คุณภาพของตัวขยายขึ้นอยู่กับลักษณะสมบัติ
25 กุมภาพันธ์ 2565
ผู้ชม 155 ผู้ชม
สวัสดีคับหากท่านเป็นคนในพื้นที่ที่ต้องการใช้บริการ เช่าเวทีเครื่องเสียงใน เรามีบริการเครื่องเสียง รับจัดงาน Event Grand opening บริการ เวที ฉาก แสง สี เสียง ออกบูธงาน เช่าเครื่องเสียงราคาถูก บริการให้เช่าเครื่องเสียงราคาถูก - งานออกบู๊ต ตามห้าง
เช่าเครื่องเสียง เช่าเวที รับจัดงานอีเว้นท์ เช่าไฟแสงสีเสียง เช่าระบบไฟ ให้เช่าไฟ เช่าไฟเวที ไฟให้เช่า เต็นท์เช่าให้เช่าเต็นท์ราคาถูก เต็นท์สีขาวทรงโค้ง เต็นท์ทรงโรมัน เต็นท์ทรงพีระมิด
ตัวอย่างผลงานของเรา
ติดต่อสอบถามคิวงาน
ตัวขยายสัญญาณ
ตัวขยายสัญญาณ หรือ วงจรขยายสัญญาณ (อังกฤษ: Electronic Amplifier or Amplifier) หรือเรียกสั้นๆว่า Amp เป็นอุปกรณ์หรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ช่วยเพิ่มขนาดหรือกำลังของสัญญาณ โดยการใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟและการควบคุมสัญญาณเอาต์พุทให้มีรูปร่างเหมือนสัญญาณอินพุท แต่มีขนาดใหญ่กว่า ในความหมายนี้ ตัวขยายสัญญาณทำการกล้ำสัญญาณ (อังกฤษ: modulate) เอาต์พุทของแหล่งจ่ายไฟ
ตัวขยายอิเล็กทรอนิกส์มี 4 ประเภทพื้นฐานได้แก่ ตัวขยายแรงดัน, ตัวขยายกระแส, ตัวขยาย transconductance และตัวขยาย transresistance ความแตกต่างอยู่ที่สัญญาณเอาต์พุตจะแทนความหมายของสัญญาณอินพุทแบบเชิงเส้นหรือแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล ตัวขยายสัญญาณยังสามารถถูกแยกประเภทโดยการแทนที่ทางกายภาพในขบวนของสัญญาณด้วย[1]
ในบทความนี้ ตัวขยายสัญญาณหมายถึงอุปกรณ์เช่นทรานซิสเตอร์, หลอดสูญญากาศ ฯลฯ วงจรขยายสัญญาณหมายถึงอุปกรณ์ขยายสัญญาณหรือชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆที่ขยายสัญญาณ
คุณสมบัติ
คุณภาพของตัวขยายขึ้นอยู่กับลักษณะสมบัติดังต่อไปนี้:
- Gain คืออัตราส่วนระหว่างขนาดของสัญญาณที่เอาต์พุตกับสัญญาณที่อินพุท
- แบนด์วิดธ์ คือความกว้างของช่วงความถี่ที่ใช้งานได้
- ประสิทธิภาพ หมายถึงอัตราส่วนระหว่างกำลังของการส่งออกและการบริโภคพลังงานทั้งหมด
- ความเป็นเชิงเส้น หมายถึงระดับของสัดส่วนระหว่าง input และ output ที่เพิ่มหรือลดอย่างตรงไปตรงมา
- Noise หมายถึงการวัดการรบกวนที่ไม่พึงประสงค์ที่ผสมเข้าไปในเอาต์พุต
