Galingumo ir įtampos stiprintuvų skirtumai

Stiprintuvai – tai elektroniniai grandynai, kurie padidina signalų stiprumą. Yra šimtai stiprintuvų dizainų – nuo paprastų vieno tranzistoriaus schemų iki sudėtingų skaitmeninių sistemų. Galingumo (galios) stiprintuvas ir įtampos stiprintuvas atlieka skirtingus uždavinius, todėl svarbu suprasti jų skirtumus ir taikymo sritis, kad galėtumėte pasirinkti tinkamiausią modelį savo projektui.

Įtampa ir galia

Grandinės įtampa – tai energija, kuri verčia elektros krūvius judėti laiduose ir komponentuose. Vienas voltas yra standartinė įtampos matavimo vienetas, apibrėžtas kaip potencialo skirtumas, sukeliantis srovės tekėjimą vieną amperą per vieną oma.

Kai įtampą padauginame iš srovės, gauname galią, išreikštą vatais: vienas vatas lygu vienam voltui, padaugintam iš vieno ampero. Galia nurodo, kiek energijos grandinė per sekundę perduoda – kuo didesnė įtampa ir srovė, tuo didesnė galia.

Stiprintuvų pagrindai

Stiprintuvą galima įsivaizduoti kaip vožtuvą, kurį valdo įėjimo signalas. Kai signalo bangos amplitudė auga, vožtuvas, prijungtas prie nepriklausomos maitinimo įtampos, atsidaro ir perduoda daugiau įtampos į išėjimą. Kai amplitudė mažėja, vožtuvas užsidaro, o išėjime matome mažesnę įtampą. Išėjimo signalas yra proporcingas įėjimo signalui, bet padidintas.

Naudojame stiprintuvą, kad padidintume silpną įėjimo signalą. Jei signalo galia yra maža, pasirenkame galios (galingumo) stiprintuvą. Jei reikia tik padidinti įtampą, naudojamas įtampos stiprintuvas.

Galia, efektyvumas ir šiluma

Jokio stiprintuvo efektyvumas nėra 100 %, todėl dalis energijos virsta šiluma. Skirtingų tipų stiprintuvų efektyvumas svyruoja nuo maždaug 20 % iki 90 % ar net daugiau. Pavyzdžiui, 80 % efektyvumo stiprintuvas, suvartojantis 100 W, šilumos forma išskiria 20 W.

Ši problema ypač aktuali galios stiprintuvams, kurie naudoja didelius komponentus, aušinimo ventiliatorius ir kitas priemones, kad išvengtų perkaitimo.

Komponentai

Paprastą stiprintuvą sudaro tranzistorius, keli rezistoriai ir kondensatoriai. Kai kuriose schemose naudojamos vakuuminės lempos – jos gali veikti kaip galios, tiek įtampos stiprintuvai.

Operaciniai stiprintuvai (op‑amp) – integruoti grandynai, puikiai tinka įtampos stiprinimui, bet yra per maži efektyviam galios stiprinimui. Galios stiprintuvai naudoja didelius tranzistorius ir kitus komponentus, galinčius atlaikyti didelę šilumą. Tokie tranzistoriai dažnai yra įmontuoti į metalines korpusų dėžutes, kurios gerai šilumą šaldo. Įtampos stiprintuvų tranzistoriai dažniausiai yra mažesni, plastikiniai ir veikia kambario temperatūroje.

Didinimas (Gain)

Visi stiprintuvai pasižymi tam tikru didinimu – arba stiprinimo koeficientu. Pavyzdžiui, 100 kartų didinimo (gain = 100) įtampos stiprintuvas iš 10 mV įėjimo suteiks 1 V išėjimą.

Didinimas matuojamas decibelais (dB): dB = 10 · log10(gain). 100 × didinimo log10 yra 2, todėl 2 · 10 = 20 dB. Galios stiprintuvų didinimą dažniausiai nurodo maksimaliausią išvesties galią, kurią matuoja RMS (vidutinė kvadratinė šaknis), vidutinė ir pikų vertės. RMS suteikia patikimą informaciją apie nuolatinį išėjimą, o pikų galia rodo trumpalaikį maksimumą.

Taikymo sritys

Didžiausia dalis galios stiprintuvų naudojama garsiakalbių ir ausinių valdymui – norint pasiekti patogų klausymosi lygį, reikia pakankamos galios. Radijo siųstuvai taip pat naudoja galios stiprintuvus, kad signalas būtų pakankamai stiprus transliacijos antenai.

Įtampos stiprintuvai puikiai tinka labai silpnų signalų stiprinimui, tačiau jie neturi pakankamos galios garsiakalbiams valdyti. Mobiliajame telefone yra du stiprintuvai: įtampos stiprintuvas, gaunantis mobiliojo ryšio signalus, ir galios stiprintuvas, valdantis telefono garsiakalbį. Analogiškai stereo imtuvas taip pat turi abu stiprintuvus.