Versterkers zijn elektronische circuits die de sterkte van signalen vergroten. Er bestaan honderden versterkerontwerpen, variërend van eenvoudige circuits met enkele transistor tot uitgebreide digitale systemen. Een eindversterker en een spanningsversterker vertegenwoordigen twee ontwerpen die signalen op verschillende manieren versterken. Door het verschil tussen spanning en vermogen en hun toepassingen te begrijpen, kunt u het juiste versterkertype voor een project selecteren.
Spanning en vermogen
De spanning van een circuit is de energie achter elektrische ladingen die door draden en componenten stromen. De volt is de standaardeenheid van spanning, gedefinieerd als het potentiële energieverschil over een weerstand van één ohm, die een stroom van één ampère produceert. Hoe groter de energie, hoe hoger de spanning. Als je de spanning vermenigvuldigt met de stroom, krijg je het vermogen van de schakeling, uitgedrukt in watt: één watt is één volt maal één ampère. Vermogen is de snelheid waarmee een circuit energie levert - circuits die meer spanning en stroom verwerken, produceren meer watt vermogen.
Versterkerconcepten
Je kunt een versterker zien als een klep die wordt bestuurd door een ingangssignaal. Naarmate de curve van de signaalgolf toeneemt, opent een klep die is aangesloten op een onafhankelijke voedingsspanning, waardoor meer van de spanning naar de uitgang wordt geleid. Wanneer de golf afneemt, sluit de klep en ziet de uitgang minder spanning. De output, hoewel proportioneel groter, is een spiegelbeeld van de input. Je gebruikt een versterker om de spanning of het vermogen van een zwak ingangssignaal te verhogen. Als het signaal zwak is, gebruik je een eindversterker. Als de spanning klein is, vermenigvuldig je deze met een spanningsversterker.
Vermogen, efficiëntie en warmte
Omdat geen enkel circuit 100 procent efficiënt is, verspilt een versterker een deel van zijn vermogen als warmte. Het rendement van verschillende versterkerontwerpen varieert van ongeveer 20 procent tot 90 procent of beter; een versterker met een efficiëntie van 80 procent die 100 watt verbruikt, verspilt 20 watt aan warmte. Hoewel spanningsversterkers dit probleem ook hebben, is het een groter probleem bij eindversterkers. Een eindversterker maakt gebruik van robuuste componenten, koelventilatoren en andere strategieën om oververhitting te voorkomen.
Componenten
Een transistor gecombineerd met enkele weerstanden en condensatoren fungeert als een eenvoudige versterker. Sommige circuits gebruiken vacuümbuizen voor stroom- of spanningsversterking. Operationele versterkers, of op-amps, zijn geïntegreerde schakelingen die uitstekende spanningsversterkers maken; ze zijn echter te klein om goede eindversterkers te zijn. Eindversterkers gebruiken grote transistors en andere componenten om de extra warmte aan te kunnen zonder te verbranden. Vermogenstransistors worden geleverd in stevige metalen behuizingen die warmte wegleiden van het apparaat. Spanningsversterkers gebruiken kleinere, plastic transistors die op kamertemperatuur werken.
Krijgen
Alle versterkers bieden een bepaalde hoeveelheid versterking of versterkingsfactor. Een spanningsversterker met een versterking van 100 produceert bijvoorbeeld een uitgang van 1 volt voor een ingang van 10 millivolt. Versterking wordt ook gemeten in decibel of dB's; de decibelwaarde is het gemeenschappelijke logboek van de versterkingsfactor vermenigvuldigd met 10. Het gemeenschappelijke logboek van 100 is 2; vermenigvuldigen met 10 geeft je 20 dB. Hoewel eindversterkers ook versterking hebben, beoordelen ontwerpers ze meestal op hun maximale uitgangsvermogen. Hier is de "root mean square", of RMS-classificatie, de meest conservatieve waarde, gevolgd door gemiddelde en piek. De RMS-classificatie geeft u een duidelijk beeld van de output van de versterker gedurende enkele minuten; de piekwaardering is een maat voor het tijdelijke vermogen.
Toepassingen
De meeste eindversterkers sturen luidsprekers en hoofdtelefoons aan, omdat er vermogen nodig is om luidsprekers naar een comfortabel luisterniveau te sturen. Radiozenders gebruiken ook eindversterkers om een sterk signaal naar de zendantenne te sturen. Spanningsversterkers werken het beste om zeer zwakke signalen te versterken; ze hebben niet genoeg vermogen om luidsprekers aan te sturen. Uw mobiele telefoon bevat twee versterkers: een spanningsversterker om cellulaire radiosignalen op te vangen en een eindversterker om de luidspreker van de telefoon aan te sturen. Om dezelfde reden heeft een stereo-ontvanger ook twee versterkers.
