Zkreslení zesilovače: Obvod, typy, jak snížit a vs. zkreslení pedály

Zesilovač je elektronické zařízení, které zesiluje vstup menšího signálu na větší o/p signál. Výstupní signál se tedy plynule mění o nějaké hodnoty zesílení. Ty se používají v rámci bezdrátové komunikace a vysílání ve všech druzích audio zařízení. V ideálních podmínkách by měl mít zesílený o/p signál zesilovače podobný průběh přesně jako vstupní signál. Tento ideální stav však není v praxi vůbec dosažen zesilovače . Kromě nárůstu amplitudy, který je známý jako zkreslení, se tedy mohou objevit některé modifikace v průběhu vlny. Je nežádoucí, protože může pozměnit inteligenci přenášenou signálem. Tento článek poskytuje stručné informace o zkreslení zesilovače , práci a její aplikace.

Co je zkreslení zesilovače?

Zkreslení zesilovače lze definovat jako; jakýkoli rozdíl od vstupního signálu zesilovače, ke kterému dochází v průběhu zesilovacího procesu a dává změněný výstupní signál, pokud jde o velikost, tvar, frekvenční obsah atd. Vzniká v důsledku mnoha faktorů, jako je; nelinearita součástí zesilovače, nesprávné předpětí nebo přetížení zesilovače. Zkreslení zesilovače je nežádoucí, protože zhoršuje hodnotu zesíleného signálu.

Zkreslený obvod zesilovače

Zkreslení zesilovače lze pochopit na příkladu a obvod zesilovače se společným emitorem (CE). . Ke zkreslení výstupního signálu může dojít z následujících důvodů.

• K zesílení nemusí dojít během celého cyklu signálu kvůli nesprávným úrovním předpětí.
• Pokud je vstupní signál velmi velký, pak to způsobí, že tranzistory zesilovačů jsou omezeny napájecím napětím.
• Zesílení nemůže být lineární signál nad celým vstupním frekvenčním rozsahem, což znamená, že během procesu zesílení průběhu signálu dojde ke zkreslení zesilovače.

Zesilovače jsou určeny pro zesilování malých vstupních napěťových signálů na větší výstupní signály, což znamená, že výstupní signál se bude neustále měnit o hodnotu zesílení, která je násobena vstupním signálem hlavně pro všechny vstupní frekvence.

Následující obvod se společným emitorem (CE) pracuje pro malé vstupní střídavé signály, ale způsobuje určité problémy při jejich činnosti. Takže zamýšlená poloha předpětí „Q“ zesilovače BJT závisí na související hodnotě Beta pro všechny typy tranzistorů.

Obvod tranzistoru se společným emitorem funguje dobře hlavně pro malé vstupní střídavé signály, ačkoli trpí jednou hlavní nevýhodou, vypočítaná poloha Q-bodu předpětí bipolárního zesilovače závisí hlavně na související hodnotě Beta všech druhů tranzistorů. Tato hodnota beta však kolísá od podobných druhů tranzistorů, což znamená, že Q-bod jednoho tranzistoru nesouvisí s jiným tranzistorem s podobnou kategorií z důvodu akceptace charakteristických produkcí. Poté dojde ke zkreslení zesilovače, protože zesilovač není lineární. Pečlivý výběr komponent tranzistoru a předpětí může pomoci minimalizovat efekt zkreslení zesilovače.

Typy zkreslení zesilovače

Existují různé typy zkreslení zesilovače, které jsou popsány níže. Typ zkreslení závisí hlavně na oblasti charakteristik, které jsou využívány tranzistorem, reaktanci zařízení a přidruženým obvodem.

Nelineární zkreslení

K nelineárnímu zkreslení dochází hlavně v zesilovači, kdykoli je použitý vstupní signál velký a aktivní zařízení je řízeno do nelineární oblasti svých charakteristik. Toto zkreslení se používá k popisu nelineárního vztahu mezi vstupními a výstupními signály zesilovače. Takže toto zkreslení je výsledkem systémů, kde výstupní signál není přesně úměrný vstupnímu signálu a jsou generovány intermodulační produkty nebo harmonické.

