تشويه مكبر الصوت: الدوائر، وأنواعها، وكيفية تقليلها ودواسات التشويه مقابلها

مكبر الصوت هو جهاز إلكتروني يعمل على تقوية إدخال إشارة أصغر إلى إشارة o/p أكبر. لذا فإن إشارة الخرج تتغير بشكل مستمر ببعض قيم الكسب. وتستخدم هذه في الاتصالات اللاسلكية والبث في جميع أنواع المعدات الصوتية. في الظروف المثالية، يجب أن يكون لإشارة o/p المضخمة الخاصة بمكبر الصوت شكل موجة مشابه تمامًا لإشارة الدخل. ومع ذلك، فإن هذا الشرط المثالي لا يتحقق على الإطلاق في إطار عملي مكبرات الصوت . وبالتالي، قد تحدث بعض التعديلات في شكل الموجة بالإضافة إلى ارتفاع السعة وهو ما يعرف بالتشويه. إنه غير مرغوب فيه لأنه قد يعدل المعلومات الاستخبارية المنقولة عبر الإشارة. توفر هذه المقالة معلومات موجزة عن تشويه مكبر للصوت والعمل وتطبيقاته.

ما هو تشويه مكبر للصوت؟

يمكن تعريف تشويه مكبر الصوت على النحو التالي: أي اختلاف عن إشارة دخل مكبر الصوت يحدث طوال عملية التضخيم ويعطي إشارة خرج متغيرة من حيث الحجم والشكل ومحتوى التردد وما إلى ذلك. ويحدث نتيجة لعوامل كثيرة مثل؛ عدم الخطية داخل مكونات مكبر الصوت، أو الانحياز غير المناسب، أو التحميل الزائد للمكبر. يعد تشويه مكبر الصوت أمرًا غير مرغوب فيه لأنه يقلل من قيمة الإشارة المضخمة.

دائرة تشويه مكبر للصوت

يمكن فهم تشويه مكبر الصوت بمثال أ دائرة مضخم الباعث المشترك (CE). . قد يحدث تشويه إشارة الخرج للأسباب التالية.

• قد لا يحدث التضخيم خلال دورة الإشارة الكاملة بسبب مستويات الانحياز الخاطئة.
• إذا كانت إشارة الدخل كبيرة جدًا، فإن ذلك يتسبب في تقييد ترانزستورات مكبرات الصوت من خلال مصدر الجهد.
• لا يمكن أن يكون التضخيم إشارة خطية فوق نطاق تردد الإدخال بأكمله مما يعني أنه أثناء إجراء تضخيم شكل موجة الإشارة، سيحدث تشويه مكبر الصوت.

تم تصميم مكبرات الصوت لتضخيم إشارات جهد الدخل الصغيرة إلى إشارات خرج أكبر مما يعني أن إشارة الخرج ستتغير باستمرار من خلال قيمة الكسب التي يتم ضربها بإشارة الدخل بشكل أساسي لجميع ترددات الإدخال.

تعمل دائرة الباعث المشترك (CE) التالية لإشارات التيار المتردد ذات المدخلات الصغيرة ولكنها تسبب بعض المشاكل في عملها. لذا، فإن الموضع المقصود لنقطة انحياز مكبر الصوت BJT 'Q' يعتمد على قيمة بيتا ذات الصلة لجميع أنواع الترانزستورات.

تعمل دائرة الترانزستور من نوع الباعث المشترك بشكل جيد بشكل رئيسي مع إشارات دخل التيار المتردد الصغيرة على الرغم من أنها تعاني من عيب رئيسي واحد، وهو أن الموضع المحسوب لنقطة التحيز Q للمضخم ثنائي القطب يعتمد بشكل أساسي على قيمة بيتا ذات الصلة لجميع أنواع الترانزستورات. ومع ذلك، فإن قيمة بيتا هذه تتقلب من أنواع مماثلة من الترانزستورات مما يعني أن نقطة Q الخاصة بترانزستور واحد لا ترتبط بترانزستور آخر بفئة مماثلة بسبب قبول المنتجات المميزة. بعد ذلك، يحدث تشويه في مكبر الصوت لأن مكبر الصوت ليس خطيًا. يمكن أن يساعد الاختيار الدقيق للترانزستور ومكونات الانحياز في تقليل تأثير تشويه مكبر الصوت.

