Сигнал күшейткіш құрылғылар

Электрондық күшейткіштер: сигнал күшін арттыратын құрылғылар. Күшейту қағибаттары, түрлері және қолданылуы туралы толық ақпарат алыңыз.

21 мин оқу

100%

Дереккөз: Amplifier — Wikipedia

Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.

Мазмұны

Кіріспе

Сигналдың күшін арттыратын электронды құрылғы/компонент – электронды күшейткіштер.

Күшейткіш, электронды күшейткіш немесе (бейресми) амп – сигналдың (уақыт бойынша өзгеретін кернеу немесе ток) шамасын арттыра алатын электронды құрылғы. Бұл – электр қуатын қуат көзінен пайдаланатын екі портты электрондық схема, ол кіріс терминалдарына түсетін сигналдың амплитудасын (кернеу немесе ток шамасын) арттырып, шығысында пропорционалды түрде үлкен амплитудалы сигналды тудырады. Күшейткіштің қамтамасыз ететін күшейту деңгейі оның күшейту коэффициентімен өлшенеді: шығыс кернеуінің, токтың немесе қуатының кіріске қатынасы. Күшейткіш – қуатты күшейту коэффициенті бірден асатын схема ретінде анықталады. Күшейткіш жеке құрылғы немесе басқа құрылғының ішінде орналасқан электрлік схема болуы мүмкін. Күшейту – қазіргі заманғы электрониканың негізгі элементі және күшейткіштер дерлік барлық электронды жабдықта кеңінен қолданылады. Күшейткіштерді әртүрлі критерийлер бойынша жіктеуге болады. Бірі – күшейтілетін электронды сигналдың жиілігі. Мысалы, аудио күшейткіштер 20 кГц-ден төмен жиілікті аудио (дыбыс) диапазонындағы сигналдарды күшейтеді, радиожиілікті (RF) күшейткіштер 20 кГц-ден 300 ГГц-ге дейінгі радиожиілік диапазонындағы жиіліктерді күшейтеді, ал серво күшейткіштер мен өлшеу күшейткіштері тікелей токқа дейінгі өте төмен жиіліктермен жұмыс істей алады. Күшейткіштерді сигнал тізбегіндегі физикалық орналасуы бойынша да жіктеуге болады; мысалы, алдын ала күшейткіш басқа сигналды өңдеу кезеңдерінен бұрын орналасады, ал қуат күшейткіші сигналдың соңғы қолданылуы үшін жеткілікті шығыс қуатын қамтамасыз ету үшін басқа күшейткіш кезеңдерінен кейін қолданылады. Көшейте алатын алғашқы практикалық электр құрылғысы – Ли Де Форест 1906 жылы ойлап тапқан триодты вакуумдық түтік, ол 1912 жылға қарай алғашқы күшейткіштердің пайда болуына әкелді. Бүгінгі таңда көптеген күшейткіштер транзисторларды қолданады.

Вакуум түтіктері

Көшейте алатын алғашқы практикалық құрылғы – Ли Де Форест 1906 жылы ойлап тапқан триодты вакуумдық түтік, ол 1912 жылы алғашқы күшейткіштерге әкелді. Вакуумдық түтіктер 1960-70 жылдарға дейін дерлік барлық күшейткіштерде қолданылды, содан кейін транзисторлар оларды ығыстырды. Бүгінде күшейткіштердің көпшілігі транзисторларды пайдаланады, бірақ кейбір жағдайларда вакуумдық түтіктер де қолданыла береді. Телефонның дамуы, алғаш рет 1876 жылы патенттелген, сигналдарды ұзақ қашықтыққа тарату үшін электр сигналдарының амплитудасын арттыру қажеттігін тудырды. Телеграфта бұл мәселе станциялардағы аралық құрылғылармен шешілді, олар сигналды жазғыш және таратушыны тікелей байланыстырып, энергияны толықтырып, реле құрады. Нәтижесінде әрбір аралық станциядағы жергілікті энергия көзі келесі бөлімге қуат берді. Екі бағытта берілу үшін, яғни бірдей уақытта жіберу және қабылдау үшін, C.F. Varley телеграфтық жүйеде екі бағытты релелік ретрансляторларды жасады. Дюплекстік берілу телефония үшін өте маңызды болды, бірақ 1904 жылға дейін толыққанды шешілмеді. Осы жылы Америка Телефон және Телеграф компаниясының H.E. Шрив қызметкері телефондық ретрансляторды жасаудағы бұрынғы әрекеттерді жетілдірді, ол тікелей байланыстырылған көміртекті таратушы және электродинамикалық қабылдағыш жұптарынан тұрды. Шрив ретрансляторы алғаш рет Бостон мен Эймсбери (Массачусетс штаты) арасындағы желіде сынақтан өтті, ал одан да жетілдірілген үлгілер біраз уақыт бойы қолданыста болды. Ғасырдың басында теріс кедергілі сынап шамдарының сигналды күшейте алатыны анықталды, бірақ оларды ретрансляторларда қолдану сәтті болмады. 1902 жылдан бастап термоэлектрондық клапандарды дамыту сигналды толыққанды электрондық күшейту әдісін ұсынды. Мұндай құрылғылардың алғашқы практикалық үлгісі – Ли Де Форест 1906 жылы ойлап тапқан Audion триоды, ол 1912 жылы алғашқы күшейткіштерге жол ашты. «Күшейткіш» және «күшейту» терминдері латын тілінен алынған «amplificare» (ұлғайту, кеңейту) сөзінен туындаған және 1915 жылы триодтар кеңінен қолданыла бастағанда осы жаңа мүмкіндікті сипаттау үшін қолданылды. Олар алысқа созылған телефон желілерін, үлкен залдардағы дыбыс жүйелерін, радио хабарларын, дыбыс қосылған кинофильмдерді, дыбысты жазуды, радарды, теледидарды және алғашқы компьютерлерді жасауға мүмкіндік берді. 50 жыл бойы дерлік барлық тұтыну электронды құрылғыларында вакуумдық түтіктер қолданылды. Ертедегі түтікшелік күшейткіштерде көбінесе оң кері байланыс (регенерация) болды, ол күшейтуді арттыра білді, бірақ күшейткішті тұрақсыз және тербеліске бейім етті. Күшейткіштердің математикалық теориясының көп бөлігі 1920-1940 жылдары Белл Телефондық зертханаларында жасалды. Ертедегі күшейткіштердегі бұрмалау деңгейі жоғары болды, әдетте 5% шамасында, 1934 жылға дейін, Гарольд Блэк теріс кері байланысты ойлап тапқанға дейін. Бұл бұрмалау деңгейін күшейтудің төмендеуінің есебінен айтарлықтай азайтуға мүмкіндік берді. Күшейту теориясының басқа да жетістіктерін Гарри Найквист және Хендрик Уэйд Боде жасады. Вакуумдық түтік 40 жыл бойы магниттік күшейткіштер және амплидиндер сияқты арнайы қуат құрылғыларынан басқа, іс жүзінде жалғыз күшейткіш құрылғы болып келді. Қуатты басқару схемалары 20 ғасырдың екінші жартысына дейін магниттік күшейткіштерді қолданды, содан кейін жартылай өткізгіштік қуат құрылғылары экономикалық жағынан тиімді және жоғары жылдамдықта жұмыс істейтін болды. Шривтің ескі электроакустикалық көміртекті ретрансляторлары 1950 жылдарға дейін, транзисторлар кішірек және сапалы күшейткіштерді ұсынғанға дейін, есту қабілеті нашарлаған адамдар үшін телефон абоненттерінің жиынтықтарында реттегіш күшейткіштер ретінде қолданылды.

