Transformatorgekoppelter Leistungsverstärker der Klasse A.
Der Leistungsverstärker der Klasse A, wie im vorherigen Kapitel erläutert, ist die Schaltung, in der der Ausgangsstrom für den gesamten Zyklus der AC-Eingangsversorgung fließt. Wir haben auch die Nachteile wie geringe Ausgangsleistung und Effizienz kennengelernt. Um diese Effekte zu minimieren, wurde der transformatorgekoppelte Leistungsverstärker der Klasse A eingeführt.
Das construction of class A power amplifierkann mit Hilfe der folgenden Abbildung verstanden werden. Dies ähnelt der normalen Verstärkerschaltung, ist jedoch mit einem Transformator in der Kollektorlast verbunden.
Hier stellen R 1 und R 2 eine potentielle Teileranordnung bereit. Der Widerstand Re sorgt für Stabilisierung, C e ist der Bypass-Kondensator und R e , um Wechselspannung zu verhindern. Der hier verwendete Transformator ist ein Abwärtstransformator.
Die hochohmige Primärwicklung des Transformators ist mit der hochohmigen Kollektorschaltung verbunden. Die Sekundärseite mit niedriger Impedanz ist an die Last angeschlossen (im Allgemeinen Lautsprecher).
Transformatoraktion
Der in der Kollektorschaltung verwendete Transformator dient zur Impedanzanpassung. R L ist die Last, die in der Sekundärseite eines Transformators angeschlossen ist. R L 'ist die reflektierte Last in der Primärwicklung des Transformators.
Die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung beträgt n 1 und in der Sekundärwicklung n 2 . Sei V 1 und V 2 die Primär- und Sekundärspannung und I 1 und I 2 der Primär- bzw. Sekundärstrom. Die folgende Abbildung zeigt den Transformator deutlich.
Wir wissen das
$$ \ frac {V_1} {V_2} = \ frac {n_1} {n_2} \: und \: \ frac {I_1} {I_2} = \ frac {n_1} {n_2} $$
Oder
$$ V_1 = \ frac {n_1} {n_2} V_2 \: und \: I_1 = \ frac {n_1} {n_2} I_2 $$
Daher
$$ \ frac {V_1} {I_1} = \ left (\ frac {n_1} {n_2} \ right) ^ 2 \ frac {V_2} {I_2} $$
Aber V 1 / I 1 = R L '= effektiver Eingangswiderstand
Und V 2 / I 2 = R L = effektiver Ausgangswiderstand
Deshalb,
$$ R_L '= \ left (\ frac {n_1} {n_2} \ right) ^ 2 R_L = n ^ 2 R_L $$
Wo
$$ n = \ frac {Anzahl \: von \: dreht \: in \: primär} {Anzahl \: von \: dreht \: in \: sekundär} = \ frac {n_1} {n_2} $$
Ein Leistungsverstärker kann angepasst werden, indem im Abwärtstransformator das richtige Übersetzungsverhältnis gewählt wird.
Schaltungsbetrieb
Wenn der Spitzenwert des Kollektorstroms aufgrund des Signals gleich dem Signalkollektorstrom Null ist, wird die maximale Wechselstromausgabe erhalten. Um eine vollständige Verstärkung zu erreichen, sollte der Arbeitspunkt in der Mitte der Lastlinie liegen.
Der Arbeitspunkt variiert offensichtlich, wenn das Signal angelegt wird. Die Kollektorspannung variiert entgegengesetzt zum Kollektorstrom. Die Änderung der Kollektorspannung tritt an der Primärseite des Transformators auf.
Schaltungsanalyse
Der Leistungsverlust in der Primärwicklung wird als vernachlässigbar angenommen, da sein Widerstand sehr gering ist.
Die Eingangsleistung unter Gleichstrombedingungen beträgt
$$ (P_ {in}) _ {dc} = (P_ {tr}) _ {dc} = V_ {CC} \ times (I_C) _Q $$
Bei maximaler Kapazität des Verstärkers der Klasse A schwankt die Spannung von (V ce ) max auf Null und der Strom von (I c ) max auf Null.
Daher
$$ V_ {rms} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(V_ {ce}) _ {max} - (V_ {ce}) _ {min}} {2} \ right] = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(V_ {ce}) _ {max}} {2} \ right] = \ frac {2V_ {CC}} {2 \ sqrt {2}} = \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} $$
$$ I_ {rms} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(I_C) _ {max} - (I_C) _ {min}} {2} \ right] = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(I_C) _ {max}} {2} \ right] = \ frac {2 (I_C) _Q} {2 \ sqrt {2}} = \ frac {(I_C) _Q} {\ sqrt {2}} $$
Deshalb,
$$ (P_O) _ {ac} = V_ {rms} \ times I_ {rms} = \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} \ times \ frac {(I_C) _Q} {\ sqrt { 2}} = \ frac {V_ {CC} \ times (I_C) _Q} {2} $$
Deshalb,
Kollektoreffizienz = $ \ frac {(P_O) _ {ac}} {(P_ {tr}) _ {dc}} $
Oder,
$$ (\ eta) _ {collector} = \ frac {V_ {CC} \ times (I_C) _Q} {2 \ times V_ {CC} \ times (I_C) _Q} = \ frac {1} {2} $ $
$$ = \ frac {1} {2} \ times 100 = 50 \% $$
Der Wirkungsgrad eines Leistungsverstärkers der Klasse A beträgt fast 30%, während er durch Verwendung des transformatorgekoppelten Leistungsverstärkers der Klasse A auf 50% verbessert wurde.
Vorteile
Die Vorteile eines transformatorgekoppelten Klasse-A-Leistungsverstärkers sind wie folgt.
- Kein Verlust der Signalleistung in den Basis- oder Kollektorwiderständen.
- Es wird eine hervorragende Impedanzanpassung erreicht.
- Der Gewinn ist hoch.
- DC-Isolation ist vorgesehen.
Nachteile
Die Nachteile eines transformatorgekoppelten Klasse-A-Leistungsverstärkers sind wie folgt.
- Niederfrequenzsignale werden vergleichsweise weniger verstärkt.
- Brummgeräusche werden von Transformatoren eingeführt.
- Transformatoren sind sperrig und teuer.
- Schlechter Frequenzgang.
Anwendungen
Die Anwendungen von transformatorgekoppelten Leistungsverstärkern der Klasse A sind wie folgt.
In dieser Schaltung ist die Impedanzanpassung das Hauptkriterium.
Diese werden als Treiberverstärker und manchmal als Ausgangsverstärker verwendet.