Az elektronikus erősítők osztályait és az aktív erősítő eszközök ( csövek vagy tranzisztorok ) működési módjait hagyományosan a latin ábécé betűivel jelölik . Az erősítési osztályok betűjelei ezenkívül egy utótaggal is megadhatók, amely jelzi az erős fokozat jelforrással (AB1, AB2 stb.) és terheléssel (F1, F2, F3) való illesztésének módját. A két "egybetűs" osztály tulajdonságait kombináló eszközök speciális osztályokhoz rendelhetők, amelyeket két betű kombinációja (AB, BD, DE és elavult BC) jelöl.
Az első, ma is érvényben lévő betűosztályozás (A, B és C módok) az 1920-as években alakult ki, és 1955-ben egészült ki a móddal, vagyis a D osztállyal. A nagyfrekvenciás teljesítménytranzisztorok 1960-as években megkezdett gyártása lehetővé tette gazdaságos E és F osztályú rádiófrekvenciás tranzisztoros erősítők gyártását. A B osztályú audio-frekvenciás tranzisztoros teljesítményerősítők következetes fejlesztése az osztály kialakulásához vezetett. G és H erősítők Nincs egységes erősítési osztályok nyilvántartása, ezért az elektronika különböző területein vagy különböző piacokon ugyanaz a betű (például S) alapvetően eltérő eszközöket jelölhet. Az Európában és Japánban G osztályként ismert áramkörök az Egyesült Államokban H osztályúak , és fordítva [1] . Az elektronika egyik területén széles körben használt betű (F osztály származékaival F1, F2, F3 stb.) egy másik területen "szabadnak" tekinthető [2] . Ezenkívül "erősítők osztályai" - gyártó cégek védjegyei és magán műszaki megoldások állnak mögöttük. Ezek egy részét, például a szerkezetileg hasonló "S osztályú" és "AA osztályú" hangfrekvenciás erősítőket a szakirodalom részletesen leírja, mások csak a gyártók hirdetéseiből ismertek.
1919-ben a Bell Labs mérnöke, John Morecroft és gyakornoka, Harald Fries publikált egy elemzést egy rádióvivőoszcillátorban lévő vákuumtrióda működéséről . Ebben a munkában a lámpa működési módjait először lekapcsolás nélkül (A mód), fél periódusra (B üzemmód) és több mint fél periódusra (C üzemmód) lekapcsolva határoztuk meg. Norman McLachlan 1928-ban publikálta a Wireless World -ben az A, B és C üzemmódban működő push-pull kaszkád első részletes elemzését. 1931-ben az American Institute of Radio Engineers (IRE) elismerte ezt az osztályozást iparági szabványként. Az A és B üzemmódok között elhelyezkedő erősítő működési módját AB üzemmódnak nevezték, és széles körben alkalmazták a csőtechnikában, és a bevezetett BC mód fogalma nem honosodott meg [3] [4] [5] [6 ] . Az 1950-es években a besorolást kiegészítették egy üzemmóddal vagy D osztállyal - olyan üzemmóddal, amelyben a kaszkád aktív elemei kulcs (impulzus) üzemmódban működnek. Az iparnak a tranzisztorokra való átállásával az A, AB, B és C üzemmódok koncepciója az új elembázishoz igazodott, de alapvetően nem változott.
Az IRE szabványt a lámpa rácsán lévő vezérlőfeszültségek megválasztásával fogalmazták meg, amelyek folyamatos (A) vagy szakaszos (B és C) anódáramot biztosítanak. Az elektronika más ágaiban más, ezzel egyenértékű megfogalmazások alakultak ki: a rádióvevők tervezői a harmonikus jel vezetési szögének koncepciójával, a kisfrekvenciás erősítők és egyenáramú erősítők tervezői a működési pont kiválasztásával operáltak . a lámpa átviteli (anód-rács) vagy kimeneti ( feszültség-amper ) jellemzője.
