Warto przeczytać

Sygnał elektryczny to zazwyczaj zmienny w czasie przebieg prądu elektrycznego, przenoszący informację. Sygnały mogą być opisane przebiegiem zależności napięcia elektrycznego lub natężenia prądu od czasu (Rys.1.).

Sygnał może być analogowysygnał analogowyanalogowy (będący ciągłą funkcją czasu)

RTXDtNzqDuVK6

Rys. 1a. Rysunek prezentuje przykład sygnału analogowego stanowiącego ciągłą funkcję czasu. Narysowano prostokątny układ współrzędnych, którego pionową oś oznaczono wielką literą I, a poziomą oś małą literą t. W układ ten wrysowano czerwony wykres funkcji. Funkcja przypomina lekko zniekształconą sinusoidę.

lub dyskretnysygnał cyfrowy (dyskretny)dyskretny (przyjmujący co najwyżej przeliczalny zbiór wartości).

R1GT3S2CcB8mm

Rys. 1b. Wykres górny: Rysunek prezentuje przykład sygnału cyfrowego (dyskretnego) przyjmującego jedynie pewne określone wartości. Narysowano prostokątny układ współrzędnych, którego pionową oś oznaczono wielką literą I, a poziomą oś małą literą t. W układ ten wrysowano czerwony wykres funkcji. Funkcja przypomina wykres schodkowy ze schodkami na zmianę wznoszącymi się i opadającymi.

Wykres dolny: Rysunek prezentuje przykład sygnału cyfrowego (dyskretnego) przyjmującego jedynie pewne określone wartości. Narysowano prostokątny układ współrzędnych, którego pionową oś oznaczono wielką literą I, a poziomą oś małą literą t. W układ ten wrysowano czerwony wykres funkcji. Funkcja przypomina wykres kolumnowy z kolumnami tej samej wysokości, różnej szerokości i o różnych przerwach między nimi.

Najczęściej spotykanym sposobem przesyłania danych cyfrowych jest sygnał binarny (zwany też logicznym), który może przyjmować tylko dwie wartości: zero logiczne (stan niski) i jedynkę logiczną (stan wysoki) – stany takie są łatwe do odróżnienia od siebie, a ich ciąg składa się na większą porcję danych (Rys. 1b).

Często, z różnych przyczyn, staje się konieczne wzmacnianie sygnałów – zwiększenie maksymalnych wartości wielkości opisującej przebieg sygnału (Rys.2.). W tym celu wykorzystuje się urządzenia nazywane wzmacniaczami.

R1a9HKsxCvvUW

Rys. 2. Na rysunku przedstawiono schematycznie wzmacniacz w postaci poziomego niebieskiego prostokąta z czarnym konturem, opisanego pośrodku wielką literą T. Na krótszych bokach prostokąta umieszczono cztery czarne "nóżki", po dwie z każdego boku. Na lewym boku "nóżki" oznaczono jako odbierające sygnał wejściowy, na prawym jako przekazujące sygnał wyjściowy. Sygnał wejściowy, wielkie S z indeksem dolnym jeden i w nawiasie t, na rysunku zaprezentowano jako czerwoną funkcję przypominającą sinusoidę o małej amplitudzie. Sygnał wyjściowy, wielkie S z indeksem dolnym dwa i w nawiasie t, jako czerwoną funkcję przypominającą sinusoidę o dużej amplitudzie. W obydwu przypadkach jest to zależność sygnału w funkcji czasu.

Wzmacniacz sygnałów elektrycznych zawsze zwiększa moc sygnału wejściowego kosztem energii pobieranej ze źródła prądu. Moc sygnału można opisać wzorem:

gdzie: I to natężenie prądu sygnału, a U - napięcie.

W zależności od tego, która z wielkości opisującej sygnał ulega największemu zwiększeniu, wzmacniacze możemy podzielić na wzmacniacze napięciowe, prądowe lub mocy.

Podstawowym parametrem wzmacniacza sygnałów elektrycznych jest współczynnik wzmocnienia, który jest równy stosunkowi wartości amplitudy napięcia, natężenia lub mocy prądu elektrycznego na wyjściu do amplitudy tej wielkości na wejściu. Amplitudą sygnału nazywa się różnicę maksymalnej wartości wielkości opisującej sygnał i średniej wartości tej wielkości.

W zależności od zastosowania można wyróżnić wzmacniacze: elektroakustyczne (gitarowy, mikrofonowy, słuchawkowy itp.), antenowe, radiowe (częstotliwości radiowych), wizyjne, impulsowe, operacyjne, pomiarowe itd.

Wzmocnienie sygnału uzyskuje się poprzez sterowanie wzmacnianym sygnałem elektrycznym, przebiegiem natężenia prądu płynącego ze źródła prądu. Elementami odpowiedzialnymi za działanie wzmacniacza mogą być: trójelektrodowa lampa próżniowa nazywana triodą lub tranzystory. Tranzystory są również elementami trójelektrodowymi, ale ich działanie wynika z własności materiałów półprzewodnikowych.

