Amplifikatör, bir güç kaynağı yardımıyla sinyali yükseltmek veya sinyalin gücünü artırmak için kullanılan iki portlu bir elektronik cihazdır. Güç, amplifikatörün giriş terminali aracılığıyla sağlanır. Amplifikatörün çıkışı artan genlik vb. olabilir.
Amplifikatörün kazancı onun amplifikasyonunu belirler. Bir cihazın çıkışını belirleyen ana faktördür. Amplifikatörler hemen hemen her tür elektronik bileşende kullanılır. Kazanç, çıkış parametresinin (güç, akım veya voltaj) giriş parametresine oranı olarak hesaplanır.
Amplifikatörler otomasyon, denizcilik, sensörler vb. gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır. Bir amplifikatörün güç kazancı genellikle birden büyüktür. İdeal bir amplifikatörün bazı temel özelliklerini anlayalım.
Burada tartışacağız ideal bir yükselteç, yükselteç çeşitleri, özellikleri, fonksiyonları, Ve amplifikatör uygulamaları .
Hadi başlayalım.
İdeal Amplifikatör
Aşağıda listelenen ideal bir amplifikatörün özelliklerini ele alalım:
- Giriş empedansı: Sonsuz
- Çıkış empedansı: Sıfır
- Farklı frekanslarda kazanç: Sabit
Bir amplifikatörün giriş portu voltaj kaynağı veya akım kaynağı olabilir. Gerilim kaynağı yalnızca giriş gerilimine bağlıdır ve akım kabul etmez. Benzer şekilde, akım kaynağı akımı kabul eder ve voltajı kabul etmez. Çıkış, porttaki voltaj veya akımla orantılı olacaktır.
İdeal bir amplifikatörün çıkışı, bağımlı bir akım kaynağı veya bağımlı bir voltaj kaynağı olabilir. Bağımlı gerilim kaynağının kaynak direnci sıfır, bağımlı akım kaynağınınki ise sonsuzdur.
Bağımlı kaynağın voltajı veya akımı yalnızca giriş voltajına veya akımına bağlıdır. Bu, çıkış voltajının giriş voltajına bağlı olacağı ve çıkış akımının sırasıyla giriş akımından bağımsız voltaj kaynağına ve akım kaynağına bağlı olacağı anlamına gelir.
İdeal amplifikatörler ayrıca şu şekilde kategorize edilir: CCCS (Akım Kontrol Akım Kaynağı), CCVS (Akım Kontrol Gerilim Kaynağı), VCV'ler (Gerilim Kontrolü Gerilim Kaynağı) ve VCC'ler (Voltaj Kontrolü Akım Kaynağı).
liste dizesi java
CCVS ve CCCS'nin giriş empedansı sıfır iken VCCS ve VCVS sonsuzdur. Benzer şekilde, CCCS ve VCCS'nin çıkış empedansı sonsuzdur, CCVS ve VCVS'ninki ise sıfırdır.
Amplifikatör Türleri
Farklı amplifikatör türlerini tartışalım.
Operasyonel Yükselteçler
İşlemsel Yükselteçler veya Op-amp'ler, toplama, farklılaşma, çıkarma, entegrasyon vb. gibi çeşitli matematiksel işlemleri gerçekleştiren yüksek kazançlı doğrudan bağlı (DC) amplifikatörlerdir.
İki giriş terminali ve bir çıkış terminali vardır. Giriş terminallerine evirici ve evirici olmayan terminaller denir. Evirici terminale uygulanan sinyal, fazı ters çevrilmiş olarak görünecektir ve evirici olmayan terminale uygulanan sinyal, çıkış terminalinde herhangi bir faz evrilmesi olmadan görünecektir.
Evirici girişte uygulanan voltaj V- olarak temsil edilir ve evirici olmayan girişte voltaj V+ olarak temsil edilir.
Not: İdeal bir op-amp'in çıkış empedansı ve kayması 0'dır. İdeal bir op-amp'in voltaj kazancı, giriş empedansı ve bant genişliği sonsuzdur.
