Güç amplifikatörü sınıfları

Elektronikte Amplifikatör, geniş uygulama olanaklarıyla en yaygın kullanılan devre cihazıdır. Sesle ilgili elektroniklerde ön amplifikatör ve güç amplifikatörleri, ses amplifikasyonu ile ilgili amaçlar için kullanılan iki farklı amplifikatör sistemidir. Ancak, bu uygulamaya özgü amaç dışında, çeşitli amplifikatör türlerinde, özellikle Güç Amplifikatörlerinde büyük farklılıklar vardır. Bu yüzden burada, avantajları ve dezavantajları ile birlikte farklı amplifikatör sınıflarını inceleyeceğiz.

Harf Kullanarak Yükselteçlerin Sınıflandırılması

Amplifikatör sınıfları, amplifikatörün performansının ve özelliklerinin kimliğidir. Farklı tipte güç amplifikatörleri, içinden akım geçerken farklı tepkiler verir. Özelliklerine göre, Amplifikatörlere sınıflarını temsil eden farklı harf veya alfabeler atanır. A, B, C, AB, D, E, F, T vb.'den başlayan farklı amplifikatör sınıfları vardır. Bu sınıfların dışında en yaygın kullanılan ses yükseltici sınıfları A, B, AB, C'dir. Diğer Sınıflar, çıkış yükünü sürmek için anahtarlama topolojileri ve PWM (Darbe Genişliği Modülasyonu) tekniğini kullanan modern amplifikatörlerdir. Bazen, geleneksel sınıfların geliştirilmiş sürümlerine, onları farklı bir amplifikatör sınıfı olarak sınıflandırmak için bir harf atanır, örneğin G sınıfı amplifikatör, B Sınıfı veya AB Sınıfı amplifikatörün değiştirilmiş bir Amplifikatör sınıfıdır.

Amplifikatörün sınıfları, akım amplifikatörden geçtiğinde giriş döngüsü oranını temsil eder. Giriş döngüsü, amplifikatör girişindeki sinüzoidal dalga iletiminden türetilen iletim açısıdır. Bu iletken açısı Amplifikatörleriyle derece orantılıdır zamanında tam döngüsü sırasında. Amplifikatör bir döngü sırasında her zaman AÇIK ise, iletim açısı 360 derece olacaktır. Dolayısıyla, bir amplifikatör 360 derecelik iletim açısı sağlıyorsa, amplifikatör tam bir giriş sinyali kullanır ve aktif eleman, tam bir sinüzoidal döngünün% 100 zaman periyodu boyunca iletilir.

Aşağıda, Sınıf A, B, AB ve C arasında değişen geleneksel Güç amplifikatörü sınıflarını göstereceğiz ve ayrıca anahtarlama tasarımlarında yaygın olarak kullanılan Sınıf D amplifikatörü göstereceğiz. Bu sınıflar sadece Güç Amplifikatöründe değil, aynı zamanda Ses Amplifikatör devrelerinde de kullanılır.

Sınıf A Amplifikatör

A Sınıfı amplifikatör, yüksek doğrusallığa sahip yüksek kazançlı bir amplifikatördür. A Sınıfı amplifikatör olması durumunda iletim açısı 360 derecedir. Yukarıda belirttiğimiz gibi, 360 derecelik bir iletim açısı, amplifikatör cihazının tüm zaman boyunca aktif kaldığı ve tam giriş sinyalini kullandığı anlamına gelir . Aşağıdaki resimde ideal bir A sınıfı amplifikatör gösterilmektedir.

Resimde görebileceğimiz gibi, bir aktif eleman var, bir transistör. Transistörün önyargısı her zaman AÇIK kalır. Bu asla kapanma özelliği nedeniyle, Sınıf A amplifikatör daha iyi yüksek frekans ve geri besleme döngüsü kararlılığı sağlar. Bu avantajların dışında, Sınıf A amplifikatörün tek cihazlı bir bileşenle ve minimum parça sayısıyla oluşturulması kolaydır.

Avantajlarına ve yüksek doğrusallığa rağmen, kesinlikle birçok sınırlaması vardır. Sürekli iletken yapısı nedeniyle, A sınıfı amplifikatör yüksek güç kaybına neden olur. Ayrıca, yüksek doğrusallık nedeniyle Sınıf A amplifikatör distorsiyon ve gürültü sağlar. Güç kaynağı ve öngerilim yapısı, istenmeyen gürültüyü önlemek ve bozulmayı en aza indirmek için dikkatli bileşen seçimine ihtiyaç duyar.

