Versterkervervorming: circuit, typen, hoe u vervorming kunt verminderen en versus vervormingspedalen

Een versterker is een elektronisch apparaat dat de invoer van een kleiner signaal versterkt tot een groter o/p-signaal. Het uitgangssignaal verandert dus continu met enkele versterkingswaarden. Deze worden gebruikt binnen draadloze communicatie en uitzendingen in allerlei audioapparatuur. In ideale omstandigheden zou het versterkte o/p-signaal van de versterker een golfvorm moeten hebben die precies overeenkomt met het ingangssignaal. Deze ideale toestand wordt echter in de praktijk helemaal niet bereikt versterkers . Er kunnen dus enkele wijzigingen binnen de golfvorm optreden naast de stijging van de amplitude, die bekend staat als vervorming. Het is ongewenst omdat het de intelligentie die via het signaal wordt doorgegeven, kan wijzigen. Dit artikel geeft korte informatie over versterker vervorming , werken en de toepassingen ervan.

Wat is versterkervervorming?

Versterkervervorming kan worden gedefinieerd als; elk verschil met het ingangssignaal van een versterker dat optreedt tijdens het versterkingsproces en een veranderd uitgangssignaal geeft in termen van grootte, vorm, frequentie-inhoud, enz. Het treedt op vanwege vele factoren, zoals; niet-lineariteit binnen de componenten van de versterker, onjuiste voorspanning of overbelasting van de versterker. De versterkervervorming is ongewenst omdat deze de waarde van het versterkte signaal verslechtert.

Versterkervervormingscircuit

Versterkervervorming kan worden begrepen met een voorbeeld van a gemeenschappelijk emitter (CE) versterkercircuit . De vervorming van het uitgangssignaal kan de volgende redenen hebben.

• Het is mogelijk dat versterking niet gedurende de volledige signaalcyclus plaatsvindt vanwege de verkeerde voorspanningsniveaus.
• Als het ingangssignaal erg groot is, worden de transistoren van versterkers begrensd door de voedingsspanning.
• De versterking kan geen lineair signaal zijn boven het gehele ingangsfrequentiebereik, wat betekent dat tijdens de versterkingsprocedure van de signaalgolfvorm versterkervervorming zal optreden.

Versterkers zijn ontworpen voor het versterken van kleine ingangsspanningssignalen naar grotere uitgangssignalen, wat betekent dat het uitgangssignaal constant zal worden veranderd door de versterkingswaarde die wordt vermenigvuldigd met het ingangssignaal, voornamelijk voor alle ingangsfrequenties.

Het volgende gemeenschappelijke emittercircuit (CE) werkt voor kleine AC-ingangssignalen, maar veroorzaakt enige problemen bij de werking ervan. De beoogde positie van het biaspunt ‘Q’ van de BJT-versterker hangt dus af van de gerelateerde bètawaarde voor alle typen transistors.

Een gangbaar transistorcircuit van het emittertype werkt vooral goed voor kleine AC-ingangssignalen, hoewel er één belangrijk nadeel is: de berekende positie van het bias-Q-punt van een bipolaire versterker hangt voornamelijk af van de gerelateerde bètawaarde van alle soorten transistors. Deze bètawaarde fluctueert echter bij vergelijkbare soorten transistors, wat betekent dat het Q-punt van de ene transistor niet gerelateerd is aan een andere transistor met een vergelijkbare categorie vanwege de acceptatie van karakteristieke producties. Daarna treedt versterkervervorming op omdat de versterker niet lineair is. Zorgvuldige selectie van de transistor- en biascomponenten kan helpen bij het minimaliseren van het versterkervervormingseffect.

Soorten versterkervervorming

Er zijn verschillende soorten versterkervervorming die hieronder worden besproken. Het vervormingstype hangt voornamelijk af van het gebied van de karakteristieken dat door de transistor wordt gebruikt, de reactantie van het apparaat en het bijbehorende circuit.

Niet-lineaire vervorming

Niet-lineaire vervorming treedt voornamelijk op in een versterker wanneer het toegepaste ingangssignaal groot is en het actieve apparaat in een niet-lineair gebied van zijn karakteristieken wordt gestuurd. Deze vervorming wordt gebruikt om een ​​niet-lineaire relatie tussen de ingangs- en uitgangssignalen van een versterker te beschrijven. Deze vervorming is dus het gevolg van systemen waarbij het uitgangssignaal niet precies evenredig is aan het ingangssignaal en er intermodulatieproducten of harmonischen worden gegenereerd.

