Pojačavač

Unutrašnji prikaz integrisanog audio pojačala Mišon Sajrus 1 Haj-faj (1984)^[1]

Pojačavač je uređaj koji povećava amplitudu neke fizičke veličine, obično napona ili struje. Termin se može koristiti i za pojačavače sile, pritiska, i drugih veličina. Svima je zajedničko da imaju određeni propusni opseg i pojačanje. Obično postoji kompromis između propusnog opsega i pojačanja, zbog praktičnih osobina komponenti, i zbog nastojanja da se šum svede na minimum.

Pojačalo snage zvuka (ili pojačalo snage) je elektronsko pojačalo koje pojačava elektronske audio signale male snage kao što je signal iz radio prijemnika ili električne gitare do nivoa koji je dovoljno visok za upravljanje zvučnicima ili slušalicama. Pojačala audio snage su prisutna u svim vrstama zvučnih sistema, uključujući pojačanje zvuka, sisteme za razglas i kućne audio sisteme i pojačala za muzičke instrumente poput gitarskih pojačala. To je poslednja elektronska faza u tipičnom lancu za reprodukciju zvuka pre nego što se signal pošalje na zvučnike.

Prethodeće faze u takvom lancu su audio pojačala male snage koja izvršavaju zadatke poput predpojačanja signala (ovo je posebno povezano sa zapisima gramofona, signalima mikrofona i signalima električnih instrumenata sa instrumenata, poput električne gitare i električnog basa), izjednačavanje (npr. podešavanje basa i visokih tonova), kontrole tona, mešanje različitih ulaznih signala ili dodavanje elektronskih efekata kao što je reverb. Ulazi takođe mogu biti bilo koji broj izvora zvuka, poput uređaja za reprodukciju zapisa, CD plejera, digitalnih audio uređaja i kasetofona. Većina pojačala snage zvuka zahteva ove ulaze niskog nivoa, koji su na linijskom nivou.

Istorija[uredi | uredi izvor]

Pojačalo zvuka izumeo je Li de Forest oko 1912. godine, što je omogućio izumom prve praktične pojačavajuće električne komponente, triodne vakuumske cevi (ili valve na britanskom engleskom) 1907. godine. Trioda je bila trokraki uređaj sa kontrolnom mrežom koja može da modulira protok elektrona od niti do ploče. Triodno vakuumsko pojačalo korišćeno je za izradu prvog AM radija.^[2] Rani audio pojačavači snage bili su zasnovani na vakuumskim cevima i neki od njih postigli su izuzetno visok kvalitet zvuka (npr. Vilijamsonovo pojačalo iz 1947–9).

Pojačala za audio snage zasnovana na tranzistorima postala su praktičnim sa širokom dostupnošću jeftinih tranzistora krajem 1960-ih. Od 1970-ih, većina modernih pojačavača zvuka zasniva se na poluprevodničkim tranzistorima, posebno na bipolarnom spojnom tranzistoru (BJT) i tranzistoru efekta polja metal-oksidnog-poluprovodnika (MOSFET). Pojačala na bazi tranzistora su manje težine, pouzdanija i zahtevaju manje održavanja od cevnih pojačala.

MOSFET, koji su izmislili Mohamed Atala i Devon Kan u preduzeću Bel Labs 1959. godine,^[3] adaptirao je u MOSFET snage za zvuk Jun-iči Nišizava na Univerzitetu Tohoku 1974. godine.^[4] Jamaha je ubrzo proizvodila MOSFET-e snage za svoja haj-faj audio pojačala. JVC, Pioneer Corporation, Sony i Toshiba takođe su započeli proizvodnju pojačala sa MOSFET-ovima snage 1974.^[4] Godine 1977, Hitači je predstavio LDMOS (lateralno difuzni MOS), tip MOSFET-a snage. Hitači je bio jedini proizvođač LDMOS-a između 1977. i 1983. godine, a za to vreme LDMOS je korišćen u pojačivačima audio snage proizvođača kao što su HH Electronics (V-serija) i Ashly Audio, a korišćeni su za muziku i sisteme razglasa.^[4] Pojačala klase D postala su uspešna sredinom 1980-ih kada su postali dostupni jeftini MOSFET-ovi sa brzim prebacivanjem.^[5] Mnoga tranzistorska pojačala koriste MOSFET uređaje u svojim sekcijama snage, jer je njihova kriva izobličenja sličnija cevnoj.^[6]