İşlemsel yükselteçler ayrıca Ters Çeviren ve Ters Çevirmeyen Yükselteçler olarak kategorize edilir. Yukarıdaki iki tür işlemsel yükselteci ayrıntılı olarak tartışalım.
Uygulamalar
Op-amp'ler elektronikte çeşitli uygulamalarda kullanılır. Örneğin,
- Filtreler
- Gerilim karşılaştırıcısı
- Entegratör
- Akım-voltaj dönüştürücü
- Yaz amplifikatörü
- Faz değiştirici
Bir amplifikatörün evirici ve evirici olmayan girişi aşağıda gösterilmiştir:
Ters Çevirici Amplifikatör
Ters çevirici amplifikatör aşağıda gösterilmiştir:
Op-amp'in voltaj şönt geri besleme konfigürasyonudur. Op-amp'in evirici girişine uygulanan bir sinyal voltajı, I1 akımının op-amp'e akışıyla sonuçlanır. Op-amp'in giriş empedansının sonsuz olduğunu biliyoruz. Akımın amplifikatöre akmasına izin vermeyecektir. Akım, çıkış döngüsünden (R2 direnci aracılığıyla) op-amp'in çıkış terminaline akacaktır.
Evirici amplifikatörün çıkış terminalindeki voltaj kazancı şu şekilde hesaplanır:
A =Vo/Vs = -R2/R1
Nerede,
Vo ve Vs çıkış ve sinyal voltajıdır.
Negatif işaret, amplifikatörün çıkışının girişle 180 derece faz dışı olduğunu gösterir.
Ters çevirici amplifikatör en çok kullanılan op-amp'lerden biridir. Çok düşük giriş ve çıkış empedanslarına sahiptir.
Ters Çevirmeyen Amplifikatör
Evirici olmayan amplifikatör aşağıda gösterilmiştir:
Yukarıdaki konfigürasyon voltaj serisi geri besleme bağlantısıdır. Op-amp'in evirmeyen girişine uygulanan bir sinyal voltajı, I1 akımının op-amp'e ve I2 akımının op-amp'ten dışarı akışıyla sonuçlanır.
Sanal kısa devre kavramına göre I1 = I2 ve Vx =Vs.
Evirici olmayan amplifikatörün voltaj kazancı şu şekilde hesaplanabilir:
dize işlevleri java
bir = Bir + (R2/R1)
Evirici olmayan amplifikatörler yüksek giriş ve düşük çıkış empedanslarına sahiptir. Aynı zamanda voltaj yükselticisi olarak da kabul edilir.
DC Amplifikatörler
DC veya Doğrudan Bağlı Yükselteçler, düşük frekanslı ve doğrudan bağlı sinyalleri yükseltmek için kullanılır. Bir DC amplifikatörün iki aşaması, bu aşamalar arasında doğrudan bir bağlantı kullanılarak birbirine bağlanabilir.
Doğrudan bağlantı basit ve kolay bir bağlantı türüdür. Birinci aşama transistörün toplayıcısının T1 ve T2 olarak belirtilen ikinci aşama transistör tabanına doğrudan bağlanmasıyla hesaplanabilir.
Ancak DC yükselteçler, sürüklenme kayması ve seviye kayması adı verilen iki soruna neden olur. Diferansiyel Amplifikatörün tasarımı bu tür sorunları ortadan kaldırdı. Diferansiyel amplifikatörü tartışalım.
Diferansiyel Amplifikatörler
Diferansiyel amplifikatörün yapısı, sürüklenme ve seviye kayması problemini çözdü. Yapı iki parçadan oluşuyor BJT (Bipolar Bağlantı Transistörü) amplifikatörleri yalnızca güç kaynağı hatları üzerinden bağlanır. Aşağıda gösterildiği gibi amplifikatörün çıkışı bireysel girişler arasındaki fark olduğundan diferansiyel amplifikatör olarak adlandırılır:
Vo = A (Vi1 - Vi2)
Nerede,
Vo çıkıştır ve Vi1 ve Vi2 iki giriştir.
A, diferansiyel amplifikatörün kazancıdır.
