmare, se întâmplă ca în câmpul audio, pentru puteri mari, să se utilizeze tehnologia tranzistorului, datorită costului și a amprentei mult mai mari a unui amplificator cu tuburi de performanță egală.
Amplificatoare de stare solidă
Sunt amplificatoare care nu folosesc tuburi termionice, ci tehnologia ulterioară, care a început cu invenția tranzistorului de joncțiune bipolar (BJT) și a JFET- urilor și MOSFET-urilor ulterioare, fiecare dispozitiv specializat pentru a amplifica tensiunea sau semnalul de curent, cum ar fi, de exemplu, dispozitivul sursă comun . Această categorie include și dispozitive cu circuite integrate, acum disponibile pentru toate aplicațiile. Câștigul amplificatorului depinde atât de tipul tranzistorului, cât și de circuitul extern și este fixat de producător în etapa de proiectare.
Un amplificator component "discret" constă dintr-o etapă de intrare în care există unul sau mai mulți tranzitori care preamplifică semnalul pentru a-l aduce la un nivel care poate fi utilizat de alți tranzistori, numit final, care ridică în continuare nivelul acestui semnal care este apoi transferat la un difuzor acustic cu caracteristici adecvate puterii pe care amplificatorul este capabil să o furnizeze; dacă același circuit este realizat cu IC , acesta este definit cu același termen. Etapele de intrare și cele finale utilizează configurații diferite în funcție de tipul de amplificare care urmează a fi obținut, tipurile etapelor finale se numesc clase (A, AB, C etc.).
Când funcționează, tranzistoarele și circuitele IC de putere ale circuitelor finale generează căldură și tocmai din acest motiv trebuie montate pe un radiator (în general din aluminiu) cu o suprafață radiantă proporțională cu puterea în wați de disipat, care , prin convecție , transferă în mediu căldura produsă de joncțiunile tranzistoarelor finale.
Amplificatoare operaționale (op-amperi)
Amplificatoarele operaționale sunt circuite amplificatoare cu câștig foarte mare, realizate acum sub forma unui circuit integrat , care utilizează un feedback extern pentru a controla funcția de transfer . În mod ideal, funcția de transfer este determinată exclusiv de rețeaua externă. Pe aceeași matriță de siliciu pot fi realizate și 4 amplificatoare operaționale identice, închise în același pachet (de ex. TL084). Dacă sunt fabricate pe un microcip, puterea disipabilă este foarte modestă, aproximativ 500 mW pentru uA741, dar nu lipsesc dispozitivele pentru puteri chiar mai mari (LM3886).
În ceea ce privește utilizarea opampurilor în amplificarea audio, înainte de apariția Hi-end-ului , cele mai bune performanțe erau obținute prin utilizarea componentelor discrete (tranzistoare). Astăzi, cele mai bune dispozitive de pe piață adoptă soluții de inginerie ale circuitului amplificatorului, menite să împiedice cunoașterea componentelor adoptate, circuitul este închis într-un monobloc de rășină din care ies doar bornele de conectare, nu este posibil să se cunoască componentele sau evaluați circuitul; singurele date furnizate de producător sunt codul sau codul referitor la obicei , necesar în caz de înlocuire, prin urmare nu este posibil să știm dacă cei mai buni amplificatori de pe piață utilizează opamps. S-ar putea presupune că, în unele cazuri, este utilizat, având în vedere prezența pe piață a amplificatoarelor care utilizează circuite integrate; acesta este cazul producătorului american Jeff Rowland , care are un dispozitiv în lista de prețuri ale cărui etape finale utilizează opampuri de putere conectate la un pod, etapa preamplificatorului este totuși personalizată, deci inaccesibilă unei analize.
