المضخم

المضخم أو المضخم الإلكتروني أو (بشكل غير رسمي) المضخم هو جهاز إلكتروني يمكنه زيادة حجم الإشارة ( جهد أو تيار متغير بمرور الوقت ). إنه دائرة إلكترونية ذات منفذين تستخدم الطاقة الكهربائية من مصدر طاقة لزيادة سعة (حجم الجهد أو التيار) للإشارة المطبقة على أطراف الإدخال الخاصة بها، مما ينتج إشارة ذات سعة أكبر نسبيًا عند خرجها. يتم قياس مقدار التضخيم الذي يوفره المضخم من خلال مكسبه : نسبة الجهد أو التيار أو الطاقة الناتجة إلى المدخل. يتم تعريف المضخم على أنه دائرة ذات مكسب طاقة أكبر من واحد. ^{[2] [3] [4]}

يمكن أن يكون مكبر الصوت إما قطعة منفصلة من المعدات أو دائرة كهربائية موجودة داخل جهاز آخر. يعد التضخيم أمرًا أساسيًا للإلكترونيات الحديثة، وتُستخدم مكبرات الصوت على نطاق واسع في جميع المعدات الإلكترونية تقريبًا. يمكن تصنيف مكبرات الصوت بطرق مختلفة. أحدها حسب تردد الإشارة الإلكترونية التي يتم تضخيمها. على سبيل المثال، تقوم مكبرات الصوت الصوتية بتضخيم الإشارات في نطاق الصوت (الصوت) أقل من 20 كيلو هرتز، وتقوم مكبرات التردد اللاسلكي بتضخيم الترددات في نطاق التردد اللاسلكي بين 20 كيلو هرتز و300 جيجا هرتز، وقد تعمل مكبرات الصوت المؤازرة ومكبرات الأجهزة بترددات منخفضة للغاية حتى التيار المباشر. يمكن أيضًا تصنيف مكبرات الصوت حسب وضعها المادي في سلسلة الإشارة ؛ قد تسبق مكبرات الصوت الأولية مراحل معالجة الإشارة الأخرى، على سبيل المثال، ^[5] بينما يتم استخدام مكبر الطاقة عادةً بعد مراحل مكبر الصوت الأخرى لتوفير طاقة خرج كافية للاستخدام النهائي للإشارة. كان أول جهاز كهربائي عملي يمكنه التضخيم هو الصمام المفرغ ثلاثي الأقطاب ، الذي اخترعه لي دي فورست في عام 1906 ، مما أدى إلى ظهور أول مكبرات الصوت حوالي عام 1912. تستخدم معظم مكبرات الصوت اليوم الترانزستورات .

كان أول جهاز عملي بارز يمكنه التضخيم هو الصمام المفرغ ثلاثي الأقطاب ، الذي اخترعه لي دي فورست في عام 1906 ، والذي أدى إلى ظهور أول مكبرات الصوت حوالي عام 1912. تم استخدام الصمامات المفرغة في جميع مكبرات الصوت تقريبًا حتى الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين عندما حلت محلها الترانزستورات . اليوم، تستخدم معظم مكبرات الصوت الترانزستورات، لكن الصمامات المفرغة لا تزال مستخدمة في بعض التطبيقات.

أدى تطوير تكنولوجيا الاتصالات الصوتية في شكل الهاتف ، الذي حصل على براءة اختراع لأول مرة في عام 1876، إلى خلق الحاجة إلى زيادة سعة الإشارات الكهربائية لتمديد نقل الإشارات عبر مسافات طويلة بشكل متزايد. في التلغراف ، تم حل هذه المشكلة بأجهزة وسيطة في المحطات التي جددت الطاقة المبددة من خلال تشغيل مسجل إشارة وجهاز إرسال ظهرًا لظهر، لتشكيل مرحل ، بحيث يعمل مصدر طاقة محلي في كل محطة وسيطة على تشغيل المرحلة التالية من الإرسال. بالنسبة للنقل المزدوج، أي الإرسال والاستقبال في كلا الاتجاهين، تم تطوير مكررات التتابع ثنائية الاتجاه بدءًا من عمل CF Varley للنقل التلغرافي. كان النقل المزدوج ضروريًا للهاتف ولم يتم حل المشكلة بشكل مرضٍ حتى عام 1904، عندما قام HE Shreeve من شركة الهاتف والتلغراف الأمريكية بتحسين المحاولات القائمة لبناء مكرر هاتف يتكون من جهاز إرسال حبيبات الكربون المتتالي وأزواج مستقبلات كهروديناميكية. ^[6] تم اختبار مكرر شريف لأول مرة على خط بين بوسطن وأميسبري، ماساتشوستس، وظلت الأجهزة الأكثر تطوراً في الخدمة لبعض الوقت. بعد مطلع القرن العشرين، تبين أن مصابيح الزئبق ذات المقاومة السلبية يمكنها التضخيم، وتم تجربتها أيضًا في المكررات، ولكن دون نجاح يذكر. ^[7]

كان تطوير الصمامات الحرارية والذي بدأ حوالي عام 1902، سببًا في توفير طريقة إلكترونية بالكامل لتضخيم الإشارات. وكانت النسخة العملية الأولى من هذه الأجهزة هي الصمام الثلاثي Audion ، الذي اخترعه لي دي فورست عام 1906 ، ^{[8] [9] [10]} والذي أدى إلى ظهور أول مكبرات الصوت حوالي عام 1912. ^[11] ونظرًا لأن الجهاز السابق الوحيد الذي كان يستخدم على نطاق واسع لتقوية الإشارة كان المرحل المستخدم في أنظمة التلغراف ، فقد تم تسمية الصمام المفرغ المضخم لأول مرة بمرحل إلكتروني . ^{[12] [13] [14] [15]} تم استخدام مصطلحي مكبر الصوت والتضخيم ، المشتقين من الكلمة اللاتينية amplificare ، ( للتكبير أو التوسيع )، ^[16] لأول مرة لهذه القدرة الجديدة حوالي عام 1915 عندما انتشرت الصمامات الثلاثية على نطاق واسع. ^[16]

أحدثت الصمامات المفرغة ثورة في التكنولوجيا الكهربائية. ^[11] فقد جعلت من الممكن إنشاء خطوط الهاتف لمسافات طويلة، وأنظمة مخاطبة الجمهور ، والبث الإذاعي ، والصور المتحركة الناطقة ، والتسجيل الصوتي العملي ، والرادار ، والتلفزيون ، وأجهزة الكمبيوتر الأولى . لمدة 50 عامًا، استخدمت جميع الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية تقريبًا الصمامات المفرغة. غالبًا ما كانت مكبرات الصوت الأنبوبية المبكرة تحتوي على ردود فعل إيجابية ( تجديد )، والتي يمكن أن تزيد من المكسب ولكنها تجعل مكبر الصوت غير مستقر وعرضة للتذبذب. تم تطوير الكثير من النظرية الرياضية للمكبرات في مختبرات بيل للهاتف خلال عشرينيات إلى أربعينيات القرن العشرين. كانت مستويات التشويه في مكبرات الصوت المبكرة عالية، وعادة ما كانت حوالي 5٪، حتى عام 1934، عندما طور هارولد بلاك ردود الفعل السلبية ؛ مما سمح بتقليل مستويات التشويه بشكل كبير، على حساب انخفاض المكسب. تم إحراز تقدم آخر في نظرية التضخيم من قبل هاري نيكويست وهندريك ويد بود . ^[17]

