Popačenje ojačevalnika: vezje, vrste, kako zmanjšati in v primerjavi s pedalom za popačenje

Ojačevalnik je elektronska naprava, ki ojača vhod manjšega signala v večji o/p signal. Torej se izhodni signal nenehno spreminja z nekaterimi vrednostmi ojačanja. Uporabljajo se v brezžičnih komunikacijah in oddajanju v vseh vrstah avdio opreme. V idealnih pogojih bi moral imeti ojačani o/p signal ojačevalnika podobno valovno obliko kot vhodni signal. Vendar tega idealnega stanja v praksi sploh ni mogoče doseči ojačevalci . Tako lahko poleg povečanja amplitude, ki je znano kot popačenje, pride do nekaterih sprememb znotraj valovne oblike. Ni zaželen, ker lahko spremeni inteligenco, ki jo prenaša signal. Ta članek vsebuje kratke informacije o popačenje ojačevalnika , deluje in njegove aplikacije.

Kaj je popačenje ojačevalnika?

Popačenje ojačevalnika je mogoče definirati kot; kakršna koli razlika od vhodnega signala ojačevalnika, ki se pojavi med postopkom ojačanja in daje spremenjen izhodni signal v smislu velikosti, oblike, frekvenčne vsebine itd. Pojavi se zaradi številnih dejavnikov, kot so; nelinearnost v komponentah ojačevalnika, nepravilna prednapetost ali preobremenitev ojačevalnika. Popačenje ojačevalnika je nezaželeno, ker zmanjša vrednost ojačenega signala.

Krog popačenja ojačevalnika

Popačenje ojačevalnika je mogoče razumeti s primerom a ojačevalno vezje s skupnim oddajnikom (CE). . Do popačenja izhodnega signala lahko pride zaradi naslednjih razlogov.

• Zaradi napačnih ravni prednapetosti morda ne bo prišlo do ojačitve v celotnem ciklu signala.
• Če je vhodni signal zelo velik, povzroči, da so tranzistorji ojačevalnikov omejeni z napajalno napetostjo.
• Ojačanje ne more biti linearni signal nad celotnim območjem vhodne frekvence, kar pomeni, da bo med postopkom ojačanja valovne oblike signala prišlo do popačenja ojačevalnika.

Ojačevalniki so zasnovani za ojačanje majhnih vhodnih napetostnih signalov v večje izhodne signale, kar pomeni, da se bo izhodni signal nenehno spreminjal z vrednostjo ojačanja, ki se pomnoži z vhodnim signalom predvsem za vse vhodne frekvence.

Naslednje vezje s skupnim oddajnikom (CE) deluje za majhne vhodne AC signale, vendar povzroča nekaj težav pri njihovem delovanju. Torej je predvideni položaj prednapetostne točke 'Q' ojačevalnika BJT odvisen od povezane vrednosti Beta za vse vrste tranzistorjev.

Tranzistorsko vezje navadnega emiterskega tipa dobro deluje predvsem pri majhnih vhodnih signalih izmeničnega toka, čeprav ima eno glavno pomanjkljivost, izračunani položaj prednapetosti Q-točke bipolarnega ojačevalnika je odvisen predvsem od povezane vrednosti Beta vseh vrst tranzistorjev. Vendar ta beta vrednost niha od podobnih vrst tranzistorjev, kar pomeni, da Q-točka enega tranzistorja ni povezana z drugim tranzistorjem s podobno kategorijo zaradi sprejemljivosti značilnih produkcij. Po tem pride do popačenja ojačevalnika, ker ojačevalnik ni linearen. Previdna izbira tranzistorjev in prednapetostnih komponent lahko pomaga zmanjšati učinek popačenja ojačevalnika.

Vrste popačenja ojačevalnika

Obstajajo različne vrste popačenja ojačevalnika, ki so obravnavane spodaj. Vrsta popačenja je v glavnem odvisna od področja karakteristik, ki jih uporablja tranzistor, reaktanse naprave in povezanega vezja.

Nelinearno popačenje

Nelinearno popačenje se večinoma zgodi v ojačevalniku, kadar je uporabljeni vhodni signal velik in je aktivna naprava potisnjena v nelinearno območje svojih značilnosti. To popačenje se uporablja za opis nelinearnega razmerja med vhodnimi in izhodnimi signali ojačevalnika. To popačenje je torej posledica sistemov, kjer izhodni signal ni natančno sorazmeren z vhodnim signalom in nastanejo intermodulacijski produkti ali harmoniki.

