Výkonové zesilovače jsou kategorizovány podle toho, jak fungují, konkrétně podle segmentu a délky vedení vstupního cyklu. Výkonové zesilovače jsou rozděleny do tříd A, AB, C, D a E. Tento článek poskytne komplexní analýzu zesilovačů třídy A.
Zesilovač třídy A
Výkonový zesilovač třídy A vede proud nepřetržitě po celý cyklus vstupního signálu. Kvůli své nízké účinnosti se tato třída zesilovačů méně často používá ve vyšších výkonových stupních.
Pracovní princip zesilovače třídy A
Hlavním účelem zesilovačů třídy A je minimalizovat přítomnost šumu zajištěním, že tvar vlny signálu zůstane v nelineární oblasti vstupní charakteristiky tranzistoru, konkrétně mezi 0 V a 0,6 V. Základní uspořádání zesilovače třídy A je uvedeno níže:
V zesilovačích třídy A je významná část energie generované zesilovačem rozptýlena jako teplo, což má za následek odpad. Hlavním důvodem nízké účinnosti zesilovačů třídy A je trvalé předpětí tranzistorů, které má za následek malý průtok proudu i při absenci vstupního signálu.
Zesilovače třídy A lze také přímo připojit. Přímo vázaný zesilovač třídy A připojuje zátěž k výstupu tranzistoru pomocí transformátoru. Vazební transformátor usnadňuje efektivní přizpůsobení impedance mezi zátěží a výstupem, a tak slouží jako hlavní přispěvatel ke zvýšení účinnosti.
Obvod obsahuje napěťový dělič odpory R1 a R2, stejně jako předpětí a emitor Re, které slouží ke stabilizaci obvodu. Obtokový kondenzátor CE a rezistor Re jsou zapojeny paralelně k emitoru, aby se snížily přechodové jevy. Vstupní kondenzátor, také známý jako vazební kondenzátor (Cin), slouží ke spojení střídavého napětí vstupního signálu na bázi tranzistoru a zároveň zabraňuje průchodu stejnosměrného proudu z předchozího stupně.
Proud v zásadě prochází odporovou zátěží kolektoru, což má za následek ztrátu stejnosměrného proudu v kolektoru. Proto se stejnosměrný proud (DC) transformuje na tepelnou energii uvnitř zátěže, aniž by generoval výstupní střídavý proud (AC). Nedoporučuje se však přímo přenášet elektrický proud přes výstupní zařízení. K dosažení tohoto cíle je proto aplikována specifická konfigurace použitím vhodného transformátoru pro vytvoření spojení mezi zátěží a zesilovačem, jak je vidět na výše uvedeném schématu.
Impedanční přizpůsobení
Proces dosažení impedančního přizpůsobení zahrnuje změnu výstupní impedance zesilovače takovým způsobem, aby odpovídala jeho vstupní impedanci.
Impedančního přizpůsobení lze dosáhnout pečlivým výběrem počtu závitů v hlavním vinutí, aby se zajistilo, že jeho celková impedance odpovídá výstupní impedanci tranzistoru. Podobně musí být zvolen počet závitů v sekundárním vinutí, aby se vytvořila čistá impedance, která také odpovídá vstupní impedanci.
Výstupní charakteristiky
Na základě níže uvedeného diagramu je zřejmé, že bod Q je přesně umístěn ve středu zátěžové linie střídavého proudu a tranzistor zůstává vodivý v celém průběhu vstupní vlny. Maximální účinnost je u zesilovačů třídy A 50 %.
V praktických aplikacích může být účinnost systému výrazně snížena, potenciálně až o 25 %, v důsledku faktorů, jako je kapacitní vazba a přítomnost indukčních zátěží, jako jsou reproduktory. Jinými slovy, téměř 75 % energie je promarněno uvnitř zesilovače. Významná část ztrátového výkonu vzniká jako teplo uvnitř aktivních součástí, zejména tranzistorů.
Závěr
Zesilovače třídy A zesilují a vedou kompletní vstupní signál na výstupu. Fungují bez přerušení a mají velmi jednoduchou konfiguraci. Vzhledem k nepřetržitému provozu jsou však náchylné ke ztrátě výkonu a vyžadují chladiče pro zmírnění účinků zahřívání.