Sınıf A amplifikatördeki yüksek güç kaybı nedeniyle, ısı yayar ve daha yüksek soğutucu alanı gerektirir. Sınıf A amplifikatörlerde verimlilik çok zayıftır, teorik olarak verimlilik, olağan konfigürasyonla kullanıldığında% 25 ila 30 arasında değişir. Verimlilik, endüktif olarak bağlanmış konfigürasyon kullanılarak geliştirilebilir, ancak bu durumda verimlilik% 45-50'den fazla değildir, bu nedenle sadece düşük sinyal veya düşük güç seviyesi amplifikasyon amaçları için uygundur.

B Sınıfı Amplifikatör

B Sınıfı amplifikatör, Sınıf A'dan biraz farklıdır . Gerçek döngünün yarısını, yani döngünün 180 derecesini gerçekleştiren iki aktif cihaz kullanılarak oluşturulur. İki cihaz, yük için birleşik akım sürücüsü sağlar.

Yukarıdaki resimde, bir İdeal Sınıf B amplifikatör konfigürasyonu gösterilmiştir. Sinüzoidal dalganın pozitif ve negatif yarı döngüsü sırasında tek tek yanlı hale gelen ve böylece sinyal hem pozitif hem de negatif taraftan yükseltilmiş seviyeye itilir veya çekilir ve elde ettiğimiz sonucu çıktı boyunca tam bir döngü halinde birleştiren iki aktif cihazdan oluşur.. Her cihaz döngünün yarısında açıldı veya aktif hale geldi ve bu nedenle verimlilik A Sınıfı amplifikatörün% 25-30 verimliliğine kıyasla iyileştirilir, teorik olarak% 60'tan fazla verimlilik sağlar. Aşağıdaki görüntüde her bir cihaz giriş ve çıkış sinyal grafiğini görebiliriz. Sınıf B amplifikatör için verimlilik% 78'den fazla değildir . Bu sınıfta ısı yayılımı en aza indirilerek düşük bir soğutucu alan sağlanır.

Ancak bu sınıfın da sınırlamaları vardır. Bu sınıfın çok derin bir sınırlaması, geçiş distorsiyonudur. İki cihaz, çıktı boyunca birleştirilen ve birleştirilen sinüzoidal dalgaların her bir yarısını sağladığından, iki yarının birleştirildiği bölgede bir uyumsuzluk (çaprazlama) vardır. Bunun nedeni, bir cihaz yarım çevrimi tamamladığında, diğerinin aynı gücü, diğerinin işi bitirmesiyle neredeyse aynı anda sağlaması gerektiğidir. Bu hatayı A sınıfı amplifikatörde düzeltmek zordur, çünkü aktif cihaz sırasında diğer cihaz tamamen pasif kalır. Hata, çıkış sinyalinde bir bozulma sağlar. Bu sınırlama nedeniyle, hassas ses amplifikatörü uygulaması için büyük bir başarısızlıktır.

AB Sınıfı Amplifikatör

Bir çapraz bozulmasını üstesinden gelmek için, alternatif bir yaklaşım, AB amplifikatör kullanmaktır. AB Sınıfı amplifikatör, hem Sınıf A hem de B Sınıflarının ara iletim açısını kullanır, böylece bu AB sınıfı amplifikatör topolojisinde hem Sınıf A hem de Sınıf B amplifikatörün özelliklerini görebiliriz. Sınıf B ile aynı şekilde, döngülerin yarısı boyunca ayrı ayrı hareket eden iki aktif cihazla aynı konfigürasyona sahiptir, ancak her cihaz farklı şekilde önyargılıdır, böylece kullanılamaz an sırasında (geçiş anı) tamamen KAPALI hale gelmezler. Her cihaz, sinüzoidal dalga biçiminin yarısını tamamladıktan hemen sonra iletimi terk etmez, bunun yerine başka bir yarım döngüde az miktarda girdi yapar. Bu öngerilim tekniğini kullanarak, ölü bölge sırasında çapraz geçiş uyumsuzluğu önemli ölçüde azaltılır.

Ancak bu konfigürasyonda, cihazların doğrusallığı tehlikeye atıldıkça verimlilik azalır. Verimlilik, tipik A Sınıfı amplifikatörün verimliliğinden daha fazla kalır ancak Sınıf B amplifikatör sisteminden daha düşüktür. Ayrıca, diyotların aynı derecelendirmeyle dikkatlice seçilmesi ve çıkış cihazına mümkün olduğunca yakın yerleştirilmesi gerekir. Bazı devre yapısında, tasarımcılar, çıktıdaki distorsiyonu en aza indirmek için cihaz boyunca kararlı hareketsiz akım sağlamak için küçük değerli direnç ekleme eğilimindedir.

