Разумевање кругова појачала

Генерално, појачало се може дефинисати као склоп дизајниран да појача примењени улазни сигнал мале снаге у излазни сигнал велике снаге, према специфицираној оцени компонената.

Иако основна функција остаје иста, појачала би се могла класификовати у различите категорије у зависности од њиховог дизајна и конфигурације.

Кола за појачавање логичких улаза

Можда сте наишли на појединачна транзисторска појачала која су конфигурисана да раде и појачавају логику слабог сигнала са улазних сензорских уређаја попут ЛДР, фотодиоде , ИР уређаји. Излази из ових појачала се затим користе за пребацивање а Флип флоп или релеј УКЉУЧЕН / ИСКЉУЧЕН као одговор на сигнале сензорских уређаја.

Можда сте видели и мала појачала која се користе за предпојачање музичког или аудио улаза или за управљање ЛЕД лампом.
Све ово мала појачала су категорисана као мала појачала сигнала.

Врсте појачала

Првенствено су уграђени кругови појачала за појачавање музичке фреквенције тако да се напајани мали музички улаз појачава у много набора, обично 100 пута до 1000 пута и репродукује преко звучника.

У зависности од њихове снаге или снаге, такви склопови могу имати дизајн који се креће од малих појачавача заснованих на опамп-у до великих појачавача сигнала који се називају и појачалима снаге. Ова појачала су технички класификована на основу њихових принципа рада, степена кола и начина на који који могу бити конфигурисани за обраду функције појачања.

Следећа табела пружа нам детаље о класификацији појачала на основу њихових техничких спецификација и принципа рада:

У основном дизајну појачала откривамо да углавном укључује неколико степеништа које имају мреже биполарних транзистора или БЈТ-а, транзисторе са ефектом поља (ФЕТ) или оперативна појачала.

Такви појачавачки блокови или модули могу се видети са неколико терминала за напајање улазног сигнала и још једним паром терминала на излазу за усвајање појачаног сигнала преко повезаног звучника.

Један од ова два терминала су земаљски терминали и на њих се може гледати као на заједничку линију преко улазне и излазне фазе.

Три својства појачала

Три важна својства која би идеално појачало требало да имају су:

• Улазни отпор (Рин)
• Излазни отпор (рута)
• Добитак (А) који представља опсег појачања појачала.

Разумевање рада идеалног појачала

Разлика у појачаном сигналу између излаза и улаза назива се појачањем појачавача. То је величина или количина којом појачало може да појача улазни сигнал преко својих излазних терминала.

Узмимо за пример, ако је појачало оцењено да обрађује улазни сигнал од 1 волта у појачани сигнал од 50 волти, онда бисмо рекли да појачало има појачање од 50, то је тако једноставно.
Ово побољшање ниског улазног сигнала ка вишем излазном сигналу назива се добитак појачала. Алтернативно, ово се може схватити као повећање улазног сигнала за фактор 50.

Коефицијент добитка Дакле, појачање појачавача је у основи однос излазних и улазних вредности нивоа сигнала, или једноставно излазна снага подељена улазном снагом, а приписује се словом 'А' што такође означава снагу појачања појачавача.

Врсте појачала појачала Различите врсте појачања појачала могу се класификовати као:

1. Појачање напона (искључено)
2. Тренутни добитак (Аи)
3. Добитак снаге (ап)

Примери формула за израчунавање појачала појачала У зависности од горе наведене 3 врсте добитака, формуле за њихово израчунавање могу се научити из следећих примера:

1. Појачање напона (Ав) = Излазни напон / улазни напон = Воут / Вин
2. Појачање струје (Аи) = Излазна струја / улазна струја = Иоут / Иин
3. Пораст снаге (Ап) = просечно к.А и

За израчунавање добитка енергије, алтернативно можете користити и формулу:
Добитак снаге (Ап) = Излазна снага / Улазна снага = Излаз / Аин

Било би важно приметити да је индекс п, в, и користе се за израчунавање снаге додељују се за идентификовање одређене врсте појачања сигнала на којој се ради.

