home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ HAM Radio 3.2 / Ham Radio Version 3.2 (Chestnut CD-ROMs)(1993).ISO / exam / hambone / hamdata.exe / AMPS.CHP < prev    next >
Text File  |  1990-05-26  |  9KB  |  202 lines
  1.  
  2.  
  3.        █▀███▀██▀▀▀▀▀██▀▀▀▀▀█
  4.        █ ███ ██ ███ ██ █ █ █
  5.        █ ▀▀▀ ██ ▀▀▀ ██ █ █ █
  6.        █ ███ ██ ███ ██ ███ █             AMPLIFICATION
  7.        ▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀▀
  8.             │    ┌──┐       ┌───┐
  9.             ├──┐ │  │ ├──┐  ├───┘
  10.             │  │ └──┘ │  │  └───┘
  11.             └──┘         └
  12.  
  13.  
  14. Amplification  is  one of the most important concepts  that 
  15. you   can  understand  about  electronic  gadgets.   Almost 
  16. everything  you  can name that has to do  with  electronics 
  17. involves amplification in one way or the other. 
  18.  
  19. Everyone  has heard about public address  type  amplifiers. 
  20. Rock  musicians  use amplifiers like cars use gasoline  and 
  21. trucks  use diesel.  You can whisper into a microphone  and 
  22. people  4 miles away,  with earmuffs on,  can hear you over 
  23. the blaring loud speakers. 
  24.  
  25.         ROCKETH ON...
  26.  
  27. This  is  amplification.   So are things  like  OPERATIONAL 
  28. AMPLIFIERS,  RF amplifiers and others of various kinds with 
  29. various  duties.   But,  it is important to understand  how 
  30. amplifiers   work  or,   at  least,   something  about  the 
  31. relationship of the INPUT signal to that of the OUTPUT. 
  32.  
  33. For  a moment,  think of an ordinary light dimmer.  As  you 
  34. rotate the knob the lights dim or brighten IMMEDIATELY  and 
  35. in DIRECT PORPORTION to the turn of the knob. Think of this 
  36. as a... 
  37.  
  38.                         LINEAR RELATIONSHIP
  39.  
  40. ...the  light  dims in a precisely controlled way  that  is 
  41. determined  by precisely how far the control is turned  and 
  42. in what direction. 
  43.  
  44. Now,   we  know that our voices don't change when they  are 
  45. amplified.   If you heard me talk in a normal way and  then 
  46. heard  me talk through an amplification system  (microphone 
  47. and  speakers)  you would know that it was me talking.   It 
  48. makes  my voice louder but doesn't change the way my  voice 
  49. sounds. (Forget any factor of distortion, etc.) 
  50.  
  51. Voice processing amplifiers work a lot like the dimmer. The 
  52. knob  (volume  control)   raises the level of my  voice  or 
  53. lowers  it.  Since it doesn't alter the frequency and pitch 
  54. of my voice you can instantly tell that the person  talking 
  55. hasn't  changed.   Only,   the relative loudness  of  their 
  56. voices.  So,  the loudness of a sound is determined NOT  by 
  57. it's frequency or it's pitch but rather by its AMPLITUDE or 
  58. LOUDNESS. 
  59.  
  60. So,   amplifiers  control  AMPLITUDE and not  frequency  or 
  61. pitch? You tell HAM BONE... 
  62.  
  63. But,   since  you are learning about electronics it is  not 
  64. enough  to just know that Rock music isn't any good  unless 
  65. it's LOUD (with a capital YEOW!). We also need to know what 
  66. happens  to the nifty electrons that you learned all  about 
  67. in  HAM BONE'S chapter one.  We need to know how  electrons 
  68. can make our voices louder. 
  69.  
  70. For  years and years,  ELECTRON TUBES (Flemming)  were  the 
  71. staple  of  the  amplifier do-dads.  Tubes  were  found  in 
  72. everything from radios and tvs to computers.  In fact, many 
  73. tube-type devices are still working perfectly. But, in 1947 
  74. the electronics world was to change like never before.  The 
  75. TRANSISTOR, invented by Schockley,  Bardeen and Brattain at 
  76. Bell  Labs  opened up the world of solid state  electronics 
  77. that we enjoy today. 
  78.  
  79. Briefly,   electron  tubes would amplify like  the  drawing 
  80. shows. 
  81.  
  82.  
  83.                     ELECTRON TUBE AMPLIFICATION
  84.                             ┌─────────────┐   ┌──┐
  85.                             █    plate          │  │
  86.           ▌              ▀▀▀▀▀▀▀             ┼║║║┼  │ ▐
  87.           ▌█▐────────────═ ═ ═ ═ grid        ┼║║║┼  █▐▐
  88.    Mike   ▌█▐─┐          █▀▀▀▀▀█             ┼║║║┼  █▐▐ Loud Speaker
  89.           ▌   │               █ cathode     ┼║║║┼  █▐▐
  90.               │               │             ┼║║║┼  │ ▐
  91.               │               │                │  │
  92.               │  ║            │ ║ ║ ║          └──┘
  93.               └─█║─────────────┴─║█║█║█─────┘
  94.             (+)  ║ (-)       (-) ║ ║ ║ (+)
  95.                (.05 V)           (45 V)
  96.                Bias Battery      Plate Battery
  97.  
  98. AMPLIFICATION actually involves controlling a LARGE (plate) 
  99. voltage source with a very small BIAS voltage. As you speak 
  100. into  a microphone,  minute voltage changes take  place  in 
  101. precisely the same way that your voice moves the microphone 
  102. diaphram.   The tiny electrical signals (on the order of  a 
  103. few  millovolts)  has the ability to cause the GRID of  the 
  104. tube  to let ELECTRONS flow from the CATHODE to the  PLATE. 
