Khuếch đại điện tử – Wikipedia tiếng Việt

Byadnhacly

Th5 12, 2022

Khuếch đại điện tử, về các ý nghĩa khác xem Bài này nói về, về những ý nghĩa khác xem Khuếch đại ( khuynh hướng )

Thông thường một mạch khuếch đại hay bộ khuếch đại, đôi khi gọi gọn là khuếch đại, là một thiết bị hoặc linh kiện bất kỳ nào, sử dụng một lượng công suất nhỏ ở đầu vào để điều khiển một luồng công suất lớn ở đầu ra. Trong các ứng dụng thông dụng, thuật ngữ này hiện nay được dùng chủ yếu cho các bộ khuếch đại điện tử và thông thường là các ứng dụng thu và tái tạo tín hiệu điện tử.[1]

Mối tương quan giữa nguồn vào và đầu ra của một bộ khuếch đại, thường được diễn giải như thể một hàm của tần số, được gọi là hàm truyền và biên độ của hàm truyền được gọi là độ lợi hay độ khuếch. Đánh giá khá đầy đủ về khuếch đại là ba lượng độ khuếch điện áp ( voltage gain ), độ khuếch dòng ( current gain ) và độ khuếch hiệu suất ( power gain ). [ 2 ] [ 3 ]

Nội dung chính

Những đặc tính chung.

Hầu hết các mạch khuếch đại được định giá bằng một số các thông số:

Bạn đang đọc: Khuếch đại điện tử – Wikipedia tiếng Việt

Độ lợi của mạch khuếch đại là tỷ số giữa công suất đầu ra Pout và công suất đưa vào điều khiển Pin, là

o
u
t

i
n

{\displaystyle K_{P}=P_{out}/P_{in}}

$K_{P}=P_{out}/P_{in}$ .

Trong thực tế độ lợi được tính trên thang đo decibel (dB), trong đó trị số đo tỷ lệ với quan hệ lôgarit của tỷ số nói trên:

(
d
B
)
=
20

l
g
(

o
u
t

i
n

)

{\displaystyle G{\text{ }}(dB)=20{\text{ }}lg(P_{out}/P_{in})}

$G{\text{ }}(dB)=20{\text{ }}lg(P_{out}/P_{in})$ .

Dải động ngõ ra.

Dải động ngõ ra là một dải biên độ, thường sử dụng đơn vị chức năng dB, là khoảng cách giữa tín hiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất mà đầu ra hoàn toàn có thể phản ánh được. Vì tín hiệu nhỏ nhất thường bị số lượng giới hạn bởi biên độ nhiễu, nên người ta lấy luôn tỷ số giữa biên độ tín hiệu lớn nhất và nhiễu làm dải động ngõ ra .

Băng thông và thời hạn phân phối.

Băng thông của một mạch khuếch đại thường được xác lập theo sự độc lạ giữa tần số thấp nhất và tần số cao nhất ở điểm mà thông số khuếch đại giảm còn 50%. Thông số này còn gọi là băng thông − 3 dB. Trong trường hợp những băng thông ứng với những độ đúng mực khác nhau thường phải ghi chú thêm, thí dụ như ( − 1 dB, − 6 dB, v.v. ) .Thí dụ như một mạch khuếch đại âm tần tốt phải có cung ứng phẳng phiu từ 20 Hz đến 20 kHz ( dải âm thanh mà người ta nghe được ), như vậy phân phối tần số của nó phải lan rộng ra thêm ra bên ngoài dải này từ 1 đến 2 bát độ mỗi bên. Thông thường một mạch khuếch đại âm tần tốt có băng thông từ 10 Hz đến 65 kHz .

Thời gian đáp ứng (còn gọi là thời gian tăng trưởng) của một mạch khuếch đại thời gian cần thiết để nâng mức điện áp ngõ ra từ 10% đến 90% tín hiệu đỉnh khi đặt ở đầu vào một điện áp bước, biểu diễn bằng hàm bước Heaviside 1(t).

