Biến dạng bộ khuếch đại

Biến dạng bộ khuếch đại

Biến dạng Bộ khuếch đại có thể có nhiều dạng như Biên độ, Tần số và Méo pha do Cắt

Để bộ khuếch đại tín hiệu hoạt động chính xác mà không có bất kỳ sự biến dạng nào đối với tín hiệu đầu ra, nó yêu cầu một số dạng DC Bias trên thiết bị đầu cuối Base hoặc Gate của nó. Cần có phân cực DC để bộ khuếch đại có thể khuếch đại tín hiệu đầu vào trong toàn bộ chu kỳ của nó với “điểm Q” thiên vị được đặt càng gần giữa đường tải càng tốt.

Cài đặt điểm Q thiên vị sẽ cung cấp cho chúng ta cấu hình khuếch đại loại “Class-A” với cách sắp xếp phổ biến nhất là “Bộ phát chung” cho bóng bán dẫn lưỡng cực hoặc cấu hình “Nguồn chung” cho bóng bán dẫn FET đơn cực.

Công suất, điện áp hoặc độ lợi dòng điện, (khuếch đại) được cung cấp bởi bộ khuếch đại là tỷ số giữa giá trị đầu ra đỉnh với giá trị đầu vào đỉnh của nó (Đầu ra ÷ Đầu vào).

Tuy nhiên, nếu chúng tôi thiết kế sai mạch khuếch đại của mình và đặt điểm Q xu hướng sai vị trí trên đường tải hoặc áp dụng tín hiệu đầu vào quá lớn cho bộ khuếch đại, thì tín hiệu đầu ra kết quả có thể không phải là sự tái tạo chính xác của tín hiệu đầu vào ban đầu dạng sóng. Nói cách khác, bộ khuếch đại sẽ bị cái thường được gọi là Biến dạng Bộ khuếch đại . Hãy xem xét mạch khuếch đại phát chung dưới đây.

Bộ khuếch đại phát điện chung

Sự biến dạng của dạng sóng tín hiệu đầu ra có thể xảy ra do:

• Khuếch đại có thể không diễn ra trong toàn bộ chu kỳ tín hiệu do mức xu hướng không chính xác.
• Tín hiệu đầu vào có thể quá lớn, khiến các bóng bán dẫn của bộ khuếch đại bị hạn chế bởi điện áp cung cấp.
• Bộ khuếch đại có thể không phải là tín hiệu tuyến tính trên toàn bộ dải tần của đầu vào.

Điều này có nghĩa là trong quá trình khuếch đại của dạng sóng tín hiệu, một số dạng Biến dạng Bộ khuếch đại đã xảy ra.

Bộ khuếch đại về cơ bản được thiết kế để khuếch đại tín hiệu đầu vào điện áp nhỏ thành tín hiệu đầu ra lớn hơn nhiều và điều này có nghĩa là tín hiệu đầu ra liên tục thay đổi bởi một số yếu tố hoặc giá trị, được gọi là độ lợi, nhân với tín hiệu đầu vào cho tất cả các tần số đầu vào. Trước đây chúng ta đã thấy rằng hệ số nhân này được gọi là Beta, β giá trị của bóng bán dẫn.

Bộ phát chung hoặc thậm chí các mạch bóng bán dẫn loại nguồn chung hoạt động tốt đối với tín hiệu đầu vào AC nhỏ nhưng có một nhược điểm lớn, vị trí tính toán của điểm phân cực Q của bộ khuếch đại lưỡng cực phụ thuộc vào cùng một giá trị Beta cho tất cả các bóng bán dẫn. Tuy nhiên, giá trị Beta này sẽ khác với các bóng bán dẫn cùng loại, nói cách khác, điểm Q cho một bóng bán dẫn không nhất thiết phải giống điểm Q cho một bóng bán dẫn khác cùng loại do dung sai chế tạo vốn có.