أنواع تشويه مكبر الصوت

هناك أنواع مختلفة من تشويه مكبر الصوت والتي تمت مناقشتها أدناه. يعتمد نوع التشوه بشكل أساسي على مساحة الخصائص التي يستخدمها الترانزستور ومفاعلة الجهاز والدائرة المرتبطة به.

تشويه غير خطي

يحدث التشوه غير الخطي بشكل أساسي في مكبر الصوت عندما تكون إشارة الإدخال المطبقة كبيرة ويتم دفع الجهاز النشط إلى منطقة غير خطية من خصائصه. يستخدم هذا التشويه لوصف العلاقة غير الخطية بين إشارات الإدخال والإخراج لمكبر الصوت. لذا فإن هذا التشوه ينتج عن الأنظمة التي لا تتناسب فيها إشارة الخرج بشكل دقيق مع إشارة الدخل ويتم إنشاء منتجات التشكيل البيني أو التوافقيات.

تشويه السعة

تشويه السعة هو نوع من التشوه غير الخطي الذي يحدث بسبب التوهين داخل قيمة قمة الإشارة. يؤدي التحول داخل نقطة Q والتضخيم لأقل من 360 درجة للإشارة بشكل أساسي إلى تشويه في السعة. يحدث هذا التشويه بشكل رئيسي بسبب القطع والانحياز غير الصحيح. نحن نعلم أنه إذا كانت نقطة انحياز الترانزستور صحيحة، فإن الخرج سيكون مشابهًا للمدخل داخل الشكل المضخم. ويمكن فهم ذلك من خلال الحالات التالية.

لنفترض أنه تم توفير انحياز غير كافٍ لمكبر الصوت، فستقع نقطة Q بالقرب من النصف الصغير من خط التحميل. لذلك في هذه الحالة، يتم قطع النصف السالب لإشارة الدخل ونحصل على إشارة خرج مشوهة للمكبر.

إذا قدمنا ​​إمكانية انحياز إضافية، فستكون نقطة Q في الجانب الأعلى من خط التحميل. لذا فإن هذا الشرط يوفر خرجًا سيتم قطعه عند النصف الموجب لشكل الموجة.
يمكن أن يؤدي الانحياز الصحيح أيضًا إلى تشويه أحيانًا داخل الإخراج في حالة كانت إشارة الإدخال كبيرة لأن إشارة الإدخال هذه يتم تضخيمها من خلال كسب مكبر الصوت. لذلك سيتم قص النصف الموجب والسالب من شكل الموجة في جزء ما يسمى تشويه القطع.

التشويه الخطي

يحدث التشوه الخطي بشكل أساسي عندما تكون إشارة الإدخال المطبقة لتشغيل الجهاز صغيرة وتعمل في القسم الخطي من خصائصه. لذلك يحدث هذا التشويه بشكل أساسي بسبب الخصائص المعتمدة على التردد للأجهزة النشطة.

تشويه التردد

في هذا النوع من التشويه، يتغير مستوى التضخيم في التردد. تشتمل إشارة الدخل أثناء التضخيم في مكبر الصوت الواقعي على تردد أساسي بمكونات تردد مختلفة تسمى التوافقيات.

السعة التوافقية (HA) بعد التضخيم تمثل جزءًا صغيرًا من السعة الأساسية. لا يسبب أي سبب خطير لشكل موجة الإخراج. إذا وصل HA بعد التضخيم إلى قيمة عالية، فلا يمكن تجنب تأثيره لأنه مرئي عند الإخراج.