The first practical prominent device that could amplify was the triode vacuum tube, invented in 1906 by Lee De Forest, which led to the first amplifiers around 1912. Vacuum tubes were used in almost all amplifiers until the 1960s–1970s when transistors replaced them. Today, most amplifiers use transistors, but vacuum tubes continue to be used in some applications. The development of audio communication technology in form of the telephone, first patented in 1876, created the need to increase the amplitude of electrical signals to extend the transmission of signals over increasingly long distances. In telegraphy, this problem had been solved with intermediate devices at stations that replenished the dissipated energy by operating a signal recorder and transmitter back to back, forming a relay, so that a local energy source at each intermediate station powered the next leg of transmission. For duplex transmission, i. e. sending and receiving in both directions, bi directional relay repeaters were developed starting with the work of C. F. Varley for telegraphic transmission. Duplex transmission was essential for telephony and the problem was not satisfactorily solved until 1904, when H. E. Shreeve of the American Telephone and Telegraph Company improved existing attempts at constructing a telephone repeater consisting of back to back carbon granule transmitter and electrodynamic receiver pairs. The Shreeve repeater was first tested on a line between Boston and Amesbury, MA, and more refined devices remained in service for some time. After the turn of the century it was found that negative resistance mercury lamps could amplify, and were also tried in repeaters, with little success. The development of thermionic valves which began around 1902, provided an entirely electronic method of amplifying signals. The first practical version of such devices was the Audion triode, invented in 1906 by Lee De Forest, which led to the first amplifiers around 1912. The terms amplifier and amplification, derived from the Latin amplificare, (to enlarge or expand), were first used for this new capability around 1915 when triodes became widespread. It made possible long distance telephone lines, public address systems, radio broadcasting, talking motion pictures, practical audio recording, radar, television, and the first computers. For 50 years virtually all consumer electronic devices used vacuum tubes. Early tube amplifiers often had positive feedback (regeneration), which could increase gain but also make the amplifier unstable and prone to oscillation. Much of the mathematical theory of amplifiers was developed at Bell Telephone Laboratories during the 1920s to 1940s. Distortion levels in early amplifiers were high, usually around 5%, until 1934, when Harold Black developed negative feedback; this allowed the distortion levels to be greatly reduced, at the cost of lower gain. Other advances in the theory of amplification were made by Harry Nyquist and Hendrik Wade Bode. The vacuum tube was virtually the only amplifying device, other than specialized power devices such as the magnetic amplifier and amplidyne, for 40 years. Power control circuitry used magnetic amplifiers until the latter half of the twentieth century when power semiconductor devices became more economical, with higher operating speeds. The old Shreeve electroacoustic carbon repeaters were used in adjustable amplifiers in telephone subscriber sets for the hearing impaired until the transistor provided smaller and higher quality amplifiers in the 1950s.

Транзисторлар

Ең алғашқы жұмыс істейтін транзистор 1947 жылы Джон Бардин мен Уолтер Браттейннің Bell Labs зертханасында ойлап тапқан нүктелік контактілі транзистор болды, ал кейін Уильям Шокли 1948 жылы биполярлы торапты транзисторды (BJT) ойлап тапты. Олардан кейін 1959 жылы Bell Labs-те Мохамед М. Аталла мен Давон Канг металл-оксидті жартылай өткізгіштік өрістік эффектілі транзисторды (MOSFET) ойлап тапты. MOSFET-тің өлшемдерін кішірейте беру мүмкіндігінің арқасында, ол ең көп қолданылатын күшейткішке айналды. 1960 және 1970 жылдары көлемді электрондық құбырларды транзисторлармен алмастыру электроникада революция жасады, бұл 1954 жылы жасалған транзисторлық радио сияқты көптеген портативті электрондық құрылғылардың пайда болуына мүмкіндік берді. Бүгінде вакуумдық құбырлардың қолданылуы жоғары қуатты қолданыстармен, мысалы радио хабар таратушылармен, сондай-ақ кейбір музыкалық аспаптармен және жоғары сапалы аудиофильдік күшейткіштермен шектеледі. 1970 жылдардан бастап, бір чипке көбірек транзисторлар орналастырылып, интеграцияланған схемаларда интеграцияның жоғары деңгейлері (мысалы, кішкентай, орта және үлкен масштабты интеграция) құрылды. Қазіргі таңда коммерциялық түрде қол жетімді көптеген күшейткіштер интегралды схемаларға негізделген. Арнайы мақсаттар үшін басқа да белсенді элементтер қолданылған. Мысалы, спутниктік байланыстың алғашқы күндерінде параметрлік күшейткіштер пайдаланылды. Негізгі тізбек – диод, оның сыйымдылығы жергілікті радиожиілік сигналмен өзгертілді. Белгілі бір жағдайларда бұл радиожиілік сигнал жердегі станцияда алынған өте әлсіз спутниктік сигналмен модуляцияланған энергияны қамтамасыз етті. 20 ғасырдың соңынан бері цифрлық электрониканың жетістіктері тұрақты амплитудалы сигналдардың импульстік пішінін өзгерту үшін цифрлық коммутацияны пайдалану арқылы дәстүрлі сызықтық күшейткіштерге жаңа баламалар ұсынды, нәтижесінде D класты күшейткіш сияқты құрылғылар пайда болды.

