Mạch công suất Class A

Mạch công suất Class A là một loại bộ khuếch đại công suất trong đó bóng bán dẫn đầu ra được BẬT toàn thời gian và dòng điện đầu ra chạy trong toàn bộ chu kỳ của dạng sóng đầu vào. Bộ khuếch đại công suất Class A là cấu hình đơn giản nhất trong số các cấu hình bộ khuếch đại công suất. Chúng có độ trung thực cao và hoàn toàn miễn nhiễm với biến dạng chéo. Mặc dù bộ khuếch đại công suất hạng A có một số tính năng tốt, chúng không phải là lựa chọn hàng đầu vì hiệu quả kém. Vì các phần tử hoạt động (bóng bán dẫn) được phân cực thuận toàn thời gian, một số dòng điện sẽ chạy qua chúng ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào và đây là lý do chính dẫn đến sự kém hiệu quả. Đặc tính đầu ra của bộ khuếch đại công suất loại A được thể hiện trong hình bên dưới.

Từ hình trên, rõ ràng là điểm Q được đặt chính xác ở tâm của đường tải DC và bóng bán dẫn dẫn điện cho mọi điểm trong dạng sóng đầu vào. Hiệu suất tối đa theo lý thuyết của bộ khuếch đại công suất loại A là 50%. Trong tình huống thực tế, với khớp nối điện dung và tải cảm ứng (loa lớn), hiệu suất có thể xuống thấp tới 25%. Điều này có nghĩa là 75% công suất do bộ khuếch đại lấy ra từ đường cung cấp bị lãng phí. Phần lớn điện năng bị lãng phí bị mất đi do nhiệt trên các phần tử hoạt động (bóng bán dẫn). Do đó, ngay cả một bộ khuếch đại công suất Class A công suất vừa phải cũng yêu cầu nguồn điện lớn và một bộ tản nhiệt lớn.

Sơ đồ Mạch công suất Class A

Sơ đồ mạch của bộ khuếch đại công suất Class A hai tầng đơn kết thúc được hiển thị ở trên. R1 và R2 là các điện trở phân cực. Chúng tạo thành một mạng phân áp cung cấp cho đế của bóng bán dẫn một điện áp cao hơn 0,7V so với “dao động biên độ cực đại âm” của tín hiệu đầu vào. Đây là lý do đằng sau bóng bán dẫn được BẬT bất kể biên độ tín hiệu đầu vào. Tụ Cin là tụ tách đầu vào loại bỏ các thành phần DC có trong tín hiệu đầu vào. Nếu không có Cin ở đó và có các thành phần DC trong tín hiệu đầu vào, các thành phần DC này sẽ được ghép trực tiếp vào đế của bóng bán dẫn và chắc chắn sẽ làm thay đổi các điều kiện phân cực.

Rc là điện trở cực thu và Re là điện trở cực phát. Giá trị của chúng được chọn sao cho dòng điện thu ở mức mong muốn và điểm hoạt động được đặt ở tâm của đường tải trong điều kiện tín hiệu bằng không. Việc đặt điểm vận hành càng gần tâm đường tải càng tốt là rất cần thiết để bộ khuếch đại hoạt động không bị méo tiếng. Cc là tụ ghép nối hai giai đoạn với nhau. Chức năng của nó là chặn sự di chuyển của các thành phần DC từ giai đoạn đầu tiên sang giai đoạn thứ hai.

Ce là tụ điện đi qua của bộ phát có chức năng là chuyển qua các thành phần AC trong dòng phát khi bộ khuếch đại đang hoạt động. Nếu không có Ce, các thành phần AC sẽ giảm trên điện trở phát dẫn đến giảm độ lợi (phản hồi suy biến). Lời giải thích đơn giản nhất là, điện áp giảm bổ sung qua Re sẽ được thêm vào điện áp phát gốc và điều này có nghĩa là cần phải có thêm điện áp chuyển tiếp để phân cực chuyển tiếp bóng bán dẫn.

