Verstärker sind elektronische Schaltungen, die die Signalstärke erhöhen. Es gibt Hunderte von Verstärkerdesigns, die von einfachen Einzeltransistorschaltungen bis hin zu ausgeklügelten digitalen Systemen reichen. Ein Leistungsverstärker und ein Spannungsverstärker stellen zwei Designs dar, die Signale auf unterschiedliche Weise verstärken. Das Verständnis des Unterschieds zwischen Spannung und Leistung und ihrer Anwendungen hilft Ihnen bei der Auswahl des richtigen Verstärkertyps für ein Projekt.
Spannung und Leistung
Die Spannung eines Stromkreises ist die Energie hinter elektrischen Ladungen, die durch Drähte und Komponenten fließen. Das Volt ist die Standardeinheit der Spannung, definiert als die potentielle Energiedifferenz über einen Widerstand von einem Ohm, die einen Stromfluss von einem Ampere erzeugt. Je größer die Energie, desto höher die Spannung. Wenn Sie die Spannung mit dem Strom multiplizieren, erhalten Sie die Leistung der Schaltung, die in Watt ausgedrückt wird: Ein Watt ist ein Volt mal ein Ampere. Leistung ist die Rate, mit der ein Stromkreis Energie liefert – Stromkreise, die mehr Spannung und Strom verarbeiten, produzieren mehr Watt Leistung.
Verstärkerkonzepte
Sie können sich einen Verstärker als Ventil vorstellen, das von einem Eingangssignal gesteuert wird. Wenn die Kurve der Signalwelle zunimmt, öffnet sich ein Ventil, das an eine unabhängige Spannungsversorgung angeschlossen ist, und leitet einen größeren Teil der Spannung zum Ausgang. Wenn die Welle abnimmt, schließt das Ventil und der Ausgang sieht weniger Spannung. Der Output ist zwar proportional größer, aber ein Spiegelbild des Inputs. Sie verwenden einen Verstärker, um die Spannung oder Leistung eines schwachen Eingangssignals zu erhöhen. Wenn die Leistung des Signals schwach ist, verwenden Sie einen Leistungsverstärker. Wenn die Spannung klein ist, multipliziert man sie mit einem Spannungsverstärker.
Leistung, Effizienz und Wärme
Da keine Schaltung 100 Prozent effizient ist, verschwendet ein Verstärker einen Teil seiner Leistung als Wärme. Die Effizienz verschiedener Verstärkerdesigns variiert von etwa 20 Prozent bis 90 Prozent oder besser; ein Verstärker mit 80 Prozent Wirkungsgrad, der 100 Watt verbraucht, verschwendet 20 Watt als Wärme. Obwohl auch Spannungsverstärker dieses Problem haben, ist es bei Leistungsverstärkern ein größeres Problem. Ein Leistungsverstärker verwendet robuste Komponenten, Kühllüfter und andere Strategien, um eine Überhitzung zu verhindern.
Komponenten
Ein Transistor in Kombination mit einigen Widerständen und Kondensatoren fungiert als einfacher Verstärker. Einige Schaltungen verwenden Vakuumröhren zur Leistungs- oder Spannungsverstärkung. Operationsverstärker oder Operationsverstärker sind integrierte Schaltkreise, die ausgezeichnete Spannungsverstärker abgeben; Sie sind jedoch zu klein, um gute Leistungsverstärker zu sein. Leistungsverstärker verwenden große Transistoren und andere Komponenten, um die zusätzliche Hitze zu bewältigen, ohne zu verbrennen. Leistungstransistoren werden in kräftigen Metallgehäusen geliefert, die die Wärme vom Gerät wegleiten. Spannungsverstärker verwenden kleinere Kunststofftransistoren, die bei Raumtemperatur laufen.
Dazugewinnen
Alle Verstärker bieten einen bestimmten Verstärkungsfaktor oder Verstärkungsfaktor. Ein Spannungsverstärker mit einer Verstärkung von 100 erzeugt beispielsweise einen 1-Volt-Ausgang für einen 10-Millivolt-Eingang. Die Verstärkung wird auch in Dezibel oder dB gemessen; die Dezibel-Bewertung ist der gemeinsame Logarithmus des Verstärkungsfaktors multipliziert mit 10. Der gemeinsame Logarithmus von 100 ist 2; Multiplizieren mit 10 ergibt 20 dB. Obwohl Leistungsverstärker auch eine Verstärkung haben, bewerten Designer sie normalerweise nach ihrer maximalen Ausgangsleistung. Hier ist der "root mean square" oder RMS-Wert der konservativste Wert, gefolgt von Durchschnitt und Spitze. Die RMS-Bewertung gibt Ihnen eine klare Vorstellung von der Leistung des Verstärkers über mehrere Minuten; die Spitzenbewertung ist ein Maß für die momentane Fähigkeit.
Anwendungen
Die meisten Leistungsverstärker treiben Lautsprecher und Kopfhörer an, da es Strom braucht, um Lautsprecher auf angenehme Hörpegel zu bringen. Funksender verwenden auch Leistungsverstärker, um ein starkes Signal an die Sendeantenne zu liefern. Spannungsverstärker eignen sich am besten, um sehr schwache Signale zu verstärken; Sie haben nicht genug Leistung, um Lautsprecher anzutreiben. Ihr Mobiltelefon enthält zwei Verstärker: einen Spannungsverstärker zum Aufnehmen von Mobilfunksignalen und einen Leistungsverstärker zum Ansteuern der Lautsprecher des Telefons. Ein Stereo-Receiver hat aus dem gleichen Grund auch zwei Verstärker.
