Wzmacniacz – układ elektroniczny, ktorego zadaniem jest wytworzenie na wyjściu sygnału

analogowego, będącego wzmocnionym sygnałem wejściowym, kosztem zużycia energii pobieranej ze

źrodła prądu.

Wzmacniacze są budowane przy użyciu elementow aktywnych (lamp elektronowych, tranzystorow).

Ze względu na parametr sygnału, ktory jest wzmacniany, wzmacniacze dzielone są na:

 wzmacniacze prądu (wspołczynnik wzmocnienia napięciowego rowny jest 1)

 wzmacniacze napięcia (wspołczynnik wzmocnienia prądowego rowny jest 1)

 wzmacniacze mocy (wzmacniane są rownocześnie prąd i napięcie) – najczęściej stosowane

we wzmacniaczach elektroakustycznych

Ze względu na konstrukcję układu wzmacniacza: pojedynczy, pojedynczy rownoległy oraz

przeciwsobny.

Ze względu na klasę pracy wzmacniacza: A (lampa elektronowa A1, A2), AB (lampa elektronowa AB1,

AB2), B, C, D i inne

Ze względu na rodzaj wzmacnianego sygnału elektrycznego stosuje się podział:

 wzmacniacze stałoprądowe (lub wzmacniacze przebiegow wolnozmiennych)

 wzmacniacze pasmowe – wzmacniają sygnał z zadanego zakresu częstotliwości

 wzmacniacze selektywne – zakres częstotliwości jest względnie wąski

 wzmacniacze szerokopasmowe

Najważniejsze parametry elektryczne wzmacniaczy to:

 wspołczynnik wzmocnienia prądowego

 wspołczynnik wzmocnienia napięciowego

 rezystancja (impedancja) wejściowa – określa jak bardzo wzmacniacz obciąża źrodło sygnału

(dla wzmacniacza napięciowego im większa, tym lepiej – tym mniej wzmacniacz obciąża

źrodło)

 rezystancja (impedancja) wyjściowa – określa jak duża część wzmocnionego sygnału zostanie

„stracona” w obwodach wzmacniacza (dla wzmacniacza napięciowego im mniejsza, tym

lepiej)

 pasmo przenoszonych częstotliwości

 stosunek sygnału do szumu

Z uwagi na układ elektroniczny można wyrożnić:

 wzmacniacz rożnicowy

 wzmacniacz operacyjny – wzmacniacz z wejściem rożnicowym mający duże wzmocnienie w

otwartej pętli sprzężenia zwrotnego

 wzmacniacz mocy – zwykle wzmacniacz ze sprzężeniem zwrotnym zdolny dostarczyć do

obciążenia na wyjściu dużą moc elektryczną

Ze względu na wykorzystane do budowy wzmacniacza elementy czynne można wyrożnić:

 wzmacniacz lampowy

 wzmacniacz tranzystorowy

Biorąc pod uwagę pasmo przenoszenia można wyrożnić m.in.:

 wzmacniacz selektywny

 wzmacniacz szerokopasmowy

 wzmacniacz elektroakustyczny

W odniesieniu do wzmacniacza elektroakustycznego stosowane jest też określenie wzmacniacz

„małej częstotliwości” (m.cz.). Wzmacniacze szerokopasmowe oraz wzmacniacze sygnałow o

częstotliwości wielokrotnie przekraczającej częstotliwość fal akustycznych określane są też jako

wzmacniacze „wielkiej częstotliwości” (w.cz.).

Biorąc pod uwagę dedykowane zastosowanie wzmacniacza można wyrożnić m.in.:

 wzmacniacz antenowy

 wzmacniacz gitarowy

 wzmacniacz mikrofonowy

 wzmacniacz słuchawkowy

W tradycyjnej terminologii klasę pracy wzmacniacza ustalamy na podstawie tego jaką część sygnału

sinusoidalnego przewodzi element wzmacniający (tranzystor, lampa). Jeden pełny okres fali

sinusoidalnej ma 360 stopni. Tranzystor lub lampa może przewodzić cały okres rowny 360 stopni lub

mniejszą część. Inną metodą ustalania klasy wzmacniacza jest określenie spoczynkowego punktu

pracy tranzystora lub lampy. Punkt pracy to stan w jakim tranzystor czy lampa znajduje się kiedy na

wejście nie jest podany żaden sygnał.