Изражавање децибела

Пронаћи ћете још један начин изражавања појачања снаге појачала, који је у децибелима или (дБ).
Мера или величина Бел (Б) је логаритамска јединица (база 10) која нема мерну јединицу.
Међутим, Децибел би могао бити превелика јединица за практичну употребу, па зато користимо спуштену верзију децибела (дБ) за прорачуне појачала.
Ево неколико формула које се могу користити за мерење појачања појачала у децибелима:

1. Појачање напона у дБ: искључено = 20 * лог (Искључено)
2. Појачање струје у дБ: аи = 20 * лог (Аи)
3. Пораст снаге у дБ: ап = 10 * лог (Ап)

Неке чињенице о мерењу дБ
Било би важно напоменути да је појачање једносмерне снаге појачала 10 пута веће од заједничког дневника његовог односа излаз / улаз, док су добици струје и напона 20 пута већи од заједничког дневника њихових односа.

То имплицира да се због тога што је укључена скала дневника, појачање од 20дБ не може сматрати двоструким од 10дБ, због нелинеарних карактеристика мерења скала дневника.

Када се појачање мери у дБ, позитивне вредности означавају појачање појачала, док негативна вредност дБ указује на губитак појачања појачала.

На пример, ако се идентификује појачање + 3дБ, то указује на двоструко или к2 појачање одређеног излаза појачала.

Супротно томе, ако је резултат -3дБ, значи да појачало има губитак од 50% појачања или к0,5 меру губитка у свом појачању. Ово се такође назива тачком пола снаге, што значи -3дБ нижом од максималне достижне снаге, с обзиром на 0дБ што је максимално могући излаз из појачала

Израчунавање појачала

Израчунајте појачање напона, струје и снаге појачала са следећим спецификацијама: Улазни сигнал = 10мВ @ 1мА Излазни сигнал = 1В @ 10мА. Додатно сазнајте појачање појачала помоћу вредности у децибелима (дБ).

Решење:

Примењујући горе научене формуле, можемо проценити различите врсте добитака повезаних са појачалом према улазним излазним спецификацијама у руци:

Појачање напона (Ав) = Излазни напон / улазни напон = Воут / Вин = 1 / 0,01 = 100
Појачање струје (Аи) = Излазна струја / улазна струја = Иоут / Иин = 10/1 = 10
Добитак снаге (Ап) = Ав. к А. и = 100 к 10 = 1000

Да бисмо добили резултате у Децибелима, примењујемо одговарајуће формуле како су дате у наставку:

ав = 20логАв = 20лог100 = 40дБ аи = 20логАи = 20лог10 = 20дБ

ап = 10лог Ап = 10лог1000 = 30дБ

Појачала Пододјељења

Појачала за мали сигнал: С обзиром на спецификације појачања снаге и напона појачала, постаје нам могуће да их поделимо у неколико различитих категорија.

Први тип се назива малим појачавачем сигнала. Ова мала појачала сигнала углавном се користе у фазама претпојачала, појачивачима инструментације итд.

Ове врсте појачала створене су за руковање минутним нивоима сигнала на њиховим улазима, у опсегу неких микроволти, као што су сензорски уређаји или мали улази аудио сигнала.

Велики појачавачи сигнала: Друга врста појачала су именована као велика појачала сигнала, и као што назив говори, она се користе у апликацијама појачавача снаге за постизање огромних опсега појачања. У овим појачалима улазни сигнал је релативно веће величине, тако да би могао бити знатно појачан за репродукцију и увођење у моћне звучнике.

Како раде појачала

Будући да су мала појачала сигнала дизајнирана да обрађују мале улазне напоне, они се називају малим појачалима сигнала. Међутим, када је појачало потребно за рад са апликацијама са високом комутационом струјом на њиховим излазима, попут управљања мотором или рада са субвооферима, појачало снаге постаје неизбежно.

Најпопуларнија појачала се користе као аудио појачала за погон великих звучника и за постизање огромних појачања музичког нивоа и јачине звука.

Појачала за свој рад захтевају спољно једносмерно напајање, а та једносмерна снага се користи за постизање предвиђеног појачања велике снаге на њиховом излазу. Једносмерна снага се обично добија преко високонапонских високонапонских извора напајања преко трансформатора или СМПС јединица.

Иако су појачала снаге у стању да појачају доњи улазни сигнал у високо излазне сигнале, поступак заправо није врло ефикасан. То је зато што се у том процесу троши значајна количина једносмерне енергије у облику одвођења топлоте.

