فئات مضخمات القوة

في مجال الإلكترونيات ، يعد مكبر الصوت هو جهاز الدائرة الأكثر استخدامًا مع إمكانيات تطبيق ضخمة. في الأجهزة الإلكترونية ذات الصلة بالصوت ، يعد المضخم المسبق ومضخمات الطاقة نوعين مختلفين من أنظمة مكبر الصوت التي تستخدم للأغراض المتعلقة بتضخيم الصوت. ولكن ، بخلاف هذا الغرض الخاص بالتطبيق ، هناك اختلافات كبيرة في أنواع مختلفة من مكبرات الصوت ، وخاصة في مضخمات الطاقة. لذلك سنستكشف هنا فئات مختلفة من مكبرات الصوت إلى جانب مزاياها وعيوبها.

تصنيفات مكبرات الصوت باستخدام الحروف

فئات مكبر الصوت هي هوية أداء وخصائص مكبر الصوت. يعطي نوع مختلف من مضخمات الطاقة استجابات مختلفة عند تمرير التيار من خلالها. وفقًا لمواصفاتها ، يتم تخصيص أحرف أو أبجديات مختلفة لمكبرات الصوت والتي تمثل فئاتها. هناك فئات مختلفة من مكبرات الصوت تبدأ من A ، B ، C ، AB ، D ، E ، F ، T إلخ. من بين هذه الفئات الأكثر شيوعًا فئات مكبرات الصوت المستخدمة هي A و B و AB و C. الفئات الأخرى هي مكبرات صوت حديثة تستخدم طوبولوجيا التحويل وتقنية PWM (تعديل عرض النبض) لدفع حمل الإخراج. في بعض الأحيان ، يتم تخصيص حرف لنسخة محسنة من الفئات التقليدية لتصنيفها كفئة مختلفة من مكبر الصوت ، مثل مضخم الفئة G هو فئة مكبر للصوت معدلة من الفئة B أو مكبر للصوت من الفئة AB.

تمثل فئات مكبر الصوت نسبة دورة الإدخال عندما يمر التيار عبر مكبر للصوت. دورة الإدخال هي زاوية التوصيل المشتقة من توصيل الموجة الجيبية في إدخال مكبر الصوت. هذه الزاوية الموصلة تتناسب بشكل كبير مع المضخمات في الوقت المحدد خلال دورة كاملة. إذا كان مكبر الصوت قيد التشغيل دائمًا أثناء الدورة ، فستكون زاوية التوصيل 360 درجة. لذلك ، إذا كان مكبر الصوت يوفر زاوية توصيل بزاوية 360 درجة ، فإن مكبر الصوت يستخدم إشارة إدخال كاملة والعنصر النشط الذي يتم إجراؤه خلال الفترة الزمنية 100 ٪ لدورة جيبية كاملة.

أدناه ، سنعرض فئات مضخمات الطاقة التقليدية التي تتراوح من الفئة A و B و AB و C ، ونعرض أيضًا مكبر للصوت من الفئة D والذي يستخدم على نطاق واسع في تصميمات التحويل. لا تُستخدم هذه الفئات في مضخم الطاقة فحسب ، بل تُستخدم أيضًا في دوائر مضخمات الصوت.

مكبر للصوت من الفئة أ

مضخم الصوت من الفئة A هو مكبر للصوت عالي الكسب ذو خطية عالية. في حالة مكبر الصوت من الفئة أ ، تكون زاوية التوصيل 360 درجة. كما ذكرنا أعلاه ، تعني زاوية التوصيل بزاوية 360 درجة أن جهاز مكبر الصوت يظل نشطًا طوال الوقت ويستخدم إشارة إدخال كاملة. في الصورة أدناه ، يظهر مكبر صوت مثالي من الفئة أ.

كما نرى في الصورة ، يوجد عنصر نشط واحد ، وهو الترانزستور. يظل انحياز الترانزستور قيد التشغيل طوال الوقت. نظرًا لميزة إيقاف التشغيل مطلقًا ، يوفر مضخم الصوت من الفئة A ثباتًا أفضل في حلقة التغذية المرتدة وترددات عالية. بخلاف هذه المزايا ، من السهل إنشاء مكبر صوت من الفئة A باستخدام مكون أحادي الجهاز والحد الأدنى من عدد الأجزاء.

على الرغم من المزايا والخطية العالية ، فإن لها بالتأكيد العديد من القيود. نظرًا لطبيعة التوصيل المستمر ، فإن مضخم الصوت من الفئة A يقدم فقدًا عاليًا للطاقة. أيضًا ، نظرًا للخطية العالية ، يوفر مكبر الصوت من الفئة A تشويهًا وضوضاءًا. يحتاج كل من مصدر الطاقة وبناء التحيز إلى اختيار دقيق للمكونات لتجنب الضوضاء غير المرغوب فيها وتقليل التشويه.

