Изкривяване на усилвателя: верига, видове, как да се намали и срещу педали за изкривяване

Усилвателят е електронно устройство, което усилва входа на по-малък сигнал към по-голям o/p сигнал. Така че изходният сигнал се променя непрекъснато с някои стойности на усилване. Те се използват в безжичните комуникации и излъчване във всички видове аудио оборудване. В идеални условия усиленият o/p сигнал на усилвателя трябва да има подобна форма на вълната точно на входния сигнал. Това идеално състояние обаче изобщо не се постига на практика усилватели . По този начин някои модификации във формата на вълната могат да възникнат в допълнение към повишаването на амплитудата, което е известно като изкривяване. Това е нежелано, защото може да промени интелигентността, предавана чрез сигнала. Тази статия предоставя кратка информация за изкривяване на усилвателя , работещ и неговите приложения.

Какво е изкривяване на усилвателя?

Изкривяването на усилвателя може да се дефинира като; всяка разлика от входния сигнал на усилвател, която възниква по време на процеса на усилване и дава променен изходен сигнал по отношение на величина, форма, честотно съдържание и т.н. Това възниква поради много фактори като; нелинейност в компонентите на усилвателя, неправилно отклонение или претоварване на усилвателя. Изкривяването на усилвателя е нежелателно, защото влошава стойността на усиления сигнал.

Верига за изкривяване на усилвателя

Изкривяването на усилвателя може да се разбере с пример за a схема на усилвател с общ емитер (CE). . Изкривяването на изходния сигнал може да възникне поради следните причини.

• Усилването може да не настъпи през целия цикъл на сигнала поради грешни нива на отклонение.
• Ако входният сигнал е много голям, това води до ограничаване на транзисторите на усилвателите чрез захранване с напрежение.
• Усилването не може да бъде линеен сигнал над целия диапазон на входната честота, което означава, че по време на процедурата за усилване на вълновата форма на сигнала ще възникне изкривяване на усилвателя.

Усилвателите са предназначени за усилване на сигнали с малко входно напрежение в по-големи изходни сигнали, което означава, че изходният сигнал ще се променя постоянно чрез стойност на усилване, която се умножава с входния сигнал главно за всички входни честоти.

Следната схема на общ емитер (CE) работи за малки входни AC сигнали, но причинява някои проблеми при работата им. Така че планираната позиция на точката на отклонение „Q“ на BJT усилвателя зависи от съответната бета стойност за всички видове транзистори.

Транзисторната верига от тип обикновен емитер работи добре главно за малки променливотокови входни сигнали, въпреки че страда от един основен недостатък, изчислената позиция на отклонението Q-точка на биполярния усилвател зависи главно от съответната бета стойност на всички видове транзистори. Тази бета стойност обаче варира от подобни видове транзистори, което означава, че Q-точката на един транзистор не е свързана с друг транзистор с подобна категория поради приемането на характерни продукции. След това се получава изкривяване на усилвателя, защото усилвателят не е линеен. Внимателният подбор на транзистора и компонентите за отклоняване може да помогне за минимизиране на ефекта от изкривяване на усилвателя.

Видове изкривявания на усилвателя

Има различни видове изкривяване на усилвателя, които са обсъдени по-долу. Типът изкривяване зависи главно от областта на характеристиките, които се използват от транзистора, реактивното съпротивление на устройството и свързаната верига.

Нелинейно изкривяване

Нелинейното изкривяване се случва главно в усилвател, когато приложеният входен сигнал е голям и активното устройство е задвижено в нелинейна област на неговите характеристики. Това изкривяване се използва за описание на нелинейна връзка между входните и изходните сигнали на усилвател. Така че това изкривяване е резултат от системи, където изходният сигнал не е пропорционален точно на входния сигнал и се генерират интермодулационни продукти или хармоници.