Қуат күшейткіштер

Қуат күшейткіші – жүктемеге қолжетімді қуатты арттыруға бағытталған күшейткіш. Іс жүзінде күшейткіштің қуаттылығы көзінің және жүктеменің кедергілеріне, сондай-ақ ішкі кернеу мен токтың күшейту коэффициентіне байланысты. Радиожиілікті (RF) күшейткіштің дизайны әдетте қуат беру үшін кедергілерді оңтайландырады, ал аудио және өлшеу күшейткіштерінің дизайны әдетте сигналдың сапасын сақтау және жүктемені азайту үшін кіріс және шығыс кедергілерін оңтайландырады. 20 дБ күшейту коэффициентіне ие деп айтылатын күшейткіштің кернеулік күшейту коэффициенті 20 дБ-қа, ал қолжетімді қуат күшейту коэффициенті 20 дБ-дан әлдеқайда жоғары болуы мүмкін (қуат қатынасы 100) – бірақ, мысалы, кіріс 600 Омдық микрофоннан алынса және шығыс 47 кОмдық қуат күшейткішінің кіріс ұясына қосылса, шындығында қуат күшейту коэффициенті одан да төмен болуы мүмкін. Жалпы, қуат күшейткіші сигнал тізбегіндегі соңғы күшейткіш немесе нақты схема (шығыс сатысы) болып табылады және қуат тиімділігіне назар қажетті күшейткіш сатысы болып табылады. Тиімділік мәселелері шығыс транзисторларының немесе лампаларының бейімделуіне негізделген қуат күшейткіштерінің әртүрлі кластарына әкеледі: қуат күшейткіштерінің кластарын төменде қараңыз. Аудио қуат күшейткіштері әдетте динамиктерді басқару үшін қолданылады. Олар көбінесе екі шығыс арнасына ие және әрқайсысына бірдей қуат береді. Радио қуат күшейткіші радио хабар таратушының соңғы сатысында табылсады. Сервомотор контроллері: мотордың жылдамдығын немесе моторлы жүйенің орнын реттеу үшін басқару кернеуін күшейтеді.

Операциялық күшейткіштер (операциялық күшейткіштер)

Операциялық күшейткіш – әдетте өте жоғары ашық циклді күшейтуге және дифференциалдық кірістерге ие күшейткіш схемасы. Операциялық күшейткіштер өздерінің әмбебаптығына байланысты схемаларда стандартталған "күшейту блоктары" ретінде кеңінен қолданыс тапты; олардың күшейтуі, өткізгіштік жолағы және басқа да сипаттамалары сыртқы схема арқылы кері байланыс көмегімен басқарылуы мүмкін. Бүгінде бұл термин көбінесе интегралдық схемаларға қолданылса да, бастапқы операциялық күшейткіштер шамдарды пайдаланған, ал кейінгі конструкциялар дискретті транзисторлық схемаларды қолданған. Толық дифференциалдық күшейткіш операциялық күшейткішке ұқсас, бірақ дифференциалдық шығыстары да болады. Олар көбінесе BJT немесе FET арқылы құрастырылады.

Таратылған күшейткіштер

Бұлар бір қатарлы күшейткіштерді жеке-жеке бөлу үшін теңдестірілген беріліс желілерін пайдаланады, олардың шығыстары осы беріліс желісі арқылы жинақталады. Беріліс желісі теңгерімді типтес, кірісі бір жағында және теңдестірілген беріліс желісінің бір шетінде ғана орналасқан, ал шығысы қарсы жағында, теңдестірілген беріліс желісінің қарама-қарсы шетінде болады. Әрбір сатының күшейтуі каскадтық тізбектей қосылымдағыдай бірін-бірі көбейтудің орнына, шығысқа сызықты түрде қосылады. Бұл, тіпті бірдей күшейту элементтері қолданылған жағдайда да, көбірек өткізу қабілетін қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Қосылған режимдегі күшейткіштер

Бұл сызықтық емес күшейткіштер сызықтық күшейткіштерге қарағанда әлдеқайда жоғары тиімділікке ие, және қуатты үнемдеу қосымша күрделілікті қажеттендіретін жағдайларда қолданылады. D классындағы күшейткіштер осы типтегі күшейтудің басты мысалы болып табылады.

Теріс кедергі күшейткіші

Теріс кедергілі күшейткіш – транзистордың көзі мен қақпасы арасындағы кері байланыс арқылы транзистордың көзіндегі сыйымдылық кедергісін қақпасындағы теріс кедергіге айналдыратын регенеративті күшейткіштің бір түрі. Басқа күшейткіштермен салыстырғанда, бұл "теріс кедергілі күшейткіш" өте жоғары күшейтуге қол жеткізу үшін өте аз қуатты қажет етеді, сонымен бірге жақсы шу көрсеткішін сақтайды.

Видео күшейткіштер

Видео күшейткіштер бейне сигналдарды өңдеу үшін жасалған және SDTV, EDTV, HDTV 720p немесе 1080i/p сияқты бейне сигналының түріне қарай әртүрлі өткізу қабілетіне (жолақтылыққа) ие. Өткізу қабілетінің сипаттамасы қолданылған сүзгінің түріне және өткізу қабілеті қай нүктеде өлшенетініне (мысалы, -1 дБ немесе -3 дБ) байланысты. Жақсы телебейне алу үшін қадамдық жауап пен асып кетуге қатысты белгілі бір талаптар орындалуы керек.

Микротолқынды күшейткіштер

Көшпелі толқын түтігі күшейткіштері (TWTA) төмен микротолқынды жиіліктерде жоғары қуатты күшейту үшін қолданылады. Олар жиіліктердің кең спектрінде күшейте алады, бірақ клистрондарға қарағанда көбінесе реттеу мүмкіндігі төмен болады. Клистрондар – миллиметрлік және миллиметрден кішкентай толқындарды жоғары қуатпен, кеңінен реттеліп күшейтуге арналған, арнайы сызықтық сәулелі вакуумдық құрылғылар. Клистрондар кең ауқымды жұмыстар үшін жасалған, және TWTA-ға қарағанда жолақтығы тар болғанымен, эталондық сигналды когерентті күшейту арқасында амплитуда, жиілік және фаза бойынша шығысын дәл басқаруға мүмкіндік береді. Кремнийдің қысқа арналы MOSFET-тері (мысалы, қос диффузиялық металл-оксид-жартылайөткізгіш (DMOS) FET-тері, GaAs FET-тері, SiGe және GaAs гетероқосқасты биполярлы транзисторлар/HBT, HEMT, IMPATT диодтары және т.б.) сияқты қатты күйдегі құрылғылар, әсіресе төменгі микротолқынды жиіліктерде және ватт өлшемдеріндегі қуат деңгейлерінде қолданылады, мысалы, портативті радиожиілікті терминалдар/ұялы телефондар және кіру нүктелері сияқты қолдануларда мөлшері мен тиімділігі маңызды. Галлий нитриді (GaN) немесе кремнийдегі немесе кремний карбиді/SiC-тегі GaN сияқты жаңа материалдар HEMT транзисторларында және тиімділігін арттыру, кең жолақтылық, шамамен бірнешеден бірнеше ондаған ГГц-қа дейін жұмыс істеу және бірнеше ватттан бірнеше жүз ваттқа дейін шығыс қуаты қажет болған жағдайларда пайда болып келеді. Микротолқынды күшейткіштер күшейткіштің техникалық сипаттамалары мен мөлшеріне қарай монолитті түрде интеграцияланып, модульдер түрінде немесе дискретті бөліктерге негізделген, немесе олардың кез келген комбинациясында жүзеге асырылуы мүмкін. Мазер – электрондық емес микротолқынды күшейткіш.