Az orosz szakirodalomban az üzemmódok és az A, AB, B és C osztályok fogalmai közel állnak, de nem felcserélhetők. Az üzemmód fogalmát egyetlen tranzisztorra vagy erősítőfokozat lámpájára alkalmazzuk (az „A mód” egy erősítő elem ilyen üzemmódját jelenti... „ [7] ), az osztály fogalmát egy erősítő fokozatra, vagy egy erősítő egészére. Az angol nyelvű irodalomban minden esetben az osztály egyetlen fogalmát ( „class”) használják.
Az A mód az erősítőelem (tranzisztor vagy lámpa) olyan üzemmódja, amelyben a bemeneti jel (feszültség vagy áram) bármely megengedett pillanatnyi értéke esetén az erősítőelemen átfolyó áram nem szakad meg . Az erősítő elem nem lép levágási módba, nem válik le a terhelésről, ezért a terhelésen áthaladó áram alakja többé-kevésbé pontosan megismétli a bemeneti jelet. Egy harmonikus oszcillációs erősítő adott esetben az A üzemmód olyan üzemmód, amelyben az erősítő elemen áram folyik át a teljes periódus alatt , azaz a 2Θ c vezetési szög 360° [8] [9] .
A szigorúbb definíciók nemcsak a levágás megengedhetetlenségét írják elő, hanem az erősítő elem telítésének (a maximális áram korlátozásának) megengedhetetlenségét is. M. A. Bonch-Bruevich definíciója szerint „az A módot az a tény jellemzi, hogy egy jel hatására a működési pont nem lépi túl a lámpa dinamikus karakterisztikájának majdnem egyenes szakaszát. Ugyanakkor a nemlineáris torzítások minimálisak, de a kaszkád hatásfoka alacsonynak bizonyul, mivel jelentős nyugalmi áramot kell átvezetni az erősítő elemen [10] . A tranzisztoros rádiótechnikában azt a kaszkádot, amely megfelel az idézett definíciónak, feszültségcsökkenésnek nevezzük, és azt a kaszkádot, amelyben a jel csúcsán telítés vagy áramkorlátozás figyelhető meg, túlfeszültségnek (a „feszültség” ebben az összefüggésben a bemenet relatív mértéke jel amplitúdója). Az alul- és túlfeszített állapotok határán lévő üzemmódot kritikusnak nevezzük [11] [12] .
Az erősítő elem nyugalmi áramának az A üzemmódban legalább meg kell haladnia a terhelésnek a kaszkád által adott csúcsáramot. Egy ilyen kaszkád elméleti hatékonysága a maximális megengedett amplitúdójú jelek torzításmentes reprodukálásával 50% [13] ; a gyakorlatban sokkal alacsonyabb. Az egyvégű tranzisztoros teljesítményerősítőkben a hatásfok általában 20%, azaz 1 W maximális kimeneti teljesítmény esetén a kimeneti tranzisztoroknak 4 W hőt kell elvezetniük. A hőelvezetéssel kapcsolatos nehézségek miatt az A osztályú UMZCH tranzisztor, lámpatesteitől eltérően, nem kapott elosztást [14] . Az alacsony fogyasztású szélessávú egyciklusú kaszkádokban éppen ellenkezőleg, az A mód az egyetlen lehetséges megoldás. Az egyciklusú kapcsolás összes többi üzemmódját (AB, B és C) elfogadhatatlanul magas nemlineáris torzítás jellemzi. A keskeny sávú RF erősítőkben az erősítőelem levágása által generált harmonikusok hatékonyan kiszűrhetők, de a szélessávú erősítőkben (UHF, videoerősítők, műszeres erősítők) és egyenáramú erősítőkben ez nem lehetséges.
A B módban az erősítő elem vagy csak pozitív (csövek, npn tranzisztorok) vagy csak negatív (pnp tranzisztorok) bemeneti jelek reprodukálására képes. Harmonikus jelek erősítésekor a vezetési szög 180°, vagy valamivel nagyobb ennél az értéknél.