Амплитудно изкривяване

Амплитудното изкривяване е вид нелинейно изкривяване, което възниква поради затихването в рамките на върховата стойност на сигнала. Изместването в рамките на Q точката и усилването за под 360⁰ на сигнала води главно до изкривяване на амплитудата. Това изкривяване възниква главно поради изрязване и неправилно отклонение. Знаем, че ако точката на отклонение на транзистора е правилна, изходът е подобен на входа в рамките на усилената форма. Това може да се разбере чрез следните случаи.

Да предположим, че към усилвателя е осигурено неадекватно отклонение, тогава Q-точката ще лежи близо до малката половина на товарната линия. Така че в това състояние отрицателната половина на входния сигнал е отрязана и получаваме изкривен изходен сигнал на усилвателя.

Ако осигурим допълнителен потенциал на отклонение, тогава Q-точката ще бъде от по-високата страна на линията на натоварване. Така че това условие осигурява изход, който ще бъде отрязан при положителната половина на формата на вълната.
Правилното отклонение може също да доведе до изкривяване понякога в рамките на изхода, в случай че входният сигнал е голям, тъй като този входен сигнал се усилва чрез усилването на усилвателя. Така както положителната, така и отрицателната половина на формата на вълната ще бъдат изрязани в някаква част, която се нарича изкривяване на изрязване.

Линейно изкривяване

Линейно изкривяване възниква главно когато входният сигнал, приложен за задвижване на устройството, е малък и функционира в линейния участък на неговите характеристики. Така че това изкривяване се случва главно поради честотно-зависимите характеристики на активните устройства.

Честотно изкривяване

При този тип изкривяване нивото на усилване се променя по честота. Входният сигнал по време на усилване в реалистичен усилвател включва основна честота с различни честотни компоненти, които се наричат ​​хармоници.

Хармоничната амплитуда (HA) след усилване е сравнително малка част от основната амплитуда. Това не причинява сериозна причина за формата на изходната вълна. Ако HA след усилване достигне висока стойност, ефектът му не може да бъде избегнат, защото се вижда на изхода.

Тук входът има основна честота, включително хармоници. Така че комбинацията от двете при усилване осигурява изкривен сигнал на изхода. Това се случва или поради появата на реактивни елементи (или) чрез електродните капацитети на веригата на усилвателя.

Фазово изкривяване

Фазовото изкривяване се нарича още изкривяване на закъснението в усилвателя, тъй като винаги, когато има забавяне във времето между входния и изходния сигнал, тогава се казва, че сигналът е изкривен по фазата. Това изкривяване възниква главно поради електрическо съпротивление. По-рано обсъдихме, че сигналът включва различни честотни компоненти, така че когато различните честоти изпитват различни фазови измествания, тогава възниква фазово изкривяване. Този тип изкривяване няма практическо значение в аудио усилвателите, тъй като човешкото ухо е нечувствително към фазово изместване. Типът и количеството изкривяване, което е поносимо или непоносимо, зависи главно от приложението на усилвателя. Обикновено работата на системата ще бъде засегната просто когато усилвателят причини изключително изкривяване.

Причини за изкривяване

Изкривяването в усилвателите възниква главно поради основните причини, които са обсъдени по-долу.

• Изкривяването възниква главно поради неправилно отклонение, когато входният сигнал не се усилва за пълния цикъл на входния сигнал.
• Това се случва, когато приложеният входен сигнал е много голям.
• Понякога се получава изкривяване на усилвателя, когато усилването не е линейно над целия честотен диапазон.
• Изкривяването на усилвателя може да бъде причинено от различни фактори; нелинейности в компонентите на усилвателя като транзистори или тръби.
• В допълнение, несъответствията на импеданса, ограниченията на захранването и изрязването на сигнала също могат да допринесат за изкривяването на усилвателя. Така че тези фактори водят до усилване на сигнала, което се променя от входния сигнал и води до първоначално изкривяване на сигнала.
• Като цяло може да се предизвика хармонично изкривяване в усилвателите
• Хармоничното изкривяване е вид изкривяване в усилвател, което обикновено възниква от усилвателя, който се нуждае от повече напрежение от захранването, което може да осигури.
• Това може да се случи и при някои вътрешни части на веригата, които надвишават изходната си способност.
• Хармоничните изкривявания възникват поради нелинейността на транзисторите.
• Това се случва главно поради честотно-зависимите характеристики на активните устройства.
• Изкривяването на амплитудата в усилвателите възниква главно когато пиковите стойности на формата на вълната на честотата са отслабени поради изместване в рамките на Q-точката.

