การบิดเบือนในแอมปลิฟายเออร์

การบิดเบือนในแอมพลิไฟเออร์สามารถเกิดขึ้นในรูปแบบต่าง เช่น บิดเบือนขนาดระดับความสูง (Amplitude), บิดเบือนความถี่ (Frequency), และ บิดเบือนเฟส (Phase) โดยมั

การบิดเบือนในแอมปลิฟายเออร์

เพื่อให้ส่งสัญญาณแอมพลิไฟเออร์ทำงานได้อย่างถูกต้องโดยไม่มีการบิดเบือนสัญญาณออกจึงมีความสำคัญที่จะกำหนด DC Bias ที่ขา Base หรือ Gate ของแอมพลิไฟเออร์ การกำหนด DC bias นี้จำเป็นเพื่อให้แอมพลิไฟเออร์สามารถขยายสัญญาณนำเข้าในรอบทั้งหมดของมัน  การตั้งค่า "Q-point" ในที่ดีที่สุดใกล้กับแนวหมายของโหลดไลน์ การกำหนดค่านี้จะทำให้เกิดการขยายแบบ "Class-A" ซึ่งมักทำได้ผ่านการเรียง "Common Emitter" สำหรับ Transistor ชนิด Bipolar หรือการเรียง "Common Source" สำหรับ Transistor ชนิด unipolar FET

การขยายกำลัง, แรงดัน, หรือกระแสที่แสดงถึงการขยายได้กำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างค่าสูงสุดของสัญญาณเอาท์พุทกับค่าสูงสุดของสัญญาณอินพุท (เอาท์พุท ÷ อินพุท)

การออกแบบวงจรขยายที่ผิดพลาดหรือการวางตำแหน่ง Q-point ไม่ถูกต้องบนเส้นโหลดไลน์ หรือการใช้สัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไป อาจบิดเบือนสัญญาณออกที่มักเรียกว่า Amplifier Distortion โดยทั่วไป

การบิดเบือนของแอมพลิไฟเออร์สามารถเกิดขึ้นได้ด้วยหลายเหตุผล เช่น 1) การขยายอาจไม่เกิดขึ้นในรอบสัญญาณทั้งหมดเนื่องจากระดับการตั้งค่าค่า Bias ไม่ถูกต้อง 2) สัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไปอาจจำกัดการทำงานของทรานซิสเตอร์เนื่องจากข้อจำกัดของแหล่งจ่ายไฟ 3) การขยายอาจไม่เป็นเส้นตรงในช่วงความถี่ของสัญญาณอินพุททั้งหมด

ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนสัญญาณแบบหนึ่งระหว่างกระบวนการขยายคลื่นสัญญาณ แอมพลิไฟเออร์ถูกออกแบบมาเพื่อขยายสัญญาณอินพุทที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำให้กลายเป็นสัญญาณเอาท์พุทที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นี่หมายความว่าสัญญาณเอาท์พุทจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาด้วยอัตราส่วนที่เรียกว่า "Beta (β)" ของทรานซิสเตอร์ ซึ่งคูณกับสัญญาณอินพุทสำหรับทุกความถี่ของอินพุท รูปแบบการคูณนี้เป็นตัวบ่งชี้ของทรานซิสเตอร์

วงจรทรานซิสเตอร์แบบ Common Emitter และ Common Source เหมาะสำหรับสัญญาณอินพุทแอลฟาเล็ก แต่มีข้อจำกัด: การคำนวณตำแหน่ง Q-point ในแอมพลิไฟเออร์ชนิด bipolar ขึ้นอยู่กับค่า Beta ซึ่งอาจแปรผันกันไปในทรานซิสเตอร์ชนิดเดียวกันเนื่องจากความคงที่ในการผลิต ด้วยเหตุนี้ การบิดเบือนของแอมพลิไฟเออร์เกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบของ Amplitude Distortion

การบิดเบือนสัญญาณแบบ Amplitude Distortion เกิดขึ้นเมื่อค่าสูงสุดของคลื่นสัญญาณความถี่ถูกบดบัง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน Q-point และยับยั้งการขยายในรอบสัญญาณทั้งหมด หากจุด Bias ของทรานซิสเตอร์ถูกต้อง สัญญาณเอาท์พุทควรจะคล้ายกับสัญญาณอินพุทที่ถูกขยาย เวลา Bias  ไม่เพียงพอหรือมากเกินไปอาจทำให้เกิดการตัดสัญญาณเอาท์พุท กระทบถึงครึ่งบวกและครึ่งลบ

