A Sınıfı Yükselteç / Class A Amplifier

Yaygın yayıcı yükselteçler, çok büyük bir voltaj kazancına sahip olabildikleri için en yaygın kullanılan yükseltici türüdür.

Ortak Yayıcı (CE) yükselteçleri, yalnızca birkaç milivoltluk nispeten küçük bir giriş sinyali geriliminden büyük bir çıkış gerilimi salınımı üretmek üzere tasarlanmıştır ve önceki eğitimlerde gördüğümüz gibi, esas olarak “küçük sinyal yükselticileri” olarak kullanılır.

Bununla birlikte, bazen bir hoparlör gibi büyük dirençli yükleri sürmek veya bir robotta bir motoru sürmek için bir yükselteç gereklidir ve yüksek anahtarlama akımlarının gerekli olduğu bu tür uygulamalar için güç yükselteçleri gereklidir.

“Büyük sinyal yükselteci” olarak da bilinen güç yükseltecinün temel işlevi, gerilim ve akımın ürünü olan gücü yüke iletmektir. Temel olarak bir güç yükselteci aynı zamanda bir voltaj yükseltecidür, fark şudur ki çıkışa bağlı yük direnci nispeten düşüktür, örneğin 4Ω veya 8Ω’luk bir hoparlör, transistörün kolektöründen yüksek akımların akmasına neden olur.

Bu yüksek yük akımları nedeniyle, 2N3055 gibi güç yükselteci çıkış aşamaları için kullanılan çıkış transistörlerinin, BC107 gibi küçük sinyal yükselteçleri için kullanılan genel olanlardan daha yüksek voltaj ve güç değerlerine sahip olması gerekir.

Yüke maksimum AC gücü sağlamakla ilgilendiğimiz için, kaynaktan mümkün olan minimum DC gücünü tüketirken, çoğunlukla yükseltecin “dönüşüm verimliliği” ile ilgileniyoruz.

Bununla birlikte, güç yükselteçlerinin ve özellikle A Sınıfı yükseltecin ana dezavantajlarından biri, büyük akımlar, ısı şeklinde önemli miktarda güç kaybı anlamına geldiğinden, genel dönüştürme verimlerinin çok düşük olmasıdır. yükselteçlerde yüzde verimliliği r.m.s olarak tanımlanır. yükte dağıtılan çıkış gücü, aşağıda gösterildiği gibi besleme kaynağından alınan toplam DC gücüne bölünür.

Güç Yükselteci Verimliliği

Nerede:

η% – yükseltecin verimliliğidir.

Pout – yüke iletilen yükselteç çıkış gücüdür.

Pdc – beslemeden alınan DC gücüdür.

Bir güç yükselteci için, yükseltecin güç kaynağının, çıkış sinyaline maksimum kullanılabilir sürekli gücü sağlamak için iyi tasarlanmış olması çok önemlidir.

A Sınıfı Yükselteçler

En yaygın kullanılan güç yükselteci konfigürasyonu A Sınıfı Amplifikatördür. A Sınıfı amplifikatör, ters çevrilmiş bir çıkış üretmek için daha önce görüldüğü gibi standart ortak yayıcı devre konfigürasyonunda tek bir anahtarlama transistörü kullanan en basit güç amplifikatörü şeklidir. Transistör her zaman “AÇIK” olarak yönlendirilir, böylece giriş sinyali dalga biçiminin bir tam döngüsü sırasında ileterek çıkış sinyalinin minimum bozulmasını ve maksimum genliğini üretir.

Bu, A Sınıfı Amplifikatör konfigürasyonunun ideal çalışma modu olduğu anlamına gelir, çünkü çevrimin negatif yarısında bile çıkış dalga biçiminde çaprazlama veya kapatma bozulması olamaz. A Sınıfı güç amplifikatörü çıkış aşamaları, yüksek yük akımını paylaşmak için tek bir güç transistörü veya birbirine bağlı transistör çiftleri kullanabilir. Aşağıdaki A Sınıfı amplifikatör devresini düşünün.

Tek Kademeli Yükselteç Devresi

Bu, A Sınıfı güç amplifikatör devresinin en basit türüdür. Dirençli yükün doğrudan Kollektör terminaline bağlı olduğu çıkış aşaması için tek uçlu bir transistör kullanır. Transistör “AÇIK” konuma geçtiğinde, çıkış akımını Kollektör üzerinden düşürür ve bu da Verici direnci boyunca kaçınılmaz bir voltaj düşüşüne neden olur ve böylece negatif çıkış kapasitesini sınırlar.

Bu tip devrenin verimliliği çok düşüktür (%30’dan az) ve DC güç kaynağında büyük bir boşaltma için küçük güç çıkışları sağlar. A Sınıfı bir amplifikatör aşaması, hiçbir giriş sinyali uygulanmadığında bile aynı yük akımını geçirir, bu nedenle çıkış transistörleri için büyük soğutuculara ihtiyaç vardır.