Nhiều mạch khuếch đại bị số lượng giới hạn bởi vận tốc tăng, thường là do trở kháng của mạch dòng điện điều khiển và tinh chỉnh phải chịu hiệu ứng tụ điện ở vài điểm trong mạch. Điều này là cho băng thông ở hiệu suất lớn nhất sẽ thấp hơn so với phân phối tần số ở mức tín hiệu nhỏ .Đối với một mạch đơn thuần chỉ có RC, còn gọi là cung ứng Gauss, thời hạn tăng trưởng được tính gần đúng :

Tr × BW = 0,35

Trong đó Tr là thời hạn phân phối tính bằng giây, và BW là băng thông tính bằng Hz .

Thời gian trả về và sai số.

Đó là thời hạn để ngõ ra trả về đến một mức nào đó ( thí dụ 0,1 % ) của tín hiệu hoàn hảo. Điều này thường được đặt ra với những mạch khuếch đại trục tung của máy hiện sóng và những mạch khuếch đại trong những mạng lưới hệ thống giám sát đúng mực .

Tốc độ cung ứng.

Tốc độ phân phối là vận tốc biến hóa tín hiệu cao nhất ở ngõ ra, thường được tính bằng volt / giây ( hoặc mili giây, micro giây ) .
Tạp âm ( còn gọi là tiếng ồn, nhiễu ), hiển thị số đo có bao nhiêu tạp âm được tạo ra trong quy trình khuếch đại. Tạp âm là những thành phần không mong ước, nhưng cũng không tránh khỏi của những linh phụ kiện và những thành phần trong mạch. Nó được đo bằng thang decibel hoặc bằng điện áp đỉnh của nhiễu đầu ra, khi không có tín hiệu nguồn vào .
Hiệu suất là một số đo biểu lộ mức độ bao nhiêu hiệu suất tiêu thụ ở mạng lưới hệ thống đã được chuyển hóa thành nguồn năng lượng có ích ở đầu ra của mạch khuếch đại .

Các mạch khuếch đại lớp A có hiệu suất rất thấp, trong khoảng từ 10 đế 20%, và hiệu suất tối đa là 25%.
Các mạch khuếch đại lớp B hiện đại có hiệu suất trong khoảng 35 đến 55%, với hiệu suất cao nhất theo lý thuyết là 78,5%.
Các mạch khuếch đại lớp D tiên tiến sử dụng kỹ thuật điều biến độ rộng xung cho hiệu suất lên đến 97%.

Hiệu suất của một mạch khuếch đại giới hạn độ lớn của hiệu suất hữu dụng ở ngõ ra. Lưu ý rằng những mạch khuếch đại có hiệu suất cao sẽ chạy mát hơn, và hoàn toàn có thể không cần đến quạt làm mát ngay cả khi phong cách thiết kế lên đến nhiều kilowatt .

Độ tuyến tính.

Một mạch khuếch đại lý tưởng phải là một thiết bị tuyến tính trọn vẹn, nhưng những mạch khuếch đại thực tiễn thường chỉ tuyến tính trong một khoanh vùng phạm vi số lượng giới hạn nào đó. Khi tín hiệu được đưa đến đầu vào tăng, thì đầu ra cũng tăng theo cho đến khi đạt đến một điểm mà một linh phụ kiện nào đó trong mạch bị bão hòa, và không hề cho thêm tín hiệu ra. Ta nói tín hiệu bị cắt xén, và đây là một trong những nguyên do gây ra méo dạng .Một số mạch khuếch đại được phong cách thiết kế để hoạt động giải trí theo kiểu gật đầu giảm bớt độ lợi thay vì phải chịu méo dạng. Kết quả là tín hiệu chịu một hiệu ứng nén, Và nếu là tín hiệu âm thanh, thì hiệu ứng này không làm thỏa mãn nhu cầu người nghe lắm. Đối với những mạch khuếch đại này, điểm nén 1 dB được đặt ra, xác lập là độ lợi ở tín hiệu 1 dB sẽ nhỏ hơn độ lợi ở những tín hiệu nhỏ .Tuyến tính hóa là một nghành nghề dịch vụ điển hình nổi bật. Có rất nhiều kỹ thuật được sử dụng để giảm bớt méo dạng do không tuyến tính .

