- Klasifikacije ojačevalnikov z uporabo črk
- Ojačevalnik razreda A.
- Ojačevalnik razreda B.
- Ojačevalnik razreda AB
- Ojačevalnik razreda C.
- Ojačevalnik razreda D.
- Drugi razredi ojačevalnikov
V elektroniki je ojačevalnik najpogosteje uporabljena vezja z velikimi možnostmi uporabe. V avdio povezani elektroniki so predojačevalniki in ojačevalniki moči dva različna tipa ojačevalnih sistemov, ki se uporabljajo za namene ojačanja zvoka. Razen tega, ki je namenjen tej aplikaciji, pa obstajajo velike razlike v različnih vrstah ojačevalnikov, predvsem v ojačevalnikih. Torej, tukaj bomo raziskali različne razrede ojačevalnikov ter njihove prednosti in slabosti.
Klasifikacije ojačevalnikov z uporabo črk
Razredi ojačevalnikov so identiteta delovanja in lastnosti ojačevalnika. Različni tipi ojačevalnikov dajejo različne odzive pri prehajanju toka skozi njih. V skladu s svojimi specifikacijami so ojačevalnikom dodeljene različne črke ali abecede, ki predstavljajo njihove razrede. Obstajajo različni razredi ojačevalnikov, začenši z A, B, C, AB, D, E, F, T itd. Od teh razredov so najpogosteje uporabljeni razredi ojačevalnikov zvoka A, B, AB, C. Drugi razredi so sodobni ojačevalniki, ki uporabljajo izbirno topologijo in tehniko PWM (Pulse Width Modulation) za pogon izhodne obremenitve. Včasih se izboljšani različici tradicionalnih razredov dodeli črka, da se uvrstijo v drug razred ojačevalnikov, na primer ojačevalnik razreda G je spremenjeni ojačevalni razred ojačevalnika razreda B ali razreda AB.
Razredi ojačevalnika predstavljajo razmerje vhodnega cikla, ko se tok skozi ojačevalnik prenaša. Vhodni cikel je kot prevodnosti, ki izhaja iz prevodnosti sinusnega vala v vhodu ojačevalnika. Ta prevodni kot je v celotnem ciklu pravočasno sorazmeren z ojačevalniki. Če je ojačevalnik med ciklom vedno vklopljen, bo prevodni kot 360 stopinj. Torej, če ojačevalnik zagotavlja 360-stopinjski prevodni kot, potem ojačevalnik uporablja celoten vhodni signal in aktivni element, ki se izvaja skozi 100% časovno obdobje celotnega sinusnega cikla.
Spodaj bomo prikazali tradicionalne razrede ojačevalnikov moči, ki segajo od razredov A, B, AB in C, in tudi ojačevalnik razreda D, ki se pogosto uporablja pri preklopnih izvedbah. Ti razredi se ne uporabljajo samo v ojačevalnikih, temveč tudi v vezjih ojačevalnikov zvoka.
Ojačevalnik razreda A.
Ojačevalnik razreda A je visoko ojačevalni ojačevalnik z visoko linearnostjo. V primeru ojačevalnika razreda A je prevodni kot 360 stopinj. Kot smo že omenili, 360-stopinjski prevodni kot pomeni, da ojačevalna naprava ostane ves čas aktivna in uporablja celoten vhodni signal. Na spodnji sliki je prikazan idealen ojačevalnik razreda A.
Kot lahko vidimo na sliki, obstaja en aktivni element, tranzistor. Prednapetost tranzistorja ostane ves čas vklopljena. Zaradi te funkcije nikoli ne izklopi ojačevalnik razreda A zagotavlja boljšo stabilnost visoke frekvence in povratne zanke. Razen teh prednosti je ojačevalnik razreda A enostavno sestaviti s komponento ene naprave in štetjem najmanjših delov.
Kljub prednostim in visoki linearnosti ima vsekakor veliko omejitev. Zaradi stalne prevodne narave ojačevalnik razreda A povzroča velike izgube moči. Tudi zaradi visoke linearnosti ojačevalnik razreda A zagotavlja popačenje in zvoke. Za napajanje in konstrukcijo pristranskosti je potrebna skrbna izbira komponent, da se izognemo neželenim hrupom in zmanjšamo popačenja.
