Verstärker ist in der Elektronik das am häufigsten verwendete Schaltungsgerät mit enormen Anwendungsmöglichkeiten. In Audio-bezogene Elektronik Vorverstärker und Leistungsverstärker sind zwei verschiedene Arten von Verstärkersystemen, die für Schallverstärkung verwandte Zwecke verwendet werden. Abgesehen von diesem anwendungsspezifischen Zweck gibt es jedoch große Unterschiede bei verschiedenen Verstärkertypen, hauptsächlich bei Leistungsverstärkern., Hier werden wir verschiedene Verstärkerklassen zusammen mit ihren Vor-und Nachteilen untersuchen.
Klassifikationen von Verstärkern mit den Buchstaben
Verstärkerklassen sind die Identität der Leistung und Eigenschaften des Verstärkers. Verschiedene Arten von Leistungsverstärkern geben unterschiedliche Antworten, wenn sie Strom durch sie leiten. Entsprechend ihren Spezifikationen werden den Verstärkern verschiedene Buchstaben oder Alphabete zugewiesen, die ihre Klassen darstellen. Es gibt verschiedene Klassen von Verstärkern ab A, B, C, AB, D, E, F, T, etc., Von diesen Klassen sind die am häufigsten verwendeten Audioverstärkerklassen A, B, AB, C. Andere Klassen sind moderne Verstärker, die Schalttopologien und PWM-Technik (Pulsweitenmodulation) verwenden, um die Ausgangslast anzutreiben. Manchmal werden verbesserte Versionen traditioneller Klassen einen Buchstaben zugewiesen, um sie als eine andere Verstärkerklasse zu klassifizieren, wie Klasse G Verstärker ist eine modifizierte Verstärkerklasse der Klasse B oder Klasse AB Verstärker.
– Klassen des Verstärkers stellen den Eingangszyklusanteil dar, wenn der Strom durch den Verstärker geleitet wird., Der Eingangszyklus ist der Leitungswinkel, der von der sinusförmigen Wellenleitung im Verstärkereingang herrührt. Dieser Leitwinkel ist sehr proportional zu den Verstärkern während eines vollen Zyklus. Wenn der Verstärker während eines Zyklus immer eingeschaltet ist, beträgt der Leitungswinkel 360 Grad. Wenn also ein Verstärker einen 360-Grad-Leitungswinkel bereitstellt, dann verwendet der Verstärker ein vollständiges Eingangssignal und das aktive Element wird durch die 100% ige Zeitspanne eines vollständigen sinusförmigen Zyklus geleitet.,
Im Folgenden zeigen wir traditionelle Leistungsverstärkerklassen der Klassen A, B, AB und C sowie Klasse-D-Verstärker, die in Schaltdesigns weit verbreitet sind. Diese Klassen werden nicht nur in Leistungsverstärkern, sondern auch in Audioverstärkerschaltungen verwendet.
Class A Verstärker
Class A verstärker ist ein high gain verstärker mit hoher linearität. Im Falle eines Verstärkers der Klasse A beträgt der Leitungswinkel 360 Grad. Wie oben erwähnt, bedeutet ein 360-Grad-Leitungswinkel, dass das Verstärkergerät die gesamte Zeit aktiv bleibt und das gesamte Eingangssignal verwendet., Im folgenden Bild ist ein idealer Class-A-Verstärker dargestellt.
Wie wir im Bild sehen können, gibt es ein aktives Element, einen Transistor. Die Vorspannung des Transistors bleibt die ganze Zeit AN. Aufgrund dieser nie ausschalten funktion, Klasse A verstärker bietet eine bessere hohe frequenz und feedback schleife stabilität. Abgesehen von diesen Vorteilen ist der Class-A-Verstärker mit einer Einzelgerätekomponente und minimaler Stückzahl einfach zu konstruieren.
Trotz der Vorteile und der hohen Linearität hat es sicherlich viele Einschränkungen., Aufgrund der kontinuierlichen leitenden Natur führt der Verstärker der Klasse A zu einem hohen Leistungsverlust. Aufgrund der hohen Linearität bietet der Class-A-Verstärker Verzerrungen und Geräusche. Die Stromversorgung und die Bias-Konstruktion erfordern eine sorgfältige Komponentenauswahl, um unerwünschtes Rauschen zu vermeiden und die Verzerrung zu minimieren.