Как да намалим хармоничните изкривявания в усилвателите

Хармонично изкривяване (HD) е един от основните проблеми, които причиняват различни проблеми като; кръстосани смущения, проблеми с целостта на сигнала и EMI (електромагнитни смущения). Може да се дължи на много причини и има различни начини за намаляване или премахване на хармоничното изкривяване, което е обсъдено по-долу.

• Диференциалното сигнализиране е един от методите, използвани за намаляване на хармоничното изкривяване, което може да отмени различни хармоници.
• Друг метод е да се използват захранващи устройства с нисък изходен импеданс, който също може да помогне за намаляване на хармониците.
• Преконфигурирането на мрежата е процедурата, която помага за намаляване на хармониците, когато потребителите генерират големи хармоници. Тези хармоници се идентифицират и класифицират в зависимост от типа хармоници, които произвеждат.
• Добавянето на многоимпулсни преобразуватели за анулиране на хармоници при използването на полувълнови и пълновълнови преобразуватели помага за елиминирането на хармониците.
• Фазовият баланс е още една техника, която е подходяща за намаляване на хармониците.
• Серийните реактори намаляват хармониците в стоманодобивните заводи и топенето.
• Диференциалното сигнализиране е метод, който често се използва в рамките на високоскоростни цифрови системи за намаляване на шума и ефектите на пресичане. Двата сигнала в диференциалното сигнализиране се предават по отделни проводници, като единичният сигнал е противоположен на другия. След това приемащото устройство обединява двата сигнала и всеки обикновен шум може да бъде премахнат.
• Захранванията чрез нисък изходен импеданс също могат да помогнат за намаляване на хармониците.
• Захранването с нисък импеданс има по-малък спад на напрежението, когато се изтегля ток, така че може да помогне за намаляване или премахване на много от проблемите, които възникват при хармонично изкривяване.

Как да измерим изкривяването на усилвателя?

Изкривяването на усилвателя може да се измери с помощта на аналогови спектрални анализатори. Повечето спектрални анализатори имат 50 ома входове, така че е необходим изолационен резистор между DUT и анализатора за симулиране на товари на DUT >50 ома.

След като спектралният анализатор е настроен за скорост на сканиране, чувствителност и честотна лента, проверете го внимателно за превишаване на входа. Най-простата техника е да се използва променлив атенюатор, за да се настрои 10dB затихване във входния път на анализатора. Както сигналът, така и всички хармоници трябва да бъдат отслабени чрез зададено количество, което се наблюдава на дисплея на спектралния анализатор. Ако хармониците са отслабени с >10 dB, тогава входният усилвател на анализатора въвежда изкривяване и чувствителността трябва да бъде намалена. Няколко анализатора имат бутон в горната част на предната плоча за въвеждане на известно количество затихване, докато проверяват за претоварване.

Разлика между изкривяването на усилвателя и педалите за изкривяване

Основните разлики между изкривяването на усилвателя и педалите за изкривяване са обсъдени по-долу.

Така че това е общ преглед на усилвателя изкривяване, работа , и неговите приложения. Отнася се за всяка вариация на входния сигнал, която възниква в процеса на усилване, за да се осигури изходен сигнал. Този сигнал се променя по отношение на честота, форма, големина и т.н. Това се дължи на различни фактори като; нелинейности в компонентите на усилвател, неправилно отклонение или претоварване на усилвателя. Има различни видове изкривявания, които имат специфични характеристики и причини. Обикновено изкривяването на усилвателя е нежелателно, защото може да влоши стойността на усиления сигнал. Ето един въпрос към вас, какво е усилвател?