هنا المدخلات لها تردد أساسي بما في ذلك التوافقيات. وبالتالي فإن الجمع بين الاثنين عند التضخيم يوفر إشارة مشوهة عند الإخراج. يحدث ذلك إما بسبب وجود عناصر تفاعلية (أو) من خلال السعات الكهربائية لدائرة مكبر الصوت.

تشويه المرحلة

يُطلق على تشويه الطور أيضًا اسم تشويه التأخير في مكبر الصوت لأنه عندما يكون هناك تأخير زمني بين إشارة الإدخال والإخراج، يُقال إنها إشارة مشوهة الطور. يحدث هذا التشويه بشكل رئيسي بسبب المفاعلة الكهربائية. لقد ناقشنا سابقًا أن الإشارة تشتمل على مكونات تردد مختلفة، وبالتالي، عندما تواجه ترددات مختلفة تحولات طورية مختلفة، يحدث تشويه الطور. هذا النوع من التشويه ليس له أهمية عملية في مكبرات الصوت لأن الأذن البشرية غير حساسة لتحول الطور. يعتمد نوع وكمية التشوه المسموح به أو غير المحتمل بشكل أساسي على تطبيق مكبر الصوت. عادة، سوف يتأثر عمل النظام ببساطة عندما يتسبب مكبر الصوت في تشويه شديد.

أسباب التشويه

يحدث التشويه في مكبرات الصوت بشكل رئيسي بسبب الأسباب الرئيسية التي سيتم مناقشتها أدناه.

• يحدث التشويه بشكل رئيسي بسبب الانحياز غير الصحيح عندما لا يتم تضخيم إشارة الدخل للدورة الكاملة لإشارة الدخل.
• ويحدث ذلك عندما تكون إشارة الإدخال المطبقة كبيرة جدًا.
• في بعض الأحيان، ينتج تشويه مكبر الصوت عندما لا يكون التضخيم خطيًا فوق نطاق التردد بأكمله.
• يمكن أن يحدث تشويه مكبر الصوت بسبب عوامل مختلفة؛ عدم الخطية داخل مكونات مكبر الصوت مثل الترانزستورات أو الأنابيب.
• بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يساهم عدم تطابق المعاوقة وقيود مصدر الطاقة وقص الإشارة أيضًا في تشويه مكبر الصوت. لذا فإن هذه العوامل تؤدي إلى تضخيم الإشارة الذي يتغير عن إشارة الإدخال ويؤدي إلى تشويه الإشارة الأصلية.
• بشكل عام، يمكن أن يحدث تشويه توافقي داخل مكبرات الصوت
• التشوه التوافقي هو نوع من التشوه في مكبر الصوت الذي يحدث عادةً بواسطة مكبر الصوت الذي يحتاج إلى جهد أكبر من مصدر الطاقة الذي يمكنه توفيره.
• يمكن أن يحدث هذا أيضًا عندما تتجاوز بعض أجزاء الدائرة الداخلية قدرتها على الإخراج.
• يحدث التشوه التوافقي بسبب عدم خطية الترانزستورات.
• ويحدث هذا بشكل رئيسي بسبب الخصائص المعتمدة على تردد الأجهزة النشطة.
• يحدث تشويه السعة في مكبرات الصوت بشكل رئيسي عندما يتم تخفيف قيم الذروة لشكل موجة التردد بسبب التحول داخل النقطة Q.

كيفية تقليل التشوه التوافقي في مكبرات الصوت

التشوه التوافقي (HD) هي واحدة من القضايا الرئيسية التي تسبب مشاكل مختلفة مثل؛ الحديث المتبادل، ومشكلات سلامة الإشارة، والتداخل الكهرومغناطيسي (EMI). يمكن أن يحدث ذلك لأسباب عديدة، وهناك طرق مختلفة لتقليل أو إزالة التشوه التوافقي الذي سيتم مناقشته أدناه.

