Verstärkerverzerrung: Schaltung, Typen, Reduzierung und Vergleich von Verzerrungspedalen

Ein Verstärker ist ein elektronisches Gerät, das die Eingabe eines kleineren Signals in ein größeres O/P-Signal verstärkt. Das Ausgangssignal ändert sich also kontinuierlich um einige Verstärkungswerte. Diese werden in der drahtlosen Kommunikation und im Rundfunk in allen Arten von Audiogeräten verwendet. Unter idealen Bedingungen sollte das verstärkte O/P-Signal des Verstärkers eine ähnliche Wellenform haben wie das Eingangssignal. Dieser Idealzustand wird jedoch in der Praxis überhaupt nicht erreicht Verstärker . Daher können zusätzlich zum Anstieg der Amplitude, der als Verzerrung bezeichnet wird, einige Änderungen innerhalb der Wellenform auftreten. Dies ist unerwünscht, da es die über das Signal übertragene Intelligenz verändern kann. Dieser Artikel bietet kurze Informationen zu Verstärkerverzerrung , Arbeiten und seine Anwendungen.

Was ist Verstärkerverzerrung?

Verstärkerverzerrung kann definiert werden als: Jeder Unterschied zum Eingangssignal eines Verstärkers, der während des Verstärkungsprozesses auftritt und ein verändertes Ausgangssignal in Bezug auf Größe, Form, Frequenzgehalt usw. ergibt. Er entsteht aufgrund vieler Faktoren wie: Nichtlinearität innerhalb der Komponenten des Verstärkers, falsche Vorspannung oder Verstärkerüberlastung. Die Verstärkerverzerrung ist unerwünscht, da sie den Wert des verstärkten Signals verschlechtert.

Verstärkerverzerrungsschaltung

Verstärkerverzerrungen können anhand eines Beispiels von a verstanden werden Common-Emitter-Verstärkerschaltung (CE). . Die Verzerrung des Ausgangssignals kann aus folgenden Gründen auftreten.

• Aufgrund der falschen Vorspannungspegel erfolgt die Verstärkung möglicherweise nicht über den gesamten Signalzyklus.
• Ist das Eingangssignal sehr groß, führt dies dazu, dass die Transistoren von Verstärkern durch die Spannungsversorgung begrenzt werden.
• Die Verstärkung kann kein lineares Signal oberhalb des gesamten Eingangsfrequenzbereichs sein, was bedeutet, dass während des Verstärkungsvorgangs der Signalwellenform eine Verstärkerverzerrung auftritt.

Verstärker dienen dazu, kleine Eingangsspannungssignale in größere Ausgangssignale zu verstärken, was bedeutet, dass das Ausgangssignal ständig um einen Verstärkungswert geändert wird, der hauptsächlich für alle Eingangsfrequenzen mit dem Eingangssignal multipliziert wird.

Die folgende Common-Emitter-Schaltung (CE) funktioniert bei kleinen AC-Eingangssignalen, verursacht jedoch einige Probleme bei deren Funktion. Daher hängt die beabsichtigte Position des Vorspannungspunkts „Q“ des BJT-Verstärkers für alle Arten von Transistoren vom zugehörigen Beta-Wert ab.

Die Transistorschaltung vom Typ mit gemeinsamem Emitter eignet sich vor allem gut für kleine AC-Eingangssignale, weist jedoch einen Hauptnachteil auf: Die berechnete Position des Vorspannungs-Q-Punkts eines bipolaren Verstärkers hängt hauptsächlich vom zugehörigen Beta-Wert aller Arten von Transistoren ab. Allerdings schwankt dieser Beta-Wert bei ähnlichen Transistortypen, was bedeutet, dass der Q-Punkt eines Transistors aufgrund der Akzeptanz charakteristischer Produktionen nicht mit einem anderen Transistor einer ähnlichen Kategorie verknüpft ist. Danach kommt es zu Verstärkerverzerrungen, da der Verstärker nicht linear ist. Eine sorgfältige Auswahl der Transistor- und Vorspannungskomponenten kann dazu beitragen, den Verzerrungseffekt des Verstärkers zu minimieren.

