Elektronikus erősítő működési osztályai

Az elektronikus erősítők működési osztályai egy betűs rendszer, amelyet az elektronikus erősítők jellemzésére használnak . Ez a besorolás minden elektronikus erősítő diagramhoz betűt rendel.

Ezeket az osztályokat a bemeneti jel és a kimeneti jel alakja közötti kapcsolat, valamint az aktív komponens használatának időtartama határozza meg a jel erősítésekor. Ezt az időtartamot az erősítő bemenetére alkalmazott teszt szinuszos jel fokban vagy százalékában mérik , 100% vagy 360 fok, ami egy teljes ciklust jelent .

Előfordul, hogy egy olyan erősítőt írunk le, amely több különböző osztályú erősítő fokozatot tartalmaz egyetlen osztályonként. Ebben az esetben ez az osztály csak az erősítő kimeneti fokozatának működését írja le.

Bevezetés

Eredetileg az erősítő osztályok lehetővé tették a jel erősítéséhez használt elektroncső polarizációjának megismerését (A, B, AB és C osztály). A polarizáció megkülönböztetésének ezt a módját később átvették a tranzisztorok esetében . A kapcsolóerősítők megérkezésével más osztályok is kiegészültek, amelyek lehetővé teszik a jel erősítésére használt modern technikai megoldások (D, E osztály stb.) Beépítését.

Az erősítő komponens (cső vagy tranzisztor) polarizálásának szükségessége erős nem-linearitásukból, valamint jelenlegi egyoldalúságukból adódik. Például egy bipoláris tranzisztor csak az alap-emitter küszöbérték felett kezd vezetni (lásd a szemközti ábra jellemzőjét ). Annak érdekében, hogy a tranzisztor felerősödjön (a görbe ), ennél a küszöbfeszültségnél nagyobb feszültséget kell rá szabni. A kimeneti feszültséget a terhelési vonal állítja be, amely nem látható a szemközti grafikonon, mert az a használt szerelvénytől függ. $I_ {b} = f (V _ {{be}})$ $I_ {c} = \ beta I_ {b}$ $I_ {c} = f (V _ {{ce}})$

Ezen hibák kiküszöbölése érdekében az erősítő komponenst „polarizálják”. A polarizáció rögzíti az állapotát nyugalmi állapotban (amikor nem adunk rá jelet). Ennek a pihenőpontnak a megválasztása nagyban befolyásolja az alkatrész viselkedését működés közben. Az amplifikációs osztályok lehetővé teszik a polarizáció módjának megismerését, és ezáltal információval rendelkeznek a teljes erősítő jellemzőiről.

A lineáris erősítőt, az egyes osztály határozza meg az aránya a bemeneti jel által használt minden hatóanyag megérkezik a felerősített jelet (lásd az ábrát), ami szintén adott a vezetési szög egy :

A osztály A teljes bemeneti jelet (100%) használjuk ( a = 360 °). B osztály A jel felét (50%) használjuk ( a = 180 °). AB osztály A jelnek több mint a fele, de nem az összes (50–100%) van felhasználva (180 ° < a <360 °). C osztály A jel kevesebb mint felét (0–50%) használja fel (0 < a <180 °).

Az erősítők "kapcsolására" az erősítő alkatrészét kapcsoláskor használják, vagy blokkolva van (áram nem halad át rajta), vagy telített (a kapcsok feszültsége majdnem nulla). Vezetési szöge tehát nulla. Az erősítők kapcsolására az osztályokat használják az alkalmazott technológiák megkülönböztetésére, és már nem a vezetési szöget.

A következőkben az ábrák egyszerűsítése érdekében bipoláris tranzisztort használunk erősítő komponensként, de helyettesíthetjük térhatású tranzisztorral vagy csővel . A lineáris osztályok szemléltetésére itt használt szerelvény egy úgynevezett " közös adó " szerelvény (lásd a szemközti ábrát). Mégis az egyszerűség kedvéért, akkor az megjelenik nélkül előfeszítő áramkör (az ellenállások és ) és annak kondenzátorokat és . Végül feltételezzük, hogy a bemenetre alkalmazott jel frekvenciája elég nagy ahhoz, hogy úgy lehessen gondolni, hogy a leválasztó kondenzátor „rövidzárlatot” okoz az ellenálláson . ${\ displaystyle R_ {1}}$ ${\ displaystyle R_ {2}}$ $C _ {{1}}$ $C _ {{2}}$ ${\ displaystyle C_ {3}}$ ${\ displaystyle R_ {4}}$

A cikk illusztrálására használt bipoláris tranzisztor jellemzői idealizált jellemzők. A tranzisztor jellemzőit kék színnel, a különféle jeleket piros színnel és a szerelvény terhelési vonalát zöld színnel ábrázolják. A gyakorlatban az aktív komponensek nem annyira lineárisak, és ezek a nem-linearitások torzulásokat okoznak a kimeneti jelben. E torzítások csökkentése érdekében általában a visszacsatolás különféle formáit alkalmazzák .

