עיוות מגבר: מעגל, סוגים, איך להפחית ופדלות עיוות לעומת עיוות

מגבר הוא מכשיר אלקטרוני שמחזק את הקלט של אות קטן יותר לאות o/p גדול יותר. אז אות הפלט משתנה ברציפות על ידי כמה ערכי רווח. אלה מנוצלים בתקשורת ושידור אלחוטית בכל מיני ציוד שמע. בתנאים אידיאליים, לאות ה-o/p המוגבר של המגבר צריך להיות צורת גל דומה בדיוק לאות הכניסה. עם זאת, מצב אידיאלי זה אינו מושג כלל תוך פרקטי מגברים . לפיכך, שינויים מסוימים בתוך צורת הגל עשויים להתרחש בנוסף לעלייה באמפליטודה המכונה עיוות. זה לא רצוי כי זה עלול לשנות את האינטליגנציה הנישאת דרך האות. מאמר זה מספק מידע קצר על עיוות מגבר , עבודה והיישומים שלה.

מהו עיוות מגבר?

עיוות מגבר יכול להיות מוגדר כ; כל הבדל מאות הכניסה של מגבר המתרחש לאורך תהליך ההגברה ונותן אות פלט שונה מבחינת גודל, צורה, תוכן תדר וכו'. זה מתרחש עקב גורמים רבים כמו; אי-לינאריות בתוך רכיבי המגבר, הטיה לא נכונה או עומס יתר של המגבר. עיוות המגבר אינו רצוי מכיוון שהוא מדרדר את הערך של האות המוגבר.

מעגל עיוות מגבר

ניתן להבין עיוות מגבר עם דוגמה של א מעגל מגבר פולט משותף (CE). . עיוות אות המוצא עלול להתרחש בגלל הסיבות הבאות.

• הגברה עשויה שלא להתרחש לאורך כל מחזור האותות בגלל רמות הטיה שגויות.
• אם אות הכניסה גדול מאוד, אז זה גורם להגבלה של טרנזיסטורים של מגברים דרך אספקת המתח.
• ההגברה לא יכולה להיות אות ליניארי מעל כל טווח תדרי הכניסה, כלומר במהלך הליך ההגברה של צורת גל האות, יתרחש עיוות מגבר.

מגברים מיועדים להגברת אותות מתח כניסה קטנים לאותות פלט גדולים יותר מה שאומר שאות המוצא ישתנה כל הזמן על ידי ערך ההגבר המוכפל עם אות הכניסה בעיקר עבור כל תדרי הכניסה.

מעגל הפולט הנפוץ (CE) הבא פועל עבור אותות AC קלט קטנים, אולם הוא גורם לבעיות מסוימות בעבודה שלהם. לכן, המיקום המיועד של נקודת ההטיה 'Q' של מגבר BJT תלוי בערך הבטא הקשור לכל סוגי הטרנזיסטורים.

מעגל טרנזיסטור נפוץ מסוג פולט עובד היטב בעיקר עבור אותות כניסת AC קטנים למרות שסובלים מחיסרון עיקרי אחד, המיקום המחושב של נקודת ההטיה Q של המגבר הדו-קוטבי תלוי בעיקר בערך הבטא הקשור של כל מיני טרנזיסטורים. עם זאת, ערך בטא זה משתנה מסוגים דומים של טרנזיסטורים, כלומר, נקודת Q של טרנזיסטור אחד אינה קשורה לטרנזיסטור אחר עם קטגוריה דומה בגלל הקבלות של הפקות אופייניות. לאחר מכן, עיוות המגבר קורה מכיוון שהמגבר אינו ליניארי. בחירה קפדנית של הטרנזיסטור ורכיבי הטיה יכולה לסייע במזעור אפקט העיוות של המגבר.

סוגי עיוות מגבר

ישנם סוגים שונים של עיוות מגבר אשר נדון להלן. סוג העיוות תלוי בעיקר באזור המאפיינים המשמשים את הטרנזיסטור, תגובת המכשיר והמעגל המשויך.

עיוות לא ליניארי

עיוות לא ליניארי מתרחש בעיקר במגבר בכל פעם שאות הקלט המופעל גדול והמכשיר הפעיל מונע לתוך אזור לא ליניארי של המאפיינים שלו. עיוות זה משמש לתיאור קשר לא ליניארי בין אותות הקלט והיציאה של מגבר. אז עיוות זה נובע ממערכות בכל מקום שבו אות המוצא אינו פרופורציונלי בדיוק לאות הכניסה ומוצרי אינטרמודולציה או הרמוניות נוצרות.

