מַגבֵּר - בלוג

מגבר הוא מכשיר אלקטרוני עם שתי יציאות המשמש להגברת האות או להגברת הספק של אות בעזרת ספק כוח. הכוח מסופק דרך מסוף הכניסה של המגבר. הפלט של המגבר יכול להיות המשרעת המוגברת וכו'.

הרווח של המגבר קובע את ההגברה שלו. זה הגורם העיקרי שקובע את התפוקה של מכשיר. מגברים משמשים כמעט בכל סוג של רכיב אלקטרוני. הרווח מחושב כיחס בין פרמטר הפלט (הספק, זרם או מתח) לפרמטר הקלט.

מגברים משמשים ביישומים שונים, כגון אוטומציה, ימית, חיישנים וכו'. רווח ההספק של מגבר הוא בדרך כלל גדול מאחד. בואו נבין כמה מאפיינים בסיסיים של מגבר אידיאלי.

כאן, נדון מגבר אידיאלי, סוגי מגברים, מאפיינים, פונקציות, ו יישומים של מגברים .

בואו נתחיל.

מגבר אידיאלי

הבה נבחן את המאפיינים של מגבר אידיאלי, המפורטים להלן:

עכבת כניסה: אֵינְסוֹף
עכבת מוצא: אֶפֶס
רווח בתדרים שונים: תוקן

יציאת הכניסה של מגבר יכולה להיות מקור המתח או מקור הזרם. מקור המתח תלוי רק במתח הכניסה ואינו מקבל זרם. באופן דומה, מקור הזרם מקבל את הזרם וללא מתח. הפלט יהיה פרופורציונלי למתח או לזרם בכל היציאה.

הפלט של מגבר אידיאלי יכול להיות מקור זרם תלוי או מקור מתח תלוי. התנגדות המקור של מקור המתח התלוי היא אפס, ואילו זו של מקור הזרם התלוי היא אינסופית.

המתח או הזרם של המקור התלוי תלוי רק במתח הכניסה או הזרם. זה אומר שמתח המוצא יהיה תלוי במתח הכניסה, וזרם המוצא יהיה תלוי בזרם הכניסה הבלתי תלוי במקור המתח ובמקור הזרם, בהתאמה.

המגברים האידיאליים מסווגים עוד כ CCCS (בקרת נוכחית מקור נוכחי), CCVS (מקור מתח בקרת זרם), VCVS (מקור מתח בקרת מתח), ו VCCS (מקור זרם בקרת מתח).

עכבת הכניסה של ה-CCVS וה-CCCS היא אפס, בעוד ש-VCCS ו-VCVS אינסופיים. באופן דומה, עכבת המוצא של ה-CCCS וה-VCCS היא אינסופית, בעוד זו של CCVS ו-VCVS היא אפס.

סוגי מגבר

בואו נדון בסוגים השונים של מגברים.

מגברים תפעוליים

מגברים תפעוליים או Op-amps הם מגברים בעלי עוצמה ישירה (DC) המבצעים פעולות מתמטיות שונות, כגון חיבור, בידול, חיסור, אינטגרציה וכו'.

יש לו שני מסופי כניסה ומסוף פלט אחד. מסופי הקלט נקראים טרמינלים הפוכים ולא הופכים. האות המופעל על המסוף המתהפך יופיע כהפוך לפאזה, והאות המופעל על המסוף שאינו מתהפך מופיע ללא כל היפוך פאזה במסוף המוצא.

המתח המופעל בכניסה ההפוכה מיוצג כ-V- והמתח בכניסה הלא-הפוכה מיוצג כ-V+.

הערה: עכבת המוצא והסחף של מגבר הפעלה אידיאלי הם 0. רווח המתח, עכבת הכניסה ורוחב הפס של מגבר הפעלה אידיאלי הם אינסוף.

המגברים התפעוליים מסווגים עוד כמגברים הפוך ולא הפוך. בואו נדון בפירוט בשני סוגי מגברים תפעוליים.