Określenie klasy pracy danego stopnia wzmacniającego ma ogolne zastosowanie do wszelkich

układow, ale najczęściej mowi się o tym zagadnieniu w odniesieniu do końcowych stopni mocy.

We wzmacniaczach klasy A punkt pracy znajduje się w środku liniowej części charakterystyk

statycznych tranzystora lub lampy. Przez cały okres sinusoidy (360 stopni) lampa lub tranzystor

przewodzi wzmacniany sygnał. Wzmacniacze te charakteryzują bardzo dobrą liniowością (niskie

zniekształcenia) i to nawet przy prostej strukturze układu, ale mają małą sprawność. Niska sprawność

powoduje, że wykonanie wzmacniacza klasy A o dużej mocy wiąże się z problemami technicznymi i

dużym kosztem. Wzmacniacze wykonane w klasie A mogą zawierać jeden element (lampę,

tranzystor), lub też więcej elementow połączonych rownolegle (układ Single-Ended) czy też

połączonych przeciwsobnie (układ Push-Pull).

Wzmacniacze klasy B mają punkt pracy na początku charakterystyki statycznej elementu

wzmacniającego. Prąd płynie przez jeden połokres (180 stopni) napięcia sterującego. Aby wzmocnić

cały okres sygnału sinusoidalnego potrzeba dwoch pracujących przeciwsobnie tranzystorow lub lamp.

Wzmacniacze klasy B mają dobrą sprawność. Niestety charakteryzują się one dużymi

zniekształceniami powstającymi przy wzmacnianiu tych części przebiegow gdzie jeden element kończy

przewodzenie, a drugi przewodzenie zaczyna (ang. crossover distortion).

Wzmacniacze klasy AB są kompromisem pod względem sprawności i zniekształceń w porownaniu z

klasami A i B. Punkt pracy znajduje się między klasą A i klasą B, a każdy z elementow wzmacniających

przewodzi przez okres większy niż 180 stopni lecz mniejszy niż 360. Aby wzmocnić cały okres sygnału

sinusoidalnego potrzeba dwoch pracujących przeciwsobnie tranzystorow lub lamp. Najczęściej czas

przewodzenia nieznacznie przekracza 180 stopni, co pozwala uzyskać dość dobrą sprawność.

Zastosowanie większego prądu spoczynkowego i związane z tym zwiększenie zakresu przewodzenia

przez element wzmacniający powoduje większe straty energii. Tranzystorowe wzmacniacze klasy AB

to najpowszechniej stosowane rozwiązanie w stopniach mocy urządzeń audio. We wzmacniaczach

lampowych wyrożnia się rożne warianty klasy AB (AB1, AB2), w zależności od wzajemnego napięcia

siatki i katody.

Klasa C charakteryzuje się tym, że elementy wzmacniające przewodzą mniej niż połowę okresu

sinusoidy (poniżej 180 stopni). Takie wzmacniacze pozwalają na uzyskanie bardzo wysokiej

sprawności. Ze względu na duże zniekształcenia klasa C nie jest stosowana do wzmacniania

akustycznego sygnału audio. Typowym zastosowaniem układow klasy C są nadajniki radiowe.

Klasa A - wzmocnienie napięciowe

Klasa AB i B - wzmocnienie mocy

Klasa C - wzmocnienie wysokoczęstotliwościowe

Wzmacniacz mocy – wzmacniacz, ktory dostarcza do obciążenia wymaganą dużą moc wyjściową.

Zazwyczaj określenie wzmacniacz mocy odnosi się do zastosowań w elektroakustyce. Sygnał

elektroakustyczny jest wzmacniany napięciowo najpierw w przedwzmacniaczu, natomiast

wzmacniacz mocy jest końcowym ogniwem toru wzmacniającego i podłączony jest do obciążenia np.

zestawu głośnikowego.