Amplificatoare integrate
Pentru a facilita proiectanților de echipamente electronice, producătorii de circuite integrate, dispozitive amplificatoare de piață proiectate de ei înșiși, sunt disponibili pentru toate frecvențele, de la câmpul audio la microunde. Folosirea lor are multe avantaje, având dimensiuni mult mai compacte decât un circuit similar cu componente discrete, permite proiectantului să reducă dimensiunea întregului echipament, fiind realizat în plus pe un singur cip, fiabilitatea în timp este foarte mare. Facilitează proiectantul din punct de vedere al cheltuielilor și al timpului în finalizarea proiectului său. Pachetul poate fi metalic, ceramic sau plastic, poate avea dimensiuni standard sau poate fi unul personalizat .
Amplificatoare hibride
Conceptual similare cu CI-urile, acestea diferă în ceea ce privește tipul de construcție și complexitatea mai mare a circuitului. Acestea sunt compuse din mai multe cipuri, rezistențe și condensatori , asamblate pe o placă ceramică și conectate împreună pentru a forma circuitul, toate închise într-un container etanș din care ies doar cablurile sau pinii pentru montare pe circuitul tipărit, sunt disponibile cu puteri chiar sute de wați, unele încorporează chiar de căldură chiuveta.
Unele tipologii de circuite adoptate în anii 1960 au fost, de asemenea, definite ca hibrizi, în care tranzistorul și supapa termionică au coexistat în același circuit. Amplificatoarele cu amplificator de putere tranzistor și supapă (e) (de obicei una) dedicate preamplificatorului, numite „hibrizi”, sunt încă produse de mărci cunoscute precum Sheng-Ya, Xindak, Lector, Audio Analogue, Yaquin, Opera Consonance, doar pentru a numi câteva.
Amplificatoare shaker
Sunt amplificatoare foarte deosebite, de mare putere (mulți kilowați) realizate de câțiva producători specializați, folosite de companiile mari pentru a testa în faza de proiectare, comportamentul produselor lor la solicitările mecanice la care vor fi supuși în timpul utilizării lor. Exemple tipice, verificați rezonanța unei componente a mașinii de spălat vase sau a tabloului de bord al unei mașini. Sistemul constă dintr-un oscilator sinusoidal cu o frecvență cuprinsă între zero și câțiva kiloHertz, care conduce amplificatorul la care este conectat agitatorul . Acesta este conceput conceptual ca difuzor , a cărui membrană este alcătuită dintr-o placă metalică robustă concepută pentru a primi, prin fixarea integrală cu acesta, produsul care urmează să fie testat. Evident, dimensionarea pieselor mecanice este legată de energiile implicate: membrana trebuie să susțină mase vibrante de zeci de kilograme, bobina este răcită cu un flux forțat de aer, bateriile tranzistorilor din etapele finale sunt fixate pe bare cavități de aluminiu, conținând apă circulantă pentru răcire, podeaua care adăpostește agitatorul este realizată conform specificațiilor producătorului. În anii 1970, compania Olivetti a folosit unul din producția germană pentru a-și testa produsele, instalat în subsolul uzinei ICO din Ivrea .
Alte amplificatoare
Amplificatoarele mecanice sunt servomecanisme utilizate în vehicule pentru a reduce efortul necesar pentru acționarea frânei și a direcției. Releele și comutatoarele pot fi considerate amplificatoare, chiar dacă funcția lor de transfer nu este liniară.
Amplificatorul magnetic este un tip de transformator care utilizează unele proprietăți neliniare ale miezului prin generarea de amplificare prin saturația sa.
Există amplificatoare de curent continuu , utilizate în general pentru acționarea motoarelor electrice. Ele pot face parte din lanțuri de măsurare sofisticate și complexe, cum ar fi analiza curenților de înaltă frecvență într-un circuit electronic, de exemplu; setul de măsurare include clema de curent, amplificatorul său dedicat și plug-in-ul corespunzător, constituind amplificatorul vertical care trebuie conectat la osciloscopul utilizat, adică un sistem de măsurare format din 4 dispozitive separate, dintre care două sunt amplificatoare.
