wzmacniacze typu Common Emitter (CE) są zaprojektowane tak, aby wytwarzać duże wahania napięcia wyjściowego przy stosunkowo małym napięciu sygnału wejściowego wynoszącym zaledwie kilka milivoltów i są używane głównie jako „małe wzmacniacze sygnału”, jak widzieliśmy w poprzednich tutorialach.
jednak czasami wzmacniacz jest wymagany do napędzania dużych obciążeń rezystancyjnych, takich jak głośnik lub do napędzania silnika w robocie i do tego typu zastosowań, w których potrzebne są wysokie prądy przełączające, wymagane są wzmacniacze mocy.,
główną funkcją wzmacniacza mocy, które są również znane jako „duży wzmacniacz sygnału”, jest dostarczanie mocy, która jest iloczynem napięcia i prądu do obciążenia. Zasadniczo wzmacniacz mocy jest również wzmacniaczem napięcia, z tą różnicą, że rezystancja obciążenia podłączona do wyjścia jest stosunkowo niska, na przykład głośnik 4ω lub 8ω, co powoduje wysokie prądy przepływające przez kolektor tranzystora.,
ze względu na te prądy wysokiego obciążenia Tranzystory wyjściowe stosowane w stopniach wyjściowych wzmacniacza mocy, takich jak 2N3055, muszą mieć wyższe wartości napięcia i mocy niż ogólne stosowane w małych wzmacniaczach sygnałowych, takich jak BC107.
ponieważ jesteśmy zainteresowani dostarczeniem maksymalnej mocy prądu przemiennego do obciążenia, przy jednoczesnym zużyciu minimalnej możliwej mocy prądu stałego z zasilacza, zajmujemy się głównie „wydajnością konwersji” wzmacniacza.,
jednak jedną z głównych wad wzmacniaczy mocy, a zwłaszcza wzmacniacza klasy A, jest to, że ich ogólna sprawność konwersji jest bardzo niska, ponieważ duże prądy oznaczają, że znaczna ilość energii jest tracona w postaci ciepła. Procentowa sprawność wzmacniaczy jest zdefiniowana jako moc wyjściowa RMSR rozproszona w obciążeniu podzielona przez całkowitą moc prądu stałego pobraną ze źródła zasilania, jak pokazano poniżej.
sprawność Wzmacniacza mocy
- gdzie:
- η% – To sprawność wzmacniacza.,
- Pout – to moc wyjściowa wzmacniaczy dostarczana do obciążenia.
- Pdc – to moc prądu stałego pobierana z zasilacza.
dla wzmacniacza mocy bardzo ważne jest, aby zasilacz wzmacniaczy był dobrze zaprojektowany, aby zapewnić maksymalną dostępną ciągłą moc sygnału wyjściowego.
Wzmacniacz Klasy A
najczęściej stosowanym typem konfiguracji wzmacniacza mocy jest wzmacniacz klasy A., Wzmacniacz Klasy A jest najprostszą formą wzmacniacza mocy, który wykorzystuje pojedynczy tranzystor przełączający w standardowej konfiguracji wspólnego obwodu emitera, jak widziano wcześniej, aby wytworzyć odwrócone wyjście. Tranzystor jest zawsze „włączony” tak, że podczas jednego pełnego cyklu przebiegu sygnału wejściowego wytwarza minimalne zniekształcenia i maksymalną amplitudę sygnału wyjściowego.,
oznacza to, że konfiguracja wzmacniacza w klasie A jest idealnym trybem pracy, ponieważ nawet w ujemnej połowie cyklu nie może występować zniekształcenie zwrotnicy ani wyłączania. Stopnie wyjściowe wzmacniacza mocy klasy A mogą wykorzystywać pojedynczy tranzystor mocy lub pary tranzystorów połączonych ze sobą, aby współdzielić prąd wysokiego obciążenia. Rozważ obwód wzmacniacza klasy A poniżej.
Układ Wzmacniacza jednostopniowego
jest to najprostszy typ obwodu wzmacniacza mocy klasy A., Wykorzystuje tranzystor single-ended do swojego stopnia wyjściowego z obciążeniem rezystancyjnym podłączonym bezpośrednio do zacisku kolektora. Gdy tranzystor włącza się „na”, tonie prąd wyjściowy przez kolektor, powodując nieunikniony spadek napięcia na rezystancji emitera, ograniczając tym samym ujemną zdolność wyjściową.
sprawność tego typu obwodu jest bardzo niska (mniej niż 30%) i zapewnia małe wyjścia mocy dla dużego drenażu na zasilaczu PRĄDU STAŁEGO., Stopień wzmacniacza klasy A przechodzi ten sam prąd obciążenia, nawet gdy nie jest stosowany sygnał wejściowy, więc dla tranzystorów wyjściowych potrzebne są duże radiatory.
