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Verstärker
Im Allgemeinen Verstärker ist irgendein Vorrichtung dieses änderungen, normalerweise Zunahmen, der Umfang von a Signal. Das „Signal“ ist normalerweise Spannung oder Strom.
Im populären Gebrauch bezieht sich die Bezeichnung heute normalerweise auf elektronischer Verstärker, häufig als innen Audio Anwendungen. Das Verhältnis des Einganges zum Ausgang eines Verstärkers - normalerweise ausgedrückt wie eine Funktion der Eingang Frequenz - wird genannt übergangsfunktion vom Verstärker und von der Größe der übergangsfunktion wird benannt Gewinn. Eine in Verbindung stehende Vorrichtung, die Umwandlung der Signale von einer Art zu anderen hervorhebt (z.B., a Licht Signal innen Photonen zu a DC Signal innen Ampere) ist a Signalumformeroder a Sensor. Jedoch verstärkt ein Signalumformer nicht Energie.
Inhalt
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Abbildungen des Verdienstes
Die Qualität eines Verstärkers kann durch eine Anzahl von Spezifikationen gekennzeichnet werden, unten aufgezählt worden.
Gewinn
Gewinn von einem Verstärker ist Verhältnis vom Ausgang zur zugeführten Energie oder dem Umfang und wird normalerweise innen gemessen Dezibel. (Wenn es in den Dezibel gemessen wird, ist es logarithmisch bezogen auf dem Energie Verhältnis: G(DB) Maschinenbordbuch =10 (Pheraus/Pin)).
Bandbreite
Bandbreite (BW) von einem Verstärker ist der Bereich der Frequenzen, für die das amplfier „ordnungsgemäße Erfüllung“ gibt. Die „ordnungsgemäße Erfüllung“ kann für unterschiedliche Anwendungen unterschiedlich sein. Jedoch sind ein Common und ein gut-geltendes metrisches Halbkraftpunkte (d.h. gegen Frequenz, wo die Energie unten um eine Hälfte seinen Höchstwert) auf der Energie geht Häufigkeitskurve. Folglich kann Bandbreite als der Unterschied zwischen dem untereren und dem Upper definiert werden Halbkraftpunkte. Dieses ist folglich alias DB −3 Bandbreite. Bandbreite für andere Wartetoleranzen wird manchmal veranschlagen (DB −1, DB −6 etc.).
Ein Vollaudioverstärker ist im Wesentlichen zwischen 20 Hz zu ungefähr 20 kHz (die Strecke der normalen menschlichen Hörfähigkeit.) im Minimalistverstärkerdesign flach, muß der verwendbare Frequenzgang des Amperes über diesem hinaus (eine oder mehrer Oktaven beträchtlich verlängern jede Seite) und gewöhnlich hat ein guter Minimalistverstärker DB −3 Punkte < 10 und > 65 kHz. Der Fachmann, der Verstärker häufig bereist, haben und/oder die ausgegebene Entstörung zum scharf jenseits Begrenzen Frequenzgang eingegeben 20 Hz-20 kHz; zu viel vom möglichen Ausgangsleistungs des Verstärkers würde anders an vergeudet infrasonic und mit Ultraschall Frequenzen und die Gefahr von morgens Funkstörung würde sich erhöhen. Modern Schaltverstärker Notwendigkeit die steile Tiefpaßentstörung am Ausgang zum loszuwerden Hochfrequenzschaltung Geräusche und Harmonik.
Leistungsfähigkeit
Leistungsfähigkeit ist ein Maß von, wieviel der zugeführten Energie nützlich am Ausgang des Verstärkers angewendet wird. Kategorie A Verstärker sind, in der Strecke 10-20% mit einer maximalen Leistungsfähigkeit von 25% sehr wirkungslos. Kategorie B Verstärker haben, eine sehr hohe Leistungsfähigkeit aber sind wegen der hohen Niveaus der Verzerrung unpraktisch (sehen Sie: Überkreuzungsverzerrung). Im praktischen Design ist das Resultat eines Kompromisses das Kategorie AB Design. Moderne Kategorie AB Ampere sind allgemein zwischen 35-55% leistungsfähig mit einem theoretischen Maximum von 78.5%. Handelsübliche Kategorie D Schaltverstärker haben über die Leistungsfähigkeiten berichtet, die so hoch sind wie 97%. Verstärker von Kategorie CF bekannt normalerweise, um sehr hohe Leistungsfähigkeit Verstärker zu sein. Die Leistungsfähigkeit des Verstärkers begrenzt die Menge der Gesamtabgabeleistung, die nützlich vorhanden ist. Merken Sie, daß leistungsfähigere Verstärker viel Kühlvorrichtung laufen lassen, und häufig benötigen Sie keine Kühlventilatoren sogar in den Multi-kilowattdesigns. Der Grund für dieses ist, daß der Verlust der Leistungsfähigkeit Hitze als Nebenerscheinung der Energie produziert, die während der Umwandlung der Energie verloren ist. In den leistungsfähigeren Verstärkern gibt es weniger Verlust von Energie so der Reihe nach weniger Hitze.