Музыкалық аспаптарды күшейткіштер

Құрал күшейткіштері – концерттерде музыкалық аспаптардың, мысалы, гитаралардың дыбыс деңгейін арттыруға арналған аудио қуат күшейткіштерінің бірнеше түрі. Күшейткіштердің тоны негізінен олар қолданатын эквалайзер мен дисторшнның реті мен мөлшеріне байланысты болады.

Ортақ терминал

Күшейткіштерді жіктеудің бір түрі, кіріс және шығыс тізбегіне ортақ болатын құрылғының қай терминалы екендігіне негізделген. Биполярлы тоқ өткізгіш транзисторлар үшін үш класс бар: ортақ эмиттер, ортақ база және ортақ коллектор. Өрістік эффект транзисторлар үшін сәйкес конфигурациялар: ортақ көз, ортақ қақпа және ортақ ағын; вакуумдық лампалар үшін: ортақ катод, ортақ тор және ортақ пластина. Ортақ эмиттер (немесе ортақ көз, ортақ катод және т.б.) көбінесе база мен эмиттер арасына берілген кернеуді күшейту үшін қолданылады, ал коллектор мен эмиттер арасынан алынған шығыс сигналы кіріске қатысты инверттелген (кері айналдырылған) болады. Ортақ коллектор схемасында кіріс кернеуі база мен коллектор арасына беріледі, ал шығыс кернеуі эмиттер мен коллектор арасынан алынады. Бұл теріс кері байланысқа әкеледі, және шығыс кернеуі кіріс кернеуін қайталайды. Бұл схема сонымен қатар кіріс кедергісі жоғары болғандықтан сигнал көзін жүктемейді, бірақ кернеу күшейтуі бірден кем болады. Сондықтан ортақ коллектор схемасы эмиттерді қайталайтын, көзді қайталайтын немесе катодты қайталайтын схема деп белгілі.

Бір жақты немесе екі жақты

Шығарысы кіріс жағына кері байланыс бермейтін күшейткіш "бір жақты" деп аталады. Бір жақты күшейткіштің кіріс кедергісі жүктемеге тәуелсіз, ал шығыс кедергісі сигнал көзінің кедергісіне тәуелсіз болады. Шығарысының бір бөлігін кіріске қайтару үшін кері байланыс қолданатын күшейткіш – екі жақты күшейткіш. Екі жақты күшейткіштің кіріс кедергісі жүктемеге, ал шығыс кедергісі сигнал көзінің кедергісіне байланысты. Барлық күшейткіштер белгілі бір деңгейде екі жақты болып келеді; алайда, кері байланыс жеткілікті түрде аз болған жағдайларда, талдауды жеңілдету үшін оларды көбінесе бір жақты деп модельдеуге болады (мысалы, жалпы базалық мақаланы қараңыз).

Инверторлық немесе инверторлық емес

Көшейткіштерді жіктеудің тағы бір жолы – кіріс сигналының шығыс сигналымен фазалық қатынасы. "Инверторлық" күшейткіш кіріс сигналынан 180 градусқа қарама-қарсы фазада шығыс сигналын тудырады (яғни, полярлық инверсия немесе осциллоскопта көрінетін кіріс сигналының кері бейнесі). "Инвертті емес" күшейткіш кіріс сигналының толқын формасының фазасын сақтайды. Эмиттерді жалғаушы – инвертті емес күшейткіштің бір түрі, транзистордың эмиттеріндегі сигнал кіріс сигналымен (яғни, бірлік күшейтумен сәйкес келеді, бірақ ықшам ауытқу мүмкін) сәйкес келеді. Кернеуді жалғаушы да бірлік күшейтуге ие инвертті емес күшейткіштің түрі. Бұл сипаттама күшейткіштің бір сатысына немесе толық күшейткіш жүйесіне қатысты болуы мүмкін.

