ความบิดเบี้ยวของเครื่องขยายเสียง: วงจร ประเภท วิธีลด และเทียบกับแป้นเหยียบความผิดเพี้ยน

แอมพลิฟายเออร์เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เสริมกำลังอินพุตของสัญญาณขนาดเล็กให้เป็นสัญญาณ o/p ที่ใหญ่กว่า ดังนั้นสัญญาณเอาท์พุตจึงเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตามค่าเกนบางค่า สิ่งเหล่านี้ถูกใช้ในการสื่อสารไร้สายและการแพร่ภาพกระจายเสียงในอุปกรณ์เครื่องเสียงทุกประเภท ในสภาวะที่เหมาะสม สัญญาณ o/p ที่ขยายของแอมพลิฟายเออร์ควรมีรูปคลื่นคล้ายกันกับสัญญาณอินพุตอย่างแม่นยำ อย่างไรก็ตาม สภาพในอุดมคตินี้ไม่สามารถทำได้ในทางปฏิบัติเลย เครื่องขยายเสียง - ดังนั้น การปรับเปลี่ยนบางอย่างภายในรูปคลื่นอาจเกิดขึ้นเพิ่มเติมกับการเพิ่มขึ้นของแอมพลิจูดซึ่งเรียกว่าการบิดเบือน เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์เพราะอาจปรับเปลี่ยนความฉลาดที่ส่งผ่านสัญญาณได้ บทความนี้จะให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับ การบิดเบือนของเครื่องขยายเสียง การทำงานและการประยุกต์ของมัน

ความผิดเพี้ยนของแอมพลิฟายเออร์คืออะไร?

ความผิดเพี้ยนของเครื่องขยายเสียงสามารถกำหนดได้เป็น; ความแตกต่างใดๆ จากสัญญาณอินพุตของเครื่องขยายสัญญาณที่เกิดขึ้นตลอดกระบวนการขยายเสียง และให้สัญญาณเอาท์พุตที่เปลี่ยนแปลงไป ทั้งขนาด รูปร่าง ปริมาณความถี่ ฯลฯ เกิดขึ้นได้จากหลายปัจจัย เช่น ความไม่เชิงเส้นภายในส่วนประกอบของแอมพลิฟายเออร์ การไบอัสที่ไม่เหมาะสม หรือการโอเวอร์โหลดของแอมพลิฟายเออร์ ความผิดเพี้ยนของเครื่องขยายเสียงไม่เป็นที่พึงปรารถนา เนื่องจากจะทำให้ค่าของสัญญาณที่ขยายลดลง

วงจรความผิดเพี้ยนของเครื่องขยายเสียง

การบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์สามารถเข้าใจได้ด้วยตัวอย่าง วงจรขยายสัญญาณอีซีแอลทั่วไป (CE) - สัญญาณเอาท์พุตอาจผิดเพี้ยนเนื่องจากสาเหตุต่อไปนี้

• การขยายอาจไม่เกิดขึ้นตลอดวงจรสัญญาณที่สมบูรณ์ เนื่องจากมีระดับไบแอสที่ไม่ถูกต้อง
• หากสัญญาณอินพุตมีขนาดใหญ่มาก จะทำให้ทรานซิสเตอร์ของแอมพลิฟายเออร์ถูกจำกัดผ่านการจ่ายแรงดันไฟฟ้า
• การขยายเสียงไม่สามารถเป็นสัญญาณเชิงเส้นเหนือช่วงความถี่อินพุตทั้งหมดได้ ซึ่งหมายความว่าในระหว่างขั้นตอนการขยายของรูปคลื่นสัญญาณ การบิดเบือนของเครื่องขยายเสียงจะเกิดขึ้น

แอมพลิฟายเออร์ได้รับการออกแบบมาเพื่อขยายสัญญาณแรงดันไฟฟ้าอินพุตขนาดเล็กให้เป็นสัญญาณเอาท์พุตที่มีขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งหมายความว่าสัญญาณเอาท์พุตจะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องตามค่าเกนซึ่งจะคูณกับสัญญาณอินพุตสำหรับความถี่อินพุตทั้งหมดเป็นหลัก

