Amplifikatör Devrelerini Anlamak

Genel olarak, bir amplifikatör, bileşenlerin belirtilen derecelendirmesine göre, uygulanan bir düşük güç giriş sinyalini yüksek güçlü bir çıkış sinyaline yükseltmek için tasarlanmış bir devre olarak tanımlanabilir.

Temel işlev aynı kalsa da, amplifikatörler tasarım ve konfigürasyonlarına bağlı olarak farklı kategorilerde sınıflandırılabilir.

Mantıksal Girişleri Yükseltmek için Devreler

Giriş algılama cihazlarından düşük sinyal mantığını çalıştırmak ve yükseltmek için yapılandırılmış tek transistörlü amplifikatörlerle karşılaşmış olabilirsiniz. LDR'ler, fotodiyotlar IR cihazları Bu amplifikatörlerin çıkışı daha sonra bir takla veya sensör cihazlarından gelen sinyallere yanıt olarak bir röle AÇIK / KAPALI.

Bir müziği veya ses girişini önceden yükseltmek veya bir LED lambayı çalıştırmak için kullanılan küçük amplifikatörler de görmüş olabilirsiniz.
Bütün bu küçük amplifikatörler küçük sinyal kuvvetlendiricileri olarak kategorize edilir.

Amplifikatör Türleri

Öncelikle, bir müzik frekansını yükseltmek için amplifikatör devreleri, beslenen küçük müzik girişi birçok kat halinde, normalde 100 ila 1000 kez yükseltilecek ve bir hoparlör üzerinden yeniden üretilecek şekilde dahil edilir.

Watt değerlerine veya güç değerlerine bağlı olarak, bu tür devreler, küçük opamp tabanlı küçük sinyal yükselticilerinden, güç yükselticileri olarak da adlandırılan büyük sinyal yükselticilerine kadar değişen tasarımlara sahip olabilir.Bu yükselticiler, çalışma prensiplerine, devre aşamalarına ve çalışma şekillerine göre teknik olarak sınıflandırılır. bu, amplifikasyon fonksiyonunu işlemek üzere konfigüre edilebilir.

Aşağıdaki tablo bize, amplifikatörlerin teknik özelliklerine ve çalışma ilkelerine göre sınıflandırma ayrıntılarını sağlar:

Temel bir amplifikatör tasarımında, çoğunlukla bipolar transistör veya BJT ağlarına, alan etkili transistörlere (FET'ler) veya işlemsel amplifikatörlere sahip birkaç aşama içerdiğini bulduk.

Bu tür amplifikatör blokları veya modülleri, giriş sinyalini beslemek için bir çift terminale ve bağlı bir hoparlör üzerinden amplifiye edilmiş sinyali almak için çıkışta başka bir çift terminale sahip olarak görülebilir.

Bu ikisinin dışındaki terminallerden biri yer terminalleridir ve giriş ve çıkış aşamaları boyunca ortak bir hat olarak görülebilir.

Bir Amplifikatörün Üç Özelliği

İdeal bir amplifikatörün sahip olması gereken üç önemli özellik şunlardır:

• Giriş Direnci (Rin)
• Çıkış Direnci (Rout)
• Amplifikatörün amplifikasyon aralığı olan kazanç (A).

İdeal Bir Amplifikatörün Çalışmasını Anlamak

Çıkış ve giriş arasındaki güçlendirilmiş sinyaldeki fark, amplifikatörün kazancı olarak adlandırılır. Amplifikatörün, giriş sinyalini çıkış terminalleri boyunca yükseltebildiği büyüklük veya miktardır.

Örneğin, bir amplifikatör 1 voltluk bir giriş sinyalini 50 voltluk güçlendirilmiş bir sinyale işleyecek şekilde derecelendirilmişse, amplifikatörün 50 voltluk bir kazancı olduğunu söyleyebiliriz, bu kadar basittir.
Düşük bir giriş sinyalinin daha yüksek bir çıkış sinyaline yükseltilmesine, kazanç bir amplifikatörün. Alternatif olarak, bu, giriş sinyalinin 50 kat artması olarak anlaşılabilir.