Şimdi eğer
Rudyard Kipling'in satır satır açıklamasıyla
Vi1 = -Vi2
Vo = 2AVi1 = 2AVi
Yukarıdaki işleme denir diferansiyel mod operasyon. Burada giriş sinyalleri birbirleriyle faz dışıdır. Bu tür faz dışı sinyaller, fark modu (DM) sinyalleri olarak bilinir.
Eğer,
Vi1 = Vi2
Vo = A (Vi1 - Vi1)
= 0
Bu operasyon şu şekilde bilinir: ortak mod (CM) çünkü giriş sinyalleri birbiriyle aynı fazdadır. Bu tür sinyallerin çıkışının sıfır olması amplifikatörde herhangi bir sapma olmayacağını gösterir.
Güç Amplifikatörleri
Güç amplifikatörleri de denir akım amplifikatörleri . Bu amplifikatörlerin, yükleri kolayca sürmek için gelen sinyalin akım seviyesini yükseltmesi gerekir. Güç amplifikatörlerinin türleri arasında ses güç amplifikatörleri, radyo frekansı güç amplifikatörleri vb. bulunur.
Güç amplifikatörleri A Sınıfı, AB Sınıfı, B Sınıfı ve C Sınıfı amplifikatörler olarak sınıflandırılır. Bu konunun ilerleyen kısımlarında güç amplifikatörü sınıflarını tartışacağız.
Anahtar Modu Amplifikatörler
Anahtarlamalı amplifikatörler, yüksek verimliliğe sahip bir tür doğrusal olmayan amplifikatördür.
git yeniden tabanı
Bu tür amplifikatörlerin yaygın bir örneği D sınıfı amplifikatörlerdir.
Enstrümantal Amplifikatör
Enstrümantal amplifikatör, analog algılama ve ölçüm cihazlarında kullanılır. Bir örnek düşünelim.
Çok düşük voltajları ölçmek için kullanılan bir voltmetrenin düzgün çalışması için bir Enstrümantal amplifikatör gerekir. Çok yüksek voltaj kazancı, iyi izolasyon, çok düşük gürültü, düşük güç tüketimi, geniş bant genişliği gibi çeşitli özelliklere sahiptir.
Olumsuz geribildirim
Negatif geri besleme, amplifikatörlerdeki distorsiyonu ve bant genişliğini kontrol etmek için temel özelliklerden biridir. Negatif geri beslemenin temel amacı sistemin kazancını azaltmaktır. Çıkışın karşı fazdaki kısmı girişe geri beslenir. Değer girdiden daha da çıkarılır. Bozulmuş çıkış sinyalinde, distorsiyonlu çıkış ters fazda geri beslenir. Girdiden çıkarılır; yükselteçlerdeki negatif geri beslemenin doğrusal olmayışları ve istenmeyen sinyalleri azalttığını söyleyebiliriz.
Aşağıdaki resim olumsuz geri bildirimi temsil etmektedir:
Negatif geri beslemenin yardımıyla çapraz bozulma ve diğer fiziksel hatalar da ortadan kaldırılabilir. Negatif geri besleme kullanmanın diğer avantajları bant genişliğinin genişletilmesi, sıcaklık değişikliklerinin düzeltilmesi vb.'dir.
Negatif geri besleme, voltaj negatif geri beslemesi veya akım negatif geri beslemesi olabilir. Her iki durumda da gerilim veya akım geri beslemesi çıkışla orantılıdır.
Olumlu ve olumsuz geri bildirimleri karıştırmamalıyız. Olumlu geri bildirim değişimi güçlendirme eğilimindeyken, olumsuz geri bildirim değişimi azaltma eğilimindedir. Diğer bir fark ise pozitif geri beslemede giriş ve çıkış sinyallerinin aynı fazda olması ve eklenmesidir. Negatif geri besleme durumunda giriş ve çıkış sinyalleri faz dışıdır ve çıkarılır.
Amplifikatördeki aktif cihazlar
Amplifikatör, amplifikasyon işleminden sorumlu olan bazı aktif cihazlardan oluşur. Tek bir transistör, vakum tüpü, katı hal bileşeni veya Entegre devrelerin herhangi bir parçası olabilir.
java boole dizesi
Aktif cihazları ve amplifikasyon sürecindeki rollerini tartışalım.