Zaradi velike izgube moči v ojačevalniku razreda A oddaja toploto in zahteva več prostora za hladilno telo. Izkoristek je pri ojačevalnikih razreda A zelo slab, teoretično se izkoristek giblje med 25 in 30%, če se uporablja z običajno konfiguracijo. Učinkovitost je mogoče izboljšati z uporabo induktivno sklopljene konfiguracije, vendar učinkovitost v tem primeru ni večja od 45-50%, zato je primerna le za namene ojačanja z nizkim signalom ali nizkim nivojem moči.
Ojačevalnik razreda B.
Ojačevalnik razreda B se nekoliko razlikuje od razreda A. Ustvarjen je z dvema aktivnima napravama, ki vodita polovico dejanskega cikla, tj. 180 stopinj cikla. Dve napravi zagotavljata kombinirani trenutni pogon za obremenitev.
Na zgornji sliki je prikazana konfiguracija ojačevalnika Ideal Class B. Sestavljena je iz dveh aktivnih naprav, ki se med pozitivnim in negativnim polovičnim ciklom sinusoidnega vala ena za drugo postranijo in tako signal potisne ali potegne na ojačano raven tako s pozitivne kot z negativne strani in združi rezultat, da dobimo celoten cikel na izhodu. Vsaka naprava se je vklopila ali aktivirala polovico cikla in zaradi tega se učinkovitost izboljša v primerjavi z 25–30% učinkovitostjo ojačevalnika razreda A teoretično več kot 60%. Na spodnji sliki lahko vidimo graf vsakega vhodnega in izhodnega signala naprave. Učinkovitost ojačevalnika razreda B ni večja od 78% . Odvajanje toplote je v tem razredu čim manjše, kar zagotavlja majhen prostor hladilnega telesa.
Toda ta razred ima tudi omejitve. Zelo globoka omejitev tega razreda je navzkrižno popačenje. Ker dve napravi zagotavljata vsako polovico sinusoidnih valov, ki so združeni in združeni čez izhod, pride do neusklajenosti (križanja) v regiji, kjer sta dve polovici združeni. To je zato, ker ko ena naprava zaključi polovični cikel, mora druga zagotoviti enako moč skoraj istočasno, ko druga konča delo. Te napake je težko odpraviti v ojačevalniku razreda A, saj je med aktivno napravo druga naprava popolnoma neaktivna. Napaka zagotavlja izkrivljanje izhodnega signala. Zaradi te omejitve je velika napaka pri uporabi natančnih ojačevalnikov zvoka.
Ojačevalnik razreda AB
Nadomestni pristop k premagovanju cross-over popačenje, je, da uporabite AB ojačevalnik. Ojačevalnik razreda AB uporablja vmesni kot prevodnosti obeh razredov A in B, zato lahko v tem topologiji ojačevalnikov razreda AB vidimo lastnost ojačevalnika razreda A in razreda B. Enako kot razred B ima enako konfiguracijo z dvema aktivnima napravama, ki med polovico ciklov izvajata posamično, vendar je vsaka naprava drugače pristranska, tako da se v neuporabnem trenutku (križni trenutek) popolnoma ne izklopi. Vsaka naprava ne zapusti prevodnosti takoj po zaključku polovice sinusoidne valovne oblike, namesto tega izvede še majhno količino vnosa v naslednjem pol ciklu. S to tehniko pristranskosti se križno neskladje med mrtvim območjem močno zmanjša.
Toda v tej konfiguraciji se učinkovitost zmanjša, saj je linearnost naprav ogrožena. Učinkovitost ostaja večja od učinkovitosti tipičnega ojačevalnika razreda A, vendar je manjša od ojačevalnega sistema razreda B. Prav tako je treba skrbno izbrati diode s popolnoma enako oceno in jih postaviti čim bližje izhodni napravi. Pri nekaterih konstrukcijah vezij oblikovalci običajno dodajo upor majhne vrednosti, da zagotovijo stabilen mirovalni tok v napravi, da zmanjšajo izkrivljanje na izhodu.
