Στους ενισχυτές: Πώς λειτουργούν και ποια είναι τα διαφορετικά είδη;

ΤΟ ενισχυτής παραμένει μια μετασχηματιστική εφεύρεση για να μπορέσει να λάβει την ανθρώπινη φωνή και να την ενισχύσει, έτσι χιλιάδες άνθρωποι μπορούν να το ακούσουν αμέσως. Χωρίς το μικρόφωνο, η ίδια η πολιτική μπορεί να έχει εξελιχθεί διαφορετικά. Η συσκευή ήταν πανταχού παρούσα σε όλα, από τις δημόσιες διαμαρτυρίες έως τις πολιτικές συγκεντρώσεις. Οι ενισχυτές έχουν επίσης μετατρέψει την ψυχαγωγία, την αστρονομία, την αναζήτηση και τη διάσωση, την ιατρική διάγνωση και κάθε ανθρώπινη προσπάθεια όπου κάποια φυσική αλλαγή μπορεί να μετατραπεί σε ένα ηλεκτρικό σήμα. Για λόγους απλότητας, ας επικεντρωθούμε εδώ στα σήματα ήχου.

Τι είναι ένα μικρόφωνο;

Ένα μικρόφωνο είναι ένας τύπος μορφοτροπέα – μια συσκευή που μετατρέπει την ενέργεια σε μία μορφή σε άλλη, σε αυτή την περίπτωση από ήχο σε ηλεκτρικό. Υπάρχουν διαφορετικά μικρόφωνα για χρήση σε συγκεκριμένα πλαίσια, ποικίλλουν από την άποψη του τρόπου με τον οποίο συλλέγουν την ηχητική ενέργεια και τον τρόπο με τον οποίο το μετατρέπουν σε ηλεκτρικά σήματα.

Τα μικρόφωνα σε τηλέφωνα και καταγραφείς φωνής ονομάζονται επίσης μικρόφωνα συμπυκνωτή επειδή χρησιμοποιούν πυκνωτές για να μετατρέψουν τα ηχητικά σήματα (ο συμπυκνωτής είναι ένα παλιό όνομα για τους πυκνωτές). Ένας απλός πυκνωτής αποτελείται από δύο πλάκες που βλέπουν μεταξύ τους, χωρισμένες μεταξύ τους με κενό αέρα – ή οποιοδήποτε κατάλληλο διηλεκτρικό υλικό – αλλά συνδέονται σε κάθε πλευρά σε ένα κοινό κύκλωμα, συμπεριλαμβανομένης μιας πηγής ενέργειας. Καθώς το ρεύμα εισέρχεται σε μία πλάκα και δημιουργείται, εξαντλείται από το άλλο. Η διαφορά δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο μεταξύ των πλακών που αποθηκεύει ενέργεια μέσα στο διηλεκτρικό μέσο.

Η ικανότητα ενός πυκνωτή να αποθηκεύει ενέργεια ονομάζεται χωρητικότητα. Ένα μικρόφωνο συμπυκνωτή αντικαθιστά μία από τις πλάκες με δονητικό διάφραγμα. Όταν ένα άτομο μιλάει στο μικρόφωνο, το διάφραγμα δονείται, μεταβάλλοντας την χωρητικότητα, η οποία μετατρέπεται σε σήματα ήχου.

Πώς ενισχύεται ο ήχος;

Μόλις είναι διαθέσιμο ένα σήμα ήχου, μεταφέρεται σε προενισχυτή (ή προενισχυτή). Πείτε ότι υπάρχει ένα ηχητικό σήμα με τη μορφή ποικίλης τάσης.

Ο προενισχυτής θα αποκτήσει την τάση και θα τον προμηθεύσει με περισσότερη ενέργεια από μια εξωτερική πηγή ενέργειας ενώ ελαχιστοποιεί τον θόρυβο. Η αναλογία της εξόδου αυτής της διαδικασίας προς την είσοδο ονομάζεται κέρδος του προενισχυτή.

Το κλειδί για την ελαχιστοποίηση του θορύβου είναι ένα βήμα που ονομάζεται αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης. Η αντίσταση είναι ένα μέτρο του πόσο ένα δεδομένο κύκλωμα αντιστέκεται ή εμποδίζει τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος (σε ένα κύκλωμα άμεσης ρεύματος, η σύνθετη αντίσταση είναι ίση με την αντίσταση.)

Κατά τη διάρκεια της αντίστασης, η σύνθετη αντίσταση του κυκλώματος του προενισχυτή αντιστοιχεί σε εκείνη του κυκλώματος που εκπέμπει το ηχητικό σήμα. Εάν υπάρχει αναντιστοιχία, το σήμα θα γίνει θορυβώδες, μειώνοντας το κέρδος του προενισχυτή.

Η ίδια η ενίσχυση εκτελείται από ένα ενεργό συστατικό όπως ένα τρανζίστορ.

Πώς ενισχύεται η τάση;

Μια διπολική διασταύρωση NPN τρανζίστορ αποτελείται από μια βάση, έναν συλλέκτη και έναν πομπό.