كان الصمام المفرغ هو جهاز التضخيم الوحيد تقريبًا، بخلاف أجهزة الطاقة المتخصصة مثل مكبر الصوت المغناطيسي وأمبليداين ، لمدة 40 عامًا. استخدمت دوائر التحكم في الطاقة مكبرات الصوت المغناطيسية حتى النصف الأخير من القرن العشرين عندما أصبحت أجهزة أشباه الموصلات الكهربائية أكثر اقتصادا، مع سرعات تشغيل أعلى. تم استخدام مكررات الكربون الكهروصوتية القديمة من شركة شريف في مكبرات الصوت القابلة للتعديل في مجموعات المشتركين في الهاتف لضعاف السمع حتى قدم الترانزستور مكبرات صوت أصغر وأعلى جودة في الخمسينيات من القرن العشرين. ^[18]

كان أول ترانزستور عامل هو ترانزستور نقطة الاتصال الذي اخترعه جون باردين ووالتر براتين في عام 1947 في مختبرات بيل ، حيث اخترع ويليام شوكلي لاحقًا ترانزستور الوصلة ثنائية القطب (BJT) في عام 1948. وتبع ذلك اختراع ترانزستور تأثير المجال المعدني أكسيد أشباه الموصلات (MOSFET) بواسطة محمد م. عطا الله وداوون كانج في مختبرات بيل في عام 1959. ونظرًا لتوسع MOSFET ، والقدرة على التقليص إلى أحجام صغيرة بشكل متزايد، أصبح MOSFET منذ ذلك الحين مكبر الصوت الأكثر استخدامًا على نطاق واسع. ^[19]

أدى استبدال الأنابيب الإلكترونية الضخمة بالترانزستورات خلال الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين إلى إحداث ثورة في الإلكترونيات، مما أتاح إمكانية ظهور فئة كبيرة من الأجهزة الإلكترونية المحمولة، مثل راديو الترانزستور الذي تم تطويره في عام 1954. واليوم، يقتصر استخدام الأنابيب المفرغة على بعض التطبيقات عالية الطاقة، مثل أجهزة إرسال الراديو ، بالإضافة إلى بعض الآلات الموسيقية ومكبرات الصوت عالية الجودة .

بدءًا من سبعينيات القرن العشرين، تم توصيل المزيد والمزيد من الترانزستورات على شريحة واحدة، مما أدى إلى إنشاء مقاييس أعلى للتكامل (مثل التكامل على نطاق صغير ومتوسط ​​وكبير ) في الدوائر المتكاملة . تعتمد العديد من مكبرات الصوت المتوفرة تجاريًا اليوم على الدوائر المتكاملة.

لأغراض خاصة، تم استخدام عناصر نشطة أخرى. على سبيل المثال، في الأيام الأولى لاتصالات الأقمار الصناعية ، تم استخدام مكبرات الصوت البارامترية . كانت الدائرة الأساسية عبارة عن صمام ثنائي تم تغيير سعته بواسطة إشارة تردد لاسلكي تم إنشاؤها محليًا. في ظل ظروف معينة، وفرت إشارة التردد اللاسلكي هذه طاقة تم تعديلها بواسطة إشارة القمر الصناعي الضعيفة للغاية التي تم استقبالها في محطة الأرض.

أدى التقدم في الإلكترونيات الرقمية منذ أواخر القرن العشرين إلى توفير بدائل جديدة للمضخمات التقليدية ذات الكسب الخطي من خلال استخدام التبديل الرقمي لتغيير شكل النبضة لإشارات السعة الثابتة، مما أدى إلى ظهور أجهزة مثل مكبر الصوت من الفئة D.

من حيث المبدأ، مكبر الصوت هو شبكة كهربائية ذات منفذين تنتج إشارة عند منفذ الإخراج تكون نسخة طبق الأصل من الإشارة المطبقة على منفذ الإدخال، ولكن بحجم أكبر.

يمكن أن يكون منفذ الإدخال مثاليًا إما كمدخل جهد، لا يأخذ أي تيار، مع خرج متناسب مع الجهد عبر المنفذ؛ أو كمدخل تيار، بدون جهد عبره، حيث يكون الخرج متناسبًا مع التيار عبر المنفذ. يمكن أن يكون منفذ الإخراج مثاليًا إما كمصدر جهد تابع ، مع مقاومة مصدر صفرية وجهد خرجه يعتمد على المدخل؛ أو كمصدر تيار تابع ، مع مقاومة مصدر لا نهائية والتيار الخارجي يعتمد على المدخل. تؤدي مجموعات هذه الخيارات إلى أربعة أنواع من مكبرات الصوت المثالية. ^[5] في الشكل المثالي يتم تمثيلها بكل من الأنواع الأربعة للمصدر التابع المستخدمة في التحليل الخطي، كما هو موضح في الشكل، وهي:

مدخل	الناتج	المصدر المعتمد	نوع مكبر الصوت	وحدات الكسب
أنا	أنا	مصدر التيار المتحكم به حاليًا، CCCS	مضخم التيار	بدون وحدة
أنا	الخامس	مصدر الجهد المتحكم به حاليًا، CCVS	مضخم المقاومة الترانزيستورية	أوم
الخامس	أنا	مصدر التيار المتحكم بالجهد، VCCS	مكبر التوصيلية	سيمنز
الخامس	الخامس	مصدر الجهد المتحكم فيه بالجهد، VCVS	مضخم الجهد	بدون وحدة

يتمتع كل نوع من مكبرات الصوت في شكله المثالي بمقاومة إدخال وإخراج مثالية تساوي مقاومة المصدر التابع المقابل: ^[20]

نوع مكبر الصوت	المصدر المعتمد	معاوقة الإدخال	معاوقة الخرج
حاضِر	مركز دراسات المجتمع	0	∞
المقاومة الترانزيستورية	مركز خدمات الصحة المجتمعية	0	0
التوصيلية	في سي سي إس	∞	∞
الجهد االكهربى	في سي في إس	∞	0

في مكبرات الصوت الحقيقية، لا يمكن تحقيق المعاوقات المثالية، ولكن يمكن استخدام هذه العناصر المثالية لبناء دوائر مكافئة لمكبرات الصوت الحقيقية عن طريق إضافة المعاوقات (المقاومة والسعة والمحاثة) إلى المدخل والمخرج. بالنسبة لأي دائرة معينة، غالبًا ما يتم استخدام تحليل الإشارة الصغيرة للعثور على المعاوقة الفعلية. يتم تطبيق تيار اختبار التيار المتردد للإشارة الصغيرة I _x على عقدة الإدخال أو الإخراج، ويتم ضبط جميع المصادر الخارجية على صفر تيار متردد، ويحدد الجهد المتناوب المقابل V _x عبر مصدر تيار الاختبار المعاوقة المرئية عند تلك العقدة على أنها R = V _x / I _x . ^[21]

لا تتناسب مكبرات الصوت المصممة للتوصيل بخط نقل عند الإدخال والإخراج، وخاصة مكبرات الصوت RF ، مع نهج التصنيف هذا. بدلاً من التعامل مع الجهد أو التيار بشكل فردي، فإنها تقترن بشكل مثالي بمعاوقة إدخال أو إخراج مطابقة لمقاومة خط النقل، أي مطابقة نسب الجهد إلى التيار. تقترب العديد من مكبرات الصوت RF الحقيقية من هذا النموذج المثالي. على الرغم من أنه بالنسبة لمصدر معين ومعاوقة حمل مناسبة، يمكن وصف مكبرات الصوت RF بأنها مكبرة للجهد أو التيار، إلا أنها في الأساس مكبرة للطاقة. ^[22]

