ทำความเข้าใจกับเครื่องขยายสัญญาณ: ภาพรวมทางเทคนิค

การเข้าใจเครื่องขยายสัญญาณ: ภาพรวมทางเทคนิค

เครื่องเสริมสัญญาณเป็นองค์ประกอบอิเล็กทรอนิกส์พื้นฐานที่ออกแบบเพื่อเพิ่มกําลัง ความแรงดัน หรือกระแสของสัญญาณเข้า โดยไม่เปลี่ยนแปลงสารสนเทศสําคัญของมันพวกมันเป็นอินเตอร์เฟสที่สําคัญในระบบมากมาย, ทําให้สัญญาณที่อ่อนแอสามารถรับการประมวลผล, ส่งผ่านระยะทางไกล, หรือใช้ในการขับเคลื่อนอุปกรณ์ออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

คู่มือนี้ให้การตรวจสอบทางเทคนิคของเครื่องเสริมสัญญาณ โดยครอบคลุมฟังก์ชันหลักของพวกเขา หลักการปฏิบัติงาน การจัดหมวดหมู่หลัก และปริมาตรการทํางานหลัก

1หน้าที่และเป้าหมายหลัก

ฟังก์ชันหลักของเครื่องขยายสัญญาณคือการรับสัญญาณเข้าระดับต่ํา และผลิตสัญญาณออกที่ตรงกันของขนาดที่ใหญ่กว่ามาก โดยรักษาความซื่อสัตย์ของสัญญาณการขยายเสียงนี้เป็นสิ่งจําเป็น เพราะสัญญาณจะลดความเข้มข้น (ลดความอ่อนแอ) ด้วยธรรมชาติ เมื่อผ่านระยะทางหรือผ่านระยะการประมวลผลแอมพลิเฟอเรอร์จะทําให้สัญญาณกลับมาเป็นระดับที่ใช้ได้

ตัวอย่างการใช้งาน: ในเครื่องรับไร้สาย, สัญญาณไฟฟ้าแม่เหล็กอ่อนที่จับโดยแอนเทนเน่มักจะอยู่ในช่วงไมโครโฟลท์เครื่องขยายเสียงขยายสัญญาณนี้ให้สูงขึ้น (มักเป็นโวลต์) เหมาะสําหรับขั้นตอนต่อไป เช่น การกรอง, demodulation และการแปลงเป็นเสียงหรือข้อมูล

2หลักการปฏิบัติงานพื้นฐาน

เครื่องขยายเสียงทํางานโดยใช้แหล่งพลังงานภายนอก (DC bias) เพื่อควบคุมและขยายสัญญาณเข้าFET) หรือเครื่องกระตุ้นการทํางาน (op-amp).

อุปกรณ์พื้นฐาน: ความแตกต่างเล็ก ๆ ในสัญญาณเข้า (ความแรงดันหรือกระแส) ปรับเปลี่ยนกระแสที่ใหญ่กว่ามากที่ดึงมาจากปัจจุบันของพลังงานภายในองค์ประกอบที่ใช้งานการปรับปรุงที่ควบคุมนี้ผลิตรูปคลื่นของสัญญาณเข้าที่ผลิตด้วยปริมาตรการเพิ่มขึ้นเครื่องขยายเสียงเองไม่ได้สร้างพลังงานเพิ่มเติม; มันทางยุทธศาสตร์การนําพลังงานจากปั๊มพลังงานของมันภายใต้การนําทางของสัญญาณเข้า

ตัวอย่างของทรานซิสเตอร์ที่เรียบง่าย: ในการปรับปรุง BJT ที่มีเครื่องออกเสียงทั่วไป, กระแสฐานขนาดเล็กควบคุมกระแสตัวรวม-เครื่องออกเสียงขนาดใหญ่กว่า. สัญญาณการเข้าที่แปรปรวนที่ฐานทําให้มีสัดส่วน,แต่ขยายเสียง, ความผันผวนในกระแสไฟฟ้าออกและแรงดัน

3การจัดหมวดหมู่หลักของเครื่องเสริมสัญญาณ

เครื่องขยายเสียงถูกแบ่งประเภทขึ้นอยู่กับช่วงความถี่และประเภทของสัญญาณที่พวกมันถูกออกแบบมาเพื่อจัดการ

เครื่องเสริมเสียง

ฟังก์ชัน: เสริมสัญญาณภายในช่วงการได้ยินของมนุษย์ (โดยทั่วไป 20 Hz ถึง 20 kHz)

การใช้งาน: ระบบพูดสาธารณะ หูฟัง เครื่องปรับเสียงเครื่องดนตรี ระบบเสียงบ้านและรถยนต์

เน้นการออกแบบ: ลดความบิดเบือนของฮาร์มอนิกและอินเตอร์โมดูเลชั่นให้น้อยที่สุด เพื่อให้มีคุณภาพเสียงสูงประเภท AB (การเสร็จระหว่างความซื่อสัตย์และประสิทธิภาพ), และประเภท D (ประสิทธิภาพสูง, โดยใช้การปรับปรุงความกว้างของแรงกระแทก)

