増幅器 - ブログ

アンプは、信号を増幅したり、電源を使用して信号の電力を増加したりするために使用される 2 ポートの電子デバイスです。電源はアンプの入力端子から供給されます。アンプの出力は振幅の増加などになります。

アンプのゲインによって増幅度が決まります。それはデバイスの出力を決定する主要な要素です。アンプは、ほぼすべての種類の電子部品に使用されています。ゲインは、入力パラメータに対する出力パラメータ (電力、電流、または電圧) の比率として計算されます。

アンプは、オートメーション、船舶、センサーなどのさまざまなアプリケーションで使用されます。アンプの電力利得は一般に 1 より大きくなります。理想的なアンプの基本的な特性をいくつか理解してみましょう。

ここで議論します 理想のアンプ、アンプの種類、特性、機能、 そして アンプの応用 。

はじめましょう。

理想的なアンプ

以下に示す理想的なアンプの特性を考えてみましょう。

入力インピーダンス：無限
出力インピーダンス: ゼロ
さまざまな周波数でのゲイン: 修理済み

アンプの入力ポートは電圧源または電流源になります。電圧源は入力電圧のみに依存し、電流を受け入れません。同様に、電流源は電流を受け入れますが、電圧は受け入れません。出力はポート全体の電圧または電流に比例します。

理想的なアンプの出力は、依存電流源または依存電圧源のいずれかになります。依存電圧源のソース抵抗はゼロですが、依存電流源のソース抵抗は無限大です。

依存ソースの電圧または電流は、入力電圧または入力電流にのみ依存します。これは、出力電圧が入力電圧に依存し、出力電流が入力電流に独立した電圧源と電流源にそれぞれ依存することを意味します。

理想的なアンプはさらに次のように分類されます。 CCCS (電流制御電流源)、 CCVS (電流制御電圧源)、 VCVS (電圧制御電圧源)、および VCCS (電圧制御電流源)。

CCVS と CCCS の入力インピーダンスはゼロですが、VCCS と VCVS は無限大です。同様に、CCCS と VCCS の出力インピーダンスは無限大ですが、CCVS と VCVS の出力インピーダンスはゼロです。

アンプの種類

さまざまなタイプのアンプについて説明しましょう。

オペアンプ

オペアンプまたはオペアンプは、加算、微分、減算、積分などのさまざまな数学演算を実行する高利得の直接結合 (DC) アンプです。

2つの入力端子と1つの出力端子を備えています。入力端子を反転端子、非反転端子と呼びます。反転端子に入力された信号は位相が反転して表示され、非反転端子に入力された信号は位相が反転せずに出力端子に表示されます。

反転入力に印加される電圧は V- として表され、非反転入力に印加される電圧は V+ として表されます。

文字列から日付への変換

注: 理想的なオペアンプの出力インピーダンスとドリフトは 0 です。理想的なオペアンプの電圧ゲイン、入力インピーダンス、帯域幅は無限大です。

オペアンプはさらに、反転アンプと非反転アンプに分類されます。上記の 2 種類のオペアンプについて詳しく説明します。

アプリケーション

オペアンプはエレクトロニクスのさまざまな用途に使用されます。例えば、

フィルター
電圧比較器
インテグレータ
電流-電圧コンバータ
サマーアンプ
移相器

アンプの反転入力と非反転入力を以下に示します。

反転アンプ

反転アンプを以下に示します。

オペアンプの電圧シャントフィードバック構成です。オペアンプの反転入力に信号電圧が印加されると、オペアンプに電流 I1 が流れます。オペアンプの入力インピーダンスは無限大であることがわかっています。アンプに電流が流れることはありません。電流は出力ループ (抵抗 R2 を通って) を通ってオペアンプの出力端子に流れます。

ビューとテーブル

反転アンプの出力端子の電圧ゲインは次のように計算されます。

A =Vo/Vs = -R2/R1

どこ、

Vo と Vs は出力電圧および信号電圧です。

負の符号は、アンプの出力が入力に対して 180 度位相がずれていることを示します。

反転アンプは最もよく使用されるオペアンプの 1 つです。入力および出力インピーダンスが非常に低くなります。

非反転アンプ

非反転アンプを以下に示します。

上記の構成は電圧直列帰還接続です。オペアンプの非反転入力に信号電圧が印加されると、電流 I1 がオペアンプに流れ込み、電流 I2 がオペアンプから流れ出します。

仮想短絡の概念によれば、I1 = I2、Vx = Vs となります。

非反転アンプの電圧ゲインは次のように計算できます。

A = A + (R2/R1)