แม้ว่ามีระดับแรงดัน Bias ที่ถูกต้อง สัญญาณเอาท์พุทก็อาจบิดเบือนเนื่องจากสัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไป ทำให้เกิดการตัดสัญญาณเอาท์พุทและผลักไปสู่รูปแบบคลื่นที่ไม่คล้ายคลึงกับคลื่นไซน์ ประเภทของการบิดเบือนนี้เรียกว่า Clipping และเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณอินพุทถูก "over-driven"

การบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion นั้นถือเป็นการลดความสำคัญของแอมพลิไฟเออร์ อย่างไรก็ตาม นักดนตรีบางคนอาจตั้งใจค้นหาเสียงที่บิดเบือนอย่างมากหรือที่เรียกกันว่า "overdriven"  โดยทำการตัดสัญญาณเอาท์พุทอย่างหนักไปทั้งในส่วนบวกและส่วนลบของแหล่งจ่ายไฟ

นอกจากการบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion สัญญาณ AC ในวงจรแอมพลิไฟเออร์ยังอาจพบเจอกับรูปแบบการบิดเบือนสัญญาณอื่น ๆ เช่น Frequency Distortion และ Phase Distortion

การบิดเบือนแบบ Frequency Distortion เกิดขึ้นเมื่อระดับการขยายสัญญาณเปลี่ยนแปลงตามความถี่ โดยเฉพาะเมื่อความถี่เฮิร์มอนิกมีการเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อเทียบกับความถี่พื้นฐาน

การบิดเบือนแบบ Phase Distortion หรือ Delay Distortion เกิดขึ้นเมื่อมีความล่าช้าระหว่างสัญญาณอินพุทและการปรากฏที่เอาท์พุท โดยค่าความล่าช้าของเฟสแองเกิลจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างของแอมพลิไฟเออร์และเมื่อทำการเพิ่มความถี่เพิ่มขึ้นในช่วงความถี่ของแอมพลิไฟเออร์

ในทางปฏิบัติ แอมพลิไฟเออร์ส่วนมากอาจแสดงอาการบิดเบือนสัญญาณแบบหนึ่งระหว่างกระบวนการทำงาน ซึ่งรวมถึงการบิดเบือนความถี่ การบิดเบือนเฟส และการบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion อย่างไรก็ตาม นอกจากกรณีที่บิดเบือนมากหรือรุนแรง มักไม่มีผลกระทบสำคัญต่อการทำงานของแอมพลิไฟเออร์หรือเสียงเอาท์พุท โดยเฉพาะในการใช้งานทางปฏิบัติ เช่น แอมพลิไฟเออร์เสียงหรือแอมพลิไฟเออร์พลังงาน

บทความที่เกี่ยวข้อง

บทความ
January 26, 2024

การบิดเบือนในแอมปลิฟายเออร์

การบิดเบือนในแอมพลิไฟเออร์สามารถเกิดขึ้นในรูปแบบต่าง เช่น บิดเบือนขนาดระดับความสูง (Amplitude), บิดเบือนความถี่ (Frequency), และ บิดเบือนเฟส (Phase) โดยมั

นักเขียนบทความ
by 
นักเขียนบทความ
การบิดเบือนในแอมปลิฟายเออร์

การบิดเบือนในแอมปลิฟายเออร์

การบิดเบือนในแอมพลิไฟเออร์สามารถเกิดขึ้นในรูปแบบต่าง เช่น บิดเบือนขนาดระดับความสูง (Amplitude), บิดเบือนความถี่ (Frequency), และ บิดเบือนเฟส (Phase) โดยมั

เพื่อให้ส่งสัญญาณแอมพลิไฟเออร์ทำงานได้อย่างถูกต้องโดยไม่มีการบิดเบือนสัญญาณออกจึงมีความสำคัญที่จะกำหนด DC Bias ที่ขา Base หรือ Gate ของแอมพลิไฟเออร์ การกำหนด DC bias นี้จำเป็นเพื่อให้แอมพลิไฟเออร์สามารถขยายสัญญาณนำเข้าในรอบทั้งหมดของมัน  การตั้งค่า "Q-point" ในที่ดีที่สุดใกล้กับแนวหมายของโหลดไลน์ การกำหนดค่านี้จะทำให้เกิดการขยายแบบ "Class-A" ซึ่งมักทำได้ผ่านการเรียง "Common Emitter" สำหรับ Transistor ชนิด Bipolar หรือการเรียง "Common Source" สำหรับ Transistor ชนิด unipolar FET