Amplitudevervorming

Amplitudevervorming is een soort niet-lineaire vervorming die plaatsvindt vanwege de verzwakking binnen de topwaarde van het signaal. De verschuiving binnen het Q-punt en de versterking voor minder dan 360⁰ van het signaal leidt voornamelijk tot vervorming in amplitude. Deze vervorming treedt voornamelijk op als gevolg van clipping en onjuiste biasing. We weten dat als het voorspanningspunt van de transistor correct is, de uitvoer vergelijkbaar is met de invoer binnen de versterkte vorm. Dit kan worden begrepen aan de hand van de volgende gevallen.

Stel dat er onvoldoende voorspanning aan de versterker wordt gegeven, dan zal het Q-punt dicht bij de kleine helft van de belastingslijn liggen. Dus in deze toestand wordt de negatieve helft van het ingangssignaal afgekapt en verkrijgen we een vervormd uitgangssignaal van de versterker.

Als we een extra biaspotentieel bieden, bevindt het Q-punt zich aan de hogere kant van de belastingslijn. Deze voorwaarde levert dus een uitvoer op die wordt afgesneden op de positieve helft van de golfvorm.
Een goede voorspanning kan soms ook leiden tot vervorming binnen de uitvoer als het ingangssignaal groot is, omdat dit ingangssignaal wordt versterkt door de versterking van de versterker. Dus zowel de positieve als de negatieve helft van de golfvorm worden op een bepaald punt afgekapt, wat clipping-vervorming wordt genoemd.

Lineaire vervorming

Lineaire vervorming treedt voornamelijk op wanneer het ingangssignaal dat wordt toegepast om het apparaat aan te sturen klein is en functioneert in het lineaire gedeelte van zijn kenmerken. Deze vervorming treedt dus voornamelijk op vanwege de frequentieafhankelijke eigenschappen van actieve apparaten.

Frequentievervorming

Bij dit type vervorming verandert het versterkingsniveau in frequentie. Het ingangssignaal tijdens versterking in een realistische versterker omvat een grondfrequentie met verschillende frequentiecomponenten die harmonischen worden genoemd.

De harmonische amplitude (HA) na versterking is tamelijk een fractie van de basisamplitude. Het veroorzaakt geen ernstige oorzaak voor de uitgangsgolfvorm. Als de HA na versterking naar een hoge waarde gaat, kan het effect ervan niet worden vermeden omdat het zichtbaar is aan de uitgang.

Hier heeft de ingang een fundamentele frequentie inclusief harmonischen. De combinatie van de twee aan versterking zorgt dus voor een vervormd signaal aan de uitgang. Het gebeurt ofwel vanwege het optreden van reactieve elementen (of) via de elektrodecapaciteiten van het versterkercircuit.

Fasevervorming

Fasevervorming wordt ook wel vertragingsvervorming in de versterker genoemd, omdat wanneer er een tijdsvertraging is tussen het ingangs- en uitgangssignaal, er sprake is van een fasevervormd signaal. Deze vervorming treedt voornamelijk op vanwege elektrische reactantie. We hebben eerder besproken dat een signaal verschillende frequentiecomponenten bevat. Wanneer verschillende frequenties dus verschillende faseverschuivingen ervaren, treedt er fasevervorming op. Dit soort vervorming heeft geen praktisch belang bij audioversterkers, omdat het menselijk oor ongevoelig is voor faseverschuiving. Het type en de hoeveelheid vervorming die draaglijk of ondraaglijk is, hangt voornamelijk af van de toepassing van de versterker. Gewoonlijk wordt de werking van het systeem eenvoudigweg beïnvloed wanneer de versterker extreme vervorming veroorzaakt.

Redenen voor vervorming

Vervorming in versterkers treedt voornamelijk op vanwege de belangrijkste redenen die hieronder worden besproken.

• Vervorming treedt voornamelijk op als gevolg van onjuiste voorspanning wanneer het ingangssignaal niet wordt versterkt gedurende de volledige cyclus van het ingangssignaal.
• Het treedt op wanneer het toegepaste ingangssignaal erg groot is.
• Soms treedt versterkervervorming op als de versterking niet lineair is over het gehele frequentiebereik.
• Versterkervervorming kan door verschillende factoren worden veroorzaakt; niet-lineariteiten binnen de componenten van de versterker, zoals transistors of buizen.
• Bovendien kunnen impedantie-mismatches, voedingsbeperkingen en signaalclipping ook bijdragen aan versterkervervorming. Deze factoren resulteren dus in de signaalversterking die afwijkt van het ingangssignaal en leidt tot een originele signaalvervorming.
• Over het algemeen kan harmonische vervorming binnen versterkers worden veroorzaakt
• Harmonische vervorming is een soort vervorming in een versterker die meestal optreedt doordat de versterker meer spanning nodig heeft dan de voeding die hij kan leveren.
• Dit kan ook gebeuren als sommige interne circuitonderdelen hun uitgangsvermogen overschrijden.
• Harmonische vervorming treedt op als gevolg van de niet-lineariteiten van de transistors.
• Dit gebeurt voornamelijk vanwege de frequentieafhankelijke kenmerken van de actieve apparaten.
• Amplitudevervorming in versterkers treedt voornamelijk op wanneer de piekwaarden van de frequentiegolfvorm worden verzwakt als gevolg van een verschuiving binnen het Q-punt.