Amplitudno popačenje

Amplitudno popačenje je vrsta nelinearnega popačenja, ki nastane zaradi slabljenja znotraj vrhnje vrednosti signala. Premik znotraj točke Q in ojačanje za pod 360⁰ signala vodita predvsem do popačenja amplitude. Do tega popačenja pride predvsem zaradi izrezovanja in nepravilnega prednapetja. Vemo, da če je prednapetostna točka tranzistorja pravilna, je izhod podoben vhodu znotraj ojačene oblike. To je mogoče razumeti skozi naslednje primere.

Recimo, da je za ojačevalnik zagotovljeno neustrezno prednapetje, potem bo točka Q ležala blizu manjše polovice bremenske črte. Torej je v tem stanju negativna polovica vhodnega signala odrezana in pridobimo popačen izhodni signal ojačevalnika.

Če zagotovimo dodaten prednapetostni potencial, bo točka Q na višji strani obremenilne črte. Torej ta pogoj zagotavlja izhod, ki bo odrezan na pozitivni polovici valovne oblike.
Pravilna prednapetost lahko včasih povzroči tudi popačenje v izhodu, če je vhodni signal velik, ker se ta vhodni signal ojača z ojačenjem ojačevalnika. Tako bosta tako pozitivna kot negativna polovica valovne oblike odrezana na nekem delu, kar se imenuje izrezovalno popačenje.

Linearno popačenje

Linearno popačenje se večinoma pojavi, kadar je vhodni signal, uporabljen za pogon naprave, majhen in deluje v linearnem delu svojih značilnosti. Torej se to popačenje zgodi predvsem zaradi frekvencno odvisnih značilnosti aktivnih naprav.

Frekvenčno popačenje

Pri tej vrsti popačenja se stopnja ojačanja spremeni v frekvenci. Vhodni signal med ojačanjem v realističnem ojačevalniku vključuje osnovno frekvenco z različnimi frekvenčnimi komponentami, ki se imenujejo harmoniki.

Harmonična amplituda (HA) po ojačanju je precejšen del osnovne amplitude. Ne povzroča resnega vzroka za izhodno valovno obliko. Če gre HA po ojačanju na visoko vrednost, se njegovemu učinku ne moremo izogniti, ker je viden na izhodu.

Tu ima vhod osnovno frekvenco, vključno s harmoniki. Torej kombinacija obeh pri ojačanju zagotavlja popačen signal na izhodu. To se zgodi bodisi zaradi pojava reaktivnih elementov (ali) zaradi kapacitivnosti elektrode ojačevalnega vezja.

Fazno popačenje

Fazno popačenje imenujemo tudi popačenje z zakasnitvijo v ojačevalniku, ker kadarkoli obstaja časovna zakasnitev med vhodnim in izhodnim signalom, se reče, da gre za fazno popačen signal. To popačenje nastane predvsem zaradi električne reaktance. Prej smo razpravljali o tem, da signal vključuje različne frekvenčne komponente, tako da kadar koli različne frekvence doživijo različne fazne premike, pride do faznega popačenja. Ta vrsta popačenja nima praktičnega pomena pri zvočnih ojačevalnikih, ker je človeško uho neobčutljivo za fazni premik. Vrsta in količina popačenja, ki je znosno ali neznosno, je odvisno predvsem od uporabe ojačevalnika. Običajno bo delovanje sistema prizadeto preprosto kadar ojačevalnik povzroči izjemno popačenje.

Vzroki za izkrivljanje

Popačenje v ojačevalnikih se večinoma pojavi zaradi glavnih razlogov, ki so obravnavani spodaj.

• Do izkrivljanja pride predvsem zaradi nepravilnega prednapetja, kadar vhodni signal ni ojačan v celotnem ciklu vhodnega signala.
• Pojavi se, ko je uporabljeni vhodni signal zelo velik.
• Včasih pride do popačenja ojačevalnika, kadar ojačitev ni linearna nad celotnim frekvenčnim območjem.
• Popačenje ojačevalnika lahko povzročijo različni dejavniki; nelinearnosti v komponentah ojačevalnika, kot so tranzistorji ali elektronke.
• Poleg tega lahko k popačenju ojačevalnika prispevajo tudi neusklajenost impedance, omejitve napajanja in izrezovanje signala. Posledica teh dejavnikov je ojačitev signala, ki se razlikuje od vhodnega signala in povzroči izvirno popačenje signala.
• Na splošno lahko pride do harmoničnega popačenja v ojačevalnikih
• Harmonično popačenje je vrsta popačenja v ojačevalniku, ki se običajno pojavi zaradi ojačevalnika, ki potrebuje več napetosti, kot jo lahko zagotovi napajanje.
• To se lahko zgodi tudi pri nekaterih notranjih delih vezja, ki presegajo svojo izhodno zmogljivost.
• Harmonično popačenje se pojavi zaradi nelinearnosti tranzistorjev.
• To se zgodi predvsem zaradi značilnosti aktivnih naprav, ki so odvisne od frekvence.
• Amplitudno popačenje v ojačevalnikih se večinoma pojavi, kadar so najvišje vrednosti frekvenčne valovne oblike oslabljene zaradi premika znotraj točke Q.