Arten der Verstärkerverzerrung

Es gibt verschiedene Arten von Verstärkerverzerrungen, die im Folgenden erläutert werden. Die Art der Verzerrung hängt hauptsächlich vom Bereich der Eigenschaften ab, die vom Transistor, der Gerätereaktanz und der zugehörigen Schaltung genutzt werden.

Nichtlineare Verzerrung

Nichtlineare Verzerrungen treten hauptsächlich in einem Verstärker auf, wenn das angelegte Eingangssignal groß ist und das aktive Gerät in einen nichtlinearen Bereich seiner Eigenschaften getrieben wird. Diese Verzerrung wird verwendet, um eine nichtlineare Beziehung zwischen den Eingangs- und Ausgangssignalen eines Verstärkers zu beschreiben. Diese Verzerrung entsteht also bei Systemen, bei denen das Ausgangssignal nicht genau proportional zum Eingangssignal ist und Intermodulationsprodukte oder Oberwellen erzeugt werden.

Amplitudenverzerrung

Bei der Amplitudenverzerrung handelt es sich um eine Art nichtlinearer Verzerrung, die aufgrund der Dämpfung innerhalb des Scheitelwerts des Signals auftritt. Die Verschiebung innerhalb des Q-Punkts und die Verstärkung für weniger als 360⁰ des Signals führen hauptsächlich zu einer Verzerrung der Amplitude. Diese Verzerrung entsteht hauptsächlich durch Clipping und falsche Vorspannung. Wir wissen, dass bei korrektem Vorspannungspunkt des Transistors der Ausgang dem Eingang innerhalb der verstärkten Form ähnelt. Dies kann anhand der folgenden Fälle verstanden werden.

Angenommen, der Verstärker wird mit unzureichender Vorspannung versorgt, dann liegt der Q-Punkt nahe der kleinen Hälfte der Lastlinie. In diesem Zustand wird also die negative Hälfte des Eingangssignals abgeschnitten und wir erhalten ein verzerrtes Ausgangssignal des Verstärkers.

Wenn wir ein zusätzliches Vorspannungspotential bereitstellen, liegt der Q-Punkt auf der höheren Seite der Lastlinie. Diese Bedingung liefert also einen Ausgang, der bei der positiven Hälfte der Wellenform abgeschnitten wird.
Die richtige Vorspannung kann manchmal auch zu Verzerrungen im Ausgang führen, wenn das Eingangssignal groß ist, da dieses Eingangssignal durch die Verstärkung des Verstärkers verstärkt wird. Daher werden sowohl die positive als auch die negative Hälfte der Wellenform an einem bestimmten Teil abgeschnitten, was als Clipping-Verzerrung bezeichnet wird.

Lineare Verzerrung

Lineare Verzerrungen treten hauptsächlich dann auf, wenn das zur Ansteuerung des Geräts angelegte Eingangssignal klein ist und im linearen Abschnitt seiner Eigenschaften funktioniert. Diese Verzerrung entsteht also hauptsächlich aufgrund der frequenzabhängigen Eigenschaften aktiver Geräte.

Frequenzverzerrung

Bei dieser Art der Verzerrung ändert sich der Verstärkungspegel in der Frequenz. Das Eingangssignal während der Verstärkung in einem realistischen Verstärker enthält eine Grundfrequenz mit unterschiedlichen Frequenzkomponenten, die als Harmonische bezeichnet werden.

Die harmonische Amplitude (HA) beträgt nach der Verstärkung nur einen Bruchteil der Grundamplitude. Es verursacht keine schwerwiegende Ursache für die Ausgangswellenform. Wenn der HA nach der Verstärkung einen hohen Wert annimmt, kann sein Effekt nicht vermieden werden, da er am Ausgang sichtbar ist.

Hier hat der Eingang eine Grundfrequenz einschließlich Harmonischer. Die Kombination beider Verstärker liefert also ein verzerrtes Signal am Ausgang. Dies geschieht entweder durch das Auftreten reaktiver Elemente (oder) durch die Elektrodenkapazitäten der Verstärkerschaltung.