A osztály

Az A osztályú erősítőben az aktív komponens (ek) mindig be vannak kapcsolva. Ezek az erősítők felerősítik a teljes bemeneti jelet, korlátozva ezzel a kimeneti jel torzulásait. Nem jó a hatékonyságuk : állandó teljesítményt bocsátanak ki, függetlenül a bemeneti jel amplitúdójától. Így ezek az erősítők akkor érik el maximális hatékonyságukat, amikor a kimenő jel amplitúdója azon a határon van, amelyet az erősítő képes biztosítani. Az A osztályú erősítő maximális hatékonysága az alkalmazott összeállítás topológiájától függ: ezen erősítők elméleti maximális hatékonysága transzformátor csatlakozás esetén 50%, közvetlen összeköttetés esetén 25% és 6% és 25% között van. % kapacitív összeköttetés esetén.


A osztályú erősítő.	A osztályú művelet egy bipoláris tranzisztorra. Zöld színben a terhelési vonal.

Egy közös emitterkapcsolásban, egy osztály A elhajlás azt jelenti, hogy az üresjárati feszültségek és úgy választottuk, hogy az erősítő nem telíti (nem clip a jelet), ha a bemeneti jel d van felhordva rá. Legnagyobb amplitúdót. A polarizációs pontot általában úgy választják meg, hogy az meghaladja a szigorú minimumot annak érdekében, hogy az erősítő komponens jellemzőinek lehető leg lineárisabb részében működjön. $V _ {{be_ {0}}}$ $V _ {{ce_ {0}}}$

A közös emitter egység egy kapacitív kötés szerelvény. Az A osztályban az általa felvett teljesítmény állandó és megéri:

P _ {{abs}} = V _ {{cc}} * I _ {{C0}}

A tápfeszültség és előfeszítő áram. A terhelésre táplált teljesítmény a kimenő jel amplitúdójától függ: $V _ {{cc}}$ $Én _ {{C0}}$

P _ {{s}} = V _ {{S _ {{eff}}}} * I _ {{S _ {{eff}}}}

A kimeneti feszültség effektív értékével és a kimeneti áram effektív értékével. A maximális kimenő teljesítmény akkor érhető el, ha a kimeneti áram és feszültség az erősítő által elérhető határokon van. A kimeneti feszültség csúcs-csúcs amplitúdója nem haladhatja meg, míg az áram amplitúdója korlátozott . $V _ {{S _ {{eff}}}}$ $I _ {{S _ {{eff}}}}$ $V _ {{cc}}$ $Én _ {{C0}}$

P _ {{s _ {{max}}}} = {\ frac {V _ {{cc}}} {2 * {\ sqrt {2}}}} * {\ frac {I _ {{C0}} } {{\ sqrt {2}}}} = {\ frac {V _ {{cc}} * I _ {{C0}}} {4}}

A maximális hozam kiszámítása:

\ eta _ {{max}} = {\ frac {P _ {{s _ {{max}}}}} {P _ {{abs}}}} = {\ frac {{\ frac {V _ {{ cc}} * I _ {{C0}}} {4}}} {V _ {{cc}} * I _ {{C0}}}} = {\ frac {1} {4}} = 25 \%

Ez a számítás csak akkor érvényes, ha a statikus terhelési vonal és a dinamikus terhelési vonal megegyezik. A valóságban a dinamikus üzemmódban a terhelés párhuzamosan kapcsolódik a kollektor ellenállásához ( a szemközti ábrán), így növelve (abszolút értékben) a dinamikus terhelési vonal meredekségét ( ) a statikus terhelési vonalhoz képest ( ) ha a értéke elegendő ahhoz, hogy dinamikus üzemmódban tolódjon el. Ilyen elrendezés esetén a csúcs-csúcs amplitúdó szükségszerűen kisebb, mint ami csökkenti az elrendezés maximális hatékonyságát. ${\ displaystyle R_ {3}}$ ${\ displaystyle {\ frac {-1} {R_ {3}}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {-1} {R_ {3} + R_ {4}}}}$ ${\ displaystyle C_ {3}}$ ${\ displaystyle R_ {4}}$ $V _ {{cc}}$

Alacsony hatékonyságuk miatt az A osztályú erősítőket általában alacsony teljesítményű erősítők előállítására használják. Egy nagy teljesítményű A osztályú erősítő esetében az energiaveszteségek nagyon fontossá válnak. Minden egyes terhelésre leadott watt esetén az erősítő legjobb esetben egy másik wattot bocsát ki. A nagy A teljesítményosztálynak nagyon nagy tápegységekre van szüksége, de nagy hőelnyelőkre is szükség van az elveszett energia kiürítéséhez.

Az A osztályú erősítőket általában előerősítő fokozatok, hangerősítők, szélessávú nagyfrekvenciás erősítők, valamint nagyfrekvenciás oszcillátorok gyártására használják. Bár az audioerősítők többsége B osztályú szerkezeti kimeneti fokozatot használ, egyes audiofilek úgy vélik, hogy az A osztályú erősítők adják a legjobb hangminőséget, linearitásuk miatt.