يتم تحديد خصائص مكبر الصوت من خلال المعلمات التي تتضمن:

• المكسب ، النسبة بين حجم إشارات الخرج والإدخال
• عرض النطاق الترددي ، عرض نطاق التردد المفيد
• الكفاءة هي النسبة بين قوة المخرجات وإجمالي استهلاك الطاقة
• الخطية ، المدى الذي تكون فيه النسبة بين سعة الإدخال والإخراج متساوية بالنسبة للإدخال عالي السعة والسعة المنخفضة
• الضوضاء ، مقياس للضوضاء غير المرغوب فيها المختلطة في الناتج
• النطاق الديناميكي للإخراج ، نسبة أكبر وأصغر مستويات الإخراج المفيدة
• معدل الانحدار ، أقصى معدل لتغير الناتج
• وقت الارتفاع ، ووقت الاستقرار ، والرنين ، والتجاوز الذي يميز استجابة الخطوة
• الاستقرار ، القدرة على تجنب التذبذب الذاتي

يتم وصف مكبرات الصوت وفقًا لخصائص مدخلاتها ومخرجاتها وكيفية ارتباطها. ^[23] تحتوي جميع مكبرات الصوت على مكسب، وهو عامل ضرب يربط بين حجم بعض خصائص إشارة الخرج وخاصية إشارة الإدخال. يمكن تحديد المكسب كنسبة جهد الخرج إلى جهد الدخل ( مكسب الجهد )، أو طاقة الخرج إلى طاقة الدخل ( مكسب القدرة )، أو بعض التركيبات من التيار والجهد والطاقة. في كثير من الحالات، تعتمد خاصية الخرج التي تتغير على نفس خاصية الإدخال، مما يجعل المكسب بلا وحدات (على الرغم من أنه غالبًا ما يتم التعبير عنه بالديسيبل (dB)).

تم تصميم معظم مكبرات الصوت لتكون خطية. أي أنها توفر مكسبًا ثابتًا لأي مستوى إدخال وإشارة خرج طبيعية. إذا لم يكن مكسب مكبر الصوت خطيًا، فقد تصبح إشارة الخرج مشوهة . ومع ذلك، هناك حالات يكون فيها المكسب المتغير مفيدًا. تستخدم بعض تطبيقات معالجة الإشارة مكبرات الصوت ذات المكسب الأسّي. ^[5]

عادةً ما يتم تصميم مكبرات الصوت للعمل بشكل جيد في تطبيق معين، على سبيل المثال: أجهزة إرسال واستقبال الراديو والتلفزيون ، ومعدات الاستريو عالية الدقة ("hi-fi")، وأجهزة الكمبيوتر الدقيقة وغيرها من المعدات الرقمية، ومكبرات صوت الجيتار وغيرها من الآلات الموسيقية. يتضمن كل مكبر صوت جهازًا نشطًا واحدًا على الأقل ، مثل الصمام المفرغ أو الترانزستور .

التغذية الراجعة السلبية هي تقنية تستخدم في معظم مكبرات الصوت الحديثة لزيادة عرض النطاق الترددي وتقليل التشوه والتحكم في الكسب. في مكبر الصوت ذي التغذية الراجعة السلبية، يتم إرجاع جزء من الناتج وإضافته إلى المدخل في الطور المعاكس، مطروحًا من المدخل. التأثير الرئيسي هو تقليل الكسب الإجمالي للنظام. ومع ذلك، يتم أيضًا إرجاع أي إشارات غير مرغوب فيها يقدمها مكبر الصوت، مثل التشويه. نظرًا لأنها ليست جزءًا من المدخل الأصلي، يتم إضافتها إلى المدخل في الطور المعاكس، مطروحًا منها من المدخل. بهذه الطريقة، تعمل التغذية الراجعة السلبية أيضًا على تقليل عدم الخطية والتشويه والأخطاء الأخرى التي يقدمها مكبر الصوت. يمكن لكميات كبيرة من التغذية الراجعة السلبية تقليل الأخطاء إلى الحد الذي تصبح فيه استجابة مكبر الصوت نفسه غير ذات صلة تقريبًا طالما كان لديه مكسب كبير، ويتم تحديد أداء خرج النظام (" أداء الحلقة المغلقة ") بالكامل من خلال المكونات الموجودة في حلقة التغذية الراجعة. تُستخدم هذه التقنية بشكل خاص مع مكبرات الصوت التشغيلية (مكبرات التشغيل).

لا يمكن للمضخمات غير المرتدة تحقيق سوى تشويه بنسبة 1% تقريبًا لإشارات التردد الصوتي. مع التغذية الراجعة السلبية ، يمكن تقليل التشويه عادةً إلى 0.001%. يمكن القضاء عمليًا على الضوضاء، وحتى تشوه التقاطع. تعوض التغذية الراجعة السلبية أيضًا عن درجات الحرارة المتغيرة، والمكونات المتدهورة أو غير الخطية في مرحلة الكسب، ولكن أي تغيير أو عدم خطية في المكونات في حلقة التغذية الراجعة سيؤثر على الناتج. في الواقع، تُستخدم قدرة حلقة التغذية الراجعة على تحديد الناتج لإنشاء دوائر مرشح نشطة .

تتمثل ميزة أخرى للتغذية الراجعة السلبية في أنها تعمل على توسيع نطاق تردد مكبر الصوت. يتم استخدام مفهوم التغذية الراجعة في مكبرات الصوت التشغيلية لتحديد المكسب وعرض النطاق الترددي والمعلمات الأخرى بدقة استنادًا بالكامل إلى المكونات الموجودة في حلقة التغذية الراجعة.

يمكن تطبيق ردود الفعل السلبية في كل مرحلة من مراحل مكبر الصوت لتثبيت نقطة تشغيل الأجهزة النشطة ضد التغييرات الطفيفة في جهد مصدر الطاقة أو خصائص الجهاز.

بعض ردود الفعل، سواء كانت إيجابية أو سلبية، لا يمكن تجنبها وغالبًا ما تكون غير مرغوبة - يتم تقديمها، على سبيل المثال، من خلال العناصر الطفيلية ، مثل السعة الكامنة بين مدخلات ومخرجات الأجهزة مثل الترانزستورات، والاقتران السعوي للأسلاك الخارجية. يمكن أن تؤدي ردود الفعل الإيجابية المفرطة المعتمدة على التردد إلى إنتاج تذبذبات طفيلية وتحويل مكبر للصوت إلى مذبذب .

تتضمن جميع مكبرات الصوت شكلًا من أشكال الأجهزة النشطة: هذا هو الجهاز الذي يقوم بالتضخيم الفعلي. يمكن أن يكون الجهاز النشط عبارة عن أنبوب مفرغ ، أو مكون منفصل من الحالة الصلبة، مثل ترانزستور واحد ، أو جزءًا من دائرة متكاملة ، كما هو الحال في مكبر التشغيل .

مكبرات الصوت الترانزستورية (أو مكبرات الصوت ذات الحالة الصلبة) هي النوع الأكثر شيوعًا من مكبرات الصوت المستخدمة اليوم. يتم استخدام الترانزستور كعنصر نشط. يتم تحديد مكسب مكبر الصوت من خلال خصائص الترانزستور نفسه بالإضافة إلى الدائرة التي يحتوي عليها.