非反転アンプは、入力インピーダンスが高く、出力インピーダンスが低くなります。電圧増幅器ともみなされます。

DCアンプ

DC または直接結合アンプは、低周波信号と直接結合信号の増幅に使用されます。 DC アンプの 2 つのステージは、これらのステージ間の直接結合を使用して相互接続できます。

直結接続はシンプルで簡単な接続タイプです。これは、T1 および T2 として示される、第 1 段トランジスタのコレクタを第 2 段トランジスタのベースに直接接続することによって計算できます。

しかし、DC アンプはドリフトシフトとレベルシフトと呼ばれる 2 つの問題を引き起こします。差動アンプの設計により、このような問題は解決されました。差動アンプについて説明しましょう。

差動アンプ

差動アンプの構造により、ドリフトとレベルシフトの問題が解決されました。構造は2つで構成されます BJT (バイポーラ接合トランジスタ) アンプは電源ラインのみを介して接続されます。以下に示すように、アンプの出力が個々の入力間の差であるため、差動アンプと呼ばれます。

Vo = A (Vi1 - Vi2)

どこ、

Vo は出力で、Vi1 と Vi2 は 2 つの入力です。

A は差動アンプのゲインです。

さて、もし

for ループの種類

Vi1 = -Vi2

Vo = 2AVi1 = 2AVi

上記の操作を「」といいます。 ディファレンシャルモード 手術。ここで、入力信号は互いに位相がずれています。このような位相のずれた信号は、差動モード (DM) 信号として知られています。

もし、

Vi1 = Vi2

Vo = A (Vi1 - Vi1)

入力 = 0

この操作は次のように知られています コモンモード (CM) 入力信号が互いに同相であるためです。このような信号のゼロ出力は、アンプにドリフトがないことを示します。

パワーアンプ

パワーアンプとも呼ばれます 電流アンプ 。これらのアンプは、負荷を容易に駆動できるように、入力信号の電流レベルを上げる必要があります。パワーアンプの種類には、オーディオパワーアンプ、高周波パワーアンプなどが含まれます。

パワーアンプは、クラス A、クラス AB、クラス B、およびクラス C アンプに分類されます。パワーアンプのクラスについては、このトピックの後半で説明します。

スイッチモードアンプ

スイッチモードアンプは、高効率を備えた非線形アンプの一種です。

ミニマックスアルゴリズム

このようなタイプの増幅器の一般的な例は、D 級増幅器です。

楽器用アンプ

計器用アンプは、アナログのセンシングおよび測定機器に使用されます。例を考えてみましょう。

非常に低い電圧の測定に使用される電圧計が適切に機能するには、計器用アンプが必要です。非常に高い電圧利得、良好な絶縁、非常に低いノイズ、低消費電力、広い帯域幅など、さまざまな機能を備えています。

否定的なフィードバック

負帰還は、アンプの歪みと帯域幅を制御するために不可欠な機能の 1 つです。負のフィードバックの主な目的は、システムのゲインを下げることです。出力の逆位相の部分が入力にフィードバックされます。値は入力からさらに減算されます。歪んだ出力信号では、歪んだ出力が逆位相でフィードバックされます。それは入力から減算されます。アンプの負帰還により、非線形性と不要な信号が低減されると言えます。

以下の画像は否定的なフィードバックを表しています。

負のフィードバックの助けを借りて、クロスオーバー歪みやその他の物理的エラーも除去できます。負帰還を使用することのその他の利点は、帯域幅の拡張、温度変化の修正などです。

負帰還は、電圧負帰還または電流負帰還とすることができる。どちらの場合も、電圧または電流のフィードバックは出力に比例します。

肯定的なフィードバックと否定的なフィードバックを混同すべきではありません。正のフィードバックは変化を増幅する傾向があり、負のフィードバックは変化を減少させる傾向があります。もう 1 つの違いは、正帰還の入力信号と出力信号が同相で加算されることです。負帰還の場合、入力信号と出力信号の位相がずれて減算されます。

アンプ内のアクティブデバイス

アンプは、増幅プロセスを担当するいくつかのアクティブデバイスで構成されています。それは、単一のトランジスタ、真空管、ソリッドステートコンポーネント、または集積回路の任意の部分である可能性があります。

個別の SQL カウント

アクティブデバイスと増幅プロセスにおけるそれらの役割について説明しましょう。

BJT

BJTは一般に 電流制御 デバイス。バイポーラ接合トランジスタは、アンプの電流を増幅するためのスイッチとして使用されます。

MOSFET

MOSFETまたは 金属酸化物半導体電界効果トランジスタ 電子信号の増幅によく使用されます。 MOSFET を使用すると、ゲート電圧を制御することで導電率を変更できます。 MOSFET は、弱い信号の強度を高めることもできます。したがって、MOSFET は増幅器として使用できます。

