Класе појачала

У електроници је појачало најчешће коришћени склопни уређај са огромним могућностима примене. У аудио сродној електроници предпојачала и појачала снаге су два различита типа система појачала који се користе у сврхе појачања звука. Али, осим сврхе специфичне за ову апликацију, постоје велике разлике у различитим врстама појачала, углавном у појачивачима снаге. Дакле, овде ћемо истражити различите класе појачала заједно са њиховим предностима и недостацима.

Класификације појачала помоћу слова

Класе појачала су идентитет перформанси појачала и карактеристика. Различити типови појачавача снаге дају различите одзиве приликом проласка струје кроз њих. Према њиховим спецификацијама, појачалима су додељена различита слова или абецеде који представљају њихове класе. Постоје различите класе појачала која почињу од А, Б, Ц, АБ, Д, Е, Ф, Т итд. Од тих класа најчешће коришћене класе аудио појачала су А, Б, АБ, Ц. Остале класе су савремена појачала која користе преклопну топологију и ПВМ (Пулсе Видтх Модулатион) технику за покретање излазног оптерећења. Понекад се побољшаној верзији традиционалних класа додељује слово да би се класификовале као друга класа појачала, попут појачала класе Г модификована класа појачала класе Б или класе АБ појачала.

Класе појачала представљају пропорцију улазног циклуса када се струја пролази кроз појачало. Улазни циклус је угао проводљивости који произилази из проводљивости синусоидног таласа на улазу појачала. Овај проводни угао је изузетно пропорционалан појачивачима на време током пуног циклуса. Ако је појачало увек укључено током циклуса, угао проводљивости биће 360 степени. Дакле, ако појачало пружа угао проводљивости од 360 степени, тада је појачало користило комплетан улазни сигнал и активни елемент спроведен кроз 100% временски период комплетног синусоидног циклуса.

У наставку ћемо приказати традиционалне класе појачала снаге у распону од класе А, Б, АБ и Ц, а такође и појачало класе Д које се широко користи у дизајну пребацивања. Ове класе се не користе само у појачивачима снаге већ се користе и у круговима аудио појачала.

Појачало класе А.

Појачало класе А је појачало високог појачања високе линеарности. У случају појачала класе А, угао проводљивости је 360 степени. Као што смо горе навели, угао проводљивости од 360 степени значи да уређај за појачање остаје активан све време и да користи комплетан улазни сигнал. На слици испод приказано је појачало идеалне класе А.

Као што видимо на слици, постоји један активни елемент, транзистор. Непристрасност транзистора остаје УКЉУЧЕНА све време. Захваљујући овој функцији никад искључивања, појачало класе А пружа бољу стабилност високе фреквенције и повратне спреге. Поред ових предности, појачало класе А је лако конструисати са компонентом за један уређај и минималним бројем делова.

Упркос предностима и великој линеарности, свакако има многа ограничења. Због континуиране проводне природе, појачало класе А доноси велике губитке снаге. Такође, због велике линеарности, појачало класе А пружа изобличења и буку. За напајање и конструкцију пристрасности потребан је пажљив одабир компонената како би се избегла нежељена бука и минимализовала изобличења.

Због великог губитка снаге у појачалу класе А, он емитује топлоту и захтева већи простор хладњака. Ефикасност је врло слаба код појачавача класе А, теоретски, ефикасност варира између 25 и 30% ако се користи са уобичајеном конфигурацијом. Ефикасност се може побољшати коришћењем индуктивно спрегнуте конфигурације, али ефикасност у том случају није већа од 45-50%, па је погодна само за потребе појачавања слабог сигнала или ниског нивоа снаге.

Појачало класе Б.

Појачало класе Б се мало разликује од класе А. Створено је помоћу два активна уређаја који спроводе половину стварног циклуса, односно 180 степени циклуса. Два уређаја пружају комбиновани тренутни погон за оптерећење.

На горњој слици приказана је идеална конфигурација појачала класе Б. Састоји се од два активна уређаја који постају пристрасни један по један током позитивног и негативног полуциклуса синусоидног таласа и самим тим сигнал се гура или повлачи на појачани ниво и са позитивне и са негативне стране и комбинујући резултат добијамо комплетан циклус на излазу. Сваки уређај се укључио или постао активан у половини циклуса, и захваљујући томе ефикасност се побољшава, у поређењу са ефикасношћу појачала класе А од 25-30%, теоретски пружа више од 60% ефикасности. Графикон улазног и излазног сигнала сваког уређаја можемо видети на доњој слици. Ефикасност није више од 78% за класу Б појачало . Одвођење топлоте је у овој класи смањено на најмању могућу меру, пружајући мали простор хладњаку.