יישומים

Op-amps משמשים ביישומים שונים באלקטרוניקה. לדוגמה,

מסננים
השוואת מתחים
אינטגרטור
ממיר זרם למתח
מגבר קיץ
מחליף שלב

הקלט ההפוכה והלא-היפוך של מגבר מוצג להלן:

מגבר הפוך

המגבר ההפוכה מוצג להלן:

זוהי תצורת משוב shunt המתח של מגבר ההפעלה. מתח אות המופעל על הכניסה ההפוכה של מגבר ההפעלה גורם לזרימת זרם I1 לתוך המגבר ההפעלה. אנו יודעים שעכבת הכניסה של מגבר ההפעלה היא אינסוף. זה לא יאפשר לזרם לזרום לתוך המגבר. הזרם יזרום דרך לולאת המוצא (דרך התנגדות R2) אל מסוף היציאה של המגבר.

רווח המתח במסוף המוצא של המגבר המתהפך מחושב כך:

A =Vo/Vs = -R2/R1

איפה,

Vo ו-Vs הם מתח הפלט והאות.

הסימן השלילי מתאר כי הפלט של המגבר הוא 180 מעלות מחוץ לפאזה עם הקלט.

מגבר הפוך הוא אחד ממגברי ההפעלה הנפוצים ביותר. יש לו עכבות כניסה ויציאה נמוכות מאוד.

מרחף ב-CSS

מגבר שאינו מתהפך

המגבר שאינו מתהפך מוצג להלן:

התצורה שלעיל היא חיבור המשוב מסדרת המתח. מתח אות המופעל על הכניסה הלא-הפוכה של המגבר גורם לזרימה של זרם I1 לתוך מגבר ההפעלה וזרם I2 מחוץ למגבר ההפעלה.

לפי הרעיון של קצר חשמלי וירטואלי, I1 = I2 ו-Vx =Vs.

ניתן לחשב את רווח המתח של המגבר שאינו מתהפך כך:

A = A + (R2/R1)

למגברים שאינם הופכים יש עכבות קלט גבוהות ויציאות נמוכות. זה נחשב גם כמגבר המתח.

מגברים DC

מגברים DC או Direct Coupled משמשים להגברת אותות בתדר נמוך ומצמידים ישירים. ניתן לחבר את שני השלבים של מגבר DC באמצעות צימוד ישיר בין השלבים הללו.

צימוד ישיר הוא סוג פשוט וקל של חיבור. ניתן לחשב אותו על ידי חיבור ישיר של האספן של הטרנזיסטור בשלב הראשון לבסיס הטרנזיסטור של השלב השני, המוזכר כ-T1 ו-T2.

אבל, מגברי DC גורמים לשתי בעיות הנקראות הסטת סחף והסטת רמה. העיצוב של המגבר הדיפרנציאלי הסיר בעיות כאלה. בואו נדון במגבר הדיפרנציאלי.

מגברים דיפרנציאליים

מבנה המגבר הדיפרנציאלי פתר את בעיית הסחף והסטת הרמה. המבנה כולל שניים BJT (Bipolar Junction Transistor) מגברים מחוברים רק דרך קווי אספקת החשמל. הוא נקרא כמגבר דיפרנציאלי מכיוון שהפלט של המגבר הוא ההבדל בין הכניסות הבודדות, כפי שמוצג להלן:

Vo = A (Vi1 - Vi2)

איפה,

Vo הוא הפלט, ו-Vi1 ו-Vi2 הם שני הכניסות.

A הוא הרווח של המגבר הדיפרנציאלי.

עכשיו אם

Vi1 = -Vi2

Vo = 2AVi1 = 2AVi

הפעולה הנ'ל נקראת א מצב דיפרנציאלי מבצע. כאן, אותות הכניסה נמצאים מחוץ לפאזה אחד עם השני. אותות מחוץ לפאזה כאלה ידועים כאותות מצב הבדל (DM).

אם,

Vi1 = Vi2

Vo = A (Vi1 - Vi1)

ב = 0

פעולה זו ידועה בשם מצב נפוץ (CM) מכיוון שאותות הכניסה נמצאים בשלב זה עם זה. הפלט האפס של אותות כאלה מתאר שלא תהיה סחיפה במגבר.

מגברי כוח

מגברי כוח נקראים גם מגברי זרם . מגברים אלה נדרשים להעלות את רמת הזרם של אות נכנס כדי להניע בקלות את העומסים. סוגי מגברי הכוח כוללים מגברי הספק שמע, מגברי הספק בתדר רדיו וכו'.

מגברי הספק מסווגים כמגברים מסוג A, Class AB, Class B ו-Class C. נדון בשיעורי מגבר הכוח בהמשך נושא זה.