تشتمل الأجهزة النشطة الشائعة في مكبرات الترانزستور على ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب (BJTs) وترانزستورات التأثير الميداني المصنوعة من أشباه الموصلات المصنوعة من أكسيد المعدن (MOSFETs).

التطبيقات عديدة. بعض الأمثلة الشائعة هي مكبرات الصوت في نظام ستيريو منزلي أو نظام مخاطبة عامة ، وتوليد الطاقة العالية بترددات الراديو لمعدات أشباه الموصلات، وتطبيقات الترددات الراديوية والميكروويف مثل أجهزة الإرسال اللاسلكية.

يمكن تحقيق التضخيم القائم على الترانزستور باستخدام تكوينات مختلفة: على سبيل المثال، يمكن للترانزستور ثنائي القطب تحقيق تضخيم القاعدة المشتركة أو المجمع المشترك أو الباعث المشترك ؛ ويمكن أن يحقق الترانزستور MOSFET تضخيم البوابة المشتركة أو المصدر المشترك أو الصرف المشترك . كل تكوين له خصائص مختلفة.

تستخدم مكبرات الصوت ذات الصمام المفرغ (المعروفة أيضًا باسم مكبرات الصوت الأنبوبية أو مكبرات الصوت الصمامية) أنبوبًا مفرغًا كجهاز نشط. في حين أن مكبرات الصوت شبه الموصلة حلت إلى حد كبير محل مكبرات الصوت الصمامية للتطبيقات منخفضة الطاقة، إلا أن مكبرات الصوت الصمامية يمكن أن تكون أكثر فعالية من حيث التكلفة في التطبيقات عالية الطاقة مثل الرادار ومعدات التدابير المضادة ومعدات الاتصالات. تم تصميم العديد من مكبرات الصوت بالموجات الدقيقة خصيصًا كمكبرات صمامية، مثل الكليسترون والجيروترون وأنبوب الموجة المتنقلة ومكبر المجال المتقاطع ، وتوفر صمامات الموجات الدقيقة هذه خرج طاقة أكبر بكثير لجهاز واحد عند ترددات الموجات الدقيقة من الأجهزة ذات الحالة الصلبة. ^[24] تظل الصمامات المفرغة قيد الاستخدام في بعض معدات الصوت المتطورة، وكذلك في مكبرات الصوت للآلات الموسيقية ، بسبب تفضيل " صوت الأنبوب ".

المضخمات المغناطيسية هي أجهزة تشبه إلى حد ما المحول حيث يتم استخدام ملف واحد للتحكم في تشبع القلب المغناطيسي وبالتالي تغيير معاوقة الملف الآخر. ^[25] لقد خرجت إلى حد كبير عن الاستخدام بسبب التطوير في مكبرات أشباه الموصلات ولكنها لا تزال مفيدة في التحكم في التيار المستمر عالي الجهد ، وفي دوائر التحكم في الطاقة النووية بسبب عدم تأثرها بالإشعاع.

يمكن استخدام المقاومات السلبية كمضخمات، مثل مضخم الصمام الثنائي النفقي . ^{[26] [27]}

مكبر القدرة هو مكبر مصمم في المقام الأول لزيادة القدرة المتاحة للحمل . في الممارسة العملية، يعتمد كسب قدرة مكبر القدرة على معاوقات المصدر والحمل ، بالإضافة إلى كسب الجهد والتيار المتأصلين. عادةً ما يعمل تصميم مكبر التردد اللاسلكي (RF) على تحسين المعاوقات لنقل الطاقة، بينما تعمل تصميمات مكبر الصوت والآلات عادةً على تحسين معاوقة الإدخال والإخراج لأقل قدر من التحميل وأعلى قدر من سلامة الإشارة. قد يكون للمكبر الذي يقال إنه يتمتع بكسب 20 ديسيبل كسب جهد 20 ديسيبل وكسب طاقة متاح يزيد كثيرًا عن 20 ديسيبل (نسبة القدرة 100) - ومع ذلك فإنه في الواقع يوفر كسب طاقة أقل بكثير إذا كان الإدخال، على سبيل المثال، من ميكروفون 600 Ω وكان الإخراج متصلاً بمقبس إدخال 47  كيلو أوم لمكبر القدرة. بشكل عام، يعد مكبر القدرة "المكبر" الأخير أو الدائرة الفعلية في سلسلة الإشارة (مرحلة الإخراج) وهو مرحلة مكبر الصوت التي تتطلب الاهتمام بكفاءة الطاقة. تؤدي اعتبارات الكفاءة إلى فئات مختلفة من مكبرات الطاقة بناءً على تحيز الترانزستورات أو الأنابيب الناتجة: راجع فئات مكبرات الطاقة أدناه.

تُستخدم مكبرات الصوت عادةً لتشغيل مكبرات الصوت . وغالبًا ما تحتوي على قناتين للإخراج وتوفر طاقة متساوية لكل منهما. ويوجد مكبر الطاقة RF في المراحل النهائية لجهاز الإرسال اللاسلكي. ويعمل متحكم المحرك المؤازر على تضخيم جهد التحكم لضبط سرعة المحرك أو موضع النظام الآلي.

المضخم التشغيلي هو دائرة تضخيم تحتوي عادةً على مكسب حلقة مفتوحة مرتفع للغاية ومدخلات تفاضلية. أصبحت المضخمات التشغيلية مستخدمة على نطاق واسع كـ "كتل مكسب" قياسية في الدوائر نظرًا لتعدد استخداماتها؛ حيث يمكن التحكم في مكسبها وعرض نطاقها وخصائصها الأخرى عن طريق التغذية الراجعة من خلال دائرة خارجية. على الرغم من أن المصطلح ينطبق اليوم بشكل شائع على الدوائر المتكاملة، إلا أن تصميم المضخم التشغيلي الأصلي استخدم الصمامات، واستخدمت التصميمات اللاحقة دوائر الترانزستور المنفصلة.

مكبر الصوت التفاضلي الكامل يشبه مكبر الصوت التشغيلي، ولكنه يحتوي أيضًا على مخرجات تفاضلية. وعادةً ما يتم تصنيع هذه المخارج باستخدام ترانزستورات BJT أو ترانزستورات FET .

تستخدم هذه الأنظمة خطوط نقل متوازنة لفصل مكبرات الصوت الفردية أحادية المرحلة، والتي يتم جمع مخرجاتها بواسطة نفس خط النقل. خط النقل هو نوع متوازن حيث يكون المدخل في أحد طرفيه وعلى جانب واحد فقط من خط النقل المتوازن ويكون المخرج في الطرف المقابل هو أيضًا الجانب المقابل لخط النقل المتوازن. يضيف مكسب كل مرحلة خطيًا إلى المخرج بدلاً من ضرب أحدهما في الآخر كما هو الحال في تكوين متتالي. يسمح هذا بتحقيق نطاق ترددي أعلى مما يمكن تحقيقه بخلاف ذلك حتى مع نفس عناصر مرحلة المكسب.

تتمتع هذه المكبرات غير الخطية بكفاءة أعلى بكثير من المكبرات الخطية، وتُستخدم حيثما يبرر توفير الطاقة التعقيد الإضافي. تعد مكبرات الصوت من الفئة D المثال الرئيسي لهذا النوع من المكبرات.