Pojačalo[uredi | uredi izvor]

Tranzistori i brojni drugi elektronski aktivni elementi mogu se sami za sebe smatrati upravljanim elektronskim sklopkama. Propustnom polarizacijom baze tranzistora kao što je to prikazano na slici tranzistor postaje provodljiv i propušta električnu struju kroz opterećenje izvedeno u obliku sijalice.

Dizajn pojačala tranzistora

Zamenom sijalice opteretnim otporom i dovođenjem na ulaz naizmeničnog električnog napona, tranzistor i dalje može da provodi struju samo u jednom smeru pojačavajući samo jednu, pozitivnu, poluperiodu naizmeničnog ulaznog signala. Kako svaki aktivni elektronični element mora simetrično da pojačava obe poluperiode električnog signala, dovodi mu se u tu svrhu određeni prednapon (elektronska cev ili unipolarni tranzistor), odnosno struja baze (bipolarni tranzistor). Na taj se način radna tačka tranzistora postavlja u radno područje koje se nalazi negde na sredini prenosne karakteristike, između zapornog područja i zasićenja. Slika 3 (gore) pojednostavljeno prikazuje elektronični sklop gde tranzistor može pojačati obe poluperiode električnog signala. Slike 4 i 5 (gore) prikazuju još dve izvedbe dovođenja struje baze bipolarnom tranzistoru radi postavljanja radne tačke u poželjan položaj. Izvedba na slici 5 je svakako daleko povoljnija, jer postiže i toplotnu stabilizaciju kolektorske struje tranzistora.

Vrste pojačala[uredi | uredi izvor]

Pojačala koja služe reprodukciji signala čujnog, tonfrekvencijskog, područja mogu se podeliti na niskofrekventna pretpojačala čiji je zadatak da uz što niži šum naponski pojačaju tonski signal iz mikrofona, magnetske zvučnice gramofona ili tonske glave magnetofona u električni signal podobnih karakteristika za pobudu pretpojačala s tonskim korektorima ili niskofrekventnog pojačala snage koje na kraju elektroakustičkog lanca reprodukcije treba pobuditi zvučnik na reprodukciju zvuka. Pojačala mogu biti izvedena kao pojačala s pojačanjem analognog električnog signala uz ugradnju elektronskih cevi, bipolarnih ili unipolarnih tranzistora te različitih integriranih krugova. Pojačala, međutim, mogu biti izvedena i kao digitalni uređaji gde se električni signal procesuje u digitalnom obliku.

Pojačalo s jednim tranzistorom[uredi | uredi izvor]

Pojačalo s jednim tranzistorom deluje u osnovi kao pretpojačalo i može se izvesti kao pojačalo u spoju zajedničke baze, kolektora ili emitera gde svaka od spomenutih izvedbi ima neke svoje prednosti i nedostatke. Na prikazanim sklopovima (slike desno) postavljanje radne tačke je u sva tri sklopa izvedeno na jednak način i to pomoću otpora $R_{1}$ , $R_{2}$ i $R_{3}$ , gde otpor $R_{3}$ umanjuje toplotnu zavisnost struje kolektora i određuje, zavisno od spoja, i statičke i dinamičke osobine pojačala (ulazni i izlazni otpor, naponsko pojačanje sklopa). Otpor $R_{4}$ je radni otpor pojačala i određuje radnu tačku pojačala na izlaznoj U/I karakteristici. Otpor $R_{L}$ radni otpor pojačala, odnosno opterećenje. Mesto priključka pobudnog naponskog izvora (generatora napona) je prikazano na svakom od sklopova.

