- Az erősítők osztályozása betűk használatával
- A osztályú erősítő
- B osztályú erősítő
- AB osztályú erősítő
- C osztályú erősítő
- D osztályú erősítő
- Egyéb erősítő osztályok
Az elektronikában az erősítő a leggyakrabban használt áramköri eszköz, hatalmas alkalmazási lehetőségekkel. Az audióhoz kapcsolódó elektronikában az előerősítő és a teljesítményerősítő két különböző típusú erősítőrendszer, amelyeket hangerősítéssel kapcsolatos célokra használnak. De ezen alkalmazás-specifikus céltól eltekintve hatalmas különbségek vannak a különféle erősítőkben, főként a teljesítményerősítőkben. Tehát itt megvizsgáljuk az erősítők különböző osztályait, azok előnyeivel és hátrányaival együtt.
Az erősítők osztályozása betűk használatával
Az erősítő osztályok az erősítő teljesítményének és jellemzőinek azonosságát jelentik. A különböző típusú erősítők eltérő válaszokat adnak, amikor áramot vezetnek át rajtuk. Specifikációik szerint az erősítők különböző betűket vagy ábécét kapnak, amelyek az osztályukat képviselik. Az erősítőknek különböző osztályai vannak, kezdve A, B, C, AB, D, E, F, T stb. Ezen osztályok közül a leggyakrabban használt audio erősítők osztályai: A, B, AB, C. Más osztályok a modern erősítők, amelyek kapcsolási topológiákat és PWM (Pulse Width Modulation) technikát használnak a kimeneti terhelés meghajtására. Néha a hagyományos osztályok továbbfejlesztett változatához hozzárendelnek egy betűt, amely besorolja őket egy másik erősítő osztályba, például a G osztályú erősítő a B vagy AB osztályú erősítő módosított erősítőosztálya.
Az erősítő osztályai a bemeneti ciklus arányát képviselik, amikor az áramot áthaladják az erősítőn. A bemeneti ciklus az a vezetőszög, amely az erősítő bemenetének szinuszos hullámvezetéséből származik. Ez a vezetési szög a teljes ciklus alatt időben arányos az erősítőkkel. Ha az erősítő egy ciklus alatt mindig BE van kapcsolva, akkor a vezetési szög 360 fok lesz. Tehát, ha egy erősítő 360 fokos vezetési szöget biztosít, akkor az erősítő a teljes bemeneti jelet és az aktív elemet egy teljes szinuszos ciklus 100% -os időtartamán keresztül használta.
Az alábbiakban bemutatjuk a hagyományos teljesítményerősítő osztályokat, az A, B, AB és C osztályig , valamint a D osztályú erősítőt, amelyet széles körben használnak a kapcsolási tervekben. Ezeket az osztályokat nem csak az erősítőben, hanem az erősítő áramkörökben is használják.
A osztályú erősítő
Az A osztályú erősítő nagy nyereségű erősítő, nagy linearitással. Az A osztályú erősítő esetében a vezetési szög 360 fok. Amint fentebb említettük, a 360 fokos vezetési szög azt jelenti, hogy az erősítő eszköz az egész idő alatt aktív marad, és teljes bemeneti jelet használ. Az alábbi képen ideális A osztályú erősítő látható.
Mint a képen láthatjuk, van egy aktív elem, egy tranzisztor. A tranzisztor torzítása folyamatosan BE van kapcsolva. Ennek a funkciónak a kikapcsolása miatt az A osztályú erősítő jobb stabilitást biztosít a magas frekvenciájú és visszacsatolt hurokban. Ezen előnyökön kívül az A osztályú erősítő könnyen elkészíthető egyetlen eszközből álló alkatrészekkel és a minimális alkatrészszámmal.
Az előnyök és a magas linearitás ellenére minden bizonnyal sok korlátozással rendelkezik. A folyamatos vezetés miatt az A osztályú erősítő nagy teljesítményveszteséget okoz. A nagy linearitás miatt az A osztályú erősítő torzítást és zajokat ad. Az áramellátás és az előfeszített konstrukció gondos gondos kiválasztását igényli a nem kívánt zaj elkerülése és a torzítás minimalizálása érdekében.