Функция

Басқа күшейткіштерді олардың функциялары немесе шығыс сипаттамалары бойынша жіктеуге болады. Бұл функционалдық сипаттамалар әдетте толық күшейткіш жүйелеріне немесе қосалқы жүйелеріне, сирек жағдайда жеке сатыларға қолданылады. Серво күшейткіш белгілі бір қажетті деңгейде шығысты белсенді басқару үшін интеграцияланған кері байланыс циклін көрсетеді. DC сервосы дыбыс немесе радиожиілік (RF) сигналының жылдам ауытқулары болмаған DC деңгейіне дейінгі жиіліктерде пайдалануды білдіреді. Бұлар көбінесе механикалық іске қосылғыштарда немесе тұрақты жылдамдықты немесе айналым моментін ұстауы тиіс DC моторлар сияқты құрылғыларда қолданылады. AC серво күшейткіші кейбір AC моторлар үшін осылай істей алады. Сызықтық күшейткіш әр түрлі жиілік компоненттеріне тәуелсіз жауап береді және гармоникалық бұрмалау немесе интермодуляциялық бұрмалау тудырмайды. Ешбір күшейткіш кемелді сызықтыққа ие бола алмайды (тіпті ең сызықтық күшейткіштің де кейбір сызықтықсыздықтары бар, өйткені күшейткіш құрылғылар – транзисторлар немесе вакуумдық түтіктер – квадрат заңдар сияқты сызықтық емес қуат заңдарына сәйкес келеді және сол әсерлерді азайту үшін схемалық техникаға сүйенеді). Сызықтық емес күшейткіш елеулі бұрмалауды тудырады және гармониялық мазмұнды өзгертеді; бұл пайдалы болатын жағдайлар бар. Қасақана сызықтық емес беру функциясын қамтамасыз ететін күшейткіш контурларына мыналар жатады: кремниймен басқарылатын туралаушы немесе транзистор сияқты коммутаторды, шам сияқты жүктемені толық қосу немесе сөндіру үшін, үздіксіз өзгермелі кірістегі шекті деңгейге негізделген түрде қолдануға болады. Мысалы, аналогты компьютердегі сызықтық емес күшейткіш немесе нақты RMS түрлендіргіш логарифмдік немесе квадрат заң сияқты арнайы беру функциясын қамтамасыз ете алады. С класындағы радиожиілік күшейткіш таңдалуы мүмкін, өйткені ол өте тиімді, бірақ сызықтық емес. Мұндай күшейткішті «танк» деп аталатын реттелген тізбекпен қолдану қажетсіз гармонияларды (бұрмалауды) жеткілікті түрде азайтып, оны таратушыларда пайдалы етеді, немесе кейбір қажетті гармонияларды реттелген тізбектің резонанстық жиілігін жиілік көбейтуші тізбектерде негізгі жиіліктен гөрі жоғары жиілікке орнату арқылы таңдауға болады. Автоматты күшті басқару тізбектері күшейткіштің күшін уақыт бойынша орташа амплитудамен басқаруды талап етеді, сондықтан әлсіз станциялар қабылданып жатқанда шығыс амплитудасы аз өзгереді. Сызықтық емес бұрмалаулар салыстырмалы түрде кіші сигнал амплитудасы аз бұрмаланудан (арналық кедергілер немесе интермодуляция) зардап шегеді, бірақ салыстырмалы түрде үлкен күшті басқару тұрақты кернеуімен модуляцияланады. Анодты бұру детекторлары, дәлдікті түзетушілер және шексіз кедергілік детекторлары (мысық шашы бар детекторлар сияқты күшейтпелі детекторларды қоспағанда) сияқты күшейткіштерді пайдаланатын AM детектор тізбектері, сондай-ақ шың детектор тізбектері сигналдың мизгелдік амплитудасына негізделген күшейтпедегі өзгерістерге сүйенеді, осылайша айнымалы ток кірісінен тұрақты ток алады. Операциялық күшейткіш салыстырғыш және детектор тізбектері. Кең жолақты күшейткіштің жиілік диапазонында нақты күшейткіш коэффициенті бар және ол жиі байланыс жүйелерінде релелік сигналдарды күшейту үшін қолданылады. Тар жолақты күшейткіш басқа жиіліктерді қоспағанда, жиіліктердің нақты тар ауқымын күшейтеді. RF күшейткіші радиожиілік диапазонындағы сигналдарды күшейтеді электромагниттік спектр, және жиі қабылдағыштың сезімталдығын немесе таратушының шығыс қуатын арттыру үшін қолданылады. Аудио күшейткіш аудио жиіліктерді күшейтеді. Бұл санат кіші сигнал күшейткіштерге және динамиктерді басқаруға оңтайландырылған қуат күшейткіштерге бөлінеді, кейде әртүрлі дыбыс жаңғырту талаптарын қанағаттандыру үшін бөлек немесе көпірлік арналар ретінде топтастырылған бірнеше күшейткіштер болады. Аудио күшейткіштерде жиі қолданылатын терминдерге мыналар жатады: алдынғы күшейткіш (preamp), оның ішінде RIAA теңестіруі бар фоно алдынғы күшейткіші немесе CCIR теңестіру сүзгісі бар таспа бас алдынғы күшейткіші болуы мүмкін. Олар сүзгілерді немесе дыбысты басқару тізбектерін қамтуы мүмкін. Қуат күшейткіші (әдетте дыбыс берушілерді басқарады), құлаққап күшейткіштері және қоғамдық дауыс күшейткіштері. Стерео күшейткіштер екі шығыс арнасын (сол және оң) білдіреді, дегенмен бұл термин «қатты» дыбысты білдіреді (үш өлшемділікке сілтеме жасайды) – сондықтан төрт каналды стерео күшейткіштері үшін квадрофониялық стерео қолданылды. 5.1 және 7.1 жүйелері 5 немесе 7 қалыпқы каналдары бар үй кинотеатры жүйелерін, сондай-ақ сабвуферлік каналды білдіреді. Буферлік күшейткіштер, мысалы эмиттерлік бақылаушылар, құрылғы үшін (мысалы, басқа күшейткіш немесе шамдар сияқты энергияны көп қажет ететін жүктеме) жоғары кедергілі кіріс береді, бұл көзден тым көп ток тартар еді. Желілік драйверлер ұзын немесе кедергіге бейім байланыс кабельдерін қуаттандыратын буфердің бір түрі болып табылады, мүмкін бұрылған жұп кабельдер арқылы дифференциалдық шығыстармен.

Other amplifiers may be classified by their function or output characteristics. These functional descriptions usually apply to complete amplifier systems or sub systems and rarely to individual stages. A servo amplifier indicates an integrated feedback loop to actively control the output at some desired level. A DC servo indicates use at frequencies down to DC levels, where the rapid fluctuations of an audio or RF signal do not occur. These are often used in mechanical actuators, or devices such as DC motors that must maintain a constant speed or torque. An AC servo amp. can do this for some AC motors. A linear amplifier responds to different frequency components independently, and does not generate harmonic distortion or intermodulation distortion. No amplifier can provide perfect linearity (even the most linear amplifier has some nonlinearities, since the amplifying devices—transistors or vacuum tubes—follow nonlinear power laws such as square laws and rely on circuitry techniques to reduce those effects). A nonlinear amplifier generates significant distortion and so changes the harmonic content; there are situations where this is useful. Amplifier circuits intentionally providing a non linear transfer function include:
a device like a silicon controlled rectifier or a transistor used as a switch may be employed to turn either fully on or off a load such as a lamp based on a threshold in a continuously variable input. a non linear amplifier in an analog computer or true RMS converter for example can provide a special transfer function, such as logarithmic or square law. a Class C RF amplifier may be chosen because it can be very efficient—but is non linear. Following such an amplifier with a so called tank tuned circuit can reduce unwanted harmonics (distortion) sufficiently to make it useful in transmitters, or some desired harmonic may be selected by setting the resonant frequency of the tuned circuit to a higher frequency rather than fundamental frequency in frequency multiplier circuits. Automatic gain control circuits require an amplifier's gain be controlled by the time averaged amplitude so that the output amplitude varies little when weak stations are being received. The non linearities are assumed arranged so the relatively small signal amplitude suffers from little distortion (cross channel interference or intermodulation) yet is still modulated by the relatively large gain control DC voltage. AM detector circuits that use amplification such as anode bend detectors, precision rectifiers and infinite impedance detectors (so excluding unamplified detectors such as cat's whisker detectors), as well as peak detector circuits, rely on changes in amplification based on the signal's instantaneous amplitude to derive a direct current from an alternating current input. Operational amplifier comparator and detector circuits. A wideband amplifier has a precise amplification factor over a wide frequency range, and is often used to boost signals for relay in communications systems. A narrowband amp amplifies a specific narrow range of frequencies, to the exclusion of other frequencies. An RF amplifier amplifies signals in the radio frequency range of the electromagnetic spectrum, and is often used to increase the sensitivity of a receiver or the output power of a transmitter. An audio amplifier amplifies audio frequencies. This category subdivides into small signal amplification, and power amps that are optimised to driving speakers, sometimes with multiple amps grouped together as separate or bridgeable channels to accommodate different audio reproduction requirements. Frequently used terms within audio amplifiers include:
Preamplifier (preamp. ), which may include a phono preamp with RIAA equalization, or tape head preamps with CCIR equalisation filters. They may include filters or tone control circuitry. Power amplifier (normally drives loudspeakers), headphone amplifiers, and public address amplifiers. Stereo amplifiers imply two channels of output (left and right), though the term simply means "solid" sound (referring to three dimensional)—so quadraphonic stereo was used for amplifiers with four channels. 5.1 and 7.1 systems refer to Home theatre systems with 5 or 7 normal spatial channels, plus a subwoofer channel. Buffer amplifiers, which may include emitter followers, provide a high impedance input for a device (perhaps another amplifier, or perhaps an energy hungry load such as lights) that would otherwise draw too much current from the source. Line drivers are a type of buffer that feeds long or interference prone interconnect cables, possibly with differential outputs through twisted pair cables.

