Az erősítő eszközök működésének módjai
Az erősítő eszközök működési módjai. Az erősítők osztályai
Az erősítő működési módjának vagy osztályának koncepcióját az anódos nyugalmi áram aránya és a jeláram nagysága és az anódáram alakja határozza meg. Eddig minden A osztályú erősítőt minden példában figyelembe vettek, bár ezt a tényt semmilyen módon nem hangsúlyozták. A mulasztás kijavításához meg kell adnia néhány definíciót.
Ebben az üzemmódban az anódos nyugalmi áram értéke mindig úgy van beállítva, hogy a bemeneti jel (és ennek hiányában) lehető legalacsonyabb értékénél is az anódáram ne csökkenjen nulla értékre. Más szóval, az A osztályban működő lámpa soha nem zárható le. Ha egy ilyen erősítési fokozat bemenetére (vezérlőhálóra) egy szinuszos feszültséget alkalmazunk, akkor az anódáram alakja is szinuszos lesz. Az A osztályú üzemmódot az erősítés legjobb linearitása jellemzi, de ez a legrosszabb az energiahatékonyság szempontjából. A maximális hatékonyság elméleti értéke a kimeneti jel szinuszos formájával az A osztályú üzemmódban 50%. A legegyszerűbb magyarázat egy nagy nyugalmi áram, amely akkor is létezik, ha a bemeneti jel teljesen hiányzik. Az alacsony hatékonyság mellett a nyilvánvaló magas energiafogyasztás mellett a kényelmetlenség is az, hogy a lámpák anódja eloszlatja a megnövelt hőteljesítményt, ami csökkenti az általuk elérhető maximális hasznos teljesítményt.
Ebben a módban a nyugalmi áram nulla, és az anódáram csak akkor áramlik, ha a bemeneti jel pozitív félhullámai működnek. Így a lámpa a bemeneti jel negatív félhullámának ideje alatt reteszelődik. Mivel a bemeneti jel ténylegesen félhullámú helyesbítésen megy keresztül, a harmonikus formában jelentős torzulások jelennek meg a jelben. A probléma megoldásához további lépéseket kell tenni (kétütemű erősítő rendszerekkel). A B osztályú üzemmódban azonban az anódáram a bemeneti jel amplitúdójának bármely értékére vonatkozik, amely nem sérti az erősítő amplitúdó amplitúdójának linearitását. A kétfokozatú B osztályú erősítő esetén a maximális hatékonyság elméleti értéke (a feszültség és az áramerősség teljes lámpájának teljes felhasználásával, ami a gyakorlatban nem érhető el) a kimeneti jel szinuszos formájával 78,5%. Ez közvetlenül kapcsolódik a nyugalmi áram hiányához.
A C osztályú üzemmódban az anódáram áramának ideje kisebb, mint a bemeneti jel pozitív félhullámának ideje. Ezt a módszert csak a rádióadók RF-erősítői használják, amelyekben a jel alapvető harmonikusának rekonstrukciójára szolgáló rezonancia módszereket lehet használni. Ezt az üzemmódot a hatékonyság és a torzítási szint sokkal magasabb értékek jellemzik, mint az erősítőkben használt B osztályú üzemmódban.
Megszakítási szög. AB osztályú üzemmód
A félgömb azon részének a jellemzésére, amely alatt az anódáram áramlik, a rádiós mérnökök a szögimpulzus szélességét és a cut-off szöget használják. Az aktuális impulzus szögletes időtartamát az időszaknak (radiánban kifejezve) kell érteni, amelynek során anódáram van. A cut-off szögnél (amelyet leggyakrabban az erősítő eszközök működési módjának mennyiségi leírására használnak) az időtartam félértékét jelenti. Ezzel a kifejezéssel, és figyelembe véve, hogy a harmonikus oszcillációk teljes időtartama 360 °, azt mondhatjuk, hogy az A osztályú erősítők esetében az aktuális impulzus időtartama megegyezik az egész periódussal (áramerősség folyamatos), és a cut-off szög 180 °. A B osztályú erősítők esetében a vágási szög 90 °, a C osztályú erősítők esetében pedig 90 ° -nál kisebb.
Mivel közötti átmeneti tartományban az osztály és B osztály tiszta formájukban is elég széles, a bevezetett közbenső osztályú erősítők, úgynevezett class AB mód, ahol az anód áramát egy fél ciklus létezik, és a cut-off szög meghaladja a 90 °, de nem éri el a 180 °.
Az 1. ábrán. A 7.4. Ábrán a lámpa idealizált áteresztőképessége látható (feltételezve, hogy a permeabilitás nulla). Amint az az ábrán látható, az erősítő működési módja (az anódáram által meghatározott) függ a lámpa rácsának előfeszítési feszültségétől. Az A osztályú üzemmódban az eltolást a passzív karakterisztika lineáris szakaszának közepén választják ki, így az anódáram a bemeneti (hálózati) feszültség teljes időszakában létezik. A B osztályú erősítők esetében az előfeszített feszültség a lámpa áthaladási jellemzőjének a levágási feszültségével egyenlő, amely minden negatív feszültségnél zárolja. Ezért csak a bemeneti jelállapot pozitív félciklusának hatására biztosítjuk az anódáram meglétét. A C osztályú üzemmódban a torzítási feszültség negatívabb, mint a lámpa levágási feszültsége. Minél több negatív eltolás van kiválasztva, annál kisebb a vágási szög. Az AB üzemmód eléréséhez éppen ellenkezőleg, az eltolást kevésbé választják ki, mint a vágási feszültség. Ebben az esetben a kevésbé negatív eltolás választódik ki, annál nagyobb a cut-off szög.
