Verstärker mit hoher eingangs impedanz

Arten von Verstärkern mit hoher Eingangsimpedanz

Ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz ist ein elektronisches Gerät, das die Spannung eines Signals erhöht, ohne seinen Strom zu verändern. Seine Eingangsimpedanz ist sehr hoch, während die Ausgangsimpedanz niedrig ist. Dieses Gerät wird auch als Impedanzüberbrückungsverstärker bezeichnet. Es gibt verschiedene Arten von Verstärkern mit hoher Eingangsimpedanz, die nach ihrer Funktion klassifiziert werden.

• Spannungsverstärker

  Der Zweck eines Spannungsverstärkers mit hoher Eingangsimpedanz besteht darin, die Signals Spannung zu erhöhen, wenn er das Signal an die nächste Schaltungsstufe weiterleitet. Die Spannungs ein- und ausgänge dieses Verstärkers sollten mit der gleichen Last gemessen werden. Der Spannungsübertragungskoeffizient wird bestimmt, indem die Ausgangsspannung durch die Eingangsspannung dividiert wird. Für eine effektive Spannungsübertragung sollte die Ausgangsspannung den Maximalwert erreichen, so dass die Last weiter reduziert wird; daher muss die Ausgangsimpedanz sehr niedrig sein.

• Stromverstärker

  Ein Stromverstärker mit hoher Eingangsimpedanz liefert einen höheren Ausgangsstrom, der den Eingangsstrom repräsentiert. Stromverstärker werden auch als Transkonduktanzverstärker bezeichnet. Ihr Stromübertragungskoeffizient wird durch einen Faktor „β“ dargestellt, der gleich dem Ausgangsstrom geteilt durch den Eingangsstrom ist. Der Ausgangsstrom steigt stetig an, so dass der Übertragungskoeffizient konstant bleibt.

• Transistor

  Die Rolle von Transistoren in Verstärkern besteht darin, elektronische Signale und elektrische Leistung zu verstärken und zu schalten. Diese dreipoligen Halbleiterbauelemente haben Vakuumröhren bei der Anwendung von Verstärkung auf Hochfrequenzschaltungen ersetzt. Die Eingangsimpedanz des Transistors wird höher, wenn das Verhältnis der Ladungsträger steigt. Die Konfigurationen mit gemeinsamem Emitter und gemeinsamer Quelle bieten jedoch die höchste Eingangsimpedanz.

• Operationsverstärker

  Ein Operationsverstärker manipuliert Spannungssignale in Analogrechnern, Taschenrechnern und chromatographischen Datensystemen. Er verfügt über Widerstände mit hoher Eingangsimpedanz, die parallel zum nicht invertierenden Eingangsklemme geschaltet sind. Dieser Eingangsklemme ist positiv, und an dem invertierenden Eingang befindet sich ein virtueller Massepunkt. Die Ausgangsspannung hängt von der Differenz zwischen den beiden Eingangsspannungen und der Verstärkung ab, die in Volt pro Volt ausgedrückt wird.

• Instrumentenverstärker

  Der Hauptzweck eines Instrumentenverstärkers ist die Verbesserung von Mess- und Signalverarbeitungsschaltungen. Er besteht aus einer Eingangsstufe, die aus drei Widerständen und Operationsverstärkern besteht. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache Anpassung der Verstärkung. Seine hohe Eingangsimpedanz verhindert, dass das Eingangssignal belastet wird. Daher funktioniert die Schaltung korrekt mit unterschiedlichen Sensor- und Quellenimpedanzen.

Eigenschaften und Funktionen des Verstärkers mit hoher Eingangsimpedanz

• Spannungsverstärkung:

  Im Fall eines Verstärkers mit hoher Impedanz ist die Spannungsverstärkung das Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung und liegt in der Regel über eins. Die Spannungsverstärkung ist identisch mit der Verstärkung und kann größer als eins sein, was bedeutet, dass die Ausgangsspannung größer ist als die Eingangsspannung.

• Eingangsimpedanz:

  Ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz hat eine sehr hohe Eingangsimpedanz (Millionen Ohm), so dass das Eingangssignal nicht vom Verstärker beeinflusst wird. Die Eingangsimpedanz ist das Verhältnis von Eingangsspannung zu Eingangsstrom, und ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz stellt sicher, dass der vom Eingangssignalstrom entnommene Strom sehr gering ist.