真空管アンプ

真空管アンプはソースデバイスとして真空管を使用します。信号の振幅を増加させるために使用されます。マイクロ波周波数以下では、19 世紀後半頃に真空管アンプはソリッドステートアンプに置き換えられました。^番目世紀。

マイクロ波増幅器

マイクロ波増幅器は、マイクロ波システムで一般的に使用されます。非常に少ない歪みで入力信号のレベルを上げるために使用されます。電力を切り替えたり上げたりすることもできます。マイクロ波周波数ではソリッドステートデバイスと比較して、単一デバイスの出力が向上します。

磁気増幅器

磁気増幅器は 20 年代に開発されました。^番目真空管アンプの欠点（大電流容量と強度）を克服するために、1世紀をかけて開発されました。磁気アンプはトランジスタに似ています。制御コイル（別の巻線コイル）に通電することでコアの磁力を制御します。

集積回路

集積回路には、コンデンサやトランジスタなどのいくつかの電子デバイスを保持できます。 ICの普及により電子機器も世界中に普及しました。

パワーアンプのクラス

パワーアンプのクラスは次のように分類されます。 クラスA、クラスB、クラスAB、 そして クラスC 。パワーアンプのクラスについて簡単に説明しましょう。

クラスAパワーアンプ

A級アンプは入力が小さいため、出力も小さくなります。したがって、大きな電力増幅は得られません。トランジスタを使用すると電圧アンプとして使用できます。真空五極管を備えたクラス A アンプは、スピーカーなどの負荷を駆動する単一の電力増幅段を提供することもできます。

クラスBパワーアンプ

BJT は通常、スピーカーなどの負荷を駆動するためにクラス B パワーアンプを必要とします。 B級アンプは入力が大きいため、出力も非常に大きくなります。したがって、大きな増幅が生じます。ただし、単一のトランジスタの場合、入力信号の半分だけが増幅されます。

AB級パワーアンプ

AB パワーアンプの構成は、クラス A アンプとクラス B アンプの中間に位置します。 AB 級アンプは、B 級パワーアンプの高出力とクラス A パワーアンプの低歪みを組み合わせて製造されます。

出力が小さい場合、AB 級パワーアンプはクラス A として動作します。出力が非常に大きい場合、クラス B パワーアンプとして動作します。

クラスCパワーアンプ

C級パワーアンプの伝導素子はトランジスタです。効率は良くなりますが、半周期未満の通電のため歪みが大きくなります。したがって、クラス C パワーアンプはオーディオ用途では好ましくありません。このような増幅器の一般的な用途には、無線周波数回路が含まれます。

アンプの特性

アンプは、入力および出力のプロパティに従って定義されます。アンプのゲインによって増幅度が決まります。したがって、ゲインと乗算係数はアンプの 2 つの重要な特性です。

以下にリストされているさまざまなパラメーターによって定義されるプロパティについて説明します。

ヘルツ

周波数範囲

さまざまなアンプの機能

他のタイプのアンプは異なる特性を持っています。今日使用されているさまざまなタイプのアンプの機能について説明しましょう。

の リニアアンプ 完璧なアンプは存在しないため、完全な線形機能は提供されません。これは、本質的に非線形であるトランジスタなどの増幅デバイスを使用しているためです。これらのデバイスでは、ある程度の非線形性が生じる可能性があります。リニアアンプは歪みが少ないです。これは、リニアアンプの方が発生する歪みが少ないことを意味します。
特別に設計された オーディオアンプ 音声周波数を増幅することができます。
狭帯域アンプは狭い帯域の周波数を増幅しますが、広帯域アンプは広範囲の周波数を増幅します。
の 非線形増幅器 リニアデバイスと比較して歪みが発生します。しかし、非線形デバイスは現在でも使用されています。非線形増幅器の例としては、RF (高周波) 増幅器などが挙げられます。
の構造 対数アンプ 入力の対数に比例した出力を生成します。回路は 2 つのダイオードと 2 つのオペアンプ (オペアンプ) で構成されます。

増幅器

アンプの用途

アンプはさまざまな用途に使用されます。詳しく説明しましょう。

ユニティゲインアンプ

バッファリング

RT:

それ：

RF:

もし：

音声:

TWTA

クライストロン

ソリッドステートデバイス

携帯電話、携帯無線端末