nickinfo@fibos.cn |
0086 18921011531
الرجاء اختيار لغتك
قائمة المحتوى
● أنواع مضخمات الإشارة الصغيرة
● تطبيقات مضخمات الإشارة الصغيرة
● خاتمة
>> 1. ما هو الفرق بين مضخم إشارة صغير ومكبر للصوت؟
>> 2. كيف يؤثر التحيز على مضخمات الإشارة الصغيرة؟
>> 3. ما هي أنواع الترانزستورات التي تستخدم عادة في مضخمات الإشارة الصغيرة؟
>> 4. هل يمكن استخدام مضخمات الإشارة الصغيرة في تطبيقات التردد العالي؟
>> 5. ما هو الدور الذي تلعبه ردود الفعل في مضخمات الإشارة الصغيرة؟
يعد مضخم إشارة صغير مكونًا أساسيًا في الدوائر الإلكترونية ، وتم تصميمه على وجه التحديد لتضخيم الإشارات الضعيفة التي عادة ما تكون صغيرة في السعة. هذه المضخمات محورية في مجموعة واسعة من التطبيقات ، من الأجهزة الصوتية إلى اتصالات الترددات الراديوية. يستكشف هذا المقال مفهوم مضادات الإشارة الصغيرة ، تشغيلها ، اعتبارات التصميم والتطبيقات ، توفر فهمًا شاملاً لأهميتها في الإلكترونيات الحديثة.
يتم استخدام مضخمات الإشارة الصغيرة لتضخيم الإشارات التي تكون صغيرة نسبة إلى نقطة التحيز DC. يشير المصطلح 'إشارة صغيرة ' إلى أن إشارات AC الإدخال بسيطة بدرجة كافية بحيث يمكن تحليل مكبر الصوت باستخدام التقديرات الخطية. هذه الخاصية أمر بالغ الأهمية للحفاظ على سلامة الإشارة مع تعزيز سعةها.
- العملية الخطية: تعمل مضخمات الإشارة الصغيرة داخل منطقة خطية حيث يكون الناتج يتناسب بشكل مباشر مع المدخلات.
- مستويات إشارة الدخل المنخفضة: تم تصميمها للتعامل مع إشارات الإدخال عادة في نطاق microvolt ، مما يجعلها مثالية للتطبيقات مثل مخرجات المستشعر وإشارات الصوت.
- التحيز: التحيز المناسب ضروري لضمان بقاء مكبر الصوت في منطقة التشغيل الخطية ، مما يمنع التشويه وضمان تضخيم مستقر.
يمكن تصنيف مضخمات الإشارة الصغيرة بناءً على تكوينها وتطبيقها:
- مضخم الثمن الشائع: يستخدم هذا التكوين على نطاق واسع لتضخيم الجهد ، ويوفر مكاسب عالية ويوجد عادة في تطبيقات الصوت.
- مضخم جامع شائع (أتباع باعث): يستخدم في المقام الأول لمطابقة المعاوقة ، ويوفر هذا التكوين مقاومة إخراج منخفضة.
- مضخم قاعدة شائع: على الرغم من أنه أقل شيوعًا ، فإن هذا النوع يوفر أداءً عالي التردد ويتم استخدامه في تطبيقات RF محددة.
يمكن فهم تشغيل مضخم إشارة صغير من خلال تقنيتي التحليل الرئيسية: تحليل DC وتحليل التيار المتردد.
في تحليل العاصمة ، يتم تحليل الدائرة مع إيقاف تشغيل جميع مصادر التيار المتردد (تم استبدالها بمقاوماتها الداخلية). تحدد هذه العملية نقطة الهادئة (Q-point) التي تتقلب حولها الإشارات الصغيرة. تعتبر نقطة Q أمرًا بالغ الأهمية لأنها تحدد حالة تشغيل مكبر الصوت.
بمجرد إنشاء نقطة Q ، يمكن إجراء تحليل التيار المتردد. يتضمن ذلك تطبيق إشارة AC صغيرة وتحليل كيفية تأثيرها على سلوك الدائرة. تشمل المعلمات الرئيسية التي تم تقييمها خلال هذا التحليل:
- ربح الجهد ($ A_V $): نسبة جهد الإخراج إلى جهد الإدخال.
