Erősítők

Az elektronikus erősítők vagy “amperek” olyan eszközök, amelyek növelik a jel teljesítményét. Mindenben használják őket a rádiótól a számítógépekig. Az erősítők megértése kulcsfontosságú, ha villamosmérnök szeretne lenni, vagy egyszerűen csak megtanulja hangrendszerének finomhangolását. Mérnökök ezrei járultak hozzá a jobb erősítőtervezéshez az évek során, itt csak néhányat említünk meg. Az erősítőtervezés területe óriási, ezért itt csak néhány alapvetéssel foglalkozunk, olyan oldalakra mutató linkekkel, amelyek részletesebben foglalkoznak a téma egyes aspektusaival.

1.) Hogyan működnek és az alapok
2.) Teljesítményerősítők
3.) Hangszórók és hangszerek erősítői
4.) Tranzisztoros erősítők
5.) Csöves erősítők, működésük
6.) 3 Csöves erősítő modell

1.) Hogyan működnek

A legalapvetőbb értelemben egy erősítő egy gyenge jelet vesz, és egy tápegységből hozzáadja a teljesítményt, hogy a kimeneti végén nagyobb legyen.

Két alapvető példa az erősítő szükségességére:

Audio – Thomas Edison és Emile Berliner kifejlesztette a szénmikrofont. Az egyenáram két fémlemez között halad át, amelyek között szén van, az egyik lemez a membrán, amely rezeg, amikor hanghullámok érik. A két lemez közötti változó távolság megváltoztatja az ellenállást, és így a kimeneti oldalon egyenáramú jelet kapunk, amely moduláció közben váltakozó áramúvá válik.
Probléma: A mikrofon kimeneti vége gyenge jel, mivel a mikrofon működéséhez alacsony egyenfeszültségre van szükség. Most ezt a gyenge jelet vagy nagy távolságra kell küldeni (mint a telefonrendszer), vagy egy hangszóróba kell helyezni. Ehhez erősítőkre volt szükség.

Rádió – Amikor Alexanderson, Fessenden, Hull és mások kifejlesztették a hangrádiót és a rádiót, szükségük volt arra, hogy a vákuumcsövek által érzékelt gyenge rádióhullámokat átvegyék és felerősítsék a jelet, hogy az egy hangszórót táplálhasson. Az erősítőkre (mint például a trióda vákuumcső) azért is szükség volt, hogy a gyenge audio- és videojeleket (televízió) hordozó jeleket felvegyék és megawattnyi jellé alakítsák (az adó számára), vagy néhány wattossá, hogy a vevőoldalon lévő hangszórót táplálják.

erősítés – az erősítés szóval az erősítőnek a teljesítmény megsokszorozására való képességét jellemzik. Az erősítés méréséhez mérni kell a bemeneti és a kimeneti teljesítményt. Az erősítés mérésére egyenleteken keresztül a decibeleket használják. Az erősítés logaritmikus, 10-es erősséggel mérve. Egy adott erősítő erősítésének kiszámításához használja az ezen a wiki oldalon található egyenletsorozatot >

Oszcillátorok – ha egy erősítőt egy szűrőhöz, majd vissza a saját bemenetéhez csatlakoztatunk, akkor egy lineáris oszcillátort hozunk létre. Az oszcillátorokat órákban, rádióban, televízióban,szűrőkben és sok más dologban használják. Az áramkörök hangolására használják őket, és fontos eszközök a dolgok működéséhez. További információk az oszcillátorokról >

2.) Teljesítményerősítők

A jelláncban a teljesítményerősítő a végső erősítőre utal. A teljesítményerősítőaz antenna, magnetron(radar), hangszóró vagy hosszú távú adatátviteli vezeték/szál táplálására való felhasználáshoz a jelet magas szintre erősítheti.

A teljesítményerősítőknek vannak osztályai, amelyek leírják, hogy a szinuszos jel mekkora részét erősítik fel. Az erősítő úgy is kialakítható, hogy egy ciklus felére kikapcsolható legyen, ami megváltoztatja az átmenő hullámformát.
Osztályok (analóg): A, B, AB, CC osztályok (digitális): A, B, AB, CC:
Az osztályokról bővebben itt olvashat.

Alább: D, E, F, G, S, T
Az osztályokról itt olvashat: Balra: csöves erősítő egy magnetronhoz egy korai mikrohullámú sütőben. A nagy hengeresezüst és sárga eszközök kondenzátorok.
Alul: Jobbra: modern szilárdtest-erősítő egy magnetronhoz.