Amplitudové zkreslení

Amplitudové zkreslení je druh nelineárního zkreslení, ke kterému dochází v důsledku útlumu v rámci vrcholové hodnoty signálu. Posun v rámci bodu Q a zesílení pod 360⁰ signálu vede hlavně ke zkreslení amplitudy. K tomuto zkreslení dochází hlavně kvůli oříznutí a nesprávnému vychýlení. Víme, že pokud je bod předpětí tranzistoru správný, výstup je podobný vstupu v rámci zesíleného tvaru. To lze pochopit prostřednictvím následujících případů.

Předpokládejme, že zesilovač je vybaven nepřiměřeným předpětím, pak bude bod Q ležet blízko menší poloviny zatěžovací čáry. Takže v tomto stavu je záporná polovina vstupního signálu oříznuta a získáváme zkreslený výstupní signál zesilovače.

Pokud poskytneme další potenciál zkreslení, pak bude bod Q na vyšší straně čáry zatížení. Takže tato podmínka poskytuje výstup, který bude odříznut v kladné polovině průběhu.
Správné předpětí může také někdy vést ke zkreslení na výstupu v případě, že je vstupní signál velký, protože tento vstupní signál je zesílen zesílením zesilovače. Takže jak kladná, tak záporná polovina průběhu bude oříznuta v určité části, která se nazývá ořezové zkreslení.

Lineární zkreslení

Lineární zkreslení se vyskytuje hlavně tehdy, když je vstupní signál aplikovaný k řízení zařízení malý a funguje v lineární části jeho charakteristik. K tomuto zkreslení tedy dochází hlavně kvůli frekvenčně závislým charakteristikám aktivních zařízení.

Frekvenční zkreslení

U tohoto typu zkreslení se úroveň zesílení mění ve frekvenci. Vstupní signál během zesílení v realistickém zesilovači obsahuje základní frekvenci s různými frekvenčními složkami, které se nazývají harmonické.

Harmonická amplituda (HA) po zesílení je poměrně zlomkem základní amplitudy. Nezpůsobuje žádnou závažnou příčinu výstupní vlny. Pokud HA po amplifikaci jde na vysokou hodnotu, nelze se jejímu účinku vyhnout, protože je viditelný na výstupu.

Zde má vstup základní frekvenci včetně harmonických. Takže kombinace těchto dvou na zesílení poskytuje zkreslený signál na výstupu. Stává se to buď kvůli výskytu reaktivních prvků (nebo) prostřednictvím kapacit elektrod obvodu zesilovače.

Fázové zkreslení

Fázové zkreslení se také nazývá zkreslení zpoždění v zesilovači, protože kdykoli dojde k časovému zpoždění mezi vstupním a výstupním signálem, pak se říká, že jde o fázově zkreslený signál. K tomuto zkreslení dochází hlavně kvůli elektrické reaktanci. Dříve jsme diskutovali o tom, že signál obsahuje různé frekvenční složky, takže kdykoli na různých frekvencích dochází k různým fázovým posunům, dochází k fázovému zkreslení. Tento typ zkreslení nemá u audio zesilovačů žádný praktický význam, protože lidské ucho je necitlivé na fázový posun. Typ a množství zkreslení, které je snesitelné nebo nesnesitelné, závisí hlavně na aplikaci zesilovače. Obvykle bude činnost systému ovlivněna jednoduše vždy, když zesilovač způsobí extrémní zkreslení.

Důvody zkreslení

Ke zkreslení v zesilovačích dochází hlavně z hlavních důvodů, které jsou diskutovány níže.

• Ke zkreslení dochází hlavně kvůli nesprávnému předpětí, kdykoli není vstupní signál zesílen po celý cyklus vstupního signálu.
• Objevuje se, když je použitý vstupní signál velmi velký.
• Někdy dochází ke zkreslení zesilovače, kdykoli zesílení není lineární nad celým frekvenčním rozsahem.
• Zkreslení zesilovače může být způsobeno různými faktory; nelinearity v součástech zesilovače, jako jsou tranzistory nebo elektronky.
• Kromě toho může ke zkreslení zesilovače přispívat také nesoulad impedance, omezení napájení a ořezávání signálu. Tyto faktory tedy vedou k zesílení signálu, které se mění od vstupního signálu a vede k původnímu zkreslení signálu.
• Obecně může být způsobeno harmonické zkreslení uvnitř zesilovačů
• Harmonické zkreslení je typ zkreslení v zesilovači, ke kterému obvykle dochází u zesilovače, který potřebuje větší napětí, než jaké může poskytnout napájecí zdroj.
• K tomu může dojít také u některých částí vnitřního obvodu, které překračují svou výstupní schopnost.
• Harmonické zkreslení vzniká v důsledku nelinearit tranzistorů.
• K tomu dochází hlavně kvůli frekvenčně závislým charakteristikám aktivních zařízení.
• Amplitudové zkreslení v zesilovačích se vyskytuje hlavně vždy, když jsou špičkové hodnoty frekvenčního průběhu zeslabeny v důsledku posunu v Q-bodu.