การขยายกำลัง, แรงดัน, หรือกระแสที่แสดงถึงการขยายได้กำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างค่าสูงสุดของสัญญาณเอาท์พุทกับค่าสูงสุดของสัญญาณอินพุท (เอาท์พุท ÷ อินพุท)

การออกแบบวงจรขยายที่ผิดพลาดหรือการวางตำแหน่ง Q-point ไม่ถูกต้องบนเส้นโหลดไลน์ หรือการใช้สัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไป อาจบิดเบือนสัญญาณออกที่มักเรียกว่า Amplifier Distortion โดยทั่วไป

การบิดเบือนของแอมพลิไฟเออร์สามารถเกิดขึ้นได้ด้วยหลายเหตุผล เช่น 1) การขยายอาจไม่เกิดขึ้นในรอบสัญญาณทั้งหมดเนื่องจากระดับการตั้งค่าค่า Bias ไม่ถูกต้อง 2) สัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไปอาจจำกัดการทำงานของทรานซิสเตอร์เนื่องจากข้อจำกัดของแหล่งจ่ายไฟ 3) การขยายอาจไม่เป็นเส้นตรงในช่วงความถี่ของสัญญาณอินพุททั้งหมด

ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนสัญญาณแบบหนึ่งระหว่างกระบวนการขยายคลื่นสัญญาณ แอมพลิไฟเออร์ถูกออกแบบมาเพื่อขยายสัญญาณอินพุทที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำให้กลายเป็นสัญญาณเอาท์พุทที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นี่หมายความว่าสัญญาณเอาท์พุทจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาด้วยอัตราส่วนที่เรียกว่า "Beta (β)" ของทรานซิสเตอร์ ซึ่งคูณกับสัญญาณอินพุทสำหรับทุกความถี่ของอินพุท รูปแบบการคูณนี้เป็นตัวบ่งชี้ของทรานซิสเตอร์

วงจรทรานซิสเตอร์แบบ Common Emitter และ Common Source เหมาะสำหรับสัญญาณอินพุทแอลฟาเล็ก แต่มีข้อจำกัด: การคำนวณตำแหน่ง Q-point ในแอมพลิไฟเออร์ชนิด bipolar ขึ้นอยู่กับค่า Beta ซึ่งอาจแปรผันกันไปในทรานซิสเตอร์ชนิดเดียวกันเนื่องจากความคงที่ในการผลิต ด้วยเหตุนี้ การบิดเบือนของแอมพลิไฟเออร์เกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบของ Amplitude Distortion

การบิดเบือนสัญญาณแบบ Amplitude Distortion เกิดขึ้นเมื่อค่าสูงสุดของคลื่นสัญญาณความถี่ถูกบดบัง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน Q-point และยับยั้งการขยายในรอบสัญญาณทั้งหมด หากจุด Bias ของทรานซิสเตอร์ถูกต้อง สัญญาณเอาท์พุทควรจะคล้ายกับสัญญาณอินพุทที่ถูกขยาย เวลา Bias  ไม่เพียงพอหรือมากเกินไปอาจทำให้เกิดการตัดสัญญาณเอาท์พุท กระทบถึงครึ่งบวกและครึ่งลบ

แม้ว่ามีระดับแรงดัน Bias ที่ถูกต้อง สัญญาณเอาท์พุทก็อาจบิดเบือนเนื่องจากสัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไป ทำให้เกิดการตัดสัญญาณเอาท์พุทและผลักไปสู่รูปแบบคลื่นที่ไม่คล้ายคลึงกับคลื่นไซน์ ประเภทของการบิดเบือนนี้เรียกว่า Clipping และเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณอินพุทถูก "over-driven"

การบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion นั้นถือเป็นการลดความสำคัญของแอมพลิไฟเออร์ อย่างไรก็ตาม นักดนตรีบางคนอาจตั้งใจค้นหาเสียงที่บิดเบือนอย่างมากหรือที่เรียกกันว่า "overdriven"  โดยทำการตัดสัญญาณเอาท์พุทอย่างหนักไปทั้งในส่วนบวกและส่วนลบของแหล่งจ่ายไฟ

นอกจากการบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion สัญญาณ AC ในวงจรแอมพลิไฟเออร์ยังอาจพบเจอกับรูปแบบการบิดเบือนสัญญาณอื่น ๆ เช่น Frequency Distortion และ Phase Distortion

การบิดเบือนแบบ Frequency Distortion เกิดขึ้นเมื่อระดับการขยายสัญญาณเปลี่ยนแปลงตามความถี่ โดยเฉพาะเมื่อความถี่เฮิร์มอนิกมีการเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อเทียบกับความถี่พื้นฐาน