Kazanç Oranı Bu nedenle, bir amplifikatörün kazancı, temelde sinyal seviyelerinin çıkış ve giriş değerlerinin oranıdır veya basitçe çıkış gücünün giriş gücüne bölünmesiyle elde edilir ve aynı zamanda amplifikatörün amplifikasyon gücünü de ifade eden 'A' harfi ile ilişkilendirilir.

Amplifikatör Kazanç Türleri Farklı amplifikatör kazanç türleri şu şekilde sınıflandırılabilir:

1. Gerilim Kazancı (Kapalı)
2. Mevcut Kazanç (Ai)
3. Güç Kazanımı (Ap)

Amplifikatör Kazançlarını Hesaplamak için Örnek Formüller Yukarıdaki 3 kazanım türüne bağlı olarak, bunları hesaplamak için formüller aşağıdaki örneklerden öğrenilebilir:

1. Gerilim Kazancı (Av) = Çıkış Gerilimi / Giriş Gerilimi = Vout / Vin
2. Akım Kazancı (Ai) = Çıkış Akımı / Giriş Akımı = Iout / Iin
3. Güç Kazanımı (Ap) = Ort.x.A ben

Güç kazancını hesaplamak için alternatif olarak aşağıdaki formülü de kullanabilirsiniz:
Güç Kazanımı (Ap) = Çıkış Gücü / Giriş Gücü = Aout / Ain

Alt simge olduğuna dikkat etmek önemlidir. p, v, i Güç hesaplamak için kullanılan, üzerinde çalışılan belirli sinyal kazancı türünü tanımlamak için atanır.

Desibelleri ifade etmek

Bir amplifikatörün güç kazanımını ifade etmenin başka bir yöntemini Desibel veya (dB) olarak bulacaksınız.
Ölçü veya Bel (B) miktarı, ölçü birimi olmayan logaritmik bir birimdir (Taban 10).
Bununla birlikte, bir Desibel, pratik kullanım için çok büyük bir birim olabilir, bu nedenle, amplifikatör hesaplamaları için alçaltılmış desibel (dB) sürümünü kullanıyoruz.
Amplifikatör kazancını desibel cinsinden ölçmek için kullanılabilecek bazı formüller şunlardır:

1. DB cinsinden Gerilim Kazancı: kapalı = 20 * log (Kapalı)
2. DB cinsinden Akım Kazancı: ai = 20 * log (Ai)
3. DB cinsinden Güç Kazanımı: ap = 10 * log (Ap)

DB Ölçümü ile İlgili Bazı Gerçekler
Bir amplifikatörün DC güç kazancının, çıkış / giriş oranının ortak günlüğünün 10 katı olduğunu, oysa akım ve voltaj kazançlarının oranlarının ortak günlüğünün 20 katı olduğunu not etmek önemli olacaktır.

Bu, bir log ölçeği söz konusu olduğu için, log ölçeklerinin doğrusal olmayan ölçüm özelliği nedeniyle 20dB'lik bir kazanımın 10dB'nin iki katı olarak kabul edilemeyeceği anlamına gelir.

Kazanç dB cinsinden ölçüldüğünde, pozitif değerler amplifikatörün kazancını belirtirken, negatif bir dB değeri amplifikatörün kazancının kaybını gösterir.

Örneğin, bir + 3dB kazancı tanımlanırsa, bu belirli amplifikatör çıkışının 2 katı veya x2 kazancını gösterir.

Tersine, sonuç -3dB ise, amplifikatörün% 50 kazanç kaybına veya kazancında x0,5 ölçüsünde kayıp olduğunu gösterir. Bu aynı zamanda, amplifikatörden mümkün olan maksimum çıkış olan 0dB'ye göre, elde edilebilen maksimum güçten -3dB daha düşük olan yarım güç noktası olarak da adlandırılır.

