Độ méo của bộ khuếch đại: Mạch, các loại, cách giảm và chống méo bàn đạp

Bộ khuếch đại là một thiết bị điện tử giúp tăng cường đầu vào của tín hiệu nhỏ hơn thành tín hiệu o/p lớn hơn. Vì vậy, tín hiệu đầu ra thay đổi liên tục bởi một số giá trị khuếch đại. Chúng được sử dụng trong truyền thông và phát sóng không dây trong tất cả các loại thiết bị âm thanh. Trong điều kiện lý tưởng, tín hiệu o/p được khuếch đại của bộ khuếch đại phải có dạng sóng tương tự chính xác với tín hiệu đầu vào. Tuy nhiên, điều kiện lý tưởng này hoàn toàn không thể đạt được trong thực tế. bộ khuếch đại . Do đó, một số sửa đổi trong dạng sóng có thể xảy ra cùng với sự tăng biên độ được gọi là méo dạng. Điều này là không mong muốn vì nó có thể sửa đổi thông tin được truyền qua tín hiệu. Bài viết này cung cấp thông tin ngắn gọn về biến dạng khuếch đại , hoạt động và ứng dụng của nó.

Biến dạng khuếch đại là gì?

Độ méo của bộ khuếch đại có thể được định nghĩa là; bất kỳ sự khác biệt nào so với tín hiệu đầu vào của bộ khuếch đại xảy ra trong suốt quá trình khuếch đại và tạo ra tín hiệu đầu ra thay đổi về cường độ, hình dạng, nội dung tần số, v.v. Nó xảy ra do nhiều yếu tố như; tính phi tuyến tính trong các thành phần của bộ khuếch đại, sai lệch không đúng hoặc quá tải bộ khuếch đại. Sự biến dạng của bộ khuếch đại là điều không mong muốn vì nó làm giảm giá trị của tín hiệu khuếch đại.

Mạch méo khuếch đại

Sự biến dạng của bộ khuếch đại có thể được hiểu bằng một ví dụ về mạch khuếch đại bộ phát chung (CE) . Hiện tượng méo tín hiệu đầu ra có thể xảy ra vì những lý do sau.

• Sự khuếch đại có thể không xảy ra trong toàn bộ chu kỳ tín hiệu do sai lệch mức.
• Nếu tín hiệu đầu vào rất lớn thì nó sẽ làm cho các bóng bán dẫn của bộ khuếch đại bị hạn chế thông qua nguồn điện áp.
• Việc khuếch đại không thể là tín hiệu tuyến tính trên toàn bộ dải tần số đầu vào, điều đó có nghĩa là trong quá trình khuếch đại dạng sóng tín hiệu, Hiện tượng méo bộ khuếch đại sẽ xảy ra.

Bộ khuếch đại được thiết kế để khuếch đại tín hiệu điện áp đầu vào nhỏ thành tín hiệu đầu ra lớn hơn, nghĩa là tín hiệu đầu ra sẽ bị thay đổi liên tục bởi giá trị khuếch đại được nhân với tín hiệu đầu vào chủ yếu cho tất cả các tần số đầu vào.

Mạch phát chung (CE) sau đây hoạt động với các tín hiệu AC đầu vào nhỏ tuy nhiên nó gây ra một số rắc rối trong quá trình hoạt động của chúng. Vì vậy, vị trí dự định của điểm phân cực 'Q' của bộ khuếch đại BJT phụ thuộc vào giá trị Beta liên quan cho tất cả các loại bóng bán dẫn.

Mạch bán dẫn loại bộ phát thông thường hoạt động tốt chủ yếu đối với các tín hiệu đầu vào AC nhỏ mặc dù có một nhược điểm chính, đó là vị trí tính toán của điểm Q thiên vị của bộ khuếch đại lưỡng cực phụ thuộc chủ yếu vào giá trị Beta liên quan của tất cả các loại bóng bán dẫn. Tuy nhiên, giá trị beta này dao động so với các loại bóng bán dẫn tương tự, điều đó có nghĩa là điểm Q của một bóng bán dẫn không liên quan đến một bóng bán dẫn khác có cùng loại vì sự chấp nhận của các sản phẩm đặc trưng. Sau đó, hiện tượng méo bộ khuếch đại xảy ra do bộ khuếch đại không tuyến tính. Việc lựa chọn cẩn thận bóng bán dẫn và các thành phần phân cực có thể giúp giảm thiểu hiệu ứng méo của bộ khuếch đại.