Cout là tụ ghép đầu ra ghép nối đầu ra với tải (loa lớn). Cout chặn các thành phần DC của giai đoạn thứ hai đi vào tải (loa lớn). Tụ ghép nối Cout, Cin và Cc đều làm suy giảm đáp ứng tần số thấp của bộ khuếch đại. Điều này là do các tụ điện này tạo thành các bộ lọc thông cao kết hợp với trở kháng đầu vào của các giai đoạn tiếp theo dẫn đến sự suy giảm của các thành phần tần số thấp. Dạng sóng đầu vào và đầu ra của bộ khuếch đại hai tầng RC được thể hiện trong hình bên dưới.

Ưu điểm của Mạch công suất Class A

• Thiết kế Class A là đơn giản nhất.
• Độ trung thực cao vì tín hiệu đầu vào sẽ được tái tạo chính xác ở đầu ra.
• Vì thiết bị đang hoạt động được bật toàn thời gian, không cần thời gian để bật và điều này cải thiện đáp ứng tần số cao.
• Vì thiết bị hoạt động dẫn trong toàn bộ chu kỳ của tín hiệu đầu vào, nên sẽ không có hiện tượng méo chéo.
• Cấu hình kết thúc đơn có thể được thực hiện trong bộ khuếch đại Class A. Kết thúc đơn có nghĩa là chỉ một thiết bị hoạt động (bóng bán dẫn) trong giai đoạn đầu ra.

Nhược điểm của bộ khuếch đại công suất Class A.

• Nhược điểm chính là hiệu quả kém.
• Các bước để nâng cao hiệu quả như ghép nối máy biến áp, v.v. ảnh hưởng đến đáp tuyến tần số.
• Các bộ khuếch đại công suất Class A mạnh mẽ có giá thành cao và cồng kềnh do nguồn điện lớn và bộ tản nhiệt.

Bộ khuếch đại trong đó tải được ghép nối với đầu ra bằng máy biến áp được gọi là bộ khuếch đại được ghép với máy biến áp. Sử dụng khớp nối biến áp, hiệu quả của bộ khuếch đại có thể được cải thiện đến mức tuyệt vời. Biến áp ghép nối cung cấp sự phù hợp trở kháng tốt giữa đầu ra và tải và đó là lý do chính đằng sau việc cải thiện hiệu suất. Kết hợp trở kháng có nghĩa là làm cho trở kháng đầu ra của bộ khuếch đại bằng với trở kháng đầu vào của tải và đây là một tiêu chí quan trọng để chuyển giao công suất cực đại. Sơ đồ mạch của bộ khuếch đại Class A một tầng điển hình được thể hiện trong sơ đồ mạch bên dưới.

Có thể đạt được kết hợp trở kháng bằng cách chọn số vòng của cuộn sơ cấp sao cho trở kháng thực của nó bằng trở kháng đầu ra của các bóng bán dẫn và chọn số vòng của cuộn thứ cấp sao cho trở kháng thuần của nó bằng trở kháng đầu vào của loa.

Ưu điểm của bộ khuếch đại ghép biến áp.

• Ưu điểm chính là cải thiện hiệu quả.
• Cung cấp khả năng cách ly DC tốt vì không có kết nối vật lý giữa đầu ra bộ khuếch đại và tải. Tín hiệu âm thanh truyền từ bên này sang bên kia nhờ cảm ứng.

Nhược điểm của bộ khuếch đại ghép biến áp.

• Nó là một chút khó khăn để tạo / tìm một máy biến áp phù hợp chính xác.
• Máy biến áp cồng kềnh và do đó nó làm tăng giá thành và kích thước của bộ khuếch đại.
• Cuộn dây máy biến áp không cung cấp bất kỳ điện trở nào đối với dòng điện một chiều. Nếu bất kỳ thành phần DC nào nếu có trong đầu ra bộ khuếch đại, nó sẽ chảy qua cuộn sơ cấp và bão hòa lõi. Điều này sẽ làm giảm tác động của máy biến áp.
• Ghép nối máy biến áp làm giảm đáp ứng tần số thấp của bộ khuếch đại.
• Khớp nối máy biến áp gây ra tiếng ồn trong đầu ra.
• Khớp nối máy biến áp chỉ có thể được sử dụng cho các tải nhỏ.