Egy erősítőt a jelhullám amplitúdójának növelésére használunk, anélkül, hogy megváltoztatnánk a hullámforma egyéb paramétereit, például a frekvenciát vagy a hullám alakját. Az erősítési rész az elektronikák egyik leggyakrabban használt áramkörei, amelyek számos elektronikus rendszerben különféle funkciókat látnak el. A különböző típusú erősítőket gyakran név szerint írják le a rendszer- vagy blokk diagramokon is. Egy erősítőnek a sematikus diagramban alkalmazott általános szimbóluma nem részletezi a leírt erősítő típusát, de feltételezhető a jeláramlás iránya.
Az audio-frekvenciás erősítőket arra használják, hogy az emberi hallás tartományában felerősítsék a jeleket, körülbelül 20 Hz és 20 000 Hz között, bár egyes audio-erősítők ezt a tartományt körülbelül 100 kHz-ig terjesztik ki, míg más erősítők a magas frekvencia határát 15 000 Hz-re vagy annál kevesebbre korlátozhatják. A feszültség-erősítőket mikrofonok, hanglemezek és magnetofonszalagok szolgáltatta alacsony szintű jelek felerősítésére használják. Extra áramkörökkel olyan funkciókat is ellátnak mint, a jelszintek kiegyenlítése, a különböző bemenetek keverése és a hangkorrekció – általában nagyfeszültségű nyereséggel és közepes és magas kimeneti ellenállással rendelkeznek. A teljesítményerősítőket arra használják, hogy bemenetükön fogadják a feszültségerősítők által szolgáltatott, kellő (feldolgozható szintre) erősített jelét, majd elegendő teljesítményt biztosítsanak a hangszórók meghajtásához.
Az erősítőket általában arra használják, hogy egy váltakozó áramú jelből, növeljék a feszültség vagy áram amplitúdóját, vagy növeljék a rendelkezésre álló teljesítmény mennyiségét. Bármi legyen is a feladat, az erősítőknek három kategóriája van, amelyek kimenetük tulajdonságaihoz kapcsolódnak;
1. feszültségerősítők
2. áramerősítők
3. teljesítményerősítők
A feszültségerősítő célja, hogy a kimeneti feszültség hullámformájának amplitúdója nagyobb legyen, mint a bemeneti feszültség hullámformája (bár, a kimeneti áram amplitúdója nagyobb vagy kisebb lehet, mint a bemeneti áramé, ez a változás kevésbé fontos az erősítő tervezett célja szempontjából). Az áramerősítő célja, hogy a kimeneti áram hullámformájának amplitúdója nagyobb legyen, mint a bemeneti áram hullámformája (bár a kimeneti feszültség amplitúdója nagyobb vagy kisebb lehet, mint a bemeneti feszültségé, ez a változás kevésbé fontos az erősítő tervezett célja szempontjából). A teljesítményerősítőben a feszültség és az áram szorzata (azaz teljesítmény = feszültség x áram) a kimeneten nagyobb, mint a feszültség x áram szorzata a bemeneten. Ne feledjük, hogy a feszültség vagy az áram kisebb lehet a kimeneten, mint a bemeneten! A kettő „terméke” viszont jelentősen megnő.
Elektroncső vagy tranzisztor?
