Forstærkerforvrængning: kredsløb, typer, hvordan man reducerer og kontra forvrængningspedaler

En forstærker er en elektronisk enhed, der styrker input fra et mindre signal til et større o/p-signal. Så udgangssignalet ændrer sig løbende med nogle forstærkningsværdier. Disse bruges inden for trådløs kommunikation og udsendelse i alle former for lydudstyr. Under ideelle forhold bør forstærkerens forstærkede o/p-signal have en bølgeform, der svarer nøjagtigt til indgangssignalet. Denne ideelle tilstand opnås dog slet ikke inden for praktisk forstærkere . Nogle modifikationer i bølgeformen kan således forekomme ud over stigningen i amplituden, som er kendt som forvrængning. Det er uønsket, fordi det kan ændre den intelligens, der føres gennem signalet. Denne artikel giver kort information om forstærker forvrængning , arbejde og dets applikationer.

Hvad er forstærkerforvrængning?

Forstærkerforvrængning kan defineres som; enhver forskel fra indgangssignalet fra en forstærker, der opstår under hele forstærkningsprocessen og giver et ændret udgangssignal med hensyn til størrelse, form, frekvensindhold osv. Det opstår på grund af mange faktorer som; ikke-linearitet inden for forstærkerens komponenter, ukorrekt forspænding eller overbelastning af forstærkeren. Forstærkerforvrængningen er uønsket, fordi den forringer værdien af ​​det forstærkede signal.

Forstærker Distortion Circuit

Forstærkerforvrængning kan forstås med et eksempel på en fælles emitter (CE) forstærkerkredsløb . Udgangssignalforvrængning kan forekomme på grund af følgende årsager.

• Forstærkning forekommer muligvis ikke over hele signalcyklussen på grund af de forkerte forspændingsniveauer.
• Hvis indgangssignalet er meget stort, bevirker det, at forstærkernes transistorer begrænses gennem spændingsforsyningen.
• Forstærkningen kan ikke være et lineært signal over hele indgangsfrekvensområdet, hvilket betyder, at der under signalbølgeformens forstærkningsprocedure vil forekomme forstærkerforvrængning.

Forstærkere er designet til at forstærke små indgangsspændingssignaler til større udgangssignaler, hvilket betyder, at udgangssignalet konstant vil blive ændret med forstærkningsværdi, som multipliceres med indgangssignalet hovedsageligt for alle indgangsfrekvenser.

Følgende fælles emitter (CE) kredsløb fungerer for små input AC-signaler, men det forårsager nogle problemer i deres funktion. Så den påtænkte position af BJT-forstærkerens forspændingspunkt 'Q' afhænger af den relaterede Beta-værdi for alle typer transistorer.

Fælles transistorkredsløb af emittertype fungerer hovedsageligt godt til små AC-indgangssignaler, selvom de lider af en hovedulempe, den beregnede position af bipolær forstærkers bias Q-punkt afhænger hovedsageligt af den relaterede Beta-værdi af alle slags transistorer. Denne betaværdi svinger imidlertid fra lignende typer transistorer, hvilket betyder, at en transistors Q-punkt ikke er relateret til en anden transistor med en lignende kategori på grund af accepten af ​​karakteristiske produktioner. Derefter sker der forstærkerforvrængning, fordi forstærkeren ikke er lineær. Omhyggeligt valg af transistor- og forspændingskomponenter kan hjælpe med at minimere forstærkerens forvrængningseffekt.

Typer af forstærkerforvrængning

Der er forskellige typer forstærkerforvrængning, som diskuteres nedenfor. Forvrængningstypen afhænger hovedsageligt af det område af karakteristika, der bruges af transistoren, enhedens reaktans og det tilhørende kredsløb.

Ikke-lineær forvrængning

Ikke-lineær forvrængning sker hovedsageligt i en forstærker, når det påførte inputsignal er stort, og den aktive enhed drives ind i et ikke-lineært område af dens karakteristika. Denne forvrængning bruges til at beskrive et ikke-lineært forhold mellem indgangs- og udgangssignalerne fra en forstærker. Så denne forvrængning stammer fra systemer, hvor udgangssignalet ikke er proportionalt præcist med indgangssignalet, og intermodulationsprodukter eller harmoniske genereres.