Pojačalo u spoju zajedničke baze[uredi | uredi izvor]

Pojačalo u spoju zajedničke baze ima:

izrazito mali ulazni otpor (u pravilu manji od 10 kOm) te velik izlazni otpor,
strujno pojačanje nešto manje od 1 (tipično 0,99-0,995),
veliko naponsko pojačanje za mali naizmenični signal, koje ostaje konstantno i na visokim frekvencijama tako da se visokofrekventna pojačala rade u pravilu u spoju zajedničke baze.

Pojačalo u spoju zajedničkog kolektora[uredi | uredi izvor]

Pojačalo u spoju zajedničkog kolektora ima:

izrazito velik ulazni otpor (tipično 100 kOm i više) te izrazito mali izlazni otpor (u pravilu manji od 10 kOm),
veliko strujno pojačanje jednako faktoru strujnog pojačanja za mali signal $h_{FE}$ ,
naponsko pojačanje nešto manje od 1 (tipično 0,99-0,999)

Pojačalo u spoju zajedničkog emitera[uredi | uredi izvor]

Pojačalo u spoju zajedničkog emitera je na izvestan način kompromis između pojačala u spoju zajedničke baze i zajedničkog kolektora te se zbog svojih svojstava koristi vrlo često u niskofrekventnim ulaznim stupnjevima pretpojačala i pojačala snage. Za pojačalo u spoju zajedničkog emitara vredi da ono ima:

prihvatljivu veličinu ulaznog otpora (red veličine 1 kOm) i izlaznog otpora,
veliko strujno i zadovoljavajuće naponsko pojačanje za mali signal unutar frekvencijskog područja karakterističnog za spektar frekvencija tonskog signala.

Pojačala s jednim tranzistorom ne udovoljavaju zahtevima visokokvalitetne reprodukcije zvuka te se u niskofrekventnoj tehnici izvode pretpojačala s dva i više tranzistora, gde se samom konstrukcijom pojačala ispunjavaju svi zahtevi u pogledu ulazne i izlazne impedancije, nelinearnih izobličenja i svih drugih parametara pojačala.

Karakteristike pojačala[uredi | uredi izvor]

Karakteristike pojačala, bez obzira da li se radi o analognim ili digitalnim pretpojačalima i pojačalima, trebale bi udovoljavati nizu osnovnih uslova povezanih neposredno s kvalitetom reprodukcije tonskog signala. Pre svega to je linearnost amplitudne, odnosno frekvencijske karakteristike i s njima u vezi linearnih izobličenja pojačala. Pojačala obzirom na svoje izvedbene mogućnosti ne mogu sva frekvencijska područja preneti jednako. Pojačanje pojačala (G, slika desno) u tom smislu ima određen pad u području najnižih i najviših frekvencija. Frekvenciju tonskog signala na kojoj pojačanje pojačala pada za 3 dB naziva se graničnom frekvencijom pojačala, a frekvencijsko područje između tih frekvencija (f1 i f2) prenosnim frekvencijskim područjem pojačala.

Uz uslov da pojačalo pojačava tonske signale svih frekvencija jednoliko, pojačalo mora pojačati signal ne unoseći u spektar tonskog signala neke nove komponente. S jedne strane to su signali smetnji, dakle šuma i neželjenih elektromagnetnih smetnji koji trebaju biti potisnuti najmanje 60 dB ispod nominalnog nivoa tonskog signala. Za profesionalne namene ovi uslovi su i stroži, gde je pojava digitalne obrade i reprodukcije tonskog signala postavila nova i daleko kvalitetnija merila. Uz signale smetnji pojačala unose u spektar tonskog signala i neke nove sadržaje koji su posledica nelinearnosti U/I karakteristike aktivnih elektronskih elemenata. U tom smislu razmatraju se i nelinearna izobličenja pojačala, gde razlikujemo harmonička, intermodulacijska i tranzijentna izobličenja.

Osnovne karakteristike različitih vrsta pojačala opisane su i njihovim ulaznim i izlaznim otporima, odnosno impedancijama, brzinom prenosa signala za slučaj pobude pojačala električnim signalom oblika Hevisajdove step-funkcije te konačno i stabilnošću pojačala u uslovima kapacitivnog ili induktivnog opterećenja.