Ha kiváló minőségű erősítő vásárlása előtt állunk, mindjárt az elején felmerül a kérdés: elektroncsöves vagy tranzisztoros modellt válasszunk? Túl sok paramétert kell összehasonlítani, és túl sok az egymásnak ellentmondó szóbeszéd ahhoz, hogy a válasz egyértelmű legyen. Bármennyire is nehéznek tűnik a választás, az erősítők gyártóinak még nagyobb a problémája, féltékenyek a hangzásteljesítmény és a megbízhatóság jó hírnevére. Általánosságban elmondható, hogy a tranzisztoros erősítők nem egészen olyanok, mint amilyennek elhitették velünk. A gyakorlatban mindenféle hibát találunk, amelyeket nem látunk előre. A tranzisztoros erősítők hangja általában eltér az elektroncsöves erősítőkétől, és egy idő után fáradtságot okoznak a zenehallgatásban. Úgy gondoljuk, hogy ez néhány tervezési pontatlanságnak, de alapvetően a nagy energiahatékonyságú, kvázi komplementer áramkör használatának köszönhető. Ez az áramköri megoldás, az „A/B” -osztályú szabvány szerint, elkerülhetetlenül nagy mértékű torzítást okoz. Az egyszerű harmonikus torzítás negatív visszacsatolással csökkenthető, de a keresztirányú torzítás hatásai nem. A legtöbb tranzisztoros erősítőben a mért harmonikus torzítás nem csökken lineárisan a kimeneten. A legfontosabb megfigyelés azonban az, hogy a félvezetős erősítők a csöves erősítőkhöz képest sokkal rosszabbul szólnak, mint amit a mérések mutatnak. Természetesen lehet jó tranzisztoros erősítőket készíteni, de az ár-teljesítmény arány különbsége a csöves erősítőkhöz képest túl nagy ahhoz, hogy figyelmen kívül hagyjuk, kivéve a professzionális felhasználókat.
Hogyan viszonyul a legjobb tranzisztoros erősítő a legjobb csöves erősítőhöz? Mi az üzenet? Az, hogyha vásárolni készülünk egy jó elektroncsöves erősítőt, akkor az nem fog elavulni a teljesítmény szempontjából. Ha tranzisztoros erősítőt választunk, annak más okai is lesznek.
Minden erősítő rendelkezik bizonyos paraméterekkel és tulajdonságokkal, amelyek az erősítőt egy bizonyos módon működtetik, és így alkalmassá teszik egy adott feladatra. A tipikus erősítőparamétereket az alábbiakban ismertetjük.
Nyereség
Egy erősítő erősítésének mértéke azt jelöli, hogy az elektronika mennyire növeli a jel amplitúdóját. Pontosabban mekkora a kimeneti jel amplitúdójának és a bemeneti jel amplitúdójának aránya. Kiszámítható feszültségre (A v), áramra (A i) vagy teljesítményre (A p). Ha az „A” utáni alsó index kisbetűs, az kis jelviszonyokra utal, ha pedig nagybetűs, az egyenáramú viszonyokra utal. A három különböző típusú erősítő erősítése vagy erősítése a megfelelő képlettel írható le:
Feszültségerősítés A v = Kimeneti feszültség amplitúdója ÷ Bemeneti feszültség amplitúdója.
Áramerősítés A i = Kimeneti áram amplitúdója ÷ Bemeneti áram amplitúdója.
Teljesítménynövekedés A p = Jel kimenet ÷ Jel bemenet.
Az erősítő erősítését nemcsak a felhasznált alkatrészek (tranzisztorok stb.) szabályozzák, hanem az is, hogyan vannak összekapcsolva az erősítő áramkörén belül.
A frekvenciamenet
Az erősítők minden frekvencián nem rendelkeznek azonos erősítéssel. Például egy, a hangfrekvenciás sáv erősítésre tervezett erősítő felerősíti a körülbelül 20 kHz-nél kisebb frekvenciájú jeleket, de nem erősíti a magasabb frekvenciájú jeleket. Egy rádiófrekvenciákra tervezett erősítő a körülbelül 100 kHz feletti frekvenciasávot erősíti, de nem erősíti az alacsonyabb frekvenciájú audio-jeleket. Az erősítőnek mindegyik esetben van egy adott frekvenciaválasza, amely egy olyan frekvenciasáv, ahol megfelelő erősítést biztosít, és kizárja az e sáv feletti és alatti frekvenciákat. Egy nagyon keskeny, élesen kicsúcsozott átviteli görbével rendelkező erősítőt nagyon „szelektívnek” nevezünk. Ez tipikus az RF erősítőkre, és pontosan erre van szükség egy olyan erősítőben, amelyet egy rádió hangolási fokozataihoz terveztek, ahol a középhullámú sávban például a sok száz másik közül csak egy rádió vivőhullámot kell kiválasztani.