Az AB üzemmód az A és a B üzemmód között van. Az erősítő nyugalmi árama AB üzemmódban lényegesen nagyobb, mint B üzemmódban, de lényegesen kisebb, mint az A módhoz szükséges áram. Harmonikus jelek erősítésekor az erősítő elem a legtöbb esetben áramot vezet. periódus: a bemeneti jel egyik félhulláma (pozitív vagy negatív) torzítás nélkül reprodukálódik, a második erősen torz. Egy ilyen kaszkád 2Θ c vezetési szöge jóval nagyobb, mint 180°, de kisebb, mint 360°.
Az ideális kaszkád hatásfoka B módban szinuszos jelen 78,5% , a valódi tranzisztoros kaszkád pedig körülbelül 72%. Ezek a mutatók csak akkor érhetők el, ha a P kimeneti teljesítmény egyenlő az adott P max (R n ) terhelési ellenálláshoz tartozó maximális teljesítménnyel. A kimeneti teljesítmény csökkenésével csökken a hatásfok, és nő az erősítő abszolút energiavesztesége. 1/3 P max (R n ) kimenőteljesítmény mellett egy valódi tranzisztor-kaszkád veszteségei elérik a P max (R n ) abszolút maximumát, a kaszkád hatásfoka pedig 40%-ra csökken. A kimenő teljesítmény további csökkenésével az abszolút energiaveszteség csökken, de a hatásfok tovább csökken [16] .
Annak érdekében, hogy a bemeneti jel egy félhullámát torzítás nélkül reprodukálhassa a nulla keresztezési tartományban, az erősítőnek lineárisnak kell maradnia nulla bemeneti feszültségen - ezért a B módban az erősítőelemek mindig kicsire, de nem nullára vannak állítva. nyugalmi áram. A B üzemmódú csöves teljesítményerősítőkben a nyugalmi áram a maximális kimeneti áram 5 ... 15%-a, a tranzisztoros erősítőkben - tranzisztoronként 10 ... 100 mA [17] [18] . Mindezek az erősítők push-pull típusúak: az erősítő egyik karja pozitív félhullámot, a másik negatívat reprodukál. A kimeneten mindkét félhullám hozzáadódik, így a bemeneti jel minimálisan torzított felerősített másolata jön létre. A kimeneti feszültség alacsony pillanatnyi értékeinél (tranzisztoros erősítőkben több száz mV) egy ilyen kaszkád A üzemmódban működik, magasabb feszültségeknél az egyik kar bezárul, és a kaszkád B módba kapcsol.
A modern irodalomban nincs konszenzus az ilyen push-pull tranzisztor fokozatok osztályozását illetően. John Lindsey Hood és Bob Cordell szerint ezeket AB módnak kell tekinteni [19] [20] . G. S. Tsykin , Douglas Self és A. A. Danilov szerint ez a B mód. Az ő szempontjukból a teljes értékű AB üzemmód lényegesen nagyobb nyugalmi áramoknál kezdődik (és kisebb mértékű tranziens torzítással jár) [21] [ 22] [23] .
C módban, valamint B módban az erősítő elem csak pozitív vagy csak negatív bemeneti jeleket reprodukál. Az erősítőelem működési pontja azonban úgy van megválasztva, hogy nulla bemeneti feszültségnél (vagy nulla vezérlőáramnál) az erősítőelem reteszelve legyen. Az erősítőelemen áthaladó áram csak azután lép fel, hogy a vezérlőjel áthalad a nullán; ha ez a jel harmonikus, akkor az erősítő egy torz félhullámot reprodukál (a vezetési szög kisebb, mint 180°) [24] . C feszültségcsökkenési módban a bemeneti jel amplitúdója kicsi, így ennek a félhullámnak a csúcsát az erősítő képes reprodukálni. A C túlfeszültség üzemmódban a bemeneti jel amplitúdója olyan nagy, hogy az erősítő eltorzítja (levágja) a félhullám csúcsát: egy ilyen fokozat a szinuszos bemeneti jelet trapéz áramimpulzusokká alakítja. Az alacsonyfeszültségű erősítő korlátozó elméleti hatásfoka C üzemmódban, valamint B üzemmódban 78,5%, túlfeszültség - 100% [15] . A nagy nemlineáris torzítás miatt a C módú erősítők, még a push-pull típusúak is, alkalmatlanok szélessávú jelek (audió, videó, DC) reprodukálására. Éppen ellenkezőleg, a rádióadók rezonáns erősítőiben széles körben használják nagy hatékonyságuk miatt. [24] .