3.) Hangszórók és hangszerek erősítői A hangszórók meghajtására használt erősítők egy mikrofon, rádióvevő, televízió vagy más eszköz által generált parányi jelet vesznek fel és alakítják át olyan erős jellé, amely elegendő a hangszórókban található erős elektromágnesek meghajtásához. Audioerősítő áramkörök a következőkből állnak: Kondenzátorok: szűrőkondenzátorok, csatolókondenzátorok ellenállások Vákuumcsövek vagy tranzisztorok Rectifiers – átalakítja a váltóáramot egyenáramúvá. Lehetnek szilíciumdiódák vagy csőegyenirányítók Diódák és csőegyenirányítók Az elektromágneses hangszórók meghajtására szolgáló erősítőáramkörök jelentették a legnagyobb kihívást a korai hangmérnökök számára. Annak ellenére, hogy a hangszórót először az 1870-es években elméletileg kidolgozták, több mint 40 évnek kellett eltelnie ahhoz, hogy az első működőképes, kereskedelmi forgalomba hozható hangszórót láthassuk. Ennek oka az, hogy más technológiát is ki kellett fejleszteni, mint például a vákuumcsövek és az elektromos áramkörök fejlett matematikája, hogy olyan hangerősítőt készítsenek, amely valóban zenét és hangot produkál, szemben a durva eszközökkel, amelyek a hangszórót csúnya és ellenőrizetlen zümmögő zajra késztették. Az eredeti jel gazdag és tiszta hullámformáit megőrző, a hangjelet pontosan felerősítő elektronika elkészítése volt az a feladat, amelyet először C.W. Rice és E.W. Kellogg hajtott végre. Jobbra: az első működő hangszóró prototípusa (1921) és a hozzá tartozó erősítő, amely egy egész szekrényt foglalt el.

Videó: Corbin Irvin, villamosmérnök megmutatja egy klasszikus csöves erősítő alkatrészeit azEdison Tech Centerben:

4.) Tranzisztoros erősítők A tranzisztorok “tranzisztorellenállással” rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy a félvezetők, amelyekből készülnek, képesek megváltoztatni az ellenállás értékét. A tranzisztorok egyaránt használhatók kapcsolóként és erősítőként. A tranzisztorhárom vezetékkel rendelkezik: bemenet (kollektor), feszültség (bázis) és kimenet (emitter). A tranzisztor mint kapcsoló: Amikor kapcsolóként használja, a “bázis” vezetéken áramot adva lehetővé teszi, hogy a bemenetről (kollektor) a kimenetre (emitter) áramoljon, amikor leállítja az áramellátást, úgy viselkedikmint egy nyitott kapcsoló, és a jel nem áramlik a kollektorból az emitterbe. Amikor ezt kapcsolóként használják, a tranzisztort “telítettnek” mondják, mivel a maximális feszültségmennyiség folyik át, mint amennyit kezelni tud. Gondoljon erre úgy, mint egy egyszerű “be” vagy “ki” kapcsolóra, félút nélküli lehetőségekkel. Tranzisztor mint erősítő: Ez bezárja a “kapcsolót”, és lehetővé teszi, hogy a jel áthaladjon az eszközön. Ennek a pozitív feszültségnek az eszközhöz való hozzáadása az eszköz “előfeszítése”. Amikor a gyenge bemeneti jel áthalad rajta, erősebbé válik az előfeszítésből, ami növeli a kimeneti jelet. Ez jó, de nem igazán nagy erősítést eredményez. Két tranzisztor: Amikor két tranzisztort egymás mellé helyezünk, akkor az egyik egy kissé erősített AC jelet szolgáltathat a következő alapvezetékéhez, így erősebb jel áramolhat át a második tranzisztoron, és drámaibb változásokat végezhet a második tranzisztorban. az AC hullámforma sértetlen marad, mint az eredeti jel, csak erősebb. Tehát elképzelheti, hogy nagy mennyiségű víznyomás halmozódik fel egy szelep egyik oldalán (a kollektoroldalon), csak arra vár, hogy lefelé rohanjon a csövön, csak el kell fordítania egy gombot, és enyhe beállításokat kell végeznie a bázisoldalon, és az ajtó részben vagy teljesen kinyílik. A víz át fog ömleni, vagy csak csorogni. Így egy kis erőfeszítéssel (gyengejel) komoly mennyiségű teljesítményt vezérelünk.