Važnost[uredi | uredi izvor]

Razvoj pojačala činio je zasigurno važan deo razvoja i popularizacije elektronike kao grane elektrotehnike, gde su na temelju prvih jednostavnijih sklopova stvoreni sve složeniji, savremeniji, manji, jeftiniji i efikasniji elektronski sklopovi na svim područjima elektronike.

Kontrola pojačanja[uredi | uredi izvor]

Tradicionalno, kontrola pojačanja niskofrekventnih pojačavača se izvodila potenciometrom. Noviji uređaji mogu imati i digitalne atenuatore (oslabljivače signala) povezane sa optičkim enkoderima za očitavanje željenog nivoa signala.

Za mijenjanje pojačanja visokofrekventnih pojačavača, postoje razne metode. Često se mijenja sprega između oscilatornih kola, koriste se filteri i slično.

Podela[uredi | uredi izvor]

U elektronici i elektrotehnici, postoji više podjela.

Po fizičkoj veličini koja se pojačava, pojačavač može biti:

Po načinu rada komponenti za pojačavanje, pojačavač može biti:

Po aktivnim komponentama pojačavača:

Pojačavač sa bipolarnim tranzistorima
Pojačavač sa tranzistorima sa efektom polja
Pojačavač sa elektronskim cijevima
Pojačavač sa operacionim pojačavačima

Po pasivnim komponentama pojačavača:

Po frekventnom opsegu za pojačavanje:

Postoje i dalje podjele, zavisno od specifične namjene pojačavača.

Reference[uredi | uredi izvor]

^ „1 – Integrated Amplifier (All Versions)”. Arhivirano iz originala 2011-04-24. g. Pristupljeno 2011-01-16. Cyrus Audio: Product Archive: Cyrus One
^ The Transistor in a Century of Electronics. nobelprize.org
^ „Rethink Power Density with GaN”. Electronic Design. 21. 4. 2017. Pristupljeno 23. 7. 2019. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
^ ^a ^b ^v Duncan, Ben (1996). High Performance Audio Power Amplifiers. Elsevier. str. 177–8, 406. ISBN 9780080508047.
^ Duncan, Ben (1996). High Performance Audio Power Amplifiers. Newnes. str. 147—148. ISBN 9780750626293.
^ Fliegler, Ritchie; Eiche, Jon F. (1993). Amps! The Other Half of Rock 'n' Roll. Hal Leonard Corporation. ISBN 9780793524112.

Literatura[uredi | uredi izvor]

Basic Audio & Video Systems, D. Harvey, Mohawk College, Hamilton, Ontario, pp. 61 do 83.
Jelaković T. “Tranzistorska audiopojačala”, Školska knjiga, 1973.
Somek. B. “Elektroakustika”, Tehnička enciklopedija, Jugoslavenski Leksikografski Zavod, 1973.
Stuart J.R. “An approach to audio amplifier design”, Wireless World, August 1973

Spoljašnje veze[uredi | uredi izvor]

Duncan's amp pages: information about valve (tube) guitar amplifiers
List of books about guitar amplifiers and guitar amplifier tone
Tons of Tones, a website for guitar amplifier modelling on digital multi-effect units Arhivirano na sajtu Wayback Machine (31. avgust 2011)

[1] „1 – Integrated Amplifier (All Versions)”. Arhivirano iz originala 2011-04-24. g. Pristupljeno 2011-01-16. Cyrus Audio: Product Archive: Cyrus One

[2] The Transistor in a Century of Electronics. nobelprize.org

[3] „Rethink Power Density with GaN”. Electronic Design. 21. 4. 2017. Pristupljeno 23. 7. 2019. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

[Duncan177-4] v Duncan, Ben (1996). High Performance Audio Power Amplifiers. Elsevier. str. 177–8, 406. ISBN 9780080508047.

[5] Duncan, Ben (1996). High Performance Audio Power Amplifiers. Newnes. str. 147—148. ISBN 9780750626293.

[6] Fliegler, Ritchie; Eiche, Jon F. (1993). Amps! The Other Half of Rock 'n' Roll. Hal Leonard Corporation. ISBN 9780793524112.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

Normativna kontrola
Državne	Francuska BnF podaci
Ostale	Enciklopedija Britanika