Усилители мощности классифицируются в зависимости от того, как они работают, в частности, в зависимости от сегмента и продолжительности проведения входного цикла. Усилители мощности подразделяются на классы A, AB, C, D и E. В этой статье будет представлен всесторонний анализ усилителей класса A.
Усилитель класса А
Усилитель мощности класса А проводит ток непрерывно на протяжении всего цикла входного сигнала. Из-за низкого КПД этот класс усилителей реже используется в каскадах более высокой мощности.
Принцип работы усилителя класса А
Основная цель усилителей класса А — минимизировать наличие шума, гарантируя, что форма сигнала остается в нелинейной области входной характеристики транзистора, а именно между 0 В и 0,6 В. Базовая схема усилителя класса А приведена ниже:
В усилителях класса А значительная часть мощности, генерируемой усилителем, рассеивается в виде тепла, что приводит к отходам. Основной причиной низкой эффективности усилителей класса А является постоянное смещение транзисторов, что приводит к небольшому протеканию тока даже при отсутствии входного сигнала.
Усилители класса А также могут быть подключены напрямую. Усилитель класса А с прямой связью подключает нагрузку к выходу транзистора с помощью трансформатора. Трансформатор связи обеспечивает эффективное согласование импедансов между нагрузкой и выходом, тем самым внося основной вклад в повышение эффективности.
Схема содержит резисторы делителя напряжения R1 и R2, а также резистор смещения и эмиттер Re, служащие для стабилизации схемы. Развязывающий конденсатор CE и резистор Re подключены параллельно эмиттеру для уменьшения переходных эффектов. Входной конденсатор, также известный как конденсатор связи (Cin), служит для связи переменного напряжения входного сигнала с базой транзистора, предотвращая при этом прохождение постоянного тока от предыдущего каскада.
В принципе, ток протекает через резистивную нагрузку коллектора, в результате чего в нем происходит рассеивание постоянного тока. Таким образом, мощность постоянного тока (DC) преобразуется в тепловую энергию внутри нагрузки без генерации выходной мощности переменного тока (AC). Однако не рекомендуется напрямую передавать электрический ток через выходное устройство. Поэтому для достижения этой цели применяется определенная конфигурация с использованием подходящего трансформатора для установления соединения между нагрузкой и усилителем, как показано на вышеупомянутой схеме.
Согласование импеданса
Процесс достижения согласования импедансов включает изменение выходного сопротивления усилителя таким образом, чтобы оно соответствовало его входному сопротивлению.
Согласования импедансов можно добиться, тщательно подбирая количество витков основной обмотки, чтобы ее общее сопротивление соответствовало выходному сопротивлению транзистора. Аналогичным образом, количество витков вторичной обмотки должно быть выбрано таким образом, чтобы создать результирующее сопротивление, которое также соответствовало бы входному сопротивлению.
Выходные характеристики
На диаграмме ниже видно, что точка Q расположена точно в средней точке линии нагрузки переменного тока, и транзистор остается проводящим на протяжении всей формы входного сигнала. Максимальный КПД составляет 50% в усилителях класса А.
В практических приложениях эффективность системы может быть значительно снижена, потенциально до 25%, из-за таких факторов, как емкостная связь и наличие индуктивных нагрузок, таких как громкоговорители. Другими словами, почти 75% мощности теряется внутри усилителя. Значительная часть рассеиваемой мощности происходит в виде тепла внутри активных компонентов, особенно транзисторов.
Заключение
Усилители класса А усиливают и передают весь входной сигнал на выход. Они работают без перебоев и имеют очень простую конфигурацию. Однако из-за непрерывной работы они склонны к потере мощности и требуют радиаторов для смягчения нагрева.