Vahvistimen särö: piiri, tyypit, kuinka vähentää ja vs vääristymä polkimet

Vahvistin on elektroninen laite, joka vahvistaa pienemmän signaalin tuloa suuremmaksi o/p-signaaliksi. Joten lähtösignaali muuttuu jatkuvasti joidenkin vahvistusarvojen verran. Näitä käytetään langattomassa viestinnässä ja lähetyksissä kaikenlaisissa äänilaitteissa. Ihanteellisissa olosuhteissa vahvistimen vahvistetulla o/p-signaalilla tulisi olla täsmälleen samanlainen aaltomuoto kuin tulosignaalilla. Tätä ihannetilaa ei kuitenkaan saavuteta käytännössä ollenkaan vahvistimet . Siten joitain muutoksia aaltomuodossa voi tapahtua amplitudin nousun lisäksi, joka tunnetaan vääristymänä. Se on ei-toivottu, koska se voi muuttaa signaalin kautta kulkevaa älykkyyttä. Tämä artikkeli tarjoaa lyhyet tiedot vahvistimen säröä , toimiva ja sen sovellukset.

Mikä on vahvistimen vääristymä?

Vahvistimen särö voidaan määritellä seuraavasti; kaikki erot vahvistimen tulosignaalista, joita esiintyy koko vahvistusprosessin aikana ja joka antaa muuttuneen lähtösignaalin suuruuden, muodon, taajuussisällön jne. suhteen. Se johtuu monista tekijöistä, kuten; Epälineaarisuus vahvistimen komponenteissa, väärä esijännite tai vahvistimen ylikuormitus. Vahvistimen särö ei ole toivottavaa, koska se alentaa vahvistetun signaalin arvoa.

Vahvistimen vääristymäpiiri

Vahvistimen vääristymä voidaan ymmärtää esimerkillä a yhteisen emitterin (CE) vahvistinpiiri . Lähtösignaalin vääristymä voi johtua seuraavista syistä.

• Vahvistusta ei välttämättä tapahdu koko signaalijakson aikana väärien esijännitystasojen vuoksi.
• Jos tulosignaali on erittäin suuri, se aiheuttaa vahvistimien transistoreiden rajoittamisen jännitteensyötön kautta.
• Vahvistus ei voi olla lineaarinen signaali koko tulotaajuusalueen yläpuolella, mikä tarkoittaa, että signaalin aaltomuodon vahvistusprosessin aikana tapahtuu vahvistimen vääristymistä.

Vahvistimet on suunniteltu pienten tulojännitesignaalien vahvistamiseen suuremmiksi lähtösignaaleiksi, mikä tarkoittaa, että lähtösignaali muuttuu jatkuvasti vahvistusarvolla, joka kerrotaan tulosignaalilla pääasiassa kaikilla tulotaajuuksilla.

Seuraava yhteinen emitteri (CE) piiri toimii pienille AC-tulosignaaleille, mutta se aiheuttaa ongelmia niiden toiminnassa. Joten BJT-vahvistimen biasointipisteen 'Q' tarkoitettu sijainti riippuu asiaan liittyvästä beeta-arvosta kaikentyyppisille transistoreille.

Yleinen emitterityyppinen transistoripiiri toimii hyvin pääasiassa pienille AC-tulosignaaleille, vaikka sillä on yksi päähaitta, bipolaarisen vahvistimen bias-Q-pisteen laskettu sijainti riippuu pääasiassa kaikenlaisten transistorien vastaavasta Beta-arvosta. Tämä beta-arvo kuitenkin vaihtelee samantyyppisistä transistoreista, mikä tarkoittaa, että yhden transistorin Q-piste ei liity toiseen transistoriin, jolla on samanlainen luokka, johtuen ominaistuotantojen hyväksymisestä. Sen jälkeen tapahtuu vahvistimen säröä, koska vahvistin ei ole lineaarinen. Transistorin ja biasointikomponenttien huolellinen valinta voi auttaa minimoimaan vahvistimen särövaikutuksen.

Vahvistimen särötyypit

On olemassa erilaisia ​​vahvistimen vääristymiä, joita käsitellään alla. Särön tyyppi riippuu pääasiassa transistorin, laitteen reaktanssin ja siihen liittyvän piirin käyttämien ominaisuuksien alueesta.

Epälineaarinen vääristymä

Epälineaarinen vääristymä tapahtuu pääasiassa vahvistimessa aina, kun syötetty tulosignaali on suuri ja aktiivinen laite ohjataan ominaisuuksiensa epälineaariselle alueelle. Tätä vääristymää käytetään kuvaamaan epälineaarista suhdetta vahvistimen tulo- ja lähtösignaalien välillä. Joten tämä vääristymä johtuu järjestelmistä, joissa lähtösignaali ei ole täsmälleen verrannollinen tulosignaaliin ja syntyy keskinäismodulaatiotuotteita tai harmonisia.