การบิดเบือนแบบ Phase Distortion หรือ Delay Distortion เกิดขึ้นเมื่อมีความล่าช้าระหว่างสัญญาณอินพุทและการปรากฏที่เอาท์พุท โดยค่าความล่าช้าของเฟสแองเกิลจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างของแอมพลิไฟเออร์และเมื่อทำการเพิ่มความถี่เพิ่มขึ้นในช่วงความถี่ของแอมพลิไฟเออร์

ในทางปฏิบัติ แอมพลิไฟเออร์ส่วนมากอาจแสดงอาการบิดเบือนสัญญาณแบบหนึ่งระหว่างกระบวนการทำงาน ซึ่งรวมถึงการบิดเบือนความถี่ การบิดเบือนเฟส และการบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion อย่างไรก็ตาม นอกจากกรณีที่บิดเบือนมากหรือรุนแรง มักไม่มีผลกระทบสำคัญต่อการทำงานของแอมพลิไฟเออร์หรือเสียงเอาท์พุท โดยเฉพาะในการใช้งานทางปฏิบัติ เช่น แอมพลิไฟเออร์เสียงหรือแอมพลิไฟเออร์พลังงาน

บทความที่เกี่ยวข้อง

การบิดเบือนในแอมปลิฟายเออร์
บทความ
Jan 19, 2024

การบิดเบือนในแอมปลิฟายเออร์

การบิดเบือนในแอมพลิไฟเออร์สามารถเกิดขึ้นในรูปแบบต่าง เช่น บิดเบือนขนาดระดับความสูง (Amplitude), บิดเบือนความถี่ (Frequency), และ บิดเบือนเฟส (Phase) โดยมั

Lorem ipsum dolor amet consectetur adipiscing elit tortor massa arcu non.

เพื่อให้ส่งสัญญาณแอมพลิไฟเออร์ทำงานได้อย่างถูกต้องโดยไม่มีการบิดเบือนสัญญาณออกจึงมีความสำคัญที่จะกำหนด DC Bias ที่ขา Base หรือ Gate ของแอมพลิไฟเออร์ การกำหนด DC bias นี้จำเป็นเพื่อให้แอมพลิไฟเออร์สามารถขยายสัญญาณนำเข้าในรอบทั้งหมดของมัน  การตั้งค่า "Q-point" ในที่ดีที่สุดใกล้กับแนวหมายของโหลดไลน์ การกำหนดค่านี้จะทำให้เกิดการขยายแบบ "Class-A" ซึ่งมักทำได้ผ่านการเรียง "Common Emitter" สำหรับ Transistor ชนิด Bipolar หรือการเรียง "Common Source" สำหรับ Transistor ชนิด unipolar FET

การขยายกำลัง, แรงดัน, หรือกระแสที่แสดงถึงการขยายได้กำหนดโดยอัตราส่วนระหว่างค่าสูงสุดของสัญญาณเอาท์พุทกับค่าสูงสุดของสัญญาณอินพุท (เอาท์พุท ÷ อินพุท)

การออกแบบวงจรขยายที่ผิดพลาดหรือการวางตำแหน่ง Q-point ไม่ถูกต้องบนเส้นโหลดไลน์ หรือการใช้สัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไป อาจบิดเบือนสัญญาณออกที่มักเรียกว่า Amplifier Distortion โดยทั่วไป

การบิดเบือนของแอมพลิไฟเออร์สามารถเกิดขึ้นได้ด้วยหลายเหตุผล เช่น 1) การขยายอาจไม่เกิดขึ้นในรอบสัญญาณทั้งหมดเนื่องจากระดับการตั้งค่าค่า Bias ไม่ถูกต้อง 2) สัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไปอาจจำกัดการทำงานของทรานซิสเตอร์เนื่องจากข้อจำกัดของแหล่งจ่ายไฟ 3) การขยายอาจไม่เป็นเส้นตรงในช่วงความถี่ของสัญญาณอินพุททั้งหมด

ปัจจัยเหล่านี้ทำให้เกิดการบิดเบือนสัญญาณแบบหนึ่งระหว่างกระบวนการขยายคลื่นสัญญาณ แอมพลิไฟเออร์ถูกออกแบบมาเพื่อขยายสัญญาณอินพุทที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำให้กลายเป็นสัญญาณเอาท์พุทที่มีแรงดันไฟฟ้าสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นี่หมายความว่าสัญญาณเอาท์พุทจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาด้วยอัตราส่วนที่เรียกว่า "Beta (β)" ของทรานซิสเตอร์ ซึ่งคูณกับสัญญาณอินพุทสำหรับทุกความถี่ของอินพุท รูปแบบการคูณนี้เป็นตัวบ่งชี้ของทรานซิสเตอร์