วงจรตัวส่งสัญญาณทั่วไป (CE) ต่อไปนี้ทำงานสำหรับสัญญาณ AC อินพุตขนาดเล็ก แต่จะทำให้เกิดปัญหาในการทำงาน ดังนั้น ตำแหน่งที่ตั้งใจไว้ของจุดไบอัสของแอมพลิฟายเออร์ BJT 'Q' ขึ้นอยู่กับค่าเบต้าที่เกี่ยวข้องสำหรับทรานซิสเตอร์ทุกประเภท

วงจรทรานซิสเตอร์ชนิดตัวปล่อยทั่วไปทำงานได้ดีกับสัญญาณอินพุต AC ขนาดเล็กเป็นหลัก แม้ว่าจะมีข้อเสียเปรียบหลักประการหนึ่ง ตำแหน่งที่คำนวณของจุดไบแอสของแอมพลิฟายเออร์ไบโพลาร์นั้นขึ้นอยู่กับค่าเบต้าที่เกี่ยวข้องของทรานซิสเตอร์ทุกชนิดเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม ค่าเบต้านี้ผันผวนจากทรานซิสเตอร์ประเภทเดียวกัน ซึ่งหมายความว่า Q-point ของทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งไม่เกี่ยวข้องกับทรานซิสเตอร์ตัวอื่นที่มีหมวดหมู่คล้ายกัน เนื่องจากการยอมรับการผลิตที่มีลักษณะเฉพาะ หลังจากนั้นแอมพลิฟายเออร์จะเกิดการบิดเบือนเนื่องจากแอมพลิฟายเออร์ไม่เป็นเส้นตรง การเลือกทรานซิสเตอร์และส่วนประกอบไบแอสอย่างระมัดระวังสามารถช่วยลดผลกระทบจากการบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์ได้

ประเภทของการบิดเบือนเครื่องขยายเสียง

มีความผิดเพี้ยนของแอมพลิฟายเออร์หลายประเภทซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง ประเภทความผิดเพี้ยนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของคุณลักษณะที่ใช้โดยทรานซิสเตอร์ รีแอกแตนซ์ของอุปกรณ์ และวงจรที่เกี่ยวข้อง

การบิดเบือนแบบไม่เชิงเส้น

ความบิดเบี้ยวแบบไม่เชิงเส้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นในแอมพลิฟายเออร์เมื่อใดก็ตามที่สัญญาณอินพุตที่ใช้มีขนาดใหญ่ และอุปกรณ์ที่ใช้งานถูกขับเข้าไปในพื้นที่ที่ไม่ใช่เชิงเส้นตามคุณลักษณะของมัน การบิดเบือนนี้ใช้เพื่ออธิบายความสัมพันธ์แบบไม่เชิงเส้นระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง ดังนั้นความบิดเบี้ยวนี้เป็นผลมาจากระบบที่สัญญาณเอาท์พุตไม่ได้สัดส่วนอย่างแม่นยำกับสัญญาณอินพุตและผลิตภัณฑ์อินเทอร์โมดูเลชันหรือฮาร์โมนิกส์ถูกสร้างขึ้น

การบิดเบือนแอมพลิจูด

การบิดเบือนแอมพลิจูดคือการบิดเบือนแบบไม่เชิงเส้นประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นเนื่องจากการลดทอนภายในค่ายอดของสัญญาณ การเปลี่ยนแปลงภายในจุด Q และการขยายสัญญาณต่ำกว่า 360 องศา ทำให้เกิดการบิดเบือนของแอมพลิจูดเป็นส่วนใหญ่ การบิดเบือนนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากการคลิปและการให้น้ำหนักที่ไม่ถูกต้อง เรารู้ว่าถ้าจุดไบอัสของทรานซิสเตอร์ถูกต้อง เอาต์พุตจะคล้ายกับอินพุตภายในรูปร่างที่ขยาย ซึ่งสามารถเข้าใจได้ในกรณีต่อไปนี้

สมมติว่าการให้น้ำหนักที่ไม่เพียงพอกับแอมพลิฟายเออร์ จากนั้นจุด Q จะอยู่ใกล้กับครึ่งหนึ่งของเส้นโหลด ดังนั้นในสภาวะนี้ ครึ่งหนึ่งของสัญญาณอินพุตจะถูกตัดและเราจะได้รับสัญญาณเอาท์พุตที่บิดเบี้ยวของแอมพลิฟายเออร์