Amplitudisärö

Amplitudisärö on epälineaarisen vääristymän tyyppi, joka tapahtuu signaalin huippuarvon sisällä tapahtuvan vaimennuksen vuoksi. Siirtyminen Q-pisteen sisällä ja vahvistus alle 360⁰ signaalissa johtaa pääasiassa amplitudin vääristymiseen. Tämä vääristymä johtuu pääasiassa leikkaamisesta ja virheellisestä painotuksesta. Tiedämme, että jos transistorin biasointipiste on oikea, lähtö on samanlainen kuin vahvistetun muodon sisääntulo. Tämä voidaan ymmärtää seuraavien tapausten kautta.

Oletetaan, että vahvistimessa on riittämätön esijännite, niin Q-piste on lähellä kuormitusviivan pientä puoliskoa. Joten tässä tilanteessa tulosignaalin negatiivinen puolikas leikataan ja saamme vääristyneen vahvistimen lähtösignaalin.

Jos tarjoamme ylimääräisen bias-potentiaalin, Q-piste on kuormitusviivan korkeammalla puolella. Joten tämä ehto tarjoaa lähdön, joka katkaistaan ​​aaltomuodon positiivisessa puoliskossa.
Oikea esijännitys voi myös joskus johtaa vääristymiseen lähdössä, jos tulosignaali on suuri, koska tämä tulosignaali vahvistetaan vahvistimen vahvistuksen kautta. Joten sekä positiivinen että negatiivinen puoli aaltomuodosta leikataan jostain kohdasta, jota kutsutaan leikkaussäröksi.

Lineaarinen vääristymä

Lineaarista säröä esiintyy pääasiassa aina, kun laitteen ohjaamiseen syötetty tulosignaali on pieni ja toimii sen ominaisuuksien lineaarisessa osassa. Joten tämä vääristymä johtuu pääasiassa aktiivisten laitteiden taajuudesta riippuvista ominaisuuksista.

Taajuussärö

Tämän tyyppisessä särössä vahvistustason taajuus muuttuu. Tulosignaali vahvistuksen aikana realistisessa vahvistimessa sisältää perustaajuuden eri taajuuskomponenteilla, joita kutsutaan harmonisiksi.

Harmoninen amplitudi (HA) on vahvistuksen jälkeen melko murto-osa perusamplitudista. Se ei aiheuta vakavaa syytä lähtöaaltomuotoon. Jos HA menee vahvistuksen jälkeen korkeaan arvoon, sen vaikutusta ei voida välttää, koska se näkyy lähdössä.

Tässä tulolla on perustaajuus, mukaan lukien harmoniset. Joten näiden kahden yhdistelmä vahvistuksessa tuottaa vääristyneen signaalin lähdössä. Se tapahtuu joko reaktiivisten elementtien esiintymisen vuoksi (tai) vahvistinpiirin elektrodikapasitanssien kautta.

Vaihe vääristymä

Vaihevääristymää kutsutaan myös vahvistimen viivevääristymäksi, koska aina kun tulo- ja lähtösignaalin välillä on aikaviive, sen sanotaan olevan vaihevääristymä. Tämä vääristymä johtuu pääasiassa sähköisestä reaktanssista. Aiemmin olemme keskustelleet siitä, että signaali sisältää eri taajuuskomponentteja, joten aina kun eri taajuuksilla tapahtuu erilaisia ​​vaihesiirtoja, tapahtuu vaihevääristymää. Tämän tyyppisellä säröllä ei ole käytännön merkitystä audiovahvistimissa, koska ihmiskorva on tuntematon vaihesiirrolle. Kestävän tai sietämättömän vääristymän tyyppi ja määrä riippuu pääasiassa vahvistimen sovelluksesta. Yleensä järjestelmän toimintaan vaikuttaa yksinkertaisesti aina, kun vahvistin aiheuttaa äärimmäistä säröä.

Vääristymisen syyt

Vahvistimissa esiintyy säröä pääasiassa tärkeimmistä syistä, joita käsitellään alla.

• Vääristymistä esiintyy pääasiassa väärän esijännityksen vuoksi aina, kun tulosignaalia ei vahvisteta tulosignaalin koko syklin ajan.
• Se tapahtuu, kun syötetty tulosignaali on erittäin suuri.
• Joskus vahvistimen vääristymiä syntyy aina, kun vahvistus ei ole lineaarinen koko taajuusalueen yläpuolella.
• Vahvistimen särö voi johtua eri tekijöistä; Epälineaarisuus vahvistimen komponenteissa, kuten transistoreissa tai putkissa.
• Lisäksi impedanssin epäsuhta, virtalähteen rajoitukset ja signaalin katkeaminen voivat myös vaikuttaa vahvistimen vääristymiseen. Nämä tekijät johtavat siis signaalin vahvistukseen, joka muuttuu tulosignaalista ja johtaa alkuperäiseen signaalin vääristymiseen.
• Yleensä harmoninen särö voi aiheuttaa vahvistimissa
• Harmoninen särö on eräänlainen vahvistimessa esiintyvä särö, jonka yleensä aiheuttaa vahvistin, joka tarvitsee enemmän jännitettä kuin sen teholähde pystyy tarjoamaan.
• Tämä voi tapahtua myös joidenkin sisäisten piirien osien ylittäessä lähtökykynsä.
• Harmoninen vääristymä johtuu transistorien epälineaarisuudesta.
• Tämä johtuu pääasiassa aktiivisten laitteiden taajuusriippuvista ominaisuuksista.
• Vahvistimien amplitudisäröä esiintyy pääasiassa aina, kun taajuusaaltomuodon huippuarvot vaimentuvat Q-pisteen sisäisen siirtymän vuoksi.