Yükselteçlerin Hesaplanması

Aşağıdaki özelliklere sahip bir amplifikatörün voltajını, akımını ve güç kazancını hesaplayın: Giriş sinyali = 10mV @ 1mAçıkış Sinyali = 1V @ 10mA.Ayrıca, amplifikatörün kazancını desibel (dB) değerleri kullanarak bulun.

Çözüm:

Yukarıda öğrenilen formülleri uygulayarak, eldeki giriş çıkış özelliklerine göre amplifikatörle ilişkili farklı kazanç türlerini değerlendirebiliriz:

Gerilim Kazancı (Av) = Çıkış Gerilimi / Giriş Gerilimi = Vout / Vin = 1 / 0.01 = 100
Akım Kazancı (Ai) = Çıkış Akımı / Giriş Akımı = Iout / Iin = 10/1 = 10
Güç Kazanımı (Ap) = Av. x A ben = 100 x 10 = 1000

Sonuçları Desibel cinsinden almak için aşağıda verilen ilgili formülleri uygularız:

av = 20logAv = 20log100 = 40dB ai = 20logAi = 20log10 = 20dB

ap = 10log Ap = 10log1000 = 30dB

Amplifikatör Alt Bölümleri

Küçük Sinyal Yükselteçleri: Bir amplifikatörün güç ve voltaj kazanım özelliklerine göre, onları birkaç farklı kategoriye ayırmamız mümkün hale gelir.

İlk tip, küçük sinyal amplifikatörü olarak adlandırılır. Bu küçük sinyal amplifikatörleri genellikle ön amplifikatör aşamalarında, enstrümantasyon amplifikatörlerinde vb. Kullanılır.

Bu tür amplifikatörler, sensör cihazlarından veya küçük ses sinyali girişlerinden gelen gibi bazı mikro volt aralığında, girişlerindeki dakika sinyal seviyelerini işlemek için oluşturulur.

Büyük Sinyal Yükselteçleri: İkinci tip amplifikatörlere büyük sinyal amplifikatörleri adı verilir ve adından da anlaşılacağı üzere bunlar, büyük amplifikasyon aralıkları elde etmek için güç amplifikatörü uygulamalarında kullanılır. Bu amplifikatörlerde, giriş sinyali göreceli olarak daha büyüktür, böylece onları yeniden üretmek ve güçlü hoparlörlere sürmek için büyük ölçüde güçlendirilebilirler.

Güç Amplifikatörleri Nasıl Çalışır?

Küçük sinyal amplifikatörleri küçük giriş voltajlarını işlemek için tasarlandığından, bunlara küçük sinyal amplifikatörleri denir. Bununla birlikte, bir amplifikatörün, bir motoru çalıştırma veya alt woofer çalıştırma gibi çıkışlarında yüksek anahtarlama akımı uygulamalarıyla çalışması gerektiğinde, bir güç amplifikatörü kaçınılmaz hale gelir.

En popüler olanı, güç amplifikatörleri, büyük hoparlörleri çalıştırmak ve büyük müzik seviyesi amplifikasyonları ve ses çıkışları elde etmek için ses amplifikatörü olarak kullanılır.

Güç amplifikatörü, çalışması için harici DC gücü gerektirir ve bu DC gücü, çıkışlarında amaçlanan yüksek güç amplifikasyonunu elde etmek için kullanılır. DC gücü genellikle transformatörler veya SMPS tabanlı birimler aracılığıyla yüksek akımlı yüksek voltajlı güç kaynakları aracılığıyla elde edilir.

Güç amplifikatörleri düşük giriş sinyalini yüksek çıkış sinyallerine yükseltebilmesine rağmen, prosedür aslında çok verimli değildir. Bunun nedeni, işlem sırasında önemli miktarda DC gücünün ısı dağıtımı şeklinde boşa gitmesidir.