B osztály

A B osztályú erősítők a bemeneti jelnek csak a felét erősítik. Alacsony frekvenciájú alkalmazásokban, amelyek az alapsávban dolgoznak, sok torzítást okoznak, de hatékonyságuk magas. Nagyfrekvenciás alkalmazásokban, amelyekben a vivőfrekvenciát viszonylag kis arányban modulálják, a harmonikus torzítás könnyen kiszűrhető, az első jelentős amplitúdójú harmonikus a 3. A B osztályú erősítő elméleti maximális hatékonysága 78,5%, de A valódi erősítők hatékonysága nem haladja meg a 70% -ot.


B osztályú erősítő.	B osztályú működés bipoláris tranzisztor esetén.

Egy közös emitterrel rendelkező szerelvény esetében a B osztályú előfeszítés azt jelenti, hogy a nyugalmi feszültséget a tranzisztor vezetőképességi feszültségével egyenlőnek választották (lásd a szemközti ábrát). Így a tranzisztor bázisához rögzített negatív jel a vezetési küszöb alá kerül, és nem erősödik fel. Ezzel szemben bármely pozitív jel a tranzisztort a jellegzetes lineáris zónába juttatja, ezért felerősödik. $V _ {{be_ {0}}}$ $I_ {b} = f (V _ {{be}})$

A B osztályba polarizált közös sugárzóval rendelkező szerelvény esetében, ahol az összes alkatrész tökéletesnek tekinthető, a terhelésre adott teljesítmény:

P_ {s} = {\ frac {1} {2 \ pi}} \ int _ {0} ^ {\ pi} {\ frac {V_ {s} (\ theta) ^ {2}} {R_ {l} }} {\ mathrm d} \ theta = {\ frac {1} {2 \ pi}} {\ frac {V_ {s} ^ {2}} {R_ {l}}} \ int _ {0} ^ { \ pi} \ sin (\ theta) ^ {2} {\ mathrm d} \ theta

P_ {s} = {\ frac {V_ {s} ^ {2}} {4R_ {l}}}

Az elnyelt teljesítmény kiszámítása a következőképpen történik:

P _ {{\ text {abs}}} = {\ frac {1} {2 \ pi}} \ int _ {0} ^ {\ pi} V _ {{cc}} i (\ theta) {\ mathrm d} \ theta = {\ frac {1} {2 \ pi}} V _ {{cc}} \ int _ {0} ^ {\ pi} {\ frac {V_ {s}} {R}} \ sin (\ theta) {\ mathrm d} \ theta

P _ {{\ text {abs}}} = {\ frac {V _ {{cc}} V_ {s}} {\ pi R_ {l}}}

A hozamot a következőképpen fejezzük ki:

\ eta = {\ frac {P_ {s}} {P _ {{\ text {abs}}}}} = {\ frac {\ pi V_ {s}} {4V _ {{cc}}}}

A kitermelés maximális, ha a értéke van : $V_ {s}$ $V _ {{cc}}$

\ eta _ {{\ text {max}}} = {\ frac {\ pi} {4}} = 78,5 \%

Az alacsony és közepes frekvenciájú erősítőket gyakran úgynevezett " push-pull " konfigurációkkal készítik . Ez a szerelvény két, a B osztályban működő, a kimeneten párhuzamosan működő erősítőelemet társít: az egyiket a jel negatív részének, a másodikat pedig a pozitív részének erősítésére. Mivel a teljes jel fel van erősítve, a push-pull szerelvények torzítási sebessége alacsonyabb, mint az „alap” B osztályú erősítőké, miközben jó hatásfokkal fenntartják. A push-pull szerelvények visszacsatolás nélkül szenvednek a nulla feszültség körüli jel-folytonosságtól. Ezt a jelenséget crossover torzításnak nevezzük . Ezért a legtöbb hangerősítő az AB osztályú push-pull szerelvényeket használja, bár egyes szerzők B osztályba sorolhatják.

A push-pull B osztályú erősítők megtalálhatók a DC erősítők kimeneti szakaszában: lineáris szervohurkok, funkciógenerátorok, integrált áramkörök erősítői, valamint a kimeneti fokozatban a legtöbb audio erősítő.

AB osztály

Az AB osztály kompromisszum az A és a B osztály között: az erősítő nyugalmi pontja az A osztályú és a B osztályú erősítő között van. Az ilyen polarizációs módszer lehetővé teszi, hogy az AB osztály alacsony amplitúdójú A osztályban működjön jeleket, majd a B osztályú erősítőként viselkedni a nagy amplitúdójú jeleknél. A B osztályú erősítőkhöz hasonlóan az AB osztályú erősítőket is gyakran használják push-pull konfigurációban annak érdekében, hogy csökkentsék a torzítás mértékét a nagy amplitúdójú jelek erősítésekor.


