| |
 |
| |
Δομή και Τάξεις
Λειτουργίας |
| |
Η βασική λειτουργία ενός
ενισχυτή ισχύος, η παροχή κέρδους σε τάση και σε ρεύμα δηλαδή,
υπαγορεύει την γενική δομή του η οποία γενικά περιλαμβάνει ένα ή
περισσότερα στάδια ενίσχυσης της τάσης και ένα στάδιο ενίσχυσης του
ρεύματος που το ονομάζουμε στάδιο ισχύος. |
| |
|
| |
Επειδή στις υλοποιήσεις
με ημιαγωγούς τα στάδια ισχύος έχουν ελάχιστο ή και αρνητικό,
μερικές φορές, κέρδος τάσης και επειδή η αντίσταση εισόδου τους
είναι χαμηλή, στην γενική περίπτωση, ανάμεσα στο στάδιο ενίσχυσης
της τάσης και το στάδιο ισχύος παρεμβάλεται ένα στάδιο οδήγησης που
αναλαμβάνει να προσαρμόσει την υψηλή αντίσταση εξόδου του πρώτου
σταδίου με την χαμηλή του τελευταίου. Κάθε ημιαγωγός ισχύος
είναι στην πράξη ένας ελεγκτής ο οποίος ρυθμίζεται ως προς
το ρεύμα που τον διαρρέει (στην θεωρία, το ρεύμα ελέγχου ενός
τρανζίστορ είναι το ρεύμα βάσης του, ενώ το ελεγχόμενο ρεύμα είναι
το ρεύμα συλλέκτη, ισχύει μάλιστα η απλή σχέση Ic=βΙb, όπου β το
κέρδος ρεύματος του ημιαγωγού). Ωστόσο, ακριβώς επειδή ο ημιαγωγός
είναι ενεργό εξάρτημα, η λειτουργία του απαιτεί ένα ρεύμα ακόμη κι
αν δεν εφαρμόζεται καμμία τάση ελέγχου στην είσοδό του. Αυτό
είναι το ρεύμα ηρεμίας που καθορίζει και το σημείο λειουργίας του το
οποίο με την σειρά του καθορίζει για ποιό κομμάτι του σήματος
εισόδου λειτουργεί ο ημιαγωγός. |
| Στην λειτουργία ενός σταδίου σε τάξη Α, το
σημείο λειτουργίας καθορίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε οι ημιαγωγοί
εξόδου να λειτουργούν και στις θετικές και στις αρνητικές
ημιπεριόδους του σήματος. Αυτό απαιτεί υψηλό ρεύμα ηρεμίας και
μεγάλες θερμικές απώλειες, δηλαδή μικρό συντελεστή
απόδοσης. |
 |
| |
|
| |
Εδώ κατά τα
φαινόμενα έχουμε μόνο μία επιλογή: Αφού απαιτούμε ακρίβεια, ο
ημιαγωγός μας (ή όλοι οι ημιαγωγοί του σταδίου εξόδου μας)
πρέπει να λειτουργεί καθ' όλη τη διάρκεια του σήματος.
Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα ηρεμίας πρέπει να είναι το
λιγότερο, το μισό του συνολικού ρεύματος που θα ελέγξει ο ημιαγωγός!