  105. That's right!  FLOW from the cathode to the plate.  As  you 
  106. remember from the HAM BONE chapter one, electrons flow from 
  107. the negative electrode to the positive electrode. 
  108.  
  109. But,   look  at  the size of the power source  pushing  the 
  110. electrons  in  the PLATE/CATHODE circuit part of  the  tube 
  111. schematic.  Then,  compare that source to the teeny  little 
  112. BIAS voltage. Quite a difference, huh? But, you murmur, "So 
  113. what.   How  does that explain amplification?"  Well,   you 
  114. murmur too soon. 
  115.  
  116. Think  of  the  GRID as the handle on  your  outside  water 
  117. faucet.  As you open it up the water comes out.  Open it  a 
  118. lot and the water shoots out in a spray. Open it too little 
  119. and  the  water just trickles.  As you adjust  your  garden 
  120. sprinkler to just the right distances you are,  in  effect, 
  121. doing the same thing that the tube amplifier is doing.   In 
  122. fact,   TUBES are called VALVES in many countries.   That's 
  123. because they act exactly like valves. 
  124.  
  125. The  relationship between the smaller BIAS voltage and  the 
  126. PLATE voltage is analogous to a small human hand being able 
  127. to turn the valve on a huge oil pipeline valve - with ease. 
  128. If  you tried to open and close the actual valve,   without 
  129. the  assistance of the gears in the valve,  you couldn't do 
  130. it even if the pressure were less than 60 PSI. Not with any 
  131. accuracy.   In the case of the OIL valve,  the gears on the 
  132. plunger  AMPLIFY  your own physical strength  and  you  can 
  133. easily  open and shut,  even monstrous,  valves with  ease. 
  134. Similarly,   the  GRID acts as the gears  for  opening  and 
  135. closing a path for electrons to flow through. 
  136.  
  137. At rest,  the electrons are bunching up on the CATHODE just 
  138. itching  to  JUMP to the PLATE.  Until you chatter  in  the 
  139. microphone,   the BIAS voltage doesn't change and the  GRID 
  140. stays  shut  preventing  the electrons  to  flow  from  the 
  141. electrodes  in  the  tube.  But,  the minute you  move  the 
  142. microphone  diaphram,  the BIAS voltage changes,   ever  so 
  143. slightly,  and a few of the electrons in the  high-pressure 
  144. PLATE   line  hoppity-hop  to  the  PLATE  and  rattle  the 
  145. loudspeaker - which, incidently, requires a lot of power to 
  146. operate.  The very small BIAS current is entirely TOO small 
  147. to drive a big loud speaker.  So,  instead of trying to and 
  148. ending  up with egg on our face,  we can use tubes or solid 
  149. state  devices  to make this process painless  and  amplify 
  150. electrons until the cows come home. 
  151.  
  152. Solid  state devices,  like BI-POLAR transistors,   perform 
  153. amplifying feats just like valves and tubes. However,  they 
  154. move  electrons  quite differently - into and out of  HOLES 
  155. that  would  make  a  pinball  manufacturer  blush  at  the 
  156. precision.   It  is  not within the scope of the  HAM  BONE 
  157. Introductory Electronics to delve into silicon  sub-strates 
  158. and  high-tech mumbo jumbo.  The important differencies  to 
  159. remember are... 
  160.  
  161.         TUBES  require  more power to operate  and  require 
  162. filiment  heaters that help excite the electrons to JUMP to 
  163. the PLATE. I would too if someone were scorching my behind.
  164.     
  165.         Batteries have  to be quite large to provide enough 
  166. power  for  tube operated devices.  If the  transistor  had 
  167. never been invented our ELECTRONIC  wristwatches would take 
  168. truck  batteries  to  operate and sure wouldn't  fit  in  a 
  169. shoebox. 
  170.  
  171. On the other hand,  solid state devices do not have to move 
  172. electrons  through  the vacuum of dead space  in  the  tube 
  173. enclosure  and  require  very little power to  make  things 
  174. happen. 
  175.  
  176. In  the diagram below,  you can see that while the BIAS  on 
  177. the  BASE of the transistor (1/2  V)  is still the same  as 
  178. with the tube schematic,  the COLLECTOR voltage has dropped 
  179. from  45   volts  to only 5 volts.  And,  with  the  proper 
  180. currents supplying these voltages, you can achieve the same 
  181. results with solid state devices as with tubes. 
  182.  
  183.                       TRANSISTOR AMPLIFICATION
  184.                                ┌───────────┐   ┌──┐
  185.                             █  █ collector      │  │
  186.           ▌                 █▀▀▀             ┼║║║┼  │ ▐
  187.           ▌█▐───────────────█    base        ┼║║║┼  █▐▐
  188.    Mike   ▌█▐─┐             █▀▀█             ┼║║║┼  █▐▐ Loud Speaker
  189.           ▌   │               │ emitter     ┼║║║┼  █▐▐
  190.               │               │             ┼║║║┼  │ ▐
  191.               │               │                │  │
  192.               │  ║            │ ║ ║ ║          └──┘
  193.               └─█║─────────────┴─║█║█║█─────┘
  194.             (+)  ║ (-)       (-) ║ ║ ║ (+)
  195.                (.05 V)           (5 V)
  196.                Bias Battery      Collector Battery
  197.  
  198.  
  199.  
  200. Press ESCape to return to the menu...
  201.  
  202.