Amplitudeforvrængning

Amplitudeforvrængning er en type ikke-lineær forvrængning, der finder sted på grund af dæmpningen inden for signalets topværdi. Skiftet inden for Q-punktet og forstærkningen for under 360⁰ af signalet fører hovedsageligt til forvrængning i amplitude. Denne forvrængning opstår hovedsageligt på grund af klipning og forkert biasing. Vi ved, at hvis transistorens forspændingspunkt er korrekt, svarer outputtet til input i den forstærkede form. Dette kan forstås gennem følgende tilfælde.

Antag, at der er tilvejebragt utilstrækkelig forspænding til forstærkeren, så vil Q-punktet ligge tæt på den mindre halvdel af belastningslinjen. Så i denne tilstand klippes inputsignalets negative halvdel, og vi opnår et forvrænget udgangssignal fra forstærkeren.

Hvis vi giver et yderligere bias potentiale, så vil Q-punktet være på den højere side af belastningslinjen. Så denne tilstand giver et output, der vil blive afskåret ved den positive halvdel af bølgeformen.
Korrekt forspænding kan også føre til forvrængning i outputtet, hvis inputsignalet er stort, fordi dette inputsignal forstærkes gennem forstærkerens forstærkning. Så både den positive og negative halvdel af bølgeformen vil blive klippet på en del, som kaldes clipping distortion.

Lineær forvrængning

Lineær forvrængning opstår hovedsageligt, når inputsignalet, der anvendes til at drive enheden, er lille og fungerer i den lineære del af dens karakteristika. Så denne forvrængning sker hovedsageligt på grund af aktive enheders frekvensafhængige karakteristika.

Frekvensforvrængning

I denne type forvrængning ændres forstærkningsniveauet i frekvens. Indgangssignalet under forstærkning i en realistisk forstærker inkluderer grundfrekvens med forskellige frekvenskomponenter, som kaldes harmoniske.

Den harmoniske amplitude (HA) efter forstærkning er nogenlunde en brøkdel af den grundlæggende amplitude. Det forårsager ikke nogen alvorlig årsag til udgangsbølgeformen. Hvis HA efter forstærkning går til en høj værdi, kan dens virkning ikke undgås, fordi den er synlig ved udgangen.

Her har indgangen grundfrekvens inklusive harmoniske. Så kombinationen af ​​de to på forstærkning giver et forvrænget signal ved udgangen. Det sker enten på grund af forekomsten af ​​reaktive elementer (eller) gennem forstærkerkredsløbets elektrodekapacitanser.

Faseforvrængning

Faseforvrængning kaldes også forsinkelsesforvrængning i forstærkeren, fordi når der er en tidsforsinkelse mellem indgangs- og udgangssignalet, siges det at være et faseforvrænget signal. Denne forvrængning opstår hovedsageligt på grund af elektrisk reaktans. Tidligere har vi diskuteret, at et signal indbefatter forskellige frekvenskomponenter, således at når forskellige frekvenser oplever forskellige faseskift, opstår der faseforvrængning. Denne type forvrængning har ingen praktisk betydning i lydforstærkere, fordi det menneskelige øre er ufølsomt over for faseskift. Typen og mængden af ​​forvrængning, der er tålelig eller uudholdelig, afhænger hovedsageligt af forstærkerens anvendelse. Normalt vil systemets funktion blive påvirket, blot når forstærkeren forårsager ekstrem forvrængning.

Årsager til forvrængning

Forvrængning i forstærkere opstår hovedsageligt på grund af de vigtigste årsager, som diskuteres nedenfor.

• Forvrængning opstår hovedsageligt på grund af forkert forspænding, når inputsignalet ikke forstærkes i hele indgangssignalets cyklus.
• Det opstår, når det anvendte inputsignal er meget stort.
• Nogle gange opstår forstærkerforvrængning, når forstærkningen ikke er lineær over hele frekvensområdet.
• Forstærkerforvrængning kan være forårsaget af forskellige faktorer; ikke-lineariteter inden for forstærkerens komponenter som transistorer eller rør.
• Derudover kan impedansfejl, strømforsyningsbegrænsninger og signalafskæring også bidrage til forstærkerforvrængning. Så disse faktorer resulterer i signalforstærkningen, der ændrer sig fra inputsignalet og fører til en original signalforvrængning.
• Generelt kan harmonisk forvrængning inden for forstærkere forårsages
• Harmonisk forvrængning er en form for forvrængning i en forstærker, der normalt opstår af forstærkeren, som har brug for mere spænding end den strømforsyning, den kan levere.
• Dette kan også forekomme med nogle interne kredsløbsdele, der overstiger deres outputevne.
• Harmonisk forvrængning opstår på grund af transistorernes ulinearitet.
• Dette sker hovedsageligt på grund af de aktive enheders frekvensafhængige egenskaber.
• Amplitudeforvrængning i forstærkere opstår hovedsageligt, når frekvensbølgeformens spidsværdier dæmpes på grund af et skift inden for Q-punktet.