Do podstawowych parametrow wzmacniacza mocy zaliczamy :

 wzmocnienie mocy określane jako stosunek mocy wydzielanej w obciążeniu do mocy sygnału

wejściowego

 moc wyjściową mierzoną w watach (W)

 wspołczynnik sprawności energetycznej – jest definiowany jako stosunek mocy wydzielonej w

obciążeniu do mocy pobieranej z zasilacza (%)

 wspołczynnik zniekształceń nieliniowych – jest miarą zniekształceń sygnału wyjściowego

wnoszoych przez wzmacniacz (%)

 pasmo przenoszonych częstotliwości (kHz)

Ze względu na zakres częstotliwości wzmacnianych sygnałow wzmacniacze mocy można podzielić na:

 wzmacniacze mocy małej częstotliwości (m.cz.) używane do wzmacniania sygnałow pasma

akustycznego – wzmacniacze elektroakustyczne

 wzmacniacze mocy wielkiej częstotliwości (w.cz.) używane do wzmacniania sygnałow pasma

radiowego w nadajnikach radiowych

 wzmacniacze mocy bardzo wielkiej częstotliwości (b.w.cz.) – mikrofalowe

We wzmacniaczu wyrożnia się dwa podstawowe obwody elektroniczne:

 obwod zasilania, ktory stwarza warunki do wzmacniania sygnału,

 obwod sygnału, ktory jest związany z przenoszeniem sygnału przez wzmacniacz.

Dla wzmacnianego sygnału obwod wzmacniacza stanowi czwornik, w ktorym do wejścia dołączono

źrodło sygnału Eg o impedancji Zg, a do wyjścia dołączono obciążenie Zo.

Pomiędzy wielkościami wejścia i wyjścia istnieją zależności:

 Uwy = Ku*Uwe,

 Iwy = Ki*Iwe,

 Pwy = Kp*Pwe,

gdzie: Ku – wspołczynnik wzmocnienia napięciowego, Ki – wspołczynnik wzmocnienia prądowego, Kp

– wspołczynnik wzmocnienia mocy.

Biorąc pod uwagę punkt pracy elektronicznego elementu czynnego oraz poziom sygnału sterującego

wyrożnia się tzw. „klasy pracy wzmacniacza mocy”:

 A (gdy elementem jest lampa elektronowa A1, A2 z prądem siatki),

 AB (gdy elementem jest lampa elektronowa AB1, AB2 z prądem siatki),

 B (gdy tranzystor/lampa przewodzi prąd tylko przez połowę okresu sygnału sterującego),

 C (gdy tranzystor/lampa przewodzi prąd przez czas krotszy niż poł okresu sygnału sterującego)

Wzmacniacz impulsowy, wzmacniacz przełączający, wzmacniacz klasy D, (ang. switching amplifier,

class-D amplifier) – układ elektroniczny wzmacniający, w ktorym tranzystory wyjściowe (zazwyczaj

tranzytory polowe typu MOSFET) działają jako przełączniki dwustanowe (binarne): naprzemienne

całkowicie przewodzą lub są całkowicie wyłączone. Odbiornik energii (np. zestaw głośnikowy w

przypadku wykorzystania jako wzmacniacz elektroakustyczny) podłączony jest do wyjścia

wzmacniacza impulsowego przez odpowiednio dobrany filtr dolnoprzepustowy. Kluczujący sygnał

okresowy (przełączający) ma postać przebiegu przemiennego prostokątnego o częstotliwości

przekraczającej 2-krotność gornej częstotliwości granicznej przyjętego pasma przenoszenia

wzmacniacza impulsowego (zobacz: twierdzenie o probkowaniu). Wypełnienie impulsow kluczujących

uzależnione jest od wejściowego sygnału analogowego, zazwyczaj w układzie sprzężenia zwrotnego

dla sygnałow analogowych mieszanych uzyskiwanych z pomocą modulatora delta-sigma, filtrow i

dodatkowych wzmacniaczy.