Az A osztályú erősítő nagy teljesítményvesztesége miatt hőt bocsát ki, és nagyobb helyet igényel a hűtőborda. Az A osztályú erősítőknél a hatásfok nagyon gyenge, elméletileg a szokásos konfigurációval használva a hatékonyság 25-30% között változik. A hatékonyság javítható induktívan kapcsolt konfigurációval, de a hatásfok ebben az esetben nem haladja meg a 45-50% -ot, így csak alacsony jel vagy alacsony teljesítményszintű erősítés céljából alkalmas.
B osztályú erősítő
A B osztályú erősítő kissé eltér az A osztálytól. Két aktív eszköz segítségével jön létre, amelyek a tényleges ciklus felét, azaz a ciklus 180 fokját vezetik. Két eszköz biztosítja a kombinált áramhajtást a terheléshez.
A fenti képen egy ideális B osztályú erősítő konfiguráció látható. Két aktív eszközből áll, amelyek egyenként torzulnak a szinuszos hullám pozitív és negatív félciklusa alatt, és így a jel pozitív vagy negatív oldalról az erősített szintre tolódik vagy húzódik, és egyesítik a kimeneten a teljes ciklus eredményét. Minden eszköz bekapcsolta vagy aktívvá vált a ciklus felében, és emiatt a hatékonyság javul, az A osztályú erősítő 25–30% -os hatékonyságához képest elméletileg több mint 60% -os hatékonyságot biztosít. Az egyes képek bemeneti és kimeneti jeleinek grafikonját az alábbi képen láthatjuk. A B osztályú erősítő hatékonysága legfeljebb 78% . A hőelvezetés minimálisra csökken ebben az osztályban, alacsony hűtőborda helyet biztosítva.
De ennek az osztálynak is vannak korlátai. Ennek az osztálynak nagyon mély korlátja a keresztirányú torzulás. Mivel két eszköz biztosítja a szinuszos hullámok mindkét felét, amelyek egyesülnek és összekapcsolódnak a kimeneten, a régióban eltérés (kereszteződés) van, ahol két fele van kombinálva. Ennek az az oka, hogy amikor az egyik eszköz befejezi a fél ciklust, a másiknak szinte ugyanabban az időben kell biztosítania ugyanazt az energiát, amikor a másik befejezi a munkát. Nehéz ezt a hibát kijavítani az A osztályú erősítőben, mivel az aktív eszköz alatt a másik eszköz teljesen inaktív marad. A hiba torzítja a kimeneti jelet. Ennek a korlátozásnak köszönhető, hogy a precíziós hangerősítő alkalmazás számára komoly kudarc.
AB osztályú erősítő
A keresztirányú torzítás leküzdésének alternatív megközelítése az AB erősítő használata. Az AB osztályú erősítő mind az A, mind a B osztály közbenső vezetési szögét használja, így mind az A, mind a B osztályú erősítő tulajdonságait láthatjuk ebben az AB erősítő topológia osztályban. A B osztályhoz hasonlóan két aktív eszközzel van felszerelve, amelyek a ciklusok fele alatt külön-külön vezetnek, de mindegyik eszköz eltérõen elfogult, így a használhatatlan pillanatban (keresztezési pillanatban) nem kapcsolnak ki teljesen. Minden eszköz nem hagyja el azonnal a vezetést a szinuszos hullámforma felének teljesítése után, ehelyett kis mennyiségű bemenetet hajtanak végre egy másik félcikluson. Ennek az előfeszítési technikának az alkalmazásával a holt zóna alatti keresztezési eltérés drámai módon csökken.
De ebben a konfigurációban a hatékonyság csökken, mivel az eszközök linearitása veszélybe kerül. A hatékonyság több, mint a tipikus A osztályú erősítő hatásfoka, de kisebb, mint a B osztályú erősítő rendszere. Ezenkívül a diódákat gondosan, pontosan azonos besorolással kell megválasztani, és a lehető legközelebb kell elhelyezni a kimeneti eszközhöz. Egyes áramköri konstrukciókban a tervezők általában kis értékű ellenállást adnak hozzá, hogy stabil nyugalmi áramot biztosítsanak az eszközön, hogy minimalizálják a kimenet torzulását.