BJT
BJT yaygın olarak şu şekilde bilinir: akım kontrollü cihaz. Bipolar Bağlantı Transistörleri, amplifikatörlerdeki akımı yükseltmek için anahtar olarak kullanılır.
MOSFET
MOSFET veya Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistörler Elektronik sinyallerin yükseltilmesinde yaygın olarak kullanılır. MOSFET'ler kapı voltajını kontrol ederek iletkenliği değiştirmek için kullanılabilir. MOSFET ayrıca zayıf sinyalin gücünü de artırabilir. Bu nedenle MOSFET'ler amplifikatör olarak kullanılabilir.
Vakum tüplü amplifikatörler
Vakum tüplü amplifikatör, kaynak cihaz olarak vakum tüplerini kullanır. Sinyalin genliğini arttırmak için kullanılır. Mikrodalga frekanslarının altındaki tüp amplifikatörlerin yerini 19. yüzyılın sonlarında katı hal amplifikatörleri aldı.oyüzyıl.
Mikrodalga amplifikatörler
Mikrodalga yükselteçleri mikrodalga sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Giriş sinyalinin seviyesini çok az bozulmayla yükseltmek için kullanılır. Ayrıca elektrik gücünü de değiştirebilir veya artırabilir. Mikrodalga frekanslarında katı hal cihazlara kıyasla daha iyi tek cihaz çıkışı sağlar.
Manyetik amplifikatörler
Manyetik amplifikatörler 20. yüzyılda geliştirildi.oVakum tüplü amplifikatörlerin dezavantajlarının (yüksek akım kapasitesi ve gücü) üstesinden gelmek için yüzyılda. Manyetik amplifikatörler transistörlere benzer. Kontrol bobinine (başka bir sarım bobini) enerji vererek çekirdeğin manyetik gücünü kontrol eder.
Entegre devreler
Entegre devreler, kapasitörler ve transistörler gibi çeşitli elektronik cihazları barındırabilir. IC'nin popülaritesi elektronik cihazları da tüm dünyaya yaydı.
Güç Amplifikatörü Sınıfları
Güç amplifikatörü sınıfları şu şekilde sınıflandırılır: A sınıfı, B sınıfı, AB sınıfı, Ve C sınıfı . Güç amplifikatörü sınıflarının kısa bir tanımını tartışalım.
A Sınıfı güç amplifikatörleri
A sınıfı amplifikatörün girişi küçüktür, bu nedenle çıkış da küçüktür. Bu nedenle fazla güç amplifikasyonu üretmez. Transistörler ile voltaj yükselteçleri olarak kullanılabilir. Vakum pentotlu A Sınıfı amplifikatörler, hoparlörler gibi yükleri çalıştırmak için tek bir güç amplifikasyon aşaması da sağlayabilir.
B Sınıfı güç amplifikatörleri
BJT'ler genellikle hoparlörler gibi yükleri çalıştırmak için B Sınıfı güç amplifikatörlerine ihtiyaç duyar. B sınıfı amplifikatörlerin girişi büyüktür, dolayısıyla çıkış da çok büyüktür. Böylece büyük bir amplifikasyon üretir. Ancak tek bir transistör durumunda giriş sinyalinin yalnızca yarısı güçlendirilir.
AB sınıfı güç amplifikatörleri
AB güç amplifikatörlerinin konfigürasyonu A sınıfı ve B sınıfı amplifikatörler arasındadır. AB Sınıfı amplifikatörler, B sınıfı güç amplifikatörlerinin yüksek çıkışı ile A sınıfı güç amplifikatörlerinin düşük distorsiyonunun birleştirilmesiyle üretilir.
Çıkışların küçük olması durumunda AB sınıfı güç amplifikatörü A sınıfı gibi davranabilir. Çıkışların çok büyük olması durumunda B sınıfı güç amplifikatörü gibi davranabilir.