Wegen der hohen verlustleistung in Klasse A verstärker, es emittiert wärme und erfordert höhere kühlkörper raum. Der Wirkungsgrad ist in Klasse-A-Verstärkern sehr schlecht, theoretisch variiert der Wirkungsgrad zwischen 25 und 30%, wenn er mit der üblichen Konfiguration verwendet wird., Der Wirkungsgrad kann durch induktiv gekoppelte Konfiguration verbessert werden, aber der Wirkungsgrad beträgt in einem solchen Fall nicht mehr als 45-50%, daher ist er nur für Zwecke der Verstärkung mit niedrigem Signal oder niedrigem Leistungspegel geeignet.
Klasse-B-Verstärker
Der Klasse-B-Verstärker unterscheidet sich etwas von der Klasse A. Er wird mit zwei aktiven Geräten erstellt, die die Hälfte des tatsächlichen Zyklus, dh 180 Grad des Zyklus, durchführen. Zwei Geräte bieten kombinierten Stromantrieb für die Last.
Im obigen Bild wurde eine ideale Verstärkerkonfiguration der Klasse B gezeigt., Es besteht aus zwei aktiven Geräten, die während des positiven und negativen Halbzyklus der Sinuswelle nacheinander voreingenommen werden und somit wird das Signal von der positiven und negativen Seite auf den verstärkten Pegel gedrückt oder gezogen und kombiniert das Ergebnis, das wir erhalten vollständiger Zyklus über den Ausgang. Jedes gerät eingeschaltet oder wurde aktiv die hälfte des zyklus, und aufgrund dieser wird die effizienz verbessert, im vergleich zu 25-30% effizienz der Klasse A verstärker, es bietet mehr als 60% effizienz theoretisch. Wir können jedes Gerät Ein-und Ausgangssignaldiagramm im folgenden Bild sehen., Die effizienz ist nicht mehr als 78% für Klasse B verstärker. Die Wärmeableitung wird in dieser Klasse minimiert und bietet einen niedrigen Kühlkörperraum.
Aber diese Klasse hat auch eine Einschränkung. Eine sehr tiefgreifende Einschränkung dieser Klasse ist die crossover-Verzerrung. Da zwei Geräte jede Hälfte der sinusförmigen Wellen bereitstellen, die über den Ausgang kombiniert und verbunden werden, gibt es eine Fehlanpassung (Cross over) in dem Bereich, in dem zwei Hälften kombiniert werden. Dies liegt daran, dass wenn ein Gerät den halben Zyklus abschließt, das andere fast gleichzeitig die gleiche Leistung bereitstellen muss, wenn das andere den Job beendet., Es ist schwierig, diesen Fehler im Verstärker der Klasse A zu beheben, da während des aktiven Geräts das andere Gerät vollständig inaktiv bleibt. Der Fehler führt zu einer Verzerrung des Ausgangssignals. Aufgrund dieser Einschränkung ist es ein großer Fehler für Präzisions-audio-Verstärker-Anwendung.
Class-AB-Verstärker
Ein alternativer Ansatz zur Überwindung der Cross-Over-Verzerrung ist die Verwendung des AB-Verstärkers. Klasse AB verstärker verwendet zwischenleitung winkel von sowohl Klassen A und B, so können wir sehen die eigenschaft von sowohl Klasse A und Klasse B verstärker in diese AB klasse von verstärker topologie., Wie Klasse B hat es die gleiche Konfiguration mit zwei aktiven Geräten, die während der Hälfte der Zyklen einzeln führen, aber jedes Gerät unterschiedlich voreingenommen, so dass sie während des unbrauchbaren Moments (Crossover-Moment) nicht vollständig aussteigen. Jedes Gerät verlässt die Leitung nicht unmittelbar nach Abschluss der Hälfte der sinusförmigen Wellenform, sondern führt eine kleine Menge an Eingabe in einem anderen halben Zyklus durch. Mit dieser Biasing-Technik wird die Crossover-Fehlanpassung während der Totzone drastisch reduziert.,
Bei dieser Konfiguration wird jedoch die Effizienz verringert, da die Linearität der Geräte beeinträchtigt wird. Die effizienz bleibt mehr als die effizienz der typischen Klasse A verstärker aber es ist weniger als die Klasse B verstärker system. Außerdem müssen die Dioden sorgfältig mit genau derselben Bewertung ausgewählt und so nah wie möglich am Ausgabegerät platziert werden. In einigen Schaltungskonstruktionen neigen Konstrukteure dazu, einen kleinen Wertwiderstand hinzuzufügen, um einen stabilen Ruhestrom über das Gerät bereitzustellen, um die Verzerrung über den Ausgang zu minimieren.,
Class – C-Verstärker
Neben dem Class-A -, B-und AB-Verstärker gibt es eine weitere Verstärkerklasse C. Es handelt sich um einen herkömmlichen Verstärker, der anders funktioniert als die anderen Verstärkerklassen. Klasse C verstärker ist abgestimmt verstärker, die arbeitet in zwei verschiedenen betriebsarten, abgestimmt oder untuned. Die effizienz der Klasse C verstärker ist viel mehr als die A, B, und AB. Maximale 80% effizienz kann erreicht werden in radio frequenz verwandte operationen
Klasse C verstärker verwendet weniger als 180-grad leitung winkel., Während des Untuned-Modus wird der Tunerabschnitt von der Verstärkerkonfiguration weggelassen. In diesem betrieb, Klasse C verstärker gibt auch riesige verzerrung über den ausgang.
