Tehovahvistimet luokitellaan niiden toiminnan mukaan, erityisesti tulojakson segmentin ja johtumisen keston mukaan. Tehovahvistimet luokitellaan luokkiin A, AB, C, D ja E. Tämä artikkeli tarjoaa kattavan analyysin A-luokan vahvistimista.
A-luokan vahvistin
Luokan A tehovahvistin johtaa virtaa jatkuvasti koko tulosignaalin jakson ajan. Alhaisen hyötysuhteensa vuoksi tätä vahvistinluokkaa käytetään harvemmin suuremmilla tehoasteilla.
Luokan A vahvistimen toimintaperiaate
Luokan A vahvistimien päätarkoitus on minimoida kohinan esiintyminen varmistamalla, että signaalin aaltomuoto pysyy transistorin sisäänmenokäyrän epälineaarisella alueella, nimittäin välillä 0 V ja 0,6 V. Luokan A vahvistimen perusjärjestely on annettu alla:
A-luokan vahvistimissa merkittävä osa vahvistimen tuottamasta tehosta haihtuu lämpönä, mikä johtaa hukkaan. Pääsyy A-luokan vahvistimien alhaiseen hyötysuhteeseen on transistorien jatkuva biasointi, joka johtaa pieneen virrankulkuun myös ilman tulosignaalia.
Luokan A vahvistimet voidaan myös kytkeä suoraan. Suorakytkentäinen A-luokan vahvistin kytkee kuorman transistorin lähtöön muuntajan avulla. Kytkentämuuntaja mahdollistaa tehokkaan impedanssin sovituksen kuormituksen ja lähdön välillä ja toimii siten suurena tehokkuuden parantajana.
Piiri käsittää jännitteenjakajavastukset R1 ja R2 sekä bias-vastuksen ja emitterin Re, jotka stabiloivat piiriä. Ohituskondensaattori CE ja vastus Re on kytketty rinnan emitterissä transienttivaikutusten vähentämiseksi. Tulokondensaattori, joka tunnetaan myös nimellä kytkentäkondensaattori (Cin), kytkee tulosignaalin vaihtojännitteen transistorin kantaan samalla kun se estää edellisen vaiheen tasavirtaa kulkemasta läpi.
Periaatteessa virta kulkee kollektorin resistiivisen kuorman kautta, mikä johtaa siihen tasavirtahäviöön. Siksi tasavirtateho (DC) muunnetaan lämpöenergiaksi kuorman sisällä ilman vaihtovirtatehoa (AC). Ei kuitenkaan ole suositeltavaa siirtää sähkövirtaa suoraan lähtölaitteen kautta. Siksi tämän tavoitteen saavuttamiseksi käytetään erityistä konfiguraatiota käyttämällä sopivaa muuntajaa yhteyden muodostamiseksi kuorman ja vahvistimen välille, kuten yllä mainitusta kaaviosta näkyy.
Impedanssin sovitus
Impedanssisovituksen saavuttamisprosessi sisältää vahvistimen lähtöimpedanssin muuttamisen tavalla, joka vastaa sen tuloimpedanssia.
Impedanssin sovitus voidaan saavuttaa valitsemalla huolellisesti pääkäämin kierrosten lukumäärä, jotta sen kokonaisimpedanssi vastaa transistorin lähtöimpedanssia. Vastaavasti toisiokäämin kierrosten lukumäärä on valittava, jotta saadaan aikaan nettoimpedanssi, joka vastaa myös tuloimpedanssia.
Lähtöominaisuudet
Alla olevan kaavion perusteella on selvää, että Q-piste on tarkasti sijoitettu AC-kuormituslinjan keskipisteeseen ja transistori pysyy johtavana koko sisääntuloaaltomuodon ajan. Maksimihyötysuhde on 50 % A-luokan vahvistimissa.
Käytännön sovelluksissa järjestelmän tehokkuutta voidaan vähentää merkittävästi, mahdollisesti jopa 25 %, johtuen tekijöistä, kuten kapasitiivinen kytkentä ja induktiiviset kuormat, kuten kaiuttimet. Toisin sanoen lähes 75 % tehosta menee hukkaan vahvistimen sisällä. Merkittävä osa tehohäviöstä tapahtuu lämpönä aktiivisten komponenttien, erityisesti transistoreiden, sisällä.
Johtopäätös
Luokan A vahvistimet vahvistavat ja johtavat koko tulosignaalin lähdössä. Ne toimivat ilman keskeytyksiä ja niillä on hyvin yksinkertainen kokoonpano. Jatkuvan toiminnan vuoksi ne ovat kuitenkin alttiita tehohäviöille ja vaativat jäähdytyselementtejä lämmitysvaikutusten lieventämiseksi.