تقویت‌کننده الکترونیکی

(تغییرمسیر از تقویت کننده)
یک تقویت‌کننده صدای استریو (دوبانده) که در دهه ۱۹۷۰ در دستگاه‌های پخش خانگی استفاده می‌شد.
تقویت کردن به معنای افزایش دامنه (جریان یا ولتاژ) یک سیگنال متغیر با زمان با یک ضریب است. در این شکل، دامنه سیگنال (ولتاژ) سه برابر شده‌است (بهره برابر ۳ است)، به عبارتی در هر نقطه .

تقویت‌کنندهٔ الکترونیکی یا ساده‌تر، تقویت‌کننده، که به آن آمپلی‌فایر (به انگلیسی: Amplifier) نیز می‌گویند، مدار یا سیستمی برای تقویت دامنه یا توان سیگنال است. تقویت‌کننده باید شکل سیگنال را تا جای ممکن حفظ کرده و آن‌را به‌هم نریزد و اصطلاحاً سیگنال را دچار اِعوِجاج (Distortion) نکند.[۱]

میزان تقویت‌کنندگی یک تقویت‌کننده را با بهره آن می‌سنجند. بهره، نسبت ولتاژ، جریان یا توان خروجی، به ورودی‌ست. تقویت‌کننده، مداری است که بهره آن بزرگتر از یک باشد.[۲][۳][۴]

مبحث تقویت‌کننده‌ها یکی از اساسی‌ترین مباحث در مهندسی الکترونیک است. کاربرد تقویت‌کننده‌ها بسیار گسترده‌است و آن‌ها انواع فراوانی دارند. تقریباً در همه کاربردهایی که در آنها، عملیات یا پردازشی روی سیگنال اجرا می‌شود، دست‌کم یک بار تقویت سیگنال لازم است؛ از تقویت‌کننده‌ها برای تقویت صدا در سازهایی مانند گیتار برقی، برای تقویت سیگنال دریافت‌شده در یک گیرنده رادیویی، یا برای تقویت صدا در دستگاه‌های پخش خانگی و خودرو، و غیره استفاده می‌شود.

انواعویرایش

تقویت‌کننده‌ها را می‌توان از دیدگاه‌های گوناگون، مثلاً بر اساس محدودهٔ فرکانسی سیگنال ورودی، دسته‌بندی کرد. برای مثال، تقویت‌کنندۀ صدا، سیگنال صدا را در محدودۀ تا کمتر از ۲۰ کیلوهرتز تقویت می‌کند. تقویت‌کننده‌های فرکانس رادیویی (RF)، سیگنال رادیویی که کاریِر آن‌ها در محدوده چند ده کیلوهرتز تا چند ده گیگاهرتز است را تقویت می‌کنند (گرچه در عمل، پهنای باند هیچ تقویت‌کننده‌ای، تا این حد بزرگ نیست)، و سِروو تقویت‌کننده‌ها (Servo Amplifiers) و تقویت‌کننده‌های ابزاردقیق می‌توانند در فرکانس‌های بسیار کم (چندین هرتز یا کمتر) کار کنند.

تقویت‌کننده‌ها را می‌توان بر پایۀ محل قرارگرفتن در مدار نیز دسته‌بندی کرد. برای مثال، از پیش‌تقویت‌کننده‌ها پیش از سایر مراحل پردازش سیگنال استفاده می‌شود.[۵]

 
مدار یک تقویت‌کننده سه‌طبقه فیدبک‌دار؛ طبقهٔ اول، یک تقویت‌کنندهٔ تفاضلی است (شامل Q1, Q2). طبقهٔ دوم، یک تقویت‌کنندهٔ سادهٔ امیتر-مشترک است (Q3)، و طبقه سوم یک تقویت‌کنندهٔ توان کلاسِ AB است (Q4, Q5). مقاومت R8، فیدبَک را شکل می‌دهد.

خصوصیاتویرایش

تقویت‌کننده‌ها را بر اساس پارامترهای زیر مشخص می‌کنند:

  • بهره (Gain): نسبت دامنهٔ سیگنال خروجی به ورودی.
  • پهنای باند (Bandwidth): محدوده فرکانسی مفید تقویت‌کنندگی.
  • راندمان (Efficiency): نسبت توان خروجی به کل توان مصرفی.
  • میزان خطی بودن (Linearity): بازۀ ولتاژی که بهره، یکسان باقی می‌ماند.
  • عدد نویز (Noise figure): میزان نویز که در خروجی با سیگنال آمیخته می‌شود.
  • محدوده دینامیک خروجی (Output dynamic range) : نسبت بزرگترین به کوچکترین سطح مفید سیگنال خروجی است، و معمولا بر حسب dB بیان می‌شود.
  • نرخ چرخش (Slew rate): حداکثر نرخ تغییر خروجی.
  • زمان صعود (Rise time)، زمان نشست (Settling time)، طنین (Ringing) و فرارفت (Overshoot): که تعیین‌کننده پاسخ پله تقویت‌کننده هستند.
  • پایداری (Stability): خودداری از خود-نوسانی (self-oscillation)

تقویت‌کننده‌ها را با ویژگی‌های سیگنال ورودی، خروجی و اینکه چطور این دو با هم ارتباط دارند مشخص می‌کنند.[۶]

منابعویرایش

  1. "Amplifier". Wikipedia. 2019-02-13.
  2. Crecraft, David; Gorham, David (2003). Electronics, 2nd Ed. CRC Press. p. 168. ISBN 978-0-7487-7036-6.
  3. Agarwal, Anant; Lang, Jeffrey (2005). Foundations of Analog and Digital Electronic Circuits. Morgan Kaufmann. p. 331. ISBN 978-0-08-050681-4.
  4. Glisson, Tildon H. (2011). Introduction to Circuit Analysis and Design. Springer Science and Business Media. ISBN 978-9048194438.
  5. Patronis, Gene (1987). "Amplifiers". In Glen Ballou. Handbook for Sound Engineers: The New Audio Cyclopedia. Howard W. Sams & Co. p. 493. ISBN 978-0-672-21983-2.
  6. Robert Boylestad and Louis Nashelsky (1996). Electronic Devices and Circuit Theory, 7th Edition. Prentice Hall College Division. ISBN 978-0-13-375734-7.