Amplificatoare

Amplificatoarele electronice sau „amperi” sunt dispozitive care măresc puterea semnalului. Ele sunt utilizate în orice, de la radio la calculatoare. Înțelegerea amplificatoarelor este esențială dacă doriți să fiți inginer electrician sau pur și simplu să învățați să vă reglați sistemul audio. Mii de ingineri au contribuit la o mai bună proiectare a amplificatoarelor de-a lungul anilor, vom menționa aici doar câțiva dintre ei. Domeniul proiectării amplificatoarelor este imens,așa că vom acoperi aici doar câteva noțiuni de bază cu link-uri către pagini care intră în mai multe detalii despre aspecte ale acestui subiect.

1.) Cum funcționează și noțiuni de bază
2.) Amplificatoare de putere
3.) Amplificatoare pentru difuzoare și instrumente muzicale
4.) Amplificatoare cu tranzistori
5.) Amplificatoare cu tuburi, modul lor de funcționare
6.) 3 Model de amplificator cu tuburi

1.) Cum funcționează

În sensul cel mai elementar, un amplificator preia un semnal slab și îi adaugă putere de la o sursă de alimentare pentru a-l face mai mare la capătul de ieșire.

Două exemple de bază ale necesității unui amplificator:

Audio – Thomas Edison și Emile Berliner au dezvoltat microfonul cu carbon. Puterea de curent continuu trece între două plăci de metal cu carbon între ele, una dintre aceste plăci este diafragmacare vibrează atunci când undele sonore o lovesc. Această schimbare a distanței dintre cele două plăci modifică rezistența și, astfel, la ieșire se obține un semnal de curent continuu care devine curent alternativ pe măsură ce se modulează.
Problemă: capătul de ieșire al unui microfon este un semnal slab deoarece este nevoie de o tensiune joasă de curent continuu pentru a face un microfon să funcționeze. Acum trebuie să luăm acel semnal slab și fie să-l trimitem la distanță (ca în cazul sistemului telefonic), fie să-l introducem într-un difuzor. Au fost necesare amplificatoare pentru a face acest lucru.

Radio – Când Alexanderson, Fessenden, Hull și alții au dezvoltat transmisia radio vocală și radarthey aveau nevoie de o modalitate de a lua undele radio slabe detectate de tuburile cu vid și de a amplifica semnalul astfel încât acesta să poată alimenta un difuzor. Amplificatoarele (cum ar fi tubul cu vid cu triode) au fost, de asemenea, necesare pentru a prelua semnalele slabe care transportă semnalul audio și video (televiziune) și pentru a transforma acel semnal fie în megawați de semnal (pentru un emițător), fie în câțiva wați pentru a alimenta un difuzor la capătul receptorului.

Câștig – cuvântul câștig este folosit pentru a descrie capacitatea amplificatoarelor de a multiplica puterea. Pentru a măsura câștigul trebuie să măsurați puterea de intrare și de ieșire. Decibelii sunt utilizați pentru a măsura câștigul prin intermediul unor ecuații. Câștigul este logaritmic, măsurat la puterea 10. Pentru a calcula câștigulunui anumit amplificator folosiți seria de ecuații găsite pe această pagină wiki >

Oscilatoare – când un amplificator este conectat la un filtru și apoi înapoi la propria intrare se creează un oscilator liniar. Oscilatoarele sunt utilizate în ceasuri, radio, televiziune,filtre și multe alte lucruri. Ele sunt folosite pentru a regla circuitele și sunt instrumente importante pentru a face lucrurile să funcționeze. Mai multe despre oscilatoare >

2.) Amplificatoare de putere

În lanțul de semnal, amplificatorul de putere se referă la amplificatorul final. Amplificatorul de puterepoate amplifica semnalul la niveluri ridicate pentru a fi utilizat pentru a alimenta o antenă, magnetron(radar), difuzor sau fir/fibră de transmisie de date pe distanțe lungi.

Amplificatoarele de putere vin în clase pentru a descrie cât de mult din semnalul sinusoidal este amplificat. Amplificatorul poate fi proiectat pentru a fi oprit pentru o jumătate de ciclu, ceea ce schimbă forma de undă care vine prin el.
Clasi (analogice): A, B, AB, CCclase (digitale): D, E, F, G, S, T
Citește mai multe despre clase aici.