Linearitäten
Ein idealer Verstärker würde eine total lineare Vorrichtung sein, aber reale Verstärker sind innerhalb bestimmter praktischer Begrenzungen nur linear. Wenn der Signal-Antrieb zum Verstärker erhöht wird, die Ausgang auch Zunahmen, bis ein Punkt erreicht ist, wo irgendein Teil des Verstärkers gesättigt wird und nicht mehr Ausgang produzieren kann; dieses wird Ausschnitt und Resultate innen genannt Verzerrung.
Einige Verstärker sind entworfen, um dieses in einer kontrollierten Weise anzufassen, die eine Verringerung des Gewinnes veranlaßt, anstelle von der übermäßigen Verzerrung stattzufinden; das Resultat ist a Kompression Effekt, der (wenn der Verstärker ein Audioverstärker ist) zum Ohr viel weniger unangenehm klingt. Für diese Verstärker 1 DB Kompression Punkt wird als die zugeführte Energie definiert (oder Ausgangsleistungs) wo der Gewinn ist 1 DB kleiner als der differentielle Gewinn.
Linearisation ist emergent auffangen und es gibt viele Techniken, wie feedforward, predistortion, postdistortion, EER, LINC, CALLUM, kartesisches Rückgespräch, etc., zwecks die unerwünschten Effekte der Nichtlinearitäten vermeiden.
Geräusche
Dieses ist ein Maß von, wieviel Geräusche wird im Verstärkung Prozeß eingeführt. Geräusche sind ein nicht wünschenswertes aber unvermeidliches Produkt der elektronischen Vorrichtungen und der Bestandteile. Es wird entweder in den Dezibel oder in der Höchstausgang Spannung, die durch den Verstärker produziert wird gemessen, wenn kein Signal angewendet wird.
Ausgang Dynamikwerte
Ausgang Dynamikwerte ist die Strecke, normalerweise gegeben in DB, zwischen den kleinsten und größten nützlichen Leistungsniveaus. Das niedrigste nützliche Niveau wird durch Ausgang begrenzt Geräusche, während das größte häufig durch Verzerrung begrenzt wird. Das Verhältnis von diesen zwei wird als die Dynamikwerte des Verstärkers veranschlagen. Genau, wenn S = maximale erlaubte Signalenergie und N = Rauschleistung, die Dynamikwerte Dr ist DR = (S + N) /N.[1]
Anstiegsgeschwindigkeit
Anstiegsgeschwindigkeit ist die maximale änderungsgeschwindigkeit der Zustandsgröße, normalerweise veranschlagen in den Volt pro Sekunde (oder Mikrosekunde). Viele Verstärker sind schließlich Anstiegsgeschwindigkeit begrenzt (gewöhnlich durch den Widerstand eines Ansteuerungsstroms müssend kapazitive Effekte an etwas Punkt im Stromkreis überwinden), das die volle Energie Bandbreite auf Frequenzen unterhalb des differentiellen Frequenzgangs des Verstärkers gut begrenzen kann.
Aufstieg Zeit
Aufstieg Zeit, tr, von einem Verstärker ist die Zeit, die für den Ausgang zur änderung von 10% bis 90% seines abschließenden Niveaus gedauert wird, wenn sie durch a gefahren wird Schritteingang. Für a Gaußsch Wartesystem (oder ein einfaches RC speichern Sie) aus, die Aufstieg Zeit wird vorbei approximiert:
tr * BW = 0.35, wo tr ist Aufstieg Zeit innen Sekunden und BW ist Bandbreite innen Hz.