Али, и ова класа има ограничења. Веома дубоко ограничење ове класе је крижање изобличења. Како два уређаја пружају сваку половину синусоидних таласа који се комбинују и спајају преко излаза, долази до неусклађености (укрштања) у региону, где су две половине комбиноване. То је зато што када један уређај заврши полуциклус, други мора да обезбеди исту снагу готово у исто време када други заврши посао. Тешко је поправити ову грешку у појачалу класе А, јер током активног уређаја други уређај остаје потпуно неактиван. Грешка обезбеђује изобличење излазног сигнала. Због овог ограничења, велики је неуспех у примени прецизних аудио појачала.

Појачало класе АБ

Алтернативни приступ за превазилажење унакрсно над дисторзију, је да користите АБ појачало. Појачало класе АБ користи средњи угао проводљивости и класе А и Б, тако да у овој топологији појачала АБ можемо видети својство појачала класе А и класе Б. Као и класа Б, има исту конфигурацију са два активна уређаја који спроводе током половине циклуса појединачно, али сваки уређај има различиту пристрасност, тако да се не искључују у потпуности током неупотребљивог тренутка (прелазни тренутак). Сваки уређај не напушта проводљивост одмах након завршетка половине синусоидног таласног облика, већ спроводи малу количину улаза током следећег пола циклуса. Коришћењем ове технике пристрасности, неслагање крижања током мртве зоне драматично се смањује.

Али у овој конфигурацији ефикасност је смањена јер је линеарност уређаја угрожена. Ефикасност остаје већа од ефикасности типичног појачала класе А, али је мања од система појачала класе Б. Такође, диоде треба пажљиво одабрати са потпуно истим рејтингом и треба их поставити што ближе излазном уређају. У неким конструкцијама кола, дизајнери имају тенденцију да додају отпорник мале вредности како би се обезбедила стабилна струја мировања на уређају како би се минимализовала изобличења на излазу.

Појачало класе Ц.

Поред појачала класе А, Б и АБ, постоји још једно појачало класе Ц. То је традиционално појачало које ради другачије од осталих класа појачала. Појачало класе Ц је подешено појачало које ради у два различита режима рада, подешено или неусклађено. Ефикасност појачала класе Ц је много већа од А, Б и АБ. Максимална ефикасност од 80% може се постићи у операцијама везаним за радио фреквенције

Појачало класе Ц користи проводни угао мањи од 180 степени. Током ненастављеног режима, одељак тјунера је изостављен из конфигурације појачала. У овој операцији појачало класе Ц такође даје огромна изобличења на излазу.

Када је коло изложено подешеном оптерећењу, коло стеже излазни ниво пристрасности са просечним излазним напоном једнаким напону напајања. Угађена операција назива се цлампер. Током ове операције сигнал добија свој правилан облик и средишња фреквенција постаје мање изобличена.

У типичним применама појачало класе Ц даје 60-70% ефикасности.

Појачало класе Д.

Појачало класе Д је комутационо појачало које користи модулацију ширине импулса или ПВМ. Проводни угао није фактор у том случају јер се директни улазни сигнал мења променљивом ширином импулса.

У овом систему појачала класе Д линеарно појачање није прихваћено јер раде баш као типични прекидачи који имају само две операције, УКЉУЧЕНО или ИСКЉУЧЕНО.

Пре обраде улазног сигнала, аналогни сигнал се претвара у импулсни ток разним модулационим техникама, а затим примењује на систем појачала. Како је трајање импулса повезано са аналогним сигналом, он се поново реконструише помоћу нископропусног филтера преко излаза.

Појачало класе Д је најјача енергетски ефикасна класа појачала у А, Б, АБ и Ц и Д сегменту. Има мање одвођење топлоте, па је потребан мали хладњак. Коло захтева разне склопне компоненте попут МОСФЕТ-ова који имају мали отпор.

То је широко коришћена топологија у дигиталним аудио плејерима или код управљања моторима. Али треба имати на уму да то није дигитални претварач. Иако за појачане фреквенције појачало класе Д није савршен избор, јер у неколико случајева има ограничења ширине опсега, у зависности од могућности нископропусног филтера и модула претварача.

Остале класе појачала

Осим традиционалних појачала, постоји још неколико класа, а то су класа Е, класа Ф, класа Г и Х.

Појачало класе Е је високо ефикасно појачало снаге које користи комутационе топологије и ради на радио фреквенцијама. Једнополни преклопни елемент и подешена реактивна мрежа главна су компонента која се користи са појачалом класе Е.

Класа Ф је појачало високе импедансе у односу на хармонике. Може се возити помоћу квадратног или синусног таласа. За улаз синусоидног таласа, ово појачало се може подесити помоћу индуктора и може се користити за повећање појачања.

Класа Г користи пребацивање шина да би смањила потрошњу енергије и побољшала перформансе. А класа Х је даље побољшана верзија класе Г.

Додатне класе су појачала посебне намене. У неким случајевима произвођач пружа слова која означавају њихов власнички дизајн. Један од најбољих примера је појачало класе Т, које је заштитни знак за посебан тип комутационог појачала класе Д, који се користи за Трипатх-ове технологије појачала, што је патентирани дизајн.