- ช่วงไดนามิกของเอาต์พุต หมายถึงอัตราส่วนของสัญญาณเอาต์พุตที่ใหญ่ที่สุดและที่เล็กที่สุด
- Slew rate หมายถึงอัตราสูงสุดของการเปลี่ยนแปลงของเอาต์พุต
- Rise time, settling time, ringing และ overshoot ที่บอกลักษณะการตอบสนองเป็นขั้นตอน
- เสถียรภาพ หมายถึงความสามารถในการหลีกเลี่ยงความผันผวนตนเอง
ประเภทตัวขยาย
ตัวขยายมีความหมายตามคุณสมบัติของ input และ output[2]. ซึ่งมีบางชนิดของเกนหรือปัจจัยการคูณที่เชื่อมโยงขนาดของสัญญาณเอาต์พุตกับสัญญาณอินพุท เกนอาจจะระบุเป็นอัตราส่วนของแรงดันไฟฟ้าเอาต์พุตกับอินพุท(เกนแรงดัน), กำลังที่ออกกับกำลังที่เข้า(เกนกำลัง) หรือผสมกันของทั้งกระแส, แรงดันและกำลัง ในหลายกรณีที่ input และ output มีหน่วยเดียวกัน เกนจึงไม่มีหน่วย (มักแสดงในหน่วยเดซิเบล) แต่บางเกนก็มีหน่วย ตัวอย่างเช่น ตัวขยายแบบ transconductance เกนมีหน่วยเป็น conductance (กระแสเอาต์พุตต่อแรงดันอินพุท)
เครื่องขยายเสียงมีสี่ประเภทพื้นฐาน[3] ดังนี้ :
- แอมป์แรงดันไฟฟ้า - นี้เป็นชนิดที่พบมากที่สุด แรงดันไฟฟ้าที่ถูกป้อนเข้าจะถูกขยายให้ได้แรงดันเอาต์พุตที่มีขนาดใหญ่ขึ้น อินพุตอิมพีแดนซ์ของตัวขยายจะสูงและเอาต์พุตอิมพีแดนซ์จะต่ำ
- แอมป์กระแส - แอมป์ชนิดนี้เปลี่ยนกระแสอินพุทให้เป็นกระแสเอาต์พุตที่มีขนาดใหญ่กว่า อินพุตอิมพีแดนซ์ของตัวขยายจะต่ำและเอาต์พุตอิมพีแดนซ์จะสูง
- แอมป์ transconductance - แอมป์นี้ตอบสนองต่อแรงดันที่เปลี่ยนแปลงโดยการส่งกระแสที่สัมพันธ์กับการเปลี่ยนแปลงออกไป
- แอมป์ transresistance - แอมป์นี้ตอบสนองต่อกระแสอินพุทที่เปลี่ยนแปลงโดยการส่งแรงดัน เอาต์พุตที่สัมพันะกับการเปลี่ยนแปลงนั้นออกไป ชื่ออื่นๆสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้คือตัวขยาย transimpedance และตัวแปลงกระแสให้เป็นแรงดันไฟฟ้า(อังกฤษ: current-to-voltage converter)
ในทางปฏิบัติ เกนกำลังของตัวขยายจะขึ้นอยู่กับแหล่งจ่ายไฟและโหลด impedances ที่ถูกใช้เช่นเดียวกับเกนแรงดัน/กระแสโดยธรรมชาติ ในขณะที่ ตัวขยาย RF อาจมี impedances ที่ถูกเลือกค่าที่ดีที่สุดสำหรับการถ่ายโอนกำลัง ตัวขยายเสียงและเครื่องดนตรีทั่วไปจะถูกออกแบบให้มีอินพุทและเอาต์พุต impedances ที่ดีที่สุดสำหรับช่วงที่มีโหลดน้อยและสัญญาณสูงสุด ตัวขยายที่บอกว่ามีเกน 20 dB อาจจะมีเกนแรงดันสิบเท่า และเกนกำลังที่จ่ายโหลดได้มีมากเกินกว่า 20 dB (อัตราส่วนกำลังที่ 100) แต่จะส่งมอบจริงด้วยเกนกำลังที่ต่ำกว่ามาก ยกตัวอย่างเช่น ถ้าอินพุทเป็นไมโครโฟน 600 โอห์มและเอาต์พุตเชื่อมต่อกับอินพุทซ็อกเก็ต 47 kiloโอห์มของเพาเวอร์แอมป์