Phasenverzerrung

Phasenverzerrung wird im Verstärker auch als Verzögerungsverzerrung bezeichnet, da immer dann, wenn es eine Zeitverzögerung zwischen dem Eingangs- und Ausgangssignal gibt, es sich um ein phasenverzerrtes Signal handelt. Diese Verzerrung entsteht hauptsächlich aufgrund der elektrischen Reaktanz. Zuvor haben wir besprochen, dass ein Signal unterschiedliche Frequenzkomponenten enthält. Daher kommt es immer dann zu Phasenverzerrungen, wenn unterschiedliche Frequenzen unterschiedliche Phasenverschiebungen erfahren. Diese Art der Verzerrung hat bei Audioverstärkern keine praktische Bedeutung, da das menschliche Ohr für Phasenverschiebungen unempfindlich ist. Die Art und das Ausmaß der Verzerrung, die erträglich oder unerträglich ist, hängt hauptsächlich von der Anwendung des Verstärkers ab. Normalerweise wird die Funktion des Systems einfach dann beeinträchtigt, wenn der Verstärker extreme Verzerrungen verursacht.

Gründe für Verzerrungen

Verzerrungen in Verstärkern treten hauptsächlich aufgrund der im Folgenden erläuterten Hauptgründe auf.

• Verzerrungen treten hauptsächlich aufgrund einer falschen Vorspannung auf, wenn das Eingangssignal nicht über den gesamten Zyklus des Eingangssignals verstärkt wird.
• Es tritt auf, wenn das angelegte Eingangssignal sehr groß ist.
• Manchmal kommt es zu Verstärkerverzerrungen, wenn die Verstärkung über den gesamten Frequenzbereich nicht linear ist.
• Verstärkerverzerrungen können durch verschiedene Faktoren verursacht werden; Nichtlinearitäten innerhalb der Komponenten des Verstärkers wie Transistoren oder Röhren.
• Darüber hinaus können Impedanzfehlanpassungen, Einschränkungen der Stromversorgung und Signalbeschneidung ebenfalls zur Verstärkerverzerrung beitragen. Diese Faktoren führen also zu einer Signalverstärkung, die sich vom Eingangssignal unterscheidet und zu einer ursprünglichen Signalverzerrung führt.
• Im Allgemeinen kann es zu harmonischen Verzerrungen innerhalb von Verstärkern kommen
• Harmonische Verzerrung ist eine Art von Verzerrung in einem Verstärker, die normalerweise dadurch entsteht, dass der Verstärker mehr Spannung benötigt, als die Stromversorgung liefern kann.
• Dies kann auch auftreten, wenn einige interne Schaltkreisteile ihre Ausgangsleistung überschreiten.
• Aufgrund der Nichtlinearitäten der Transistoren kommt es zu harmonischen Verzerrungen.
• Dies ist hauptsächlich auf die frequenzabhängigen Eigenschaften der aktiven Geräte zurückzuführen.
• Amplitudenverzerrungen in Verstärkern treten hauptsächlich dann auf, wenn die Spitzenwerte der Frequenzwellenform aufgrund einer Verschiebung innerhalb des Q-Punkts gedämpft werden.

So reduzieren Sie harmonische Verzerrungen in Verstärkern

Harmonische Verzerrung (HD) ist eines der Hauptprobleme, das verschiedene Probleme verursacht, wie z. Übersprechen, Probleme mit der Signalintegrität und EMI (elektromagnetische Interferenz). Dies kann viele Ursachen haben und es gibt verschiedene Möglichkeiten, harmonische Verzerrungen zu verringern oder zu beseitigen, die im Folgenden erläutert werden.