AB osztályú erősítő.	AB osztályú működés bipoláris tranzisztorra.	Az amplitúdó hatása a kimenetre egy közös AB osztályú sugárzó esetében. Kattintson az animáció megtekintéséhez.

Az AB osztályú húzások fő hátránya a nagy amplitúdójú jelek erősítésekor következik be: a jel egy részét két tranzisztor (A osztályú működési terület) erősíti fel, míg a jel többi részét egyetlen tranzisztor (B osztályú működési terület) erősíti ). Így a szerelvény jelenlegi erősítése nem állandó az amplifikációs „ciklus” alatt. Az áramerősítés ezen változása nagy frekvenciás torzulásokat generál, amikor áthalad a zóna között, ahol két komponens erősíti a jelet, és ahol egyetlen komponens erősíti azt.

A csőerősítők esetében néha két alosztályt adnak az AB osztályhoz: AB1 osztály, a kapuáram megjelenése nélkül, és az AB2 osztály kapuárammal. Ez a két alosztály csak a csöves erősítők esetében értelmezhető. Ez azért van, mert a bipoláris tranzisztorban mindig van egy alapáram, és a terepi hatású tranzisztor kapujának bármilyen feszültségváltozásához áramra lesz szükség ahhoz, hogy feltöltse vagy lemerítse az e tranzisztortechnológiában rejlő kapu-forrás kapacitást.

Termikus kifutási jelenség lehet, ha AB osztályú, bipoláris tranzisztorokon alapuló push-pull szerelvényt használunk . A Re ellenállás soros hozzáadása az egyes végső tranzisztorok emitteréhez és a nyugalmi áram stabilizálása a hőmérséklet függvényében megoldást jelent erre a problémára.

C osztály

A C osztályú erősítők a bemeneti jel kevesebb mint 50% -át erősítik. A torzítás mértéke magas, de elméleti maximális hatásfokuk az erősítő vezetési szögétől függően 78,5% és 100% között van.


C osztályú erősítő.	C osztályú működés bipoláris tranzisztorra.	Az amplitúdó hatása a közös C osztályú adó kimenetére. Kattintson az animáció megtekintéséhez.

A közös emitterrel rendelkező szerelvényeknél a C osztályú előfeszítés azt jelenti, hogy a nyugalmi feszültséget alacsonyabbnak választották, mint a tranzisztor vezetési feszültségét. Így a jel addig nem erősödik, amíg nem hozza a tranzisztor bázis-emitter feszültségét vezetési határfeszültsége fölé (lásd a fenti ábrát). $V _ {{be_ {0}}}$

A C osztályú erősítőket gyakrabban használják a rádióadókban , ahol a torzítás mértéke csökkenthető az erősítő hangolt terhelésének használatával. A bemeneti jel az aktív komponens be- és kikapcsolására szolgál. Ez az impulzusos feszültség áramot hoz létre egy hangolt áramkörön keresztül . A hangolt áramkör csak egy frekvenciatartományban rezonál, így kiküszöböli a nem kívánt frekvenciákat. A kívánt jelet (szinusz hullám) ezután továbbítja a hangolt terhelésre. Ha az erősítendő frekvenciatartomány nem túl nagy, akkor ez a fajta rendszer megfelelően működik. Az utolsó maradék harmonikusok szűrővel eltávolíthatók .

A C osztályú erősítőkből ultrahangos, szelektív nagyfrekvenciás és mikrohullámú erősítőket, valamint nagyfrekvenciás oszcillátorokat készítenek. A C osztályú erősítőket a frekvenciaszorzók elérésére is használják.

D osztály

A D osztályú erősítőket általában elektromos motorok vezérléséhez használják ( szaggatónak vagy inverternek nevezik ). Hangerősítőként is használják őket.

A D osztályú erősítő olyan erősítő, amelyben az összes tápkomponentust kapcsolóként használják: az erősítő alkatrészei vagy blokkolva vannak (áram nem halad át rajtuk), vagy telítettek (a termináljukon a feszültség majdnem nulla). Az első D osztályú erősítők az 1950-es évek elejéről származnak.

Ilyen kimeneti fokozatokat használnak például impulzusgenerátorokban . Ez a kifejezés azonban legtöbbször az erősítőkre vonatkozik, amelyeknek olyan jeleket kell előállítaniuk, amelyek sávszélessége alacsonyabb, mint a kapcsolási frekvencia. Ez az a követelmény, hogy nagy kapcsolási frekvenciát alkalmazzunk annak érdekében, hogy elfogadható torzítási sebességet kapjunk, amely több mint húsz éve blokkolja a D osztályú erősítők fejlesztését. Fejlesztésük két szakaszban zajlott: először a hatvanas évek végén, az erőtér-tranzisztorok megjelenésével, majd a nyolcvanas években, a D osztályú erősítők megvalósításának szentelt integrált áramkörök piacra kerülésével .

A D osztályú erősítők impulzusszélesség-modulációt , impulzus-sűrűség-modulációt vagy olyan fejlettebb modulációs formákat használnak, mint a Sigma delta moduláció . A bemeneti jelet impulzusok sorozatává alakítják, amelyek átlagos értéke egyenesen arányos a jel amplitúdójával a figyelembe vett időpontban.