עיוות משרעת

עיוות משרעת הוא סוג של עיוות לא ליניארי המתרחש בגלל הנחתה בתוך הערך העליון של האות. השינוי בתוך נקודת ה-Q וההגברה מתחת ל-360⁰ של האות מוביל בעיקר לעיוות במשרעת. עיוות זה מתרחש בעיקר בגלל גזירה והטיה לא נכונה. אנו יודעים שאם נקודת ההטיה של הטרנזיסטור נכונה, הפלט דומה לקלט בתוך הצורה המוגברת. ניתן להבין זאת באמצעות המקרים הבאים.

נניח שהטיה לא מספקת מסופקת למגבר, אז נקודת ה-Q תהיה קרובה לחצי המינורי של קו העומס. אז במצב זה, החצי השלילי של אות הכניסה נחתך ואנחנו רוכשים אות פלט מעוות של המגבר.

אם נספק פוטנציאל הטיה נוסף, אזי נקודת ה-Q תהיה בצד הגבוה יותר של קו העומס. אז מצב זה מספק פלט שיינתק בחצי החיובי של צורת הגל.
הטיה נכונה יכולה גם להוביל לעיוות לפעמים בתוך הפלט במקרה שאות הכניסה גדול מכיוון שאות הכניסה הזה מוגבר דרך ההגבר של המגבר. אז גם החצי החיובי וגם השלילי של צורת הגל ייחתכו בחלק כלשהו שנקרא עיוות חיתוך.

עיוות ליניארי

עיוות ליניארי מתרחש בעיקר בכל פעם שאות הקלט המופעל על מנת להניע את המכשיר הוא קטן ומתפקד בקטע הליניארי של המאפיינים שלו. אז העיוות הזה קורה בעיקר בגלל מאפיינים תלויי תדר של מכשירים פעילים.

עיוות תדר

בסוג זה של עיוות, רמת ההגברה משתנה בתדר. אות הכניסה במהלך הגברה במגבר ריאליסטי כולל תדר יסוד עם רכיבי תדר שונים הנקראים הרמוניות.

המשרעת ההרמונית (HA) לאחר ההגברה היא די חלק מהמשרעת הבסיסית. זה לא גורם לכל סיבה חמורה לצורת גל הפלט. אם ה-HA לאחר ההגברה מגיע לערך גבוה, לא ניתן להימנע מהשפעתו מכיוון שהוא נראה במוצא.

כאן לקלט יש תדר יסוד כולל הרמוניות. אז השילוב של השניים בהגברה מספק אות מעוות במוצא. זה קורה או בגלל התרחשותם של אלמנטים תגובתיים (או) דרך קיבולי האלקטרודה של מעגל המגבר.

עיוות שלב

עיוות פאזה נקרא גם עיוות השהייה במגבר מכיוון שבכל פעם שיש השהיית זמן בין אות הקלט והיציאה, אומרים שהוא אות מעוות פאזה. עיוות זה מתרחש בעיקר בגלל תגובה חשמלית. קודם לכן דנו בכך שאות כולל רכיבי תדר שונים ולכן, בכל פעם שתדרים שונים חווים שינויי פאזה שונים אז מתרחש עיוות פאזה. לסוג זה של עיוות אין חשיבות מעשית במגברי שמע מכיוון שהאוזן האנושית אינה חשה להיסט פאזה. סוג וכמות העיוות הנסבל או הבלתי נסבל תלוי בעיקר ביישום המגבר. בדרך כלל, פעולת המערכת תיפגע פשוט בכל פעם שהמגבר גורם לעיוות קיצוני.

סיבות לעיוותים

עיוות במגברים מתרחש בעיקר בגלל הסיבות העיקריות הנדונות להלן.

• עיוות מתרחש בעיקר בגלל הטיה לא נכונה בכל פעם שאות הכניסה לא מוגבר במשך המחזור השלם של אות הכניסה.
• זה מתרחש כאשר אות הקלט המופעל גדול מאוד.
• לפעמים, עיוות מגבר נוצר בכל פעם שההגברה אינה ליניארית מעל כל טווח התדרים.
• עיוות מגבר יכול להיגרם על ידי גורמים שונים; אי-לינאריות בתוך רכיבי המגבר כמו טרנזיסטורים או צינורות.
• בנוסף, חוסר התאמה של עכבה, מגבלות אספקת חשמל וגזירת אות יכולים גם הם לתרום לעיוות המגבר. אז גורמים אלה מביאים להגברת האות שמשתנה מאות הקלט ומובילה לעיוות אות מקורי.
• בדרך כלל, עיוות הרמוני בתוך מגברים יכול להיגרם
• עיוות הרמוני הוא סוג של עיוות במגבר המתרחש בדרך כלל על ידי המגבר שזקוק למתח רב יותר מהספק שהוא יכול לספק.
• זה יכול להתרחש גם כאשר חלקי מעגל פנימיים מסוימים חורגים מיכולת הפלט שלהם.
• עיוות הרמוני מתרחש עקב חוסר הלינאריות של הטרנזיסטורים.
• זה קורה בעיקר בגלל המאפיינים תלויי התדר של המכשירים הפעילים.
• עיוות משרעת במגברים מתרחש בעיקר בכל פעם שערכי השיא של צורת הגל של התדר מוחלשים עקב תזוזה בתוך נקודת ה-Q.