Hoe u harmonische vervorming in versterkers kunt verminderen

Harmonische vervorming (HD) is een van de belangrijkste problemen die verschillende problemen veroorzaken, zoals; overspraak, problemen met de signaalintegriteit en EMI (elektromagnetische interferentie). Dit kan verschillende oorzaken hebben en er zijn verschillende manieren om de harmonische vervorming te verminderen of te verwijderen. Deze worden hieronder besproken.

• Differentiële signalering is een van de methoden die worden gebruikt om de harmonische vervorming te verminderen, waardoor verschillende harmonischen kunnen worden geëlimineerd.
• Nog een methode is het gebruik van voedingen met een lage uitgangsimpedantie, die ook kunnen helpen bij het verminderen van harmonischen.
• Netwerkherconfiguratie is de procedure die helpt bij het verminderen van harmonischen waarbij de gebruikers grote harmonischen genereren. Deze harmonischen worden geïdentificeerd en geclassificeerd afhankelijk van het type harmonischen dat ze produceren.
• Het toevoegen van multi-pulsconverters voor het opheffen van harmonischen tijdens het gebruik van half- en full-wave-converters helpt bij het elimineren van harmonischen.
• Fasebalancering is nog een techniek die geschikt is om harmonischen te verminderen.
• Seriereactoren verminderen de harmonischen in staalfabrieken en smelterijen.
• Differentiële signalering is een methode die vaak wordt gebruikt in snelle digitale systemen om de ruis- en overspraakeffecten te verminderen. De twee signalen bij differentiële signalering worden via afzonderlijke draden verzonden, waarbij het enkele signaal het tegenovergestelde is van het andere. Daarna voegt het ontvangende apparaat de twee signalen samen en kan eventuele common-mode-ruis worden geëlimineerd.
• Voedingen met een lage uitgangsimpedantie kunnen ook helpen bij het verminderen van harmonischen.
• Een voeding met lage impedantie heeft minder spanningsval wanneer er stroom uit wordt gehaald, zodat deze kan helpen bij het verminderen of elimineren van veel van de problemen die optreden bij harmonische vervorming.

Hoe versterkervervorming meten?

Versterkervervorming kan worden gemeten met behulp van analoge spectrumanalysatoren. De meeste spectrumanalysatoren hebben ingangen van 50 ohm, dus er is een isolatieweerstand vereist tussen de DUT en de analysator voor het simuleren van >50 ohm DUT-belastingen.

Zodra de spectrumanalysator is aangepast voor de sweepsnelheid, gevoeligheid en bandbreedte, controleert u deze voorzichtig op overdrive van de invoer. De eenvoudigste techniek is om de variabele verzwakker te gebruiken om 10 dB verzwakking in te stellen binnen het ingangspad van de analysator. Zowel het signaal als eventuele harmonischen moeten worden verzwakt tot een bepaalde hoeveelheid, zoals aangegeven op het display van de spectrumanalysator. Als de harmonischen met >10 dB worden verzwakt, introduceert de ingangsversterker van de analysator vervorming en moet de gevoeligheid worden verlaagd. Verschillende analysatoren hebben een knop bovenop de voorplaat om een ​​bekende hoeveelheid verzwakking in te voeren terwijl wordt gecontroleerd of er sprake is van overdrive.

Verschil b/w versterkervervorming versus vervormingspedalen

De belangrijkste verschillen tussen versterkervervorming en vervormingspedalen worden hieronder besproken.

Dit is dus een overzicht van de versterker vervorming, werken en de toepassingen ervan. Het verwijst naar elke variatie van het ingangssignaal die optreedt tijdens het versterkingsproces om een ​​uitgangssignaal te verschaffen. Dit signaal wordt gewijzigd in termen van frequentie, vorm, grootte, enz. Het treedt op vanwege verschillende factoren, zoals; niet-lineariteiten binnen de componenten van een versterker, onjuiste voorspanning of overbelasting van de versterker. Er zijn verschillende soorten vervorming beschikbaar die specifieke kenmerken en oorzaken hebben. Over het algemeen is versterkervervorming ongewenst omdat deze de waarde van het versterkte signaal kan verslechteren. Hier is een vraag voor jou: wat is een versterker?