Az operációs erősítő elkészítéséhez több tranzisztort használsz ellenállásokkal és kondenzátorokkal együtt, így erősíthetsz egy frekvenciatartományt. Azáltal, hogy negatív és pozitív feszültséget is alkalmaz az eszközre, az erősítő akár 12 voltot(+) is létrehozhat 12 volt(-) feszültséggel, így elegendő teljesítményt kaphat ahhoz, hogy egy hangszóró működjön. Ezeknek az áramköröknek a kialakítására 1000 mód van, de néhány alapmodellel kezdheti.

A tranzisztor előtt használt kondenzátor: A tranzisztoros erősítők egy kondenzátort használnak a tranzisztor bemenete előtt, hogy “központosítsák” a mikrofonból érkező egyenáramú jelet. A mikrofonokrezonálnak, negatív és pozitív egyenáramú energiát hozva létre. Ők is használnak “előfeszítést”, de más okbólmás okból, mint a tranzisztorok. A mikrofonban lévő előfeszítés gerjeszti az eszközt, és 0 db-ot 0 feszültség fölé helyezi. Az előfeszítés a legtöbb mikrofonban körülbelül 2 voltot igényel, de ez eltérő lehet. a tranzisztor előtti kondenzátor leviszi a 2 voltos előfeszítést a tényleges 0-ra, és így eltávolítja az egyenáramú eltolódást. a tranzisztornak erre van szüksége a működéshez.

Együttesek: Az erősítő áramkör létrehozása bonyolulttá válik a dolgok miatt, mint példáuljelzaj. Javasoljuk, hogy kezdje el az egyszerű erősítők készletekből történő építését, hogy az alapokat elsajátítsa. Ezután már nagyobb teljesítményű és drágább rendszereket csíphet.

Tanulja meg az építésen keresztül:
Építsen saját erősítőket és effektpedálokat (egyszerű készletek állnak rendelkezésre) >
Vintage Vacuum Tube Amp Kits (teljes méretű gitárerősítők hangszórókkal) >

Fentebb: A triódban egy izzószál fűti a katódot, a katód és a rács a váltakozó áramú jelhez van csatlakoztatva. Az (1.) résznél a rács negatív töltésű, és taszítja az elektronokat, esetleg teljesen megakadályozza, hogy elérjék a katódot. A (2.) résznél a rács nem negatív töltésű, és az elektronok szabadon átjutnak az ívelt külső lemezre, amely a katód. Megjegyzés: az (1.) és (2.) rész nem egyszerre történik, csak ezen az ábrán együtt vannak feltüntetve.

5.) Vákuumcsövek használata az erősítéshez A trióda megjelenése 1906-ban forradalmasította a telefont és a rádiót. Sokféle vákuumcsövet használtak erősítésre, és néhányat közülük ma is használunk. A csöves erősítők használhatnak tetrodákat, triódákat és pentódákat vákuumcsöveket a jelerősítés feladatának elvégzésére. A triódás erősítő: Ennek a csőnek a közepén van egy forró katód, amelyet egy fémrács vesz körül, az ezt körülvevő anóddal. A katód elektronokat bocsát ki, és a vákuumban az elektronok szabadon áramlanak a rácson keresztül az anódhoz. A rács negatív energiával való ellátása több elektront taszít el,ez azt jelenti, hogy kevesebb elektron tud áthaladni a rácson, hogy eljusson az anódhoz. Ha veszelgyenge audiojelet (változó feszültséget) és a rácsra alkalmazod, több energiát engedsz át a rácson a pozitív csúcsok alatt és kevesebbet a negatív csúcsokon, így nagymértékben felerősítheted a jelet. A csöves erősítők rossz része, hogy több energiát és helyet fogyasztanak, mint a tranzisztorok.A csőben a forró katód egy volfrám és tórium izzószálból készül. Ez az izzószál, akárcsak egy villanykörte, néhány óra elteltével kiég, és a csövet ki kell cserélni. Ha egy erősítőt hangszóróhoz csatlakoztatunk, az erősítő viselkedése megváltozik. A hangszóróimpedancia változik, ahogy a terhelés változik, és ez hatással van az egész rendszerre. Előnyök a tranzisztorokkal szemben: A gitárosok azt állítják, hogy a csöves erősítő hangja jobb, mint a tranzisztoros erősítőké. A csöves erősítő rendszerekben nemlineáris klippelés és több másodrendű harmonikus torzítás van, rengeteg részletes cikk van ebben a témában. A gitárosok számára tervezett szilárdtest-erősítők most áramvisszajelző áramköröket használnak a kimeneti impedancia növelésére, ez hasonló hangot ad a hangszóróból, mint amit egy csöves erősítő adna.

