Klasser av forsterkere

I elektronikk er forsterker den mest brukte kretsenheten med enorme applikasjonsmuligheter. I lydrelatert elektronikk er forforsterker og effektforsterker to forskjellige typer forsterkersystemer som brukes til lydforsterkningsrelaterte formål. Men bortsett fra dette applikasjonsspesifikke formålet, er det store forskjeller i forskjellige typer forsterkere, hovedsakelig i effektforsterkere. Så her vil vi utforske forskjellige klasser av forsterkere sammen med fordeler og ulemper.

Klassifisering av forsterkere ved bruk av bokstaver

Forsterkerklasser er identiteten til forsterkerens ytelse og egenskaper. Ulike typer effektforsterkere gir forskjellige responser når de strømmer gjennom dem. I henhold til spesifikasjonene tildeles forsterkere forskjellige bokstaver eller alfabeter som representerer klassene deres. Det er forskjellige klasser av forsterkere som starter fra A, B, C, AB, D, E, F, T osv. Av de klassene er de vanligste lydforsterkerklassene A, B, AB, C. Andre klasser er moderne forsterkere som bruker koblingstopologier og PWM (Pulse Width Modulation) -teknikk for å drive utgangsbelastningen. Noen ganger får forbedret versjon av tradisjonelle klasser tildelt et brev for å klassifisere dem som en annen klasse forsterker, som klasse G forsterker er en modifisert forsterkerklasse av klasse B eller klasse AB forsterker.

Klasser av forsterkeren representerer inngangssyklusandelen når strømmen føres gjennom forsterkeren. Inngangssyklusen er ledningsvinkelen som kommer fra sinusformet bølgeledning i forsterkerinngangen. Denne ledningsvinkelen er svært proporsjonal med forsterkerne i tide i løpet av en hel syklus. Hvis forsterkeren alltid er PÅ i løpet av en syklus, vil ledningsvinkelen være 360 ​​grader. Så hvis en forsterker gir 360-graders ledningsvinkel, brukte forsterkeren komplett inngangssignal og det aktive elementet ledet gjennom 100% tidsperioden for en fullstendig sinusformet syklus.

Nedenfor vil vi demonstrere tradisjonelle effektforsterkerklasser fra klasse A, B, AB og C, og også demonstrere klasse D-forsterker som er mye brukt i bytte av design. Disse klassene brukes ikke bare i effektforsterker, men brukes også i lydforsterkerkretser.

Klasse A forsterker

Klasse A forsterker er en forsterkning med høy forsterkning med høy linearitet. I tilfelle klasse A-forsterker er ledningsvinkelen 360 grader. Som vi nevnte ovenfor, betyr en 360-graders ledningsvinkel at forsterkerenheten forblir aktiv hele tiden og bruker komplett inngangssignal. I bildet nedenfor vises en ideell klasse A forsterker.

Som vi kan se på bildet, er det ett aktivt element, en transistor. Transistorens forspenning forblir PÅ hele tiden. På grunn av denne funksjonen som aldri slås av, gir klasse A-forsterker bedre stabilitet med høy frekvens og tilbakemeldingsløkke. Bortsett fra disse fordelene, er klasse A-forsterkeren enkel å konstruere med en komponent med en enhet og minimum antall deler.

Til tross for fordelene og den høye lineariteten, har den absolutt mange begrensninger. På grunn av kontinuerlig ledende natur introduserer klasse A-forsterkeren høyt effekttap. På grunn av høy linearitet gir klasse A-forsterker også forvrengning og støy. Strømforsyningen og forspenningskonstruksjonen trenger nøye valg av komponenter for å unngå uønsket støy og for å minimere forvrengning.

På grunn av høyt effekttap i klasse A-forsterker, avgir den varme og krever større plass til kjøleribber. Effektiviteten er veldig dårlig i klasse A-forsterkere, teoretisk varierer effektiviteten mellom 25 og 30% hvis den brukes med vanlig konfigurasjon. Effektiviteten kan forbedres ved hjelp av induktivt koblet konfigurasjon, men effektiviteten i slike tilfeller er ikke mer enn 45-50%, og er derfor bare egnet for forsterkningsformål med lavt signal eller lavt effektnivå.

Klasse B forsterker

Klasse B-forsterkeren er litt forskjellig fra klasse A. Den er laget med to aktive enheter som leder halvparten av den faktiske syklusen, dvs. 180 grader av syklusen. To enheter gir kombinert strømstasjon for lasten.

På bildet ovenfor er en Ideal Class B forsterkerkonfigurasjon vist. Den består av to aktive enheter som blir forspent en etter en i løpet av den positive og negative halvsyklusen av sinusformet bølge, og dermed blir signalet presset eller trukket til det forsterkede nivået fra både positiv og negativ side og kombinerer resultatet vi får fullstendig syklus over utgangen. Hver enhet ble slått på eller ble aktiv halvparten av syklusen, og på grunn av dette blir effektiviteten forbedret, sammenlignet med 25-30% effektivitet for klasse A-forsterkeren, gir den mer enn 60% effektivitet teoretisk. Vi kan se hver enhets inngangs- og utgangssignalgraf i bildet nedenfor. Effektiviteten er ikke mer enn 78% for klasse B-forsterker . Varmespredningen minimeres i denne klassen og gir en liten plass til kjøleribben.