مكبر المقاومة السلبية هو نوع من مكبرات الصوت المتجددة التي يمكنها استخدام التغذية الراجعة بين مصدر الترانزستور والبوابة لتحويل معاوقة سعوية على مصدر الترانزستور إلى مقاومة سلبية على بوابته. وبالمقارنة بأنواع أخرى من مكبرات الصوت، فإن مكبر المقاومة السلبية يتطلب قدرًا ضئيلًا فقط من الطاقة لتحقيق مكسب مرتفع للغاية، مع الحفاظ على مستوى ضوضاء جيد في نفس الوقت.

تم تصميم مكبرات الفيديو لمعالجة إشارات الفيديو ولديها نطاقات تردد متفاوتة اعتمادًا على ما إذا كانت إشارة الفيديو مخصصة لـ SDTV أو EDTV أو HDTV 720p أو 1080i/p وما إلى ذلك. تعتمد مواصفات النطاق الترددي نفسها على نوع المرشح المستخدم - وعند أي نقطة ( −1 ديسيبل أو −3 ديسيبل على سبيل المثال) يتم قياس النطاق الترددي. هناك متطلبات معينة لاستجابة الخطوة والتجاوز ضرورية للحصول على صورة تلفزيونية مقبولة. ^[28]

تُستخدم مكبرات أنبوب الموجة المتنقلة (TWTAs) لتضخيم الطاقة العالية عند ترددات الميكروويف المنخفضة. ويمكنها عادةً التضخيم عبر طيف واسع من الترددات؛ ومع ذلك، فهي عادةً لا تكون قابلة للضبط مثل الكليسترونات. ^[29]

إن أجهزة الكليسترون عبارة عن أجهزة فراغية ذات حزم خطية متخصصة، مصممة لتوفير تضخيم عالي الطاقة وقابل للضبط على نطاق واسع للموجات المليمترية ودون المليمترية. تم تصميم أجهزة الكليسترون للعمليات واسعة النطاق وعلى الرغم من أن نطاق ترددها أضيق من أجهزة الموجات الشعاعية ثلاثية الموجات، إلا أنها تتمتع بميزة تضخيم إشارة مرجعية بشكل متماسك بحيث يمكن التحكم بدقة في خرجها من حيث السعة والتردد والطور.

تُستخدم الأجهزة ذات الحالة الصلبة مثل ترانزستورات MOSFET ذات القنوات القصيرة المصنوعة من السيليكون مثل ترانزستورات FET ثنائية الانتشار من أشباه الموصلات المعدنية والأكسيدية (DMOS) وترانزستورات FET من GaAs وترانزستورات SiGe وGaAs ثنائية القطب غير المتجانسة /HBTs و HEMTs وثنائيات IMPATT وغيرها، بشكل خاص عند ترددات ميكروويف منخفضة ومستويات طاقة بترتيب الواط على وجه التحديد في تطبيقات مثل محطات RF المحمولة / الهواتف المحمولة ونقاط الوصول حيث يكون الحجم والكفاءة هما المحركان. تظهر مواد جديدة مثل نتريد الجاليوم ( GaN ) أو GaN على السيليكون أو على كربيد السيليكون / SiC في ترانزستورات HEMT والتطبيقات حيث تكون هناك حاجة إلى تحسين الكفاءة وعرض النطاق الترددي العريض والتشغيل تقريبًا من بضع عشرات إلى بضع عشرات من جيجاهيرتز مع طاقة خرج تتراوح من بضع وات إلى بضع مئات من الواط. ^{[30] [31]}

اعتمادًا على مواصفات مكبر الصوت ومتطلبات الحجم، يمكن إنشاء مكبرات الصوت الميكروويف متكاملة بشكل متجانس، أو متكاملة كوحدات نمطية أو بناءً على أجزاء منفصلة أو أي تركيبة من تلك.

الميزر هو مكبر ميكروويف غير إلكتروني .

مكبرات الصوت هي مجموعة من مكبرات الصوت التي تستخدم لزيادة مستوى صوت الآلات الموسيقية، على سبيل المثال الجيتار، أثناء العروض. تأتي نغمة مكبر الصوت بشكل أساسي من الترتيب والكمية التي يطبق بها المعادل والتشويه. ^[32]

تعتمد إحدى مجموعات التصنيفات للمضخمات على أي طرف جهاز مشترك لكل من دائرة الإدخال والإخراج. في حالة الترانزستورات ثنائية القطب ، الفئات الثلاث هي الباعث المشترك والقاعدة المشتركة والمجمع المشترك. بالنسبة للترانزستورات ذات التأثير الميداني ، التكوينات المقابلة هي المصدر المشترك والبوابة المشتركة والصرف المشترك؛ بالنسبة للأنابيب المفرغة ، الكاثود المشترك والشبكة المشتركة واللوحة المشتركة.

غالبًا ما يتم تكوين الباعث المشترك (أو المصدر المشترك، الكاثود المشترك، إلخ) لتوفير تضخيم الجهد المطبق بين القاعدة والباعث، ويتم عكس إشارة الخرج المأخوذة بين المجمع والباعث، نسبةً إلى المدخل. يطبق ترتيب المجمع المشترك جهد الدخل بين القاعدة والمجمع، ويأخذ جهد الخرج بين الباعث والمجمع. يتسبب هذا في ردود فعل سلبية، ويميل جهد الخرج إلى اتباع جهد الدخل. يستخدم هذا الترتيب أيضًا لأن المدخل يقدم معاوقة عالية ولا يحمل مصدر الإشارة، على الرغم من أن تضخيم الجهد أقل من واحد. لذلك، تُعرف دائرة المجمع المشترك بشكل أفضل باسم متتبع الباعث أو متتبع المصدر أو متتبع الكاثود.

يُوصف مكبر الصوت الذي لا يُظهر خرجه أي تغذية راجعة إلى جانب الإدخال بأنه "أحادي الجانب". تكون معاوقة الإدخال لمكبر الصوت أحادي الجانب مستقلة عن الحمل، وتكون معاوقة الخرج مستقلة عن معاوقة مصدر الإشارة. ^[33]

المضخم الذي يستخدم التغذية الراجعة لتوصيل جزء من الخرج بالمدخل هو مضخم ثنائي . تعتمد معاوقة مدخل المضخم الثنائي على الحمل، ومعاوقة الخرج على معاوقة مصدر الإشارة. جميع المضخمات ثنائية إلى حد ما؛ ومع ذلك، يمكن غالبًا نمذجتها على أنها أحادية الجانب في ظل ظروف التشغيل حيث تكون التغذية الراجعة صغيرة بما يكفي لإهمالها لمعظم الأغراض، مما يبسط التحليل (انظر مقالة القاعدة المشتركة للحصول على مثال).

هناك طريقة أخرى لتصنيف المضخمات وهي من خلال العلاقة الطورية بين إشارة الإدخال وإشارة الإخراج. ينتج المضخم "العاكس" خرجًا خارج الطور بمقدار 180 درجة مع إشارة الإدخال (أي انعكاس القطبية أو صورة معكوسة للإدخال كما يُرى على منظار الذبذبات ) . يحافظ المضخم "غير العاكس" على طور أشكال موجة إشارة الإدخال. متتبع الباعث هو نوع من المضخمات غير العاكسة، مما يشير إلى أن الإشارة عند مرسل الترانزستور تتبع (أي تتطابق مع مكسب الوحدة ولكن ربما إزاحة) إشارة الإدخال. متتبع الجهد هو أيضًا نوع غير عاكس من المضخمات له مكسب الوحدة.