6.) Három csöves erősítő példa

Egy egyszerű, három csőből álló gitárerősítővel fogjuk bemutatni, hogyan alakul át a jel egy gyenge 0,9 voltos jelből egy nagy hangszóró membránjának táplálásához elegendő erős jellé. A grafikánk a “Doug bácsi” videóiban szereplő Fender Champ-Amp egyszerűsített változata. Nézze meg az itt alul felsorolt 38 perces videót, hogy mélyebbre menjen, ha szüksége van rá. Az alábbi ábráinkon az ellenállásokat és a legtöbb kondenzátort kihagytuk, hogy az erősítés működésére összpontosítsunk.

A fenti grafikán látható az elrendezés, amely egy tápegységből (transzformátor) áll, amely egy egyenirányító csőhöz és két másik csőhöz csatlakozik. A transzformátor a falról érkező 120 V-ot három külön vezetékre alakítja át. A 6 V-os vonal csak a két erősítőcső izzószálait táplálja. Ez tartja melegen az izzószálakat, hogy a csövek működni tudjanak. Az 5 V-os vezeték a teljesítményegyenirányítóhoz megy, és felmelegíti azt a csövet. A másik nagyfeszültségű vezeték a váltakozó áramot az egyenirányítóhoz viszi, ahol a hullámforma negatív oldalainak levágásával egyenárammá alakítják. A rendszerben máshol lévő ellenállások és transzformátorok segítenek kisimítani az egyenáramú jelet, eltávolítva a görbült dudorokat.

A hangszedők által generált gitárjel az előerősítő triódacsőben lévő rácsra csatlakozik. A csőben lévő anódot nagyon erős150 voltos + DC-vel látták el. Így ez a lemez valóban húzza a közelben lévő negatív ionokat (elektronokat).a katódon a cső közepén nagyon forró, ami sok elektron keletkezését serkenti, azonban a rács alapértelmezés szerint negatív állapotban van, megakadályozva az elektronok áthaladásátaz anód felett. A gitárból érkező AC jel megváltoztatja a rácsot, lehetővé téve az elektronok millióinak átáramlását a másik oldalra egy olyan mintázatban, amely megismétli a gitár hullámformáját.

A váltakozó áram most követi az egyenáramú vezetéket az anódtól egy másik rácshoz (12AX7 cső) ugyanabban a csőben. Egy kondenzátor blokkolja az egyenáramot, csak az AC jelet engedi át. Ez a jel most erősebb, mint az eredeti gitárhúr jele, és ez a 2. rács még erősebben reagál, így egy szélsőségesebb AC hullámforma jut el a katódtól az anódig. a jel így már kétszeresen felerősödött ebben az előerősítő csőben.

A jel az előerősítő csőből a végső cső lemezére jut. Az utolsó cső ebben a láncban hatalmas, 320 voltos egyenfeszültséggel rendelkezik, rendkívül erős + töltéssel. A rács ismét reagál a váltakozó áramra, és sok elektron áramlik át rajta ugyanabban a mintázatban, mint a váltakozó áramú hullámforma. Ez a váltakozó áramú jel áthalad egy transzformátoron, amely a teljesítményt a hangszóró által használható feszültséggé alakítja. Normális esetben a transzformátor tekercsen átmenő 320 volt nem hat a transzformátor hangszóró felőli oldalára, mert az egyenáram nem tud átmenni egy transzformátoron.

Videó, az áramkör teljes leírása:
How Tube Amplifiers Work, description of circuit – power supply (18 min) >
És az áramkör leírásának 2. része (20 perc) egy Fender Champ-Amp >

Video: Az első hangszóró prototípus, ez a videó bemutatja az 1921-es prototípusban használt csöveket.

Az erősítők típusai:
Operációs erősítők
Differenciális erősítők
Isolációs erősítők
Negatív visszacsatolású erősítők
Instrumentációs erősítők

További olvasmányok:
Tranzisztorelmélet >
Működési erősítők >
Félvezető elektronika >
Rádió >

Kapcsolódó témakörök:

Hangszórók	Vákuumcsövek	Mikrofonok
Televízió	Elektromos gitárok	Még több cucc