Sávszélesség
A frekvenciameneti görbe arra a frekvenciasávra utal, amelyen az erősítő hasznos erősítéssel rendelkezik. Ezen a hasznos sávon kívül az erősítő erősítését elégtelennek tekintjük a sávszélesség közepén lévő erősítéshez képest. A feszültségerősítők esetében megadott sávszélesség az a frekvenciatartomány, amelyen az erősítő erősítése nagyobb, mint a maximális erősítés 0,7-szerese. Alternatív megoldásként az erősítés – a kimeneti és bemeneti feszültség arányának jelzésére – a decibelt használják.
Bemeneti impedancia
Az impedancia szó a váltakozó áram folyásával szembeni ellenállást jelenti. 0 Hz-en (azaz DC-n) az impedancia (Z jele) megegyezik az ellenállással (R), de 0 Hz-től eltérő frekvenciákon az impedancia és az ellenállás nem ugyanaz. Egy erősítő bemeneti impedanciája a bemeneti kapcsok közötti effektív impedancia. Az „effektív” azt jelenti, hogy az impedancia nem feltétlenül csak az erősítő alkatrészeinek (ellenállások, kondenzátorok stb.) impedanciája, amelyek ténylegesen a bemeneti kapcsokra vannak csatlakoztatva, hanem az az impedancia, amelyet az adott jelfeszültség és egy adott frekvencia mellett a bemeneti kapcsokba befolyó áram mennyiségeként érzékelünk. A bemeneti impedanciát számos tényező befolyásolja, beleértve az alkalmazott jel frekvenciáját, az erősítő erősítését, a használt jel-visszacsatolást, sőt azt is, hogy mi van az erősítő kimenetére csatlakoztatva.
Kimeneti impedancia
Egy erősítő kimeneti impedanciája nem kizárólag az erősítő kimenetéhez csatlakoztatott tényleges komponensektől függ. Ez egy „látszólagos” impedancia, és leginkább úgy demonstrálható, mint ami felelős a jelfeszültség eséséért az erősítő kimeneti kapcsain, amikor áram folyik a kimeneti kapcsokon. Minél nagyobb áram folyik a kimeneti kapcsokon, annál nagyobb a kimeneti jelfeszültség csökkenése. A hatás az, mintha egy impedancia vagy ellenállás sorba lenne kötve a kimeneti kapcsokkal.
A visszacsatolás az a folyamat, amelynek során az erősítő kimeneti jelének egy részét visszacsatoljuk a bemenetre. A visszacsatolás beállítható úgy, hogy növelje vagy csökkentse a bemeneti jelet. Amikor a visszacsatolást a bemeneti jel növelésére használják, azt POZITÍV VISSZACSATOLÁSNAK nevezzük, és amikor a visszacsatolás hatása csökkenti a bemeneti jelet, azt NEGATÍV VISSZACSATOLÁSNAK nevezzük.
POZITÍV VISSZACSATOLÁS akkor fordul elő, amikor a visszacsatoló jel fázisban van a bemeneti jellel, ez növeli a bemeneti és így a kimeneti jel amplitúdóját, ezáltal hatékonyan növelve az erősítő erősítését. NEGATÍV VISSZACSATOLÁS akkor fordul elő, amikor a visszacsatoló jel ellenfázisban van a bemeneti jellel, ami hatékonyan csökkenti a bemeneti jel amplitúdóját, és így a kimeneti jelet is. Ez az erősítés csökkenését okozza.
A kiváló minőségű erősítőkben gyakran használnak negatív visszacsatolást az erősítő erősítésének csökkentésére. Ennek egyik különleges előnye, hogy a jel torzulása vagy az erősítő által keltett háttérzaj is csökken. További előnyös hatás, hogy a negatív visszacsatolás alkalmazása növeli az erősítő sávszélességét.