Kako zmanjšati harmonično popačenje v ojačevalnikih

Harmonično popačenje (HD) je ena glavnih težav, ki povzroča različne težave, kot so; preslušavanje, težave s celovitostjo signala in EMI (elektromagnetne motnje). To je lahko posledica številnih razlogov in obstajajo različni načini za zmanjšanje ali odstranitev harmoničnega popačenja, ki je obravnavano spodaj.

• Diferencialno signaliziranje je ena od metod, ki se uporablja za zmanjšanje harmoničnega popačenja, ki lahko izniči različne harmonike.
• Druga metoda je uporaba napajalnikov z nizko izhodno impedanco, ki prav tako lahko pomaga pri zmanjševanju harmonikov.
• Rekonfiguracija omrežja je postopek, ki pomaga pri zmanjševanju harmonikov, kjer uporabniki ustvarjajo velike harmonike. Te harmonike identificiramo in razvrstimo glede na vrsto harmonikov, ki jih proizvajajo.
• Dodajanje večimpulznih pretvornikov za izničenje harmonikov med uporabo polvalovnih in polnih pretvornikov pomaga pri odpravljanju harmonikov.
• Fazno uravnoteženje je še ena tehnika, ki je primerna za zmanjšanje harmonikov.
• Serijski reaktorji zmanjšujejo harmonike v jeklarnah in taljenju.
• Diferencialno signaliziranje je metoda, ki se pogosto uporablja v hitrih digitalnih sistemih za zmanjšanje šuma in preslušavanja. Oba signala v diferencialni signalizaciji se prenašata po ločenih žicah, pri čemer je en sam signal nasproten drugemu. Nato sprejemna naprava združi oba signala in morebitni skupni šum je mogoče izničiti.
• Napajalniki z nizko izhodno impedanco lahko pomagajo tudi pri zmanjševanju harmonikov.
• Napajalnik z nizko impedanco ima manjši padec napetosti vsakič, ko se iz njega črpa tok, zato lahko pomaga zmanjšati ali odstraniti številne težave, ki se pojavijo pri harmoničnem popačenju.

Kako izmeriti popačenje ojačevalnika?

Popačenje ojačevalnika je mogoče izmeriti z analognimi analizatorji spektra. Večina spektralnih analizatorjev ima vhode 50 ohmov, zato je potreben izolacijski upor med DUT in analizatorjem za simulacijo obremenitev DUT >50 ohmov.

Ko je analizator spektra nastavljen na hitrost brskanja, občutljivost in pasovno širino, ga previdno preverite glede prevelikega vnosa. Najenostavnejša tehnika je uporaba spremenljivega dušilnika za nastavitev 10 dB dušenja znotraj vhodne poti analizatorja. Tako signal kot vse harmonike je treba oslabiti za nastavljeno količino, kot je prikazano na zaslonu spektralnega analizatorja. Če so harmoniki oslabljeni za >10 dB, potem vhodni ojačevalnik analizatorja povzroča popačenje in občutljivost je treba zmanjšati. Več analizatorjev ima na vrhu sprednje plošče gumb za uvedbo znane količine dušenja med preverjanjem prenapetosti.

Razlika med črno-belim popačenjem ojačevalnika in pedalom za popačenje

Spodaj so obravnavane glavne razlike med distorzijo ojačevalnika in pedali za distorzijo.

To je torej pregled ojačevalnika distorzija, delujoč , in njegove aplikacije. Nanaša se na kakršno koli odstopanje od vhodnega signala, ki se pojavi v procesu ojačanja, da se zagotovi izhodni signal. Ta signal se spreminja v smislu frekvence, oblike, velikosti itd. Pojavi se zaradi različnih dejavnikov, kot so; nelinearnosti v komponentah ojačevalnika, nepravilna prednapetost ali preobremenitev ojačevalnika. Na voljo so različne vrste izkrivljanja, ki imajo posebne značilnosti in vzroke. Na splošno je popačenje ojačevalnika nezaželeno, ker lahko zmanjša vrednost ojačenega signala. Tukaj je vprašanje za vas, kaj je ojačevalnik?