Pastiprinātājs — kas tas ir, veidi un pielietojums

Vārds pastiprinātājs (dažkārt saukts vienkārši par pastiprinātāju) parasti attiecas uz elektronisko pastiprinātāju. Elektroniskie pastiprinātāji radio vai elektriskā mūzikas instrumenta (piemēram, elektriskās ģitāras vai elektriskās basģitāras) signālu padara skaļāku un spēcīgāku. Pastiprinātāji slēpjas arī jebkurā elektroniskā ierīcē, kas rada skaņu ar skaļruņiem — piemēram, televizoros, radioaparātos, datoros un mp3 atskaņotājos.

Ierīces, kas funkcionāli atgādina elektronisko pastiprinātāju, tiek izmantotas arī mašīnbūvē. Automobiļu stūres un bremžu pastiprinātājos tiek pielietoti mehāniskie vai hidrauliskie pastiprinātāji, kas reizinātu vadītāja pieliktā spēka daudzumu un padara vadību vai bremzēšanu vieglāku.

Veidi un tehnoloģijas

Elektroniskos pastiprinātājus var iedalīt vairākos veidos pēc konstrukcijas un tehnoloģijas:

• Lampu (vakuma cauruļu) pastiprinātāji — raksturīgi siltai skaņai un īpašai harmoniskajai raksturojumam, populāri instrumentu pastiprinātājos.
• Transistoru (cietvielu) pastiprinātāji — plaši izplatīti, uzticami un kompakti; ietver bipolāros (BJT) un lauka efekta (FET) tranzistorus.
• Integrētās shēmas (op-amp) un digitālie pastiprinātāji — mikroshēmas, kas nodrošina nelielus vai vidējus pastiprinājumus ar precīzu vadību; digitālās (klases D) topoloģijas ir ļoti efektīvas jaudas pastiprināšanā.
• RF (radiofrekvenču) pastiprinātāji — strādā ar augstām frekvencēm transmisijas un uztveršanas ķēdēs.
• Instrumentālie pastiprinātāji (instrumentation amplifiers) — izmanto precīzu, zema trokšņa mērījumu pastiprināšanai signālu apstrādē.

Darba klases (A, B, AB, D u.c.)

Klases nosaka izvades posma darbības režīmu un ietekmē efektivitāti, siltuma zudumus un kropļojumus:

• Klase A — tranzistori/caurules vada visā signāla periodā; ļoti lineāra darbība, zems kropļojums, taču slikta efektivitāte (parasti ~20–30%) un lieli siltuma zudumi.
• Klase B — katrs izvades elements vada tikai pusi signāla perioda; labāka efektivitāte, bet var rasties šķēršļi (crossover distortion).
• Klase AB — kompromiss starp A un B; mazāki kropļojumi nekā B un labāka efektivitāte nekā A — bieži izmanto audio jaudas pastiprinātājos.
• Klase D — impulsu platuma modulācija (PWM) vai citi slēdžveida risinājumi; ļoti augsta efektivitāte (bieži >90%) un mazs siltuma zudums, plaši lieto portatīvajos un auto pastiprinātājos.
• Citas klases (G, H, C u.c.) tiek izmantotas specifiskos pielietojumos, piemēram, ļoti augstas efektivitātes vai RF lietojumiem.

Galvenie tehniskie parametri

Lai izvēlētos vai saprastu pastiprinātāja darbību, svarīgi parametri ir:

• Skaņas jauda (Watt, RMS) — cik daudz pastiprinātājs var nodrošināt ilgstoša signāla.
• Frekvenču diapazons un joslas platums — audio parasti 20 Hz–20 kHz, RF pastiprinātājiem daudz augstāk.
• Izejas pretestība un slodze — pastiprinātājam jāspēj darboties ar konkrētu skaļruņu pretestību; tipiska mājas audio skaļruņu pretestība ir 4–8 omi, profesionālā audio jomā bieži 4 Ω, tāpēc spēja darboties ar zemākām pretestībām atšķiras.
• Pastiprinājums (gain) — cik reizes tiek palielināts signāls (voltage gain vai power gain).
• THD (kopējie harmoniskie kropļojumi) — mērījums par kropļojumu līmeni.
• SNR (trokšņa attiecība) — cik tīrs signāls salīdzinājumā ar trokšņiem.
• Damping factor — ietekmē skaļruņa kontroli zemo frekvenču diapazonā.

Izkropļojumi un traucējumi

Izkropļojumi var būt dažādi:

• Harmoniskie kropļojumi — papildus harmonikas signālam, kas maina skaņas toni.
• Intermodulācijas kropļojumi — dažādu frekvenču signālu mijiedarbība rada neparedzētas frekvences.
• Clipping — pārslogojot pastiprinātāju, signāls tiek "nogriezts", radot asas kropļojumus un var bojāt skaļruņus.
• Trokšņi — termiskais trokšņs, zemfrekvenču troksnis, zemes cilpas u.c.

Negatīvā atgriezeniskā saite (negative feedback) bieži tiek izmantota, lai samazinātu kropļojumus un uzlabotu frekvenču atbildi, taču pārāk liela atgriezenība var radīt nestabilitāti.

Pielietojums

Pastiprinātāji ir visaptveroši un tiek lietoti daudzās jomās:

• Audio — hi‑fi mājas sistēmas, studiju monitori, skatuves jaudas pastiprinātāji (PA), instrumentu (piem., ģitāru, basģitāru) pastiprinātāji.
• Radio un telekomunikācijas — RF pastiprinātāji raidītājos un uztvērējos.
• Mērījumu un medicīnas iekārtas — signālu uzticama pastiprināšana ar zemu trokšņu līmeni.
• Auto un rūpniecība — automašīnu audio sistēmas, kā arī mehāniskie/hidrauliskie pastiprinātāji stūres un bremžu sistēmās (Automobiļu piemēri).
• Patērētāju elektronika — televizori, portatīvie skaļruņi, austiņu pastiprinātāji un mobilās ierīces.

Praktiski ieteikumi un drošība

• Pārliecinieties, ka pastiprinātāja izejas pretestība atbilst skaļruņa pretestībai — pretestības neatbilstība var samazināt jaudu vai izraisīt bojājumus.
• Jaudas norādes bieži ir RMS vērtībās — salīdzinot ierīces, ņemiet vērā RMS, nevis maksimālās "peak" vērtības.
• Pastiprinātāji rada siltumu — nodrošiniet pietiekamu ventilāciju un siltuma izkliedi ar radiātoriem vai ventilatoriem.
• Aizsargmehānismi (fuse, apsildes ierobežojumi, termiskā aizsardzība) palīdz novērst bojājumus pie pārslodzes.
• Pie montāžas un vadu savienojumiem ievērojiet pareizu polaritāti un izvairieties no īssavienojumiem uz izejas termināliem.

Kopumā pastiprinātājs ir būtiska gan ikdienas elektronikas sastāvdaļa, gan speciālu tehnisko risinājumu elements. Izvēloties pastiprinātāju, jāņem vērā paredzamais pielietojums, nepieciešamā jauda, pretestību saderība, efektivitāte un kropļojumu līmenis.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir pastiprinātājs?

J: Kāds ir pastiprinātāja mērķis?

J: Kuras elektroniskās ierīces ietver pastiprinātājus?

J: Kas ir pretestība?

J: Kāda ir tipiskā pastiprinātāja pretestība?

J: Kā var klasificēt pastiprinātājus?

J: Kāda ir atšķirība starp A un B klases pastiprinātājiem?

Meklēt pēc burta