jednak innym prostym sposobem na zwiększenie wydajności prądowej obwodu przy jednoczesnym uzyskaniu większego wzmocnienia mocy jest zastąpienie tranzystora pojedynczego wyjścia tranzystorem Darlingtona. Tego typu urządzenia to w zasadzie dwa tranzystory w jednym opakowaniu, jeden mały tranzystor ” pilotowy „i drugi większy tranzystor” przełączający”., Dużą zaletą tych urządzeń jest to, że impedancja wejściowa jest odpowiednio duża, podczas gdy impedancja wyjściowa jest stosunkowo niska, co zmniejsza straty mocy, a tym samym ciepło w urządzeniu przełączającym.
konfiguracje tranzystorów Darlington
całkowita wartość wzmocnienia Prądu Beta (β) lub hfe urządzenia Darlington jest iloczynem dwóch indywidualnych wzmocnień tranzystorów pomnożonych razem i bardzo wysokie wartości β wraz z wysokimi prądami kolektora są możliwe w porównaniu do pojedynczego obwodu tranzystora.,
aby poprawić pełną sprawność energetyczną wzmacniacza w klasie A, możliwe jest zaprojektowanie obwodu z transformatorem podłączonym bezpośrednio w obwodzie kolektora w celu utworzenia obwodu zwanego wzmacniaczem sprzężonym transformatorem. Transformator poprawia sprawność wzmacniacza, dopasowując impedancję obciążenia do impedancji wyjściowej wzmacniaczy za pomocą stosunku obrotów (n ) transformatora, A przykład tego podano poniżej.,
układ wzmacniacza sprzężonego z transformatorem
jako prąd kolektora, układ scalony jest redukowany do poziomu poniżej punktu Q ustawionego przez napięcie polaryzacji podstawy, z powodu zmian w prądzie podstawy, strumień magnetyczny w rdzeniu transformatora zapada się powodując indukowane emf w uzwojeniach pierwotnych transformatora. Powoduje to chwilowe napięcie kolektora wzrosnąć do wartości dwukrotnie napięcia zasilania 2vcc dając maksymalny prąd kolektora dwukrotnie Ic, gdy napięcie kolektora jest na jego minimum., Następnie wydajność tego typu konfiguracji wzmacniacza klasy A można obliczyć w następujący sposób.
napięcie kolektora r.m.s. jest podane jako:
prąd kolektora r.m.s. jest podany jako:
prąd kolektora r.m.s., Moc dostarczana do obciążenia (Pac) jest zatem podawana jako:
średnia Moc pobierana z zasilacza (Pdc) jest podawana przez:
i dlatego sprawność wzmacniacza sprzężonego transformatorem klasy A jest podawana jako:
transformator wyjściowy poprawia sprawność wzmacniacza poprzez dopasowanie impedancji obciążenia do impedancji wyjściowej wzmacniaczy., Dzięki zastosowaniu transformatora wyjściowego lub sygnałowego o odpowiednim stosunku obrotów, wydajność wzmacniacza klasy A osiągająca 40% jest możliwa przy większości dostępnych na rynku wzmacniaczy mocy typu A w tego typu konfiguracji.
jednak transformator jest urządzeniem indukcyjnym ze względu na swoje uzwojenia i rdzeń, dlatego najlepiej unikać stosowania komponentów indukcyjnych w obwodach przełączania wzmacniacza, ponieważ jakiekolwiek generowane tylne emf mogą uszkodzić tranzystor bez odpowiedniej ochrony.,
kolejną dużą wadą tego typu transformatora sprzężonego z układem wzmacniacza klasy A jest dodatkowy koszt i wielkość wymaganego transformatora audio.
rodzaj „klasy” lub klasyfikacji, którą dany wzmacniacz jest tak naprawdę zależy od kąta przewodzenia, części 360o cyklu przebiegu wejściowego, w którym tranzystor przewodzi. We wzmacniaczu klasy A kąt przewodzenia wynosi pełne 360o lub 100% sygnału wejściowego, podczas gdy w innych klasach wzmacniaczy tranzystor przewodzi podczas mniejszego kąta przewodzenia.,
możliwe jest uzyskanie większej mocy wyjściowej i wydajności niż Wzmacniacz Klasy A dzięki zastosowaniu dwóch uzupełniających się tranzystorów w stopniu wyjściowym, przy czym jeden tranzystor jest typu NPN lub N-channel, podczas gdy drugi jest typu PNP lub P-channel (dopełniacz) podłączony w tak zwanej konfiguracji „push-pull”.
ten typ konfiguracji wzmacniacza mocy jest ogólnie nazywany wzmacniaczem klasy B i jest kolejnym typem układu wzmacniacza audio, który przyjrzymy się w następnym samouczku.,