Mai jos: Stânga: Amplificator tubular pentru un magnetron într-un prim cuptor cu microunde. Dispozitivele cilindrice mari de argint și galben sunt condensatori.

Dedesubt: Dreapta: amplificator modern cu semiconductori pentru un magnetron.

3.) Amplificatoare pentru difuzoare și instrumente muzicale Amplificatoarele utilizate pentru acționarea difuzoarelor preiau o cantitate infimă de semnal generată de un microfon, receptor radio, televizor sau alt dispozitiv și o transformă într-un semnal suficient de puternic pentru a acționa electromagnetul puternic care se găsește în difuzoare. Circuitele amplificatoarelor audio sunt alcătuite din: Capacitori: condensatori de filtrare, condensatori de cuplaj Rezistențe Tuburi cu vid sau tranzistori Rectificatoare – convertește energia de curent alternativ în curent continuu. Pot fi diode de siliciu sau redresoare cu tuburi Diode și redresoare cu tuburi Circuitele amplificatoare pentru acționarea difuzoarelor electromagnetice au reprezentat cea mai mare provocare pentru primii ingineri audio. În ciuda faptului că difuzorul a fost teoretizat pentru prima dată în anii 1870, au trebuit să treacă mai mult de 40 de ani până când am văzut primul difuzor funcțional gata de vânzare comercială. Motivul este că a trebuit să se dezvolte alte tehnologii, cum ar fi tuburile cu vid și matematica avansată pentru circuitele electrice, pentru a realiza un amplificator audio care să producă cu adevărat muzică și voce, spre deosebire de dispozitivele rudimentare care puteau face ca un difuzor să producă un bâzâit urât și necontrolat. Realizarea unor dispozitive electronice care puteau crește cu acuratețe semnalul audio păstrând formele de undă bogate și pure ale semnalului original a fost sarcina executată pentru prima dată de C.W. Rice și E.W. Kellogg. Dreapta: primul prototip de difuzor funcțional (1921) și amplificatorul său care ocupa un întreg dulap.

Video: Corbin Irvin, inginer electrician, ne arată părțile unui amplificator clasic cu tuburi laEdison Tech Center:

4.) Amplificatoare cu tranzistori Transistorii au „tranzistori”, ceea ce înseamnă că semiconductorii din care sunt făcuți pot schimba valorile rezistenței. Tranzistoarele pot fi utilizate atât ca întrerupător, cât și ca amplificator. Tranzistorul are trei fire: o intrare (colector), o tensiune (bază) și o ieșire (emitor). Transistorul ca întrerupător: Atunci când îl folosiți ca întrerupător, aplicarea de energie pe firul de „bază” va permite ca energia să treacă de la intrare (colector) la ieșire (emițător), atunci când nu mai furnizați energie, acesta acționează ca un întrerupător deschis și semnalul nu va trece de la colector la emițător. Atunci când se utilizează ca întrerupător, se spune că tranzistorul este „saturat”, deoarece tranzistorul este traversat de tensiunea maximă pe care o poate suporta. Gândiți-vă la acesta ca la un simplu întrerupător „pornit” sau „oprit”, fără opțiuni la jumătatea drumului. Transistorul ca amplificator: Într-un amplificator, aplicați o cantitate mică de putere tranzistorului în orice moment și acest lucru închide „comutatorul”, permițând semnalului să treacă prin dispozitiv. Adăugarea acestei tensiuni pozitive la dispozitiv are rolul de a „polariza” dispozitivul. Atunci când semnalul slab de intrare trece prin el, acesta capătă putere din cauza polarizării, ceea ce se adaugă la semnalul de ieșire. Acest lucru este bun, dar nu face cu adevărat o amplificare mare. Două tranzistoare: Când punem împreună două tranzistoare, putem face ca unul dintre ele să furnizeze un semnal de curent alternativ ușor amplificat la cablul de bază al următorului, permițând astfel ca un semnal mai puternic să treacă prin cel de-al doilea tranzistor și să facă schimbări mai dramatice în cel de-al doilea tranzistor. forma de undă de curent alternativ rămâne intactă ca semnalul original, doar că este mai puternică. Așadar, vă puteți imagina că o cantitate mare de presiune a apei este acumulată într-o parte a unei valve (partea colectorului), așteaptă doar să se grăbească pe țeavă, tot ce trebuie să faceți este să rotiți un buton și să faceți mici ajustări pe partea de bază și ușa se va deschide parțial sau complet. Apa va țâșni prin ea, sau doar se va scurge. Acesta este modul în care facem ca un pic de efort (weaksignal) să controleze o cantitate serioasă de putere.

