Wzmacniacz mocy klasy A sprzężony z transformatorem
Wzmacniacz mocy klasy A, jak omówiono w poprzednim rozdziale, jest obwodem, w którym prąd wyjściowy płynie przez cały cykl zasilania wejściowego AC. Dowiedzieliśmy się również o jego wadach, takich jak niska moc wyjściowa i wydajność. Aby zminimalizować te efekty, wprowadzono wzmacniacz mocy klasy A sprzężony transformatorowo.
Plik construction of class A power amplifiermożna zrozumieć za pomocą poniższego rysunku. Jest to podobne do normalnego obwodu wzmacniacza, ale połączone z transformatorem w obciążeniu kolektora.
Tutaj R 1 i R 2 zapewniają potencjalny układ rozdzielaczy. Rezystor Re zapewnia stabilizację, C e to kondensator obejściowy, a R e zapobiega napięciu przemiennemu. Zastosowany transformator jest transformatorem obniżającym napięcie.
Przewód pierwotny transformatora o wysokiej impedancji jest podłączony do obwodu kolektora o wysokiej impedancji. Wtórny o niskiej impedancji jest podłączony do obciążenia (zwykle głośnik).
Działanie transformatora
Transformator używany w obwodzie kolektora służy do dopasowania impedancji. R L to obciążenie podłączone do strony wtórnej transformatora. R L 'to odbite obciążenie w uzwojeniu pierwotnym transformatora.
Liczba zwojów w podstawowym to n 1, a wtórnym to n 2 . Niech V 1 i V 2 będą napięciami pierwotnymi i wtórnymi, a I 1 i I 2 będą odpowiednio prądami pierwotnymi i wtórnymi. Poniższy rysunek wyraźnie pokazuje transformator.
Wiemy to
$$ \ frac {V_1} {V_2} = \ frac {n_1} {n_2} \: i \: \ frac {I_1} {I_2} = \ frac {n_1} {n_2} $$
Lub
$$ V_1 = \ frac {n_1} {n_2} V_2 \: i \: I_1 = \ frac {n_1} {n_2} I_2 $$
W związku z tym
$$ \ frac {V_1} {I_1} = \ left (\ frac {n_1} {n_2} \ right) ^ 2 \ frac {V_2} {I_2} $$
Ale V 1 / I 1 = R L '= efektywna rezystancja wejściowa
A V 2 / I 2 = R L = efektywna rezystancja wyjściowa
W związku z tym,
$$ R_L '= \ left (\ frac {n_1} {n_2} \ right) ^ 2 R_L = n ^ 2 R_L $$
Gdzie
$$ n = \ frac {liczba \: z \: zakrętów \: w \: podstawowa} {liczba \: z \: zakręty \: w \: pomocnicza} = \ frac {n_1} {n_2} $$
Wzmacniacz mocy można dopasować, biorąc właściwy współczynnik zwojów w transformatorze obniżającym napięcie.
Działanie obwodu
Jeżeli wartość szczytowa prądu kolektora wywołanego sygnałem jest równa zerowemu prądowi kolektora, wówczas uzyskuje się maksymalną moc wyjściową AC. Tak więc, aby uzyskać pełne wzmocnienie, punkt pracy powinien leżeć w środku linii obciążenia.
Punkt pracy oczywiście zmienia się, gdy sygnał jest podawany. Napięcie kolektora zmienia się w przeciwnej fazie do prądu kolektora. Zmiana napięcia kolektora pojawia się po stronie pierwotnej transformatora.
Analiza obwodu
Zakłada się, że strata mocy w części pierwotnej jest pomijalna, ponieważ jej rezystancja jest bardzo mała.
Moc wejściowa w warunkach prądu stałego będzie wynosić
$$ (P_ {in}) _ {dc} = (P_ {tr}) _ {dc} = V_ {CC} \ times (I_C) _Q $$
Przy maksymalnej wydajności wzmacniacza klasy A wahania napięcia od (V ce ) max do zera i natężenia od (I c ) max do zera.
W związku z tym
$$ V_ {rms} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(V_ {ce}) _ {max} - (V_ {ce}) _ {min}} {2} \ right] = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(V_ {ce}) _ {max}} {2} \ right] = \ frac {2V_ {CC}} {2 \ sqrt {2}} = \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} $$
$$ I_ {rms} = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(I_C) _ {max} - (I_C) _ {min}} {2} \ right] = \ frac {1} {\ sqrt {2}} \ left [\ frac {(I_C) _ {max}} {2} \ right] = \ frac {2 (I_C) _Q} {2 \ sqrt {2}} = \ frac {(I_C) _Q} {\ sqrt {2}} $$
W związku z tym,
$$ (P_O) _ {ac} = V_ {rms} \ times I_ {rms} = \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} \ times \ frac {(I_C) _Q} {\ sqrt { 2}} = \ frac {V_ {CC} \ times (I_C) _Q} {2} $$
W związku z tym,
Wydajność kolektora = $ \ frac {(P_O) _ {ac}} {(P_ {tr}) _ {dc}} $
Lub,
$$ (\ eta) _ {collector} = \ frac {V_ {CC} \ times (I_C) _Q} {2 \ times V_ {CC} \ times (I_C) _Q} = \ frac {1} {2} $ $
$$ = \ frac {1} {2} \ times 100 = 50 \% $$
Sprawność wzmacniacza mocy klasy A wynosi prawie 30%, podczas gdy została poprawiona do 50% dzięki zastosowaniu wzmacniacza mocy klasy A sprzężonego transformatorowo.
Zalety
Zalety wzmacniacza mocy klasy A sprzężonego transformatorowo są następujące.
- Brak utraty mocy sygnału w opornikach bazowych lub kolektorowych.
- Uzyskuje się doskonałe dopasowanie impedancji.
- Zysk jest wysoki.
- Zapewniona jest izolacja DC.
Niedogodności
Wady wzmacniacza mocy klasy A sprzężonego transformatorowo są następujące.
- Sygnały o niskiej częstotliwości są stosunkowo słabiej wzmacniane.
- Buczenie jest wprowadzane przez transformatory.
- Transformatory są nieporęczne i kosztowne.
- Słaba odpowiedź częstotliwościowa.
Aplikacje
Zastosowania wzmacniacza mocy klasy A ze sprzężeniem transformatorowym są następujące.
W tym obwodzie głównym kryterium jest dopasowanie impedancji.
Są one używane jako wzmacniacze sterujące, a czasami jako wzmacniacze wyjściowe.