ในกรณีส่วนใหญ่ ตัวขยายจะเป็นเชิงเส้น นั่นคือ เกนจะคงที่ทุกระดับสัญญาณปกติของอินพุทและเอาต์พุต ถ้าเกนไม่เป็นเชิงเส้น เช่นถูกตัดหัวสัญญาณออก เอาต์พุตก็จะบิดเบี้ยวไป อย่างไรก็ตาม มีบางกรณีที่เกนที่เปลี่ยนแปลงได้จะเป็นประโยชน์
ตัวขยายสัญญาณมีหลายประเภท มีใช้กันทั่วไปใน เครื่องส่งสัญญาณวิทยุและ เครื่องรับโทรทัศน์และ อุปกรณ์สเตอริโอไฮไฟ เครื่องไมโครคอมพิวเตอร์ และ อุปกรณ์ดิจิตอลอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ และ เครื่องขยายเสียง กีตาร์และเครื่องดนตรีอื่น ๆ ส่วนประกอบที่สำคัญ ของตัวขยายสัญญาณจะเป็นอุปกรณ์แอคทีฟเช่น หลอดสุญญากาศหรือทรานซิสเตอร์ ต่อไปนี้ เป็นการแนะนำสั้นๆของตัวขยายสัญญาณด้วยอิเล็กทรอนิกส์หลายประเภท ดังนี้
พาวเวอร์แอมป์
พาวเวอร์แอมป์โดยทั่วไปจะเป็นตัวขยายสัญญาณตัวสุดท้าย ในขบวนการส่งผ่าน(ส่วนเอาต์พุต) และเป็นส่วนการขยายที่มักจะต้องให้ความสนใจมากที่สุดในประสิทธิภาพการทำงาน การพิจารณาด้านประสิทธิภาพนำไปสู่ระดับชั้นต่างๆ ของพาวเวอร์แอมป์ บนพื้นฐานของการ bias ของทรานซิสเตอร์หรือหลอดที่ทำหน้าที่เป็นตัวขยายเอาต์พุตตัวสุดท้าย : ดูระดับชั้นของพาวเวอร์แอมป์
พาวเวอร์แอมป์โดยการประยุกต์ใช้
- พาวเวอร์แอมป์ขยายเสียงออดิโอ
- พาวเวอร์แอมป์ RF เช่น ขั้นตอนสุดท้ายของการส่งสัญญาณ (ดูเพิ่มเติมที่: แอมป์เชิงเส้น)
- ตัวควบคุมเซอร์โวมอเตอร์ ที่การทำงานเชิงเส้นเป็นสิ่งไม่สำคัญ
- ออดิโอแอมป์แบบ Piezoelectric รวมถึงตัวแปลง DC-to-DC เพื่อสร้างเอาต์พุตแรงดันสูงเพื่อขับลำโพง piezoelectric[4]
วงจรพาวเวอร์แอมป์
วงจรพาวเวอร์แอมป์ รวมถึงชนิด ต่อไปนี้:
- หลอดสูญญากาศ/วาล์วไฮบริดหรือทรานซิสเตอร์ขยายกำลัง
- ส่วนเอาต์พุตสุดท้ายแบบ Push-Pull หรือ single-ended
แอมป์หลอดสุญญากาศ (วาล์ว)
Symons กล่าวว่า ขณะที่แอมป์ที่ใช้สารกึ่งตัวนำได้เข้าแทนที่แอมป์วาล์วแทบทั้งหมด สำหรับการใช้งานพลังงานต่ำ, แอมป์วาล์วจะใช้ในงานพลังงานสูงเพราะมีต้นทุนที่มีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น "เรดาร์ อุปกรณ์ตอบโต้ หรือ อุปกรณ์สื่อสาร" ตัวขยายสัญญาณไมโครเวฟ จำนวนมากที่ออกแบบใช้วาวล์เป็นพิเศษ เช่น klystron, gyrotron หลอดคลื่นเดินทาง และ ตัวขยายข้ามเขต และวาล์วไมโครเวฟเหล่านี้ให้พลังงานเอาต์พุตแบบอุปกรณ์เดียวที่ความถี่ไมโครเวฟ ได้สูงมากกว่าอุปกรณ์ที่เป็นโซลิดสเตท[5]