Khi đó hiện tượng méo bộ khuếch đại xảy ra do bộ khuếch đại không tuyến tính và một loại biến dạng bộ khuếch đại được gọi là Biến dạng biên độ sẽ dẫn đến. Lựa chọn cẩn thận các thành phần bóng bán dẫn và xu hướng có thể giúp giảm thiểu ảnh hưởng của biến dạng bộ khuếch đại.

Biến dạng biên độ

Biến dạng biên độ xảy ra khi các giá trị đỉnh của dạng sóng tần số bị suy giảm gây ra biến dạng do sự thay đổi điểm Q và quá trình khuếch đại có thể không diễn ra trong toàn bộ chu kỳ tín hiệu. Sự không tuyến tính này của dạng sóng đầu ra được hiển thị bên dưới.

Biến dạng biên độ do xu hướng không chính xác

Nếu điểm xu hướng của bóng bán dẫn là chính xác, dạng sóng đầu ra phải có cùng hình dạng với dạng sóng đầu vào chỉ lớn hơn, (được khuếch đại). Nếu không đủ độ lệch và điểm Q nằm ở nửa dưới của đường tải, thì dạng sóng đầu ra sẽ giống như hình bên phải với nửa âm của dạng sóng đầu ra là “cắt” hoặc bị cắt bớt. Tương tự như vậy, nếu có quá nhiều sai lệch và điểm Q nằm ở nửa trên của đường tải, thì dạng sóng đầu ra sẽ giống như ở bên trái với nửa dương "bị cắt" hoặc bị cắt bớt.

Ngoài ra, khi điện áp phân cực được đặt quá nhỏ, trong nửa chu kỳ âm, bóng bán dẫn không dẫn điện hoàn toàn nên đầu ra được đặt bởi điện áp cung cấp. Khi độ lệch quá lớn, nửa chu kỳ tích cực bão hòa bóng bán dẫn và đầu ra giảm gần như bằng không.

Ngay cả khi đã đặt đúng mức điện áp xu hướng, vẫn có khả năng dạng sóng đầu ra bị méo do tín hiệu đầu vào lớn được khuếch đại bởi độ lợi của mạch. Tín hiệu điện áp đầu ra bị cắt ở cả phần dương và phần âm của dạng sóng, không còn giống như sóng sin, ngay cả khi độ lệch là đúng. Loại biến dạng biên độ này được gọi là Clipping và là kết quả của việc “điều khiển quá mức” đầu vào của bộ khuếch đại.

Khi biên độ đầu vào trở nên quá lớn, sự cắt giảm trở nên đáng kể và buộc tín hiệu dạng sóng đầu ra vượt quá đường ray điện áp cung cấp điện với phần đỉnh (+ ve một nửa) và phần đáy (-ve một nửa) của tín hiệu dạng sóng trở nên phẳng hoặc “ Đã cắt bớt ”. Để tránh điều này, giá trị lớn nhất của tín hiệu đầu vào phải được giới hạn ở mức có thể ngăn chặn hiệu ứng cắt này như được trình bày ở trên.

Biến dạng biên độ do cắt

Biến dạng biên độ làm giảm đáng kể hiệu quả của mạch khuếch đại. Những “đỉnh phẳng” này của dạng sóng đầu ra bị bóp méo do xu hướng sai lệch hoặc do điều khiển đầu vào quá mức không đóng góp bất cứ điều gì vào cường độ của tín hiệu đầu ra ở tần số mong muốn.

Đã nói tất cả những điều đó, một số nghệ sĩ guitar và ban nhạc rock nổi tiếng thực sự thích âm thanh đặc biệt của họ có độ méo cao hoặc “quá sóng” bằng cách cắt nhiều dạng sóng đầu ra vào cả đường ray cấp nguồn + ve và -ve. Ngoài ra, việc tăng số lượng cắt trên một hình sin sẽ tạo ra sự biến dạng bộ khuếch đại đến mức cuối cùng nó sẽ tạo ra một dạng sóng đầu ra giống như dạng “sóng vuông” sau đó có thể được sử dụng trong các mạch tổng hợp điện tử hoặc kỹ thuật số.