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm.

Tỉ số : Tín hiệu / Tạp âm = S / Ntrong đó :

S: Tín hiệu hữu ích
N: Tạp âm (nhiễu)

Các mạch khuếch đại điện tử.

Có nhiều loại mạch khuếch đại điện tử cho nhiều ứng dụng khác nhau. Những mạch khuếch đại thông dụng nhất là khuếch đại điện tử, thường sử dụng trong vô tuyến truyền thanh và truyền hình, như những máy phát và máy thu sóng vô tuyến, những mạng lưới hệ thống âm thanh độ trung thực cao, high fidelity ( ” hi-fi ” ) những máy vi tính và những thiết bị số khác. Các thành phần đa phần là những linh phụ kiện tích cực như đèn điện tử chân không và tranzito .

Các lớp của mạch khuếch đại.

Các mạch khuếch đại được phân loại thành những lớp theo góc dẫn của tín hiệu nguồn vào khi đi qua mạch khuếch đại .

Khuếch đại âm tần dùng transistor chung Emitter lớp A

Xem thêm: Đầu số 039 là mạng gì? chuyển đổi từ số nào? Ý nghĩa sim 039

Lớp A

Khi hiệu suất không phải là yếu tố đáng chăm sóc, hầu hết những mạch khuếch đại tuyến tính tín hiệu nhỏ được phong cách thiết kế ở Lớp A. Điều đó có nghĩa là những thiết bị đầu ra luôn thao tác ở trong vùng dẫn. Các mạch khuếch đại Lớp A thường tuyến tính và ít phức tạp hơn những lớp khác, nhưng hiệu suất lại rất kém. Loại mạch khuếch đại này thường được sử dụng nhiều ở những tầng khuếch đại tín hiệu nhỏ, hoặc những tầng hiệu suất thấp như những tầng để nghe bằng tai nghe .
Méo Crossover ở khuếch đại Lớp B

Lớp B

Trong những mạch khuếch đại Lớp B, sẽ có 2 linh phụ kiện đầu ra ( hoặc 2 bộ linh phụ kiện ), mỗi linh phụ kiện sẽ lần lượt dẫn trong đúng 180 độ của tín hiệu vào ( hay đúng nửa chu kỳ luân hồi ) .

Lớp AB

Các mạch khuếch đại Lớp AB được phối hợp giữa 2 Lớp A và Lớp B, làm tăng mức độ tuyến tính của những tín hiệu nhỏ, sẽ có góc dẫn lớn hơn 180 độ tùy thuộc vào sự lưa chọn của nhà phong cách thiết kế. Thông thường chúng được sử dụng trong những mạch khuếch đại tần số thấp như mạng lưới hệ thống âm thanh và hi-fi, do có sự phối hợp giữa hiệu suất và độ tuyến tính hoặc những thiết bị mà cả hiệu suất lẫn độ tuyến tính đều có tầm quan trọng như nhau .

Lớp C

Các mạch khuếch đại Lớp C thường thì được dùng trong những mạch khuếch đại tần số sóng vô tuyến hiệu suất cao, có góc dẫn nhỏ hơn 180 độ của tín hiệu vào. Độ tuyến tính không được tốt nhưng không ảnh hưởng tác động gì vì chỉ khuếch đại một tần số duy nhất. Tín hiệu sẽ được hồi sinh thành hình sin nhờ những mạch cộng hưởng và hiệu suất cao hơn những mạch khuếch đại Lớp A, B và AB .