Un alt tip mai puțin obișnuit, dar introdus recent, este așa-numitul amplificator cu pompă de fază: printr-un circuit de feedback complex, căderea de tensiune în joncțiunea tranzistoarelor finale este compensată pozitiv, minimizând distorsiunea armonică și sporind eficiența generală.
Amplificatoare audio
Frecvența audio
Orice sunet poate fi transformat în curenți electrici prin intermediul unor dispozitive specifice care sunt mai potrivite din când în când. Curenții electrici variabili astfel obținuți reprezintă mai mult sau mai puțin fidel forma de undă a sunetului convertit. Acești curenți sunt numiți frecvență audio sau chiar frecvență joasă și sunt de obicei de o valoare atât de mică încât este necesar să le amplificați. Banda audio este formată în general din frecvențe cuprinse între 20 Hz și 20.000 Hz. În tratarea sunetului cu tehnici digitale, conform teoremei de eșantionare , astfel încât să fie reprezentată corect, fără ca frecvențele imaginii să apară în locul celor reale, semnalul trebuie prelevate la o frecvență mai mare de 40.000 Hz. Frecvențele standard de 44.100 și 48.000 Hz îndeplinesc această cerință, aceasta din urmă permițând o tăiere a pantei mai mică și reducând astfel rotațiile de fază și alte probleme.
eu câștig
Un amplificator, prin intermediul componentelor active, amplifică semnalul de intrare cu un factor X, făcându-l disponibil la ieșire cu o tensiune și / sau curent disponibil mai mare decât la intrare. În detaliu, componentele active sunt de ex. tuburi , tranzistoare , tranzistoare cu efect de câmp (FET și MOSFET), circuite integrate . Există amplificatoare cu câștig mic , cu câștig mediu , cu câștig mare: ceea ce le diferențiază este numărul de componente active prezente în amplificator în sine sau etapele de amplificare și modul în care sunt configurate. Câștigul unui amplificator audio este exprimat în dB (decibeli) și este egal cu 20 de ori logaritmul la baza 10 a amplificării de tensiune. La alte amplificatoare, pe de altă parte, este luată în considerare amplificarea puterii și, în acest caz, câștigul este de 10 ori logaritm în baza 10 a raportului dintre puterea de ieșire și puterea de intrare. Este interesant de observat că un raport de unitate (A = 1) corespunde 0dB, adică un câștig zero: un dispozitiv similar nu câștigă nimic în ceea ce privește intrarea.
Exemplu: un microfon ne dă o tensiune de 0,005 volți (5 mV), acest semnal îl trimitem la intrarea unui amplificator și la ieșirea acestuia măsurăm tensiunea de 50 volți: amplificarea furnizată de amplificator este de 50 / 0,005 = 10.000 , egal cu un câștig de 80dB.
Putere
Unul dintre factorii principali ai unui amplificator este puterea și este exprimat în wați . Tranzistoarele etapei finale cresc semnificativ nivelul semnalului sonor, constând dintr-un curent de o anumită valoare care variază în timp. Când acest curent este circulat într-o bobină a difuzorului, membrana sa vibrează, traducând variațiile de curent în sunet. Cu cât valoarea acestui curent este mai mare, cu atât emisia sonoră este mai mare. Pentru a asculta muzică într-o cameră de dimensiuni medii, în funcție de calitatea sunetului pe care doriți să o atingeți, puterea necesară poate fi de 15-20 wați, până la 150-200 și chiar mai mult, în funcție de eficiența exprimată în dB / 2,83V / 1m din difuzoarele conectate. Pentru o amplificare într-un spațiu deschis, cum ar fi o piață sau un stadion, unde se ține un concert, de exemplu, poate fi necesar să aveți mii sau zeci de mii de wați.