Pentru a realiza un amplificator operațional se folosesc mai multe tranzistoare împreună cu rezistențe și condensatori, în acest fel se poate amplifica o gamă de frecvențe. Prin aplicarea de tensiuni negative și pozitive la dispozitiv puteți face ca amplificatorul să creeze până la 12 volți(+) cu 12 volți(-), în acest fel aveți suficientă putere pentru a face să funcționeze un difuzor. Există 1000 de moduri de a proiecta aceste circuite, dar puteți începe cu câteva modele de bază.

Capacitor folosit înaintea tranzistorului: Amplificatoarele cu tranzistor folosesc un condensator înainte deintrarea tranzistorului pentru a „centra” semnalul de curent continuu care vine de la un microfon. Microfoanelerezonează, creând energie negativă și pozitivă de curent continuu. Acestea folosesc, de asemenea, o „polarizare”, dar pentru un motiv diferit de cel al tranzistoarelor. Polarizarea din microfon energizează dispozitivul și plasează 0 db deasupra tensiunii 0. Polarizarea în majoritatea microfoanelor necesită să îi furnizați aproximativ 2 volți, dar poate fi diferită.Condensatorul dinaintea tranzistorului aduce polarizarea de 2 volți la 0 real și, prin urmare, elimină decalajul de curent continuu.Tranzistorul are nevoie de acest lucru pentru a funcționa.

Complicații: Crearea unui circuit amplificator se complică din cauza unor lucruri precum zgomotul de semnal. Vă recomandăm să începeți să construiți amplificatoare simple din kituri pentru a obține elementele de bază. Apoi, după aceea, puteți modifica sisteme mai puternice și mai scumpe.

Învățați prin construcție:
Construiți-vă propriile amplificatoare și pedale de efecte (are la dispoziție kituri simple) >
Vintage Vacuum Tube Amp Kits (amplificatoare de chitară de dimensiuni normale cu difuzoare) >

Deasupra: Într-o triodă, un filament încălzește catodul, catodul și grila sunt conectate la semnalul de curent alternativ. La (1.) grila este încărcată negativ și respinge electronii, posibil chiar blocându-i complet să ajungă la catod. La (2.) grila nu este încărcată negativ și electronii trec liber spre placa exterioară curbată care este catodul. Nota: partea (1.) și (2.) nu se întâmplă în același timp, ele sunt prezentate împreună doar pentru acest grafic.

5.) Utilizarea tuburilor cu vid pentru amplificare Avântul triodei în 1906 a revoluționat telefonia și radioul. Există mai multe tipuri de tuburi cu vid folosite pentru a amplifica și încă mai folosim unele dintre ele și astăzi. Amplificatoarele cu tuburi pot folosi tuburi cu vid cu tetrode, triode și pentode pentru a face treaba de amplificare a semnalului. Amplificatorul cu triode: Acest tub are un catod fierbinte în centru, înconjurat de o grilă metalică cu anodul care o înconjoară. Catodul emite electroni, iar în vid electronii curg liber prin grilă spre anod. Prin energizarea negativă a grilei se resping mai mulți electroni, ceea ce înseamnă că mai puțini electroni pot trece prin grilă pentru a ajunge la anod. Dacă luați un semnal audio slab (o tensiune variabilă) și îl aplicați pe grilă, veți lăsa mai multă energie să treacă prin grilă în timpul vârfurilor pozitive și mai puțină la cele negative, astfel puteți amplifica foarte mult semnalul. Partea proastă a amplificatoarelor cu tuburi este că acestea consumă mai multă energie și spațiu decât tranzistorii.Catodul fierbinte dintr-un tub este format dintr-un filament de tungsten și thorium. Acest filament, la fel ca un bec se va arde după un număr de ore și tubul va trebui înlocuit. Când atașați un amplificator la un difuzor, comportamentul amplificatorului se va schimba. Impedanța difuzorului se va schimba pe măsură ce se schimbă sarcina, iar acest lucru afectează întregul sistem. Vantaje față de tranzistori: Guitardiștii vor susține că sunetul de la un amplificator cu tuburi este mai bun decât cel de la amplificatoarele pe bază de tranzistori. Sistemele de amplificatoare cu tuburi au un clipping neliniar și mai multă distorsiune armonică de ordinul doi, există o mulțime de articole detaliate pe această temă. Amplificatoarele cu stare solidă concepute pentru chitariști folosesc acum circuite de reacție a curentului pentru a crește impedanța de ieșire, ceea ce oferă un sunet similar cu cel al unui amplificator cu tuburi de la difuzor.