מגברים במצב מעבר

מגברים במצב Switching הם סוג של מגבר לא ליניארי עם יעילות גבוהה.

דוגמה נפוצה לסוג כזה של מגברים היא מגברים מסוג D.

מגבר אינסטרומנטלי

המגבר האינסטרומנטלי משמש במכשירי חישה ומדידה אנלוגיים. בואו נשקול דוגמה.

מד מתח המשמש למדידת מתחים נמוכים מאוד דורש מגבר אינסטרומנטלי לצורך תפקודו התקין. יש לו תכונות שונות, כגון רווח מתח גבוה מאוד, בידוד טוב, רעש נמוך מאוד, צריכת חשמל נמוכה, רוחב פס גדול וכו'.

משוב שלילי

משוב שלילי הוא אחד המאפיינים החיוניים לשליטה בעיוות וברוחב הפס במגברים. המטרה העיקרית של משוב שלילי היא לצמצם את הרווח של המערכת. החלק של הפלט בשלב ההפוך הוזן בחזרה לקלט. הערך מופחת עוד יותר מהקלט. באות הפלט המעוות, הפלט עם העיוות מוזן בחזרה בשלב ההפוך. הוא מופחת מהקלט; אנו יכולים לומר שמשוב שלילי במגברים מפחית את הלא-לינאריות ואת האותות הלא רצויים.

התמונה למטה מייצגת משוב שלילי:

בעזרת משוב שלילי, ניתן לבטל גם עיוות מוצלב וטעויות פיזיות אחרות. היתרונות הנוספים של שימוש במשוב שלילי הם הרחבת רוחב פס, תיקון שינויי טמפרטורה וכו'.

תגובה ב-xml

המשוב השלילי יכול להיות משוב שלילי מתח או משוב שלילי הנוכחי. בשני המקרים, משוב המתח או הזרם הוא פרופורציונלי לפלט.

אל לנו להתבלבל בין משוב חיובי לשלילי. משוב חיובי נוטה להגביר את השינוי, בעוד משוב שלילי נוטה להפחית את השינוי. הבדל נוסף הוא שאותות הקלט והיציאה במשוב חיובי נמצאים בשלב ומתווספים. במקרה של משוב שלילי, אותות הקלט והמוצא נמצאים מחוץ לפאזה ומופחתים.

מכשירים פעילים במגבר

המגבר מורכב מכמה מכשירים פעילים שאחראים על תהליך ההגברה. זה יכול להיות טרנזיסטור בודד, צינור ואקום, רכיב מוצק או כל חלק מהמעגלים המשולבים.

בואו נדון במכשירים הפעילים ותפקידם בתהליך ההגברה.

BJT

BJT ידוע בכינויו a מבוקר זרם התקן. טרנזיסטורי צומת דו קוטביים משמשים כמתגים להגברת הזרם במגברים.

MOSFET

MOSFET או טרנזיסטורי אפקט שדה מתכת אוקסיד למחצה משמשים בדרך כלל בהגברה של אותות אלקטרוניים. ניתן להשתמש ב-MOSFET כדי לשנות את המוליכות על ידי שליטה במתח השער. MOSFET יכול גם לשפר את עוצמת האות החלש. לפיכך, MOSFETs יכולים לשמש כמגבר.

מגברי צינורות ואקום

מגבר צינור הוואקום משתמש בצינורות ואקום כהתקן המקור. הוא משמש להגדלת משרעת האות. מתחת לתדרי המיקרוגל, מגברי שפופרות הוחלפו במגברי מצב מוצק בסביבות סוף ה-19^ה'מֵאָה.

מגברי מיקרוגל

מגברי מיקרוגל נמצאים בשימוש נפוץ במערכות מיקרוגל. הוא משמש להעלאת רמת אות הקלט עם מעט מאוד עיוות. זה יכול גם להחליף או להעלות את הכוח החשמלי. הוא מספק פלט טוב יותר של מכשיר בודד בהשוואה למכשירי מצב מוצק בתדרי מיקרוגל.

מגברים מגנטיים

מגברים מגנטיים פותחו ב-20^ה'המאה כדי להתגבר על החסרונות (קיבולת זרם גבוהה וחוזק) של מגברי צינור הוואקום. מגברים מגנטיים דומים לטרנזיסטורים. הוא שולט בחוזק המגנטי של הליבה על ידי הפעלת סליל הבקרה (סליל מתפתל נוסף).