• Impedanztransformation:

  Die primäre Funktion solcher Verstärker ist die Umwandlung von Signalen von hoher Impedanz zu niedriger Impedanz. Die Impedanztransformation ermöglicht es Signalquellen, mit Lastspannungen abgeglichen zu werden, um eine maximale Leistungsübertragung zu erreichen.

• Rauschreduktion:

  Diese Arten von Verstärkern reduzieren das Rauschen, das im Eingangssignal vorhanden ist, und unerwünschte Störungen. Die Rauschreduktion stellt sicher, dass das Ausgangssignal klar und verstärkt ist, ohne Störungen.

• Eingangskopplung:

  Die Eingangskupplung ist die Art der Kupplung, die verwendet wird, um Gleichspannung zu blockieren, so dass nur Wechselspannung in den Verstärker gelangen kann. Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz verwenden eine kapazitive Kopplung für die Eingangskupplung, wobei Kondensatoren Gleichspannung blockieren und Wechselspannung passieren lassen.

• Rückkopplung:

  Diese Verstärker verwenden negative Rückkopplung, um Stabilität und Bandbreite zu erreichen. Negative Rückkopplung trägt dazu bei, die Verzerrung zu senken, so dass die Ausgangsspannung nicht von der linearen Verstärkung der Eingangsspannung abweicht.

Szenarien für Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz

Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz sind in vielen Anwendungen nützlich. Hier sind einige gängige Szenarien, in denen sie sich als nützlich erweisen;

• Mess- und Medizintechnik: Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz werden in medizinischen Geräten wie Elektrokardiogrammen (EKGs) und Elektroenzephalogrammen (EEGs) häufig eingesetzt. Ihre hohe Eingangsimpedanz ermöglicht es ihnen, schwache Signale von Elektroden aufzunehmen, ohne einen signifikanten Strom zu ziehen. Dies stellt eine genaue Messung der Signale des menschlichen Körpers sicher.
• Audiosysteme: Gitarreneffektpedale und Musiksynthesizer verwenden ebenfalls Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz, um Signale von Gitarren und anderen Musikinstrumenten zu lesen. Dies bewahrt die Klangqualität und den Dynamikbereich der Instrumente. Außerdem verwenden viele moderne Audiosysteme digitale Schaltungen, die eine Signalpufferung benötigen, um impedanzbedingte Probleme zu vermeiden. Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz bieten diese Pufferung und stellen so sicher, dass das System optimal arbeitet.
• Datenerfassungssysteme: Diese Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz spielen eine entscheidende Rolle in Datenerfassungssystemen. Sie erfassen Signale von verschiedenen Sensoren, die in Umweltüberwachungssystemen verwendet werden.
• Forschungslabore: Labore verwenden Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz für die Signalverarbeitung in zahlreichen Anwendungen. Dazu gehören der Nachweis und die Messung schwacher elektromagnetischer Signale in der Arbeit von Physikern. Sie verstärken auch Signale von Antennen. Der Zwecksignaldetektor oder das Radiodetektionssystem kann stark reduzierte Eingangsimpedanzen haben. Die Verwendung eines Verstärkers mit hoher Eingangsimpedanz ermöglicht eine bessere Empfindlichkeit und Leistung. Daher wird die Signalcharakterisierung genauer.

So wählen Sie Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz aus

Bei der Auswahl eines Verstärkers mit hoher Eingangsimpedanz sollten Käufer mehrere Faktoren berücksichtigen, um sicherzustellen, dass die spezifischen Bedürfnisse und Anforderungen erfüllt werden.

