Klasser af effektforstærkere

Inden for elektronik er forstærker den mest anvendte kredsløbsenhed med enorme anvendelsesmuligheder. I lydrelateret elektronik er forforstærker og effektforstærkere to forskellige typer forstærkersystemer, der bruges til lydforstærkningsrelaterede formål. Men bortset fra dette applikationsspecifikke formål er der enorme forskelle i forskellige typer forstærkere, hovedsageligt i effektforstærkere. Så her vil vi undersøge forskellige klasser af forstærkere sammen med deres fordele og ulemper.

Klassifikationer af forstærkere ved hjælp af bogstaver

Forstærkerklasser er identiteten af forstærkerens ydeevne og egenskaber. Forskellig type effektforstærkere giver forskellige svar, når de passerer strøm gennem dem. I henhold til deres specifikationer tildeles forstærkere forskellige bogstaver eller alfabeter, der repræsenterer deres klasser. Der er forskellige klasser af forstærkere, der starter fra A, B, C, AB, D, E, F, T osv. Ud af disse klasser er de mest almindeligt anvendte lydforstærkerklasser A, B, AB, C. Andre klasser er moderne forstærkere, der bruger skifte topologier og PWM (Pulse Width Modulation) teknik til at drive outputbelastningen. Nogle gange er forbedret version af traditionelle klasser tildelt et brev til at klassificere dem som en anden klasse af forstærker, ligesom klasse G forstærker er en modificeret forstærker klasse af klasse B eller klasse AB forstærker.

Klasser af forstærkeren repræsenterer indgangscyklusandelen, når strømmen føres gennem forstærkeren. Indgangscyklussen er, at ledningsvinklen stammer fra den sinusformede bølgeledning i forstærkerindgangen. Denne ledende vinkel er meget proportional med forstærkerne til tiden i løbet af en fuld cyklus. Hvis forstærkeren altid er TIL under en cyklus, vil ledningsvinklen være 360 grader. Så hvis en forstærker tilvejebringer 360 graders ledningsvinkel, brugte forstærkeren komplet indgangssignal og det aktive element udført gennem 100% tidsperioden for en komplet sinusformet cyklus.

Nedenfor vil vi demonstrere traditionelle effektforstærkerklasser, der spænder fra klasse A, B, AB og C, og også demonstrere klasse D-forstærker, som er meget brugt i skiftende design. Disse klasser bruges ikke kun i effektforstærker, men bruges også i kredsløb til lydforstærkere.

Klasse A forstærker

Klasse A forstærker er en forstærker med høj forstærkning med høj linearitet. I tilfælde af klasse A forstærker er ledningsvinklen 360 grader. Som vi nævnte ovenfor betyder en 360-graders ledningsvinkel, at forstærkerenheden forbliver aktiv i hele tiden og bruger komplet indgangssignal. I nedenstående billede vises en ideel klasse A forstærker.

Som vi kan se på billedet, er der et aktivt element, en transistor. Transistorens forspænding forbliver TIL hele tiden. På grund af denne funktion, der aldrig slukker, giver klasse A-forstærker bedre stabilitet med høj frekvens og feedback. Ud over disse fordele er klasse A-forstærker let at konstruere med en enkelt enhedskomponent og minimalt antal dele.

På trods af fordelene og den høje linearitet har den bestemt mange begrænsninger. På grund af kontinuerlig ledende natur introducerer klasse A-forstærker højt effekttab. På grund af høj linearitet giver klasse A-forstærker også forvrængning og støj. Strømforsyningen og bias-konstruktionen har brug for omhyggeligt valg af komponenter for at undgå uønsket støj og for at minimere forvrængningen.

På grund af højt effekttab i klasse A-forstærker udsender den varme og kræver større plads til køleplade. Effektiviteten er meget dårlig i klasse A-forstærkere, teoretisk varierer effektiviteten mellem 25 og 30%, hvis den bruges med den sædvanlige konfiguration. Effektiviteten kan forbedres ved hjælp af induktivt koblet konfiguration, men effektiviteten i et sådant tilfælde er ikke mere end 45-50%, og den er således kun egnet til forstærkning med lavt signal eller lavt effektniveau.

Klasse B forstærker

Klasse B-forstærkeren er en smule forskellig fra klasse A. Den oprettes ved hjælp af to aktive enheder, der leder halvdelen af den aktuelle cyklus, dvs. 180 grader af cyklussen. To enheder leverer kombineret strømdrev til belastningen.

I ovenstående billede er der vist en Ideal Class B forstærkerkonfiguration. Den består af to aktive enheder, der bliver forudindtaget en efter en under den positive og negative halve cyklus af sinusformet bølge, og signalet bliver således skubbet eller trukket til det forstærkede niveau fra både positiv og negativ side og kombinerer det resultat, vi får komplet cyklus på tværs af output. Hver enhed tændt eller blev aktiv halvdelen af cyklussen, og på grund af dette bliver effektiviteten forbedret sammenlignet med 25-30% effektivitet af klasse A-forstærker, det giver teoretisk mere end 60% effektivitet. Vi kan se hver enheds indgangs- og udgangssignalgraf i nedenstående billede. Effektiviteten er ikke mere end 78% for klasse B-forstærker . Varmeafledningen minimeres i denne klasse, hvilket giver et lavt kølelegeme.