מעגלים משולבים

מעגלים משולבים יכולים להחזיק מספר מכשירים אלקטרוניים, כגון קבלים וטרנזיסטורים. הפופולריות של IC הפיצה גם מכשירים אלקטרוניים בכל העולם.

שיעורי מגבר כוח

כיתות מגבר כוח מסווגות כ Class A, Class B, Class AB, ו מחלקה ג' . בואו נדון בתיאור קצר של מחלקות מגבר הכוח.

מגברי כוח Class A

הכניסה של מגבר Class A קטנה, ובגללה גם הפלט קטן. לפיכך, הוא אינו מייצר הגברה רבה. עם טרנזיסטורים, זה יכול לשמש כמגברי מתח. מגברים מסוג A עם פנטודות ואקום יכולים גם לספק שלב הגברת הספק יחיד להנעת עומסים, כגון רמקולים.

מגברי כוח Class B

BJTs בדרך כלל דורשים מגברי כוח Class B כדי להניע עומסים, כגון רמקולים. הכניסה של מגברים מסוג B גדולה, ובגללה גם הפלט גדול מאוד. לפיכך, הוא מייצר הגברה גדולה. אבל, במקרה של טרנזיסטור בודד, רק מחצית מאותות הקלט מוגבר.

מגברי כוח Class AB

התצורה של מגברי הספק AB נעוצה בין מגברי Class A ו- Class B. מגברי Class AB מיוצרים על ידי שילוב התפוקה הגבוהה של מגברי הספק Class B עם העיוות הנמוך של מגברי הספק Class A.

במקרה של יציאות קטנות, מגבר הספק Class AB יכול להתנהג כמו Class A. הוא יכול להתנהג כמגבר הספק Class B במקרה של יציאות גדולות מאוד.

מגברי כוח Class C

אלמנט ההולכה של מגברי כוח מסוג C הוא טרנזיסטורים. יש לו יעילות טובה יותר, אבל בגלל הולכה של פחות מחצי המחזור, הוא גורם לעיוות גדול. לפיכך, מגברי כוח מסוג C אינם מועדפים ביישומי שמע. היישומים הנפוצים של מגברים כאלה כוללים מעגלי תדר רדיו.

מאפיינים של מגבר

מגברים מוגדרים לפי מאפייני הקלט והיציאה שלהם. הרווח של המגבר קובע את ההגברה שלו. מכאן שגורמי רווח וכפל הם שני המאפיינים החיוניים של המגברים.

הבה נדון במאפיינים המוגדרים על ידי פרמטרים שונים, המפורטים להלן:

הרץ

טווח תדרים

פונקציות של מגברים שונים

לסוגים אחרים של מגברים יש מאפיינים שונים. בואו נדון בתפקודם של סוגים שונים של מגברים בשימוש כיום.

ה מגברים לינאריים לא מספקים יכולת ליניארית מושלמת כי אף מגבר אינו מושלם. זה בגלל השימוש במכשירי הגברה, כגון טרנזיסטורים, שהם לא ליניאריים בטבעם. התקנים אלה יכולים לייצר חוסר ליניאריות. המגברים הליניאריים פחות מועדים לעיוותים. זה אומר שמגברים ליניאריים מייצרים פחות עיוות.
עוצב במיוחד מגברי שמע יכול להגביר את תדר השמע.
המגבר צר פס מגביר על פס התדרים הצר, בעוד שמגברים רחבי פס מגבירים על פני טווח רחב של תדרים.
ה מגברים לא ליניאריים לייצר עיוות בהשוואה להתקנים ליניאריים. אבל, מכשירים לא ליניאריים עדיין בשימוש היום. דוגמאות למגברים לא ליניאריים הם מגברי RF (רדיותדר רדיו) וכו'.
המבנה של מגבר לוגריתמי מייצר פלט פרופורציונלי ללוגריתמי של הקלט שלו. המעגל מורכב משתי דיודות ושני מגברים הפעלה (מגבר תפעולי).

מַגבֵּר

יישומים של מגבר

המגברים משמשים ביישומים שונים. בואו נדון בזה בפירוט.

מגבר רווח אחד

חציצה

RT:

זה:

RF:

אם:

VO:

TWTA

קלסטרון

מכשירי מצב מוצק

טלפונים ניידים, מסופי תדר רדיו ניידים