راهنمای به حداقل رساندن اعوجاج در تقویت‌کننده‌های ترانزیستوری

تصور کنید که زمان و منابع قابل توجهی را در انتخاب یک سیستم صوتی برتر سرمایه گذاری کنید، پیش بینی یک تجربه موسیقی عمیق.صدا به نظر می رسد خفه شده است، به نظر می رسد که از طریق شیشه ی یخ زده شنیده می شوداین تجربه ناامید کننده اغلب ناشی از یک عامل پنهان است: تحریف تقویت کننده.

به عنوان جزء اصلی تجهیزات صوتی، تقویت کننده ها برای تقویت سیگنال های صوتی ضعیف به سطوح کافی برای رانندگی بلندگوها استفاده می شوند.هنگامی که یک تقویت کننده قادر به بازتولید دقیق سیگنال ورودی نباشد، حتی بهترین منابع صوتی و بلندگوها نمی توانند عملکرد مطلوبی داشته باشند. تحریف تقویت کننده به عنوان یک مانع در مسیر سیگنال صوتی عمل می کند و مانع از توانایی ما در شنیدن موسیقی خالص و معتبر می شود.

تحریف تقویت کننده اساساً نشان دهنده تفاوت بین سیگنال های خروجی و ورودی است، از دست دادن یکپارچگی سیگنال اصلی است. یک تقویت کننده ایده آل باید به عنوان یک آینه کامل عمل کند.با دقت تقویت سیگنال ورودی بدون تغییر ویژگی های آندر واقع، عوامل مختلف به طور اجتناب ناپذیری تحریف ایجاد می کنند، تغییر سیگنال خروجی.

به طور دقیق تر، تحریف تقویت کننده به عنوان تغییرات در دامنه سیگنال، پاسخ فرکانس و روابط فاز ظاهر می شود. خروجی تحریف شده ممکن است حاوی اجزای فرکانسی باشد که از ورودی غایب هستند،نسبت آمپلیتود تغییر یافته، یا روابط فاز اصلاح شده ٬ همه کیفیت صوتی را کاهش می دهد.

تحریف کیفیت صوتی را از طریق مکانیسم های متعدد تحت تاثیر قرار می دهد:

• وضوح و جزئیات کاهش یافته:تفاوت های صوتی را پنهان می کند و تولید غیب و مبهم ایجاد می کند.
• صداي تغيير يافته:صداها رو غیرطبیعی یا خشن جلوه میده
• توليد هارمونيک:هارمونيک هاي بيگانه اي رو وارد ميکنه که محتوای سيگنال اصلي رو پنهان ميکنه
• محدوده پویا فشرده شده:تغییر حجم را محدود می کند و بیان موسیقی را کاهش می دهد.
• خستگی شنوایی:قرار گرفتن طولانی مدت در معرض تحریف شدید ممکن است باعث تنش گوش یا آسیب شنوایی شود.

تحریف را می توان بر اساس چندین معیار طبقه بندی کرد:

• طبق نوع تحریف:دامنه، فرکانس، فاز، هارمونیک، انحراف متقابل.
• با علت:تعصب، اضافه بار، غير خطي، تحريف گذرا
• با اثر ادراکی:برش، قطع، عبور، تحریف هارمونیک.

تقویت کننده های ترانزیستور نیاز به تعصب مستقیم DC مناسب دارند که مشابه یک "خط شروع" است که وضعیت عملیاتی ترانزیستور را تعیین می کند. تعصب نادرست از تقویت چرخه کامل سیگنال جلوگیری می کند،که باعث کاهش شکل موج می شود.

• تعصب کم:باعث انحراف قطع می شود جایی که بخش هایی از سیگنال از بین می روند، تولید صداهای حفره ای با کمبود باس.
• تعصب بیش از حد:ترانزیستورها رو به حالت اشباع میاره و باعث ایجاد انحراف در برش با محتوای هارمونیک غیرطبیعی میشه
• تعصب ناپایدار:حرکت ولتاژ از تغییرات دما باعث عملکرد ناسازگار می شود.

هنگامی که سیگنال های ورودی از ظرفیت ولتاژ یا جریان یک تقویت کننده فراتر می روند، شکل موج خروجی مانند آب که از یک لوله مسدود می شود، قطع می شود.

• قطع ولتاژ:وقتی که ورودی از محدودیت ولتاژ منبع برق فراتر رود رخ می دهد.
• برش فعلی:وقتی که برق تقاضا شده از ظرفیت خروجی بیشتر بشه اتفاق می افته

در حالی که تقویت کننده های ایده آل به طور مداوم در فرکانس ها افزایش می یابند، اجزای دنیای واقعی رفتار غیر خطی را نشان می دهند:

• عدم خطی بودن ترانزیستور:روابط جریان و ولتاژ از خطی بودن منحرف می شوند، به ویژه با سیگنال های بزرگ.
• پاسخ فرکانس قطعات:مقاومت ها، خازن ها و محرک ها مانع وابسته به فرکانس را نشان می دهند.
• عناصر انگل:ظرفیت های منحرف و محرک ها پاسخ فرکانس را تغییر می دهند.

شایع ترین نوع تحریف، که زمانی رخ می دهد که نسبت دامنه خروجی از ورودی متفاوت باشد.

زمانی رخ می دهد که سیگنال های ورودی از ظرفیت ولتاژ / جریان تقویت کننده بیشتر باشد و قله های موج را صاف کند.

• علل:آمپلت سيگنال ورودي زيادي
• اثر:صداي خشن و غير طبيعي با هارمونيک هاي برجسته

بر تقویت کننده های کلاس AB در نزدیکی عبور صفر سیگنال به دلیل عدم خطی بودن ترانزیستور تاثیر می گذارد.

• علل:عملیات ترانزیستوری غیرخطی در اطراف نقاط انحراف
• اثر:بافت دانه دار با جزئیات از دست رفته

تقویت نامناسب در فرکانس ها باعث ایجاد عدم تعادل تن می شود.

• علل:مشخصات فرکانس اجزا، عناصر انگل.
• اثر:محدوده فرکانس های اغراق آمیز یا تضعیف شده

اضافه کردن فرکانس های چند عددی به سیگنال اصلی.

• علل:عدم خطي بودن تقویت کننده
• اثر:صدای خشن و غیر طبیعی

نقاط انحراف را در نزدیکی مراکز خطوط بار با استفاده از:

• محاسبات دقیق مقاومت انحراف
• مدارهای تثبیت ولتاژ

از طریق:

• تنظیم سود ورودی
• شبکه های خفیف کننده
• کنترل قدرت اتوماتیک

قطعات با:

• ترانزیستورهای خطی بالا
• جفت دستگاه های مطابقت یافته
• اجزای غیرفعال کم سر و صدا

برخی از زمینه های موسیقی عمداً از تحریف برای اثر هنری استفاده می کنند:

کندهای خفیف، صدای گیتاری قوی و پر هماهنگی را ایجاد می کنند که بسیاری از نوازندگان آن را دوست دارند.

اشباع شدید باعث می شود محتوای پرخاشگرانه و با ارتفاع هارمونی برای موسیقی صنعتی و تجربی ایجاد شود.

درک مکانیسم های تحریف تقویت کننده هم به حداقل رساندن آن برای بازتولید با دقت بالا و هم کاربرد استراتژیک برای طراحی صدا خلاق را امکان پذیر می کند.پیشرفت های تکنولوژیکی در حال انجام، خطی بودن تقویت کننده را بهبود می بخشد، وعده بازتولید صوتی دقیق تر.