- مقاومة الإدخال والمخرجات: مهم لتحديد مدى واجهات مضخم الصعود مع مكونات الدائرة الأخرى.
عند تصميم مضخم إشارة صغير ، يجب النظر في عدة عوامل:
- اختيار المكون: يتم استخدام الترانزستورات (BJT أو FET) بشكل شائع للتضخيم. يعتمد الاختيار على الخصائص المطلوبة مثل الكسب وعرض النطاق الترددي.
- شبكة التحيز: تضمن شبكة التحيز المناسبة أن يعمل الترانزستور في منطقته النشطة ، مما يوفر تضخيمًا مستقرًا.
- آليات التغذية المرتدة: يمكن استخدام ردود فعل سلبية لتحسين الخطية وعرض النطاق الترددي مع تقليل التشويه.
تلعب تقنيات التحيز دورًا حاسمًا في ضمان عمل الترانزستورات بكفاءة ضمن النطاقات المطلوبة. تشمل الطرق الشائعة:
- تحيز مقسم الجهد: يستخدم مقاومات وضع جهد مستقر في قاعدة BJT أو بوابة FET.
- تحيز باعث: ينطوي على وضع المقاومات في سلسلة مع الباعث لتحقيق الاستقرار في نقاط التشغيل ضد الاختلافات في درجة الحرارة أو المعلمات الترانزستور.
تعمل مكبرات الصوت الصغيرة في المقام الأول في ثلاث مناطق:
1. المنطقة النشطة: يعمل الترانزستور بشكل طبيعي ، مما يسمح بالتضخيم.
2. منطقة القطع: الترانزستور غير موصل. لا يحدث أي تضخيم.
3. منطقة التشبع: ترانزستور يدير بالكامل ؛ على الرغم من أنه يمكن تضخيمه ، إلا أنه قد يقدم أيضًا تشويهًا إن لم يتم إدارته بشكل صحيح.
تجد مضخمات الإشارة الصغيرة تطبيقات عبر مختلف المجالات:
- معدات الصوت: تستخدم في الميكروفونات ومضادات الضيوف لزيادة إشارات الصوت الضعيفة قبل مزيد من المعالجة.
- أنظمة الاتصالات: ضرورية في مكبرات الصوت RF لتعزيز الإشارات الضعيفة المستلمة من الهوائيات.
- الأجهزة: تستخدم في أجهزة الاستشعار وأجهزة القياس لتضخيم الإشارات ذات المستوى المنخفض للقراءات الدقيقة.
1. الميكروفونات والأجهزة الصوتية:
- مضخمات الإشارة الصغيرة جزء لا يتجزأ من الميكروفونات حيث تضخيم موجات صوتية صغيرة في إشارات كهربائية قابلة للاستخدام.
- يتم استخدامها أيضًا في وحدات التحكم في خلط الصوت لضمان الوضوح والحجم قبل مراحل الإخراج النهائية.
2. الاتصالات RF:
- في أجهزة الاستقبال الراديوية ، تعمل مكبرات الصوت الصغيرة على تعزيز الإشارات الواردة الضعيفة التي تم التقاطها بواسطة الهوائيات.
- فهي تساعد في الحفاظ على سلامة الإشارة على مسافات طويلة عن طريق تعزيز الإشارات الضعيفة قبل مزيد من المعالجة أو مراحل التعديل.
3. الأدوات الطبية:
- في التشخيصات الطبية ، تعمل مكبرات الصوت الصغيرة على تعزيز القراءات من أجهزة الاستشعار التي تكتشف التغيرات الفسيولوجية (على سبيل المثال ، آلات ECG).
- أنها تضمن مراقبة دقيقة عن طريق تضخيم إشارات بيولوجية منخفضة المستوى لتحليل أفضل.
في حين أن مضخمات الإشارة الصغيرة فعالة للغاية ، فإنها تواجه بعض التحديات:
- تداخل الضوضاء: يمكن تضخيم الإشارات الضعيفة أيضًا تضخيم الضوضاء الموجودة في النظام ، مما يؤدي إلى مخرجات مشوهة.
