w elektronice wzmacniacz jest najczęściej stosowanym urządzeniem obwodu o ogromnych możliwościach zastosowania. W elektronice związanej z Audio przedwzmacniacz i wzmacniacze mocy to dwa różne rodzaje układów wzmacniających, które są używane do celów związanych z wzmacnianiem dźwięku. Ale poza tym konkretnym zastosowaniem, istnieją ogromne różnice w różnych typach wzmacniaczy, głównie w końcówkach mocy., Więc tutaj przyjrzymy się różnym klasom wzmacniaczy wraz z ich zaletami i wadami.
klasyfikacje wzmacniaczy za pomocą liter
klasy wzmacniaczy są tożsamością wydajności i charakterystyki wzmacniacza. Różne typy wzmacniaczy mocy dają różne odpowiedzi podczas przepuszczania prądu przez nie. Zgodnie z ich specyfikacją, wzmacniaczom przypisywane są różne litery lub alfabety, które reprezentują ich klasy. Są różne klasy wzmacniaczy począwszy od A, B, C, AB, D, E, F, T itp., Z tych klas najczęściej stosowanych wzmacniaczy audio są klasy A, B, AB, C. Inne klasy to nowoczesne wzmacniacze, które wykorzystują topologie przełączania i technikę PWM (pulse Width Modulation) do napędzania obciążenia wyjściowego. Czasami ulepszoną wersję klasy tradycyjnej przypisuje się literę klasyfikującą je jako inną klasę wzmacniacza, np. wzmacniacz klasy G jest zmodyfikowaną klasą wzmacniacza klasy B lub wzmacniacza klasy AB.
klasy wzmacniacza reprezentują proporcję cyklu wejściowego, gdy prąd jest przepuszczany przez wzmacniacz., Cykl wejściowy to kąt przewodzenia wynikający z sinusoidalnego przewodzenia fali na wejściu wzmacniacza. Ten kąt przewodzenia jest wysoce proporcjonalny do wzmacniaczy na czas podczas pełnego cyklu. Jeśli wzmacniacz jest zawsze włączony podczas cyklu, kąt przewodzenia wyniesie 360 stopni. Tak więc, jeśli wzmacniacz zapewnia kąt przewodzenia 360 stopni, to wzmacniacz używał pełnego sygnału wejściowego i elementu aktywnego przeprowadzonego przez 100% okres czasu pełnego cyklu sinusoidalnego.,
poniżej zademonstrujemy tradycyjne klasy wzmacniaczy mocy, począwszy od klasy A, B, AB i C, a także zademonstrujemy Wzmacniacz Klasy D, który jest szeroko stosowany w projektach przełączania. Klasy te są stosowane nie tylko we wzmacniaczu mocy, ale także w układach wzmacniaczy Audio.
Wzmacniacz Klasy A
Wzmacniacz Klasy A jest wzmacniaczem o wysokim wzmocnieniu i wysokiej liniowości. W przypadku wzmacniacza klasy A kąt przewodzenia wynosi 360 stopni. Jak wspomniano powyżej, kąt przewodzenia 360 stopni oznacza, że urządzenie wzmacniacza pozostaje aktywne przez cały czas i wykorzystuje kompletny sygnał wejściowy., Na poniższym zdjęciu pokazano idealny wzmacniacz klasy A.
jak widać na obrazku, jest jeden aktywny element, tranzystor. Bias tranzystora pozostaje cały czas włączony. Dzięki tej funkcji nigdy nie wyłączaj, Wzmacniacz Klasy A zapewnia lepszą stabilność wysokiej częstotliwości i pętli sprzężenia zwrotnego. Poza tymi zaletami, Wzmacniacz Klasy A jest łatwy do skonstruowania z jednym urządzeniem i minimalną liczbą części.
pomimo zalet i dużej liniowości, z pewnością ma wiele ograniczeń., Ze względu na ciągły charakter przewodzenia, wzmacniacz w klasie A wprowadza duże straty mocy. Ponadto, ze względu na dużą liniowość, Wzmacniacz Klasy A zapewnia zniekształcenia i szumy. Zasilacz i konstrukcja bias wymagają starannego wyboru komponentów, aby uniknąć niepożądanego hałasu i zminimalizować zniekształcenia.
ze względu na duże straty mocy w wzmacniaczu klasy A, emituje ciepło i wymaga większej przestrzeni radiatora. Sprawność jest bardzo słaba we wzmacniaczach klasy A, teoretycznie sprawność waha się od 25 do 30%, jeśli jest używana ze zwykłą konfiguracją., Sprawność można poprawić za pomocą konfiguracji sprzężonej indukcyjnie, ale sprawność w takim przypadku nie przekracza 45-50%, dlatego nadaje się tylko do celów wzmocnienia niskiego sygnału lub niskiego poziomu mocy.