Sådan reduceres harmonisk forvrængning i forstærkere

Harmonisk forvrængning (HD) er et af de store problemer, der forårsager forskellige problemer som; krydstale, signalintegritetsproblemer og EMI (elektromagnetisk interferens). Det kan være forårsaget af mange årsager, og der er forskellige måder at reducere eller fjerne harmonisk forvrængning, som er diskuteret nedenfor.

• Differentiel signalering er en af ​​de metoder, der bruges til at reducere den harmoniske forvrængning, som kan udligne forskellige harmoniske.
• En anden metode er at bruge strømforsyninger med lav udgangsimpedans, som også kan hjælpe med at reducere harmoniske.
• Netværksrekonfiguration er den procedure, der hjælper med at reducere harmoniske, hvor brugerne genererer store harmoniske. Disse harmoniske identificeres og klassificeres afhængigt af typen af ​​harmoniske, de producerer.
• Tilføjelse af multi-impuls-omformere til harmonisk annullering gennem hele brugen af ​​halv- og fuldbølge-omformere hjælper med at eliminere harmoniske.
• Fasebalancering er endnu en teknik, der er egnet til at reducere harmoniske.
• Seriereaktorer reducerer harmoniske i stålværker og smeltning.
• Differentiel signalering er en metode, der ofte bruges i højhastigheds digitale systemer til at reducere støj- og krydstaleeffekterne. De to signaler i differentiel signalering transmitteres på separate ledninger, hvor det enkelte signal er det modsatte af det andet. Derefter kombinerer den modtagende enhed de to signaler, og enhver almindelig støj kan annulleres.
• Strømforsyninger gennem lav udgangsimpedans kan også hjælpe med at reducere harmoniske.
• En strømforsyning med lav impedans har mindre spændingsfald, når der trækkes strøm fra, så den kan hjælpe med at mindske eller fjerne mange af de problemer, der opstår med harmonisk forvrængning.

Hvordan måler man forstærkerforvrængning?

Forstærkerforvrængning kan måles ved hjælp af analoge spektrumanalysatorer. De fleste spektrumanalysatorer har 50 ohm-indgange, så der kræves en isolationsmodstand mellem DUT'en og analysatoren for at simulere >50ohm DUT-belastninger.

Når spektrumanalysatoren er justeret for sweep-hastighed, følsomhed og båndbredde, skal du kontrollere den forsigtigt for overdrive af input. Den enkleste teknik er at bruge den variable dæmper til at indstille 10dB dæmpning inden for analysatorens inputvej. Både signalet og eventuelle harmoniske skal dæmpes gennem en bestemt mængde som overvåget på displayet på spektrumanalysatoren. Hvis overtonerne er dæmpet med >10dB, så introducerer analysatorens indgangsforstærker forvrængning, og følsomheden skal reduceres. Flere analysatorer har en knap på toppen af ​​frontpladen for at indføre en kendt mængde dæmpning, mens de verificerer for overdrive.

Forskel s/h forstærker distortion vs distortion pedaler

De vigtigste forskelle mellem forstærkerforvrængning og forvrængningspedaler diskuteres nedenfor.

Dette er således en oversigt over forstærker forvrængning, arbejde , og dets applikationer. Det refererer til enhver variation fra inputsignalet, der forekommer i forstærkningsprocessen for at give et udgangssignal. Dette signal bliver ændret med hensyn til frekvens, form, størrelse osv. Det opstår på grund af forskellige faktorer som; ikke-lineariteter inden for komponenterne i en forstærker, ukorrekt forspænding eller overbelastning af forstærkeren. Der er forskellige former for forvrængning tilgængelige, som har specifikke karakteristika og årsager. Generelt er forstærkerforvrængning uønsket, fordi det kan forringe værdien af ​​det forstærkede signal. Her er et spørgsmål til dig, hvad er en forstærker?