Wzmacniacze mocy są klasyfikowane według sposobu działania, w szczególności według segmentu i czasu trwania cyklu wejściowego. Wzmacniacze mocy dzielą się na klasy A, AB, C, D i E. W tym artykule dokonamy kompleksowej analizy wzmacniaczy klasy A.
Wzmacniacz klasy A
Wzmacniacz mocy klasy A przewodzi prąd w sposób ciągły przez cały cykl sygnału wejściowego. Ze względu na niską sprawność wzmacniacze tej klasy są rzadziej stosowane w stopniach wyższej mocy.
Zasada działania wzmacniacza klasy A
Głównym celem wzmacniaczy klasy A jest minimalizacja obecności szumu poprzez zapewnienie, że kształt fali sygnału pozostaje w nieliniowym obszarze charakterystyki wejściowej tranzystora, a mianowicie pomiędzy 0 V a 0,6 V. Poniżej przedstawiono podstawowy układ wzmacniacza klasy A:
We wzmacniaczach klasy A znaczna część mocy wytwarzanej przez wzmacniacz jest rozpraszana w postaci ciepła, co powoduje powstawanie odpadów. Główną przyczyną niskiej sprawności wzmacniaczy klasy A jest ciągłe polaryzacja tranzystorów, co skutkuje małym przepływem prądu nawet przy braku sygnału wejściowego.
Wzmacniacze klasy A można także łączyć bezpośrednio. Wzmacniacz klasy A ze sprzężeniem bezpośrednim łączy obciążenie z wyjściem tranzystora za pomocą transformatora. Transformator sprzęgający ułatwia efektywne dopasowanie impedancji pomiędzy obciążeniem a mocą wyjściową, przyczyniając się w ten sposób do zwiększenia wydajności.
Obwód zawiera rezystory dzielnika napięcia R1 i R2, a także rezystor polaryzacji i emiter Re, które służą do stabilizacji obwodu. Kondensator obejściowy CE i rezystor Re są połączone równolegle na emiterze, aby zredukować efekty przejściowe. Kondensator wejściowy, znany również jako kondensator sprzęgający (Cin), służy do sprzęgania napięcia prądu przemiennego sygnału wejściowego z bazą tranzystora, zapobiegając jednocześnie przepływowi prądu stałego z poprzedniego stopnia.
W zasadzie prąd przepływa przez obciążenie rezystancyjne kolektora, co powoduje rozproszenie w nim prądu stałego. Dlatego moc prądu stałego (DC) jest przekształcana w energię cieplną wewnątrz obciążenia bez generowania mocy wyjściowej prądu przemiennego (AC). Nie zaleca się jednak bezpośredniego przesyłania prądu elektrycznego przez urządzenie wyjściowe. Dlatego też, aby osiągnąć ten cel, stosuje się specyficzną konfigurację poprzez zastosowanie odpowiedniego transformatora w celu ustanowienia połączenia pomiędzy obciążeniem a wzmacniaczem, jak widać na powyższym schemacie.
Dopasowania impedancji
Proces dopasowywania impedancji polega na zmianie impedancji wyjściowej wzmacniacza w taki sposób, aby odpowiadała jego impedancji wejściowej.
Dopasowanie impedancji można osiągnąć poprzez staranny dobór liczby zwojów w uzwojeniu głównym, aby zapewnić, że jego całkowita impedancja odpowiada impedancji wyjściowej tranzystora. Podobnie należy wybrać liczbę zwojów w uzwojeniu wtórnym, aby uzyskać impedancję netto odpowiadającą również impedancji wejściowej.
Charakterystyka wyjściowa
Z poniższego diagramu widać, że punkt Q jest dokładnie umiejscowiony w środku linii obciążenia prądu przemiennego, a tranzystor pozostaje przewodzący przez cały przebieg fali wejściowej. Maksymalna sprawność wynosi 50% we wzmacniaczach klasy A.
W praktycznych zastosowaniach wydajność systemu może zostać znacznie zmniejszona, potencjalnie nawet o 25%, ze względu na takie czynniki, jak sprzężenie pojemnościowe i obecność obciążeń indukcyjnych, takich jak głośniki. Innymi słowy, we wzmacniaczu marnuje się prawie 75% mocy. Znaczna część rozpraszania mocy występuje w postaci ciepła wewnątrz elementów aktywnych, zwłaszcza tranzystorów.
Wniosek
Wzmacniacze klasy A wzmacniają i przewodzą cały sygnał wejściowy na wyjściu. Działają bez zakłóceń i mają bardzo prostą konfigurację. Jednakże ze względu na ciągłą pracę są one podatne na utratę mocy i wymagają radiatorów, aby złagodzić efekt nagrzewania.