นอกจากนี้ แอมป์วาล์ว/หลอด ยังมีการใช้งานเฉพาะในพื้นที่อื่นๆ เช่น
- เครื่องขยายเสียงกีตาร์ไฟฟ้า
- ในเครื่องบินทหารรัสเซีย สำหรับความอดทน EMP (Electromagnetic pulse, การกระจายอำนาจแม่เหล็กฉับพลัน)
- เสียงคุณภาพสูง (การบันทึกและอุปกรณ์เครื่องเสียง)
แอมป์แบบแม่เหล็ก
ตัวขยายสัญญาณแบบแม่เหล็ก (ที่รู้จักกันว่าเป็น "แม็กแอมป์") เป็นอุปกรณ์แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อขยายสัญญาณไฟฟ้า ถูกคิดค้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 และถูกนำมาใช้เป็นทางเลือกแทนแอมป์หลอดสูญญากาศเมื่อต้องการความทนทานและความจุกระแสสูง ประเทศเยอรมนีทำให้ตัวขยายสัญญาณนี้สมบูรณ์ขึ้นในระหว่างสงครามโลกครั้งที่สองและมันก็ถูกนำมาใช้ในจรวด V-2 ตัวขยายสัญญาณแม่เหล็กโดดเด่นที่สุดในการใช้งานการควบคุมพลังงานและงานความถี่ต่ำจาก 1947 ถึง 1957 จนกระทั่งเมื่อทรานซิสเตอร์เริ่มเข้ามาแทนที่มัน. แม็กแอมป์ตอนนี้ส่วนใหญ่ถูกแทนที่โดยตัวขยายสัญญาณที่ใช้ทรานซิสเตอร์ ยกเว้นงานที่ต้องการความปลอดภัยที่สำคัญและความน่าเชื่อถือสูงหรือการใช้งานที่เรียกร้องต้องการใช้อย่างมากไม่กี่อย่าง เทคนิคทรานซิสเตอร์และ Mag-amp รวมกันยังคงถูกนำใช้ในปัจจุบัน
แอมป์ทรานซิสเตอร์
บทบาทที่สำคัญขององค์ประกอบที่เป็นแอคทีฟชนิดนี้ คือการขยายสัญญาณอินพุทเพื่อให้ได้ สัญญาณเอาต์พุตที่มีขนาดใหญ่กว่า ปริมาณการขยาย(หรือ forward gain)จะถูกกำหนดโดย การออกแบบวงจรภายนอก เช่นเดียวกับอุปกรณ์ที่แอคทีฟ
อุปกรณ์แอคทีฟที่ใช้งานทั่วไปในตัวขยายสัญญาณทรานซิสเตอร์ คือทรานซิสเตอร์แบบรอยต่อสองขั้ว (อังกฤษ: Bipolar Junction Transistor) หรือ BJT และ metal oxide semiconductor field-effect transistor(MOSFET)
การประยุกต์ใช้งานมีเป็นจำนวนมาก ตัวอย่างที่เห็นทั่วไปคือเครื่องขยายเสียงสเตอริโอในบ้านหรือระบบ PA, การผลิต RF พลังงานสูงสำหรับอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในงาน RF และไมโครเวฟ เช่นเครื่องส่งสัญญาณวิทยุ
