Vahvistimen
toimintaperiaatteista
|
|
|
Päivitetty 4.11.2000 Jyrki Häikiö
Vesi on ihmisille tutumpi ja arkipäiväisempi elementti kuin sähkö. Yritän valottaa vahvistimen toimintaa käyttämällä vettä sähkön vertauskuvana. Kuvassa vesitornissa oleva vesi pyrkii vetovoiman vaikutuksesta maata kohden. Veden massa aiheuttaa siis paineen vesiputkistoon. Samalla tavalla voidaan ajatella vahvistimen virtalähteessä olevan sähkön omaavan paineen. Tätä painetta kutsutaan jännitteeksi. Kuvassa olevaa vesitornia voidaan siis pitää vahvistimen virtalähteenä (tai virtalähteen kondensaattorina). Venttiili kuvaa vahvistimen päätetransistoreita. Musiikkisignaali säätelee siis venttiiliä auki- ja kiinniasentojen välillä. Kaiuttimen magneetti ja puhekela muodostavat eräänlaisen moottorin. Kuvassa moottoria kuvaa vesipyörä. Jos ajatellaan moottorin aiheuttavan tietyn vastuksen veden virtaukselle, voidaan huomata, että myös venttiili edustaa vastusta. Venttiilin aiheuttamaa vastusta voidaan säädellä, jolloin se toimii eräänlaisena paineensäätimenä moottorille. Mitä enemmän venttiili on kiinni, sitä pienempi vedenpaine moottorille tulee ja päinvastoin. Venttiilin ollessa täysin auki moottorilla on suurin paine mitä järjestelmä pystyy antamaan. Kaiuttimista puhutaan usein kuormana. Moottorin aiheuttama kuorma on se kuinka helposti vesi pääsee sen lävitse virtaamaan. Mitä helpommin se menee läpi, sen vaikeampi kuorma on. Tämä voi tuntua aluksi nurinkuriselta, mutta veden mennessä helposti läpi, veden virtaus on suurempi. Veden painetta voidaan ajatella potentiaalisena energiana, joka on varastoitunut vesitorniin. Veden virratessa tietyllä paineella tätä energiaa sitten käytetään. Jotkut saattoivat huomata, että veden virratessa vesitorni tyhjenee. Tämä tarkoittaisi sitä, että veden paine laskee. Siksi vesitorniin on jatkuvasti pumpattava uutta vettä, jotta paine pysyisi samana. Jos vesitornia ajatellaan virtalähteen kondensaattorina, niin tämä pumppu on silloin verkkomuuntaja. Nyt kun perusasiat on selvitetty, voidaan mennä tutkimaan vahvistimien yhteydessä käytettyjä termejä. Tehosta puhuttaessa tarkoitetaan paljonko painetta (jännitettä) voidaan antaa tiettyyn kuormaan. Tehohan on virran ja jännitteen tulo, mutta koska kuorma on määritelty, määräytyy virta paineen ja kuorman arvoista. Ts. Kun kuorman "näkemää" painetta kasvatetaan, kasvaa virta samassa suhteessa. Todellisessa elämässä kuorma ei ole vakio, joten tehoarvo ei kuvaa vahvistimen kyvykkyyttä kovin hyvin. Siksi paremmissa vahvistimissa tehoarvot ilmoitetaan eri kuormille (esim. 8, 4 ja 2 ohmiin). Vahvistimen leikatessa yritetään venttiiliä aukaista isommalle, kuin se pystyy aukeamaan. Jos ajatellaan, että venttiiliä ruuvataan auki ja kiinni tasaisessa rytmissä, syntyy tasainen aaltomainen paineenvaihtelu. Jos auki- tai kiinniruuvaamista pyritään jatkamaan, vaikka venttiili on jo täysin auki tai kiinni, aaltomaisen paineenvaihtelun huiput "leikkautuvat". Tällöin puhutaan vahvistimen leikkaamisesta. Virran loppumisella tarkoitetaan tilannetta, jossa vettä virtaa tornista niin nopeasti, ettei pumppu ehdi pitämään veden pintaa ylhäällä. Tällöinhän myös veden paine (jännite) laskee. Koska teho on virran ja paineen tulo, myös teho laskee. ts. Vahvistin ei pysty tuottamaan kuorman vaatimaa tehoa. Jatkuvalla teholla tarkoitetaan painetta, joka voidaan moottorille antaa ilman, että vedenpinta alkaa laskemaan. Hetkellisellä teholla tarkoitetaan painetta, joka voidaan antaa hetkellisesti moottorille, mutta joka pidemmällä aikavälillä aiheuttaa vedenpinnan laskemisen vesitornissa. Hetkelliseen tehoon vaikuttaa vesitornin tilavuus (kondensaattorin koko) ja jatkuvaan tehoon täyttöpumpun maksimi pumppausnopeus (muuntajan koko). Todellisuudessa tilanne on kuvaa monimutkaisempi, koska vahvistin tuottaa vaihtosähköä. Moottoria täytyisi siis välillä "imeä", eli sen pyörimissuunta vaihtuisi. Tällöin täytyisi olla toinen "vesitorni", joka yrittäisi imeä vettä moottorin läpi. Tämän pidemmälle ei kuitenkaan vesiesimerkkiä kannattane käyttää, vaan on syytä alkaa opiskelemaan sähkötekniikkaa...
|