หากเราเพิ่มศักยภาพในการเอนเอียงเพิ่มเติม จุด Q จะอยู่ที่ด้านที่สูงกว่าของเส้นโหลด ดังนั้นเงื่อนไขนี้จึงให้เอาท์พุตที่จะถูกตัดออกที่ครึ่งหนึ่งของรูปคลื่นที่เป็นบวก
การให้น้ำหนักที่เหมาะสมยังอาจนำไปสู่การบิดเบือนในบางครั้งภายในเอาท์พุต ในกรณีที่สัญญาณอินพุตมีขนาดใหญ่ เนื่องจากสัญญาณอินพุตนี้ถูกขยายผ่านเกนของแอมพลิฟายเออร์ ดังนั้นทั้งครึ่งบวกและลบของรูปคลื่นจะถูกตัดบางส่วนซึ่งเรียกว่าการบิดเบือนการตัด

การบิดเบือนเชิงเส้น

การบิดเบือนเชิงเส้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่สัญญาณอินพุตที่ใช้เพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์มีขนาดเล็กและทำหน้าที่ในส่วนเชิงเส้นของคุณลักษณะ ดังนั้นการบิดเบือนนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากลักษณะที่ขึ้นกับความถี่ของอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่

การบิดเบือนความถี่

ในการบิดเบือนประเภทนี้ ระดับการขยายเสียงจะเปลี่ยนความถี่ สัญญาณอินพุตระหว่างการขยายเสียงในแอมพลิฟายเออร์ที่เหมือนจริงจะรวมถึงความถี่พื้นฐานที่มีส่วนประกอบความถี่ต่างกันซึ่งเรียกว่าฮาร์โมนิค

แอมพลิจูดฮาร์มอนิก (HA) หลังการขยายจะค่อนข้างเป็นเศษส่วนของแอมพลิจูดพื้นฐาน ไม่ก่อให้เกิดสาเหตุร้ายแรงต่อรูปคลื่นเอาท์พุต หาก HA หลังจากการขยายสัญญาณมีค่าสูง จะไม่สามารถหลีกเลี่ยงผลกระทบของมันได้ เนื่องจากสามารถมองเห็นได้ที่เอาต์พุต

ที่นี่อินพุตมีความถี่พื้นฐานรวมถึงฮาร์โมนิกด้วย ดังนั้นการรวมกันของทั้งสองในการขยายสัญญาณจึงทำให้สัญญาณที่เอาต์พุตบิดเบี้ยว มันเกิดขึ้นเนื่องจากการเกิดขึ้นขององค์ประกอบปฏิกิริยา (หรือ) ผ่านความจุอิเล็กโทรดของวงจรเครื่องขยายเสียง

การบิดเบือนเฟส

การบิดเบือนเฟสเรียกอีกอย่างว่าการบิดเบือนความล่าช้าในเครื่องขยายเสียง เพราะเมื่อใดก็ตามที่มีการหน่วงเวลาระหว่างสัญญาณอินพุตและเอาต์พุต สัญญาณดังกล่าวจะเป็นสัญญาณที่บิดเบี้ยวของเฟส การบิดเบือนนี้ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากปฏิกิริยาทางไฟฟ้า ก่อนหน้านี้เราได้พูดคุยกันว่าสัญญาณมีส่วนประกอบความถี่ที่แตกต่างกัน ดังนั้นเมื่อใดก็ตามที่ความถี่ที่แตกต่างกันประสบกับการเปลี่ยนเฟสที่แตกต่างกัน ก็จะเกิดความผิดเพี้ยนของเฟสขึ้น การบิดเบือนประเภทนี้ไม่มีความสำคัญในทางปฏิบัติในเครื่องขยายเสียง เนื่องจากหูของมนุษย์ไม่สามารถเปลี่ยนเฟสได้ ประเภทและปริมาณของการบิดเบือนที่สามารถทนได้หรือทนไม่ได้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับการใช้งานของแอมพลิฟายเออร์ โดยปกติแล้ว การทำงานของระบบจะได้รับผลกระทบเมื่อใดก็ตามที่แอมพลิฟายเออร์ทำให้เกิดการบิดเบือนอย่างรุนแรง

สาเหตุของการบิดเบือน

การบิดเบือนในแอมพลิฟายเออร์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากสาเหตุหลักซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่าง