(Αυτό στην πράξη σημαίνει ότι η έξοδος του κυκλώματος "σηκώνεται" σε
τέτοια απόσταση από τα 0V ώστε να μπορεί να υπάρξει η μέγιστη δυνατή
διακύμανση της τάσης εξόδου -δείτε και τα αντίστοιχα σχήματα). Με
την γλώσσα των αριθμών (και με κάποιες απλοποιήσεις),ένας τέτοιος
ενισχυτής με ισχύ 200W/8Ω που με τροφοδοσία 40V αποδίδει 5Α στο
φορτίο, πρέπει να έχει ρεύμα ηρεμίας 2.5Α, δηλαδή απώλειες στους
ημιαγωγούς του 100W, όταν δεν υπάρχει τάση εισόδου! Αυτό σημαίνει
πολύ μικρό συντελεστή απόδοσης, τεράστιες ψύκτρες, μεγάλες θερμικές
απώλειες, και βεβαίως μικρή ισχύ για το κόστος του. Αυτό το
στάδιο εξόδου είναι το αρχέτυπο του ενισχυτή ισχύος και ονομάζεται
τάξης "Α". |
| Στην λειτουργία σε τάξη Β, υπάρχουν δύο
στάδια εξόδου κάθε ένα από τα οποία λειτουργεί σε μία ημιπερίοδο του
σήματος. Η πόλωση των ημιαγωγών εξασφαλίζει ελάχιστες απώλειες
αλλά καθώς το σήμα πλησιάζει τιμές πολύ κοντά στο 0, εμφανίζεται η
παραμόρφωση διάβασης (crossover distortion). |
 |
| |
|
| |
Με τόσο χαμηλή απόδοση
των σταδίων τάξης "Α" είναι λογικό το ότι αναζητήθηκαν εναλλακτικοί
τρόποι λειτουργίας. Ενας τέτοιος είναι η τάξη
"Β". Εδώ, επιλέγουμε ρεύμα ηρεμίας πολύ μικρό, τέτοιο
που επιτρέπει στον ημιαγωγό μας να δουλέψει μόνο για την μία
ημιπερίοδο του σήματος. (πρακτικά η έξοδος του κυκλώματος μπορεί να
κινηθεί μόνο πρός μία κατεύθυνση, αυτήν της αντίστοιχης τάσης
τροφοδοσίας). Αυτό μπορεί βεβαίως να ελαχιστοποιεί τις
απώλειες αλλά δημιουργεί ένα θέμα: Τι γίνεται με την άλλη ημιπερίοδο
του σήματος; Aυτή την αναλαμβάνει ένας άλλος ημιαγωγός αντίθετης
πολικότητας δίνοντας έτσι στο στάδιο ισχύος την μορφή ενος
push-pull.Αφού διευκρινίσουμε ότι η συνδεσμολογία
push-pull είναι υποχρεωτική στην τάξη "Β" (και "ΑΒ", όπως θα δούμε)
δεν είναι όμως ούτε υποχρεωτική ούτε και απαγορευμένη στην τάξη "Α",
αξίζει να δούμε γιατί η τάξη "Β" δεν είναι δημοφιλής. Αυτό,
πράγματι, συμβαίνει επειδή υπάρχει μία περιοχή του σήματος όπου
κανένας από τους δύο ημιαγωγούς δεν άγει. Η περιοχή αυτή είναι στην
περιοχή των πολύ μικρών τιμών του σήματος, κοντά στα "0" V και εκεί
δημιουργείται η περίφημη παραμόρφωση "διάβασης" ή
crossover.
|
| Στην λειτουργία σε τάξη ΑΒ,
χρησιμοποιούνται και πάλι δυο στάδια εξόδου αλλά τα σημεία
λειτουργίας τους επιτρέπουν την επικάλυψη των περιοχών του σήματος
του ενισχύουν καταργώντας έτσι την παραμόρφωση διάβασης. Για
μικρά πλάτη σήματος το στάδιο εξόδου λειτουργεί ως στάδιο σε τάξη Α
(γκρί περιοχές, στο σχήμα) |
 |
| |
Η λύση στο πρόβλημα αυτό
είναι η τοποθέτηση του σημείου λειτουργίας σε τέτοια τιμή ώστε ο
κάθε ημιαγωγός του push-pull να λειτουργεί για χρόνο μεγαλύτερο της
ημιπεριόδου του σήματος. Αυτό σημαίνει ότι η έξοδος του
κυκλώματος μπορεί να κινηθεί προς την τάση τροφοδοσίας του για
όλοκληρη την ημιπερίοδο και προς την αντίθετη φορά για ένα μικρό
κομμάτι της άλλης ημιπεριόδου, επικαλύπτοντας έτσι το "ζευγάρι" του.
Αυτή η τάξη λειτουργίας είναι η "ΑΒ". Η επικάλυψη
των ημιπεριόδων λόγω της επιλογής του σημείου λειτουργίας εξηγεί την
περίεργη τάση μερικών κατασκευαστών να σχεδιάζουν ενισχυτές που
δίνουν και "μερικά βατάκια" σε τάξη "Α". Ενα
push-pull "AB" λειτουργεί κατ' ανάγκην σε τάξη "Α" για μικρά πλάτη
σήματος! |
|
|
|
|
| |
|
|
| |
|
