Yükselteç Distorsiyonu(Bozukluk) / Amplifier Distortion

Bir sinyal yükselticinin çıkış sinyalinde herhangi bir bozulma olmadan doğru şekilde çalışması için, Taban veya Kapı terminalinde bir çeşit DC polarlama gerekir. Yükseltecin giriş sinyalini, mümkün olduğunca yük hattının ortasına yakın ayarlı “Q-noktası” ile tüm döngüsü boyunca yükseltebilmesi için bir DC sapması gereklidir.

Bipolar transistörler için “Ortak Verici” veya tek kutuplu FET transistörler için “Ortak Kaynak” konfigürasyonu olan en yaygın düzenleme ile önyargı Q noktası ayarı bize “A Sınıfı” tipi bir yükselteç konfigürasyonu verecektir.

Yükselteç tarafından sağlanan Güç, Voltaj veya Akım Kazancı (amplifikasyon), tepe çıkış değerinin, tepe giriş değerine (Çıkış ÷ Giriş) oranıdır.

Ancak, yükselteç devremizi yanlış tasarlarsak ve ön polarlama Q-noktasını yük hattında yanlış konuma ayarlarsak veya yükseltece çok büyük bir giriş sinyali uygularsak, elde edilen çıkış sinyali orijinal giriş sinyalinin tam bir kopyası olmayabilir. dalga biçimi. Başka bir deyişle “Yükselteç Bozulması” olarak adlandırılan şeyden zarar görecektir. Aşağıdaki ortak emitör yükseltici devresini düşünün.

Ortak Verici Yükselteç Devresi

yükselteç bozulma

Çıkış sinyali dalga biçiminin bozulması aşağıdaki nedenlerden dolayı meydana gelebilir:

  • Yanlış polarlama seviyeleri nedeniyle amplifikasyon tüm sinyal döngüsü boyunca gerçekleşmeyebilir.
  • Giriş sinyali çok büyük olabilir, bu da yükselteç transistörlerinin besleme voltajı ile sınırlandırılmasına neden olabilir.
  • Amplifikasyon, girişlerin tüm frekans aralığı boyunca doğrusal bir sinyal olmayabilir.
  • Bu, sinyal dalga formunun yükseltme işlemi sırasında, bir çeşit Yükselteç Bozulmasının(Distorsiyon) meydana geldiği anlamına gelir.

Yükselteçler temel olarak küçük voltaj giriş sinyallerini çok daha büyük çıkış sinyallerine yükseltmek için tasarlanmıştır ve bu, çıkış sinyalinin, tüm giriş frekansları için giriş sinyaliyle çarpılan kazanç adı verilen bir faktör veya değer tarafından sürekli olarak değiştiği anlamına gelir. Daha önce bu çarpma faktörünün transistörün Beta, β değeri olarak adlandırıldığını görmüştük.

Ortak emitör veya hatta ortak kaynak tipi transistör devreleri, küçük AC giriş sinyalleri için iyi çalışır ancak bir büyük dezavantajdan muzdariptir, bir bipolar yükseltecin ön polarlama, Q-noktasının hesaplanan konumu, tüm transistörler için aynı Beta değerine bağlıdır. Bununla birlikte, bu Beta değeri aynı tipteki transistörlerden farklılık gösterecektir, başka bir deyişle, bir transistörün Q noktası, doğal üretim toleransları nedeniyle aynı tipteki başka bir transistör için Q noktası ile mutlaka aynı değildir.

Ardından, yükselteç doğrusal olmadığı için yükselteç bozulması meydana gelir. Transistör ve ön polarlama bileşenlerinin dikkatli seçimi, amplifikatör bozulmasının etkisini en aza indirmeye yardımcı olabilir.

Genlik Bozulması

Genlik bozulması, frekans dalga formunun tepe değerleri zayıflatıldığında meydana gelir ve Q noktasındaki bir kayma nedeniyle bozulmaya neden olur ve amplifikasyon tüm sinyal döngüsü boyunca gerçekleşmeyebilir. Çıkış dalga formunun bu doğrusal olmayanlığı aşağıda gösterilmiştir.

Yanlış Polarlamadan(biasing) Kaynaklanan Genlik Bozulması

yükselteç bozulma

Transistörlerin polarlama noktası doğruysa, çıkış dalga biçimi, giriş dalga biçimiyle aynı şekle sahip olmalıdır. Yetersiz sapma varsa ve Q noktası yük hattının alt yarısında bulunuyorsa, çıkış dalga biçimi, çıkış dalga biçiminin negatif yarısı “kesilmiş” veya kırpılmış olarak sağdaki gibi görünecektir. Benzer şekilde, eğer çok fazla sapma varsa ve Q noktası yük hattının üst yarısında bulunuyorsa, çıkış dalga biçimi, pozitif yarı “kesilmiş” veya kırpılmış olan soldaki gibi görünecektir.

Ayrıca, ön gerilim çok küçük ayarlandığında, çevrimin negatif yarısı sırasında transistör tam olarak iletmez, bu nedenle çıkış besleme gerilimi tarafından ayarlanır. Polarlama çok büyük olduğunda, döngünün pozitif yarısı transistörü doyurur ve çıkış neredeyse sıfıra düşer.

Doğru polarlama voltajı seviyesi ayarlanmış olsa bile, devre kazancı tarafından güçlendirilen büyük bir giriş sinyali nedeniyle çıkış dalga biçiminin bozulması hala mümkündür. Çıkış voltajı sinyali dalga formunun hem pozitif hem de negatif kısımlarında kırpılır ve sapma doğru olsa bile artık sinüs dalgasına benzemez. Bu tür genlik bozulmasına Kırpma denir ve amplifikatörün girişini “aşırı yüklenmenin” sonucudur.