يمكن أن ينطبق هذا الوصف على مرحلة واحدة من مكبر الصوت، أو على نظام مكبر صوت كامل.

يمكن تصنيف مكبرات الصوت الأخرى حسب وظيفتها أو خصائص خرجها. تنطبق هذه الأوصاف الوظيفية عادةً على أنظمة مكبرات الصوت الكاملة أو الأنظمة الفرعية ونادرًا ما تنطبق على المراحل الفردية.

• يشير مضخم المؤازرة إلى حلقة تغذية مرتدة متكاملة للتحكم النشط في الإخراج عند مستوى مرغوب. يشير المؤازرة ذات التيار المستمر إلى الاستخدام عند ترددات تصل إلى مستويات التيار المستمر، حيث لا تحدث تقلبات سريعة لإشارة صوتية أو إشارة تردد لاسلكي. غالبًا ما تستخدم هذه في المحركات الميكانيكية، أو الأجهزة مثل محركات التيار المستمر التي يجب أن تحافظ على سرعة ثابتة أو عزم دوران . يمكن لمضخم المؤازرة ذات التيار المتردد القيام بذلك لبعض محركات التيار المتردد.
• يستجيب مكبر الصوت الخطي لمكونات التردد المختلفة بشكل مستقل، ولا يولد تشوهات توافقية أو تشوهات بينية . لا يمكن لأي مكبر أن يوفر خطية مثالية (حتى مكبر الصوت الأكثر خطية لديه بعض اللاخطية، حيث تتبع أجهزة التضخيم - الترانزستورات أو الصمامات المفرغة - قوانين الطاقة غير الخطية مثل قوانين التربيع وتعتمد على تقنيات الدوائر الكهربائية لتقليل هذه التأثيرات).
• يولد مكبر الصوت غير الخطي تشوهات كبيرة وبالتالي يغير المحتوى التوافقي؛ وهناك مواقف يكون فيها هذا مفيدًا. تشمل دوائر مكبر الصوت التي توفر عمدًا دالة نقل غير خطية ما يلي:
  • يمكن استخدام جهاز مثل مقوم يتم التحكم فيه بواسطة السيليكون أو ترانزستور يستخدم كمفتاح لتشغيل أو إيقاف تشغيل حمل مثل المصباح بالكامل بناءً على عتبة في إدخال متغير باستمرار .
  • على سبيل المثال، يمكن لمكبر غير خطي في حاسوب تناظري أو محول RMS حقيقي أن يوفر دالة نقل خاصة، مثل الدالة اللوغاريتمية أو دالة قانون التربيع.
  • يمكن اختيار مكبر تردد راديوي من الفئة C لأنه يمكن أن يكون فعالاً للغاية - ولكنه غير خطي. يمكن أن يؤدي اتباع مثل هذا المكبر بما يسمى بالدائرة المضبوطة للخزان إلى تقليل التوافقيات غير المرغوب فيها (التشويه) بدرجة كافية لجعله مفيدًا في أجهزة الإرسال ، أو يمكن اختيار بعض التوافقيات المرغوبة عن طريق ضبط التردد الرنان للدائرة المضبوطة على تردد أعلى بدلاً من التردد الأساسي في دوائر مضاعفة التردد .
  • تتطلب دوائر التحكم التلقائي في المكسب التحكم في مكسب مكبر الصوت من خلال متوسط ​​السعة الزمنية بحيث تختلف سعة الخرج قليلاً عند استقبال محطات ضعيفة. يُفترض أن يتم ترتيب اللاخطية بحيث تعاني سعة الإشارة الصغيرة نسبيًا من القليل من التشوه (تداخل عبر القنوات أو التضمين المتبادل ) ولكنها لا تزال معدلة بواسطة جهد التيار المستمر للتحكم في المكسب الكبير نسبيًا .
  • تعتمد دوائر كاشف التعديل السعة التي تستخدم التضخيم مثل كاشفات انحناء الأنود ومقومات الدقة وكاشفات المعاوقة اللانهائية (لذا باستثناء الكواشف غير المكبرة مثل كاشفات شارب القط )، بالإضافة إلى دوائر كاشف الذروة ، على التغييرات في التضخيم بناءً على سعة الإشارة اللحظية لاستخلاص تيار مباشر من مدخل تيار متناوب .
  • دوائر المقارنة والكاشف للمضخم التشغيلي .
• يتمتع مكبر الصوت عريض النطاق بعامل تضخيم دقيق على مدى نطاق ترددي واسع، ويُستخدم غالبًا لتعزيز الإشارات المستخدمة في أنظمة الاتصالات. أما مكبر الصوت ضيق النطاق فيعمل على تضخيم نطاق ضيق محدد من الترددات، مع استبعاد الترددات الأخرى.
• يقوم مكبر التردد اللاسلكي بتضخيم الإشارات في نطاق التردد اللاسلكي للطيف الكهرومغناطيسي ، وغالبًا ما يستخدم لزيادة حساسية جهاز الاستقبال أو طاقة خرج جهاز الإرسال . ^[34]
• يقوم مكبر الصوت بتضخيم الترددات الصوتية . تنقسم هذه الفئة إلى مكبرات إشارة صغيرة ومكبرات طاقة مُحسَّنة لتشغيل مكبرات الصوت ، وأحيانًا مع مكبرات صوت متعددة مجمعة معًا كقنوات منفصلة أو قابلة للربط لاستيعاب متطلبات إعادة إنتاج الصوت المختلفة. تشمل المصطلحات المستخدمة بشكل متكرر في مكبرات الصوت ما يلي:
  • مكبر الصوت المسبق (المضخم المسبق)، والذي قد يتضمن مكبر صوت مسبق للفونو مع معادلة RIAA ، أو مكبرات صوت مسبقة برأس شريط مع مرشحات معادلة CCIR . وقد تتضمن مرشحات أو دوائر تحكم في النغمة .
  • مضخم الطاقة (يقوم عادةً بتشغيل مكبرات الصوت )، ومكبرات صوت سماعات الرأس ، ومكبرات الصوت العامة .
  • تشير مكبرات الصوت الاستريو إلى قناتين للإخراج (يسار ويمين)، على الرغم من أن المصطلح يعني ببساطة الصوت "الصلب" (في إشارة إلى الصوت ثلاثي الأبعاد) - لذلك تم استخدام الاستريو الرباعي للمكبرات ذات الأربع قنوات. تشير أنظمة 5.1 و 7.1 إلى أنظمة المسرح المنزلي ذات 5 أو 7 قنوات مكانية عادية، بالإضافة إلى قناة مضخم الصوت الفرعي .
• توفر مكبرات الصوت العازلة ، والتي قد تتضمن متابعات باعث ، مدخلات ذات معاوقة عالية لجهاز (ربما مكبر صوت آخر، أو ربما حمولة تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة مثل المصابيح) والتي قد تسحب قدرًا كبيرًا من التيار من المصدر. تعد برامج تشغيل الخط نوعًا من أنواع العازلة التي تغذي كبلات التوصيل الطويلة أو المعرضة للتداخل، ربما بمخرجات تفاضلية من خلال كبلات زوجية مجدولة .