La mulți amplificatori de pe piață, puterea este indicată eronat cu notația RMS , așa cum este cerut de unele standarde. Această expresie poate induce în eroare în a crede că operatorul matematic rms a fost aplicat pentru această magnitudine. Eroarea din reglementări se datorează probabil asocierii incorecte dintre produsul valorilor efective și puterea efectivă: acest produs, pe de altă parte, furnizează puterea aparentă. Prin calcularea valorii pătrate a rădăcinii medii a funcției de putere în timp, nu se obține niciun parametru fizic semnificativ, așa cum este cazul curentului și tensiunii. Producătorii intenționează să indice efectiv puterea medie în regim sinusoidal:
Măsurarea se efectuează pe o sarcină rezistivă pură pentru a elimina orice schimbare de fază și în acest caz se poate afirma că puterea aparentă este identică cu puterea activă, permițând eliminarea factorului din ecuație - cosinusul defazării între tensiune și curent. Un semnal sinusoidal este aplicat la intrare la o anumită frecvență (de obicei 1 kHz) și nivelul său este crescut până la atingerea semnalului maxim posibil la ieșire înainte de decuparea semnalului sau într-un nivel predeterminat de distorsiune, de obicei având în vedere distorsiunea armonică totală (THD). Acest nivel poate fi, de exemplu, în limita a 1% pentru cei mai serioși și mai riguroși producători, dar uneori se ia în considerare chiar și 10%, la care distorsiunea este deja foarte bine auzită.
Semnalul de intrare
Cei doi factori, Gain și Power, nu sunt direct legați: pot exista amplificatoare cu câștig redus, dar cu putere mare sau invers. Valoarea câștigului circuitului este aleasă în funcție de nivelul semnalului de tratat și de ceea ce se dorește să obțină. Dacă semnalul este mic, va fi necesar un câștig mare; dacă este deja mare, invers, va fi suficient un câștig mai modest.
Mărimea acestor semnale este legată de caracteristicile dispozitivului conectat la intrare. La intrarea amplificatorului putem aplica semnale de la diferite tipuri de dispozitive: microfoane, pick-up-uri , semnale, alte dispozitive etc. Multe amplificatoare audio au mai multe mufe de intrare sau selectoare, concepute pentru a trece semnalul în etapa care are cel mai câștig adecvat pentru acel semnal specific, de exemplu , semnalul care vine dintr - o mișcare bobină lectură cap (considerat cel mai bun), folosit pentru a asculta la discuri de vinil , este de o mie de ori mai mic decât semnalul care iese dintr-un CD player ; realizarea unui preamplificator care să aibă caracteristici bune pentru astfel de semnale de nivel scăzut implică costuri ridicate: prin urmare, în multe preamplificatoare de înaltă fidelitate, secțiunea de intrare pentru mișcarea cartușelor cu bobină este furnizată ca opțiune.
În tratarea acestor semnale slabe, tocmai pentru că câștigurile sunt atât de mari, proiectanții trebuie să acorde cea mai mare atenție, astfel încât, în proiectarea circuitului, transferul semnalului de-a lungul căii sale să fie perturbat cât mai puțin posibil de interferențele electrice sau externe. tulburări. Soluțiile adoptate pentru ecranarea circuitelor sunt uneori foarte exacte și rafinate: o mică perturbare va fi de fapt amplificată suprapusă semnalului, fără discriminare și în fiecare etapă, cu un rezultat final în general slab sau, în orice caz, neconform cu specificațiile proiectului .
Etapele amplificării
În general, un amplificator este alcătuit, simplificând mult, din două unități cuplate între ele: etapa pre-amplificator și etapa de putere. În practică, acestea sunt cele două etape de bază care singure sunt capabile să dea semnalul de intrare:
- un prim profit inițial mare cu fidelitatea maximă posibilă, compatibil cu costurile stabilite.
- un câștig suplimentar cu componente capabile să dea puterea necesară semnalului de ieșire și să îl facă audibil (prin difuzor).
În teorie, poți face totul cu o singură etapă, dar în practică o singură etapă nu este suficientă: totul depinde de ceea ce vrei să realizezi. În general, fiecare etapă oferă un câștig care se înmulțește cu cel anterior (adăugat dacă este exprimat în decibeli) și așa mai departe, toate acestea în detrimentul curentului furnizat de un circuit de alimentare adecvat.
