Amozeshelectronic.com

بایگانی دسته ها: مقدمهای بر تقویت کننده ها

مقد مه ای برای ورود به مبحث تقویت کننده ها (آمپلی فایرها)

همه تقویت کنندها مانند هم نیستند و بنابر این با توجه به مشخصه های مداری و حالت کار شان طبقه بندی می شوند،در دانش الکترونیک از تقویت کننده های علایم ضعیف بسیار استفاده می شود زیرا آنها می توانند علایم بسیار ضعیف را تقویت کنند، به عنوان مثال آنها می توانند علایم بسیار ضعیف یک حسگر نوری را تقویت کنند که با آن بتوان یک رله را راه اندازی کرد و یا علایم صوتی موجود در یک موج رادیویی را تقویت کرده و از آن برای راه اندازی یک بلند گو استفاده کرد.
مدارات الکترونیکی زیادی هستند که تقویت کننده محسوب می شوند ،از تقویت کننده های عملی و تقویت کننده های بسیار ضعیف گرفته تا تقویت کننده های علایم قوی و تقویت کننده های قدرت در این طبقه جای می گیرند،طبقه بندی تقویت کننده ها به علایمی که تقویت می کنند، ضعیف و یا قوی خصوصیات فیزیکی و همچنین به نحوه پردازش علایم وابسته است و این یعنی رابطه علامت ورودی با جریان خروجی که از بار می گذرد.

طبقه بندی تقویت کننده ها

amplifyers

آمپلی فایر ها(تقویت کننده ها) می توانند جعبه ها ویا واحدهایی در نظر گرفته شوند که در آنها یک قطعه تقویت کننده ،مانند یک ترانزیستور ،فت ترانزیستور و یا یک آمپلی فایر عملی وجود دارد که دو ورودی و دو خروجی دارد که زمین آنها مشترک است و علامت خروجی از علامت ورودی بسیار بزرگتر است زیرا تقویت شده است.
بطور کلی آمپلی فایر ها سه مشخصه دارند، مقاومت ورودی،مقاومت خروجی و همچنین میزان تقویت کنندگی که گین(بهره) نامیده می شود. هر اندازه که مدار آمپلی فایر پیچیده باشد باز می توان آنرا در نمونه کلی زیر نشان داد.

مدل نمونه کلی:

 

AMP

تفاوت بین علامت ورودی و خروجی بهره نامیده می شود و اساساً میزان تقویت تقویت کننده است، به عنوان مثال اگر ورودی یک آمپلی فایر یک ولت و خروحی آن پنجاه ولت باشد بهره آن پنجاه است یعنی ضریب تقویت آن پنجاه است.
بهره تقویت کننده اساساً با تقسیم خروجی به ورودی بدست می آید، برای تقویت واحدی وجود ندارد زیرا A تنها یک نسبت است، نسبتی بین ورودی وخروجی وبا این حرف نشان داده میشود:
بهره آمپلی فایر
گفتیم که بهره یک آمپلی فایر رابطه ای است که بین اندازه علامت خروجی و اندازه علامت ورودی وجود دارد .
سه نوع متفاوت از بهره یک تقویت کننده وجود دارد که قابل اندازه گیری است و آنها عبارتند از: بهره ولتاژ، بهره جریان، و بهره توان.

بهره تقویت علامت ورودی

بهره

تقویت کننده ها را بطور کلی می توان از نظر بهره ولتاژ و بهره جریان آنها به دو دسته تقسیم کرد؛ تقویت کننده های علایم ضعیف و تقویت کننده های علایم قوی. دسته ای که علایم ضعیف را تقویت می کند و به همین نام نامیده می شود شامل پیش تقویت کننده ها و تقویت کننده دستگاههایی می شوند که علایم ضعیفی در حد چند میکر ولت را تقویت می کنند که از حسگرها و یا علایم صوتی بدست می آیند.
دسته دوم تقویت کننده های توان برای راه اندازی بلند گوها هستند که تقویت کننده های علایم قوی نامیده می شوند.

آمپلی فایرهای توان

تقویت کننده های علایم ضعیف عمدتاً تقویت کننده های ولتاژ محسوب می شوند؛ زیرا آنها همواره یک ولتاژ ضعیف را تقویت کرده وبه ولتاژی که بسیار بیشتر است تبدیل می کنند.
گاهی اوقات ما به یک مدار تقویت کننده ای نیاز داریم که یک موتور و یا یک بلند گو را راه اندازی کنیم و برای اینگونه موارد به تقویت کننده توان نیاز داریم.
همانگونه که از اسم آنها پیداست اصلی ترین وظیفه تقویت کننده توان( که برخی اوقات به تقویت کننده های علایم قوی مشهور هستند) نیرو دادن به بار خروجی است که همانطور که می دانیم حاصل ضرب ولتاژ و جریانی است که به مقاومت بار داده می شود و در خروجی تقویت شده است.به عبارت دیگر آنها توان ورودی را تقویت می کنند و این دلیل بکار بردن آنها برای راه اندازی بلند گوها ست.تقویت کننده های توان اساساً بر این مبنا کار می کنند که جریان مستقیم منبع تغذیه را به جریان متناوب متناسب با علامت صوتی تبدیل می کنند که در اختیار بلنگو قرار می گیرد.