Các loại méo khuếch đại

Có nhiều loại méo khuếch đại khác nhau được thảo luận dưới đây. Loại biến dạng chủ yếu phụ thuộc vào diện tích đặc tính được bóng bán dẫn sử dụng, điện trở của thiết bị và mạch liên quan.

Biến dạng phi tuyến tính

Biến dạng phi tuyến tính chủ yếu xảy ra trong bộ khuếch đại bất cứ khi nào tín hiệu đầu vào được áp dụng lớn và thiết bị hoạt động được đưa vào khu vực phi tuyến tính có đặc tính của nó. Biến dạng này được sử dụng để mô tả mối quan hệ phi tuyến tính giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại. Vì vậy, hiện tượng méo tiếng này xảy ra do các hệ thống có tín hiệu đầu ra không tỷ lệ chính xác với tín hiệu đầu vào và các sản phẩm xuyên điều chế hoặc sóng hài được tạo ra.

Biến dạng biên độ

Biến dạng biên độ là một loại biến dạng phi tuyến xảy ra do sự suy giảm trong giá trị đỉnh của tín hiệu. Sự thay đổi trong điểm Q và khuếch đại tín hiệu dưới 360⁰ chủ yếu dẫn đến méo biên độ. Sự biến dạng này chủ yếu xảy ra do cắt và sai lệch. Chúng ta biết rằng nếu điểm phân cực của bóng bán dẫn đúng thì đầu ra sẽ tương tự như đầu vào trong hình dạng khuếch đại. Có thể hiểu điều này qua các trường hợp sau.

Giả sử độ lệch được cung cấp cho bộ khuếch đại không đủ thì điểm Q sẽ nằm gần nửa thứ của đường tải. Vì vậy, trong điều kiện này, nửa âm của tín hiệu đầu vào bị cắt bớt và chúng ta thu được tín hiệu đầu ra bị méo của bộ khuếch đại.

Nếu chúng tôi cung cấp thêm điện thế thiên vị thì điểm Q sẽ ở phía cao hơn của đường tải. Vì vậy, điều kiện này cung cấp một đầu ra sẽ bị cắt ở nửa dương của dạng sóng.
Độ lệch thích hợp đôi khi cũng có thể dẫn đến hiện tượng méo ở đầu ra trong trường hợp tín hiệu đầu vào lớn do tín hiệu đầu vào này được khuếch đại thông qua mức tăng của bộ khuếch đại. Vì vậy, cả nửa dương và nửa âm của dạng sóng sẽ bị cắt bớt ở một phần nào đó được gọi là biến dạng cắt.

Biến dạng tuyến tính

Biến dạng tuyến tính chủ yếu xảy ra bất cứ khi nào tín hiệu đầu vào được cấp để điều khiển thiết bị nhỏ và hoạt động ở phần tuyến tính có đặc tính của nó. Vì vậy hiện tượng méo tiếng này chủ yếu xảy ra do đặc tính phụ thuộc vào tần số của thiết bị đang hoạt động.

Biến dạng tần số

Trong loại méo này, mức khuếch đại thay đổi theo tần số. Tín hiệu đầu vào trong quá trình khuếch đại trong bộ khuếch đại thực tế bao gồm tần số cơ bản với các thành phần tần số khác nhau được gọi là sóng hài.

Biên độ hài (HA) sau khi khuếch đại khá nhỏ so với biên độ cơ bản. Nó không gây ra bất kỳ nguyên nhân nghiêm trọng nào đối với dạng sóng đầu ra. Nếu HA sau khi khuếch đại đạt giá trị cao thì không thể tránh khỏi ảnh hưởng vì nó hiện rõ ở đầu ra.