În sectorul Hi-End, etapele de amplificare sunt împărțite în două cadre distincte: Preamplificatorul , care conține etapele de nivel scăzut și Amplificatorul de putere , care conține etapele de curent ridicat, în timp ce în sistemele mai sofisticate alimentarea preamplificatorului vine separat într-un al treilea cadru.
Semnalul de ieșire
Semnalul de intensitate scăzută aplicat la intrare iese mai mult sau mai puțin amplificat de etapele de amplificare și este gata să fie transferat la dispozitivul care îl va face audibil: difuzorul. De asemenea, în acest caz, la fel ca semnalul de intrare, va trebui să fie adaptat la sistemul care îl primește, pentru a-l transfera fără a pierde energie și cu o distorsiune cât mai mică posibilă.
Principalul parametru de reținut este valoarea impedanței difuzorului sau difuzorului acustic; valorile utilizate sunt trei: 4-8-16 ohm. Cel mai mic este utilizat aproape exclusiv în sistemele destinate autoturismelor; deoarece doar tensiunea bateriei de 12 volți este disponibilă, o valoare a impedanței scăzute impune o valoare mai mare a curentului de circulație, cu o putere mai mare în difuzor; astăzi, însă, limita de 12 volți disponibilă pentru baterie a fost depășită cu ajutorul convertoarelor DC-DC , care ridică tensiunea cu 12 volți la valori mai mari, permițând astfel obținerea unor puteri audio foarte mari. Valoarea de 8 ohmi este adoptată în schimb de majoritatea producătorilor pentru sistemele cu alimentare de la rețeaua de 220 volți, deoarece tensiunea de alimentare continuă va fi mai mare. Valoarea de 16 ohmi a fost utilizată în momentul amplificatoarelor la supape , care se aflau în circuitul de ieșire, un transformator , este necesar să se adapteze valoarea impedanței ridicate a supapei la valoarea scăzută a impedanței difuzorului, în unele cazuri încă este folosit astăzi.
Spre deosebire de semnalul de intrare, semnalul de ieșire nu mai este practic supus interferenței.
Performanta curenta
Din anii 1960 și până astăzi, performanța amplificatoarelor audio a crescut considerabil mai ales datorită componentelor, care s-au îmbunătățit în mod constant în ceea ce privește viteza ( rata de rotire ), precizia, puterea și fiabilitatea. Cele mai bune amplificatoare proiectate pentru Hi-end sunt capabile să furnizeze curenți de sute de amperi pentru o perioadă scurtă de timp, puteri de ordinul a mii de wați chiar și la sarcini foarte inductive și au o liniaritate în frecvență, conținută în fracțiuni de decibeli, de la curent continuu la peste 20.000 Hz. De exemplu, Jeff Rowland M5 este un amplificator stereo de putere întrerupt care pretinde 150 de wați RMS în 8 ohmi pe canal și oferă 470 wați într-o sarcină de 2 ohmi.
Dimensiunea sursei de alimentare este de așa natură încât să poată alimenta pe fiecare canal și, pentru o perioadă nelimitată, un curent de 40 amperi, care poate ajunge la 90 A pentru scurt timp de 20 milisecunde pe o sarcină de 0,1 ohm. Răspunsul în frecvență se extinde de la curent continuu la peste 310 kHz; modelul monofonic M7 (250 wați), cu etapa finală alcătuită din 24 MOSFET-uri în paralel, gestionează curenți de 135 amperi. Alte 300 de wați în amplificator de putere de 8 ohmi de la producătorul Mark Levinson , nr.33, reușește să livreze 1200 de wați într-o sarcină de 2 ohmi pentru un timp nelimitat. Această categorie de dispozitive este garantată pe viață, este suficient să spunem că M5 a suferit un burn-in de 72 de ore.