Знамо да би идеално појачало производило излаз готово једнак потрошеној снази, што би резултирало ефикасношћу од 100%. Међутим, ово практично изгледа прилично удаљено и можда није изводљиво због инхерентних губитака једносмерне енергије из уређаја у облику топлоте.

Ефикасност појачала Из горњих разматрања, ефикасност појачала можемо изразити као:

Ефикасност = Појачало Излазна снага / Потрошња једносмерне струје појачала = Поут / Пин

Идеално појачало

Позивајући се на горњу дискусију, можда ће нам бити могуће дати преглед главних карактеристика идеалног појачала. Они су посебно објашњени у наставку:

Појачање (А) идеалног појачала требало би да буде константно без обзира на променљиви улазни сигнал.

1. Појачање остаје константно без обзира на фреквенцију улазног сигнала, омогућавајући тако да излазно појачање остане непромењено.
2. Излаз појачала је без било какве буке током процеса појачања, већ напротив, укључује функцију смањења шума која поништава сваки могући шум који се уноси кроз улазни извор.
3. На њега не утичу промене температуре околине или атмосферске температуре.
4. Дуготрајна употреба има минималан или никакав утицај на перформансе појачала и остаје доследна.

Класификација електронског појачала

Било да је реч о појачивачу напона или појачалу снаге, они су класификовани на основу карактеристика улазног и излазног сигнала. То се постиже анализом протока струје у односу на сигнал улазног сигнала и времена потребног да достигне излаз.

На основу њихове конфигурације кола, појачала снаге могу се категорисати по абецедном реду. Њима се додељују различите оперативне класе као што су:

Класа 'А'
Класа 'Б'
Класа 'Ц'
Класа 'АБ' и тако даље.

Они могу имати својства која се крећу од готово линеарног излазног одзива, али прилично ниске ефикасности до нелинеарног излазног одзива са високом ефикасношћу.

Ниједна од ових класа појачала не може се разликовати као сиромашнија или боља једна од друге, јер свака има своје специфично подручје примене, у зависности од захтева.

Можда ћете пронаћи оптималну ефикасност конверзије за сваку од њих, а њихова популарност може се утврдити следећим редоследом:

Појачала класе 'А': Ефикасност је обично нижа од мање од 40%, али може показати побољшани линеарни излаз сигнала.

Појачала класе 'Б': Стопа ефикасности може бити двоструко већа од класе А, практично око 70%, због чињенице да само активни уређаји појачала троше снагу, што узрокује само 50% употребе енергије.

Појачала класе 'АБ': Појачала у овој категорији имају ниво ефикасности негде између нивоа класе А и класе Б, али је репродукција сигнала слабија у поређењу са класом А.

Појачала класе 'Ц': Сматра се да су изузетно ефикасна у погледу потрошње енергије, али репродукција сигнала је најгора са доста изобличења, што доводи до врло лоше репликације карактеристика улазног сигнала.

Како раде појачала класе А:

Појачала класе А имају идеално пристрасне транзисторе унутар активне регије, што омогућава тачно појачавање улазног сигнала на излазу.

Због ове савршене карактеристике пристраности, транзистору се никада не дозвољава да се заноси према својим одсеченим или прекомерним зонама засићења, што резултира појачавањем сигнала тачно оптимизованим и центрираним између наведених горњих и доњих ограничења сигнала, као што је приказано у следећем слика:

У конфигурацији класе А, идентични скупови транзистора примењују се на две половине излазног таласног облика. И у зависности од врсте пристраности коју користи, транзистори излазне снаге се увек приказују у укљученом положају, без обзира да ли је улазни сигнал примењен или не.

Због тога појачала класе А добијају изузетно лошу ефикасност у погледу потрошње енергије, јер се стварна испорука снаге на излаз отежава због вишка расипања расипањем уређаја.

Са горе објашњеном ситуацијом, могу се видети појачала класе која увек имају прегрејане излазне транзисторе снаге чак и у одсуству улазног сигнала.

Иако нема улазног сигнала, једносмерној струји (Иц) из напајања је дозвољено да тече кроз транзисторе снаге, што може бити једнако струји која пролази кроз звучник када је улазни сигнал био присутан. То доводи до континуираних „врућих“ транзистора и расипања енергије.

Рад појачала класе Б.