• การบิดเบือนส่วนใหญ่เกิดขึ้นเนื่องจากการไบอัสที่ไม่ถูกต้องเมื่อใดก็ตามที่สัญญาณอินพุตไม่ได้ถูกขยายจนครบวงจรของสัญญาณอินพุต
• มันเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณอินพุตที่ใช้มีขนาดใหญ่มาก
• บางครั้ง การบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์จะส่งผลให้เกิดการบิดเบือนเมื่อใดก็ตามที่แอมพลิฟายเออร์ไม่เป็นเส้นตรงเหนือช่วงความถี่ทั้งหมด
• ความบิดเบี้ยวของแอมพลิฟายเออร์อาจเกิดจากปัจจัยที่แตกต่างกัน ความไม่เชิงเส้นภายในส่วนประกอบของแอมพลิฟายเออร์ เช่น ทรานซิสเตอร์หรือท่อ
• นอกจากนี้ อิมพีแดนซ์ที่ไม่ตรงกัน ข้อจำกัดของแหล่งจ่ายไฟ และการตัดสัญญาณ ยังส่งผลต่อการบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์ได้อีกด้วย ดังนั้นปัจจัยเหล่านี้จึงส่งผลให้เกิดการขยายสัญญาณที่เปลี่ยนแปลงไปจากสัญญาณอินพุตและนำไปสู่การบิดเบือนสัญญาณดั้งเดิม
• โดยทั่วไป อาจเกิดการบิดเบือนฮาร์โมนิคภายในแอมพลิฟายเออร์ได้
• ความบิดเบี้ยวฮาร์มอนิกเป็นการบิดเบือนประเภทหนึ่งในแอมพลิฟายเออร์ที่มักเกิดขึ้นโดยแอมพลิฟายเออร์ซึ่งต้องการแรงดันไฟฟ้ามากกว่าแหล่งจ่ายไฟที่สามารถให้ได้
• สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้กับชิ้นส่วนวงจรภายในบางส่วนที่เกินความสามารถในการส่งออก
• ความเพี้ยนของฮาร์มอนิกเกิดขึ้นเนื่องจากความไม่เชิงเส้นของทรานซิสเตอร์
• สิ่งนี้เกิดขึ้นสาเหตุหลักมาจากคุณลักษณะที่ขึ้นกับความถี่ของอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่
• ความบิดเบี้ยวของแอมพลิจูดในแอมพลิฟายเออร์ส่วนใหญ่เกิดขึ้นเมื่อใดก็ตามที่ค่าสูงสุดของรูปคลื่นความถี่ถูกลดทอนลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงภายในจุด Q

วิธีการลดการบิดเบือนฮาร์มอนิกในเครื่องขยายเสียง

ความเพี้ยนของฮาร์มอนิก (HD) เป็นปัญหาสำคัญประการหนึ่งที่ทำให้เกิดปัญหาต่างๆ เช่น; crosstalk ปัญหาความสมบูรณ์ของสัญญาณ และ EMI (การรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า) อาจเกิดขึ้นได้จากหลายสาเหตุ และมีวิธีต่างๆ ในการลดหรือลบความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิก ซึ่งจะกล่าวถึงด้านล่างนี้

• การส่งสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลเป็นวิธีการหนึ่งที่ใช้ในการลดการบิดเบือนฮาร์มอนิกซึ่งสามารถยกเลิกฮาร์โมนิคต่างๆ ได้
• อีกวิธีหนึ่งคือการใช้แหล่งจ่ายไฟที่มีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำ ซึ่งสามารถช่วยลดฮาร์โมนิคได้ด้วย
• การกำหนดค่าเครือข่ายใหม่เป็นขั้นตอนที่ช่วยลดฮาร์โมนิกส์โดยที่ผู้ใช้สร้างฮาร์โมนิคขนาดใหญ่ ฮาร์โมนิคเหล่านี้ได้รับการระบุและจำแนกตามประเภทของฮาร์โมนิคที่ผลิต
• การเพิ่มตัวแปลงหลายพัลส์สำหรับการยกเลิกฮาร์โมนิคตลอดการใช้งานตัวแปลงแบบฮาล์ฟและฟูลเวฟ ช่วยในการกำจัดฮาร์โมนิค
• การปรับสมดุลเฟสเป็นอีกเทคนิคหนึ่งที่เหมาะกับการลดฮาร์โมนิค
• เครื่องปฏิกรณ์ซีรีส์ลดฮาร์โมนิกในโรงงานเหล็กและการถลุง
• การส่งสัญญาณแบบดิฟเฟอเรนเชียลเป็นวิธีการที่ใช้บ่อยภายในระบบดิจิตอลความเร็วสูงเพื่อลดเสียงรบกวนและเอฟเฟกต์สัญญาณรบกวน สัญญาณทั้งสองในการส่งสัญญาณที่แตกต่างกันจะถูกส่งบนสายแยกกันโดยสัญญาณเดียวจะตรงกันข้ามกับอีกสัญญาณหนึ่ง หลังจากนั้น อุปกรณ์รับสัญญาณจะรวมสัญญาณทั้งสองเข้าด้วยกัน และสัญญาณรบกวนในโหมดทั่วไปใดๆ ก็สามารถยกเลิกได้
• แหล่งจ่ายไฟที่มีอิมพีแดนซ์เอาต์พุตต่ำสามารถช่วยลดฮาร์โมนิคได้
• แหล่งจ่ายไฟที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำจะมีแรงดันไฟฟ้าตกน้อยลงทุกครั้งที่ดึงกระแสออกมา จึงสามารถช่วยลดหรือขจัดปัญหาต่างๆ มากมายที่เกิดจากการบิดเบือนฮาร์มอนิกได้