C sınıfı güç amplifikatörleri
C sınıfı güç yükselteçlerinin iletim elemanı transistörlerdir. Daha iyi verime sahiptir, ancak yarım döngüden daha az iletim nedeniyle büyük distorsiyona neden olur. Bu nedenle ses uygulamalarında C sınıfı güç amplifikatörleri tercih edilmemektedir. Bu tür amplifikatörlerin yaygın uygulamaları arasında radyo frekans devreleri bulunur.
Amplifikatörün Özellikleri
Yükselteçler giriş ve çıkış özelliklerine göre tanımlanır. Amplifikatörün kazancı onun amplifikasyonunu belirler. Dolayısıyla kazanç ve çarpma faktörleri amplifikatörlerin iki temel özelliğidir.
Aşağıda listelenen farklı parametrelerle tanımlanan özellikleri tartışalım:
Bir amplifikatörün kazancı, çıkışın (güç, akım veya voltaj) girişe oranı olarak hesaplanır. Amplifikatörün amplifikasyonunu belirler. Örneğin, girişi 10 volt ve çıkışı 60 volt olan bir sinyalin kazancı 6 olacaktır.
Kazanç = Çıkış/Giriş
Kazanç = 60/10
Kazanç = 6
Kazanç dB (desibel) birimiyle ifade edilir. Pasif bileşenlerin kazancı genellikle birden az, aktif bileşenlerin kazancı ise 1'den büyüktür.
Bant genişliği ölçülen genişlik olarak tanımlanır. Hertz kullanışlı frekans aralığı.
Frekans aralığı - Frekans aralığı genellikle frekans tepkisi veya bant genişliği cinsinden belirtilir.
Gürültü, sistemde rahatsızlık yaratan herhangi bir istenmeyen sinyal olarak tanımlanır.
Bir amplifikatörün daha yüksek verimliliği, daha az ısı üretimi ve daha fazla çıkış gücü ile sonuçlanacaktır. Çıkış gücü ile toplam güç kullanımı arasındaki oran olarak hesaplanır.
Dönüş hızı mikrosaniye başına volt cinsinden ölçülür. Maksimum çıktı değişim oranı olarak tanımlanır. Bir amplifikatörün duyulabilir aralığının üzerindeki bir değişim hızı, daha az bozulma ve hatayla sonuçlanacaktır.
Amplifikatörün giriş sinyalinin kesin kopyalarını üretme yeteneği olarak tanımlanır.
Amplifikatör devrelerinin mevcut tüm frekanslarda kararlı olması gerekir. Elektronik bir cihazda istenmeyen salınımları önleme yeteneği olarak tanımlanır.
Farklı amplifikatörlerin işlevleri
Diğer amplifikatör türleri farklı özelliklere sahiptir. Bugün kullanılan çeşitli amplifikatör türlerinin işlevini tartışalım.
- doğrusal amplifikatörler mükemmel doğrusal kapasite sağlamaz çünkü hiçbir amplifikatör mükemmel değildir. Bunun nedeni, doğası gereği doğrusal olmayan transistörler gibi yükseltici cihazların kullanılmasıdır. Bu cihazlar bir miktar doğrusal olmama durumu üretebilir. Doğrusal amplifikatörler bozulmaya daha az eğilimlidir. Bu, doğrusal amplifikatörlerin daha az distorsiyon ürettiği anlamına gelir.
- Özel dizayn edildi ses amplifikatörleri ses frekansını yükseltebilir.
- Dar bantlı amplifikatörler dar frekans bantları üzerinde güçlendirirken, geniş bantlı amplifikatörler geniş bir frekans aralığı üzerinde güçlendirir.
- doğrusal olmayan amplifikatörler Doğrusal cihazlarla karşılaştırıldığında distorsiyon üretir. Ancak doğrusal olmayan cihazlar günümüzde hala kullanılmaktadır. Doğrusal olmayan amplifikatörlerin örnekleri RF (Radyofrekans) amplifikatörleri vb.'dir.
- Yapısı logaritmik amplifikatör girişinin logaritması ile orantılı bir çıktı üretir. Devre iki diyot ve iki op-amp (işlemsel amplifikatör) içerir.
Amplifikatör Uygulamaları
Amplifikatörler farklı uygulamalarda kullanılır. Bunu ayrıntılı olarak tartışalım.
