Edellinenseuraava   Vahvistus

Vahvistin

Vahvistin on yksi elektroniikan perusosista.  vahvistimia on lähes kaikissa elektroniikan laitteissa, vaikkakin sanasta vahvistin (amplifier) ensimmäisenä monelle mieleen juolahtaakin stereolaitteisto. Äänenvahvistus on kuitenkin vain marginaalinen sovellusosa kaikista maailman vahvistinkomponenttien käyttökohteista. Esimerkiksi matkapuhelimen radiotaajuusvahvistin vahvistaa pienitehoisen, digitaalisen, signaalin lähettäväksi antennista "taivaalle". Muita vahvistimien sovelluskohteita ovat mm. mittaussignaalin käsittely ja anturointi, signaalin muokkaus, AD- ja DA- muunnos, säätöjärjestelmät...

Vahvistimet luokitellaan yleensä analogisen elektroniikan komponenteiksi. Elektronisen vahvistimen tehtävä on yleensä vahvistaa jännitettä ja/tai virtaa ja/tai tehoa, tai toimia nk. puskurina (buffer).


Leikkimielinen animiaation vahvistimen toiminnasta.
Vahvistin vahvistaa nimensä mukaisesti vahvistimelle tuotavaa signaalia. Vahvistin tarvitsee toimiakseen sähkötehoa, jota vahvistin saa esimerkiksi paristosta tai sähköverkosta. Kuvassa tämä käyttöteho on kuvattu sinisellä nuolella. Vahvistimen hyötysuhde on alle 100%, joten osa vahvistimeen syötettävästä tehosta muuttuu lämmöksi. Vahvistin aina omalla tavallaan "värittää" signaalia, ts. signaali vääristyy aina hieman vahvistimen läpi kulkiessa.

Ideaalinen vahvistin

Ideaalinen vahvistin vahvistaa signaali halutulla kertoimella (vahvistuksella). Yksinkertaisimmillaan vahvistin siis vain suorittaa kertolaskun tulevan signaalin amplitudille. Vahvistimeen liittyy tietysti läheisesti signaalilähde (vaikka levysoitin äänimaailman esimerkistä), josta varsinainen signaalilähde tulee. Vahvistimeen liitetään myös kuormitus, jota kuvassa on kuvattu vastuksella RL. Kuormituksena voi toimia esimerkiksi kaiutin tai vaikkapa matkapuhelimen antenni.


Periaatteellinen kuva vahvistinjärjestelmän toiminnasta. Tyypilliseen vahvistinjärjestelmään kuuluu vahvistimen lisäksi signaalilähde ja kuorma. Lisäksi vahvistin vaatii toimiakseen jonkinlaisen sähköteholähteen.

Ideaalisen vahvistimen ominaisuuksia on lueteltu alla olevassa listassa. Käytännön vahvistin ei tietenkää ole ideaalinen, mutta on yleensä pyritty optimoimaan ainakin joidenkin ominaisuuksien puolesta lähelle ideaalista. Ideaalinen vahvistin:

  • ei vääristä tulon aaltomuotoa, ts. signaali menee muodoltaan muuttumattomana vahvistimen läpi, korkeintaan amplitudi muuttuu
  • vahvistus valittavissa 0 - ääretön 
  • ei kuormita syöttävää piiriä, ts. vahvistin liittäminen syöttävään piiriin (esim mikrofoni) ei vaikuta syöttävän piirin toimintaan millään lailla
  • Kykenee syöttämään kaikenlaisia kuormia, ts. kuormituksen liittäminen vahvistimeen ei vaikuta vahvistimen toimintaan millään lailla
  • Ääretön kaistanleveys, ts. vahvistaa kaikentaajuisia signaaleita yhtä paljon välillä 0 - ääretön Hz
    ...
Seuraavaksi tarkastellaan hieman vahvistimien yleisiä ominaisuuksia menemättä kuitenkaan tarkemmin rakenteellisiin yksityiskohtiin. Käsiteltäviä asioita ovat perusparametrit, kuten:
  • Jännitevahvistin
  • Virtavahvistin
  • Jännite-, virta- ja tehovahvistus
  • Kuormitus
  • Vahvistimen teholähde ja hyötysuhde

Edellinenseuraava
© Mikko Kuisma, Satu Leinonen - LTY