Schematycznie zasadę wzmacniania sygnałów można przedstawić w następujący sposób (Rys.3.):

RJQuTBYfXI4Hl

Rys. 3. Rysunek prezentuje schemat układu wzmacniającego sygnał elektryczny. Obwód został przedstawiony w postaci linii w kształcie prostokąta. W górny bok prostokąta wstawiono symbol wzmacniacza w postaci trójkąta równobocznego z wierzchołkiem skierowanym w prawo. Z górnego boku trójkąta oraz z obwodu po jego lewej stronie wyprowadzono pionowo do góry zaciski wejściowe obwodu. W dolnym boku prostokąta zamieszczono źródło prądu w postaci dwóch równoległych do siebie pionowych linii, z których prawa jest krótsza i grubsza od lewej. W prawy bok obwodu wrysowano symbol opornika o kształcie pionowego wąskiego prostokąta, a z jego końców poziomo w prawo wyprowadzono zaciski wyjściowe obwodu.

Źródło prądu powoduje przepływ prądu w układzie i pojawienie się napięcia na wyjściu układu. Sygnał elektryczny włączony na wejściu (Wej.) wzmacniacza powoduje duże zmiany w przewodzeniu prądu przez element wzmacniający – triodę lub tranzystor. Można powiedzieć, że sygnał wejściowy zmienia opór elektrycznyopór elektryczny (czynny)opór elektryczny elementu wzmacniającego. Powoduje to, że w obwodzie, przy tym samym napięciu źródła, płynie prąd o natężeniu zmieniającym się wraz ze zmianami przebiegu sygnału. Dzięki temu, że zmiany oporu elektrycznegoopór elektryczny (czynny)oporu elektrycznego triody lub tranzystora, przy niewielkich zmianach wartości sygnału na wejściu są bardzo duże, na wyjściu otrzymujemy wzmocniony sygnał.

W triodzie (Rys.4.) prąd ze źródła przepływa między ujemną katodą K, która jest źródłem elektronów i dodatnią anodą A. Zmianę przepływu prądu powoduje napięcie przyłożone do siatki S. Jeżeli do siatki jest przyłożone napięcie ujemnie w stosunku do katody to elektrony wyemitowane z katody są hamowane i zawracane do katody. To ujemne napięcie zmniejsza prąd płynący w obwodzie, bez zmiany napięcia między katodą i anodą. Przy katodzie tworzy się chmura elektronów, która hamuje emisję elektronów z katody. Gdy siatka jest spolaryzowana dodatnio, dodatkowo przyspiesza elektrony, zwiększając płynący prąd (część elektronów dociera jednak wtedy do siatki powodując przepływ prądu w jej obwodzie).

R4lsGsCjOvWi8

Rys. 4. Rysunek prezentuje schemat budowy triody. Triodę przedstawiono w postaci okręgu, w którym znajdują się trzy elementy elektryczne. Od góry do okręgu za pomocą jednej pionowej linii wprowadzona została anoda przedstawiona w postaci poziomej grubej poprzeczki oznaczonej wielką literą A. Od dołu do okręgu za pomocą dwóch pionowych linii wprowadzona została łącząca je w postaci grubego łuku katoda oznaczona wielką literą K. Od prawej strony do okręgu za pomocą jednej poziomej linii wprowadzona została siatka sterująca przewodzeniem prądu przez triodę przedstawiona w postaci poziomej przerywanej linii oznaczonej wielką literą S.

Podobnie jak trioda, tranzystory (Rys.5.) mają trzy elektrody. Sterowanie natężeniem prądu w obwodzie uzyskuje się poprzez zmianę liczby nośników prądu. Zmiana ta jest wynikiem zmiany napięcia sygnału wejściowego. O zasadzie działania tranzystorów możesz przeczytać w e‑materiale „Czym jest tranzystor?”

RKWSAknxsnYDK

Rys. 5. Rysunek prezentuje dwa umieszczone obok siebie symbole tranzystorów.
Po lewej znajduje się tranzystor unipolarny oznaczony wielką literą A. Jego symbol składa się z okręgu, w którym znajduje się pionowa linia, od której w lewo ze środka wyprowadzono poziomo jedno złącze i oznaczono strzałką skierowaną w lewo. Pozostałe dwa złącza zostały wyprowadzone w górę i w dół od górnej i dolnej części pionowej linii przypominające wielkie odwrócone litery L.
Po prawej znajduje się tranzystor bipolarny oznaczony wielką literą B. Jego symbol składa się z okręgu, w którym znajduje się pionowa linia od której w lewo ze środka wyprowadzono poziomo jedno złącze. Pozostałe dwa złącza zostały wyprowadzone w górę i w dół także ze środka pionowej linii pod kątem czterdziestu pięciu stopni do poziomu. W dolne z nich wrysowano strzałkę w kierunku dolnego prawego rogu rysunku.

Słowniczek