Chúng ta đã thấy rằng với tín hiệu DC, mức độ khuếch đại của bộ khuếch đại có thể thay đổi theo biên độ tín hiệu, nhưng cũng như Biến dạng biên độ, các dạng méo bộ khuếch đại khác có thể xảy ra với tín hiệu AC trong mạch khuếch đại, chẳng hạn như Méo tần số và Méo pha .

Biến dạng tần số

Méo tần số là một dạng méo bộ khuếch đại khác xảy ra trong bộ khuếch đại bóng bán dẫn khi mức độ khuếch đại thay đổi theo tần số. Nhiều tín hiệu đầu vào mà một bộ khuếch đại thực tế sẽ khuếch đại bao gồm dạng sóng tín hiệu bắt buộc được gọi là “Tần số cơ bản” cộng với một số tần số khác nhau được gọi là “Sóng hài” được chồng lên nó.

Thông thường, biên độ của những sóng hài này là một phần nhỏ của biên độ cơ bản và do đó có rất ít hoặc không ảnh hưởng đến dạng sóng đầu ra. Tuy nhiên, dạng sóng đầu ra có thể bị méo nếu các tần số hài này tăng biên độ so với tần số cơ bản. Ví dụ: hãy xem xét dạng sóng dưới đây:

Biến dạng tần số do sóng hài

Trong ví dụ trên, dạng sóng đầu vào bao gồm tần số cơ bản cộng với tín hiệu hài thứ hai. Dạng sóng đầu ra kết quả được hiển thị ở phía bên tay phải. Sự biến dạng tần số xảy ra khi tần số cơ bản kết hợp với sóng hài thứ hai để làm sai lệch tín hiệu đầu ra. Do đó, sóng hài là bội số của tần số cơ bản và trong ví dụ đơn giản của chúng tôi, một sóng hài thứ hai đã được sử dụng.

Do đó, tần số của sóng hài gấp đôi tần số cơ bản, 2 * ƒ hoặc 2ƒ . Sau đó, sóng hài thứ ba sẽ là 3ƒ , thứ tư, 4ƒ , v.v. Biến dạng tần số do sóng hài luôn có khả năng xảy ra trong các mạch khuếch đại có chứa các phần tử phản kháng như điện dung hoặc điện cảm.

Biến dạng pha

Méo pha hay Méo trễ là một dạng biến dạng bộ khuếch đại xảy ra trong bộ khuếch đại bóng bán dẫn phi tuyến tính khi có một khoảng thời gian trễ giữa tín hiệu đầu vào và sự xuất hiện của nó ở đầu ra.

Nếu chúng ta nói rằng sự thay đổi pha giữa đầu vào và đầu ra bằng 0 ở tần số cơ bản, thì độ trễ góc pha kết quả sẽ là sự khác biệt giữa hài và cơ bản. Thời gian trễ này sẽ phụ thuộc vào cấu tạo của bộ khuếch đại và sẽ tăng dần theo tần số trong băng thông của bộ khuếch đại. Ví dụ: hãy xem xét dạng sóng dưới đây:

Biến dạng pha do độ trễ

Khác với các bộ khuếch đại âm thanh cao cấp, hầu hết các bộ khuếch đại thực tế sẽ có một số dạng Biến dạng Bộ khuếch đại là sự kết hợp của cả “Méo tần số” và “Méo pha”, cùng với biến dạng biên độ. Trong hầu hết các ứng dụng như trong bộ khuếch đại âm thanh hoặc bộ khuếch đại công suất, trừ khi sự biến dạng của bộ khuếch đại quá mức hoặc nghiêm trọng, nó thường sẽ không ảnh hưởng đến hoạt động hoặc âm thanh đầu ra của bộ khuếch đại.

Trong hướng dẫn tiếp theo về bộ khuếch đại, chúng ta sẽ xem xét Bộ khuếch đại Class A. Bộ khuếch đại Class A là loại phổ biến nhất của tầng đầu ra bộ khuếch đại nên chúng lý tưởng để sử dụng trong các bộ khuếch đại công suất âm thanh.