Võimendi moonutused: vooluahel, tüübid, kuidas vähendada ja vs moonutusi pedaalid

Võimendi on elektrooniline seade, mis tugevdab väiksema signaali sisendit suuremaks o/p signaaliks. Seega muutub väljundsignaal pidevalt teatud võimendusväärtuste võrra. Neid kasutatakse traadita side ja ringhäälingu puhul igasugustes heliseadmetes. Ideaalsetes tingimustes peaks võimendi võimendatud o/p signaalil olema täpselt sisendsignaaliga sarnane lainekuju. Seda ideaalset tingimust ei saavutata aga praktiliselt üldse võimendid . Seega võivad mõned modifikatsioonid lainekujus esineda lisaks amplituudi tõusule, mida nimetatakse moonutuseks. See on soovimatu, kuna see võib muuta signaali kaudu edastatavat luureandmeid. See artikkel annab lühikest teavet selle kohta võimendi moonutus , töötamine ja selle rakendused.

Mis on võimendi moonutamine?

Võimendi moonutusi saab määratleda kui; mis tahes erinevus võimendi sisendsignaalist, mis ilmneb kogu võimendusprotsessi jooksul ja annab muutunud väljundsignaali suuruse, kuju, sageduse sisu jne osas. See tuleneb paljudest teguritest, nagu; võimendi komponentide mittelineaarsus, ebaõige eelpinge või võimendi ülekoormus. Võimendi moonutus on ebasoovitav, kuna see halvendab võimendatud signaali väärtust.

Võimendi moonutusahel

Võimendi moonutust saab mõista näitega a ühise emitteri (CE) võimendi ahel . Väljundsignaali moonutused võivad tekkida järgmistel põhjustel.

• Vale nihketaseme tõttu ei pruugi võimendus kogu signaalitsükli jooksul toimuda.
• Kui sisendsignaal on väga suur, põhjustab see võimendite transistoride piiramist pingeallika kaudu.
• Võimendiks ei saa olla lineaarne signaal, mis ületab kogu sisendsagedusvahemikku, mis tähendab, et signaali lainekuju võimendusprotseduuri ajal esineb võimendi moonutusi.

Võimendid on mõeldud väikeste sisendpinge signaalide võimendamiseks suuremateks väljundsignaalideks, mis tähendab, et väljundsignaali muudetakse pidevalt võimenduse väärtusega, mis korrutatakse sisendsignaaliga peamiselt kõigi sisendsageduste puhul.

Järgmine ühise emitteri (CE) ahel töötab väikeste vahelduvvoolu sisendsignaalide jaoks, kuid see põhjustab nende töös mõningaid probleeme. Seega sõltub BJT võimendi eelpingestuspunkti Q kavandatud asend igat tüüpi transistoride vastavast beetaväärtusest.

Tavaline emitter-tüüpi transistori ahel töötab hästi peamiselt väikeste vahelduvvoolu sisendsignaalide puhul, kuigi sellel on üks peamine puudus, bipolaarse võimendi eelpinge Q-punkti arvutatud asend sõltub peamiselt igasuguste transistoride beetaväärtusest. Kuid see beetaväärtus kõigub sarnaste transistoride puhul, mis tähendab, et ühe transistori Q-punkt ei ole seotud teise sarnase kategooriaga transistoriga, kuna aktsepteeritakse iseloomulikke produktsioone. Pärast seda tekib võimendi moonutus, kuna võimendi ei ole lineaarne. Transistori ja kallutatavate komponentide hoolikas valimine võib aidata minimeerida võimendi moonutusefekti.

Võimendi moonutuste tüübid

Võimendi moonutusi on erinevat tüüpi, mida käsitletakse allpool. Moonutuse tüüp sõltub peamiselt transistori, seadme reaktantsi ja sellega seotud vooluringi poolt kasutatavate omaduste piirkonnast.

Mittelineaarne moonutus

Mittelineaarsed moonutused tekivad peamiselt võimendis alati, kui rakendatud sisendsignaal on suur ja aktiivne seade suunatakse selle karakteristikute mittelineaarsesse piirkonda. Seda moonutust kasutatakse võimendi sisend- ja väljundsignaalide vahelise mittelineaarse seose kirjeldamiseks. Seega tuleneb see moonutus süsteemidest, kus väljundsignaal ei ole täpselt proportsionaalne sisendsignaaliga ja genereeritakse intermodulatsiooniprodukte või harmoonilisi.