AB1 és AB2 osztály üzemmódok
A hangtechnikában rendszerint az AB üzemmódok további besorolása kerül bevezetésre, az ellenőrző rács áramának jelenléte vagy hiánya alapján.
Az AB1 üzemmód AB osztályú módnak tekinthető, amely alatt az ellenőrző rács árama nem létezik. A nagy teljesítményű (több mint 50 W) klasszikus erősítők az AB 1 osztályú push-pull erősítői.
Ábra. 7.4 A bemeneti jel formája és az A, B és C osztályú erősítők anódáramának viszonya
Az AB2 üzemmód az a mód, amelyben a bemeneti jel a rácson lévő potenciális pozitívumot hoz létre a katódhoz képest, ami megteremti a rács áram áramlási körülményeit. Ez növeli a működés hatékonyságát, mivel ebben az állapotban a reziduális anód feszültsége közelebb áll a nulla értékhez, ami különösen fontos a triódák működéséhez. Az elején a szivárogna a rács áram kimeneti fokozat bemeneti impedancia drámaian esik (összhangban az arány 1 / g), és ilyen körülmények között a vezető szakasz köteles nagyon alacsony kimeneti impedancia, hogy a feldolgozott jelet küld kizárólag erre nemlineáris terhelés torzítás nélkül. Ez a további torzító forrás hatásának csökkentése egyetlen olyan szivárgásháló ellenállás használatát jelenti, amelynek alacsony ellenállási értéke kisebb, mint a várt rácsáram; Tehát abban az esetben, amikor a hálózati áram áramlik, a terhelésáram (és ennek következtében az általa okozott nemlineáris torzulások) viszonylagos változása kicsi lesz. Néhány korszerű, aszimmetrikus kimenettel rendelkező erősítő esetében a fejlesztők az A2 munkaosztályt is feltüntetik.
Azt is megmutatjuk, hogy az erősítő hatékonysága csak javítható a teljesítmény linearitása révén.
Amint azt bemutattuk, egy ciklusú kaszkád működtetése a B osztályú üzemmódban jelentős ingadozásokat eredményez a bemeneti jel félhullámú erősítése miatt, ami magasabb harmonikusok megjelenéséhez vezet. Természetesen ez egy nagyon jelentős hátránya a kiváló minőségű Hi-Fi erősítőknek, amelyek nagy vonalú jellemzőket igényelnek.
Most feltételezzük, hogy két lámpa működik a B osztályú üzemmódban, amelyek közül az egyik közvetlenül a bemeneti jelhez van táplálva, a másik pedig fordított (azaz antifázisú) jelekkel van ellátva. A t1 intervallum alatt a felső lámpa áramot vezet, míg a második lámpa zárva van. A t2 intervallum alatt a helyzet megfordul (7.5. Ábra).
Így a bemeneti jel pozitív és negatív félhullámai az anódáramot alternatív módon különböző lámpákban okozzák, aminek következtében a két lámpa bármelyikében az anódáram jelenik meg. A kimeneti jelek egyikének invertálásával és a kimeneti transzformátor másik jeléhez való hozzáadásával visszaállíthatja a bemeneti jel eredeti formáját. Az invertálás úgy történik, hogy az áramlás irányát megváltoztatjuk az egyik tekercsben, vagyis megváltoztatjuk a transzformátor tekercselésének a polaritását. Az ábrán a megfelelő "+" és "-" ikonok jelennek meg. Elvileg a tekercs irányát mutató sémákat gyakran a transzformátor tekercselésének kezdeti tekercselései mutatják pontokkal.
Függetlenül attól, hogy a megrendelés elért ez az eredmény egy transzformátor vagy közvetlen soros kapcsolása erősítő lámpák, mint például a katódkövető Fehér, ezt a kapcsolatot rendszer a közös név - push-pull áramkör, és ez az egyetlen módja annak, hogy jó linearitást jellemzőit erősítők osztály B, sokkal nagyobb hatékonyságot nyújt, mint az A osztályban.
Így nem csoda, hogy egy ilyen osztály jel, majd az azt követő helyreállítás az eredeti formájában nem teljesen fájdalommentes működését, így az osztály erősítők tiszta formában ritkán használják, mert torzulások során előforduló átmeneti folyamat crossover kapcsolatok (reflex), amikor jelerősítő az egyik lámpából a másikba kerül. A gyakorlatban egy kis lámpaáram áramolhat annak érdekében, hogy csökkentse a tranziens hatását, ami AB üzemmódban működési módot eredményez. Az AB osztályú erősítő optimális biasfeszültségének elméleti értékét úgy állapítjuk meg, hogy az átviteli karakterisztika lineáris részét extrapoláljuk a V k bemeneti feszültség tengelye metszéspontjához. A gyakorlatban azonban, a lámpa nem ideális lineáris jelleggörbe, és ők nem tartják inertialess, éles zár így az egyes funkciók jellemző minden lámpa vezet az a tény, hogy az ideális munkapontja nem releváns a valós helyzetet, és a torzítás felmerülő crossover, nem szűnik meg .