Posted on

Třídy zesilovačů

Obecně je zesilovač tvořen zesilovacím prvkem (tranzistorem nebo elektronkou) a pomocnými obvody zajišťujícími nastavení a stabilizaci pracovního bodu. Často bývá v zařízeních použita kombinace zesilovačů – předzesilovač, zesilovač, výkonový zesilovač. Dále se článek omezuje pouze na nízkofrekvenční zesilovače do 20kHz, které najdou své použití zejména v audio technice.

Rozdělení podle tříd zesilovačů

Podle pacovního bodu (ve které části pracovní charakteristiky zesilovací prvek pracuje) rozdělujeme zesilovače do tzv. tříd. Z tříd potom vycházejí jejich základní zapojení, výhody i nevýhody.

Třída A

Pouze jeden zesilovací prvek, a pracovní bod je umístěn v lineární části své charakteristiky. Většinou uprostřed, proto má zesilovač třídy A vysokou linearitu (malé zkreslení), ale velmi malou účinnost(25-40%). Zbývající část výkonu se ztratí v teple. Některé zesilovač umožňují uživatelsky měnit hodnotu pracovního bodu (nízká/vysoká hlasitost) a tím optimalizovat ztráty energie.

Třída B

Znamená dva výstupní tranzistory, kde každý zesiluje jen jedu půlvlnu vstupního signálu. Zapojení má mnohem větší účinnost ve srovnání s třídou A, trpí však velkým přechodovým zkreslením v oblasti, kde výstupní signál prochází nulou. (účinnost kolem 75%, moc se nepoužívá)

Třída AB

Kompromisem mezi třídami A a B je třída AB, kterou charakterizuje větší účinnost (ve srovnání s třídou A) a menší zkreslení (srovnáme–li s třídou B). Za vše může jednoduchý posun pracovního bodu obou tranzistorů tak, aby vedly i v oblasti minimálních amplitud, kde zesilovač třídy B vykazuje nepříjemné nelinearity. V praxi to znamená aktivitu obou tranzistorů i v případě malých signálů (třída A). Při větších amplitudách je jeden z tranzistorů po část periody zcela uzavřen. (účinnost kolem 75%, v Audiu velmi rozšířen)

Třída C

Pro nízkofrekvenční zapojení nemá význam, zato ve VF technice se dobře uplatní pro vysílače AM a FM. Tranzistor není otevřen ani polovinu periody vstupního signálu (předpětí báze). Pracovní bod C se pohybuje v aktivní oblasti po mnohem kratší dobu než je 180° a nachází se na „prodloužené“ převodní charakteristice. Vzniklé zkreslení není překážkou, jestliže je v kolektoru VF rezonanční obvod. Zesilovač vyžaduje větší budicí signál, ale zároveň pracuje s nejvyšší účinností. (účinnost kolem 90%)

Třída D

Zesilovače třídy D pracují v pulsním režimu podobně jako spínané napájecí zdroje – velmi rychle (s kmitočtem mnohonásobně vyšším než je maximální přenášený kmitočet) přepínají výstup mezi maximálním a nulovým napětím. Běžný reproduktor nestačí sledovat rychlé změny, takže okamžitá výchylka membrány závisí na poměru dob vypnutí a zapnutí. Obvykle se nespoléhá na vlastnosti reproduktoru, ale je použita dolní propust, která složky s vysokými kmitočty odfiltruje. Spínaný signál pro koncový stupeň se získá pomocí pulzně šířkové modulace nebo delta modulace. Hlavní výhodou celé konstrukce je účinnost, která často přesáhne i 90 %, protože výstupní tranzistory jsou během své činnosti buď zcela sepnuty nebo úplně nevodivé. Tímto způsobem se vyloučí situace, kdy tranzistor vede částečně, kdy při poměrně velkém proudu na něm vzniká velký úbytek napětí, takže se velké množství energie musí proměnit na teplo.

Třída G

Třída G se velmi podobá zesilovacím strukturám třídy AB, snad jen s tím rozdílem, že s radostí využije dvě nebo i více napájecích hladin. Pokud potřebujeme zpracovat malé signálové úrovně, zesilovač zvolí nižší napájení. Porostou-li amplitudy, pomůže si celá struktura vyšší hladinou napájecího napětí. Zesilovače třídy G tak ve srovnání s třídou AB spotřebuje méně energie, protože maximální velikost napájecího napětí využijí jen v případě skutečné potřeby, zatímco zesilovače třídy AB poběží z plného napájení neustále.
(nepoužává se)

Třída H

Zesilovače třídy H regulují své napájecí napětí s cílem minimalizovat napěťové úbytky na koncovém stupni. Praktické provedení pak zahrnuje větší počet diskrétních úrovní nebo dokonce plynule nastavitelnou velikost napájecího napětí. Ačkoli se na první pohled může velmi podobat způsobu, kterým snižuje výkonové ztráty třída G, nebudeme v případě třídy H nutně vyžadovat více napájecích zdrojů. Tento přístup je při obecném srovnání s jinými návrhy komplexnější, protože vyžaduje speciální struktury, kterými zajistí předvídatelnost změn i následné řízení napájení.
(nepoužívá se)

odkazy:
https://en.wikipedia.org/wiki/Power_amplifier_classes