Amplituudi moonutamine

Amplituudmoonutus on teatud tüüpi mittelineaarne moonutus, mis tekib sumbumise tõttu signaali haripunkti väärtuses. Nihe Q-punkti sees ja võimendus alla 360⁰ signaali põhjustab peamiselt amplituudi moonutusi. See moonutus tuleneb peamiselt kärpimisest ja valest kallutamisest. Teame, et kui transistori eelpingestuspunkt on õige, on väljund sarnane võimendatud kuju sisendiga. Seda saab mõista järgmiste juhtumite kaudu.

Oletame, et võimendile on antud ebapiisav eelpinge, siis asub Q-punkt koormusjoone väiksema poole lähedal. Nii et selles seisundis lõigatakse sisendsignaali negatiivne pool ja me saame võimendi moonutatud väljundsignaali.

Kui pakume täiendavat nihkepotentsiaali, on Q-punkt koormusjoone kõrgemal küljel. Seega annab see tingimus väljundi, mis katkestatakse lainekuju positiivsel poolel.
Õige kallutamine võib mõnikord põhjustada moonutusi väljundis, kui sisendsignaal on suur, kuna seda sisendsignaali võimendab võimendi võimendus. Seega nii lainekuju positiivne kui ka negatiivne pool kärbitakse mingis osas, mida nimetatakse kärpimismoonutuseks.

Lineaarne moonutus

Lineaarne moonutus ilmneb peamiselt siis, kui seadme juhtimiseks rakendatav sisendsignaal on väike ja toimib selle omaduste lineaarses osas. Nii et see moonutus tekib peamiselt aktiivsete seadmete sagedusest sõltuvate omaduste tõttu.

Sagedusmoonutus

Seda tüüpi moonutuste korral muutub võimendustaseme sagedus. Sisendsignaal võimenduse ajal realistlikus võimendis sisaldab põhisagedust erinevate sageduskomponentidega, mida nimetatakse harmoonilisteks.

Harmooniline amplituud (HA) pärast võimendamist on üsna murdosa põhiamplituudist. See ei põhjusta väljundlainekujule tõsist põhjust. Kui HA pärast võimendamist läheb kõrgele väärtusele, ei saa selle mõju vältida, kuna see on väljundis nähtav.

Siin on sisendil põhisagedus, sealhulgas harmoonilised. Nii et nende kahe kombinatsioon võimendusel annab väljundis moonutatud signaali. See juhtub kas reaktiivsete elementide esinemise tõttu (või) võimendi ahela elektroodide mahtuvuse kaudu.

Faasi moonutamine

Faasimoonutusi nimetatakse võimendis ka viivitusmoonutusteks, sest kui sisend- ja väljundsignaali vahel on viivitus, siis öeldakse, et see on faasimoonutusega signaal. See moonutus tekib peamiselt elektrilise reaktiivsuse tõttu. Varem oleme arutanud, et signaal sisaldab erinevaid sageduskomponente, seega kui erinevatel sagedustel esineb erinevaid faasinihkeid, siis tekib faasimoonutus. Seda tüüpi moonutustel ei ole helivõimendite puhul praktilist tähtsust, kuna inimkõrv ei tunne faasinihet. Kannatava või talumatu moonutuse tüüp ja hulk sõltub peamiselt võimendi rakendusest. Tavaliselt mõjutab see süsteemi tööd lihtsalt siis, kui võimendi põhjustab äärmuslikke moonutusi.

Moonutuse põhjused

Moonutused võimendites tekivad peamiselt peamiste põhjuste tõttu, mida käsitletakse allpool.

• Moonutused tekivad peamiselt vale eelpinge tõttu, kui sisendsignaali ei võimendata kogu sisendsignaali tsükli jooksul.
• See tekib siis, kui rakendatud sisendsignaal on väga suur.
• Mõnikord tekivad võimendi moonutused, kui võimendus ei ole lineaarne üle kogu sagedusvahemiku.
• Võimendi moonutusi võivad põhjustada erinevad tegurid; mittelineaarsused võimendi komponentides, nagu transistorid või torud.
• Lisaks võivad võimendi moonutustele kaasa aidata ka impedantsi ebakõlad, toiteallika piirangud ja signaali katkemine. Seega põhjustavad need tegurid signaali võimenduse, mis muutub sisendsignaalist ja viib algse signaali moonutamiseni.
• Üldiselt võib võimendis põhjustada harmoonilisi moonutusi
• Harmooniline moonutus on teatud tüüpi võimendi moonutus, mis tekib tavaliselt võimendi poolt, mis vajab rohkem pinget kui toiteallikas, mida see suudab pakkuda.
• See võib juhtuda ka siis, kui mõned sisemised vooluahela osad ületavad oma väljundvõimsust.
• Harmoonilised moonutused tekivad transistoride mittelineaarsuse tõttu.
• See juhtub peamiselt aktiivsete seadmete sagedusest sõltuvate omaduste tõttu.
• Amplituudi moonutused võimendites tekivad peamiselt siis, kui sageduslainekuju tippväärtused on Q-punkti nihke tõttu nõrgenenud.