Ở đây đầu vào có tần số cơ bản bao gồm cả sóng hài. Vì vậy, sự kết hợp của cả hai trên bộ khuếch đại sẽ tạo ra tín hiệu bị méo ở đầu ra. Nó xảy ra do sự xuất hiện của các phần tử phản kháng (hoặc) thông qua điện dung của mạch khuếch đại.

Biến dạng pha

Méo pha còn được gọi là méo độ trễ trong bộ khuếch đại vì bất cứ khi nào có độ trễ thời gian giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra thì đó được gọi là tín hiệu méo pha. Sự biến dạng này chủ yếu xảy ra do phản ứng điện. Trước đó chúng ta đã thảo luận rằng một tín hiệu bao gồm các thành phần tần số khác nhau, do đó, bất cứ khi nào các tần số khác nhau trải qua sự dịch pha khác nhau thì hiện tượng méo pha sẽ xảy ra. Loại biến dạng này không có tầm quan trọng thực tế trong các bộ khuếch đại âm thanh vì tai người không thể cảm nhận được sự lệch pha. Loại và số lượng biến dạng có thể chấp nhận được hoặc không thể chấp nhận được chủ yếu phụ thuộc vào ứng dụng của bộ khuếch đại. Thông thường, hoạt động của hệ thống sẽ bị ảnh hưởng bất cứ khi nào bộ khuếch đại gây ra hiện tượng méo tiếng quá mức.

Lý do biến dạng

Hiện tượng méo trong bộ khuếch đại chủ yếu xảy ra vì những lý do chính được thảo luận dưới đây.

• Hiện tượng méo hình chủ yếu xảy ra do sai lệch sai lệch bất cứ khi nào tín hiệu đầu vào không được khuếch đại trong toàn bộ chu kỳ của tín hiệu đầu vào.
• Nó xảy ra khi tín hiệu đầu vào được áp dụng rất lớn.
• Đôi khi, hiện tượng méo bộ khuếch đại xảy ra bất cứ khi nào quá trình khuếch đại không tuyến tính trên toàn bộ dải tần.
• Biến dạng của bộ khuếch đại có thể do nhiều yếu tố khác nhau gây ra; sự phi tuyến tính trong các thành phần của bộ khuếch đại như bóng bán dẫn hoặc đèn ống.
• Ngoài ra, trở kháng không khớp, hạn chế về nguồn điện và hiện tượng cắt tín hiệu cũng có thể góp phần gây ra hiện tượng méo bộ khuếch đại. Vì vậy, các yếu tố này dẫn đến việc khuếch đại tín hiệu thay đổi so với tín hiệu đầu vào và dẫn đến méo tín hiệu gốc.
• Nói chung, hiện tượng méo sóng hài trong bộ khuếch đại có thể được gây ra.
• Méo hài là một loại biến dạng trong bộ khuếch đại thường xảy ra do bộ khuếch đại cần nhiều điện áp hơn nguồn điện mà nó có thể cung cấp.
• Điều này cũng có thể xảy ra khi một số bộ phận mạch bên trong vượt quá khả năng đầu ra của chúng.
• Sự biến dạng sóng hài xảy ra do tính phi tuyến của các bóng bán dẫn.
• Điều này xảy ra chủ yếu do đặc tính phụ thuộc vào tần số của thiết bị đang hoạt động.
• Biến dạng biên độ trong bộ khuếch đại chủ yếu xảy ra bất cứ khi nào giá trị cực đại của dạng sóng tần số bị suy giảm do sự dịch chuyển trong điểm Q.

Cách giảm méo hài trong bộ khuếch đại

Biến dạng sóng hài (HD) là một trong những vấn đề chính gây ra nhiều vấn đề khác nhau như; nhiễu xuyên âm, các vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu và EMI (nhiễu điện từ). Nó có thể được gây ra do nhiều lý do và có nhiều cách khác nhau để giảm hoặc loại bỏ hiện tượng méo sóng hài được thảo luận dưới đây.