Shannon tételének tiszteletben tartása érdekében az impulzusok elméleti minimális frekvenciája kétszerese a legmagasabb frekvenciának, amelyet reprodukálni akarunk. A gyakorlatban a torzítás mértékének vagy az áramok harmonikusainak csökkentése érdekében a kapcsolási frekvencia több mint kétszerese a legmagasabb frekvenciának, amelyet vissza akarunk adni. Például az erősítőkben az alkalmazott frekvencia az erősítőktől függően 50 kHz és 1 MHz között van. A D osztályú erősítő kimeneti spektruma tartalmaz nem kívánt frekvenciákat (például a kapcsolási frekvenciát és annak harmonikusait ), amelyeket ki kell szűrni . Ezt a szűrést elvégezheti akár maga a terhelés, akár egy passzív aluláteresztő szűrő. A vágási frekvencia megválasztása kompromisszum: növelése lehetővé teszi a harmonika szűrésének egyszerűsítését a vágás következtében azáltal, hogy eltávolítja azokat a maximális frekvenciától, amelyet vissza akarunk állítani. Másrészt a kapcsolási frekvencia növekedése növeli azokat a kapcsolási veszteségeket is, amelyek a kapcsolóként használt alkatrészek minden állapotváltozásakor bekövetkeznek, csökkentve ezzel az erősítő hatékonyságát.


A D osztályú erősítő vázlatos rajza.	Háromszintű inverter szűretlen "szinuszhullámú" kimeneti feszültsége.	Háromszintű D osztályú erősítő amplitúdójának hatása a kimenetre. Kattintson az animáció megtekintéséhez.

A D osztályú erősítők fő előnye hatékonyságuk. A kimenő impulzusok állandó amplitúdójúak, az erősítő alkatrészeit kapcsolóként használják: blokkolt üzemmódban (áram nem halad át rajtuk) vagy telítetten (a termináljukon a feszültség majdnem nulla), nem pedig lineáris módban működnek. A tranzisztorban a pillanatnyi teljesítmény, amely a feszültség által kapott áram szorzata, ezekben az állapotokban majdnem nulla. Az ilyen típusú erősítők által generált alacsony veszteség lehetővé teszi kisebb hűtőbordák és tápegységek használatát, vagy a kimeneti teljesítmény növelését állandó hűtőbordákkal és tápegységekkel. Mint más működési osztályok esetében, a D osztályú erősítők hatékonysága is növekszik a kimeneten igényelt teljesítmény mellett, ugyanakkor az a sajátosság, hogy gyorsan növekszik, és széles teljesítménytartományban eléri a 80-90% -ot.

Megjegyzés: A D betűt használják az ilyen típusú erősítők kijelölésére, mivel ez a betű jön a C után , és nem a " digital " rövidítése . A D és E osztályú erősítőket néha tévesen digitálisnak nevezik. Ez az összetévesztés a kimenet hullámalakjából származik, amely úgy néz ki, mint egy digitális impulzusvonat. Valójában ezek az erősítők az impulzusszélesség moduláció elvén működnek . A digitális kimeneti jel impulzus kód moduláció lenne .

E osztály

Az E osztályú erősítők nagy hatásfokú erősítők. Általában rádiófrekvenciák erősítésére használják . Az E osztályú erősítők elvét először 1975-ben publikálták Nathan O. Sokal és Alan D. Sokal .

A kapcsolási veszteségek korlátozása érdekében az E osztályú erősítőket úgy tervezték, hogy a tranzisztor állapotváltozása áram hiányában valósuljon meg. Két kapcsolás között a tranzisztor vagy blokkolva van (a rajta átfolyó áram nulla), vagy telített (a kapcsok feszültsége majdnem nulla). A tranzisztor veszteségei, amelyek a kapcsain a feszültség szorzatából származnak az átfolyó áram miatt, az áram hiánya, ha a feszültség nem nulla, és fordítva lehetővé teszi a veszteségek minimalizálását. A tökéletes alkatrészeket használó E osztályú erősítő elméleti hatékonysága 100%. A valódi áramkörök azonban sok tökéletlenségben szenvednek, amelyek megakadályozzák őket abban, hogy ilyen hatékonyságot érjenek el. Ezek a hiányosságok magukban foglalják a véges kapcsolási időket, a belső ellenállást és a tranzisztor nulla nélküli telítési feszültségét, valamint a nagy frekvencián használt passzív alkatrészek veszteségeit. A gyakorlatban az E osztályú erősítőket 3 MHz és 10 GHz közötti frekvenciákra használják, és ez 10% GHz-en 74% -os hatékonyság elérését teszi lehetővé . Általában az üzemi ciklus 50%.

Az erősítők ezen osztályát csak a rádiófrekvencia-tartományban használják, ahol az erősítő elemzését a frekvenciatartományban végzik, és nem a feszültség / áram tartományban.