Wzmacniacz w Klasie B
wzmacniacz w Klasie B różni się nieco od klasy A. powstaje przy użyciu dwóch aktywnych urządzeń, które prowadzą połowę rzeczywistego cyklu, czyli 180 stopni cyklu. Dwa urządzenia zapewniają połączony napęd prądu dla obciążenia.
na powyższym obrazku pokazano idealną konfigurację wzmacniacza klasy B., Składa się on z dwóch aktywnych urządzeń, które są stronnicze jeden po drugim podczas dodatniego i ujemnego pół cyklu sinusoidalnego fali, a tym samym sygnał jest popychany lub ciągnięty do wzmacnianego poziomu zarówno od strony dodatniej, jak i ujemnej i łączą wynik otrzymujemy pełny cykl na wyjściu. Każde urządzenie włączało się lub stawało się aktywne w połowie cyklu i dzięki temu poprawia się sprawność, w porównaniu do 25 – 30% sprawności wzmacniacza w klasie a, teoretycznie zapewnia ponad 60% sprawności. Możemy zobaczyć każdy wykres sygnału wejściowego i wyjściowego urządzenia na poniższym obrazie., Sprawność nie przekracza 78% dla wzmacniacza klasy B. Rozpraszanie ciepła jest zminimalizowane w tej klasie, zapewniając niską przestrzeń radiatora.
ale ta klasa ma również ograniczenia. Bardzo głębokim ograniczeniem tej klasy jest zniekształcenie zwrotnicy. Ponieważ dwa urządzenia zapewniają każdą połowę fal sinusoidalnych, które są połączone i połączone na wyjściu, istnieje niedopasowanie (cross over) w regionie, w którym dwie połówki są połączone. Dzieje się tak, ponieważ gdy jedno urządzenie ukończy pół cyklu, drugie musi zapewnić tę samą moc prawie w tym samym czasie, gdy drugie zakończy pracę., Trudno jest naprawić ten błąd we wzmacniaczu klasy A, ponieważ podczas aktywnego urządzenia drugie urządzenie pozostaje całkowicie nieaktywne. Błąd powoduje zniekształcenie sygnału wyjściowego. Ze względu na to ograniczenie, jest to poważna awaria dla aplikacji precision audio amplifier.
wzmacniacz klasy AB
alternatywnym podejściem do pokonania zniekształceń krzyżowych jest użycie wzmacniacza AB. Wzmacniacz klasy AB wykorzystuje pośredni kąt przewodzenia obu klas A i B, dzięki czemu możemy zobaczyć własności zarówno wzmacniacza klasy A, jak i klasy B w tej klasie AB topologii wzmacniacza., Podobnie jak w klasie B, ma taką samą konfigurację z dwoma aktywnymi urządzeniami, które prowadzą podczas połowy cykli indywidualnie, ale każde urządzenie jest inaczej stronnicze, więc nie wysiadają całkowicie w momencie bezużytecznym(moment crossover). Każde urządzenie nie opuszcza przewodnictwa natychmiast po zakończeniu połowy sinusoidalnego kształtu fali, zamiast tego wyprowadza niewielką ilość wejścia na kolejną połowę cyklu. Stosując tę technikę tendencyjną, niedopasowanie zwrotnicy podczas martwej strefy jest znacznie zmniejszone.,
ale w tej konfiguracji wydajność jest zmniejszona, ponieważ liniowość urządzeń jest zagrożona. Wydajność pozostaje większa niż wydajność typowego wzmacniacza klasy A, ale jest mniejsza niż system wzmacniacza klasy B. Ponadto Diody muszą być starannie dobrane o dokładnie tej samej wartości znamionowej i muszą być umieszczone jak najbliżej urządzenia wyjściowego. W niektórych konstrukcjach obwodów projektanci mają tendencję do dodawania rezystora o małej wartości, aby zapewnić stabilny prąd spoczynkowy w urządzeniu, aby zminimalizować zniekształcenia na wyjściu.,
Wzmacniacz w klasie C
oprócz wzmacniacza w klasie A, B i AB istnieje jeszcze wzmacniacz w klasie C. Jest to tradycyjny wzmacniacz, który działa inaczej niż pozostałe klasy wzmacniaczy. Wzmacniacz klasy C jest dostrojony wzmacniacz, który działa w dwóch różnych trybach pracy, dostrojony lub untuned. Sprawność wzmacniacza w klasie C jest znacznie większa niż A, B i AB. Maksymalna sprawność 80% można osiągnąć w operacjach związanych z częstotliwością radiową
wzmacniacz klasy C wykorzystuje kąt przewodzenia mniejszy niż 180 stopni., W trybie untuned sekcja tunera jest pomijana w konfiguracji wzmacniacza. W tej operacji wzmacniacz klasy C daje również ogromne zniekształcenia na wyjściu.