Gerilim takipçisi aynı zamanda şu şekilde de bilinir: birlik kazanç amplifikatörü . Çok büyük bir giriş empedansına ve çok düşük bir çıkış empedansına sahiptir, bu da temel prensibidir. tamponlama aksiyon. İşlemsel yükselticinin evirici terminali çıkış terminaliyle kısa devre yapar.
Bu, çıkışın girişe eşit olduğu anlamına gelir. Amplifikatörün çıkışı girişi takip ettiği için buna voltaj takipçisi denir.
Gerilim takipçisi hiçbir yükleme etkisi, hiçbir güç ve akım kazancı sağlamaz; bunlar da avantajlarıdır.
Akım-gerilim dönüştürücünün yapısı aşağıda gösterilmiştir:
Nerede,
RT: Termistör veya ışığa bağımlı direnç.
BT: Akım
RF: Geri besleme direnci
EĞER: Geri besleme akımı
: Çıkış voltajı
Termistör, op-amp'i ters çevirme modunda çalıştırır. Sıcaklıktaki değişiklik termistör direncinin değişmesine neden olur. Ayrıca içinden geçen akımı da değiştirir. Akım, çıkış voltajını geliştiren geri besleme akımı olarak geri besleme direnci üzerinden çıkışa akar. Termistör akımı geri besleme akımına eşit olduğundan çıkış geriliminin termistör akımıyla orantılı olduğunu söyleyebiliriz.
Böylece giriş akımı çıkış voltajına dönüştürülür.
TWTA Ve Klistron Mikrodalga amplifikatörleri olarak kullanılan yaygın cihazlardır. Yürüyen Dalga Tüp Amplifikatörü (TWTA), düşük mikrodalga frekanslarında bile iyi amplifikasyon sağlar. Bu, yüksek güç amplifikasyonu için TWTA'nın tercih edildiği anlamına gelir. Ancak klistronlar TWTA'ya kıyasla daha iyi ayarlanabilir.
Klistronlar ayrıca yüksek güçlü uygulamalar için mikrodalga frekanslarında da kullanılır. Ancak TWTA'ya kıyasla geniş ayarlanabilir amplifikasyon sağlar. Ayrıca TWTA'ya kıyasla dar bir bant genişliğine sahiptir.
Katı hal cihazları MOSFET, diyotlar, yarı iletken malzemeler (Silikon, Galyum vb.) gibi düşük güçte ve mikrodalga frekanslarında çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Örneğin, cep telefonları, taşınabilir radyo frekans terminalleri vb. Bu tür uygulamalarda boyut ve verimlilik, kabiliyetini ve kullanımını belirleyen ana faktörlerdir. Katı hal cihazlarının mikrodalga amplifikatörlerde kullanılması da geniş bant genişliği sağlar.
Amplifikatörler, gitar ve davul makinesi gibi çeşitli müzik aletlerinde, farklı kaynaklardan (gitardaki teller vb.) gelen sinyali ses üreten güçlü elektronik sinyale (güç amplifikatörü) dönüştürmek için kullanılır. Ses, izleyiciler veya yakındaki insanlar tarafından yeterince duyulabilir. Bazı müzik enstrümanlarının çıkışı, daha yüksek ses elde etmek için hoparlörlere bağlanır.
Müzik aletlerindeki enstrüman amplifikatörleri aynı zamanda icracının sinyal tonunu değiştirmesine olanak tanıyan sinyal ayarlama fonksiyonuna da sahiptir.
Osilatör devreleri istenilen frekans, şekil ve güçte elektrik dalga formlarını üretmek için kullanılır. Osilatörlerde amplifikatörlerin kullanılması, sabit çıkış genliği sağlar ve geri besleme frekansını yükseltir.
Video amplifikatöründe bulunan amplifikatör, yüksek frekanslı bileşenlerden oluşan sinyali güçlendirir. Aynı zamanda herhangi bir bozulmayı da önler. Video amplifikatörleri, video sinyal kalitesine göre SDTV, HDTV, 1080pi vb. gibi farklı bant genişliklerine sahiptir.