Men denne klasse har også begrænsning. En meget dyb begrænsning af denne klasse er crossover forvrængning. Da to enheder tilvejebringer hver halvdel af de sinusformede bølger, der kombineres og sammenføjes på tværs af output, er der en mismatch (cross-over) i regionen, hvor to halvdele kombineres. Dette skyldes, at når en enhed gennemfører halvcyklussen, skal den anden levere den samme strøm næsten på samme tid, når den anden er færdig med jobbet. Det er vanskeligt at rette denne fejl i klasse A-forstærker, da den anden enhed under den aktive enhed forbliver helt inaktiv. Fejlen giver en forvrængning i udgangssignalet. På grund af denne begrænsning er det et stort mislykkeligt anvendelsesområde til præcisionsforstærker.

Klasse AB forstærker

En alternativ tilgang til at overvinde krydsforvrængning er at bruge AB-forstærkeren. Klasse AB-forstærker bruger mellemledningsvinkel for både klasse A og B, så vi kan se egenskaben for både klasse A og klasse B-forstærker i denne AB-klasse forstærker topologi. Samme som klasse B, den har den samme konfiguration med to aktive enheder, der udføres i løbet af halvdelen af cyklusser individuelt, men hver enhed forspænder forskelligt, så de ikke bliver helt OFF i det ubrugelige øjeblik (crossover-øjeblik). Hver enhed forlader ikke ledningen umiddelbart efter at have afsluttet halvdelen af den sinusformede bølgeform, i stedet for udfører de en lille mængde input på en anden halvcyklus. Ved hjælp af denne forspændingsteknik reduceres krydsoverensstemmelsen under den døde zone dramatisk.

Men i denne konfiguration reduceres effektiviteten, da enhedernes linearitet kompromitteres. Effektiviteten forbliver mere end effektiviteten af den typiske klasse A-forstærker, men den er mindre end klasse B-forstærker-systemet. Dioderne skal også vælges omhyggeligt med nøjagtig samme vurdering og skal placeres så tæt på outputenheden som muligt. I nogle kredsløbskonstruktioner har designere tendens til at tilføje modstand med lille værdi for at tilvejebringe stabil hvilestrøm over enheden for at minimere forvrængningen over output.

Klasse C forstærker

Bortset fra klasse A, B og AB forstærker er der en anden forstærker klasse C. Det er en traditionel forstærker, der fungerer anderledes end de andre forstærkerklasser. Klasse C forstærker er tunet forstærker, der fungerer i to forskellige driftstilstande, tunet eller ikke-tunet. Effektiviteten af klasse C-forstærker er meget mere end A, B og AB. Maksimal effektivitet på 80% kan opnås i radiofrekvensrelaterede operationer

Klasse C-forstærker bruger mindre end 180 graders ledningsvinkel. Under den uindstillede tilstand udelades tunersektionen fra forstærkerens konfiguration. I denne operation giver klasse C-forstærker også enorm forvrængning på tværs af output.

Når kredsløbet udsættes for en indstillet belastning, klemmer kredsløbet udgangsspændingsniveauet med den gennemsnitlige udgangsspænding lig med forsyningsspændingen. Den indstillede operation kaldes som klemmer. Under denne operation får signalet sin korrekte form, og centerfrekvensen blev mindre forvrænget.

I typiske anvendelser giver klasse C-forstærker 60-70% effektivitet.

Klasse D forstærker

Klasse D-forstærker er en switchforstærker, der bruger Pulse Width Modulation eller PWM. Ledningsvinklen er ikke en faktor i et sådant tilfælde, at det direkte indgangssignal ændres med en variabel pulsbredde.

I dette klasse D forstærker system accepteres den lineære forstærkning ikke, da de fungerer ligesom en typisk switch, der kun har to operationer, ON eller OFF.

Før behandling af indgangssignalet omdannes det analoge signal til en pulsstrøm ved hjælp af forskellige moduleringsteknikker, og derefter påføres det på forstærkersystemet. Da impulsvarigheden er relateret til det analoge signal, rekonstrueres det igen ved hjælp af lavpasfilter på tværs af udgangen.

Klasse D-forstærker er den højeste energieffektive forstærkerklasse i segmenterne A, B, AB, C og D. Det har mindre varmeafledning, så det er nødvendigt med et lille kølelegeme. Kredsløbet kræver forskellige koblingskomponenter som MOSFET'er, der har lav modstand.

Det er en meget anvendt topologi i digitale lydafspillere eller styring af motorerne også. Men vi skal huske på, at det ikke er en digital konverter. Selvom klasse D-forstærker til højere frekvenser ikke er et perfekt valg, da den i få tilfælde har båndbreddebegrænsninger, afhængigt af lavpasfilteret og konvertermodulets muligheder.

Andre forstærkerklasser

Bortset fra de traditionelle forstærkere er der få flere klasser, som er klasse E, klasse F, klasse G og H.

Klasse E forstærker er en yderst effektiv effektforstærker, der bruger skifte topologier og fungerer i radiofrekvenser. Et enkelt polet skifteelement og det tunede reaktive netværk er hovedkomponenten, der skal bruges sammen med klasse E forstærker.

Klasse F er en højimpedansforstærker med hensyn til de harmoniske. Det kan køres ved hjælp af firkantbølge eller sinusbølge. Til sinusformet bølgeindgang kan denne forstærker indstilles ved hjælp af en induktor og kan bruges til at øge forstærkningen.

Klasse G bruger skift af skinner til at reducere strømforbruget og forbedre effektiviteten. Og klasse H er den yderligere forbedrede version af klasse G.

Yderligere klasser er forstærker til specielle formål. I nogle tilfælde leveres brevene af producenten til angivelse af deres proprietære design. Et bedste eksempel er klasse T-forstærker, som er et varemærke for en speciel type switch klasse D-forstærker, der bruges til Tripaths forstærkerteknologier, som er et patenteret design.