Jak snížit harmonické zkreslení v zesilovačích

Harmonické zkreslení (HD) je jedním z hlavních problémů, které způsobují různé problémy, jako je; přeslechy, problémy s integritou signálu a EMI (elektromagnetické rušení). Může to být způsobeno mnoha důvody a existují různé způsoby, jak snížit nebo odstranit harmonické zkreslení, které je diskutováno níže.

• Diferenciální signalizace je jednou z metod používaných pro snížení harmonického zkreslení, které může rušit různé harmonické.
• Další metodou je použití napájecích zdrojů s nízkou výstupní impedancí, které mohou také pomoci při snižování harmonických.
• Rekonfigurace sítě je postup, který pomáhá při snižování harmonických tam, kde uživatelé generují velké harmonické. Tyto harmonické jsou identifikovány a klasifikovány v závislosti na typu harmonických, které produkují.
• Přidání vícepulzních konvertorů pro potlačení harmonických v průběhu využívání půlvlnných a celovlnných konvertorů pomáhá eliminovat harmonické.
• Fázové vyvažování je další technika, která je vhodná pro snížení harmonických.
• Sériové reaktory snižují harmonické složky v ocelárnách a hutích.
• Diferenciální signalizace je metoda, která se často používá ve vysokorychlostních digitálních systémech pro snížení efektů šumu a přeslechů. Dva signály v diferenciální signalizaci jsou přenášeny po samostatných vodičích, přičemž jeden signál je opakem druhého. Poté přijímací zařízení sloučí dva signály a jakýkoli šum v běžném režimu může být zrušen.
• Napájecí zdroje prostřednictvím nízké výstupní impedance mohou také pomoci při snižování harmonických.
• Nízkoimpedanční napájecí zdroj má menší pokles napětí, kdykoli je odebírán proud, takže může pomoci snížit nebo odstranit mnoho problémů, které se vyskytují s harmonickým zkreslením.

Jak změřit zkreslení zesilovače?

Zkreslení zesilovače lze měřit pomocí analogových spektrálních analyzátorů. Většina spektrálních analyzátorů má 50ohmové vstupy, takže pro simulaci zátěže DUT > 50ohmů je mezi DUT a analyzátorem vyžadován izolační odpor.

Jakmile je spektrální analyzátor nastaven na rychlost rozmítání, citlivost a šířku pásma, opatrně jej ověřte, zda nedochází k přebuzení vstupu. Nejjednodušší technikou je použití proměnného atenuátoru k nastavení 10dB útlumu na vstupní cestě analyzátoru. Signál i jakékoli harmonické musí být zeslabeny prostřednictvím nastavené hodnoty monitorované na displeji spektrálního analyzátoru. Pokud jsou harmonické zeslabeny o >10dB, pak vstupní zesilovač analyzátoru způsobuje zkreslení a je nutné snížit citlivost. Několik analyzátorů má na horní straně přední desky tlačítko pro zavedení známého množství útlumu při ověřování přebuzení.

Rozdíl zkreslení černobílého zesilovače a zkreslení pedálů

Hlavní rozdíly mezi zkreslením zesilovače a zkreslenými pedály jsou diskutovány níže.

Toto je tedy přehled zesilovače zkreslení, prac a její aplikace. Vztahuje se k jakékoli odchylce od vstupního signálu, ke které dochází v procesu zesílení za účelem poskytnutí výstupního signálu. Tento signál je měněn, pokud jde o frekvenci, tvar, velikost atd. Vyskytuje se v důsledku různých faktorů, jako je; nelinearity v součástech zesilovače, nesprávné předpětí nebo přetížení zesilovače. K dispozici jsou různé druhy zkreslení, které mají specifické vlastnosti a příčiny. Obecně je zkreslení zesilovače nežádoucí, protože může zhoršit hodnotu zesíleného signálu. Zde je pro vás otázka, co je zesilovač?