Klasser av effektförstärkare

Inom elektronik är förstärkare den mest använda kretsenheten med stora applikationsmöjligheter. I ljudrelaterad elektronik är förstärkare och effektförstärkare två olika typer av förstärkarsystem som används för ljudförstärkningsrelaterade ändamål. Men förutom detta applikationsspecifika syfte finns det stora skillnader i olika typer av förstärkare, främst i effektförstärkare. Så här kommer vi att utforska olika klasser av förstärkare tillsammans med deras fördelar och nackdelar.

Klassificeringar av förstärkare med hjälp av bokstäver

Förstärkarklasser är identiteten på förstärkarens prestanda och egenskaper. Olika typer av effektförstärkare ger olika svar när de passerar ström genom dem. Enligt deras specifikationer tilldelas förstärkare olika bokstäver eller alfabet som representerar deras klasser. Det finns olika klasser av förstärkare med början från A, B, C, AB, D, E, F, T etc. Av dessa klasser är de vanligaste ljudförstärkarklasserna A, B, AB, C. Andra klasser är moderna förstärkare som använder växlingstopologier och PWM (Pulse Width Modulation) -teknik för att driva utmatningsbelastningen. Ibland tilldelas förbättrad version av traditionella klasser en bokstav för att klassificera dem som en annan förstärkarklass, som klass G-förstärkare är en modifierad förstärkarklass av klass B eller klass AB-förstärkare.

Förstärkarens klasser representerar ingångscykelns proportion när strömmen passerar genom förstärkaren. Ingångscykeln är den ledningsvinkel som härrör från sinusformad vågledning i förstärkaringången. Denna ledningsvinkel är mycket proportionell med förstärkarna i tid under en hel cykel. Om förstärkaren alltid är PÅ under en cykel kommer ledningsvinkeln att vara 360 grader. Så om en förstärkare tillhandahåller 360-graders ledningsvinkel, använde förstärkaren fullständig insignal och det aktiva elementet genomfördes under 100% -perioden för en fullständig sinusformad cykel.

Nedan visar vi traditionella effektförstärkarklasser från klass A, B, AB och C, och visar också klass D-förstärkare som används i stor utsträckning i omkopplingsdesign. Dessa klasser används inte bara i effektförstärkare utan används också i ljudförstärkarkretsar.

Klass A förstärkare

Klass A-förstärkare är en förstärkare med hög förstärkning med hög linjäritet. Vid klass A-förstärkare är ledningsvinkeln 360 grader. Som vi nämnde ovan betyder en 360-graders ledningsvinkel att förstärkarenheten förblir aktiv under hela tiden och använder fullständig insignal. I bilden nedan visas en förstärkare av klass A.

Som vi kan se på bilden finns det ett aktivt element, en transistor. Transistorns förspänning förblir PÅ hela tiden. På grund av denna funktion stängs aldrig av, klass A-förstärkare ger bättre högfrekvens- och återkopplingsstabilitet. Utöver dessa fördelar är klass A-förstärkaren lätt att konstruera med en enhetskomponent och minimalt antal delar.

Trots fördelarna och hög linjäritet har det verkligen många begränsningar. På grund av kontinuerlig ledande natur introducerar förstärkaren klass A hög effektförlust. På grund av hög linjäritet ger klass A-förstärkare också distorsion och ljud. Strömförsörjningen och förspänningskonstruktionen kräver noggrant komponentval för att undvika oönskat buller och för att minimera snedvridningen.

På grund av hög effektförlust i klass A-förstärkare avger den värme och kräver högre kylfläns. Effektiviteten är mycket dålig i klass A-förstärkare, teoretiskt varierar effektiviteten mellan 25 och 30% om den används med den vanliga konfigurationen. Effektiviteten kan förbättras med hjälp av induktivt kopplad konfiguration men effektiviteten i ett sådant fall är inte mer än 45-50%, så den är endast lämplig för förstärkning av låg signal eller låg effektnivå.

Klass B-förstärkare

Klass B-förstärkaren skiljer sig lite från klass A. Den skapas med två aktiva enheter som leder hälften av den aktuella cykeln, dvs 180 grader av cykeln. Två enheter tillhandahåller kombinerad strömdrift för lasten.

I bilden ovan har en Ideal Class B-förstärkarkonfiguration visats. Den består av två aktiva enheter som förspänns en efter en under den positiva och negativa halvcykeln av sinusformad våg och därmed trycks eller dras signalen till den förstärkta nivån från både positiv och negativ sida och kombinerar resultatet så får vi hela cykeln över utgång. Varje enhet slogs på eller blev aktiv hälften av cykeln, och på grund av detta blir effektiviteten jämfört med 25-30% effektivitet för klass A-förstärkare, ger den mer än 60% effektivitet teoretiskt. Vi kan se varje enhets ingångs- och utsignalsdiagram i bilden nedan. Effektiviteten är inte mer än 78% för klass B-förstärkare . Värmeavledningen minimeras i denna klass och ger ett lågt kylflänsutrymme.