За разлику од конфигурације појачала класе А које зависе од појединачних транзистора снаге, класа Б користи пар комплементарних БЈТ-ова у свакој половини секције кола. Они могу бити у облику НПН / ПНП или Н-канални МОСФЕТ / П-канални МОСФЕТ).

Овде је дозвољено да један од транзистора проводи као одговор на пола циклуса таласног облика улазног сигнала, док други транзистор обрађује другу половину циклуса таласног облика.

Ово осигурава да сваки транзистор у пару спроводи половину времена у активном региону и половину времена у пресечном делу, омогућавајући тако само 50% учешћа у појачању сигнала.

За разлику од појачала класе А, у појачалима класе Б транзистори снаге нису пристрасни са директним једносмерном струјом, већ им конфигурација обезбеђује да се проводе само док улазни сигнал прелази основни напон емитора, што би могло бити око 0,6 В за силицијумске БЈТ-ове.

То подразумева да, када нема улазног сигнала, БЈТ-ови остају искључени, а излазна струја је нула. Због овога је дозвољено да само 50% улазног сигнала уђе у излаз у било ком случају, што омогућава много бољу ефикасност ових појачала. Резултат се може видети на следећем дијаграму:

Будући да не постоји директно укључивање једносмерне струје за одступање транзистора снаге у појачалима класе Б, како би се покренуло провођење као одговор на сваких пола циклуса +/- таласа, постаје неопходно за њихову базу / емитер Вбе да се стекне већи потенцијал од 0,6 В (стандардна основна вредност одступања за БЈТ)

Због горе наведене чињенице, подразумева се да док је излазни таласни облик испод 0,6В, он се не може појачати и репродуковати.

То доводи до изобличеног подручја излазног таласног облика, управо током периода када се један од БЈТ-ова искључи и чека да се други поново укључи.

То резултира малим делом таласног облика који је подвргнут мањим изобличењима током периода укрштања или прелазног периода у близини преласка нуле, тачно када се прелазак са једног транзистора на други догоди преко комплементарних парова.

Појачало класе АБ

Појачало класе АБ израђено је користећи комбинацију ф карактеристика из дизајна кола класе А и класе, па отуда и назив Класа АБ.

Иако дизајн класе АБ такође ради са паром комплементарних БЈТ-ова, излазни степен осигурава да се одступање снаге БЈТ-а контролише близу граничног прага, у одсуству улазног сигнала.

У овој ситуацији, чим се осети улазни сигнал, транзистори почињу нормално да раде у свом активном региону, чиме се инхибира свака могућност унакрсног изобличења, што је уобичајено у конфигурацијама класе Б. Међутим, може постојати мала количина струје колектора која проводи кроз БЈТ-ове, та количина се може сматрати занемарљивом у поређењу са дизајном класе А.

Појачала класе АБ показују знатно побољшану ефикасност и линеарни одзив за разлику од колеге класе А.

Излаз таласног облика појачала класе АБ

Класа појачала је важан параметар који зависи од начина на који су транзистори пристрасни кроз амплитуду улазног сигнала, за спровођење процеса појачања.

Ослања се на то колико се величине таласног облика улазног сигнала користи за провођење транзистора, као и на фактор ефикасности, који се одређује количином енергије која се стварно користи за испоруку излаза и / или се троши расипањем.

Што се тиче ових фактора, коначно можемо створити извештај о упоређивању који приказује разлике између различитих класа појачала, као што је дато у следећој табели.

Тада можемо да извршимо поређење између најчешћих типова класификација појачала у следећој табели.

Класе појачала снаге

Последње мисли

Ако појачало није правилно пројектовано, као што је на пример дизајн појачала класе А, може захтевати знатно хладјење на уређајима за напајање, заједно са вентилаторима за хлађење за рад. Таквим дизајном такође ће бити потребни већи улази за напајање како би надокнадили огромне количине енергије потрошене у топлоти. Сви такви недостаци могу таква појачала учинити врло неефикасним, што заузврат може проузроковати постепено пропадање уређаја и на крају кварове.

Стога би могло бити упутно одабрати појачало класе Б пројектовано са већом ефикасношћу од око 70% за разлику од 40% појачала класе А. Речено је да појачало класе А може да обећава линеарнији одзив са својим појачавањем и ширим фреквенцијским одзивом, мада то долази уз цену значајног расипања енергије.