Усилвателите са електронни схеми, които увеличават силата на сигналите. Съществуват стотици усилвателни конструкции, вариращи от прости транзисторни схеми до сложни цифрови системи. Усилвател на мощност и усилвател на напрежение представляват два дизайна, които усилват сигналите по различни начини. Разбирането на разликата между напрежението и мощността и техните приложения ви помага да изберете правилния тип усилвател за даден проект.
Напрежение и мощност
Напрежението на веригата е енергията зад електрическите заряди, преминаващи през проводници и компоненти. Волта е стандартната единица за напрежение, определена като разлика в потенциалната енергия в съпротивление от един ом, което произвежда токов поток от един усилвател. Колкото по-голяма е енергията, толкова по-високо е напрежението. Когато умножите напрежението по тока, получавате мощността на веригата, която се изразява в ватове: един ват е един волт по един усилвател. Мощността е скоростта, с която веригата доставя енергия - вериги, които се справят с повече напрежение и ток, произвеждат повече ватове мощност.
Концепции на усилвателя
Можете да мислите за усилвателя като за клапан, управляван от входен сигнал. С увеличаването на кривата на вълната на сигнала се отваря клапан, свързан към независимо захранващо напрежение, предаващ по-голяма част от напрежението към изхода. Когато вълната намалява, вентилът се затваря и изходът вижда по-малко напрежение. Изходът, макар и пропорционално по-голям, е огледален образ на входа. Използвате усилвател, за да увеличите напрежението или мощността на слаб входен сигнал. Ако мощността на сигнала е слаба, използвате усилвател. Ако напрежението е малко, умножавате го с усилвател на напрежение.
Мощност, ефективност и топлина
Тъй като никоя схема не е 100 процента ефективна, усилвателят губи част от силата си като топлина. Ефективността на различните конструкции на усилвателите варира от около 20% до 90% или по-добра; усилвател с 80 процента ефективност, който консумира 100 вата, губи 20 вата като топлина. Въпреки че усилвателите на напрежение също имат този проблем, това е по-голям проблем с усилвателите на мощност. Усилвателят на мощност използва здрави компоненти, охлаждащи вентилатори и други стратегии за предотвратяване на прегряване.
Компоненти
Транзисторът, комбиниран с няколко резистора и кондензатори, действа като обикновен усилвател. Някои вериги използват вакуумни лампи за усилване на мощността или напрежението. Операционните усилватели или операционни усилватели са интегрални схеми, които правят отлични усилватели на напрежение; те обаче са твърде малки, за да бъдат добри усилватели на мощност. Усилвателите на мощност използват големи транзистори и други компоненти, за да се справят с допълнителната топлина, без да изгарят. Силовите транзистори се предлагат в солидни метални кутии, които отвеждат топлината далеч от устройството. Усилвателите на напрежение използват по-малки пластмасови транзистори, които работят при стайна температура.
Печалба
Всички усилватели осигуряват определено усилване или коефициент на усилване. Например усилвател на напрежение с коефициент на усилване 100 произвежда 1-волтов изход за 10-миливолтов вход. Коефициентът на усилване също се измерва в децибели или dBs; рейтингът в децибели е общият дневник на коефициента на усилване, умножен по 10. Общият дневник на 100 е 2; умножавайки го по 10, получавате 20 dB. Въпреки че усилвателите на мощност също имат печалба, дизайнерите обикновено ги оценяват по максималната си мощност. Тук „средният квадрат“ или RMS рейтинг е най-консервативната стойност, последвана от средна стойност и пик. RMS рейтингът ви дава ясна представа за изхода на усилвателя за няколко минути; пиковият рейтинг е мярка за моментни способности.
Приложения
Повечето усилватели на мощност задвижват високоговорители и слушалки, тъй като е необходима мощност, за да задвижат високоговорителите до удобни нива на слушане. Радиопредавателите също използват усилватели на мощността, за да доставят силен сигнал към излъчваната антена. Усилвателите на напрежение работят най-добре за увеличаване на много слаби сигнали; нямат достатъчно мощност за задвижване на високоговорители. Вашият мобилен телефон съдържа два усилвателя: усилвател на напрежение за улавяне на клетъчни радиосигнали и усилвател на мощност за задвижване на високоговорителя на телефона. Стерео приемникът също има два усилвателя по същата причина.