Vereinbarende Zeit und Klingeln
Zeit innen genommen für Ausgang zum Settle zu einem bestimmten Prozentsatz des abschließenden Wertes (Sagen 0.1%). Dieses wird normalerweise für vertikale Verstärker des Oszillographs und hohe Genauigkeit Maßsysteme spezifiziert. Klingeln bezieht sich einen auf Ausgang, dem Zyklen über und unterhalb seines abschließenden Wertes, führend zu im erreichenden abschließenden Wert verzögert, der bis zum der vereinbarenden Zeit über quantitativ bestimmt wird.
Übertreiben Sie
In Erwiderung auf a Schritteingang, übertreiben Sie ist die Menge, die der Ausgang seinen abschließenden übersteigt, steady-state Wert.
Stabilität Faktor
Stabilität ist ein Hauptinteresse innen Rf und Mikrowelle Verstärker. Der Grad einer Verstärkerstabilität kann durch einen sogenannten Stabilität Faktor quantitativ bestimmt werden. Es gibt einige unterschiedliche Stabilität Faktoren, wie der Stern Stabilität Faktor und der Linvil Stabilität Faktor, die eine Bedingung spezifizieren, die für die absolute Stabilität eines Verstärkers in seinem ausgedrückt getroffen werden muß mit doppeltem Auspuff Parameter.
Elektronische Verstärker
Es gibt viele Arten elektronische Verstärker, allgemein verwendet innen Radio und Fernsehen übermittler und Empfänger, high-fidelity („Stereoanlage“) Stereoausrüstung, Mikrocomputer und anderer elektronischer Digital Equipment und Guitarre und anderes Instrumentverstärker. Kritische Bestandteile schließen ein aktive Vorrichtungen, wie Vakuumschläuche oder Transistoren. Eine kurze Einleitung zu den vielen Arten des elektronischen Verstärkers folgt.
Endverstärker
Die Bezeichnung „Endverstärker“ ist eine relative Bezeichnung in Bezug auf die Menge von Energie geliefert an die Last und/oder sourced durch den Versorgungsmaterial-Stromkreis. Im allgemeinen wird ein Endverstärker als der letzte Verstärker in einer Getriebekette gekennzeichnet ( Ausgang Stadium) und ist das Verstärkerstadium, das gewöhnlich die meiste Aufmerksamkeit zur Energie Leistungsfähigkeit erfordert. Leistungsfähigkeit Betrachtungen führen zu verschiedene Kategorien des Endverstärkers: sehen Sie Endverstärkerkategorien.
Verstärker des Vakuumschlauches (Ventil)
Entsprechend Symons während Halbleiterverstärker groß Ventilverstärker für Niederleistungsanwendungen verlegt haben, sind Ventilverstärker in den hohe Energie Anwendungen wie „Radar, Gegenmaßnahmeausrüstung oder Kommunikationen Ausrüstung“ viel kosteneffektiver (P. 56). Viele Mikrowelle Verstärker sind besonders entworfene Ventile, wie Klystron, gyrotron, reisender Welle Schlauchund Kathodenstrahlverstärkerund diese Mikrowelle Ventile stellen viel grössere Einzelgeräteabgabeleistung bei Mikrowellenfrequenzen als Festkörperelemente zur Verfügung (P. 59).[2]
Transistorverstärker
Die wesentliche Rolle dieses aktiven Elements ist, ein Eingangssignal zu vergrößern, ein erheblich größeres Ausgangssignal zu erbringen. Die Menge der linearer Wiedergabe (der „Vorwärtsgewinn“) wird durch den externen Schaltungsentwurf festgestellt, sowie die aktive Vorrichtung.
Viele allgemeine aktive Vorrichtungen in den Transistorverstärkern sind bipolare Sperrschicht-Transistoren (BJTs) und Metalloxid-Halbleiterfeldwirkungtransistoren (MOSFETs).
Anwendungen sind zahlreich, sind einige allgemeine Beispiele Audioverstärker in einem Hauptstereo oder PA System, Rf hohe Stromerzeugung für Halbleiterausrüstung, zu Rf und zu den Mikrowelle Anwendungen wie Radioübermittlern.