طبقه بندی آمپلی فایر ها

آمپلی فایر ها را با توجه به مشخصات ورودی و خروجی آنها ونحوه بایاس کردن پایه ها طبقه بندی می کنند.
تقویت کننده های توان صوت را با توجه به شکل بندی مداری و حالت کار آنها با الفبا طبقه بندی کرده اند آمپلی فایرها را در کلاس های مختلفی طراحی می کنند که شامل کلاسهای A,B,C, AB
و غیره می باشند.
این طبقات تقویت کننده شامل تقویت کننده های با خروجی خطی اما با کار آیی کم و تقویت کننده های با خروجی غیر خطی اما با کار آیی بالا می شوند.
هیچ نوع از این طبقات بهتر یا بد تر نیستند و نوع بکار گرفته شده به ویژگی های مدار وابسته است، حد اکثر کار آیی برای رایج ترین شکل این طبقات در زیر فهرست شده اند:
تقویت کننده کلاس A 
کار آیی کمی پایین تر از ۴۰% دارد، اما توانایی باز تولید بالا و خطی را دارد.
تقویت کننده کلاس B
این تقویت کننده دو برابر تقویت کننده کلاس A کار آیی دارد با کارآیی حد اکثری ۷۰% زیرا قطعه تقویت کننده فقط در نیمه اول علامت تقویت می کند.
  تقویت کننده کلاس  AB
اینگونه از تقویت کننده ها کارآیی بین کارایی کلاس Aو کلاس B است اما توانایی باز تولید سیگنال(علامت) آن ظعیف تر از کلاسA است.
تقویت کننده کلاس  C
این نوع تقویت کننده ضعیف ترین کار آیی را دارد ، زیرا بخش بسیار کوچکی از علامت ورودی تقویت می شود و بنابر این علامت خروجی کمترین شباهت را با علامت ورودی دارد و توانایی باز تولید علامت آن بسیار ضعیف است.
طرز کار آمپلی فایر کلاس A
مشخصه کار این کلاس تقویت باز تولید تمام علامت ورودی است زیرا بایاس ترانزیستور در مرحله فعال نگاه داشته می شود و بنابراین دایره کار آن هیچوقت در ناحیه قطع(کات آف) و یا اشباع قرار نمی گیرد که این امر منجر به قرار گرفتن علامت باز تولید شده در دو حد سطح ولتاژ می شود که در شکل زیر نشان داده شده است:

 

 

کلاس آ

دراین گونه شکل بندی مداری تقویت کننده کلاس A از یک ترانزیستور برای تقویت هر دو نیم موج استفاده می شود و بنا بر نحوه بایاس آن همیشه از خروجی ترانزیستور جریان می گذرد،حتی اگر سیگنال ورودی وجود نداشته باشد،به عبارت دیگر ترانزیستور هیچ وقت خاموش نمی شود و موجب نا کار ایی این کلاس می شود زیرا بر گرداندن ولتاژ مستقیم منبع تغذیه به سیگنال متناوب که به بار تحویل داده می شود خیلی پایین است.
بطور کلی ترانزیستور تقویت کننده در این کلاس همیشه گرم می کند، حتی زمانی که سیگنال ورودی وجود ندارد و بنابر این به هیت سینک(خنک کننده) نیاز دارد. جریان عبور کننده از ترانزیستور هنگامی که سیگنال ورودی وجود ندارد برابر با جریانی است که از بار می گذرد، بنابر این این نوع تقویت کننده نا کار آ بوده و بخش زیادی از ولتاژ منبع تغذیه را به شکل گرما مصرف می کند.

طرز کار آمپلی فایر کلاس B

بر خلاف مدار تقویت کننده کلاس آ این تقویت کننده از دو ترانزیستور مکمل یکی پی ان پی و دیگری ان پی ان ویا دو موس فت با کانال مثبت ومنفی برای تقویت هر دو نیم سیکل ولتاژ ورودی استفاده می کند. یک ترانزیستور یک نیم موج و دیگری نیمه دیگر موج را تقویت می کند و بنابر این هر کدام از آنها در زمان نیم موج مربوط به آن فعال بوده ودر نیم موج بعدی خاموش می شود.
ترانزیستور کلاس آ با ولتاژ مستقیم بایاس نمی شود و فقط هنگامی که سیگنال ورودی دارد جریان از آن عبور می کند و کار آیی بالایی دارد.

 

کلاس ب
دراین نوع تقویت کننده از هیچ ولتاژ مستقیمی برای بایاس کردن ترانزیستورها استفاده نمی شود
بنابر این بخش پایین تر از ۰٫۷ ولتاژ ورودی تقویت نشده و در خروجی پدیدار نمی شود،این مشکل از هم گسیختگی عبور نامیده شده که بعداً به آن خواهیم پرداخت.

طرز کار تقویت کننده کلاس  AB

تقویت کننده کلاس AB مصالحه ای بین کلاس A و کلاس B است در حالیکه در این نوع تقویت کننده از دو ترانزیستور استفاده می شود ولتاژ نا چیزی به پایه ترانزیستور اعمال می شود تا هنگامی که سیگنال ورودی وجود ندارد آنرا در ناحیه ای نزدیک به منطفه خاموش شدن(کات آف) نگاه دارد.
سیگنال ورودی موجب می شود که ترانزیستوربسادگی در منطقه فعال قرار بگیرد و این امر از ازهم گسیختگی عبور از منطقه ولتاژ صفر جلو گیری می کند ،جریان بسیار کمی از جمع کننده عبور می کند که در مقایسه با تقویت کننده کلاس A بسیار کم است این بدان معناست که ترانزیستور بیشتر از یک نیم موج روشن باقی خواهد ماند، این تقویت کننده از تقویت کننده کلاسA  کار ا تر و خطی تر عمل می کند

تقویت کلاس آو ب