Common Emitter (CE) förstärkare är utformade för att producera en stor utspänning swing från en relativt liten ingångssignalspänning på endast ett fåtal millivolt s och används främst som ”små signalförstärkare” som vi såg i de tidigare tutorials.
Ibland krävs emellertid en förstärkare för att driva stora resistiva belastningar som en högtalare eller för att driva en motor i en robot och för dessa typer av applikationer där höga omkopplingsströmmar behövs krävs effektförstärkare.,
effektförstärkarens huvudfunktion, som också är känd som en ”stor signalförstärkare”, är att leverera ström, vilket är produkten av spänning och ström till lasten. I grund och botten är en effektförstärkare också en spänningsförstärkare skillnaden är att lastmotståndet ansluten till utgången är relativt låg, till exempel en högtalare på 4Ω eller 8Ω vilket resulterar i höga strömmar som strömmar genom transistorns kollektor.,
på grund av dessa högbelastningsströmmar behöver utgångstransistorn (- erna) som används för effektförstärkares utgångssteg, såsom 2n3055, ha högre spännings-och effektvärden än de allmänna som används för små signalförstärkare som BC107.
eftersom vi är intresserade av att leverera maximal växelström till lasten, samtidigt som vi förbrukar den minsta DC-effekten som är möjlig från leveransen, är vi mest oroade över förstärkarens ”omvandlingseffektivitet”.,
en av de största nackdelen med effektförstärkare och speciellt klass A-förstärkaren är att deras totala omvandlingseffektivitet är mycket låg eftersom stora strömmar innebär att en stor mängd ström förloras i form av värme. Procentuell effektivitet i förstärkare definieras som utgångseffekten r.m. s som avleds i lasten dividerad med den totala likström som tas från försörjningskällan enligt nedan.
effektförstärkarens effektivitet
- var:
- η% – är förstärkarens effektivitet.,
- Pout – är förstärkarens uteffekt levereras till lasten.
- Pdc – är likströmmen som tas från leveransen.
för en effektförstärkare är det mycket viktigt att förstärkarens strömförsörjning är väl utformad för att ge maximal tillgänglig kontinuerlig effekt till utgångssignalen.
förstärkare av klass A
den vanligaste typen av effektförstärkarkonfiguration är förstärkaren av klass A., Klass A-förstärkare är den enklaste formen av effektförstärkare som använder en enda switching transistor i standard vanliga emitterkretskonfiguration som tidigare sett för att producera en inverterad utgång. Transistorn är alltid partisk ” på ” så att den leder under en komplett cykel av ingångssignalvågformen som producerar minsta distorsion och maximal amplitud för utgångssignalen.,
det betyder då att klass A-Förstärkarkonfigurationen är det perfekta driftläget, eftersom det inte kan finnas någon crossover eller avstängningsförvrängning till utgångsvågformen även under den negativa halvan av cykeln. Klass A effektförstärkare utgångssteg kan använda en enda effekt transistor eller par transistorer anslutna tillsammans för att dela hög belastning ström. Tänk på klass A-förstärkarkretsen nedan.
Enstegsförstärkarkrets
detta är den enklaste typen av effektförstärkarkrets av klass A., Den använder en enda transistor för sitt utgångsstadium med den resistiva belastningen ansluten direkt till Samlarterminalen. När transistorn växlar ” på ” sänker den utgångsströmmen genom kollektorn vilket resulterar i ett oundvikligt spänningsfall över Emittermotståndet, vilket begränsar den negativa utgångskapaciteten.
effektiviteten hos denna typ av krets är mycket låg (mindre än 30%) och levererar små strömutgångar för ett stort avlopp på DC-strömförsörjningen., En klass A förstärkarstadiet passerar samma Lastström även när ingen ingångssignal appliceras så stora kylflänsar behövs för utgångstransistorer.
ett annat enkelt sätt att öka strömhanteringskapaciteten hos kretsen samtidigt som man får en större effektförstärkning är att ersätta den enda utgångstransistorn med en Darlington-Transistor. Dessa typer av enheter är i grunden två transistorer inom ett enda paket, en liten ”pilot” transistor och en annan större ”switching” transistor., Den stora fördelen med dessa enheter är att ingångsimpedansen är lämpligt stor medan utgångsimpedansen är relativt låg, vilket minskar strömförlusten och därmed värmen i kopplingsanordningen.
Darlington Transistor konfigurationer
den totala nuvarande förstärkningen Beta (β) eller HFE värdet av en Darlington enhet är produkten av de två individuella vinsterna av transistorer multipliceras tillsammans och mycket höga β-värden tillsammans med höga samlare strömmar är möjliga jämfört med en enda transistor krets.,
för att förbättra full effekt effektivitet av klass A förstärkare är det möjligt att utforma kretsen med en transformator ansluten direkt i kollektorkretsen för att bilda en krets som kallas en transformator kopplad förstärkare. Transformatorn förbättrar förstärkarens effektivitet genom att matcha belastningens impedans med förstärkarens utgång med transformatorns vridförhållande ( n ) och ett exempel på detta ges nedan.,
Transformatorkopplade förstärkarkrets
som Samlarströmmen reduceras Ic till under den quiescent Q-punkt som inrättats av basspänningen, på grund av variationer i basströmmen, kollapsar det magnetiska flödet i transformatorkärnan vilket orsakar en inducerad emf i transformatorns primära lindningar. Detta gör att en momentana samlare spänning att stiga till ett värde av dubbelt matningsspänningen 2Vcc ger en maximal samlare ström av två gånger Ic när kollektorn spänningen är till sitt minimum., Då kan effektiviteten hos denna typ av förstärkarkonfiguration av klass A beräknas enligt följande.
r.m.s. Collector spänningen ges som:
r.m.s. Collector strömmen ges som:
r.m.s., Effekt som levereras till lasten (Pac) ges därför som:
den genomsnittliga effekten som dras från tillförseln (PDC) ges av:
och därför ges effektiviteten hos en Transformatorkopplad klass A-förstärkare som:
en utgångstransformator förbättrar förstärkarens effektivitet genom att matcha belastningens impedans med förstärkarens utgångsimpedans., Genom att använda en utgångs-eller signaltransformator med ett lämpligt varvförhållande är klass-A-förstärkareffektivitet som når 40% möjliga med de flesta kommersiellt tillgängliga klass-A-effektförstärkare av denna typ av konfiguration.
transformatorn är emellertid en induktiv anordning på grund av dess lindningar och kärna, så användningen av induktiva komponenter i förstärkaromkopplingskretsar undviks bäst, eftersom eventuella emf: s genererade kan skada transistorn utan tillräckligt skydd.,
också en annan stor nackdel med denna typ av transformator kopplad klass A förstärkarkrets är den extra kostnaden och storleken på ljudtransformatorn som krävs.
typen av” klass ” eller klassificering som en förstärkare ges beror verkligen på ledningsvinkeln, den del av 360o av ingångsvågformcykeln, där transistorn utför. I klass A förstärkare är ledningsvinkeln en full 360o eller 100% av ingångssignalen medan i andra förstärkarklasser transistorn utför under en mindre ledningsvinkel.,
det är möjligt att erhålla större effekt och effektivitet än för klass A-förstärkaren genom att använda två kompletterande transistorer i utgångssteget med en transistor som en NPN eller N-kanaltyp medan den andra transistorn är en PNP eller P-Kanal (komplementet) typ ansluten i vad som kallas en ”push-pull” – konfiguration.
denna typ av effektförstärkarkonfiguration kallas vanligtvis en klass B-förstärkare och är en annan typ av ljudförstärkarkrets som vi kommer att titta på i nästa handledning.,