İdeal bir amplifikatörün neredeyse tüketilen güce eşit bir çıkış üreteceğini ve bunun% 100 verimlilikle sonuçlanacağını biliyoruz. Bununla birlikte, pratik olarak bu oldukça uzak görünüyor ve ısı biçiminde güç cihazlarından kaynaklanan doğal DC güç kayıpları nedeniyle mümkün olmayabilir.

Bir Amplifikatörün Verimliliği Yukarıdaki hususlardan, bir amplifikatörün verimliliğini şu şekilde ifade edebiliriz:

Verimlilik = Amplifikatör Güç çıkışı / Amplifikatör DC tüketimi = Pout / Pin

İdeal Amplifikatör

Yukarıdaki tartışmaya referansla, ideal bir amplifikatörün temel özelliklerini özetlemek mümkün olabilir. Özellikle aşağıda açıklandığı gibidir:

İdeal bir amplifikatörün kazancı (A), değişen giriş sinyaline bakılmaksızın sabit olmalıdır.

1. Kazanç, giriş sinyalinin frekansından bağımsız olarak sabit kalır ve çıkış amplifikasyonunun etkilenmeden kalmasını sağlar.
2. Amplifikatörün çıkışı, amplifikasyon işlemi sırasında her türlü gürültüden arındırılmıştır, aksine, giriş kaynağından gelen herhangi bir olası gürültüyü iptal eden bir gürültü azaltma özelliği içerir.
3. Ortam sıcaklığındaki veya atmosferik sıcaklıktaki değişikliklerden etkilenmeden kalır.
4. Uzun süreli kullanım, amplifikatörün performansı üzerinde çok az etkiye sahiptir veya hiç etkisi yoktur ve tutarlılığını korur.

Elektronik Amplifikatör Sınıflandırması

İster bir voltaj amplifikatörü ister bir güç amplifikatörü olsun, bunlar giriş ve çıkış sinyali özelliklerine göre sınıflandırılır. Bu, giriş sinyali sinyaline göre akım akışını ve çıkışa ulaşması için gereken süreyi analiz ederek yapılır.

Devre konfigürasyonlarına bağlı olarak, güç amplifikatörleri alfabetik bir sıraya göre kategorize edilebilir. Aşağıdakiler gibi farklı operasyonel sınıflarla atanırlar:

A sınıfı'
'B' Sınıfı
'C' Sınıfı
'AB' sınıfı vb.

Bunlar, neredeyse doğrusal çıktı tepkisi, ancak oldukça düşük verimlilikten yüksek verimli doğrusal olmayan çıktı tepkisine kadar değişen özelliklere sahip olabilir.

Bu amplifikatör sınıflarının hiçbiri birbirinden daha zayıf veya daha iyi olarak ayırt edilemez, çünkü her birinin ihtiyaca bağlı olarak kendi özel uygulama alanı vardır.

Bunların her biri için en uygun dönüştürme verimliliklerini bulabilirsiniz ve popülerlikleri aşağıdaki sırayla belirlenebilir:

'A' Sınıfı Amplifikatörler: Verimlilik tipik olarak% 40'ın altındadır, ancak iyileştirilmiş doğrusal sinyal çıkışı gösterebilir.

'B' Sınıfı Amplifikatörler: Amplifikatörün yalnızca aktif cihazlarının güç tüketmesi ve yalnızca% 50 güç kullanımına neden olması nedeniyle verimlilik oranı A sınıfının iki katı olabilir, pratik olarak% 70 civarında olabilir.

Sınıf 'AB'A Amplifikatörler: Bu kategorideki amplifikatörler, A sınıfı ve B sınıfı arasında bir yerde bir verimlilik seviyesine sahiptir, ancak sinyal üretimi, A sınıfına kıyasla daha zayıftır.

'C' Sınıfı Amplifikatörler: Bunların güç tüketimi açısından son derece verimli olduğu kabul edilir, ancak sinyal üretimi en kötüdür ve bol miktarda distorsiyondur ve giriş sinyali özelliklerinin çok zayıf kopyalanmasına neden olur.