Kuidas vähendada võimendite harmoonilisi moonutusi

Harmooniline moonutus (HD) on üks peamisi probleeme, mis põhjustab erinevaid probleeme nagu; ülekõla, signaali terviklikkuse probleemid ja EMI (elektromagnetilised häired). See võib olla põhjustatud paljudest põhjustest ja harmooniliste moonutuste vähendamiseks või eemaldamiseks on erinevaid viise, mida käsitletakse allpool.

• Diferentsiaalsignalisatsioon on üks meetoditest, mida kasutatakse harmooniliste moonutuste vähendamiseks, mis võivad erinevaid harmoonilisi tühistada.
• Veel üks meetod on kasutada madala väljundtakistusega toiteallikaid, mis võivad samuti aidata kaasa harmooniliste vähendamisele.
• Võrgu ümberkonfigureerimine on protseduur, mis aitab vähendada harmoonilisi, kui kasutajad genereerivad suuri harmoonilisi. Need harmoonilised identifitseeritakse ja klassifitseeritakse sõltuvalt nende tekitatud harmooniliste tüübist.
• Mitme impulssmuundurite lisamine harmooniliste tühistamiseks pool- ja täislainemuundurite kasutamise ajal aitab harmoonilisi kõrvaldada.
• Faasi tasakaalustamine on veel üks tehnika, mis sobib harmooniliste vähendamiseks.
• Seeriareaktorid vähendavad harmoonilisi terasetehastes ja sulatamisel.
• Diferentsiaalsignalisatsioon on meetod, mida kasutatakse sageli kiiretes digitaalsüsteemides müra ja ülekõnede vähendamiseks. Diferentsiaalsignalisatsiooni kaks signaali edastatakse eraldi juhtmete kaudu, kusjuures üks signaal on teise vastand. Pärast seda ühendab vastuvõttev seade kaks signaali ja tavarežiimi müra saab kustutada.
• Madala väljundtakistusega toiteallikad võivad samuti aidata harmoonilisi vähendada.
• Madala takistusega toiteallika pingelangus on väiksem, kui voolu võetakse, nii et see võib aidata vähendada või kõrvaldada paljusid harmooniliste moonutustega seotud probleeme.

Kuidas mõõta võimendi moonutusi?

Võimendi moonutusi saab mõõta analoogspektrianalüsaatorite abil. Enamikul spektrianalüsaatoritel on 50 oomi sisendid, seega on DUT ja analüsaatori vahel vaja eraldustakistit > 50 oomi DUT koormuste simuleerimiseks.

Kui spektrianalüsaator on pühkimiskiiruse, tundlikkuse ja ribalaiuse jaoks reguleeritud, kontrollige seda ettevaatlikult sisendi ülekiiruse suhtes. Lihtsaim tehnika on kasutada muutuvat atenuaatorit, et seadistada analüsaatori sisendteele 10 dB sumbumine. Nii signaal kui ka kõik harmoonilised peavad olema spektranalüsaatori ekraanil kuvatava määratud summa kaudu nõrgendatud. Kui harmoonilised sumbuvad >10dB, siis tekitab analüsaatori sisendvõimendi moonutusi ja tundlikkust tuleb vähendada. Mitmel analüsaatoril on esiplaadi ülaosas nupp, mis võimaldab sisestada teadaoleva koguse sumbumist, kontrollides samal ajal ülekäiku.

Erinevus võimendi moonutuste ja moonutuste pedaalide vahel

Peamisi erinevusi võimendi moonutuste ja moonutuste pedaalide vahel käsitletakse allpool.

Seega on see võimendi ülevaade moonutus, töötab ja selle rakendused. See viitab sisendsignaali mis tahes variatsioonile, mis ilmneb võimendusprotsessis väljundsignaali saamiseks. Selle signaali sagedust, kuju, suurust jne muudetakse. See tekib erinevate tegurite, näiteks; võimendi komponentide mittelineaarsused, ebaõige eelpinge või võimendi ülekoormus. Saadaval on erinevat tüüpi moonutusi, millel on spetsiifilised omadused ja põhjused. Üldiselt on võimendi moonutused ebasoovitavad, kuna need võivad võimendatud signaali väärtust halvendada. Siin on teile küsimus, mis on võimendi?