Men denne klassen har også begrensninger. En veldig dyp begrensning i denne klassen er crossover forvrengning. Ettersom to enheter gir hver halvdel av de sinusformede bølgene som kombineres og sammenføyes over utgangen, er det en uoverensstemmelse (kryss over) i regionen, der to halvdeler kombineres. Dette er fordi når den ene enheten fullfører halvsyklusen, må den andre gi samme kraft nesten samtidig når den andre fullfører jobben. Det er vanskelig å fikse denne feilen i klasse A-forsterker, da den andre enheten under den aktive enheten forblir helt inaktiv. Feilen gir en forvrengning i utgangssignalet. På grunn av denne begrensningen, er det en stor feil for presisjon lydforsterker applikasjon.

Klasse AB forsterker

En alternativ tilnærming for å overvinne kryssforvrengning, er å bruke AB-forsterkeren. Klasse AB forsterker bruker mellomledningsvinkel for både klasse A og B, slik at vi kan se egenskapen til både klasse A og klasse B forsterker i denne AB klassen av forsterker topologi. Samme som klasse B, den har samme konfigurasjon med to aktive enheter som utføres i løpet av halvparten av syklusene hver for seg, men hver enhet er forspent, slik at de ikke blir helt AV i det ubrukelige øyeblikket (kryssmoment). Hver enhet forlater ikke ledningen umiddelbart etter å ha fullført halvdelen av den sinusformede bølgeformen, i stedet leder de en liten mengde input på en annen halv syklus. Ved å bruke denne forspenningsteknikken reduseres kryssoverensstemmelsen under dødsonen dramatisk.

Men i denne konfigurasjonen reduseres effektiviteten ettersom enhetene på enhetene blir kompromittert. Effektiviteten forblir mer enn effektiviteten til typisk klasse A-forsterker, men den er mindre enn klasse B-forsterkersystemet. Også diodene må velges nøye med nøyaktig samme rangering og må plasseres så nær utgangen som mulig. I noen kretskonstruksjoner har designere en tendens til å legge til motstand med liten verdi for å gi stabil hvilestrøm over enheten for å minimere forvrengningen over utgangen.

Klasse C forsterker

Bortsett fra klasse A, B og AB forsterker, er det en annen forsterker klasse C. Det er en tradisjonell forsterker som fungerer annerledes enn de andre forsterkerklassene. Klasse C forsterker er innstilt forsterker som fungerer i to forskjellige driftsmodi, innstilt eller uinnstilt. Effektiviteten til klasse C forsterker er mye mer enn A, B og AB. Maksimal 80% effektivitet kan oppnås i radiofrekvensrelaterte operasjoner

Klasse C forsterker bruker mindre enn 180 graders ledningsvinkel. Under den ujusterte modusen er tunerseksjonen utelatt fra forsterkerkonfigurasjonen. I denne operasjonen gir klasse C-forsterker også enorm forvrengning over utgangen.

Når kretsen er utsatt for en innstilt belastning, klemmer kretsen utgangsspenningsnivået med den gjennomsnittlige utgangsspenningen lik forsyningsspenningen. Den innstilte operasjonen kalles som klemmer. Under denne operasjonen får signalet riktig form, og senterfrekvensen ble mindre forvrengt.

I typiske bruksområder gir klasse C forsterker 60-70% effektivitet.

Klasse D forsterker

Klasse D forsterker er en bryterforsterker som bruker Pulse Width Modulation eller PWM. Ledningsvinkelen er ikke en faktor i et slikt tilfelle at det direkte inngangssignalet endres med en variabel pulsbredde.

I dette klasse D forsterker-systemet aksepteres ikke den lineære forsterkningen, siden de fungerer akkurat som en typisk bryter som bare har to operasjoner, PÅ eller AV.

Før du behandler inngangssignalet, blir det analoge signalet konvertert til en pulsstrøm ved hjelp av forskjellige moduleringsteknikker, og deretter påføres det forsterkersystemet. Ettersom impulsvarigheten er relatert til det analoge signalet, rekonstrueres den igjen ved hjelp av lavpassfilter over utgangen.

Klasse D-forsterker er den høyeste energieffektive forsterkerklassen i segmentene A, B, AB, C og D. Den har mindre varmespredning, så det trenger liten varmeavleder. Kretsen krever forskjellige koblingskomponenter som MOSFETs som har lite motstand.

Det er en mye brukt topologi i digitale lydspillere eller å kontrollere motorene også. Men vi bør huske på at det ikke er en digital omformer. Selv om klasse D-forsterkeren for høyere frekvens ikke er et perfekt valg, da den i få tilfeller har begrensninger for båndbredde, avhengig av lavpassfilter og omformermodul.

Andre forsterkerklasser

Annet enn de tradisjonelle forsterkerne, er det få flere klasser, som er klasse E, klasse F, klasse G og H.

Klasse E forsterker er en svært effektiv effektforsterker som bruker koblingstopologier og fungerer i radiofrekvenser. Et enkeltpolig bryterelement og det innstilte reaktive nettverket er hovedkomponenten som skal brukes med klasse E forsterker.

Klasse F er forsterker med høy impedans når det gjelder harmoniske. Den kan kjøres ved hjelp av firkantbølge eller sinusbølge. For sinusformet bølgeinngang kan denne forsterkeren stilles inn ved hjelp av en induktor og kan brukes til å øke forsterkningen.

Klasse G bruker skinnebryter for å redusere strømforbruket og forbedre effektiviteten. Og klasse H er den ytterligere forbedrede versjonen av klasse G.

Ytterligere klasser er spesialforsterker. I noen tilfeller er bokstavene levert av produsenten for å indikere deres proprietære design. Et beste eksempel er klasse T-forsterker, som er et varemerke for en spesiell type bryter av klasse D-forsterker, brukt til Tripaths forsterkerteknologier som er et patentert design.