Wzmacniacz impulsowy najczęściej znajduje zastosowanie jako końcowy wzmacniacz sygnału

analogowego, spełniając tym samym rolę wzmacniacza mocy – należy jednak zdawać sobie sprawę z

istotnych rożnic w działaniu zastosowanego układu elektronicznego. Zaletą wzmacniacza

impulsowego jest możliwość uzyskania wysokiej sprawności energetycznej, jednak istotną jego wadą

jest wprowadzanie do wzmacnianego sygnału znacznych zniekształceń harmonicznych, co utrudnia

wykorzystanie wzmacniacza impulsowego np. jako wzmacniacza elektroakustycznego hi-fi.

Wzmocnienie lub wspołczynnik wzmocnienia w elektronice, jest to stosunek amplitud lub mocy

sygnału analogowego wyjściowego do sygnału wejściowego określony dla danego układu

elektronicznego, zazwyczaj wzmacniacza. Wzmocnienie może być rownież definiowane jako logarytm

dziesiętny (rzadziej naturalny) z tego stosunku. Można mieć do czynienia ze wzmocnieniem mocy,

napięcia lub natężenia prądu elektrycznego.

Pasmo przenoszenia (także: pasmo przepustowe) – zakres częstotliwości, w ktorym tłumienie sygnału

jest nie większe niż 3 dB (spadek amplitudy o 3 dB w stosunku do amplitudy początkowej). W paśmie

przenoszenia amplituda osiąga wartość nie mniejszą niż 70,7% swojej wartości maksymalnej.

Przedstawiona definicja odwzorowuje zachowanie układow realizowalnych fizycznie, mających

charakter filtru dolnoprzepustowego.

Pasmem dla filtru pasmowego określa się rożnicę między gorną i dolną częstotliwością graniczną.

Sprzężenie zwrotne – oddziaływanie sygnałow stanu końcowego (wyjściowego) procesu (systemu,

układu), na jego sygnały referencyjne (wejściowe). Polega na otrzymywaniu przez układ informacji o

własnym działaniu (o wartości wyjściowej). Ponieważ matematycznym, jednoznacznym opisem bloku

gałęzi zwrotnej jest transmitancja to informacja ta może być modyfikowana przez transmitancję bloku

gałęzi zwrotnej.

Wyrożnia się:

 sprzężenie zwrotne dodatnie, DSZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej dodaje się do wartości

referencyjnej w węźle sumacyjnym oraz

 sprzężenie zwrotne ujemne, USZ - gdy sygnał z gałęzi zwrotnej odejmuje się w węźle

sumacyjnym od wartości referencyjnej.

Wzmacniacz elektryczny

Wzmacniacz elektryczny (wzmacniacz) to układ elektroniczny, którego zadaniem jest wytworzenie na wyjściu sygnału o wartości większej, proporcjonalnej do sygnału wejściowego. Dzieje się to kosztem energii pobieranej z zewnętrznego źródła zasilania. Wzmacniacze są budowane przy użyciu elementów aktywnych (niegdyś lamp elektronowych, obecnie tranzystorów). Ze względu na parametr sygnału, który jest wzmacniany, wzmacniacze dzielone są na:

• wzmacniacze prądu (współczynnik wzmocnienia napięciowego równy jest 1)

• wzmacniacze napięcia (współczynnik wzmocnienia prądowego równy jest 1)

• wzmacniacze mocy (wzmacniane są

równocześnie prąd i napięcie) – najczęściej stosowane we wzmacniaczach akustycznych

• Ze względu na rodzaj wzmacnianego sygnału elektrycznego stosuje się

podział:

• wzmacniacze stałoprądowe (lub wzmacniacze przezbiegów wolnozmiennych)

• wzmacniacze pasmowe – wzmacniają sygnału z zadanego zakresu częstotliwości

• wzmacniacze selektywne – zakres częstotliwości jest względnie wąski

• wzmacniacze szerokopasowe

• Najważniejsze parametry elektryczne wzmacniaczy to:

• współczynnik wzmocnienia prądowego

• współczynnik wzmocnienia napięciowego

• rezystancja (impedancja) wejściowa – określa jak bardzo wzmacniacz obciąża źródło sygnału (im większa, tym lepiej)

