Vahvistin

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Vahvistin on laite, joka vahvistaa signaalin voimakkuutta. Tämä tapahtuu vahvistimessa muokkaamalla lähtevä signaali saman muotoiseksi kuin tuleva, mutta suuremmalla voimakkuudella. Esimerkiksi mikrofonista tuleva heikko sähköinen signaali muutetaan vahvistimessa kaiuttimelle sopivaksi.

Useimmiten sanalla viitataan elektroniseen vahvistimeen, vaikka vahvistin voi olla myös mekaaninen tai hydraulinen, kuten esimerkiksi auton ohjaustehostin.

Elektronisia vahvistimia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Elektroninen vahvistin on signaalia vahvistava laite. Niitä käytetään laajalti elektroniikassa, esimerkiksi äänen ja radiosignaalin vahvistamiseen. Alla on joitakin esimerkkejä elektronisista vahvistimista.

Tehovahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tehovahvistin on kuormaan tehoa syöttävä vahvistin. Syötettävän tehon suuruus riippuu tehovahvistimen vahvistuksesta sekä ohjaavasta signaalista. Yleisesti tehovahvistin on signaaliketjun viimeinen vahvistin ennen itse kuormittavaa laitetta. Esimerkkinä tehovahvistimesta on äänentoistotekniikassa päätevahvistin, jossa ohjaava signaali tulee esim. CD-soittimelta. Signaalin teho vahvistetaan riittävän suureksi ja syötetään kuormalle eli kaiuttimille. Tässä tapauksessa tehon suuruus riippuu kuuntelijan haluamasta äänenvoimakkuudesta. Muita tehovahvistimen sovelluksia ovat radiotaajuusvahvistimet ja servomoottorin ohjauslaitteet. Koska kuormalle syötettävät tehot ovat suuria, on tehovahvistimen hyötysuhde oleellinen ominaisuus energiatehokkuuden kannalta. Hyötysuhteen lisäksi merkittäviä tekijöitä vahvistimen sovelluksesta riippuen ovat paino, fyysinen koko ja tehontuottokyky. Tehovahvistimet jaetaan eri luokkiin hyötysuhteeseen vaikuttavien lepovirran ja piirin toimintaperiaatteen mukaan.

Lepovirran mukainen luokittelu[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vahvistimet voidaan jakaa eri teholuokkiin piirin toimintaperiaatteen ja lepovirran mukaan.

  • A-luokka Vahvistimen transistori tai elektroniputki johtaa koko ajan, joten vahvistimen hyötysuhde on heikko, korkeintaan 25 %. Signaalin särö on kuitenkin pieni. A-luokan vahvistimia käytetään pääasiassa esivahvistimissa ja muissa pientehosovelluksissa, mutta myös joissakin varsinaisissa tehovahvistimissa. Huonon hyötysuhteensa vuoksi tehokkaat A-luokan tehovahvistimet kuitenkin vaativat epäkäytännöllisen järeää jäähdytystä. A-luokan kytkentöjä käytetään yleisesti pienissä putkivahvistimissa edelleen.
  • B-luokka Vahvistimessa on kaksi transistoria (tai elektroniputkea), joista toinen johtaa vain positiivisen ja toinen negatiivisen puolijakson ajan. Signaalin ollessa nolla kumpikaan ei johda. Vahvistimella esiintyykin signaalin nollakohdan tuntumassa ylimenosäröä, joka aiheutuu signaalin vaihtumisesta transistorilta tai putkelta toiselle. Hyötysuhde on korkeintaan 78,5 %
  • AB-luokka Kuten B-luokan vahvistin, mutta ylimenosäröä on pienennetty asettamalla transistorien toimintapiste niin, että pienellä signaalitasolla kumpikin transistori toimii A-luokassa ja signaalin kasvaessa toiminta on B-luokan mukaista. AB-luokka on ollut ylivoimaisesti yleisin vahvistinluokka 1970-luvun lopusta alkaen.
  • C-luokka Lähinnä radiotaajuuksilla toimivissa lähettimissä käytettävä vahvistintyyppi. Hyötysuhde on jopa 90 %, koska transistorit tai -putket toimivat lähestulkoon kytkimen tapaan. Signaalin särö on myös suuri, mutta käyttösovelluksissa sillä ei ole juurikaan merkitystä, sillä useimmiten C-luokan vahvistimen kuormana on viritetty resonanssipiiri, joka suodattaa harmoniset särökomponentit pois.
  • D-luokka Vahvistimen transistorit toimivat kytkimien tapaan, jolloin hyötysuhde on parhaimmillaan jopa 95 %. Transistoreja ohjataan useimmiten pulssinleveysmoduloidulla (PWM) signaalilla, jonka taajuus on moninkertainen verrattuna korkeimpaan vahvistettavaan taajuuteen. Tällöin modulointitaajuus on helppo suodattaa pois yksinkertaisella alipäästösuotimella ja vahvistimesta saatava signaali on periaatteessa samanlainen verrattuna sille syötettyyn analogiseen signaaliin. D-luokan merkittävimmät edut ovat keveys ja erittäin pieni lämmöntuotto. Kokonaisuudesta tulee huomattavan pieni ja tehokas. Aiemmin D-luokka on kärsinyt säröongelmista, mutta ominaisuuksia on saatu sittemmin parannettua.

Differentiaalivahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Differentiaalivahvistin vahvistaa kahden tulojännitteen välistä jännite-eroa. Ulostulo voi olla differentiaalinen tai suhteessa referenssijännitteeseen – yleensä maahan.

Operaatiovahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Operaatiovahvistin

Operaatiovahvistin on differentiaalivahvistimen erikoistapaus. Operaatiovahvistin on piiriteoriassa ideaalinen vahvistin, jonka avoimen silmukan vahvistus ja tuloimpedanssi ovat äärettömiä ja jonka vahvistus piirissä määräytyy pelkästään takaisinkytkentäkomponenttien arvoista. Käytännön kytkennöissä operaatiovahvistimen toiminnan toteuttaa tarkoitukseen suunniteltu mikropiiri, josta toimintansa mukaisesti myös käytetään nimitystä operaatiovahvistin.

Instrumentointivahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Instrumentointivahvistimet ovat säätötekniikassa ja teollisuuden prosessinohjauksessa käytettäviä operaatiovahvistimia, joita käytetään mittaus- ja ohjaussignaalien vahvistamiseen, esimerkiksi anturisignaalien vahvistamiseen. Instrumentointivahvistimilta vaaditaan usein hyviä tasavirtavahvistusominaisuuksia ja vähäistä kohinaa.lähde? Lisäksi niissä tulo- ja lähtöpuolet on joskus galvaanisesti erotettu toisistaan joko optoisolaattorin tai muuntajakytkennän avulla.

Instrumenttivahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Instrumenttivahvistinta käytetään sähköisten soittimien kuten sähkökitaran tuottaman äänen vahvistamiseen. Vahvistimen tuottamaa ääntä on yleensä mahdollista muokata erilaisilla säätimillä. Instrumenttivahvistimet voidaan ulkoisen rakenteensa puolesta jakaa kahteen luokkaan: ns. combo sisältää samassa kotelossa sekä vahvistimen että kaiuttimen, kun taas suuremmissa vahvistimissa vahvistinosa (puhekielessä nuppi) ja kaiutinosa (puhekielessä kaappi) ovat yleensä erillisiä. Yleisin instrumenttivahvistin on kitaravahvistin.

Viritinvahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Viritinvahvistin

Viritinvahvistimessa on radiovastaanotin, esivahvistin ja päätevahvistin samassa kotelossa.

Esivahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Esivahvistin

Esivahvistinta käytetään vahvistamaan signaalia sopivaksi käsittelyä varten. Esivahvistimia on muun muassa miksereissä ja instrumenttivahvistimissa. Esimerkiksi studioissa ääntä tallennettaessa käytetään usein erillisiä esivahvistimia.

Päätevahvistin[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Päätevahvistin

Päätevahvistin eli pääteaste on äänitekniikassa käytetty tehovahvistin. Esimerkki päätevahvistimesta on kotiteatterijärjestelmän vahvistin.

Vahvistimien historiaa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Audiotekniikan varhaisina vuosina vahvistimet tehtiin elektroniputkia käyttäen. Monet hifi-harrastajat suosivat edelleen putkivahvistimia, koska niiden tuottama särö kuulostaa joidenkin mielestä vähemmän häiritsevältä kuin puolijohdevahvistimien särö. Syynä tähän pidetään yleisesti putkikoneiden harmonista säröä ja suuremmilla voimakkuuksilla kevyttä kompressoitumista, joka nostaa yksityiskohtia pintaan. Samoja toimenpiteitä käytetään myös levyjen masteroinnissa.

Kitaravahvistimessa putkisärö on usein tavoiteltavaa.

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Vahvistin.