Wenn die Schaltung einer abgestimmten Last ausgesetzt ist, klemmt die Schaltung den Ausgangsbias-Pegel mit der durchschnittlichen Ausgangsspannung, die der Versorgungsspannung entspricht. Die gestimmte Operation wird als Clamper bezeichnet. Während dieses Vorgangs erhält das Signal seine richtige Form und die Mittelfrequenz wird weniger verzerrt.
In typischen anwendungen, Klasse C verstärker gibt 60-70% effizienz.,
Class-D-Verstärker
Class-D-Verstärker ist ein Schaltverstärker, der Pulsweitenmodulation oder PWM verwendet. Der Leitungswinkel ist in einem solchen Fall kein Faktor, da das direkte Eingangssignal mit einer variablen Impulsbreite geändert wird.
In diesem Klasse-D-Verstärkersystem wird die lineare Verstärkung nicht akzeptiert, da sie wie ein typischer Schalter funktioniert, der nur zwei Operationen hat, EIN-oder AUSSCHALTEN.,
Vor der Verarbeitung des Eingangssignals wird das analoge Signal durch verschiedene Modulationstechniken in einen Impulsstrom umgewandelt und anschließend an das Verstärkersystem angelegt. Da die Impulsdauer mit dem analogen Signal in Beziehung steht, wird es erneut mit einem Tiefpassfilter über den Ausgang rekonstruiert.
Class D verstärker ist die höchste power effiziente verstärker klasse in die A, B, AB, und C und D segment. Es hat eine geringere Wärmeableitung, so dass ein kleiner Kühlkörper benötigt wird. Die Schaltung erfordert verschiedene Schaltkomponenten wie MOSFETs, die einen geringen Einwiderstand aufweisen.,
Es ist eine weit verbreitete Topologie in digitalen Audioplayern oder zur Steuerung der Motoren. Aber wir sollten bedenken, dass es kein digitaler Konverter ist. Für höhere Frequenzen ist der Class-D-Verstärker jedoch keine perfekte Wahl, da er in wenigen Fällen Bandbreitenbeschränkungen aufweist, abhängig von den Tiefpassfilter-und Konvertermodulfunktionen.
Andere Verstärkerklassen
Abgesehen von den herkömmlichen Verstärkern gibt es nur wenige weitere Klassen, darunter Klasse E, Klasse F, Klasse G und H.,
Klasse-E-Verstärker ist ein hocheffizienter Leistungsverstärker, der Schalttopologien verwendet und in Funkfrequenzen arbeitet. Ein einpoliges Schaltelement und das abgestimmte reaktive Netzwerk sind die Hauptkomponente für den Class-E-Verstärker.
Klasse F ist hochohmiger Verstärker in Bezug auf die Oberschwingungen. Es kann mit Rechteck-oder Sinuswelle angetrieben werden. Für den Sinuswelleneingang kann dieser Verstärker mit einem Induktor abgestimmt und zur Verstärkung verwendet werden.
Klasse G Verwenden Sie Schienenumschaltung, um den Stromverbrauch zu senken und die Effizienzleistung zu verbessern., Und Klasse H ist die weiter verbesserte Version von Klasse G.
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