مطالب اینترنتی

تقویت کننده یا آمپلی فایر (Amplifier) نهایی، منبع انرژی برای هر دستگاه صوتی است که کار آن تبدیل ولتاژ متناوب کوچک به سیگنال های قوی برای به کار انداختن بلندگوها با کمترین اعوجاج ممکن است.دریافت مقدار زیادی از توان کار ساده ای برای یک تقویت کننده نیست. دو نیاز مهم برای بلندگوهای متصل شده به تقویت کننده، تقویت کردن ولتاژ و جریان است که برای فراهم کردن مقدار توان مورد نیاز آنها باید انجام شود. برای ایجاد یک تقویت کننده توان در تقویت کننده نهایی، لازم است تا اجزای مختلفی مانند ترانزیستورها و ماسفت ها استفاده شود تا بتوان سیگنالهای خروجی را با کیفیت بالایی ایجاد کرد تا بدین ترتیب بهره و کارایی صوت خروجی افزایش پیدا کند.

تقویت کننده های نهایی عموما بر اساس نحوه پیکربندی طبقه خروجی خود دسته بندی می شوند. با انجام این دسته بندی، کارایی و بهره آنها محدود می شود زیرا طبقه خروجی جایی است که تقویت کننده توان واقعی در آنجا قرار می گیرد.

تقویت کننده کلاس A

بهره این نوع تقویت کننده بسیار پایین است اما می توان گفت هیچ گونه اعوجاجی ندارد. تقویت کننده نهایی کلاس A پیکربندی بسیار ساده ای دارد و به همین دلیل یکی از بهترین گزینه ها برای مواردی است که در آن یک سیستم صوتی با کیفیت بالا در حال استفاده است. این تقویت کننده همچنین می تواند با استفاده از قرار گرفتن یک امیتر استاندارد، پیاده سازی شود. جریان خاموشی که از ترانزیستور عبور می کند، برابر با پیک جریان خروجی AC است، یعنی ترانزیستور در وسط محدوده کاری خود بایاس شده و به راحتی در زمانی که توسط یک ولتاژ متناوب به کار افتاده باشد، می تواند جریان بیشتر یا کمتری را هدایت کند.

بهره تقویت کننده کلاس A بسیار پایین است برای مثال در حالت بیشترین مقدار دامنه در حدود ۲۵ درصد است و در سطوح ولتاژ پایین تر بهره از این هم کمتر خواهد بود. می توان با استفده از طرح متقارن برای دو ترانزیستور این بهره را افزایش داد اما با این حال بهره از ۵۰ درصد بیشتر نخواهد شد.

تقویت کننده کلاس B

پیکربندی این کلاس از آمپلی فایر با دو ترانزیستور انجام می شود که هر یک از آنها دقیقا نیمی از چرخه سیگنال را انجام می دهد. در حالت خاموشی (quiescent)، هیچ جریانی برای عبور از ترانزیستور ها وجود ندارد. بهره مربوط به طبقه خروجی در کلاس B در حدود ۷۸ درصد است اما مشکلی که در این تقویت کننده وجود دارد اعوجاج انتقالی است که در هر زمانی که بار از یک ترانزیستور به دیگری منتقل می شود، رخ می دهد. این عمل باعث می شود تا اعوجاج های متقاطعی بوجود بیاید که علاوه بر اینکه قابل شنیده شدن است و شکل موج سیگنال را تخریب می کند. برای حل این مشکل، تقویت کننده ای به شکل ترکیبی از کلاس A و کلاس B ایجاد می شود و به نام کلاس AB شناخته می شود. این کلاس بر اساس پیکربندی کلاس B بوده که در جایی که جریان خاموش کوچکی وجود داشته باشد، باعث می شود طبقه خروجی به شکل تقویت کننده کلاس A در سطوح توان پایین کار کند.

تقویت کننده کلاس D

آمپلی فایر کلاس D بر اساس نوعی تقویت کننده سوئیچینگ است که از مدولاسیون پهنای پالس استفاده می کند. سیگنال ورودی با یک شکل موج مثلثی مقایسه شده و سیگنال خروجی از مقایسه کننده محدوده خروجی را به سمت ولتاژ مثبت یا منفی تغییر می دهد. این کار با استفاده از یک فرکانس سوئیچینگ شدید انجام می شود که معمولا بیشتر از ۱۰ برابر پهنای باند صوت ( ۲۰۰ کیلوهرتز یا بالاتر) است. از آنجایی که طبقه خروجی تنها می تواند بین مقادیر سوئیچ کند پس بهره بسیار بالا خواهد بود. با این حال، در این روش نیز تعدادی نقطه ضعف وجود دارد. دور نگهداشتن این سیگنال از اعوجاج بسیار مشکل است. برای حل این مشکل به یک فیلتر خروجی قوی نیاز است و باید اندازه گیری های دقیقی انجام شود تا بتوان تداخلات را از بین برد. برای کم کردن اعوجاج در تقویت کننده همواره باید از یک فیدبک مثبت استفاده کرد.

تقویت کننده کلاس G و H

در هر دو کلاس آمپلی فایر H و G ، ولتاژ تغذیه بر اساس بزرگی سیگنال خروجی قابل تغییر است. در کلاس G، ولتاژ تغذیه دائما در حال تغییر است تا بتواند خود را با دامنه دلخواه مربوط به سیگنال خروجی وفق دهد. این گونه دنبال کردن ولتاژ خروجی را می توان با استفاده از منبع تغذیه سوئیچینگ مدرن انجام داد. این منابع تغذیه مدرن دارای مدار رگولاتور مناسبی هستند که به ولتاژ تغذیه اجازه می دهد تا به تغییرات دامنه سیگنال ساخته شده توسط طبقه خروجی، با سرعت مناسبی پاسخ دهد.

طرح اساسی و اصلی در کلاس H مشابه با کلاس G است، به جز اینکه در اینجا ولتاژ تغذیه به جای اینکه دائما در حال تغییر باشد، بین چند سطح متفاوت سوئیچ می کند. این کار باعث می شود تا اتلاف به طور قابل ملاحظه ای در طبقه خروجی کاهش یابد مخصوصا در زمانی که توان زیادی در مدار درگیر باشد.

آمپلی فایر کلاس S و T

شرکت Sony با توسعه تکنولوژی S-Master و Tripath آمپلی فایر کلاس T خود را طراحی کرده است. در تکنولوژی S-Master، شرکت Sony چندین تکنولوژی را ترکیب کرد تا بتواند ساختار تقویت کننده کلاس D را برای کاربردهای مربوط به تکنولوژی hi-fi قابل استفاد کند. در اینجا فرآیند تبدیل سیگنال های ورودی به یک سیگنال متناظر با پالس عریض، به نام مدولاسیون مکمل طول پالس شناخته می شود.

تکنولوژی Tripath تکنیکی را توسعه داد که کیفیت سیگنال را با استفاده از تقویت کننده های کلاس A و AB به شکلی ترکیب می کند که بهره خروجی در حدود ۸۰ تا ۹۰ درصد باشد. در انجام این کار از ترکیب مدارهای آنالوگ و دیجیتال و همچنین از الگوریتم های دیجیتالی که سیگنال ورودی را با استفاده از یک شکل موج سوئیچینگ فرکانس بالا مدوله می کنند، بهره گرفته شده است.

منبع