Az E osztályú erősítő alapdiagramját a szemközti ábra mutatja. A C kondenzátor modellezi a parazita kapacitást a tranzisztor kapcsain, valamint mindazokat, amelyek vele párhuzamosak. Az L 1 jelű tekercs egy ütköző tekercs . Nagy impedanciával rendelkezik az áramforrás működésének biztosításához. Az L 0 tekercs és a C 0 kondenzátor egy rezonáns áramkört képez, amelynek rezonancia frekvenciája megfelel az erősítő működési frekvenciájának.

F osztály

Az E osztályú erősítőkhöz hasonlóan az F osztályú erősítők is nagy hatásfokúak. Ezeket általában a rádiófrekvenciák erősítésére is használják . Ezt az erősítőosztályt csak a rádiófrekvencia-tartományban használják, ahol az erősítőelemzést a frekvenciatartományban végzik, és nem a feszültség / áram tartományban.

Poli-harmonikus erősítők

Ha csak egy tisztán szinuszos jelet akarunk erősíteni, akkor a hagyományos erősítő hatékonyságát növelni lehet azáltal, hogy harmonikusokat adunk az erősítendő jelhez. Ezt a jelet ezután leszűrjük, így a terhelés csak az alapvetőet „látja” .

Például, ha páratlan számú harmonikusokat adunk az erősített feszültséghez, akkor lehetséges a lap tetejének "ellapítása", és az alap amplitúdója nagyobb, mint a hagyományos határ, a nyíróerősítő miatt (lásd a szemközti ábrát). Ugyanezen tápfeszültségnél a maximális amplitúdónak ez a növekedése teszi lehetővé a hatékonyság növelését. Ha a tökéletes alkatrészeket vesszük figyelembe, akkor egy klasszikus lineáris erősítő hatékonysága, amely csak egy harmadik harmonikát ad hozzá, 85-86%, 180 ° vezetési szöggel és 95-96%, 126 ° vezetési szöggel. Ugyanazt az érvelést lehet alkalmazni az elnyelt áram alakjának módosításával, egyenletes sorrendű harmonikusok hozzáadásával és az előfeszítő áram csökkentésével ugyanazon terhelésnél a kimeneten (lásd a szemközti ábrát).

F osztályú erősítők

Az ideális F osztályú erősítő egy kapcsolóerősítő, amely négyzethullámú feszültséget generál az erősítő alkatrészén, elnyeli a fázistól 180 ° -os szinuszos íváramot az aktív komponensen átívelő feszültséggel, és szinuszos áramot juttat az erősítő alkatrészéhez. Egy ilyen erősítő egységhatékonysággal rendelkezik. Az ideális F osztályú erősítő megegyezik egy poliharmonikus erősítővel, végtelen számú szelektív, páratlan rangú szűrővel.

Sajnos lehetetlen végtelen számú szelektív szűrőt beépíteni az erősítőbe. A gyakorlatban a szűrők száma korlátozott, és minél több szűrőt adunk hozzá, annál jobban nő az erősítő hatékonysága. Az F osztályú erősítő hatékonysága magasabb lesz, mint a B osztályé, amikor az F osztályú erősítő egy harmadik rangú szűrőt használ az alapfeszültség növelésére, a második és a négy szűrő pedig az áram ellapítására.

F osztályú inverz erősítők

Ideális inverz F-osztályú erősítő egy kapcsolóerősítő, amely szinuszos feszültséget generál az erősítő komponensén, a fázisból 180 ° -os négyzethullámú áramot elnyeli az aktív komponens kereszteződésével, és szinuszos áramot juttat a terheléshez. Egy ilyen erősítő egységhatékonysággal rendelkezik. Az ideális inverz F-osztályú erősítő megegyezik a végtelen számú páros rangú szelektív szűrővel rendelkező poliharmonikus erősítővel.

G osztály

A G osztályt 1976-ban találta ki a Hitachi az erősítők hatékonyságának növelése érdekében. Ezeknek az erősítőknek több különböző feszültségű buszuk van, és csak a legkisebb feszültségű buszt használják a kívánt feszültség biztosításához a kimeneten. Ezzel az erősítők korlátozzák a kimeneti tranzisztorokban "elveszett" teljesítményt, ezáltal növelve a hatékonyságot.

A G osztályú erősítők egy B osztályú erősítőből, valamint egy vagy több C osztályú erősítőből állnak, a B osztályú erősítők folyamatosan működnek, és csak akkor működnek a legkisebb értékű buszfeszültség mellett. A C osztályú erősítők a magasabb feszültségű buszok egyikét használják, és csak a terhelés feszültségigényeként működnek.

A G osztályú erősítők fő hátránya a több feszültségű busz jelenléte által okozott bonyolultság. Így a használt feszültségsínek száma általában kettő, és ritkán haladja meg a hármat.