Kuinka vähentää harmonista säröä vahvistimissa

Harmoninen vääristymä (HD) on yksi suurimmista ongelmista, joka aiheuttaa erilaisia ​​ongelmia, kuten; ylikuuluminen, signaalin eheysongelmat ja EMI (sähkömagneettiset häiriöt). Se voi johtua monista syistä ja on olemassa erilaisia ​​tapoja vähentää tai poistaa harmonisia vääristymiä, joita käsitellään alla.

• Differentiaalinen signalointi on yksi menetelmistä, joita käytetään vähentämään harmonista säröä, joka voi kumota erilaisia ​​harmonisia.
• Toinen tapa on käyttää teholähteitä, joiden lähtöimpedanssi on pieni, mikä voi myös auttaa vähentämään harmonisia.
• Verkon uudelleenkonfigurointi on toimenpide, joka auttaa vähentämään yliaaltoja, kun käyttäjät luovat suuria harmonisia. Nämä harmoniset yliaallot tunnistetaan ja luokitellaan niiden tuottamien harmonisten tyypin mukaan.
• Monipulssimuuntimien lisääminen harmonisten kumoamiseen puoli- ja täysaaltomuuntimien käytön aikana auttaa poistamaan yliaaltoja.
• Vaiheen tasapainotus on vielä yksi tekniikka, joka sopii yliaaltojen vähentämiseen.
• Sarjareaktorit vähentävät yliaaltoja terästehtaissa ja sulatuksessa.
• Differentiaalisignalointi on menetelmä, jota käytetään usein nopeissa digitaalisissa järjestelmissä kohinan ja ylikuulumisen vähentämiseksi. Differentiaalisen signaloinnin kaksi signaalia lähetetään erillisillä johtimilla, jolloin yksi signaali on toisen vastakohta. Tämän jälkeen vastaanottava laite yhdistää kaksi signaalia ja kaikki yhteistilan kohina voidaan poistaa.
• Teholähteet, joiden lähtöimpedanssi on matala, voivat myös auttaa vähentämään yliaaltoja.
• Matalan impedanssin teholähteessä on vähemmän jännitehäviötä aina, kun virtaa otetaan, joten se voi auttaa vähentämään tai poistamaan monia harmoniseen säröön liittyviä ongelmia.

Kuinka mitata vahvistimen säröä?

Vahvistimen säröä voidaan mitata käyttämällä analogisia spektrianalysaattoreita. Useimmissa spektrianalysaattoreissa on 50 ohmin tulot, joten DUT:n ja analysaattorin väliin tarvitaan eristysvastus >50 ohmin DUT-kuormien simuloimiseksi.

Kun spektrianalysaattori on säädetty pyyhkäisynopeudelle, herkkyydelle ja kaistanleveydelle, tarkista se varovasti tulon ylinopeuden varalta. Yksinkertaisin tekniikka on käyttää muuttuvaa vaimenninta 10 dB:n vaimennuksen asettamiseen analysaattorin tulopolulle. Sekä signaali että mahdolliset harmoniset yliaallot on vaimennettava tietyllä määrällä spektrianalysaattorin näytöltä. Jos harmoniset yliaallot vaimentuvat >10 dB, analysaattorin tulovahvistin aiheuttaa vääristymiä ja herkkyyttä on pienennettävä. Useilla analysaattoreilla on etulevyn päällä painike, joka lisää tunnetun määrän vaimennusta samalla kun varmistetaan ylikierros.

Ero b/w vahvistimen särö vs särön polkimet

Tärkeimmät erot vahvistimen särö- ja säröpolkimien välillä käsitellään alla.

Tämä on siis yleiskatsaus vahvistimesta vääristymä, toimii , ja sen sovellukset. Se viittaa mihin tahansa tulosignaalin vaihteluun, joka tapahtuu vahvistusprosessissa lähtösignaalin tuottamiseksi. Tätä signaalia muutetaan taajuuden, muodon, suuruuden jne. suhteen. Se johtuu erilaisista tekijöistä, kuten; epälineaarisuus vahvistimen komponenteissa, virheellinen esijännite tai vahvistimen ylikuormitus. Saatavilla on erilaisia ​​vääristymiä, joilla on erityisiä ominaisuuksia ja syitä. Yleensä vahvistimen vääristymä ei ole toivottavaa, koska se voi heikentää vahvistetun signaalin arvoa. Tässä on sinulle kysymys, mikä on vahvistin?