يتم تصنيف مكبرات الصوت أحيانًا حسب طريقة اقتران الإشارة عند المدخل أو المخرج أو بين المراحل. وتشمل الأنواع المختلفة من هذه مكبرات الصوت ما يلي:

مضخم مقترن مقاوم-سعوي (RC)، يستخدم شبكة من المقاومات والمكثفات

من حيث التصميم، لا تستطيع هذه المكبرات تضخيم إشارات التيار المستمر لأن المكثفات تحجب مكون التيار المستمر لإشارة الإدخال. كانت مكبرات الصوت المقترنة بالتيار المستمر تُستخدم كثيرًا في الدوائر ذات الصمامات المفرغة أو الترانزستورات المنفصلة. في أيام الدائرة المتكاملة، كان وجود عدد قليل من الترانزستورات على الشريحة أرخص بكثير وأصغر من المكثف.

مكبر مقترن حثي سعوي (LC)، باستخدام شبكة من المحاثات والمكثفات

يتم استخدام هذا النوع من مكبرات الصوت في أغلب الأحيان في دوائر التردد اللاسلكي الانتقائية.

مكبر الصوت المقترن بالمحول ، باستخدام محول لمطابقة المعاوقات أو لفصل أجزاء من الدوائر

في كثير من الأحيان لا يمكن التمييز بين مكبرات الصوت المقترنة بـ LC والمكبرات المقترنة بالمحول لأن المحول هو نوع من المحاثات.

مكبر ذو اقتران مباشر ، لا يستخدم مكونات مطابقة للمقاومة والتحيز

كانت هذه الفئة من مكبرات الصوت نادرة جدًا في أيام الصمام المفرغ عندما كان جهد الأنود (الخرج) أكبر من عدة مئات من الفولتات وكان جهد الشبكة (الإدخال) عند بضعة فولتات ناقص. لذلك تم استخدامها فقط إذا تم تحديد المكسب حتى التيار المستمر (على سبيل المثال، في منظار الذبذبات). في سياق الإلكترونيات الحديثة، يتم تشجيع المطورين على استخدام مكبرات الصوت المقترنة مباشرة كلما أمكن ذلك. في تقنيات FET وCMOS، يكون الاقتران المباشر هو السائد لأن بوابات MOSFET لا تمرر أي تيار من خلالها نظريًا. لذلك، يتم تصفية مكون التيار المستمر لإشارات الإدخال تلقائيًا.

اعتمادًا على نطاق التردد والخصائص الأخرى، يتم تصميم مكبرات الصوت وفقًا لمبادئ مختلفة.

تُستخدم نطاقات التردد حتى التيار المستمر فقط عندما تكون هذه الخاصية مطلوبة. تكون مكبرات الصوت لإشارات التيار المستمر عرضة للتغيرات الطفيفة في خصائص المكونات بمرور الوقت. تُستخدم طرق خاصة، مثل مكبرات الصوت المستقرة بالمفرمة لمنع الانجراف غير المرغوب فيه في خصائص مكبر الصوت للتيار المستمر. يمكن إضافة مكثفات "مانعة للتيار المستمر" لإزالة ترددات التيار المستمر والترددات دون الصوتية من مكبرات الصوت.

اعتمادًا على نطاق التردد المحدد، يجب استخدام مبادئ تصميم مختلفة. حتى نطاق ميغا هرتز، لا يلزم سوى مراعاة الخصائص "المنفصلة"؛ على سبيل المثال، يحتوي الطرف الطرفي على معاوقة إدخال.

بمجرد أن يصبح أي اتصال داخل الدائرة أطول من 1% ربما من الطول الموجي لأعلى تردد محدد (على سبيل المثال، عند 100 ميجا هرتز يكون الطول الموجي 3 أمتار، وبالتالي يكون طول الاتصال الحرج حوالي 3 سم) تتغير خصائص التصميم بشكل جذري. على سبيل المثال، يمكن استخدام طول وعرض محددين لتتبع PCB ككيان انتقائي أو كيان مطابق للمقاومة. فوق بضع مئات ميجا هرتز، يصبح من الصعب استخدام عناصر منفصلة، ​​وخاصة المحاثات. في معظم الحالات، يتم استخدام تتبعات PCB ذات الأشكال المحددة بدقة بدلاً من ذلك ( تقنيات خطوط الشريط ).

يمكن تحديد نطاق التردد الذي يتعامل معه مكبر الصوت من حيث النطاق الترددي (وهو ما يعني عادة استجابة أقل بمقدار 3  ديسيبل عندما يصل التردد إلى النطاق الترددي المحدد)، أو من خلال تحديد استجابة تردد تقع ضمن عدد معين من الديسيبل بين تردد أدنى وتردد أعلى (على سبيل المثال "20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز زائد أو ناقص 1 ديسيبل").

يتم تصنيف دوائر مكبر الطاقة (مراحل الإخراج) على أنها A وB وAB وC للتصاميم التناظرية - والفئة D وE لتصميمات التبديل. تعتمد فئات مكبر الطاقة على نسبة كل دورة إدخال (زاوية التوصيل) التي يمرر خلالها جهاز التضخيم التيار. ^[35] تشتق صورة زاوية التوصيل من تضخيم إشارة جيبية. إذا كان الجهاز قيد التشغيل دائمًا، تكون زاوية التوصيل 360 درجة. إذا كان قيد التشغيل لمدة نصف كل دورة فقط، تكون الزاوية 180 درجة. ترتبط زاوية التدفق ارتباطًا وثيقًا بكفاءة طاقة مكبر الصوت .

يمكن أن تكون دائرة مكبر الصوت العملية الموضحة أعلاه أساسًا لمكبر صوت متوسط ​​القدرة. تتميز بتصميم نموذجي (رغم أنه مبسط إلى حد كبير) كما هو موجود في مكبرات الصوت الحديثة، مع مرحلة إخراج دفع وسحب من الفئة AB ، وتستخدم بعض ردود الفعل السلبية الإجمالية. يتم عرض الترانزستورات ثنائية القطب، ولكن هذا التصميم يمكن تنفيذه أيضًا باستخدام FETs أو الصمامات.

يتم توصيل إشارة الإدخال من خلال المكثف C1 إلى قاعدة الترانزستور Q1. يسمح المكثف بمرور إشارة التيار المتردد ، ولكنه يحجب جهد تحيز التيار المستمر الذي تم إنشاؤه بواسطة المقاومات R1 وR2 بحيث لا تتأثر أي دائرة سابقة به. يشكل Q1 وQ2 مكبرًا تفاضليًا (مكبر يضاعف الفرق بين مدخلين ببعض الثوابت)، في ترتيب يُعرف باسم الزوج طويل الذيل . يستخدم هذا الترتيب للسماح بسهولة باستخدام التغذية الراجعة السلبية، والتي يتم تغذيتها من المخرج إلى Q2 عبر R7 وR8.