H osztály

A H osztályú erősítők hasonlóak a G osztályú erősítőkhöz, azzal a különbséggel, hogy csak egyetlen erősítőt használnak, amelynek tápfeszültsége "követi", vagy a bemeneti jel modulálja. Az áramellátás folyamatosan fenntartja kimeneti feszültségét a szükségesnél valamivel magasabb szinten. Általában két tápfeszültséggel rendelkeznek, mint a G osztályúak, de csak a legnagyobb tápfeszültséget modulálják (V ' cc a szemközti ábrán). A modulált tápegységet általában egy D osztályú erősítő segítségével hajtják végre.

S osztály

Az S osztályú erősítők nevüket Dr. Sandman tervezőjüknek köszönhetik. Alacsony A maximális kimeneti áramú A osztályú erősítőből és B osztályú erősítőből állnak. Az A osztályú erősítő az alacsony teljesítményű jelek áramát szolgáltatja, majd a lépést az erősítőre hagyja. B osztály, amikor a terhelés által igényelt áram megnő túl magas.

A többi osztály

Az előző bekezdésekben leírtakon kívül számos más osztály létezik. Ezek a többi osztály általában az A, B, C vagy D osztályon alapul, amelynek alapelvét kissé módosítják vagy egymás között lépcsőznek jellemzőik javítása vagy két különböző osztály előnyei érdekében. Például a T osztályú erősítő, amely a TriPath bejegyzett védjegye, egy D osztályú erősítőből áll, amely 650 kHz frekvencián működik , és egy saját modulációs rendszerből.

Megjegyzések és hivatkozások

(fr) Ez a cikk részben vagy teljesen kivenni a Wikipedia cikket angolul című „ Electronic erősítő ” ( lásd a szerzők listáját ) .

"Erősítők" , Encyclopædia Universalis, 2008. Az universalis.fr webhelyen konzultáltunk 2008. november 18-án.
Pascal Bareau, "Erősítők" , Mérnöki technikák - elektronika , szerk. Mérnöki technikák, Párizs, 2001. november ( ISSN 0399-4120 ) , vol. 1, N o E 310, p. E-310-1-től E-310-12-ig, fej. 4.: „Működési osztályok” , 12. o. 7–9. [ online előadás a CNRS honlapján, cat.inist.fr ] .
(en) [PDF] David Su, „ CMOS RF teljesítményerősítők: nem lineáris, lineáris, linearizált ” , Atheros Communications, Sunnyvale, Kalifornia, in IEEE Local Chapter , 2002 , p. 4-5-6 / 41. Az ewh.ieee.org oldalról , hozzáférés: 2008. november 18.
(in) G. Randy Slone , nagy teljesítményű audio erősítő gépek Kézi , McGraw-Hill1999, 476 p. ( ISBN 978-0-07-134119-6 ) , p. 143: " Üzleti titok ".
Az AB és C osztályok esetében a vezetési szög a bemeneti jel amplitúdójától függ.
Ha terepi tranzisztort használunk, akkor közös forrásról beszélünk .
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , p. 40: "A osztály hátránya"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , fejezet. 4.1 („A osztályú erősítés”), p. 220-232: "Konfigurációk felmerültek"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
(en) Douglas Self, audio erősítő tervezése Kézikönyv , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ) , p. 260-263: "A osztályú konfigurációk és hatékonyság ".
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , fejezet. 1.4.2.3 („Real A osztály”), p. 47- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Ha a kért áram meghaladja , az erősítő az AB osztályban működik. $Én _ {{C0}}$
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , p. 40: "Alkalmazási területek"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Michel Girard, teljesítmény erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , p. 219: "A és C osztály"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
(en) Douglas Self, Audio Power Amplifier Design Handbook , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ) , p. 36: " B osztály ".
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , p. 41: "B osztály előnye"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , p. 83. "B osztályú erősítők (push-pull szerelvény)"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Douglas Self, annak érdekében, hogy megkülönböztessük őket azoktól, amelyek esetében az A osztály a tényleges használat nagyon fontos részét fedi le.
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , p. 41-42: "Alkalmazási területek"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
(in) G. Randy Slone , nagy teljesítményű audio erősítő gépek Kézi , McGraw-Hill1999, 476 p. ( ISBN 978-0-07-134119-6 ) , fejezet. 6. („Kimeneti szakaszok: konfigurációk, osztályok és eszköztípusok”) , p. 14-146: " AB osztály ".
(en) Douglas Self, audio erősítő tervezése Kézikönyv , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ) , p. 35-36: " AB osztály ".
Marc Corevon - Tanfolyam az erősítőkről §2.6.3 .
Ebben az esetben a vezetési szög 180 °, és az erősítő úgy viselkedik, mint egy B osztály.
Ebben az esetben a vezetési szög nulla, és az erősítő nem erősít semmit.
Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , fejezet. 1.4.1.4 („C elméleti osztály”), p. 43: "Alkalmazási területek"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Frekvenciaszorzó esetén a szelektív kimeneti szűrőt harmonikusra és nem az alapvetőre hangolják.
Michel Girard, teljesítmény erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 ) , fejezet. 3. („Kapcsoló üzemmódú erősítők (D osztály)”) . 187-188: "A D osztály története"- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Lásd például az Analog Devices AD1990 hangerősítőjét.
(en) Douglas Self, audio erősítő tervezése Kézikönyv , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ) , „D osztályú erősítők” , 1. o. 320-321: " Alapelvek ".
Például elektromos motorok.
Általában MOSFET-ek , de csöveket vagy bipoláris tranzisztorokat is használnak.
(en) Douglas Self, audio erősítő tervezése Kézikönyv , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ) , „D osztályú erősítők” , 1. o. 326-327: " Hatékonyság ".
NO Sokal és AD Sokal, „ E osztály - nagy hatékonyságú hangolású egyvégű kapcsolóerősítők új osztálya ”, IEEE Journal of Solid-State Circuits , vol. SC-10, p. 168-176., 1975. június. HVK.
NO Sokal és AD Sokal, " Nagy hatékonyságú hangolt kapcsolóerősítő " (in) az US 3 919 656 számú szabadalom , 1975. november 11.
Az alábbiakban 3 MHz , D osztályú erősítők megszerzése magasabb hatékonyságot.
[PDF] (in) Nathan O. Sokal, E osztályú RF erősítők , QEX , 2001. január-február.
Ez 8% -kal jobb, mint a B osztály, azonos feltételek mellett.
Mindkét esetben a harmadik harmonikus amplitúdója volt egy optimalizálási számítás tárgya.
(in) Andrei Grebennikov és Nathan O. Sokal kapcsolóüzemű rádiófrekvenciás teljesítmény erősítők , Amsterdam / Boston, Newnes,2007, 424 p. ( ISBN 978-0-7506-7962-6 ) , p. 102.
(in) Andrei Grebennikov és Nathan O. Sokal kapcsolóüzemű rádiófrekvenciás teljesítmény erősítők , Amsterdam / Boston, Newnes,2007, 424 p. ( ISBN 978-0-7506-7962-6 ) , p. 108-115.
(en) Douglas Self, Audio Power Amplifier Design Handbook , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ) , p. 37-38: " G osztály ".
A vagy AB osztályú erősítő is használható. A B osztályú erősítő a leggyakoribb választás.
A C osztályú erősítők száma függ a használt feszültségsínektől.
Négy szimmetrikus tápegység esetén.
(en) Douglas Self, audio erősítő tervezése Kézikönyv , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ) , p. 39–40: „ S osztály ”.
(in) Tripath műszaki információk: T-osztályú digitális hangerősítő technológia áttekintése "archivált másolat" (2018. augusztus 6-i verzió az Internet Archívumban ) .
(in) TNT-Audio: Sonic Impact T-Amp - integrált erősítő .
Magma, ismerje a Hi-Fi erősítőt .