C Sınıfı Amplifikatör

Sınıf A, B ve AB amplifikatörünün yanı sıra, Sınıf C başka bir amplifikatör daha vardır. Diğer amplifikatör sınıflarından farklı şekilde çalışan geleneksel bir amplifikatördür. C Sınıfı amplifikatör, ayarlanmış veya ayarlanmamış olmak üzere iki farklı çalışma modunda çalışan ayarlanmış bir amplifikatördür. C Sınıfı amplifikatörün verimliliği A, B ve AB'den çok daha fazladır. Radyo frekansı ile ilgili işlemlerde maksimum% 80 verimlilik elde edilebilir

C Sınıfı amplifikatör, 180 dereceden daha az iletim açısı kullanır. Ayarlanmamış mod sırasında, alıcı bölümü amplifikatör konfigürasyonundan çıkarılır. Bu işlemde, C Sınıfı amplifikatör ayrıca çıkışta büyük distorsiyon verir.

Devre ayarlanmış bir yüke maruz kaldığında, devre çıkış önyargı seviyesini besleme voltajına eşit ortalama çıkış voltajı ile sıkıştırır. Ayarlanan işleme kıskaç adı verilir. Bu işlem sırasında, sinyal uygun şeklini alır ve merkez frekansı daha az bozulur.

Tipik kullanımlarda, C Sınıfı amplifikatör% 60-70 verimlilik sağlar.

D Sınıfı Amplifikatör

D Sınıfı amplifikatör, Darbe Genişlik Modülasyonu veya PWM kullanan bir anahtarlama amplifikatörüdür. Doğrudan giriş sinyali değişken bir darbe genişliği ile değiştirildiği için iletim açısı bir faktör değildir.

Bu D Sınıfı amplifikatör sisteminde, ON veya OFF olmak üzere yalnızca iki işlemi olan tipik bir anahtar gibi çalıştıkları için doğrusal kazanç kabul edilmez.

Giriş sinyalini işlemeden önce, analog sinyal çeşitli modülasyon teknikleriyle bir darbe akışına dönüştürülür ve daha sonra amplifikatör sistemine uygulanır. Darbe süresi analog sinyal ile ilişkili olduğundan, çıkış boyunca düşük geçişli filtre kullanılarak yeniden oluşturulur.

D Sınıfı amplifikatör, A, B, AB ve C ve D segmentlerindeki en yüksek güç verimli amplifikatör sınıfıdır. Daha küçük ısı dağılımına sahiptir, bu nedenle küçük soğutucu gereklidir. Devre, direnci düşük olan MOSFET'ler gibi çeşitli anahtarlama bileşenleri gerektirir.

Dijital müzik çalarlarda veya motorları kontrol etmede yaygın olarak kullanılan bir topolojidir. Ancak Dijital dönüştürücü olmadığını unutmamalıyız. Daha yüksek frekanslar için D Sınıfı amplifikatör mükemmel bir seçim değildir, çünkü düşük geçişli filtre ve dönüştürücü modül özelliklerine bağlı olarak birkaç durumda bant genişliği sınırlamaları vardır.

Diğer Amplifikatör Sınıfları

Geleneksel amplifikatörlerin dışında, E sınıfı, F Sınıfı, G Sınıfı ve H sınıfı olan birkaç sınıf daha vardır.

E Sınıfı amplifikatör, anahtarlama topolojilerini kullanan ve radyo frekanslarında çalışan yüksek verimli bir güç amplifikatörüdür. Tek kutuplu bir anahtarlama elemanı ve ayarlanmış reaktif ağ, E sınıfı amplifikatör ile kullanılacak ana bileşendir.

Sınıf F, harmonikler açısından yüksek empedanslı bir amplifikatördür. Kare dalga veya sinüs dalgası kullanılarak sürülebilir. Sinüzoidal dalga girişi için, bu amplifikatör bir indüktör kullanılarak ayarlanabilir ve kazancı artırmak için kullanılabilir.

G Sınıfı, güç tüketimini azaltmak ve verimlilik performansını artırmak için ray geçişini kullanır. Ve Sınıf H, Sınıf G'nin daha da geliştirilmiş versiyonudur.

Ek sınıflar özel amaçlı amplifikatördür. Bazı durumlarda, harfler, tescilli tasarımlarını belirtmek için üretici tarafından sağlanır. En iyi örneklerden biri, Tripath'in patentli bir tasarım olan amplifikatör teknolojileri için kullanılan, özel bir anahtarlama Sınıf D amplifikatör tipinin ticari markası olan Sınıf T amplifikatördür.