จะวัดความผิดเพี้ยนของแอมพลิฟายเออร์ได้อย่างไร

สามารถวัดความผิดเพี้ยนของแอมพลิฟายเออร์ได้โดยใช้เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมแบบอะนาล็อก เครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมส่วนใหญ่มีอินพุต 50 โอห์ม ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีตัวต้านทานแบบแยกส่วนระหว่าง DUT และเครื่องวิเคราะห์เพื่อจำลองโหลด DUT > 50 โอห์ม

เมื่อปรับเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัมสำหรับอัตราการกวาด ความไว และแบนด์วิดท์แล้ว ให้ตรวจสอบอย่างระมัดระวังเพื่อดูโอเวอร์ไดรฟ์ของอินพุต เทคนิคที่ง่ายที่สุดคือการใช้ตัวลดทอนแบบแปรผันเพื่อตั้งค่าการลดทอน 10dB ภายในเส้นทางอินพุตของเครื่องวิเคราะห์ ทั้งสัญญาณและฮาร์โมนิคใดๆ จะต้องถูกลดทอนลงตามจำนวนที่กำหนดตามที่ได้รับการตรวจสอบบนหน้าจอของเครื่องวิเคราะห์สเปกตรัม หากฮาร์โมนิคถูกลดทอนลง >10dB แสดงว่าเครื่องขยายสัญญาณอินพุตของเครื่องวิเคราะห์เกิดการบิดเบือน และความไวจะต้องลดลง เครื่องวิเคราะห์หลายตัวมีปุ่มที่ด้านบนของแผ่นด้านหน้าเพื่อแนะนำปริมาณการลดทอนที่ทราบขณะตรวจสอบโอเวอร์ไดรฟ์

ความแตกต่าง b/w ความผิดเพี้ยนของแอมพลิฟายเออร์กับเหยียบความผิดเพี้ยน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์และแป้นเหยียบความผิดเพี้ยนมีดังต่อไปนี้

ดังนั้นนี่คือภาพรวมของแอมพลิฟายเออร์ การบิดเบือนการทำงาน และการประยุกต์ของมัน หมายถึงความแปรผันใดๆ จากสัญญาณอินพุตที่เกิดขึ้นในกระบวนการขยายสัญญาณเพื่อให้เป็นสัญญาณเอาท์พุต สัญญาณนี้มีการเปลี่ยนแปลงทั้งในด้านความถี่ รูปร่าง ขนาด ฯลฯ ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากปัจจัยที่แตกต่างกัน เช่น ความไม่เชิงเส้นภายในส่วนประกอบของแอมพลิฟายเออร์ การไบอัสที่ไม่เหมาะสม หรือการโอเวอร์โหลดของแอมพลิฟายเออร์ มีการบิดเบือนหลายประเภทซึ่งมีลักษณะเฉพาะและสาเหตุ โดยทั่วไปการบิดเบือนของแอมพลิฟายเออร์เป็นสิ่งที่ไม่พึงประสงค์ เนื่องจากสามารถลดค่าของสัญญาณที่ขยายได้ นี่คือคำถามสำหรับคุณ เครื่องขยายเสียงคืออะไร?