วงจรทรานซิสเตอร์แบบ Common Emitter และ Common Source เหมาะสำหรับสัญญาณอินพุทแอลฟาเล็ก แต่มีข้อจำกัด: การคำนวณตำแหน่ง Q-point ในแอมพลิไฟเออร์ชนิด bipolar ขึ้นอยู่กับค่า Beta ซึ่งอาจแปรผันกันไปในทรานซิสเตอร์ชนิดเดียวกันเนื่องจากความคงที่ในการผลิต ด้วยเหตุนี้ การบิดเบือนของแอมพลิไฟเออร์เกิดขึ้นโดยเฉพาะอย่างยิ่งในรูปแบบของ Amplitude Distortion

การบิดเบือนสัญญาณแบบ Amplitude Distortion เกิดขึ้นเมื่อค่าสูงสุดของคลื่นสัญญาณความถี่ถูกบดบัง ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใน Q-point และยับยั้งการขยายในรอบสัญญาณทั้งหมด หากจุด Bias ของทรานซิสเตอร์ถูกต้อง สัญญาณเอาท์พุทควรจะคล้ายกับสัญญาณอินพุทที่ถูกขยาย เวลา Bias  ไม่เพียงพอหรือมากเกินไปอาจทำให้เกิดการตัดสัญญาณเอาท์พุท กระทบถึงครึ่งบวกและครึ่งลบ

แม้ว่ามีระดับแรงดัน Bias ที่ถูกต้อง สัญญาณเอาท์พุทก็อาจบิดเบือนเนื่องจากสัญญาณอินพุทที่ใหญ่เกินไป ทำให้เกิดการตัดสัญญาณเอาท์พุทและผลักไปสู่รูปแบบคลื่นที่ไม่คล้ายคลึงกับคลื่นไซน์ ประเภทของการบิดเบือนนี้เรียกว่า Clipping และเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณอินพุทถูก "over-driven"

การบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion นั้นถือเป็นการลดความสำคัญของแอมพลิไฟเออร์ อย่างไรก็ตาม นักดนตรีบางคนอาจตั้งใจค้นหาเสียงที่บิดเบือนอย่างมากหรือที่เรียกกันว่า "overdriven"  โดยทำการตัดสัญญาณเอาท์พุทอย่างหนักไปทั้งในส่วนบวกและส่วนลบของแหล่งจ่ายไฟ

นอกจากการบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion สัญญาณ AC ในวงจรแอมพลิไฟเออร์ยังอาจพบเจอกับรูปแบบการบิดเบือนสัญญาณอื่น ๆ เช่น Frequency Distortion และ Phase Distortion

การบิดเบือนแบบ Frequency Distortion เกิดขึ้นเมื่อระดับการขยายสัญญาณเปลี่ยนแปลงตามความถี่ โดยเฉพาะเมื่อความถี่เฮิร์มอนิกมีการเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อเทียบกับความถี่พื้นฐาน

การบิดเบือนแบบ Phase Distortion หรือ Delay Distortion เกิดขึ้นเมื่อมีความล่าช้าระหว่างสัญญาณอินพุทและการปรากฏที่เอาท์พุท โดยค่าความล่าช้าของเฟสแองเกิลจะขึ้นอยู่กับโครงสร้างของแอมพลิไฟเออร์และเมื่อทำการเพิ่มความถี่เพิ่มขึ้นในช่วงความถี่ของแอมพลิไฟเออร์

ในทางปฏิบัติ แอมพลิไฟเออร์ส่วนมากอาจแสดงอาการบิดเบือนสัญญาณแบบหนึ่งระหว่างกระบวนการทำงาน ซึ่งรวมถึงการบิดเบือนความถี่ การบิดเบือนเฟส และการบิดเบือนแบบ Amplitude Distortion อย่างไรก็ตาม นอกจากกรณีที่บิดเบือนมากหรือรุนแรง มักไม่มีผลกระทบสำคัญต่อการทำงานของแอมพลิไฟเออร์หรือเสียงเอาท์พุท โดยเฉพาะในการใช้งานทางปฏิบัติ เช่น แอมพลิไฟเออร์เสียงหรือแอมพลิไฟเออร์พลังงาน

Related articles