În numărul 93 al SUONO din mai 1980 a fost publicat un scurt raport care arăta gradul de fiabilitate și rezistență la suprasarcini deținute de cei mai buni amplificatori de pe piață deja în acei ani: revista Micro & Personal Computer a trebuit să testeze unul dintre primele calculatoare personale, un Radio Shack TRS-80 model II a sosit direct din SUA; neavând rețeaua electrică cu o frecvență de 60 Hz, au decis să adopte ca sursă de rețea, un amplificator mare YAMAHA M-2 , testat pe acel număr de SUNETE, prin conectarea semnalului sinusoidal la 60 Hz provenind de la un generator la intrarea, funcționează , în acest caz, un amplificator audio a reușit să simuleze rețeaua electrică americană. Jocul a funcționat deoarece TRS-80 avea nevoie de 185W la 115 volți, 60 Hz și Yamaha M-2 a livrat 200W din placă (în versiunea europeană, cea americană era de 240W).
Eficiența unui amplificator
Fiecare amplificator, în funcție de clasa sa de funcționare, are o eficiență teoretică maximă, determinată după cum urmează: semnalul sinusoidal maxim este aplicat intrării astfel încât puterea maximă fără distorsiuni să fie obținută la ieșire; se măsoară puterea pe sarcină; se măsoară puterea furnizată de sursa de alimentare; se calculează raportul dintre puterea primită de sarcină și puterea furnizată de sursa de alimentare. În cel mai bun caz, eficiența este egală cu 1, adică 100% din puterea furnizată de sursa de alimentare este convertită în putere utilă a sarcinii.
Operarea podului
Există modele stereofonice high-end concepute în principal pentru a conduce o pereche de difuzoare, având particularitatea de a putea fi configurat electric ca o punte, adică cu o conexiune adecvată pe bornele de ieșire, cele două circuite amplificatoare, canalul stâng , sunt puse în serie. iar canalul din dreapta va conduce împreună doar un difuzor, avantajul acestei configurații constă în a avea un semnal la ieșire cu o valoare de tensiune dublă, conform legii lui Ohm , rezultând o putere de patru ori. [1]
Clase de operare
Clasa a
Amplificați 100% din semnal; în cazul unui sinusoid , unghiul de conducere este de 360 °, prin urmare, nu prezintă problema distorsiunii încrucișate . [2] Cu această tehnică, amplificatoarele Hi-Fi sunt realizate pentru frecvență joasă, medie și înaltă. Eficiența teoretică maximă de 25% își limitează utilizarea doar la puteri mici, deși există amplificatoare finale de clasa A. [3]
Exemplu teoretic al unui amplificator de clasă A cu un singur tranzistor în configurația emițătorului comun. Observați că întreaga undă sinusoidală este amplificată. În realitate, pe bază este necesar să înlocuiți rezistorul RB cu un divizor R1 R2 și să puneți un rezistor de contra-reacție RE pe emițător care garantează stabilitatea circuitului la schimbările de temperatură și parametrii tranzistorului.
Există configurații ale divizorului de putere ale bazei destinate să ofere un feedback, de exemplu. punând Rb-ul îndreptat către Colector veți avea un feedback, astfel încât să controlați mai bine sistemul și îmbunătățirea distorsiunii are loc în detrimentul câștigului
Variații precum adăugarea unei rezistențe între bază și masă pot fi făcute acestui circuit pentru a îmbunătăți stabilitatea în detrimentul impedanței de intrare
Clasa B
Amplifică 50% din semnal și, în cazul unei unde sinusoidale, unghiul de conducere este de 180 °. Eficiența variază între 50% și 78,5%.
Pentru a amplifica întreaga undă sinusoidală (360 °), se utilizează două amplificatoare de clasa B care funcționează respectiv, unul pentru semionda pozitivă de la 0 ° la 180 ° și celălalt pentru semionda negativă de la 180 ° la 360 °. În acest caz, întregul semnal este amplificat, ca în clasa A, dar cu eficiența clasei B.