• rezystancja (impedancja) wyjściowa – określa jak duża część wzmocnionego sygnału zostanie "stracona" w obwodach wzmacniacza (im mniejsza, tym lepiej)

• pasmo przenoszonych częstotliwości

• stosunek sygnał/szum

Wzmacniacz operacyjny

Wzmacniacz operacyjny to wielostopniowy, różnicowy wzmacniacz prądu stałego, charakteryzujący się bardzo dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym rzędu stu kilkudziesięciu decybeli i jest przeznaczony zwykle do pracy z zewnętrznym obwodem sprzężenia zwrotnego, który decyduje o głównych właściwościach całego układu. Wzmacniacze operacyjne są najbardziej rozpowszechnionym analogowym układem elektronicznym, realizowanym obecnie w postaci monolitycznych układów scalonych. Wielka uniwersalność, przy jednoczesnym wykorzystaniu istotnych właściwości układów scalonych, daje możliwość stosowania ich w rozmaitych układach, urządzeniach i systemach elektronicznych, zapewniając masową produkcję, niską cenę i bardzo dobre parametry użytkowe. Wzmacniacz operacyjny posiada dwa wejścia: odwracające (oznaczane symbolem '-', napięcie na tym wejściu U − ) i nieodwracające (oznaczane symbolem '+', napięcie na tym wejściu U + ), oraz jedno wyjście (napięcie wyjściu UO); różnica napięć wejściowych nazywa się napięciem różnicowym (Ud = U + −U − ).

Idealny wzmacniacz charakteryzuje się:

• nieskończenie dużym różnicowym wzmocnieniem napięciowym,

• zerowym wzmocnieniem sygnału wspólnego,

• nieskończenie dużą impedancją wejściową,

• zerową impedancją wyjściową,

• nieskończenie szerokim pasmem przenoszonych częstotliwości,

• nieskończenie dużym zakresem dynamicznym sygnału.

Wzmacniacz różnicowy

(dwutranzystorowy)

Wzmacniacz różnicowy - jeden z najbardziej powszechnie używanych współczesnych analogowych układów elektronicznych. Wzmacniacz różnicowy jest układem symetrycznym. W najprostszej wersji składa się z dwóch tranzystorów sprzężonych ze sobą za pośrednictwem rezystora Re. Ponadto ten rezystor stabilizuje punkty pracy obu tranzystorów i wymusza on wartość prądu Ie płynącego we wspólnym obwodzie. Przy dużej wartości rezystancji Re prąd Ie nie zmienia się. Wzmacniacz różnicowy może być sterowany z dwóch źródeł, które dołącza się do baz obu tranzystorów tzw. sterowanie symetryczne, albo z jednego źródła - asymetryczne. Wyjście układu może być symetryczne - z kolektorów obu tranzystorów albo asymetryczne – między kolektorem jednego z tranzystorów a masą. Układ umożliwia więc asymetryczne bądź symetryczne wejście i wyjście w różnych kombinacjach. Głównymi zastosowaniami są wzmacnianie, mnożenie, ograniczanie, przełączanie oraz jako elementy niektórych układów cyfrowych. Idealny wzmacniacz różnicowy jest układem o dwu wejściach, który wzmacnia tylko różnicę napięć wejściowych niezależnie od wartości bezwzględnej tych napięć. We wzmacniaczu różnicowym wyjście może być symetryczne, niesymetryczne lub asymetryczne. Najprostszy układ wzmacniacza składa się z dwu tranzystorów bipolarnych typu npn, zasilania i trzech oporników. Układ może być sterowany z jednego źródła lub dwóch. Obciążenie może być dołączone do dowolnego wyjścia, może znajdować się między dwoma wyjściami. Przy każdej z możliwych kombinacji uzyskuje się różne parametry. Przy sterowaniu z jednego źródła mamy do czynienia ze sterowaniem asymetrycznym, wyjście sygnału może być symetryczne, lub asymetryczne - między kolektorem tranzystora pierwszego lub drugiego i wspólnym punktem wyjścia i wejścia tj. masą.