• Die Differenzsignalisierung ist eine der Methoden zur Reduzierung der harmonischen Verzerrung, die verschiedene Harmonische auslöschen kann.
• Eine weitere Methode besteht darin, Netzteile mit niedriger Ausgangsimpedanz zu verwenden, was ebenfalls zur Reduzierung von Oberschwingungen beitragen kann.
• Bei der Netzwerkrekonfiguration handelt es sich um ein Verfahren, das dabei hilft, Oberschwingungen zu verringern, wenn Benutzer große Oberschwingungen erzeugen. Diese Harmonischen werden anhand der Art der von ihnen erzeugten Harmonischen identifiziert und klassifiziert.
• Das Hinzufügen von Mehrpulswandlern zur Unterdrückung von Oberwellen während der gesamten Nutzung von Halb- und Vollwellenwandlern trägt zur Beseitigung von Oberwellen bei.
• Der Phasenausgleich ist eine weitere Technik, die zur Reduzierung von Oberschwingungen geeignet ist.
• Serienreaktoren reduzieren Oberschwingungen in Stahlwerken und Schmelzhütten.
• Differenzsignalisierung ist eine Methode, die häufig in digitalen Hochgeschwindigkeitssystemen zur Reduzierung von Rausch- und Übersprecheffekten eingesetzt wird. Die beiden Signale bei der Differenzsignalisierung werden auf getrennten Leitungen übertragen, wobei das einzelne Signal das Gegenteil des anderen ist. Danach führt das Empfangsgerät die beiden Signale zusammen und jegliches Gleichtaktrauschen kann unterdrückt werden.
• Netzteile mit niedriger Ausgangsimpedanz können ebenfalls zur Reduzierung von Oberschwingungen beitragen.
• Ein Netzteil mit niedriger Impedanz weist einen geringeren Spannungsabfall auf, wenn Strom entnommen wird, sodass es dazu beitragen kann, viele der Probleme, die durch harmonische Verzerrungen auftreten, zu verringern oder zu beseitigen.

Wie misst man die Verstärkerverzerrung?

Verstärkerverzerrungen können mit analogen Spektrumanalysatoren gemessen werden. Die meisten Spektrumanalysatoren verfügen über 50-Ohm-Eingänge. Daher ist zwischen dem Prüfling und dem Analysator ein Isolationswiderstand erforderlich, um Prüflingslasten mit >50 Ohm zu simulieren.

Sobald der Spektrumanalysator auf Sweep-Rate, Empfindlichkeit und Bandbreite eingestellt ist, überprüfen Sie ihn sorgfältig auf Übersteuerung des Eingangs. Die einfachste Technik besteht darin, den variablen Dämpfer zu verwenden, um eine Dämpfung von 10 dB im Eingangspfad des Analysators einzustellen. Sowohl das Signal als auch alle Oberwellen müssen um einen festgelegten Betrag gedämpft werden, der auf dem Display des Spektrumanalysators angezeigt wird. Wenn die Oberwellen um mehr als 10 dB gedämpft werden, führt der Eingangsverstärker des Analysators zu Verzerrungen und die Empfindlichkeit muss verringert werden. Einige Analysatoren verfügen oben auf der Frontplatte über einen Knopf, mit dem Sie bei der Überprüfung auf Übersteuerung eine bestimmte Dämpfung einstellen können.

Unterschied s/w Verstärkerverzerrung vs. Verzerrungspedale

Die Hauptunterschiede zwischen Verstärkerverzerrung und Verzerrungspedalen werden im Folgenden erläutert.

Dies ist also eine Übersicht über Verstärker Verzerrung, funktioniert und seine Anwendungen. Es bezieht sich auf jede Abweichung vom Eingangssignal, die beim Verstärkungsprozess auftritt, um ein Ausgangssignal bereitzustellen. Dieses Signal wird in Bezug auf Frequenz, Form, Größe usw. verändert. Dies geschieht aufgrund verschiedener Faktoren wie: Nichtlinearitäten innerhalb der Komponenten eines Verstärkers, falsche Vorspannung oder Verstärkerüberlastung. Es gibt verschiedene Arten von Verzerrungen, die spezifische Eigenschaften und Ursachen haben. Im Allgemeinen sind Verstärkerverzerrungen unerwünscht, da sie den Wert des verstärkten Signals verschlechtern können. Hier ist eine Frage an Sie: Was ist ein Verstärker?