Clasa AB
Amplifică mai mult de 50%, dar mai puțin de 100% din semnal, iar unghiul de conducere este între 180 ° și 360 °, extremele excluse. Pentru a amplifica întreaga undă sinusoidală (360 °), se utilizează două amplificatoare de clasa B care funcționează respectiv unul pentru jumătatea de undă pozitivă și celălalt pentru jumătatea de undă negativă. Cei 2 tranzistori sunt menținuți pe pragul de conducere printr-un circuit de polarizare specific pe baze.
Notare che, in questo caso, una certa porzione del segnale viene amplificata da entrambi i dispositivi attivi: in questo modo, si riduce enormemente la distorsione che si ha nella regione di commutazione di questi. Questa distorsione è anche nota con il nome "distorsione di incrocio" (o crossover). Il valore dell'efficienza teorica è compreso fra il 50% e il 78.5% (Classe B)
Classe AB1
Termine che viene impiegato negli amplificatori a valvole in classe AB per indicare che non c'è passaggio di corrente di griglia.
Classe AB2
Termine che viene impiegato negli amplificatori a valvole in classe AB per indicare il passaggio di corrente di griglia, cioè la griglia lavora anche per tensioni positive (rispetto al catodo).
Classe C
Amplifica il 50% del segnale, l'angolo di conduzione è minore di 180°. Con questa tecnica si realizzano amplificatori destinati all'uso in alta frequenza. Adatto per amplificare singoli toni sinusoidali (es. sinusoide fornita da un oscillatore). L'efficienza teorica può rasentare il 100%, anche se i valori effettivi sono compresi tra il 70% e il 90%.
Classe D (equivalentemente Classe S)
Sono amplificatori a commutazione utilizzati spesso per sorgenti digitali la cui massima efficienza li rende particolarmente adatti nell'elettronica di alta potenza.
L'efficienza teorica è del 100%, che si riduce, nella pratica, al 94%: ad esempio, se l'amplificatore in classe D consuma dalla sua alimentazione e quindi dalla rete elettrica alla quale è collegato, 600 watt, allora erogherà una potenza di circa 570 watt alla cassa acustica che ne costituisce il carico ( woofer oppure al tweeter ).
Spesso sono usati come amplificatori audio ma hanno bisogno di un modulatore d'ingresso PWM : in questo modo, al variare dell'ampiezza del segnale di ingresso varia il duty cycle del segnale di uscita che porta l'alimentazione ai finali, un funzionamento che garantisce una bassa dissipazione di potenza.
La scelta della frequenza di commutazione dei MOSFET in uscita è di 250 kHz. Questa scelta è motivata da un trade off tra potenza dissipata negli istanti di accensione e spegnimento dei MOSFET in uscita, e del filtro in uscita, perché quest'ultimo possa ben ricostruire il segnale audio viene tarato ad una frequenza di taglio di circa 70 kHz, media geometrica tra i 20 kHz del segnale audio udibile ei 250 kHz della "prima armonica " (fondamentale) del segnale modulato in PWM.
Classe E
Amplificatore switching ad alta efficienza per radio frequenza, brevettato nel 1976.
Un unico transistor agisce da interruttore, collegato attraverso un'induttanza all'alimentazione e attraverso una rete LC al carico. La rete di carico modula le forme d'onda di corrente e tensione al fine di evitare un'elevata dissipazione di potenza nel transistor. In pratica, in qualsiasi istante almeno una tra tensione e corrente ha valore basso, e il prodotto delle due è minimizzato. Una grossa capacità posta in parallelo al transistor evita che il segnale RF si diffonda all'alimentazione.
A parità di transistor, frequenza e potenza d'uscita è più efficiente di un classe B o di un classe C. Il contenuto armonico è simile a quello di un classe B.
Classe G
Amplificatori in classe AB a cui è stato aggiunto un commutatore della tensione di alimentazione sugli stadi finali. Il passaggio fra alimentazione a bassa tensione e alimentazione a tensione più elevata è dato dall'ampiezza del segnale d'ingresso. La massima efficienza teorica è dell'85.9%.