เครื่องขยายความถี่วิทยุ (RF)

ฟังก์ชัน: เสริมสัญญาณจากช่วง kHz ถึงหลาย GHz

การใช้งาน: สถานีฐานโทรศัพท์มือถือ, เครื่องส่งและรับวิทยุ/โทรทัศน์, การสื่อสารทางดาวเทียม, ระบบราดาร์, อุปกรณ์ Wi-Fi

เน้นการออกแบบ: ปริมาตรสําคัญประกอบด้วยการเพิ่ม, ความกว้างแบนด์, รูปแบบเสียง, และเส้นตรง. พวกเขามักต้องจัดการตัวนําแบบจําลองและทํางานกับเครือข่ายที่ตรงกับอุปสรรค (เช่น50 หรือ 75 โอม) เพื่อป้องกันการสะท้อนสัญญาณ.

เครื่องขยายเสียงวีดีโอ / แบรนด์แบนด์

ฟังก์ชัน: เสริมสัญญาณที่มีข้อมูลทางสายตา ซึ่งต้องการความกว้างของแบนด์บิดที่กว้างมาก (จากใกล้ DC ถึงหลาย MHz หรือมากกว่า)

การใช้งาน: ระบบกระจายวีดีโอ อุปกรณ์การออกอากาศ อุปกรณ์การถ่ายภาพทางการแพทย์ ออสซิลโลสโกป

โฟกัสการออกแบบ: การรักษาการเพิ่มความมั่นคงและการตอบสนองระยะเชิงเส้นตลอดความกว้างแบนด์พีด เพื่ออนุรักษ์ความสมบูรณ์แบบของสัญญาณและป้องกันการบิดเบือนของรายละเอียดภาพและสี

4ปริมาตรการทํางานหลัก

การประเมินเครื่องขยายเสียง ต้องการความเข้าใจในรายละเอียดของมัน

กําไร: อัตราส่วนของขนาดสัญญาณออกกับขนาดสัญญาณเข้า. ปกติแสดงออกในเดซิเบล (dB) เป็นหน่วยลอกอริธมิก สําหรับความดัน, กําไร (dB) = 20 log10 (V_out / V_in)การเพิ่ม 20 dB ตรงกับการเพิ่มปริมาตรความแรงดัน 10 เท่า.

ความกว้างของแบนด์: ระยะความถี่ที่เครื่องกระตุ้นทํางานภายในขอบเขตที่กําหนดไว้ (ตัวอย่างเช่น เมื่อการเพิ่มไม่ได้ตกต่ํากว่า 3 dB ต่ํากว่าค่าแบนด์กลางของมัน)แอมเปอร์เสียงต้องการความกว้างแบนด์ ~ 20 kHzขณะที่เครื่องขยายเสียงวีดีโออาจต้องการ 10 MHz หรือมากกว่า

สิ้นส่วนของเสียง (NF): เป็นการวัดว่าเครื่องขยายเสียงจะทําให้อัตราการต่อรองสัญญาณกับเสียง (SNR) ลดลงมากน้อยแค่ไหนNF ที่ต่ํากว่า (ใกล้ 0 dB) เป็นที่ปรารถนาเสมอโดยเฉพาะสําหรับการขยายสัญญาณที่อ่อนแอมาก เช่นในเครื่องรับดาวเทียมหรือวิทยุดาราศาสตร์ที่มีความรู้สึก

ความเป็นเส้นตรง: ระดับที่สัญญาณออกเป็นตัวสําเนาขนาดสมบูรณ์แบบของข้อมูลเข้า ความไม่เป็นเส้นตรงนําเสนอการบิดเบือนสร้างความถี่ฮาร์มอนิกที่ไม่ต้องการและผลิตภัณฑ์การปรับปรุงระหว่างที่ไม่ได้มีอยู่ในสัญญาณเดิมความเป็นเส้นตรงเป็นสิ่งสําคัญที่สุดในระบบสื่อสาร เพื่อป้องกันการขัดขวางระหว่างช่องทาง

พลังงานออก / การจัดการพลังงาน: ปริมาณพลังงานสูงสุดที่เครื่องกระตุ้นสามารถส่งมอบให้กับภาระ (เช่น เครื่องเสียงหรือแอนเทนเน่) โดยไม่เกินขอบเขตการบิดเบือนหรือทําให้เกิดความเสียหาย

สรุปคือ เครื่องขยายสัญญาณ เป็นตัวช่วยที่จําเป็นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยและความเป็นเส้นตรง การเลือกที่กําหนดโดยการใช้งานไม่ว่าจะเป็นการส่งดนตรีความแม่นยําสูง การเปิดให้ใช้งานโทรศัพท์มือถือที่ชัดเจน หรือการถ่ายทอดวีดีโอความละเอียดสูง