ตัวขยายสัญญาณที่ใช้ทรานซิสเตอร์ สามารถรับรู้ได้โดยใช้คอนฟิกกูเรชั่นต่างๆเช่น ถ้าเป็น BJT จะใช้คอนฟิกแบบ เบสร่วมกัน คอลเล็กเตอร์ร่วมกันหรืออีมิตเตอร์ร่วมกัน ถ้าใช้ MOSFET จะใช้คอนฟิกแบบ เกทร่วมกัน ซอสร่วมกันหรือเดรนร่วมกัน แต่ละคอนฟิกมีลักษณะสมบัติที่แตกต่างกัน เช่นเกน, อิมพีแดนซ์
Operational amplifiers (op-amps)
ออปแอมป์เป็นวงจรขยายที่มีเกนแบบวงเปิด(อังกฤษ: open loop gain)สูงมาก และเป็นวงจรที่มีอินพุทสองชุดที่มีค่าแตกต่างกันและถูกฟีดแบคจากภายนอกเพื่อควบคุมฟังก์ชันการถ่ายโอนหรือเกน แม้ว่าวันนี้คำว่าออปแอมป์โดยทั่วไปนำไปใช้กับวงจรรวม การออกแบบออปแอมป์แต่เดิมจะใช้วาวล์
ตัวขยายสัญญาณเชิงแตกต่างแบบครบเครื่อง
ตัวขยายสัญญาณเชิงแตกต่างแบบครบเครื่อง เป็นวงจรรวมแบบโซลิตสเตทที่ใช้การฟีดแบคจากภายนอก ในการควบคุมฟังก์ชันการถ่ายโอนหรือเกน มันคล้ายกับออปแอมป์ แต่ยังมีขาเอาต์พุตความแตกต่างอยู่ ตัวขยายสัญญาณแบบนี้มักจะสร้างโดยใช้ BJTs หรือ FETs
ตัวขยายสัญญาณวิดีโอ
ตัวขยายแบบนี้ทำงานกับสัญญาณวิดีโอ และมีแบนด์วิดท์ที่แปรเปลี่ยนได้ ขึ้นอยู่กับชนิดของสัญญาณวิดีโอว่าเป็นระบบอะไร: SDTV, EDTV, HDTV 720p หรือ 1080i/p ฯลฯ คุณสมบัติของแบนด์วิดธ์เองขึ้นอยู่กับชนิดของตัวกรองที่ถูกนำมาใช้ และที่จุดไหน (-1 dB หรือ -3 dB ตัวอย่าง) ที่แบนด์วิดธ์ถูกวัด ข้อกำหนดบางอย่างที่พอจะยอมรับได้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการตอบสนองเป็นช่วงๆหรือที่เรียกว่าสเต็ปและภาพกระตุกหรือโอเวอร์ชูต
ตัวขยายสัญญาณในแนวตั้งของ Oscilloscope
ตัวขยายสัญญาณแบบนี้จะทำงานกับสัญญาณวิดีโอ ที่ไดรฟ์หลอด Oscilloscope และ สามารถมีแบนด์วิดท์ได้ถึงประมาณ 500 MHz ข้อกำหนดเกี่ยวกับการตอบสนองเป็นสเต็ป, rise time, overshoot และ ความผิดปกติของสีอาจทำให้การออกแบบตัวขยายสัญญาณเหล่านี้ยากยิ่งขึ้นไปอีก หนึ่งในผู้บุกเบิกในตัวขยายแบนด์วิธสูงแนวตั้งคือบริษัท Tektronix
ตัวขยายสัญญาณแบบกระจาย
ตัวขยายสัญญาณแบบนี้ใช้สายส่งเพื่อแยกสัญญาณออกเป็นส่วนๆชั่วคราวและขยายแต่ละส่วน แยกต่างหาก เพื่อให้บรรลุแบนด์วิธสูงกว่าที่เป็นไปได้จากตัวขยายเสียงเพียงตัวเดียว เอาต์พุตของแต่ละขั้นตอนจะถูกนำมารวมกันในเอาต์พุตของสายส่ง ประเภทของตัวขยายนี้จะถูกใช้ทั่วไปใน Oscilloscope ในฐานะที่เป็นตัวขยายแนวตั้งในขั้นตอนสุดท้าย สายส่งมักจะถูกเก็บ อยู่ภายในจอแสดงผลหลอดแก้ว
ตัวขยายสัญญาณแบบ Switched mode