بسبب فقدان الطاقة العالي في مكبر الصوت من الفئة A ، فإنه ينبعث الحرارة ويتطلب مساحة أكبر بالوعة الحرارة. الكفاءة ضعيفة جدًا في مكبرات الصوت من الفئة أ ، نظريًا ، تتراوح الكفاءة بين 25 إلى 30 ٪ إذا تم استخدامها مع التكوين المعتاد. يمكن تحسين الكفاءة باستخدام التكوين المقترن بالحث ولكن الكفاءة في مثل هذه الحالة لا تزيد عن 45-50٪ ، وبالتالي فهي مناسبة فقط لأغراض تضخيم الإشارة المنخفضة أو منخفضة الطاقة.

مضخم صوت من الفئة ب

يختلف مضخم الصوت من الفئة B قليلاً عن الفئة A. ويتم إنشاؤه باستخدام جهازين نشطين يقومان بنصف الدورة الفعلية ، أي 180 درجة من الدورة. يوفر جهازان محرك الأقراص الحالي المدمج للحمل.

في الصورة أعلاه ، تم عرض تكوين مكبر للصوت المثالي من الفئة ب. يتكون من جهازين نشطين يتحيزان واحدًا تلو الآخر خلال الدورة النصف الموجبة والسالبة للموجة الجيبية وبالتالي يتم دفع الإشارة أو سحبها إلى المستوى المضخم من كلا الجانبين الموجب والسالب والجمع بين النتيجة نحصل على دورة كاملة عبر الخرج. تم تشغيل كل جهاز أو أصبح نشطًا في نصف الدورة ، ونتيجة لذلك تتحسن الكفاءة ، مقارنة بكفاءة 25-30 ٪ لمكبر الصوت من الفئة A ، فإنه يوفر أكثر من 60 ٪ من الكفاءة نظريًا. يمكننا أن نرى الرسم البياني لإشارة إدخال وإخراج كل جهاز في الصورة أدناه. لا تزيد الكفاءة عن 78٪ لمكبر الصوت من الفئة ب . يتم تقليل تبديد الحرارة في هذه الفئة مما يوفر مساحة منخفضة بالوعة الحرارة.

لكن هذه الفئة لها أيضًا قيود. تقييد عميق جدا لهذه الفئة هو التشويه المتقاطع. نظرًا لأن جهازين يوفران كل نصف من الموجات الجيبية التي يتم دمجها وربطها عبر المخرجات ، فهناك عدم تطابق (تقاطع) في المنطقة ، حيث يتم الجمع بين نصفين. هذا لأنه عندما يكمل أحد الأجهزة نصف الدورة ، يحتاج الجهاز الآخر إلى توفير نفس الطاقة تقريبًا في نفس الوقت تقريبًا عندما ينهي جهاز آخر المهمة. من الصعب إصلاح هذا الخطأ في مكبر الصوت من الفئة A حيث يظل الجهاز الآخر غير نشط تمامًا أثناء الجهاز النشط. يوفر الخطأ تشويهًا في إشارة الخرج. بسبب هذا القيد ، فإنه يعد فشلًا كبيرًا لتطبيق مكبر الصوت الدقيق.

مضخم صوت من الفئة AB

على نهج بديل للتغلب على تشويه عبر أكثر، هو استخدام مكبر للصوت AB. يستخدم مضخم الصوت من الفئة AB زاوية توصيل وسيطة لكل من الفئتين A و B ، وبالتالي يمكننا أن نرى خاصية كل من مضخم الصوت من الفئة A والفئة B في فئة AB من طوبولوجيا مكبر الصوت. مثل الفئة B ، لها نفس التكوين مع جهازين نشطين يعملان خلال نصف الدورات بشكل فردي ولكن كل جهاز متحيز بشكل مختلف حتى لا يتم إيقاف تشغيلهما تمامًا خلال اللحظة غير القابلة للاستخدام (لحظة التقاطع). لا يترك كل جهاز التوصيل فورًا بعد إكمال نصف شكل الموجة الجيبية ، وبدلاً من ذلك يقومون بإجراء كمية صغيرة من الإدخال في نصف دورة أخرى. باستخدام تقنية التحيز هذه ، يتم تقليل عدم تطابق التقاطع أثناء المنطقة الميتة بشكل كبير.

ولكن في هذا التكوين ، يتم تقليل الكفاءة حيث يتم اختراق خطية الأجهزة. تظل الكفاءة أكثر من كفاءة مكبر الصوت النموذجي من الفئة أ ولكنها أقل من نظام مكبر الصوت من الفئة ب. أيضًا ، يجب اختيار الثنائيات بعناية مع نفس التصنيف بالضبط ويجب وضعها في أقرب مكان ممكن من جهاز الإخراج. في بعض إنشاءات الدوائر ، يميل المصممون إلى إضافة المقاوم ذي القيمة الصغيرة لتوفير تيار هادئ مستقر عبر الجهاز لتقليل التشوه عبر الإخراج.