• تعد الإشارة التفاضلية إحدى الطرق المستخدمة لتقليل التشوه التوافقي الذي يمكن أن يلغي التوافقيات المختلفة.
• هناك طريقة أخرى وهي استخدام مصادر الطاقة ذات ممانعة خرج منخفضة والتي يمكن أن تساعد أيضًا في تقليل التوافقيات.
• إعادة تكوين الشبكة هو الإجراء الذي يساعد في تقليل التوافقيات حيث يقوم المستخدمون بإنشاء توافقيات كبيرة. يتم تحديد وتصنيف هذه التوافقيات اعتمادًا على نوع التوافقيات التي تنتجها.
• إن إضافة محولات متعددة النبضات لإلغاء التوافقيات خلال استخدام محولات نصف الموجة وكامل الموجة يساعد في التخلص من التوافقيات.
• تعد موازنة الطور تقنية أخرى مناسبة لتقليل التوافقيات.
• تعمل المفاعلات المتسلسلة على تقليل التوافقيات في مصانع الصلب والصهر.
• الإشارات التفاضلية هي طريقة تُستخدم بشكل متكرر في الأنظمة الرقمية عالية السرعة لتقليل تأثيرات الضوضاء والتداخل. يتم إرسال الإشارتين في الإشارات التفاضلية على أسلاك منفصلة حيث تكون الإشارة الواحدة عكس الأخرى. بعد ذلك، يقوم جهاز الاستقبال بدمج الإشارتين ويمكن إلغاء أي ضوضاء في الوضع المشترك.
• يمكن أن تساعد إمدادات الطاقة من خلال مقاومة الإخراج المنخفضة أيضًا في تقليل التوافقيات.
• يحتوي مصدر الطاقة ذو المعاوقة المنخفضة على انخفاض أقل في الجهد عند سحب التيار منه، لذلك يمكن أن يساعد في تقليل أو إزالة العديد من المشكلات التي تحدث مع التشوه التوافقي.

كيفية قياس تشويه مكبر للصوت؟

يمكن قياس تشويه مكبر الصوت باستخدام محللات الطيف التناظرية. تحتوي معظم محللات الطيف على مدخلات 50 أوم، لذلك يلزم وجود مقاومة عزل بين DUT والمحلل لمحاكاة أحمال DUT> 50 أوم.

بمجرد ضبط محلل الطيف لمعدل الاجتياح والحساسية وعرض النطاق الترددي، تحقق منه بحذر من أجل زيادة سرعة الإدخال. إن أبسط تقنية هي استخدام المخفف المتغير لإعداد 10 ديسيبل من التوهين داخل مسار إدخال المحلل. يجب تخفيف كل من الإشارة وأي توافقيات من خلال مقدار محدد كما يتم رصده على شاشة محلل الطيف. إذا تم تخفيف التوافقيات بمقدار أكبر من 10 ديسيبل، فإن مضخم إدخال المحلل يُحدث تشويهًا ويجب تقليل الحساسية. يوجد لدى العديد من المحللين زر أعلى اللوحة الأمامية لإدخال كمية معروفة من التوهين أثناء التحقق من السرعة الزائدة.

الفرق بين تشويه مكبر الصوت ودواسات التشويه

تتم مناقشة الاختلافات الرئيسية بين تشويه مكبر الصوت ودواسات التشويه أدناه.

وبالتالي، هذه نظرة عامة على مكبر الصوت تشويه، العمل ، وتطبيقاتها. يشير إلى أي اختلاف في إشارة الدخل يحدث في عملية التضخيم لتوفير إشارة خرج. يتم تغيير هذه الإشارة من حيث التردد والشكل والحجم وما إلى ذلك. ويحدث ذلك بسبب عوامل مختلفة مثل؛ عدم الخطية داخل مكونات مكبر الصوت، أو الانحياز غير المناسب، أو التحميل الزائد للمكبر. هناك أنواع مختلفة من التشوهات المتاحة والتي لها خصائص وأسباب محددة. بشكل عام، يعد تشويه مكبر الصوت أمرًا غير مرغوب فيه لأنه يمكن أن يؤدي إلى انخفاض قيمة الإشارة المضخمة. وهنا سؤال لك، ما هو مكبر الصوت؟