C osztályú erősítő
Az A, B és AB osztályú erősítőkön kívül van egy másik C osztályú erősítő is. Ez egy hagyományos erősítő, amely másképpen működik, mint a többi erősítő osztály. A C osztályú erősítő egy hangolt erősítő, amely két különböző üzemmódban működik, hangolva vagy hangolatlanul. A C osztályú erősítő hatékonysága sokkal nagyobb, mint az A, B és AB. Maximális 80% -os hatékonyság érhető el a rádiófrekvenciával kapcsolatos műveletek során
A C osztályú erősítő kevesebb, mint 180 fokos vezetési szöget használ. A hangolatlan üzemmód során a tuner szakasz kihagyásra kerül az erősítő konfigurációjából. Ebben a műveletben a C osztályú erősítő hatalmas torzítást ad a kimeneten.
Ha az áramkör hangolt terhelésnek van kitéve, akkor az áramkör a kimeneti előfeszítési szintet a tápfeszültséggel megegyező átlagos kimeneti feszültséggel rögzíti. A hangolt műveletet clampernek hívják. E művelet során a jel megkapja a megfelelő alakját, és a középfrekvencia kevésbé torzul.
Tipikus felhasználások esetén a C osztályú erősítő 60-70% -os hatékonyságot biztosít.
D osztályú erősítő
A D osztályú erősítő egy kapcsolóerősítő, amely impulzusszélesség-modulációt vagy PWM-t használ. A vezetési szög nem számít tényezőnek, mivel a közvetlen bemeneti jel változó impulzusszélességgel változik.
Ebben a D osztályú erősítő rendszerben a lineáris erősítés nem fogadható el, mivel ugyanúgy működnek, mint egy tipikus kapcsoló, amelynek csak két működése van: BE vagy KI.
A bemeneti jel feldolgozása előtt az analóg jelet különféle modulációs technikákkal impulzusokká alakítják, majd az erősítő rendszerre visszük. Mivel az impulzusok időtartama az analóg jellel függ össze, a kimeneten ismét aluláteresztő szűrővel rekonstruálják.
A D osztályú erősítő az A, B, AB, valamint a C és D szegmens legmagasabb energiatakarékos erősítőosztálya. Kisebb a hőelvezetése, ezért kis hűtőbordára van szükség. Az áramkör különféle kapcsoló alkatrészeket igényel, mint például a MOSFET, amelynek ellenállása alacsony.
Ez egy széles körben használt topológia a digitális audiolejátszókban vagy a motorok vezérlésében is. De szem előtt kell tartanunk, hogy ez nem digitális átalakító. Bár magasabb frekvenciánál a D osztályú erősítő nem tökéletes választás, mivel az aluláteresztő szűrő és az átalakító modul képességeitől függően sávszélesség-korlátozásokkal rendelkezik.
Egyéb erősítő osztályok
A hagyományos erősítőkön kívül van néhány további osztály, amelyek E, F, G és H osztályúak.
Az E osztályú erősítő egy nagyon hatékony teljesítményerősítő, amely kapcsolási topológiákat használ és rádiófrekvenciákban működik. Az egy pólusú kapcsolóelem és a hangolt reaktív hálózat a fő alkotóelem, amelyet az E osztályú erősítőhöz kell használni.
Az F osztály nagy impedanciájú erősítő a harmonikusok tekintetében. Négyzet- vagy szinuszhullám segítségével vezérelhető. A szinuszos hullámbemenetnél ezt az erősítőt induktor segítségével lehet hangolni, és az erősítés növelésére használható.
A G osztály a sínváltást használja az energiafogyasztás csökkentése és a hatékonyság javítása érdekében. A H osztály pedig a G osztály továbbfejlesztett változata.
A további osztályok speciális célú erősítők. Bizonyos esetekben a betűket a gyártó a saját formatervezésük jelzésére szolgáltatja. Az egyik legjobb példa a T osztályú erősítő, amely a Tripath erősítő technológiáihoz használt speciális típusú kapcsoló D osztályú erősítők védjegye, amely szabadalmaztatott kialakítás.