مهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانمهندسی میدان و مایکروویو
انجمن مهندسی مایکروویو ایرانتقویت کننده ها
یک مزیت کاربردی قطعات فعال توانایی تقویت کردن شان است. چه قطعه کنترل شده با جریان باشد و چه کنترل شده با ولتاژ، مقدار توان مورد نیاز برای کنترل جریان خروجی بسیار کمتر از توان خروجی ناشی از جریان عبوری از قطعه است. به بیان دیگر یک قطعه فعال فقط دارای ویژگی کنترل الکتریسیته با الکتریسیته نیست، بلکه این قطعه اجازه می دهد که یک مقدار ناچیز از الکتریسیته (ولتاژ یا جریان سیگنال کنترلی) مقدار بسیار بزرگ و زیادی از الکتریسیته (جریان خروجی) را کنترل کند.
به دلیل همین تفاوت در توان کنترل کننده و کنترل شده، تجهیزات و قطعات فعال را می توان برای بدست آوردن توان بسیار زیاد (کنترل شده) با اعمال مقدار بسیار کمتر از توان (کنترل کننده) استفاده کرد. به این رفتار تقویت گفته می شود.
یکی از بنیادی ترین قوانین فیزیک به ما می گوید که انرژی نه تولید و نه نابود می شود. این قانون به قانون پایستگی انرژی معروف بوده و هیچ استثنایی برای آن تا کنون دیده نشده است. اگر این قانون درست است - حجم وسیعی از آزمایشات این نتیجه گیری را پیشنهاد می کنند- بنابراین غیر ممکن است قطعه ای بسازیم که با دریافت مقدار اندکی انرژی در خروجی مقدار بسیار زیادی انرژی تحویل دهد. تمامی ماشین ها، و همین طور مدارات الکترونیکی و الکتریکی، دارای ماکزیمم راندمان 100 درصد هستند. در بهترین حالت توان خروجی با توان ورودی برابر است.
توان خروجی یک ماشین می تواند به اندازه توان ورودی باشد، ولی هرگز نمی تواند از آن بیشتر باشد. حد بالای راندمان 100 درصد است. معمولا، ماشین ها به نزدیکی های این حد هم نمی رسند. و بخش اعظمی از انرژی ورودی را به صورت دما به محیط پیرامون انتقال می دهند.
یک ماشین واقعی بخشی از انرژی ورودی خود را در فرآیند تولید انرژی در خروجی، به صورت دما از دست می دهد.
افراد بسیاری تلاش های نافرجامی برای ساخت و طراحی ماشینی که توان خروجی آن بیشتر از توان ورودی اش باشد، انجام داده اند. این ماشین حرکت دائمی در صورت ساخت نه تنها قانون پایستگی انرژی را نقض می کند بلکه سرمنشا انقلاب عظیمی در تکنولوژی خواهد بود، زیرا این ماشین می تواند توان ورودی خود را تامین کرده و توان بیشتری به صورت رایگان تولید کنند.
یک کلاس از ماشین ها که تقویت کننده نامیده می شوند، می توانند مقدار اندکی از سیگنال ورودی را به توان بسیار بیشتری تبدیل کنند. کلید درک این چگونگی عملکرد تقویت کننده ها، بدون نقض قانون پایستگی انرژی ، در نحوه ی عملکرد آن ها نهفته است.
چون تجهیزات فعال توانایی کنترل توان های بالای الکتریکی با استفاده از یک سیگنال کنترلی با توان اندک را دارند. آن ها را در مدار طوری باید در نظر گرفت که سیگنال ورودی خود را در خروجی با توان بیشتر ایجاد کرده و برای این کار از یک منبع توان خارجی استفاده می کنند. این قطعه با این تعریف می تواند سیگنال با توان اندک ورودی را به سیگنالی با توان بسیار زیادتر تبدیل کند. قانون پایستگی انرژی نقض نمی شود زیرا توان لازم برای انجام این کار از یک منبع توان دیگر گرفته می شود. تقویت کننده ها نه انرژی تولید می کننده و نا آن را از بین می برند، بلکه آن را تقویت می کنند.
یک تقویت کننده سیگنال کوچک ورودی را به سیگنال بزرگتر در خروجی تبدیل می کند، و منبع انرژی این کار یک منبع توان خارجی است. به بیان دیگر یک قطعه فعال با استفاده از قابلیت کنترل جریان، از توان DC منبع خارجی استفاده کرده و سیگنال ورودی را با توانی بسیار بیشتر در خروجی ایجاد می کند. ترانزیستور یا هر قطعه فعال موجود در یک تقویت کننده یک کپی بسیار بزرگتر از سیگنال ورودی با استفاده از توان DC باتری یا هر منبع خارجی تولید می کند. تقویت کننده ها نیز مانند تمامی ماشین های دیگر دارای راندمان هستند. و نهایت راندمان تقویت کننده ها نیز 100 درصد خواهد بود. معمولا تقویت کننده های الکترونیکی دارای کارایی بسیار کمتری از این حد بوده و بخش قابل توجهی از توان را به صورت دما تلف می کنند.