gdy obwód jest wystawiony na dostrojone obciążenie, Obwód zaciska poziom odchylenia wyjściowego ze średnim napięciem wyjściowym równym napięciu zasilania. Operacja dostrojona nazywana jest zaciskiem. Podczas tej operacji sygnał dostaje swój właściwy kształt, A Częstotliwość środkowa stała się mniej zniekształcona.
w typowych zastosowaniach wzmacniacz klasy C daje sprawność 60-70%.,
Wzmacniacz Klasy D
Wzmacniacz Klasy D jest wzmacniaczem przełączającym, który wykorzystuje modulację szerokości impulsu lub PWM. Kąt przewodzenia nie jest czynnikiem w takim przypadku, ponieważ bezpośredni sygnał wejściowy jest zmieniany ze zmienną szerokością impulsu.
w tym wzmacniaczu w klasie D wzmocnienie liniowe nie jest akceptowane, ponieważ działają tak jak typowy przełącznik, który ma tylko dwie operacje, włączoną lub wyłączoną.,
przed przetworzeniem sygnału wejściowego sygnał analogowy jest konwertowany na strumień impulsów za pomocą różnych technik modulacji, a następnie jest stosowany do układu wzmacniacza. Ponieważ czas trwania impulsów jest związany z sygnałem analogowym, jest on ponownie rekonstruowany za pomocą filtra dolnoprzepustowego na wyjściu.
Wzmacniacz w klasie D jest najwyższą klasą energooszczędnych wzmacniaczy w segmencie A, B, AB oraz C i D. Ma mniejsze rozpraszanie ciepła, więc potrzebny jest mały radiator. Obwód wymaga różnych elementów przełączających, takich jak Mosfety, które mają niską rezystancję.,
jest to szeroko stosowana topologia w cyfrowych odtwarzaczach audio lub sterowaniu silnikami. Należy jednak pamiętać, że nie jest to przetwornik cyfrowy. Chociaż dla wyższych częstotliwości wzmacniacz w klasie D nie jest idealnym wyborem, ponieważ ma ograniczenia pasma w kilku przypadkach w zależności od filtra dolnoprzepustowego i możliwości modułu konwertera.
inne klasy wzmacniaczy
poza tradycyjnymi wzmacniaczami, istnieje kilka innych klas, które są klasą E, klasą F, klasą G i H.,
Wzmacniacz Klasy E jest wysoce wydajnym wzmacniaczem mocy, który wykorzystuje topologie przełączania i działa w częstotliwościach radiowych. Jednobiegunowy element przełączający i dostrojona sieć reaktywna są głównym elementem stosowanym ze wzmacniaczem klasy E.
Klasa F jest wzmacniaczem o wysokiej impedancji w odniesieniu do harmonicznych. Może być napędzany za pomocą fali kwadratowej lub fali sinusoidalnej. Dla wejścia fali sinusoidalnej wzmacniacz ten może być dostrojony za pomocą induktora i może być użyty do zwiększenia wzmocnienia.
klasa G wykorzystuje przełączanie szyn, aby zmniejszyć zużycie energii i poprawić wydajność., A Klasa H to kolejna ulepszona wersja klasy G.
Dodaj komentarz