Bununla birlikte, aynı zamanda daha büyük bir güç kazancı elde ederken devrenin akım taşıma kapasitesini arttırmanın bir başka basit yolu, tek çıkış transistörünü bir Darlington Transistör ile değiştirmektir. Bu tür cihazlar temelde tek bir paket içindeki iki transistördür, biri küçük “pilot” transistör ve diğeri daha büyük “anahtarlama” transistörü. Bu cihazların en büyük avantajı, çıkış empedansı nispeten düşükken giriş empedansının uygun şekilde büyük olması, böylece güç kaybını ve dolayısıyla anahtarlama cihazı içindeki ısıyı azaltmasıdır.

Darlington Transistör Devresi

Bir Darlington cihazının toplam akım kazancı Beta (β) veya hfe değeri, transistörlerin iki ayrı kazancının çarpımının ürünüdür ve tek bir transistör devresine kıyasla yüksek Kolektör akımları ile birlikte çok yüksek β değerleri mümkündür.

A Sınıfı amplifikatörün tam güç verimliliğini artırmak için, Transformatör Bağlantılı Amplifikatör adı verilen bir devre oluşturmak için doğrudan Kollektör devresine bağlı bir transformatör ile devre tasarlamak mümkündür. Transformatör, transformatörün dönüş oranını ( n ) kullanarak yükün empedansını amplifikatör çıkışının empedansı ile eşleştirerek amplifikatörün verimliliğini artırır ve bunun bir örneği aşağıda verilmiştir.

Trafo Bağlantılı Yükselteç Devresi

Kollektör akımı olarak, Ic, baz akımındaki değişikliklerden dolayı, baz ön gerilim tarafından kurulan hareketsiz Q noktasının altına düşürülür, transformatör çekirdeğindeki manyetik akı, transformatörün primer sargılarında indüklenmiş bir emk’ye neden olarak çöker. Bu, Kollektör voltajı minimumdayken, anlık kollektör voltajının 2Vcc besleme voltajının iki katı değerine yükselmesine ve iki Ic maksimum kollektör akımına neden olur. Daha sonra bu tip A Sınıfı amplifikatör konfigürasyonunun verimliliği aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

r.m.s. Kollektör voltajı şu şekilde verilir:

r.m.s. Kollektör akımı şu şekilde verilir:

r.m.s. Yüke iletilen güç (Pac) bu nedenle şu şekilde verilir:

Kaynaktan çekilen ortalama güç (Pdc) şu şekilde verilir:

ve bu nedenle, bir Transformer-bağlı A Sınıfı amplifikatörün verimliliği şu şekilde verilir:

Bir çıkış transformatörü, yükün empedansını amplifikatörün çıkış empedansınınkiyle eşleştirerek amplifikatörün verimliliğini artırır. Uygun bir dönüş oranına sahip bir çıkış veya sinyal transformatörü kullanarak, piyasada bulunan çoğu A Sınıfı tipi güç amplifikatörünün bu tip konfigürasyonda olmasıyla, %40’a ulaşan A sınıfı amplifikatör verimleri mümkündür.

Bununla birlikte, transformatör, sargıları ve çekirdeği nedeniyle endüktif bir cihazdır, bu nedenle üretilen herhangi bir geri emf, yeterli koruma olmadan transistöre zarar verebileceğinden, amplifikatör anahtarlama devrelerinde endüktif bileşenlerin kullanılmasından kaçınılmalıdır.

Ayrıca bu tip transformatör kuplajlı A sınıfı amplifikatör devresinin bir diğer büyük dezavantajı, gereken ses transformatörünün ek maliyeti ve boyutudur.

Bir amplifikatöre verilen “Sınıf” veya sınıflandırma türü, gerçekten, transistörün ilettiği giriş dalga biçimi döngüsünün 360o kısmı olan iletim açısına bağlıdır. A Sınıfı amplifikatörde iletim açısı, giriş sinyalinin tam 360o veya %100’üdür, diğer amplifikatör sınıflarında ise transistör daha küçük bir iletim açısı sırasında iletir.

Bir transistörün NPN veya N-kanal tipinde olduğu, diğer transistörün ise PNP veya P-kanal olduğu çıkış aşamasında iki tamamlayıcı transistör kullanarak A Sınıfı amplifikatörünkinden daha fazla güç çıkışı ve verimliliği elde etmek mümkündür. tamamlayıcı) tipi, “itme-çekme” konfigürasyonu olarak adlandırılan şekilde bağlanır.

Bu tip güç amplifikatörü konfigürasyonuna genellikle B Sınıfı Amplifikatör denir ve bir sonraki öğreticide inceleyeceğimiz başka bir ses amplifikatör devresi türüdür.