Men den här klassen har också begränsning. En mycket djup begränsning av denna klass är crossover distorsion. Eftersom två enheter tillhandahåller vardera hälften av de sinusformade vågorna som kombineras och sammanfogas över utgången, finns det en överensstämmelse (korsning) i regionen, där två halvor kombineras. Detta beror på att när en enhet slutför halvcykeln, måste den andra ge samma kraft nästan samtidigt när den andra avslutar jobbet. Det är svårt att fixa detta fel i klass A-förstärkare eftersom den andra enheten under den aktiva enheten förblir helt inaktiv. Felet ger en distorsion i utsignalen. På grund av denna begränsning är det ett stort misslyckande för tillämpning av precisionsljudförstärkare.

Klass AB-förstärkare

Ett alternativt sätt att övervinna tvärförvrängningen är att använda AB-förstärkaren. Klass AB-förstärkare använder mellanledningsvinkel för både klass A och B, så vi kan se egenskapen hos både klass A och klass B-förstärkare i denna AB-klass av förstärkartopologi. Samma som klass B, den har samma konfiguration med två aktiva enheter som utförs under hälften av cyklerna individuellt men varje enhet förspänd på olika sätt så att de inte blir helt AV under det oanvändbara ögonblicket (crossover moment). Varje anordning lämnar inte ledningen omedelbart efter att ha slutfört halvan av sinusformad vågform, utan leder en liten mängd inmatning i ytterligare en halvcykel. Genom att använda denna förspänningsteknik minskar överkroppsmatchningen dramatiskt under dödzonen.

Men i den här konfigurationen reduceras effektiviteten när enheternas linjäritet äventyras. Effektiviteten förblir mer än effektiviteten hos typiska klass A-förstärkare men den är mindre än klass B-förstärkarsystemet. Dioderna måste också väljas noggrant med exakt samma betyg och måste placeras så nära utmatningsenheten som möjligt. I vissa kretskonstruktioner tenderar konstruktörer att lägga till ett lågt motstånd för att ge stabil viloström över enheten för att minimera distorsionen över utgången.

Klass C-förstärkare

Förutom klass A-, B- och AB-förstärkaren finns det en annan förstärkare klass C. Det är en traditionell förstärkare som fungerar annorlunda än de andra förstärkarklasserna. Klass C-förstärkare är inställd förstärkare som fungerar i två olika driftlägen, inställd eller oavstämd. Effektiviteten hos klass C-förstärkare är mycket mer än A, B och AB. Maximal effektivitet på 80% kan uppnås i radiofrekvensrelaterade operationer

Klass C-förstärkare använder mindre än 180 graders ledningsvinkel. Under det avstämda läget utelämnas tunersektionen från förstärkarens konfiguration. I denna operation ger klass C-förstärkare också enorm distorsion över utgången.

När kretsen utsätts för en avstämd belastning, klämmer kretsen utspänningsnivån med den genomsnittliga utspänningen lika med matningsspänningen. Den inställda operationen kallas som klämma. Under denna operation får signalen sin rätta form och mittfrekvensen blev mindre förvrängd.

Vid typiska användningsområden ger klass C-förstärkare 60-70% effektivitet.

Klass D förstärkare

Klass D-förstärkare är en omkopplingsförstärkare som använder Pulse Width Modulation eller PWM. Ledningsvinkeln är inte en faktor i sådant fall att den direkta insignalen ändras med en variabel pulsbredd.

I detta klass D-förstärkarsystem accepteras inte linjär förstärkning eftersom de fungerar precis som en typisk omkopplare som bara har två funktioner, PÅ eller AV.

Innan ingångssignalen behandlas omvandlas den analoga signalen till en pulsström med olika moduleringstekniker och sedan appliceras den på förstärkarsystemet. Eftersom pulslängden är relaterad till den analoga signalen rekonstrueras den igen med hjälp av lågpassfilter över utgången.

Klass D-förstärkare är den högsta effektiva förstärkarklassen i segment A, B, AB, C och D. Den har mindre värmeavledning, så liten kylfläns behövs. Kretsen kräver olika växlingskomponenter som MOSFETs som har lågt motstånd.

Det är en allmänt använd topologi i digitala ljudspelare eller styr också motorerna. Men vi bör komma ihåg att det inte är en digital omvandlare. Även om klass D-förstärkare för högre frekvenser inte är ett perfekt val eftersom det i vissa fall har begränsningar för bandbredd beroende på lågpassfilter och omvandlarmodul.

Andra förstärkarklasser

Förutom de traditionella förstärkarna finns det några fler klasser, som är klass E, klass F, klass G och H.

Klass E-förstärkare är en mycket effektiv effektförstärkare som använder växlingstopologier och fungerar i radiofrekvenser. Ett enkelpoligt omkopplingselement och det avstämda reaktiva nätverket är huvudkomponenten som ska användas med klass E-förstärkaren.

Klass F är förstärkare med hög impedans med avseende på övertonerna. Den kan köras med fyrkantvåg eller sinusvåg. För sinusformad vågingång kan denna förstärkare ställas in med hjälp av en induktor och kan användas för att öka förstärkningen.

Klass G använder skenväxling för att minska energiförbrukningen och för att förbättra effektiviteten. Och klass H är den ytterligare förbättrade versionen av klass G.

Ytterligare klasser är specialförstärkare. I vissa fall tillhandahålls bokstäverna av tillverkaren för att beteckna deras egenutvecklade design. Ett bästa exemplet är klass T-förstärkare som är ett varumärke för en speciell typ av omkopplare av klass D-förstärkare, som används för Tripaths förstärkarteknik som är en patenterad design.