แอมป์ไม่เชิงเส้นแบบนี้มีประสิทธิภาพสูงกว่าแอมป์เชิงเส้นมาก และมีการใช้ในที่ซึ่งการประหยัดพลังงานมีความคุ้มค่ากับความซับซ้อนที่มากเกิน
อุปกรณ์ความต้านทานเชิงลบ
ความต้านทานเชิงลบ สามารถใช้เป็นตัวขยาย เช่นแอมป์ไดโอดอุโมงค์
ตัวขยายไมโครเวฟ
- แอมป์หลอดคลื่นเดินทาง
แอมป์หลอดคลื่นเดินทาง (อังกฤษ: Traveling Wave Tube Amplifier) หรือ TWTA จะใช้สำหรับการขยายพลังงานสูงที่ความถี่ไมโครเวฟต่ำ มักจะสามารถขยายไปตามความกว้างของสเปกตรัมของความถี่; แต่มักจะไม่สามารถปรับได้เหมือน klystrons
- Klystrons
en:Klystrons เป็นอุปกรณ์สูญญากาศที่มีลำแสงเชิงเส้นเชี่ยวชาญพิเศษ ที่ออกแบบมาเพื่อให้พลังงานสูง การขยายของคลื่นปรับได้อย่างกว้างขวางเป็นมิลลิเมตรและส่วนย่อยของมิลลิเมตร Klystrons ได้รับการออกแบบสำหรับการดำเนินงานขนาดใหญ่และแม้จะมีแบนด์วิดท์ที่แคบกว่า TWTAs แต่มันได้เปรียบในการขยายสัญญาณอ้างอิงอย่างสัมพันธ์กันที่ทำให้เอาต์พุตสามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำทั้งขนาด ความถี่ และเฟส
วงจรขยายสัญญาณเสียงเครื่องดนตรี
วงจรขยายกำลังสัญญาณเสียงออดิโอ มักจะใช้เพื่อขยายสัญญาณเช่นเพลงหรือเสียงพูด มีปัจจัยหลายประการที่มีความสำคัญในการเลือกวงจรขยายสัญญาณเสียงจากเครื่องดนตรี (เช่นแอมป์ของกีต้าร์) และแอมป์เสียงออดิโออื่นๆ(แม้ว่า ระบบเสียงทั้งหมด - ชิ้นส่วนเช่น ไมโครโฟน ลำโพง - ก็มีผลกระทบต่อพารามิเตอร์เหล่านี้) :
- การตอบสนองความถี่ - ไม่เพียงแต่ช่วงความถี่ แต่ความต้องการระดับสัญญาณที่แตกต่างกัน น้อยมากในช่วงความถี่เสียงที่หูมนุษย์ไม่สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงได้ ข้อกำหนด ทั่วไปสำหรับวงจรขยายเสียงออดิโออยู่ระหว่าง 20 Hz ถึง 20 kHz และ +/- 0.5dB
- พาวเวอร์เอาต์พุต - ระดับพาวเวอร์ที่ได้รับมีความเพี้ยนน้อย เพื่อให้ได้ระดับเสียงดังพอจากลำโพง
- การบิดเบือนต่ำ - แอมป์และตัวทรานสดิวเซอร์ทุกตัวจะบิดเบือนสัญญาณไปบ้าง พวกนี้ไม่สามารถเป็นเชิงเส้นที่สมบูรณ์ แต่มุ่งมั่นที่จะผ่านสัญญาณโดยไม่มีผลต่อเนื้อหาที่เป็นฮาโมนิกของเสียงมากกว่าหูมนุษย์จะสามารถทนได้. ความอดทนต่อการบิดเบือนอันนั้น และแน่นอนที่ ความเป็นไปได้ ว่าความเพี้ยนของฮาร์โมนิกที่สอง (เสียงจากหลอด) จะปรับปรุงให้มีความเป็นเสียงดนตรีของเสียงเป็นเรื่องที่จะต้องมีการอภิปรายอย่างมาก