Bibliográfia

: a cikk forrásaként használt dokumentum.

Franciául

Michel Girard, Erősítők , Ediscience International,1993, 435 p. ( ISBN 978-2-84074-041-4 )- korábban (1988) McGraw-Hill ( ISBN 2-7042-1180-9 ) .
Paul Horowitz és Winfield Hill ( transz. Angol), Szerződés az analóg és digitális elektronika [ " The Art of Electronics "], vol. 1: Analóg technikák , Nieppe, Publitronic,1996, 538 p. ( ISBN 2-86661-070-9 ).

Angolul

(en) G. Randy Slone , nagy teljesítményű hangerősítő építési kézikönyve , Mcgraw-Hill,1999, 476 p. ( ISBN 978-0-07-134119-6 ).
(en) Douglas Self, Audio Power Amplifier Design Handbook , Newnes,2006, 468 p. ( ISBN 0-7506-8072-5 ).
en) Andrei Grebennikov és Nathan O. Sokal, Switchmode RF erősítők , Amszterdam / Boston, Newnes,2007, 424 p. ( ISBN 978-0-7506-7962-6 ).

Lásd is

Belső linkek

Erősítők
Erősítő egységek
- A bipoláris tranzisztor
- A térvezérlésű tranzisztor

Külső linkek

[PDF] Tanfolyam lineáris bipoláris tranzisztor-erősítésről , Laurent Lubrano
Tanfolyam a bipoláris tranzisztorról kommutációban , Laurent Lubrano és C. TIRE
[PDF] (en) Nathan O. Sokal, E osztályú RF erősítők , QEX , 2001. január / február
[PDF] (en) Alan Poon és Alan Siu Kei RF-erősítők előadása a Torontói Egyetem számára
(in) Audio Rane útmutatója az osztályok felerősítésére
[PDF] (en) Teljesítményerősítők a Sziléziai Műszaki Egyetem weboldalán
[PDF] (hu) Nemzetközi egyenirányító alkalmazás 1071-es megjegyzés: A D osztályú hangerősítő alapjai
[PDF] (en) Marc Correvon tanfolyama az erősítőkről .
[PDF] (en) Folyóiratcikk a G osztályú erősítőről: Alapelv, modellezés és optimalizálás