تسمح التغذية الراجعة السلبية في مكبر الاختلاف للمكبر بمقارنة المدخل بالمخرج الفعلي. يتم تغذية الإشارة المكبرة من Q1 مباشرة إلى المرحلة الثانية، Q3، وهي مرحلة باعث مشترك توفر المزيد من التضخيم للإشارة والتحيز المستمر لمراحل الإخراج، Q4 وQ5. يوفر R6 الحمل لـ Q3 (من المحتمل أن يستخدم التصميم الأفضل بعض أشكال الحمل النشط هنا، مثل بالوعة التيار المستمر). حتى الآن، يعمل مكبر الصوت بالكامل في الفئة A. يتم ترتيب زوج الإخراج في فئة AB من الدفع والسحب، والتي تسمى أيضًا زوجًا مكملاً. إنها توفر غالبية تضخيم التيار (بينما تستهلك تيارًا ساكنًا منخفضًا) وتدفع الحمل مباشرة، متصلة عبر مكثف حجب التيار المستمر C2. توفر الثنائيات D1 وD2 قدرًا صغيرًا من تحيز الجهد الثابت لزوج الإخراج، مما يؤدي فقط إلى تحيزهما إلى حالة التوصيل بحيث يتم تقليل تشوه التقاطع. وهذا يعني أن الثنائيات تدفع مرحلة الإخراج بقوة إلى وضع الفئة AB (على افتراض أن انخفاض القاعدة-الباعث في الترانزستورات الإخراجية يتم تقليله عن طريق تبديد الحرارة).

هذا التصميم بسيط، ولكنه أساس جيد لتصميم عملي لأنه يعمل تلقائيًا على تثبيت نقطة تشغيله، حيث تعمل التغذية الراجعة داخليًا من التيار المستمر حتى نطاق الصوت وما بعده. من المحتمل أن يتم العثور على عناصر دائرة أخرى في تصميم حقيقي من شأنه أن يقلل من استجابة التردد فوق النطاق المطلوب لمنع احتمالية حدوث تذبذب غير مرغوب فيه . أيضًا، يمكن أن يتسبب استخدام تحيز الصمام الثنائي الثابت كما هو موضح هنا في حدوث مشكلات إذا لم تكن الصمامات الثنائية متطابقة كهربائيًا وحراريًا مع ترانزستورات الإخراج - إذا تم تشغيل ترانزستورات الإخراج كثيرًا، فيمكن أن ترتفع درجة حرارتها بسهولة وتدمر نفسها، حيث لا يقتصر التيار الكامل من مصدر الطاقة في هذه المرحلة.

الحل الشائع للمساعدة في استقرار أجهزة الإخراج هو تضمين بعض المقاومات الباعثة، عادةً ما تكون أومًا واحدًا أو نحو ذلك. يتم حساب قيم المقاومات والمكثفات في الدائرة بناءً على المكونات المستخدمة والاستخدام المقصود للمكبر.

إن أي مكبر صوت حقيقي هو تجسيد غير كامل لمكبر صوت مثالي. ومن القيود المهمة للمكبر الصوتي الحقيقي أن الناتج الذي يولد يكون محدودًا في النهاية بالطاقة المتاحة من مصدر الطاقة. ويشبع مكبر الصوت الناتج ويقطعه إذا أصبحت إشارة الإدخال كبيرة جدًا بحيث لا يتمكن مكبر الصوت من إعادة إنتاجها أو تجاوزت الحدود التشغيلية للجهاز. وقد يؤثر مصدر الطاقة على الناتج، لذا يجب أخذه في الاعتبار في التصميم. ولا يمكن أن يتجاوز خرج الطاقة من مكبر الصوت طاقة الإدخال.

تتميز دائرة مكبر الصوت بأداء "حلقة مفتوحة". ويتم وصف ذلك من خلال العديد من المعلمات (المكسب، ومعدل الانحراف ، ومعاوقة الخرج ، والتشوه ، وعرض النطاق الترددي ، ونسبة الإشارة إلى الضوضاء ، وما إلى ذلك). تستخدم العديد من مكبرات الصوت الحديثة تقنيات التغذية الراجعة السلبية للحفاظ على المكسب عند القيمة المطلوبة وتقليل التشوه. وللتغذية الراجعة السلبية للحلقة التأثير المقصود المتمثل في خفض معاوقة الخرج وبالتالي زيادة التخميد الكهربائي لحركة مكبر الصوت عند تردد الرنين الخاص بمكبر الصوت وبالقرب منه.

عند تقييم خرج طاقة مكبر الصوت المقدر، من المفيد مراعاة الحمل المطبق ونوع الإشارة (على سبيل المثال، الكلام أو الموسيقى) ومدة خرج الطاقة المطلوبة (أي قصيرة أو مستمرة) والنطاق الديناميكي المطلوب (على سبيل المثال، الصوت المسجل أو المباشر). في تطبيقات الصوت عالية الطاقة التي تتطلب كابلات طويلة للحمل (على سبيل المثال، دور السينما ومراكز التسوق)، قد يكون من الأكثر كفاءة الاتصال بالحمل عند جهد خرج الخط، مع وجود محولات مطابقة عند المصدر والأحمال. وهذا يتجنب تشغيل كابلات مكبر الصوت الثقيلة لفترة طويلة.

يتطلب منع عدم الاستقرار أو ارتفاع درجة الحرارة عن الحد الأقصى توخي الحذر لضمان تحميل مكبرات الصوت ذات الحالة الصلبة بشكل كافٍ. تتمتع معظم مكبرات الصوت بمقاومة حمل دنيا مقدرة.

تولد جميع مكبرات الصوت الحرارة من خلال الخسائر الكهربائية. يجب أن يبدد مكبر الصوت هذه الحرارة عن طريق الحمل الحراري أو التبريد بالهواء القسري. يمكن للحرارة أن تتلف أو تقلل من عمر خدمة المكونات الإلكترونية. يجب على المصممين والمُثبِّتين أيضًا مراعاة تأثيرات التسخين على المعدات المجاورة.

تؤدي أنواع مصادر الطاقة المختلفة إلى العديد من الطرق المختلفة للتحيز . التحيز هو تقنية يتم من خلالها ضبط الأجهزة النشطة للعمل في منطقة معينة، أو يتم من خلالها ضبط مكون التيار المستمر لإشارة الخرج على نقطة المنتصف بين أقصى الفولتات المتاحة من مصدر الطاقة. تستخدم معظم مكبرات الصوت عدة أجهزة في كل مرحلة؛ وعادة ما تكون متطابقة في المواصفات باستثناء القطبية. تسمى الأجهزة المتطابقة ذات القطبية المعكوسة بالأزواج التكميلية. تستخدم مكبرات الصوت من الفئة A بشكل عام جهازًا واحدًا فقط، ما لم يتم ضبط مصدر الطاقة لتوفير كل من الفولتية الموجبة والسالبة، وفي هذه الحالة يمكن استخدام تصميم متماثل لجهازين. تستخدم مكبرات الصوت من الفئة C، بحكم التعريف، مصدرًا ذا قطبية واحدة.

غالبًا ما تحتوي مكبرات الصوت على مراحل متعددة في سلسلة لزيادة الكسب. قد تكون كل مرحلة من هذه التصميمات نوعًا مختلفًا من مكبرات الصوت لتناسب احتياجات تلك المرحلة. على سبيل المثال، قد تكون المرحلة الأولى مرحلة من الفئة A، تغذي مرحلة ثانية من الفئة AB تعمل بالدفع والسحب، والتي تعمل بدورها على تشغيل مرحلة الإخراج النهائية من الفئة G، والاستفادة من نقاط القوة في كل نوع، مع تقليل نقاط ضعفها.

• كفاءة الطاقة المضافة

• دليل AES لفئات مكبرات الصوت
• "تشريح مكبر الصوت - الجزء الأول" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2004-06-10. - يحتوي على شرح لفئات مكبرات الصوت المختلفة
• "إعادة اختراع مكبر الطاقة" (PDF) . مؤرشف من الأصل (PDF) في 2013-04-03.