Bộ khuếch đại là gì? Khái niệm, phân loại, đặc tính chung

Đối với mỗi hệ thống điện, điện tử việc sử dụng bộ khuếch đại để đạt được những yêu cầu kĩ thuật là việc khá phổ biến. Hôm nay BKAII sẽ cùng các bạn tìm hiểu về khái niệm, phân loại và các đặc tính chung của bộ khuếch đại nhé!

Thông thường một mạch khuếch đại hay bộ khuếch đại, đôi khi gọi gọn là khuếch đại, là một thiết bị hoặc linh kiện bất kỳ nào, sử dụng một lượng công suất nhỏ ở đầu vào để điều khiển một luồng công suất lớn ở đầu ra. Trong các ứng dụng thông dụng, thuật ngữ này hiện nay được dùng chủ yếu cho các bộ khuếch đại điện tử và thông thường là các ứng dụng thu và tái tạo tín hiệu điện tử

Không phải tất cả bộ khuếch đại đều giống nhau, nó được phân loại theo cấu hình mạch và cách thức hoạt động của nó. Có nhiều hình thức của các mạch điện như: bộ khuếch đại, từ bộ khuếch đại hoạt động và khuếch đại tín hiệu nhỏ tới bộ khuếch đại tín hiệu lớn và bộ khuếch đại công suất lớn. Việc phân loại một bộ khuếch đại phụ thuộc vào độ lớn của tín hiệu,... cấu hình vật lý của nó lớn hay nhỏ và nó xử lý các tín hiệu đầu vào như thế nào, đó là mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra. 

Phân loại khuếch đại

Bộ khuếch đại có thể được coi như một hộp hoặc một khối đơn giản có chứa các thiết bị khuếch đại, chẳng hạn như một điện trở, tranzito trường ứng hoặc bộ khuếch đại thuật toán, trong đó có hai đầu vào và hai đầu ra với tín hiệu đầu ra lớn hơn nhiều hơn so với tín hiệu đầu vào như nó đã được "khuyếch đại". Sự khác biệt giữa các tín hiệu đầu vào và đầu ra được gọi là Gain của bộ khuếch đại và cơ bản là một thước đo một bộ khuếch đại "khuếch đại" bao nhiêu tín hiệu đầu vào. Ví dụ, nếu chúng ta có một tín hiệu đầu vào của 1 volt và một đầu ra của 50 volt, thì “độ khuếch đại” của bộ khuếch đại sẽ là "50". Nói cách khác, tín hiệu đầu vào đã được tăng lên bởi một nhân tố của 50. Sự gia tăng này được gọi là Gain. Độ khuếch đại là tỷ lệ đầu ra chia theo đầu vào. Gain không có đơn vị, nó là một tỷ lệ, nhưng trong điện tử học nó thường được đưa ra biểu tượng "A", cho khuếch đại. Sau đó để tính “độ khuếch đại” của một bộ khuếch đại chỉ cần tính bằng cách "lấy tín hiệu đầu ra chia cho tín hiệu đầu vào".

Những đặc tính chung của bộ khuếch đại

Độ lợi

Độ lợi của mạch khuếch đại là tỷ số giữa công suất đầu ra Pout và công suất đưa vào Pin. Cụ thể là: Kp = Pout/Pin.

Trên thực tế, độ lợi được tính bằng thang đo decibel: G(dB) = 20lg (Pout/Pin)

Dải động ngõ ra

Dải động ngõ ra là một dải biên độ, thường sử dụng đơn vị dB, là khoảng cách giữa tín hiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất mà đầu ra có thể phản ánh được. Vì tín hiệu nhỏ nhất thường bị giới hạn bởi biên độ nhiễu, nên người ta lấy luôn tỷ số giữa biên độ tín hiệu lớn nhất và nhiễu làm dải động ngõ ra.

Băng thông và thời gian đáp ứng

Băng thông của một mạch khuếch đại thường được xác định theo sự khác biệt giữa tần số thấp nhất và tần số cao nhất ở điểm mà hệ số khuếch đại giảm còn 1/2. Thông số này còn gọi là băng thông −3 dB. Trong trường hợp những băng thông ứng với những độ chính xác khác nhau thường phải ghi chú thêm, thí dụ như (−1 dB, −6 dB, v.v.).

Thời gian trả về và sai số

Đó là thời gian để ngõ ra trả về đến một mức nào đó (thí dụ 0,1%) của tín hiệu hoàn chỉnh. Điều này thường được đặt ra với các mạch khuếch đại trục tung của máy hiện sóng và các mạch khuếch đại trong các hệ thống đo lường chính xác.

Tốc độ đáp ứng

Tốc độ đáp ứng là tốc độ thay đổi tín hiệu cao nhất ở ngõ ra và được tính bằng volt/giây (hoặc mili giây, micro giây).

Tạp âm

Tạp âm chính là tiếng ồn, nhiễu được hiển thị số đo trong quá trình khuếch đại. Đây là những phần không mong muốn và rất khó tránh khỏi của các linh kiện trong mạch. Tạp âm được đo bằng thang decibel.

Hiệu suất

Hiệu suất là một số đo biểu thị mức độ bao nhiêu công suất tiêu thụ ở hệ thống đã được chuyển hóa thành năng lượng hữu ích ở đầu ra của mạch khuếch đại.

Các mạch khuếch đại lớp A có hiệu suất rất thấp, trong khoảng từ 10 đế 20%, và hiệu suất tối đa là 25%.

Các mạch khuếch đại lớp B hiện đại có hiệu suất trong khoảng 35 đến 55%, với hiệu suất cao nhất theo lý thuyết là 78,5%.

Các mạch khuếch đại lớp D tiên tiến sử dụng kỹ thuật điều biến độ rộng xung cho hiệu suất lên đến 97%.

Hiệu suất của một mạch khuếch đại giới hạn độ lớn của công suất hữu dụng ở ngõ ra. Lưu ý rằng các mạch khuếch đại có hiệu suất cao sẽ chạy mát hơn, và có thể không cần đến quạt làm mát ngay cả khi thiết kế lên đến nhiều kilowatt.

Độ tuyến tính

Một mạch khuếch đại lý tưởng phải là một thiết bị tuyến tính hoàn toàn, nhưng những mạch khuếch đại thực tế thường chỉ tuyến tính trong một phạm vi giới hạn nào đó. Khi tín hiệu được đưa đến đầu vào tăng, thì đầu ra cũng tăng theo cho đến khi đạt đến một điểm mà một linh kiện nào đó trong mạch bị bão hòa, và không thể cho thêm tín hiệu ra. Ta nói tín hiệu bị cắt xén, và đây là một trong những nguyên nhân gây ra méo dạng.

Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

Tỉ số của tín hiệu/ tạp âm = S/N

S: Tín hiệu hữu ích

N: tạp âm

Trên đây là một số tìm hiểu của BKAII về bộ khuếch đại. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin gì các bạn liên hệ BKAII nhé!

Xem thêm:

• Ưu nhược điểm của các loại bộ chuyển đổi quang điện
• Bộ chuyển đổi tín hiệu là gì?
• Hướng dẫn sử dụng bộ chuyển đổi quang điện
• Bộ chia splitter quang là gì, đặc điểm và ứng dụng?
• Các bộ lặp tín hiệu - repeater RS485/RS422 công nghiệp thông dụng hiện nay

"BKAII - Thiết bị truyền thông TỐT nhất với giá CẠNH TRANH nhất!"