Giriş genliği çok büyük olduğunda, kırpma önemli hale gelir ve çıkış dalga biçimi sinyalini güç kaynağı voltaj raylarını aşmaya zorlar ve dalga biçimi sinyalinin tepe (+ve yarı) ve dip (-ve yarı) kısımları düzleşir. Bunu önlemek için giriş sinyalinin maksimum değeri, yukarıda gösterildiği gibi bu kırpma etkisini önleyecek bir seviye ile sınırlandırılmalıdır.

Kırpma Nedeniyle Genlik Bozulması

yükselteç bozulma

Genlik Bozulması, bir amplifikatör devresinin verimliliğini büyük ölçüde azaltır. Yanlış polarlama veya girişin aşırı sürülmesi nedeniyle çarpık çıkış dalga biçiminin bu “düz tepeleri”, istenen frekansta çıkış sinyalinin gücüne hiçbir katkıda bulunmaz.

Tüm bunları söyledikten sonra, bazı tanınmış gitarist ve rock grupları, çıkış dalga biçimini hem + hem de – ve güç kaynağı raylarına yoğun bir şekilde kırparak, ayırt edici seslerinin oldukça bozuk veya “aşırı yüklenmiş” olmasını tercih ederler. Ayrıca, bir sinüzoid üzerindeki kırpma miktarlarının arttırılması, o kadar çok amplifikatör distorsiyonu üretecek ki, sonunda elektronik veya dijital sentezleyici devrelerinde kullanılabilecek “kare dalga” şekline benzeyen bir çıkış dalga formu üretecektir.

Bir DC sinyali ile amplifikatörün kazanç seviyesinin sinyal genliği ile değişebileceğini gördük, ancak Frekans Distorsiyonu ve Faz Distorsiyonu gibi amplifikatör devrelerindeki AC sinyalleri ile diğer amplifikatör distorsiyonu türleri de meydana gelebilir.

Frekans Bozulması

Frekans Bozulması, bir transistör yükselticisinde, amplifikasyon seviyesi frekansla değiştiğinde meydana gelen başka bir amplifikatör distorsiyonu türüdür. Pratik bir yükselticinin yükselteceği giriş sinyallerinin çoğu, “Temel Frekans” olarak adlandırılan gerekli sinyal dalga biçiminden ve bunun üzerine bindirilmiş “Harmonikler” olarak adlandırılan bir dizi farklı frekanstan oluşur.

Normal olarak, bu harmoniklerin genliği, temel genliğin bir kısmıdır ve bu nedenle çıkış dalga formu üzerinde çok az veya hiç etkisi yoktur. Ancak, bu harmonik frekansların genliği temel frekansa göre artarsa çıkış dalga biçimi bozulabilir. Örneğin, aşağıdaki dalga biçimini göz önünde bulundurun:

Harmoniklere Bağlı Frekans Bozulması

yükselteç bozulma

Yukarıdaki örnekte, giriş dalga biçimi bir temel frekans artı ikinci bir harmonik sinyalden oluşur. Ortaya çıkan çıkış dalga biçimi sağ tarafta gösterilir. Frekans bozulması, çıkış sinyalini bozmak için temel frekans ikinci harmonik ile birleştiğinde meydana gelir. Harmonikler bu nedenle temel frekansın katlarıdır ve basit örneğimizde ikinci bir harmonik kullanılmıştır.

Bu nedenle, harmoniğin frekansı temelin iki katıdır, 2*ƒ veya 2ƒ. O zaman üçüncü bir harmonik 3ƒ, dördüncüsü, 4ƒ vb. olur. Harmoniklerden kaynaklanan frekans bozulması, kapasitans veya endüktans gibi reaktif elemanlar içeren amplifikatör devrelerinde her zaman bir olasılıktır.

Faz Bozulması

Faz Bozulması veya Gecikme Bozulması, giriş sinyali ile çıkıştaki görünümü arasında bir zaman gecikmesi olduğunda doğrusal olmayan bir transistör amplifikatöründe meydana gelen bir tür amplifikatör bozulmasıdır.

Giriş ve çıkış arasındaki faz değişiminin temel frekansta sıfır olduğunu söylersek, ortaya çıkan faz açısı gecikmesi harmonik ile temel arasındaki fark olacaktır. Bu zaman gecikmesi, amplifikatörün yapısına bağlı olacaktır ve amplifikatörün bant genişliği içindeki frekansla kademeli olarak artacaktır. Örneğin, aşağıdaki dalga biçimini göz önünde bulundurun:

Gecikme Nedeniyle Faz Bozulması

yükselteç bozulma

Üst düzey ses amplifikatörlerinin dışında, çoğu pratik amplifikatör, amplitüd distorsiyonu ile birlikte hem “Frekans Bozulması” hem de “Faz Bozulması”nın bir kombinasyonu olan bir çeşit Amplifikatör Bozulmasına sahip olacaktır. Ses amplifikatörleri veya güç amplifikatörleri gibi çoğu uygulamada, amplifikatör bozulması aşırı veya şiddetli olmadıkça, genellikle amplifikatörün çalışmasını veya çıkış sesini etkilemez.

Amplifikatörler hakkında bir sonraki eğitimde, A Sınıfı Amplifikatöre bakacağız. A Sınıfı amplifikatörler, onları ses güç amplifikatörlerinde kullanım için ideal kılan en yaygın amplifikatör çıkış aşaması türüdür.