6.) Exemplu de amplificator cu trei tuburi

Vom folosi un amplificator simplu de chitară cu trei tuburi pentru a demonstra modul în care semnalul este transformatde la un semnal slab de 0,9 volți la un semnal suficient de puternic pentru a alimenta o diafragmă mare de difuzor. Grafica noastră este o versiune simplificată a amplificatorului Fender Champ-Amp prezentat în videoclipurile lui „Uncle Doug”. Vedeți videoclipul de 38 de minute listat în partea de jos aici pentru a intra mai în profunzime dacă aveți nevoie. În diagramele noastre de mai jos am omis rezistențele și majoritatea condensatorilor pentru a ne concentra pe acțiunea de amplificare.

În graficul de mai sus veți vedea schema care constă dintr-o sursă de alimentare (transformator) conectată la un tub redresor și alte două tuburi. Transformatorul transformă 120 V de la perete întrei linii separate. Linia de 6V alimentează doar filamentele din cele două tuburi amplificatoare. Aceasta menține filamentele calde pentru ca tuburile să poată funcționa. Linia de 5 V merge la redresorul de putere și încălzește acel tub. Cealaltă linie de înaltă tensiune duce curentul alternativ la redresor, unde este transformat în curent continuu prin tăierea laturilor negative ale formei de undă. Rezistențele și transformatoarele din alte părți ale sistemului ajută la netezirea semnalului de curent continuu, înlăturând bosajele curbe.

Semnalul de chitară generat de pickup-uri este conectat la grila din tubul triodei de preamplificare. Anodul din tub a fost alimentat cu un foarte puternic150 volți de + DC. Deci acea placă trage cu adevărat asupra oricăror ioni negativi (electroni) din apropiere. pe catodul din centrul tubului este foarte cald stimulând generarea de mulți electroni, însă grila este implicit într-o stare negativă, blocând trecerea electronilorpe anod. Semnalul de curent alternativ de la chitară modifică grila, permițând ca milioane de electroni să treacă pe partea cealaltă, într-un model care reproduce forma de undă a chitarei.

Puterea de curent alternativ urmează acum linia de curent continuu de la anod la o altă grilă (tubul 12AX7) în același tub. Un condensator blochează curentul continuu, permițând doar trecerea semnalului de curent alternativ. Acest semnal este acum mai puternic decât semnalul inițial al corzii de chitară și această a 2-a grilăreacționează și mai puternic, permițând trecerea unei forme de undă CA mai extreme de la catod la anod.Astfel, semnalul a fost amplificat de două ori deja în acest tub de preamplificare.

Semnalul de la tubul de preamplificare este trecut pe plăcile tubului final. Ultimul tub din acest lanț are o tensiune de 320 volți DC cu o sarcină + extrem de puternică. Din nou, rețeaua reacționează la energia de curent alternativ și mulți electroni trec prin ea în același model ca și forma de undă de curent alternativ. Acest semnal de curent alternativ trece printr-un transformator care transformă puterea într-o tensiune pe care o poate utiliza difuzorul. În mod normal, cei 320 de volți care trec prin bobina transformatorului nu afectează partea de difuzor a transformatorului, deoarece curentul continuu nu poate trece printr-un transformator.

Video, descrierea completă a acestui circuit:
Cum funcționează amplificatoarele cu tuburi, descrierea circuitului – sursa de alimentare (18 min) >
Și partea 2 (20 min) a descrierii acestui circuit pentru un Fender Champ-Amp >

Video: Primul prototip de difuzor, acest videoclip vă prezintă tuburile folosite în acest prototip din 1921.

Tipuri de amplificatoare:
Amplificatoare operaționale
Amplificatoare diferențiale
Amplificatoare de izolare
Amplificatoare cu reacție negativă
Amplificatoare de instrumentație

Lecturi suplimentare:
Teoria tranzistorului >
Amplificatoare operaționale >
Electronică cu semiconductori >
Radio >

Subiecte conexe:

Înlocuiri de difuzoare	Tuburi cu vid	Microfoane
. Televiziune	Chitare electrice		Mai multe chestii