• Tín hiệu vi sai là một trong những phương pháp được sử dụng để giảm độ méo sóng hài có thể loại bỏ các sóng hài khác nhau.
• Một phương pháp nữa là sử dụng nguồn điện có trở kháng đầu ra thấp, điều này cũng có thể hỗ trợ giảm sóng hài.
• Cấu hình lại mạng là quy trình giúp giảm sóng hài trong đó người dùng tạo ra sóng hài lớn. Những sóng hài này được xác định và phân loại tùy thuộc vào loại sóng hài mà chúng tạo ra.
• Việc bổ sung các bộ chuyển đổi nhiều xung để loại bỏ sóng hài trong suốt quá trình sử dụng bộ chuyển đổi nửa sóng và toàn sóng sẽ giúp loại bỏ sóng hài.
• Cân bằng pha là một kỹ thuật nữa phù hợp để giảm sóng hài.
• Lò phản ứng nối tiếp làm giảm sóng hài trong các nhà máy thép và luyện kim.
• Tín hiệu vi sai là phương pháp thường được sử dụng trong các hệ thống kỹ thuật số tốc độ cao để giảm nhiễu và hiệu ứng xuyên âm. Hai tín hiệu trong tín hiệu vi sai được truyền trên các dây riêng biệt với tín hiệu đơn đối lập với tín hiệu kia. Sau đó, thiết bị nhận sẽ hợp nhất hai tín hiệu và mọi nhiễu ở chế độ chung có thể bị loại bỏ.
• Nguồn điện có trở kháng đầu ra thấp cũng có thể hỗ trợ giảm sóng hài.
• Nguồn điện có trở kháng thấp ít bị sụt áp hơn bất cứ khi nào có dòng điện được rút ra, do đó, nó có thể hỗ trợ giảm hoặc loại bỏ nhiều vấn đề xảy ra với hiện tượng méo sóng hài.

Làm thế nào để đo độ méo của bộ khuếch đại?

Độ méo của bộ khuếch đại có thể được đo bằng máy phân tích phổ tương tự. Hầu hết các máy phân tích phổ đều có đầu vào 50ohm, do đó cần có điện trở cách ly ở giữa DUT và máy phân tích để mô phỏng tải DUT >50ohms.

Sau khi máy phân tích phổ được điều chỉnh về tốc độ quét, độ nhạy và băng thông, hãy xác minh nó một cách thận trọng để phát hiện quá tải đầu vào. Kỹ thuật đơn giản nhất là sử dụng bộ suy giảm có thể thay đổi để thiết lập mức suy giảm 10dB trong đường dẫn đầu vào của máy phân tích. Cả tín hiệu và mọi sóng hài đều phải được giảm bớt ở mức cài đặt như được theo dõi trên màn hình của máy phân tích phổ. Nếu sóng hài bị suy giảm >10dB thì bộ khuếch đại đầu vào của máy phân tích đang gây ra hiện tượng méo tiếng và độ nhạy phải giảm xuống. Một số máy phân tích có một nút ở phía trên tấm mặt trước để đưa ra mức suy giảm đã biết trong khi xác minh xem có chạy quá tốc độ hay không.

Sự khác biệt b/w Độ méo của bộ khuếch đại và Bàn đạp méo

Sự khác biệt chính giữa độ méo của bộ khuếch đại và bàn đạp bóp méo được thảo luận dưới đây.

Vì vậy, đây là tổng quan về bộ khuếch đại biến dạng, làm việc , và các ứng dụng của nó Nó đề cập đến bất kỳ biến thể nào từ tín hiệu đầu vào xảy ra trong quá trình khuếch đại để cung cấp tín hiệu đầu ra. Tín hiệu này đang bị thay đổi về tần số, hình dạng, cường độ, v.v. Nó xảy ra do các yếu tố khác nhau như; sự phi tuyến tính trong các thành phần của bộ khuếch đại, sai lệch không đúng hoặc quá tải bộ khuếch đại. Có nhiều loại biến dạng khác nhau có đặc điểm và nguyên nhân cụ thể. Nói chung độ méo của bộ khuếch đại là điều không mong muốn vì nó có thể làm giảm giá trị của tín hiệu khuếch đại. Đây là câu hỏi dành cho bạn, ampli là gì?