Uno stadio di uscita di un amplificatore in classe G è costituito da un normale amplificatore in classe AB alimentato attraverso un diodo ed un amplificatore in classe D destinato a fornire una tensione di alimentazione temporanea più alta
La famiglia TDA1170[1] processore di deflessione verticale è un esempio da manuale di stadio finale in classe G limitatamente alla semionda positiva
Vediamo la fig 8 del datasheet a pag 6/23:
Quando la tensione d'uscita dell'amplificatore è al di sotto della soglia di commutazione del comparatore Q3 il transistor Q6 tira a massa il catodo del condensatore elettrolitico esterno
Quando la tensione d'uscita dell'amplificatore supera la soglia di commutazione del comparatore Q3 il transistor Q4 alimenta il catodo del condensatore alla tensione di alimentazione - 1.3V
Questo sistema permette di alimentare lo stadio di uscita ad una tensione quasi doppia di quella normale
Classe H
Amplificatore in classe AB con tensione di alimentazione variabile con continuità a partire da un minimo fisso. La variazione della tensione è determinata dal segnale d'ingresso. La massima efficienza è maggiore dell'85.9 % ma minore del 100%.
Uno stadio di uscita di un amplificatore in classe H è costituito da un normale amplificatore in classe AB alimentato attraverso un diodo ed un amplificatore in classe C destinato a fornire una tensione di alimentazione temporanea più alta
Inizialmente la classe H era realizzata aggiungendo alla classe G più commutatori di tensione, per approssimare l'inviluppo della sinusoide.
T1 e T3 sono i finali di un amplificatore alimentato da D2 e D4
T2 e T4 sono normalmente spenti fino al momento in cui la tensione all'uscita non superi la soglia di conduzione di T2 e T4 posta alcuni V oltre una certa soglia data dalla tensione di Zener dei 2 diodi
Quando il segnale di uscita supera istantaneamente la soglia ci sarà un'amplificazione della tensione di commutazione ed il finale interessato verrà alimentato da una tensione maggiorata ma al contrario della classe G la fotma d'onda al collettore del finale non essendo commutata darà un segnale in uscita più pulito dalle frequenze superiori
Nomi commerciali
Classe T
Marchio registrato da TriPath Company . È un amplificatore in classe D che si distingue per il modulatore PWM, che utilizza un algoritmo proprietario che riduce la distorsione. Un esempio è il T-Amp .
Classe Z
Marchio registrato da Zetex Company. È un amplificatore digitale con un circuito di controreazione digitale. Difetto tipico segnalato dagli audiofili è l'elevata instabilità alle medie frequenze.
Note
- ^ sempre che i finali possano erogare una corrente doppia, doppia tensione=doppia corrente...di solito solo la potenza raddoppia, perché vengono usati su carichi di impedenza doppia, doppia tensione, doppia impedenza=doppia potenza; utili in car-audio, dove con 12 v di alimentazione si possono usare altoparlanti "normali" senza richiedere altoparlanti di impedenza troppo bassa...
- ^ Le classi di un amplificatore , su professionistidelsuono.net (archiviato dall' url originale il 19 luglio 2013) .
- ^ Jacob Millman , Arvin Grabel, Cap. 17 , in Microelettronica , 2ª edizione, McGraw-Hill, 1994, ISBN 978-88-386-0678-6 .
Voci correlate
- Amplificatore acustico
- Amplificatore operazionale
- Onda quadra
- Elettronica
- Transistor
- Mosfet
- Valvola termoionica
- IGBT
- Lock-in amplifier
Altri progetti
-
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file sull' amplificatore
Collegamenti esterni
- ( EN ) Teoria e realizzazione amplificatori a valvole , su angelfire.com .
- ( EN ) Teoria e realizzazione amplificatori a transistor , su funwithtransistors.net .
- L'amplificatore valvolare e la tecnologia delle valvole termoioniche , su polarisaudio.it .
| Controllo di autorità | Thesaurus BNCF 21797 · LCCN ( EN ) sh85004652 · GND ( DE ) 4063236-2 |
|---|