مضخم صوت من الفئة ج

بصرف النظر عن مضخم الصوت من الفئة A و B و AB ، هناك مضخم آخر من الفئة C. إنه مكبر صوت تقليدي يعمل بشكل مختلف عن فئات المضخمات الأخرى. مضخم الصوت من الفئة C هو مكبر صوت مضبوط يعمل في وضعين تشغيل مختلفين ، مضبوط أو غير مضبوط. كفاءة مضخم الصوت من الفئة C أكثر بكثير من A و B و AB. يمكن تحقيق كفاءة تصل إلى 80٪ كحد أقصى في العمليات المتعلقة بالترددات الراديوية

يستخدم مضخم الصوت من الفئة C زاوية توصيل أقل من 180 درجة. أثناء الوضع غير المضبوط ، يتم حذف قسم الموالف من تكوين مكبر الصوت. في هذه العملية ، يعطي مكبر الصوت من الفئة C أيضًا تشويشًا كبيرًا عبر الإخراج.

عندما تتعرض الدائرة لحمل مضبوط ، تقوم الدائرة بتثبيت مستوى تحيز الخرج بمتوسط ​​جهد خرج مساوٍ لجهد الإمداد. تسمى العملية المضبوطة باسم clamper. خلال هذه العملية ، تحصل الإشارة على شكلها الصحيح ويصبح التردد المركزي أقل تشويشًا.

في الاستخدامات النموذجية ، يعطي مكبر الصوت من الفئة C كفاءة بنسبة 60-70٪.

مضخم صوت من الفئة د

مضخم الصوت من الفئة D هو مضخم تبديل يستخدم تعديل عرض النبض أو PWM. لا تعتبر زاوية التوصيل عاملاً في مثل هذه الحالة حيث يتم تغيير إشارة الإدخال المباشر بعرض نبض متغير.

في نظام مكبر الصوت من الفئة D هذا ، لا يتم قبول الكسب الخطي لأنها تعمل تمامًا مثل مفتاح نموذجي له عمليتان فقط ، تشغيل أو إيقاف.

قبل معالجة إشارة الإدخال ، يتم تحويل الإشارة التناظرية إلى تيار نبضي بواسطة تقنيات تعديل مختلفة ثم يتم تطبيقها على نظام مكبر الصوت. نظرًا لأن مدة النبضات مرتبطة بالإشارة التناظرية ، يتم إعادة بنائها مرة أخرى باستخدام مرشح تمرير منخفض عبر الخرج.

مكبر الصوت من الفئة D هو أعلى فئة لمكبرات الصوت ذات الكفاءة في استهلاك الطاقة في المقطع A و B و AB و C و D. لديها تبديد حرارة أصغر ، لذلك هناك حاجة إلى غرفة تبريد صغيرة. تتطلب الدائرة مكونات تحويل مختلفة مثل MOSFETs ذات المقاومة المنخفضة.

إنها طوبولوجيا مستخدمة على نطاق واسع في مشغلات الصوت الرقمية أو التحكم في المحركات أيضًا. لكن يجب أن نضع في اعتبارنا أنه ليس محولًا رقميًا. على الرغم من أنه بالنسبة للتردد العالي ، فإن مضخم الصوت من الفئة D ليس خيارًا مثاليًا لأنه يحتوي على قيود عرض النطاق الترددي في حالات قليلة اعتمادًا على إمكانات وحدة مرشح التمرير المنخفض وقدرات وحدة المحول.

فئات مكبر الصوت الأخرى

بخلاف مكبرات الصوت التقليدية ، هناك عدد قليل من الفئات ، وهي الفئة E ، والفئة F ، والفئة G ، و H.

مضخم الصوت من الفئة E هو مضخم طاقة عالي الكفاءة يستخدم طبولوجيا التحويل ويعمل في ترددات الراديو. يعد عنصر التبديل أحادي القطب والشبكة التفاعلية المضبوطة المكون الرئيسي لاستخدامه مع مضخم الفئة E.

الفئة F عبارة عن مضخم عالي المقاومة فيما يتعلق بالتوافقيات. يمكن دفعها باستخدام موجة مربعة أو موجة جيبية. بالنسبة لمدخل الموجة الجيبية ، يمكن ضبط هذا مكبر الصوت باستخدام محث ويمكن استخدامه لزيادة الكسب.

تستخدم الفئة G تبديل السكة لتقليل استهلاك الطاقة وتحسين أداء الكفاءة. و الفئة H هو نسخة محسنة مزيد من فئة G.

الفئات الإضافية هي مكبر للصوت لأغراض خاصة. في بعض الحالات ، يتم توفير الحروف من قبل الشركة المصنعة للدلالة على تصميمها الخاص. أفضل مثال على ذلك هو مضخم صوت من الفئة T وهو علامة تجارية لنوع خاص من مضخم الصوت من الفئة D ، والمستخدم لتقنيات مكبر الصوت في Tripath وهو تصميم حاصل على براءة اختراع.