A Sınıfı Amplifikatörler Nasıl Çalışır:

Sınıf A amplifikatörleri, aktif bölge içinde ideal olarak önyargılı transistörlere sahiptir ve bu, giriş sinyalinin çıkışta doğru bir şekilde amplifiye edilmesini mümkün kılar.

Bu mükemmel önyargı özelliği nedeniyle, transistörün kesik veya aşırı doygunluk bölgelerine doğru kaymasına asla izin verilmez, bu da sinyal amplifikasyonunun doğru şekilde optimize edilmesine ve aşağıda gösterildiği gibi sinyalin belirtilen üst ve alt sınırlamaları arasında ortalanmasına neden olur. görüntü:

Sınıf A konfigürasyonunda, çıkış dalga formunun iki yarısına aynı transistör setleri uygulanır. Ve kullandığı önyargının türüne bağlı olarak, çıkış gücü transistörleri, giriş sinyalinin uygulanıp uygulanmadığına bakılmaksızın her zaman açık konuma getirilir.

Bu nedenle, A sınıfı amplifikatörler, güç tüketimi açısından son derece zayıf bir verimlilik elde eder, çünkü çıkışa gerçek güç iletimi, cihaz dağıtımı yoluyla aşırı israf nedeniyle engellenir.

Yukarıda açıklanan durumla, sınıf amplifikatörlerinin, bir giriş sinyalinin yokluğunda bile her zaman aşırı ısıtılmış çıkış gücü transistörlerine sahip olduğu görülebilir.

Giriş sinyali olmasa bile, güç kaynağından gelen DC'nin (Ic), giriş sinyali mevcut olduğunda hoparlörden akan akıma eşit olabilecek güç transistörlerinden geçmesine izin verilir. Bu, sürekli bir 'sıcak' transistörlere ve güç israfına yol açar.

B Sınıfı Amplifikatör Çalışması

Tek güç transistörlerine bağlı olan A sınıfı amplifikatör konfigürasyonunun aksine, B sınıfı, devrenin her yarım bölümünde bir çift tamamlayıcı BJT kullanır. Bunlar, NPN / PNP veya N-kanallı mosfet / P-kanallı mosfet şeklinde olabilir).

Burada, transistörlerden birinin giriş sinyalinin bir yarım dalga formu döngüsüne yanıt olarak davranmasına izin verilirken, diğer transistör dalga formunun diğer yarı döngüsünü yönetir.

Bu, çiftteki her bir transistörün, aktif bölge içinde zamanın yarısında ve kesme bölgesinde zamanın yarısında iletilmesini sağlar, böylece sinyalin amplifikasyonunda yalnızca% 50 katılım sağlar.

A sınıfı amplifikatörlerden farklı olarak, B sınıfı amplifikatörlerde güç transistörleri doğrudan bir DC ile önyargılı değildir, bunun yerine konfigürasyon, yalnızca giriş sinyali silikon BJT'ler için yaklaşık 0,6 V olabilen temel verici voltajından daha yüksek olduğunda işlem yapmalarını sağlar.

Bu, giriş sinyali olmadığında BJT'lerin kapalı kaldığı ve çıkış akımının sıfır olduğu anlamına gelir. Ve bu nedenle, herhangi bir durumda giriş sinyalinin yalnızca% 50'sinin çıkışa girmesine izin verilir ve bu amplifikatörler için çok daha iyi bir verimlilik oranı sağlar. Sonuç aşağıdaki diyagramda görülebilir:

B sınıfı amplifikatörlerde güç transistörlerinin önyargılanması için DC'nin doğrudan katılımı olmadığından, her yarım +/- dalga formu döngülerine yanıt olarak iletimi başlatmak için, taban / yayıcı için zorunlu hale gelir. Vbe 0,6V'den daha yüksek bir potansiyel elde etmek için (BJT'ler için standart temel önyargı değeri)

Yukarıdaki gerçeğe bağlı olarak, çıkış dalga formunun 0.6V işaretinin altında olduğu sürece amplifiye edilemeyeceği ve çoğaltılamayacağı anlamına gelir.