כיצד להפחית עיוות הרמוני במגברים

עיוות הרמוני (HD) הוא אחד הנושאים העיקריים שגורמים לבעיות שונות כמו; הצלבה, בעיות שלמות האות ו-EMI (הפרעות אלקטרומגנטיות). זה יכול להיגרם מסיבות רבות וישנן דרכים שונות להקטין או להסיר עיוות הרמוני אשר נדון להלן.

• איתות דיפרנציאלי היא אחת השיטות המשמשות להפחתת העיוות ההרמוני שיכול לבטל הרמוניות שונות.
• שיטה אחת נוספת היא להשתמש בספקי כוח עם עכבת מוצא נמוכה שיכולה לסייע גם בהפחתת הרמוניות.
• תצורה מחדש של הרשת היא ההליך המסייע בהפחתת הרמוניות כאשר המשתמשים מייצרים הרמוניות גדולות. הרמוניות אלו מזוהות ומסווגות בהתאם לסוג ההרמוניות שהן מייצרות.
• הוספת ממירי רב-פולסים לביטול הרמוניות לאורך כל ניצול ממירי חצי וממירי גלים מסייעת בביטול הרמוניות.
• איזון פאזות הוא טכניקה נוספת שמתאימה להפחתת הרמוניות.
• כורים בסדרה מפחיתים הרמוניות במפעלי פלדה ובהתכה.
• איתות דיפרנציאלי היא שיטה שנמצאת בשימוש תדיר בתוך מערכות דיגיטליות מהירות להפחתת אפקטי הרעש והצלבה. שני האותות באיתות דיפרנציאלי מועברים על חוטים נפרדים כאשר האות הבודד הוא ההפך מהשני. לאחר מכן, המכשיר המקבל ממזג את שני האותות וניתן לבטל כל רעש במצב משותף.
• ספקי כוח באמצעות עכבת יציאה נמוכה יכולים גם לסייע בהפחתת הרמוניות.
• לספק כוח בעל עכבה נמוכה יש פחות ירידת מתח בכל פעם שמוציאים ממנו זרם, כך שהוא יכול לסייע בהפחתת או הסרה של הרבה מהבעיות המתרחשות עם עיוות הרמוני.

כיצד למדוד עיוות מגבר?

ניתן למדוד עיוות מגבר באמצעות מנתחי ספקטרום אנלוגיים. לרוב מנתחי הספקטרום יש כניסות של 50 אוהם, כך שנדרש נגד בידוד בין ה-DUT והנתח לצורך הדמיית עומסי DUT >50ohms.

לאחר שמנתח הספקטרום מותאם לקצב סריקה, רגישות ורוחב פס, ודא אותו בזהירות עבור הילוך יתר של הקלט. הטכניקה הפשוטה ביותר היא להשתמש במנחת המשתנה כדי להגדיר הנחתה של 10dB בתוך נתיב הקלט של הנתח. גם האות וגם הרמוניות כלשהן חייבות להיות מוחלשות בכמות מוגדרת כפי שמנוטרת על הצג של מנתח הספקטרום. אם ההרמוניות מוחלשות ב->10dB, אז מגבר הקלט של המנתח מציג עיוות ויש להפחית את הרגישות. למספר מנתחים יש כפתור על גבי הצלחת הקדמית כדי להציג כמות ידועה של הנחתה תוך אימות של הילוך יתר.

הבדל שחור/לב מגבר דיסטורשן לעומת דוושות דיסטורשן

ההבדלים העיקריים בין עיוות מגבר לדוושות עיוות נדונים להלן.

לפיכך, זוהי סקירה כללית של מגבר עיוות, עובד , והיישומים שלה. זה מתייחס לכל וריאציה מאות הקלט המתרחשת בתהליך ההגברה כדי לספק אות פלט. אות זה משתנה במונחים של תדירות, צורה, גודל וכו'. זה מתרחש עקב גורמים שונים כמו; אי-לינאריות בתוך הרכיבים של מגבר, הטיה לא נכונה או עומס יתר של המגבר. ישנם סוגים שונים של עיוות זמינים שיש להם מאפיינים וגורמים ספציפיים. בדרך כלל עיוות המגבר אינו רצוי מכיוון שהוא יכול לגרוע מהערך של האות המוגבר. הנה שאלה בשבילך, מה זה מגבר?