Πρώτον, εφαρμόζεται η μικρή εισερχόμενη τάση μεταξύ της βάσης και του πομπού-δηλαδή του τρανζίστορ είναι προκατειλημμένο-έτσι ώστε τα ηλεκτρόνια να ρέουν από τον πομπό.

Η βάση έχει ρυθμιστεί έτσι ώστε τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια να διαχέονται στον συλλέκτη, οδηγώντας σε ένα μεγάλο ρεύμα συλλέκτη. Σε ένα τυπικό τρανζίστορ, το ρεύμα συλλέκτη είναι τουλάχιστον 50 φορές υψηλότερο από το ρεύμα βάσης.

Στη συνέχεια, ο συλλέκτης παρέχεται με υψηλή τάση από μια εξωτερική πηγή, όπως μια μπαταρία, μέσω αντίστασης. Όταν το ρεύμα του συλλέκτη ρέει σε αυτή την αντίσταση, δημιουργεί μια ισχυρή τάση. Αυτή η τάση όταν μετράται στον συλλέκτη είναι η τάση εξόδου, δηλαδή η ενισχυμένη έκδοση του σήματος εισόδου.

Ένα σήμα μπορεί να σχεδιαστεί ως ημιτονοειδές κύμα. Ένα ενισχυμένο σήμα θα έχει το ίδιο σχήμα, αλλά μεγαλύτερο, σε αυτή την περίπτωση που σημαίνει ότι η ταλάντευση τάσης θα είναι υψηλότερη.

Πριν από το προενισχυμένο σήμα πηγαίνει σε ένα μεγάφωνο, περνάει επίσης μέσα από τα στάδια του οδηγού και της ισχύος. Το στάδιο του οδηγού χρησιμοποιεί τρανζίστορ για να διατηρήσει τη σταθερά τάσης ενώ αυξάνει το ρεύμα ενώ το στάδιο ισχύος αυξάνει περαιτέρω τόσο την τάση όσο και το ρεύμα.

Οι ενισχυτές ισχύος έρχονται σε πολλαπλές κατηγορίες, το καθένα για συγκεκριμένες εφαρμογές. Οι ενισχυτές κλάσης Α και Β χρησιμοποιούνται σε βασικά συστήματα ήχου και μικρά στούντιο. Τα θέατρα στο σπίτι και οι πιο εντατικές περιπτώσεις χρήσης προτιμούν τους ενισχυτές AB. Οι κεραίες που εκπέμπουν σήματα ραδιοσυχνότητας σε μία μόνο συχνότητα φορέα χρησιμοποιούν ενισχυτές κλάσης C ενώ τα συστήματα δημόσιας ανακοίνωσης χρησιμοποιούν ενισχυτές κατηγορίας D.

Ορισμένες από αυτές τις ομάδες έχουν υπο-κατηγορίες που, ενώ μοιράζονται πολλά από τα ίδια χαρακτηριστικά, αποκλίνουν σε συγκεκριμένα, όπως είναι σε θέση να χειριστούν πολύ υψηλή ισχύ ή να επιτρέπουν σήματα υψηλής συχνότητας.

Πώς παράγεται δυνατός ήχος;

Η ένταση του ήχου που παράγεται στο μεγάφωνο είναι συνάρτηση της ισχύος του σήματος εισόδου.

Το μεγάφωνο έχει τρία βασικά συστατικά: φωνητικό πηνίο, εξωτερικό μαγνήτη και διάφραγμα. Το πηνίο φωνής είναι ένα πηνίο σύρματος τοποθετημένο μέσα στον μαγνήτη. Όταν εφαρμόζεται η τάση εισόδου κατά μήκος του καλωδίου, παράγεται ένα μεγάλο ρεύμα, το οποίο με τη σειρά του παράγει ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο γύρω από το πηνίο. Αυτό το πεδίο αλληλεπιδρά με αυτό του εξωτερικού μαγνήτη, προκαλώντας την κίνηση του πηνίου καθώς η τάση εισόδου ποικίλλει.

Το πηνίο συνδέεται με το διάφραγμα και η κίνηση του πηνίου δονεί τη μεμβράνη του διαφράγματος, παράγοντας ήχο. Όσο υψηλότερη είναι η ισχύς του σήματος εισόδου, τόσο πιο δυνατός είναι ο ήχος που παράγεται από το διάφραγμα.

Για να βελτιωθεί περαιτέρω αυτή η διαδικασία, το εξωτερικό μαγνητικό πεδίο γίνεται ισχυρότερο, το διάφραγμα μεγαλύτερο και το σήμα εισόδου πιο ισχυρό. Τα μεγάφωνα μπορούν επίσης να κατασκευαστούν με μικρότερα διαφράγματα με ταχύτερες μεμβράνες για να διευκολύνουν τους ήχους υψηλής συχνότητας και τα μεγαλύτερα διαφράγματα για να διευκολυνθούν οι χαμηλές συχνότητες.