Bu, sadece BJT'lerden birinin KAPALI hale geldiği ve diğerinin tekrar AÇIK hale gelmesini beklediği dönemde, çıkış dalga formu için bozuk bir bölgeye yol açar.

Bu, tam olarak bir transistörden diğerine geçiş tamamlayıcı çiftler arasında gerçekleştiğinde, dalga biçiminin küçük bir bölümünün, geçiş süresi veya sıfır geçişe yakın geçiş süresi sırasında küçük bozulmaya maruz kalmasıyla sonuçlanır.

AB Sınıfı Amplifikatör Çalışması

AB sınıfı amplifikatör, sınıf A ve Sınıf B devre tasarımlarından bir karışım f özellikleri kullanılarak üretilmiştir, dolayısıyla Sınıf AB adıdır.

AB Sınıfı tasarımı aynı zamanda bir çift tamamlayıcı BJT ile çalışmasına rağmen, çıkış aşaması, güç BJT'lerinin önyargısının, bir giriş sinyali yokluğunda kesme eşiğine yakın kontrol edilmesini sağlar.

Bu durumda, bir giriş sinyali algılanır algılanmaz, transistörler aktif bölgelerinde normal olarak çalışmayı engeller, böylece B Sınıfı konfigürasyonlarda normalde yaygın olan bir çapraz bozulma olasılığını engeller. Bununla birlikte, BJT'ler boyunca iletilen az miktarda kolektör akımı olabilir, miktar A Sınıfı tasarımlara kıyasla ihmal edilebilir olarak kabul edilebilir.

AB Sınıfı tipi amplifikatör, Sınıf A muadilinin aksine çok daha gelişmiş bir verimlilik oranı ve doğrusal bir yanıt sergiler.

Sınıf AB Amplifikatör Çıkış Dalga Biçimi

Amplifikatör Sınıfı, amplifikasyon sürecini uygulamak için giriş sinyalinin genliği yoluyla transistörlerin nasıl önyargılı olduğuna bağlı olan önemli bir parametredir.

Transistörlerin yürütmesi için giriş sinyali dalga biçiminin büyüklüğünün ne kadarının kullanıldığına ve ayrıca çıktıyı iletmek için fiilen kullanılan ve / veya yayılma yoluyla boşa harcanan güç miktarı ile belirlenen verimlilik faktörüne dayanır.

Bu faktörlerle ilgili olarak, aşağıdaki tabloda verildiği gibi, çeşitli amplifikatör sınıfları arasındaki farkları gösteren bir karşılaştırma raporu nihayet oluşturabiliriz.

Ardından, aşağıdaki tabloda en yaygın amplifikatör sınıflandırma türleri arasında bir karşılaştırma yapabiliriz.

Güç Amplifikatörü Sınıfları

Son düşünceler

Bir amplifikatör, örneğin bir sınıf A amplifikatör tasarımı gibi doğru şekilde tasarlanmadıysa, işlemler için soğutma fanlarının yanı sıra güç cihazlarında önemli bir soğutma gerektirebilir. Bu tür tasarımlar, ısıda boşa harcanan büyük miktardaki gücü telafi etmek için daha büyük güç kaynağı girişlerine de ihtiyaç duyacaktır. Tüm bu dezavantajlar, bu tür amplifikatörleri çok verimsiz hale getirebilir ve bu da, cihazların kademeli olarak bozulmasına ve sonunda arızalara neden olabilir.

Bu nedenle, bir Sınıf A amplifikatörün% 40'ına kıyasla% 70 civarında daha yüksek verimlilikle tasarlanmış bir B Sınıfı amplifikatöre gitmek tavsiye edilebilir. A Sınıfı amplifikatörün, amplifikasyonu ve daha geniş bir frekans yanıtı ile daha doğrusal bir yanıt vaat edebileceğini, ancak bunun önemli bir güç israfı fiyatıyla birlikte geleceğini söyledi.