Сатапааралық жалғау әдісі

Көшейткіштер кейде сигналдың кіріс, шығыс немесе каскадтар арасындағы байланыс әдісі бойынша жіктеледі. Олардың түрлері: Резистивтік-сыйымдылықты (RC) байланыспен күшейткіш, резисторлар мен конденсаторлар желісін қолданады. Бұл күшейткіштер тұрақты ток (DC) сигналдарын күшейте алмайды, себебі конденсаторлар кіріс сигналының DC құраушысын тоқтатады. RC-байланыспен күшейткіштер вакуумдық лампалармен немесе дискретті транзисторлармен тізбектерде жиі қолданылды. Интегралды схемалар дәуірінде микросхемадағы бірнеше транзисторлар конденсатордан әлдеқайда арзан және кішкентай. Индуктивтік-сыйымдылықты (LC) байланыспен күшейткіш, индукторлар мен конденсаторлар желісін қолданады. Бұл күшейткіш түрі көбінесе таңдамалы радиожиілікті тізбектерде қолданылады. Трансформаторлық байланыспен күшейткіш, кедерістерді сәйкестендіру немесе тізбек бөліктерін оқшаулау үшін трансформаторды қолданады. Көбінесе LC-байланыспен және трансформаторлық байланыспен күшейткіштерді ажырату қиын, өйткені трансформатор – индуктордың бір түрі. Тікелей байланыспен күшейткіш, кедерістер мен бейімдеу компоненттерін пайдаланбайды. Бұл күшейткіш класы вакуумдық лампалар дәуірінде сирек кездесетін, себебі анодтың (шығыстың) кернеуі бірнеше жүз вольттан жоғары, ал желінің (кірістің) кернеуі бірнеше вольттан төмен болатын. Сондықтан олар тек күшейту DC-ге дейін көрсетілген жағдайда ғана қолданылды (мысалы, осциллографта). Қазіргі заманғы электрониканы әзірлеушілер мүмкіндігінше тікелей байланыспен күшейткіштерді пайдалануға ұсынылады. FET және CMOS технологияларында тікелей байланыс басым, себебі MOSFET қақпалары теориялық түрде өздерінен ток өткізбейді. Сондықтан кіріс сигналдарының DC құраушысы автоматты түрде сүзіледі.

Жиілік диапазоны

Жиілік диапазонына және басқа да қасиеттеріне байланысты күшейткіштер әртүрлі принциптер бойынша жобаланады. DC дейінгі жиілік диапазондары тек осы қасиет қажет болған жағдайда ғана қолданылады. Тұрақты ток сигналына арналған күшейткіштер компоненттердің қасиеттерінде уақыт өте келе болатын шағын өзгерістерге осал. DC күшейткіштерінің қасиеттеріндегі қанағаттандырмас дрейфтің алдын алу үшін, шоперлі тұрақтандырылған күшейткіштер сияқты арнайы әдістер қолданылады. Аудио күшейткіштерден DC және субсоникалық жиіліктерді жою үшін "DC кесу" конденсаторларын қосуға болады. Белгіленген жиілік диапазонына сәйкес әртүрлі жобалау принциптерін қолдану қажет. МГц диапазонына дейін тек "дискретті" қасиеттерді ескеру жеткілікті; мысалы, терминалдың кіріс кедергісі бар. Егер тізбектегі кез келген қосылыс жоғары көрсетілген жиіліктің толқын ұзындығының 1% -ынан асып кетсе (мысалы, 100 МГц жиілікте толқын ұзындығы 3 м болса, ода критиктік қосылыс ұзындығы шамамен 3 см болады), жобалау қасиеттері күрт өзгереді. Мысалы, басылған плата (PCB) іздерінің белгілі бір ұзындығы мен ені таңдаулы немесе кедергіні сәйкестендіру үшін қолданылуы мүмкін. Бірнеше жүз МГц-тен жоғары дискретті элементтерді, әсіресе индукторларды қолдану қиын. Көп жағдайларда, олардың орнына өте нақты пішіндес басылған плата (PCB) іздері қолданылады (сызықтық техникалар). Күшейткіштің жиілік диапазоны жолақтық (әдетте, жиілік белгіленген жолақтыққа жеткенде 3 дБ төмендейтін жауапты білдіреді) немесе төменгі және жоғарғы жиіліктер арасындағы белгілі бір децибелдегі жиілік жауабы арқылы (мысалы, "20 Гц-тан 20 кГц-қа дейін плюс немесе минус 1 дБ") көрсетілуі мүмкін.

Қуат күшейткіштері кластары

Қуат күшейткіш схемалары (шығу сатылары) аналогтық схемалар үшін А, В, АВ және С, ал импульстік схемалар үшін D және E сыныптарына бөлінеді. Қуат күшейткіш сыныптары күшейткіш элементінің ток өткізетін әрбір кіріс циклының (өткізу бұрышы) үлесіне сүйенген. Өткізу бұрышының түсінігі синусоидты сигналды күшейту арқылы түзіледі. Егер элемент үнемі жұмыс істесе, өткізу бұрышы 360° құрайды. Егер ол әрбір циклдің жартысында ғана жұмыс істесе, бұрыш 180° болады. Ағын бұрышы күшейткіштің қуат пайдалылығымен тығыз байланысты.