• Anwendungsanforderungen: Verstehen Sie die Anwendungsanforderungen des Kunden und die Bedeutung der Eingangsimpedanz in diesem Zusammenhang. Eine Signalaufbereitungsschaltung hat andere Impedanzanforderungen als eine Pufferschaltung. Bestimmen Sie den Zweck des Verstärkers und die Quellenimpedanz, die er verarbeiten muss.
• Eingangsimpedanztopologie: Erforschen Sie verschiedene Verstärkertopologien, wie z. B. Operationsverstärker, transistorbasierte Designs oder Instrumentenverstärker. Operationsverstärker sind vielseitig und werden in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, was sie zu einer ausgezeichneten Wahl für den Eingangsimpedanzverstärker macht. Instrumentenverstärker bieten eine hohe Eingangsimpedanz und eignen sich gut für die Verstärkung von schwachen Signalen von Wandlern oder Sensoren.
• Impedanzanpassung: Berücksichtigen Sie die Bedeutung der Impedanzanpassung in der jeweiligen Anwendung. In einigen Fällen kann es entscheidend sein, die Eingangsimpedanz des Verstärkers an die Quellenimpedanz anzupassen, um eine maximale Leistungsübertragung zu erreichen (z. B. bei Audio- oder HF-Anwendungen). In vielen anderen Anwendungen ist jedoch eine hohe Eingangsimpedanz wichtiger, um Belastungseffekte zu minimieren und eine genaue Signalübertragung zu gewährleisten. Eine Impedanzfehlanpassung kann zu Signalverzerrungen, Leistungseinbußen und Reflexionen führen.
• Eigenschaften des Eingangssignals: Analysieren Sie die Eigenschaften des Eingangssignals, einschließlich Spannungspegel, Frequenzbereich und Signalform (z. B. Sinus, Rechteck oder Impuls). Stellen Sie sicher, dass die Eingangsimpedanz des Verstärkers hoch genug ist, um Signalabschwächung oder -verzerrung aufgrund von Belastungseffekten zu minimieren.
• Verstärkungs- und Bandbreitenanforderungen: Bestimmen Sie die erforderliche Spannungsverstärkung und stellen Sie sicher, dass der Verstärker die notwendige Verstärkung liefern kann, ohne das Eingangssignal zu belasten. Beurteilen Sie die Bandbreitenanforderungen und stellen Sie sicher, dass der Verstärker über den gesamten Frequenzbereich eine hohe Eingangsimpedanz beibehält.
• Spezifikationen und Leistung: Überprüfen Sie die Verstärkerspezifikationen, einschließlich der Eingangsimpedanzwerte, und stellen Sie sicher, dass diese für die Anwendung ausreichend sind. Die Eingangsimpedanz sollte ausreichend hoch sein, um eine signifikante Belastung der Eingangssignalquelle zu vermeiden.
• Testen und Prototyping: Führen Sie Tests und Prototyping mit realen Signalquellen und Belastungsbedingungen durch, um die Leistung des Verstärkers und die Eingangsimpedanz in der tatsächlichen Anwendung zu bewerten. Dies kann helfen, Probleme im Zusammenhang mit der Signalintegrität, Belastungseffekten oder der Eingangsimpedanz zu erkennen, die im endgültigen System auftreten können.
• Klinische und regulatorische Überlegungen: Beachten Sie bei medizinischen oder gesundheitsbezogenen Anwendungen alle relevanten regulatorischen Standards und Anforderungen, die für Signalaufnahme- und Verstärkungsgeräte gelten können. Dazu können Patientensicherheit, Klassifizierung von Medizinprodukten, Testprotokolle und Kennzeichnungs- / Kennzeichnungspflichten gehören.

Häufig gestellte Fragen zu Verstärkern mit hoher Eingangsimpedanz

F1: Was ist der Zweck einer hohen Eingangsimpedanz?

A1: Der Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz wird verwendet, um sicherzustellen, dass die Schaltung vor dem Verstärker nicht vom Verstärker beeinflusst wird.

F2: Warum ist eine hohe Impedanz wichtig?

A2: Die Bedeutung eines Verstärkers mit hoher Eingangsimpedanz zeigt sich in der Eingangsstufe von Analogsignalverarbeitungssystemen. Er hilft, Belastungseffekte zu minimieren.

F3: Was passiert, wenn die Eingangsimpedanz zu niedrig ist?

A3: Eine niedrige Eingangsimpedanz kann einen Spannungsteiler-Effekt mit der Quellenimpedanz verursachen. Dies führt zu einem Signalverlust und Verzerrungen, die die Funktion des Verstärkers beeinträchtigen.

F4: Wie wirkt sich die Eingangsimpedanz auf den Frequenzgang aus?

A4: Die Eingangsimpedanz beeinflusst den Frequenzgang, da bei hohen Frequenzen die kapazitive Reaktanz ins Spiel kommt und die gesamte Eingangsimpedanz beeinflusst und den Frequenzgang verändert. Ein Verstärker mit hoher Eingangsimpedanz ist erforderlich, um den Frequenzgang in einem breiten Frequenzbereich flach zu halten.

F5: Was kann dazu führen, dass ein Verstärker oszilliert?

A5: Ein Verstärker kann aufgrund schlechter Stromversorgungsentkopplung, hoher Spannung oder Stromrückkopplung ohne ausreichende Phasenreserve an seinem Ausgang oszillieren.