Lớp D

Các mạch khuếch đại Lớp D, hay còn gọi là những mạch khuếch đại điều biến độ rộng xung, sử dụng kỹ thuật chuyển mạch để đạt được hiệu suất rất cao ( hơn 90 % ở những mạch khuếch đại tân tiến ). Vì nó chỉ được cho phép những linh phụ kiện chỉ ở dạng trọn vẹn dẫn hoặc không dẫn, tiêu tán trên linh phụ kiện sẽ là tối thiểu. Một số loại mạch khuếch đại điều biến độ rộng xung đơn thuần vẫn còn được liên tục sử dụng. Tuy nhiên, những mạch khuếch đại kiểu đóng ngắt văn minh sử dụng kỹ thuật số, thí dụ như kỹ thuật điều biến sigma-delta, cho độ trung thực tối ưu. Trước đây, lớp D được sử dụng trong những mạch khuếch đại loa siêu trầm vì số lượng giới hạn của băng thông và năng lực không gây méo dạng, sau này những tân tiến kỹ thuật chất bán dẫn đã được cho phép sản xuất những mạch khuếch đại có độ trung thực cao, dải tần rộng, với tỷ số nhiễu trên tín hiệu và thông số méo dạng thấp tương tự với những mạch khuếch đại tuyến tính cùng loại .
Mạch tương tự của khuếch đại lớp E

Các lớp khác

Có vài loại mạch khuếch đại lớp khác, mặc dầu nó chỉ là biến thể của những loại khởi đầu. Thí dụ như mạch khuếch đại Lớp H và Lớp G được xem như biến thể của độ lớn nguồn phân phối ( theo dạng bước hoặc liên tục ) tùy thuộc vào tín hiệu nguồn vào. Lượng tiêu tán nhiệt hoàn toàn có thể giảm bớt, do điện áp rơi trên những linh phụ kiện thấp. Loại này hoàn toàn có thể tích hợp với những lớp tầm cỡ. Các mạch khuếch đại kiểu này thường phức tạp và thường chỉ sử dụng cho 1 số ít ứng dụng đặc biệt quan trọng, thí dụ như trong những tầng hiệu suất rất lớn. Tương tự như vậy, những mạch khuếch đại Lớp E và Lớp F thường được diễn đạt trong những tài liệu cho những ứng dụng tần số vô tuyến khi hiệu suất của những lớp truyền thống cuội nguồn biến hóa so với những giá trị trong thực tiễn. Các lớp này sử dụng những mạch điều hưởng họa tần bậc cao ở mạng đầu ra, để tăng cường hiệu suất, và hoàn toàn có thể xem như hậu duệ của Lớp C do những đặc tính góc dẫn của chúng .

Khuếch đại công suất

Thuật ngữ ” khuếch đại hiệu suất ” là thuật ngữ chỉ những mạch có mối liên hệ giữa lượng hiệu suất đưa đến tải và lượng hiệu suất lấy từ nguồn nuôi. Thông thường mạch khuếch đại hiệu suất được phong cách thiết kế cho mạch khuếch đại sau cùng trong một chuỗi những tầng, và tầng này được phong cách thiết kế với sự chăm sóc nhiều về hiệu suất. Vì lý do đó những mạch khuếch đại hiệu suất thường được sử dụng những lớp trên, ngoại trừ Lớp A .

Mạch khuếch đại đèn điện tử.

Khi những mạch khuếch đại bán dẫn đã sửa chữa thay thế thoáng đãng những mạch khuếch đại đèn điện tử chân không ( valve amplifier ) hiệu suất cỡ nhỏ, thì những mạch khuếch đại đèn điện từ chân không lại có giá trị tỷ như Radar, thiết bị đo đếm hoặc những thiết bị thông tin liên lạc. Nhiều mạch khuếch đại sóng cực ngắn vẫn sử dụng những loại đèn chân không phong cách thiết kế đặc biệt quan trọng, như đèn klystron, gyrotron, Đèn sóng chạy, và crossed-field amplifier, và những đèn sóng cực ngắn này có hiệu suất ra cho mỗi linh phụ kiện lẻ cao hơn loại sử dụng linh phụ kiện mạch rắn .

Mạch khuếch đại Tranzito.