Transistor-gegründeter Verstärker kann mit verschiedenen Konfigurationen verwirklicht werden: z.B. mit einem bipolaren Sperrschicht-Transistor können wir verwirklichen Basisschaltung, Kollektorschaltung oder allgemeiner Emitter Verstärker; mit einem MOSFET können wir verwirklichen Gateschaltung, Sourceschaltung oder allgemeiner Abfluß Verstärker. Jede Konfiguration hat unterschiedliche Eigenschaft (Gewinn, Widerstand…).
Funktionsfähige Verstärker (OPampere)
Ein funktionsfähiger Verstärker ist ein Festkörperschaltungverstärker, der externes Rückgespräch zur Steuerung seiner übergangsfunktion einsetzt oder Gewinn.
Völlig Differentialverstärker (FDA)
Ein völlig Differentialverstärker ist ein Festkörperschaltungverstärker, der externes Rückgespräch zur Steuerung seiner übergangsfunktion einsetzt oder Gewinn. Es ist dem funktionsfähigen Verstärker ähnlich, aber es hat auch Differenzausgangstifte.
Videoverstärker
Diese beschäftigen Videosignale und haben unterschiedliche Bandbreite abhängig von, ob das Videosignal für SDTV, EDTV, HDTV 720p oder 1080i/p ETC… ist. Die Spezifikation der Bandbreite selbst hängt von ab, welcher Art des Filters verwendet wird und welcher Punkt (-1 DB oder -3 DB z.B.) wird die Bandbreite gemessen. Bestimmte Anforderungen für Sprungantwort und übertreiben sind notwendig damit annehmbare Fernsehapparat Bilder, um dargestellt zu werden.
Oszillographvertikaleverstärker
Diese werden verwendet, um Videosignale zu beschäftigen, eine OszillographAnzeigeröhre zu fahren und können Bandbreite von ungefähr haben 500 MHZ. Die Spezifikationen auf Sprungantwort, Aufstieg Zeit, übertreiben und Abweichungen können das Design von diesen Verstärkern extrem schwierig bilden. Einer der Pioniere hohe Bandbreite in den vertikalen Verstärkern war Tektronix Firma.
Verteilte Verstärker
Diese verwenden Getriebelinien das Signal zeitlich aufspalten und jeden Teil separat verstärken, um stark zu erzielen Bandbreite als von einer einzelnen die Verstärkung Vorrichtung erreicht werden kann. Die Ausgänge jedes Stadiums werden in der Ausgang Getriebelinie kombiniert. Diese Art des Verstärkers war an allgemein verwendet Oszillographen als der abschließende vertikale Verstärker. Die Getriebelinien wurden häufig innerhalb des Glasgehäuses der Anzeigeröhre untergebracht.
Mikrowelle Verstärker
Reisende Verstärker des Welle Schlauches (TWT)
Verwendet für hohe Energie Verstärkung bei niedrigen Mikrowellenfrequenzen. Sie können über einem ausgedehnten Spektrum von Frequenzen gewöhnlich verstärken; jedoch sind sie normalerweise nicht so tunable wie Klystrone.
Klystrone
Sehr ähnlich TWT Verstärkern, aber leistungsfähiger und mit einer spezifischen Frequenz „süsser Punkt“. Sie sind im Allgemeinen auch viel schwerer als TWT Verstärker, und sind folglich für leichte bewegliche Anwendungen ill-suited. Klystrone sind tunable, anbietender vorgewählter Ausgang innerhalb ihres spezifizierten Frequenzbereichs.
Musikalische (Audio) Verstärker des Instrumentes
Ein Audioverstärker wird normalerweise benutzt, um Signale wie Musik oder Rede zu verstärken.
Andere Verstärkerarten
Carbonmikrophon
Eine der ersten Vorrichtungen verwendete, Signale zu verstärken war Carbonmikrophon (effektiv ein Ton-kontrolliertes variabler Widerstand). Durch das Lenken eines großen elektrischen Stromes durch das komprimierte Carbon Körnchen im Mikrophon, ein kleines stichhaltiges Signal konnten ein viel größeres elektrisches Signal produzieren. Das Carbonmikrophon war in den frühen Nachrichtentechniken extrem wichtig; analoge Telefone arbeiten Sie tatsächlich ohne den Gebrauch jedes möglichen anderen Verstärkers. Vor der Erfindung der elektronischen Verstärker, wurden mechanisch verbundene Carbonmikrophone auch als Verstärker innen benutzt Telefonverstärker für Langstreckenservice.