Үлгі күшейткіш схемасы

Жоғарыда көрсетілген практикалық күшейткіш схемасы орташа қуатты аудио күшейткіштің негізі болуы мүмкін. Ол қазіргі заманғы күшейткіштерде кездесетін типтік (бірақ айтарлықтай жеңілдетілген) конструкцияны ұсынады, AB класындағы push-pull шығыс сатысымен жабдықталған және кейбір жалпы теріс кері байланыс қолданады. Биполярлы транзисторлар көрсетілген, бірақ бұл конструкцияны ФЭТ немесе лампалармен де жүзеге асыруға болады. Кіріс сигналы конденсатор C1 арқылы Q1 транзисторының базасына қосылады. Конденсатор АЖ сигналының өтуіне мүмкіндік береді, бірақ R1 және R2 резисторларымен орнатылған тұрақты ток кернеуін тоқтатады, алдыңғы схемаға әсер етпейді. Q1 және Q2 дифференциалдық күшейткішті құрайды (екі кіріс арасындағы айырманы тұрақты шамаға көбейтетін күшейткіш), ол ұзақ құйрықты жұп ретінде белгілі. Бұл схема шығыстан Q2 арқылы R7 және R8 арқылы берілетін теріс кері байланысты ыңғайлы түрде пайдалануға мүмкіндік береді. Дифференциалдық күшейткішке кері байланыс күшейткішке кіріс сигналын нақты шығыспен салыстыруға мүмкіндік береді. Q1-ден күшейтілген сигнал тікелей екінші сатыға, Q3-ке беріледі, ол жалпы эмиттерлік саты болып табылады және сигналды одан әрі күшейтеді, сонымен қатар Q4 және Q5 шығыс сатылары үшін тұрақты ток жасайды. R6 Q3 үшін жүктеме қызметін атқарады (жақсы конструкцияда тұрақты ток көзі сияқты белсенді жүктеме қолданылуы мүмкін). Қазірге дейін күшейткіштің барлық бөліктері А класында жұмыс істейді. Шығыс жұбы AB класындағы push-pull схемасымен орналасқан, оларды толықтырушы жұптар деп те атайды. Олар токтың көп бөлігін күшейтеді (төмен тұрақты ток тұтынып), тікелей жүктемені басқарады, ол DC тоғын тоқтатушы конденсатор C2 арқылы қосылған. D1 және D2 диодтары шығыс жұбына аз мөлшерде тұрақты кернеу жасайды, оларды өткізгіш күйге түсіреді, соның нәтижесінде кроссоверлік бұрмалану азаяды. Яғни, диодтар шығыс сатысын AB класы режиміне итеріп жібереді (шығыс транзисторларының база-эмиттерлік кернеуі жылуды тарату арқылы төмендейді деп есептесек). Бұл конструкция қарапайым, бірақ практикалық конструкция үшін жақсы негіз болып табылады, өйткені ол кері байланыс ішкі түрде тұрақты токтан аудио диапазонына және одан жоғары дейін жұмыс істейтін болғандықтан, жұмыс нүктесін автоматты түрде тұрақтандырады. Нақты конструкцияда, қажетті диапазоннан жоғары жиілік жауабын төмендету үшін және қажетсіз тербелістердің пайда болуын болдырмау үшін қосымша схема элементтері болуы мүмкін. Сонымен қатар, мұнда көрсетілгендей, тұрақты диодты кернеуді пайдалану диодтар шығыс транзисторларымен электрлік және жылулық жағынан сәйкес келмесе, проблемалар тудыруы мүмкін. Егер шығыс транзисторлары тым көп ашылса, олар оңай қызып, бұзылуы мүмкін, өйткені осы кезеңде қуат көзінен толық ток шектелмейді. Шығару құрылғыларын тұрақтандыруға көмектесетін жалпы шешім - эмитерлік кедергілерді қосу, әдетте бір ом немесе одан да көп. Схеманың кедергілері мен конденсаторларының мәндерін есептеу қолданылатын компоненттерге және күшейткіштің мақсатына байланысты жүргізіледі.

The practical amplifier circuit shown above could be the basis for a moderate power audio amplifier. It features a typical (though substantially simplified) design as found in modern amplifiers, with a class AB push–pull output stage, and uses some overall negative feedback. Bipolar transistors are shown, but this design would also be realizable with FETs or valves. The input signal is coupled through capacitor C1 to the base of transistor Q1. The capacitor allows the AC signal to pass, but blocks the DC bias voltage established by resistors R1 and R2 so that any preceding circuit is not affected by it. Q1 and Q2 form a differential amplifier (an amplifier that multiplies the difference between two inputs by some constant), in an arrangement known as a long tailed pair. This arrangement is used to conveniently allow the use of negative feedback, which is fed from the output to Q2 via R7 and R8. The negative feedback into the difference amplifier allows the amplifier to compare the input to the actual output. The amplified signal from Q1 is directly fed to the second stage, Q3, which is a common emitter stage that provides further amplification of the signal and the DC bias for the output stages, Q4 and Q5. R6 provides the load for Q3 (a better design would probably use some form of active load here, such as a constant current sink). So far, all of the amplifier is operating in class A. The output pair are arranged in class AB push–pull, also called a complementary pair. They provide the majority of the current amplification (while consuming low quiescent current) and directly drive the load, connected via DC blocking capacitor C2. The diodes D1 and D2 provide a small amount of constant voltage bias for the output pair, just biasing them into the conducting state so that crossover distortion is minimized. That is, the diodes push the output stage firmly into class AB mode (assuming that the base emitter drop of the output transistors is reduced by heat dissipation). This design is simple, but a good basis for a practical design because it automatically stabilises its operating point, since feedback internally operates from DC up through the audio range and beyond. Further circuit elements would probably be found in a real design that would roll off the frequency response above the needed range to prevent the possibility of unwanted oscillation. Also, the use of fixed diode bias as shown here can cause problems if the diodes are not both electrically and thermally matched to the output transistors if the output transistors turn on too much, they can easily overheat and destroy themselves, as the full current from the power supply is not limited at this stage. A common solution to help stabilise the output devices is to include some emitter resistors, typically one ohm or so. Calculating the values of the circuit's resistors and capacitors is done based on the components employed and the intended use of the amp.