Quy luật chung của linh phụ kiện tích cực là làm cho biên độ của tín hiệu đầu vào trở thành một tín hiệu hữu dụng có biên độ lớn hơn ở đầu ra. Số lần mà tín hiệu được làm cho lớn lên gọi là độ lợi sẽ nhờ vào vào phong cách thiết kế mạch bên ngoài cũng như bản thân linh phụ kiện đó .Nhiều loại linh phụ kiện tích cực được dùng trong mạch khuếch đại tranzito như Tranzito hai mối nối ( BJTs ), Tranzito hiệu ứng trường o xít sắt kẽm kim loại ( MOSFET ) .Có nhiều ứng dụng cho mạch khuếch đại. Một số thí dụ thông dụng nhất như những mạch khuếch đại âm tần cho mạng lưới hệ thống nghe nhạc tại nhà hoặc trên xe xe hơi, những mạng lưới hệ thống khuếch đại cao tần, phát xạ cao tần troing những máy thu và phát vô tuyến …

Mạch khuếch đại thuật toán ( op-amps ).

Mạch khuếch đại thuật toán là mạch tích hợp rắn hoàn toàn có thể ráp phối hợp với những mạch hồi tiếp bên ngoài để hoàn toàn có thể kiểm soát và điều chỉnh hàm truyền hay độ lợi của nó .

Mạch khuếch đại vi sai.

Một mạch khuếch đại vi sai là một mạch khuếch đại tích hợp mạch rắn, có những mạch hồi tiếp bên ngoài để tinh chỉnh và điều khiển hàm truyền hoặc độ lợi của nó. Khuếch đại vi sai trọn vẹn ( Fully differential amplifier ) cũng gần tựa như với mạch khuếch đại thuật toán, nhưng có đầu ra vi sai .

Mạch khuếch đại thị tần.

Những mạch khuếch đại tín hiệu thị tần thực sự có băng thông khá rộng, lên đến 5 MHz. Phải có những nhu yếu đặc biệt quan trọng về phân phối bước để hoàn toàn có thể thu được hình ảnh tốt .

Mạch khuếch đại dọc cho máy hiện sóng.

Những mạch khuếch đại này phải phân phối được với tín hiệu thị tần, để điều khiển và tinh chỉnh đèn hình của máy hiện sóng, và hoàn toàn có thể có băng thông lên đến 500 MHz. Những đặc tính của cung ứng bước, thời hạn cung ứng, mức độ quá tải và sai số hoàn toàn có thể làm cho việc phong cách thiết kế trở nên khó khăn vất vả .

Mạch khuếch đại phân bổ.

Mạch khuếch đại phân bổ ( Distributed Amplifier ) sử dụng đường truyền để trong thời điểm tạm thời tách những tín hiệu và khuếch đại từng phần riêng không liên quan gì đến nhau để có được băng thông lớn hơn, trường hợp sử dụng một mạch khuếch đại đơn lẻ. Ngõ ra của mỗi tầng hoàn toàn có thể nối với nhau qua đường dây truyền. Loại mạch khuếch đại kiểu này thường được sử dụng trong những tầng khuếch đại dọc ở đầu cuối cho máy hiện sóng. Đường truyền hoàn toàn có thể được tích vào bên trong đèn hình .

Các mạch khuếch đại vi ba.

Mạch khuếch đại đèn sóng chạy ( TWT ).

Mạch khuếch đại đèn sóng chạy (Traveling wave tube) sử dụng trong các ứng dụng khuếch đại vi ba tần số thấp công suất cao. Các mạch thông thường có thể khuếch đại suốt dải tần số của vi ba. Tuy nhiên, chúng thường không dễ dàng cộng hưởng như đèn Klystron.

Xem thêm: Màu nhuộm 0/11 là màu gì? Màu 0.11 hợp với tông màu da nào?

Bài chi tiết cụ thể : KlystronTương tự như đèn sóng chạy, nhưng đèn này có hiệu suất cao hơn, và có tần số đặc trưng. Chúng cũng thường nặng nề hơn đèn sóng chạy, nên khó thích ứng với những ứng dụng di động cần khối lượng nhỏ. Đèn Klystron có năng lực cộng hưởng, xuất ra tín hiệu lựa chọn trong dải tần đặc trưng của nó .