Ojačevalnik razreda C.
Poleg ojačevalnika razreda A, B in AB obstaja še en ojačevalnik razreda C. To je tradicionalni ojačevalnik, ki deluje drugače kot drugi ojačevalniki. Ojačevalnik razreda C je nastavljeni ojačevalnik, ki deluje v dveh različnih načinih delovanja, uglašen ali nenastavljen. Učinkovitost ojačevalnika razreda C je veliko večja od A, B in AB. Pri operacijah, povezanih z radijskimi frekvencami, je mogoče doseči največ 80% učinkovitosti
Ojačevalnik razreda C uporablja manj kot 180-stopinjski prevodni kot. V nenastavljenem načinu je odsek sprejemnika izpuščen v konfiguraciji ojačevalnika. V tej operaciji ojačevalnik razreda C daje tudi veliko popačenje na izhodu.
Ko je vezje izpostavljeno uglašeni obremenitvi, vezje zategne izhodno raven prednapetosti s povprečno izhodno napetostjo, enako napajalni napetosti. Uglašena operacija se imenuje clamper. Med tem postopkom signal dobi svojo pravilno obliko in osrednja frekvenca postane manj popačena.
V običajni uporabi ojačevalnik razreda C zagotavlja 60-70% učinkovitost.
Ojačevalnik razreda D.
Ojačevalnik razreda D je preklopni ojačevalnik, ki uporablja impulzno širinsko modulacijo ali PWM. Prevodni kot v tem primeru ni dejavnik, saj se neposredni vhodni signal spremeni s spremenljivo širino impulza.
V tem ojačevalnem sistemu razreda D linearni ojačevalnik ni sprejet, saj delujejo tako kot tipično stikalo, ki ima samo dve operaciji, ON ali OFF.
Pred obdelavo vhodnega signala se analogni signal z različnimi modulacijskimi tehnikami pretvori v impulzni tok in nato aplicira na ojačevalni sistem. Ker je trajanje impulzov povezano z analognim signalom, se znova rekonstruira z uporabo nizkoprepustnega filtra čez izhod.
Ojačevalnik razreda D je najvišje razred močnostnih ojačevalnikov v segmentih A, B, AB in C ter D. Ima manjše odvajanje toplote, zato je potreben majhen hladilnik. Vezje zahteva različne preklopne komponente, kot so MOSFET-ji, ki imajo majhno upornost.
Je široko uporabljena topologija v digitalnih avdio predvajalnikih ali pri nadzoru motorjev. Vendar ne smemo pozabiti, da to ni digitalni pretvornik. Čeprav za višje frekvence ojačevalnik razreda D ni popolna izbira, saj ima v nekaterih primerih omejitev pasovne širine, odvisno od zmožnosti nizkopasovnega filtra in pretvorniškega modula.
Drugi razredi ojačevalnikov
Razen tradicionalnih ojačevalnikov je še nekaj razredov, ki so razred E, razred F, razred G in H.
Ojačevalnik razreda E je zelo učinkovit ojačevalnik moči, ki uporablja preklopne topologije in deluje na radijskih frekvencah. Enopolni preklopni element in uglašeno reaktivno omrežje sta glavna komponenta za uporabo z ojačevalnikom razreda E.
Razred F je ojačevalec z visoko impedanco glede na harmonike. Lahko ga poganjamo s kvadratnim ali sinusnim valom. Za vhod sinusnega vala lahko ta ojačevalnik nastavite s pomočjo induktorja in ga lahko uporabite za povečanje ojačenja.
Razred G uporablja preklapljanje tirnic za zmanjšanje porabe energije in izboljšanje učinkovitosti. In razred H je še izboljšana različica razreda G.
Dodatni razredi so ojačevalniki za posebne namene. V nekaterih primerih črke priskrbi proizvajalec, ki označujejo njihovo lastniško zasnovo. Eden najboljših primerov je ojačevalnik razreda T, ki je zaščitni znak za posebno vrsto stikalnih ojačevalnikov razreda D, ki se uporablja za ojačevalne tehnologije Tripath, ki je patentirana oblika.