Magnetischer Verstärker
A magnetischer Verstärker ist a Transformator- wie Vorrichtung, die die Sättigung der magnetischen Materialien gebraucht, um Verstärkung zu produzieren. Es ist ein nichtelektronischer elektrischer Verstärker ohne bewegliche Teile. Die Bandbreite der magnetischen Verstärker verlängert auf die Hunderte von kHz.
Drehender Verstärker der elektrischen Maschinerie
A Bezirk Leonard Steuerung eine ist das Drehen Maschine wie elektrischer Generator das stellt Verstärkung der elektrischen Signale von der Umwandlung der mechanischen Energie zur elektrischen Energie zur Verfügung. Änderungen im Generator Feldstromresultat in den größeren änderungen im Ausgangsstrom des Generators und stellen Gewinn bereit. Diese Kategorie der Vorrichtung wurde für glatte Steuerung der großen Motoren, hauptsächlich für Aufzüge und Marinegewehren benutzt.
Fangen Sie Modulation einer sehr SchnellWECHSELSTROMERZEUGUNG wurde verwendet auch für einiges früh auf Morgens Radiogetriebe.[1] Sehen Sie Alexanderson Wechselstromerzeuger.
Johnsen-Rahbek Effektverstärker
Die früheste Form des Audioendverstärkers war Edison's „electromotograph“ loud-speaking Telefon, das einen naßgemachten drehenden Kreidezylinder in Verbindung mit einem stationären Kontakt benutzte. Die Friktion zwischen Zylinder und Kontakt schwankte mit dem gegenwärtigen und stellte Gewinn zur Verfügung. Edison entdeckte diesen Effekt 1874, aber die Theorie hinter Johnsen-Rahbek Effekt wurde nicht bis die Halbleiterära verstanden.
Mechanische Verstärker
Mechanische Verstärker wurden in der vor-elektronischen ära in fachkundigen Anwendungen benutzt. Früh automatische Kurssteuerung Maßeinheiten entwarfen vorbei Elmer Ambrose Sperry enthielt einen mechanischen Verstärker mit den Riemen, die um drehende Trommeln aufgewickelt wurden; eine geringfügige Zunahme der Spannung des Riemens veranlaßte die Trommel, den Riemen zu verschieben. Ein zusammengepaßter, entgegensetzender Satz von so fährt bildete einen einzelnen Verstärker. Dieses verstärkte kleine Kreiselkompaßstörungen in die Signale, die genug, um FlugzeugSteuerflächen zu verschieben groß sind. Eine ähnliche Einheit wurde in benutzt Vannevar Bush Integrieranlage.
Optische Verstärker
Optische Verstärker verstärken Sie Licht durch den Prozeß von angeregte Emission.
Verschiedene Arten
- Es gibt auch mechanische Verstärker, wie das Automobil Servo innen verwendet Bremsen.
- Relais kann unter der oben genannten Definition der Verstärker enthalten sein, obgleich ihre übergangsfunktion nicht ist- linear (das heißt, sind sie entweder geöffnet oder geschlossen).
- Auch lediglich mechanische äusserungen solcher digitaler Verstärker können errichtet werden (zu den theoretischen, didactical Zwecken oder für Unterhaltung), sehen z.B. Dominocomputer.
- Eine andere Art Verstärker ist flüssiger Verstärker, gegründet auf flüssige Triode.
Hinweise
- ^ Verhoeven CJM, van Staveren A, Monna GLE, Kouwenhoven MHL und Yildiz E (2003). Strukturiertes elektronisches Design: negative Rückgesprächverstärker. Boston/Dordrecht: Kluwer akademisch, P. 10. ISBN 1-4020-7590-1.
- ^ Robert S. Symons (1998). „Schläuche: Noch lebenswichtig nach allen diesen Jahren ". IEEE Spektrum 35 (4): 52–63.
Sehen Sie auch
- Abschwächer (Elektronik)
- Elektronischer Verstärker
- Negativer Rückgesprächverstärker
- Instrumentverstärker
- Lärmarmer Verstärker
- Vorverstärker
- Sprungantwort
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