- اختلافات درجة الحرارة: يمكن أن تؤثر التغيرات في درجة الحرارة على خصائص الترانزستور ، مما يؤدي إلى اختلافات في المكسب والاستقرار.
- تقلبات تزويد الطاقة: يمكن أن تؤثر التقلبات في إمدادات الطاقة على الأداء ؛ وبالتالي ، يتم استخدام إمدادات الطاقة الخاضعة للتنظيم.
مع تقدم التكنولوجيا ، تستمر مضخمات الإشارة الصغيرة في التطور مع اتجاهات مثل:
- التكامل مع الأنظمة الرقمية: ينتهي تكامل الأمامية التناظرية مع وحدات المعالجة الرقمية يعزز الأداء والوظائف.
- التصغير: تسمح المكونات الأصغر بتصميمات أكثر إحكاما دون المساس بالأداء.
- زيادة عرض النطاق الترددي: يتطلب الطلب على معدلات البيانات المرتفعة مكبرات الصوت القادرة على التعامل مع نطاقات التردد الأوسع بكفاءة.
تلعب مضخمات الإشارة الصغيرة دورًا حيويًا في الإلكترونيات الحديثة من خلال تمكين تضخيم الإشارات الضعيفة دون تغيير خصائصها بشكل كبير. يساعد فهم تشغيلهم واعتبارات التصميم والتطبيقات المهندسين على إنشاء أنظمة إلكترونية فعالة قادرة على التعامل مع مختلف المهام عبر صناعات متعددة. مع تقدم التكنولوجيا ، ستستمر هذه المضخمات في التكيف والتحسن ، مما يضمن أهميتها في التصميمات الإلكترونية المستقبلية.
تم تصميم مضخم إشارة صغير لتضخيم الإشارات ذات المستوى المنخفض دون التأثير بشكل كبير على خصائصها ، في حين أن مضخم الطاقة يزيد من مستوى الطاقة للإشارة لدفع الأحمال مثل مكبرات الصوت أو المحركات.
يحدد التحيز نقطة Q من مكبر للصوت ، مما يضمن عمله داخل منطقتها الخطية. يمنع التحيز المناسب التشويه ويسمح بالتضخيم الأمثل لإشارات الإدخال.
تُستخدم ترانزستورات الوصلات ثنائية القطب (BJTS) وترانزستورات التأثير الميداني (FETS) بشكل شائع نظرًا لقدرتها على توفير مكاسب كافية مع الحفاظ على الخطية.
نعم ، تم تصميم بعض التكوينات مثل مكبرات الصوت القاعدة الشائعة خصيصًا للتطبيقات عالية التردد ، مما يوفر أداءً جيدًا في نطاقات RF.
يمكن أن تعزز التغذية المرتدة الاستقرار ، وتقليل التشويه ، وتحسين النطاق الترددي من خلال السماح بالتعديلات على أساس ظروف الإخراج بالنسبة لإشارات الإدخال.
[1] https://www.raypcb.com/small-signal-amplifier/
[2] https://electronics.stackexchange.com/questions/598748/small-signals-and-large-signals-tirlology-models-and-mlifiers
[3] https://www.edaboard.com/threads/small-signals-and-large-signals-therminology-models-and-mlifiers.400578/
[4] https://vtechworks.lib.vt.edu/server/api/core/bitstreams/b08b0374-fc5f-4114-b744-fa71385a6f1f/content
[5] https://www.everythingrf.com/community/what-is-small-signal-gain
[6] https://www.youtube.com/watch؟v=wgokpf8lka8
[7] https://www.aigtek.cn/solution/list_16.html
[8] https://www.nxp.com/docs/en/application-note/an215a.pdf
[9] https://www.electronics-tutorials.com/amplifiers/small-signal-amplifiers.htm
[10] https://eng.libretexts.org/bookshelves/electrical_engineering/electronics/semicuncuritor_devices_-_theory_and_application_(fiore)/07:_BJT_SMALL_SIGNAL_MPLISTIERS