Орындау туралы ескертулер

Кез келген нақты күшейткіш – идеалды күшейткіштің толық емес көшірмесі. Нағыз күшейткіштің маңызды шектеуі – оның шығысы электр қуатымен жабдықтаудан алынатын қуатпен шектеледі. Кіріс сигналы күшейткіштің қайта жасай алмайтын деңгейге жеткенде немесе құрылғының жұмыс шектерін асып кеткенде күшейткіш қанығып, сигналды бұрмалайды. Электр қуатымен жабдықтау шығысқа әсер етуі мүмкін, сондықтан оны жобалау кезінде ескеру қажет. Күшейткіштің шығыс қуаты кіріс қуатынан жоғары болмауы тиіс. Күшейткіш схемасы «ашық циклмен» жұмыс істейді. Бұл қасиеттер (пайда, жылдамдық, шығыс кедергісі, бұрмалау, жолақтың ені, сигнал-шу қатынасы және т.б.) арқылы сипатталады. Көптеген қазіргі заманғы күшейткіштер күшейтуді қажетті деңгейде ұстап, бұрмалауды азайту үшін кері байланыс жүйесін қолданады. Кері байланыс шығыс кедергісін төмендетіп, динамиктің резонанстық жиілігінде және оған жақын жерде динамик қозғалысын электрлік түрде демпферлеуді арттырады. Күшейткіштің номиналды қуатын бағалау кезінде қолданылатын жүктеме, сигнал түрі (мысалы, сөз немесе музыка), қажетті қуаттың ұзақтығы (қысқа мерзімді немесе үздіксіз) және динамикалық диапазонды (мысалы, жазылған немесе тікелей аудио) ескеру қажет. Жоғары қуатты аудио жүйелерде, жүктемеге ұзын кабельдер қажет болған жағдайларда (мысалы, кинотеатрлар мен сауда орталықтарында) жүктемеге желілік шығыс кернеуінде, ал көздерде және жүктемелерде үйлесімді трансформаторлармен қосылу тиімдірек болуы мүмкін. Бұл ауыр динамик кабельдерін ұзаққа созу қажеттігін болдырмайды. Тұрақсыздық пен қызып кетудің алдын алу үшін қатты күйдегі күшейткіштердің жеткілікті жүктемеге ие екеніне көз жеткізу қажет. Көбінесе олардың ең төменгі жүктеме кедергісі болады. Барлық күшейткіштер электрлік шығындар арқылы жылуды бөліп шығарады. Күшейткіш осы жылуды конвекция немесе күштетілген ауа салқындату арқылы таратуы тиіс. Жылу электрондық компоненттерге зиян келтіруі немесе олардың қызмет ету мерзімін қысқартуы мүмкін. Жобалаушылар мен орнатушылар жабдықтарға жылудың тигізетін әсерін де ескеруі керек. Электр қуатымен жабдықтаудың әртүрлі түрлері әртүрлі бейімдеу әдістеріне әкеледі. Бейімдеу – бұл белсенді құрылғыларды белгілі бір аймақта жұмыс істеуге орнату немесе шығыс сигналының тұрақты ток компонентін қуат көзінен қол жетімді ең жоғары кернеулердің ортасына орнату әдісі. Көбінесе күшейткіштер әр сатыда бірнеше құрылғыны қолданады, олар әдетте полярлықты ескермегенде, сипаттамалары бойынша сәйкес келеді. Сәйкес, кері полярлы құрылғылар қосымша жұптар деп аталады. А класындағы күшейткіштер әдетте тек бір құрылғыны қолданады, егер қуат көзі оң және теріс кернеулерді қамтамасыз ету үшін орнатылмаса, онда екі құрылғыдан тұратын симметриялық схема қолданылуы мүмкін. С класындағы күшейткіштерде, анықтама бойынша, бір полярлы қуат көзі қолданылады. Күшейткіштер көбінесе күшейтуді арттыру үшін каскадты бірнеше сатыдан тұрады. Осы конструкциялардың әр сатысы сол сатының қажеттіліктеріне сәйкес келетін әртүрлі күшейткіш болуы мүмкін. Мысалы, бірінші саты А класындағы күшейткіш болуы мүмкін, ол AB класындағы екінші сатыға қуат береді, содан кейін G класындағы соңғы шығыс сатысын басқарады, әр түрдің артықшылықтарын пайдаланып, кемшіліктерін азайтады.

Any real amplifier is an imperfect realization of an ideal amplifier. An important limitation of a real amplifier is that the output it generates is ultimately limited by the power available from the power supply. An amplifier saturates and clips the output if the input signal becomes too large for the amplifier to reproduce or exceeds operational limits for the device. The power supply may influence the output, so must be considered in the design. The power output from an amplifier cannot exceed its input power. The amplifier circuit has an "open loop" performance. This is described by various parameters (gain, slew rate, output impedance, distortion, bandwidth, signal to noise ratio, etc.). Many modern amplifiers use negative feedback techniques to hold the gain at the desired value and reduce distortion. Negative loop feedback has the intended effect of lowering the output impedance and thereby increasing electrical damping of loudspeaker motion at and near the resonance frequency of the speaker. When assessing rated amplifier power output, it is useful to consider the applied load, the signal type (e. g., speech or music), required power output duration (i. e., short time or continuous), and required dynamic range (e. g., recorded or live audio). In high powered audio applications that require long cables to the load (e. g., cinemas and shopping centres) it may be more efficient to connect to the load at line output voltage, with matching transformers at source and loads. This avoids long runs of heavy speaker cables. To prevent instability or overheating requires care to ensure solid state amplifiers are adequately loaded. Most have a rated minimum load impedance. All amplifiers generate heat through electrical losses. The amplifier must dissipate this heat via convection or forced air cooling. Heat can damage or reduce electronic component service life. Designers and installers must also consider heating effects on adjacent equipment. Different power supply types result in many different methods of bias. Bias is a technique by which active devices are set to operate in a particular region, or by which the DC component of the output signal is set to the midpoint between the maximum voltages available from the power supply. Most amplifiers use several devices at each stage; they are typically matched in specifications except for polarity. Matched inverted polarity devices are called complementary pairs. Class A amplifiers generally use only one device, unless the power supply is set to provide both positive and negative voltages, in which case a dual device symmetrical design may be used. Class C amplifiers, by definition, use a single polarity supply. Amplifiers often have multiple stages in cascade to increase gain. Each stage of these designs may be a different type of amp to suit the needs of that stage. For instance, the first stage might be a class A stage, feeding a class AB push–pull second stage, which then drives a class G final output stage, taking advantage of the strengths of each type, while minimizing their weaknesses.