Az angol nyelvű szakirodalomban mind az alacsony, mind a túlfeszültségi módokat "klasszikus" vagy "valódi" C módnak nevezik ( classic Class C, true Class C ) . A modern rádiófrekvenciás teljesítményerősítők általában más, "kevert" C módban működnek ( angolul mix-mode Class C ), amelyet néha speciális "CD módhoz" rendelnek. Egy periódus alatt egy ilyen erősítő tranzisztorja egymás után négy fázison halad át - lekapcsoláson, a kollektoráram növekedésén, az áram telítésén és csökkenésén, és az aktív fázisok időtartama (az áram növekedése és csökkenése) összehasonlítható az vágási és telítési fázisok [25] .
A kimeneti csövek impulzusvezérlésével rendelkező erősítő ötletét DV Ageev ( Szovjetunió , 1951) [26] és Alec Reeves ( Nagy-Britannia ) [27] javasolta . 1955-ben Roger Charbonnier ( Franciaország ) nevezte először az ilyen eszközöket D osztályú erősítőknek, majd egy évvel később ez a név bekerült az amatőr rádiózás gyakorlatába [26] . 1964-ben az Egyesült Királyságban megjelentek az első osztályú D UMZCH tranzisztorok, amelyek nem jártak kereskedelmi sikerrel, 1974-ben és 1978-ban az Infinity és a Sony ugyanilyen sikertelen kísérleteket tett [28] . Az ebbe az osztályba tartozó erősítők tömeggyártása csak a teljesítmény- MIS tranzisztorok gyártásának hibakeresése után vált lehetővé , amelyre az 1980-as évek első felében került sor [29] .
A C üzemmódban a kimeneti tranzisztorok áram hullámalakja csaknem téglalap alakú impulzusok formájában jelentkezhet. A D módban ez az áramforma definíció szerint velejárója: a tranzisztor vagy zárva van, vagy teljesen nyitott. A modern teljesítmény MOS tranzisztorok nyitott csatornájának ellenállását tízes és milliohm egységekben mérik, ezért első közelítésként feltételezhetjük, hogy D üzemmódban a tranzisztor teljesítményveszteség nélkül működik. A valós D osztályú erősítők hatásfoka megközelítőleg 90%, a leggazdaságosabb mintákban 95%, míg a kimenő teljesítménytől alig függ [30] . A D osztályú erősítő csak alacsony, 1 W vagy annál kisebb kimeneti teljesítmény mellett veszít a B osztályú erősítővel szemben [31] .
Annak ellenére, hogy az angol digitális ("digitális") összhangja van, a D osztályú erősítők általában nem digitális eszközök. A legegyszerűbb és leggyakoribb D osztályú, szinkron impulzusszélesség-modulációval (PWM) rendelkező erősítőáramkör egy teljesen analóg áramkör . Alapja egy háromszög alakú fő jelgenerátor , amelynek frekvenciája általában 500 kHz, egy nagy sebességű komparátor és egy impulzusformáló , amely megnyitja a kimeneti tranzisztorokat. Ha a bemeneti feszültség pillanatnyi értéke meghaladja a generátor kimenetén lévő feszültséget, a komparátor jelet küld a felső tranzisztorok nyitására, ha nem, akkor az alsó tranzisztorok nyitására. Az impulzusformáló ezeket a jeleket a felső és az alsó váll tranzisztorainak felváltva nyitásával erősíti, a közéjük és a terheléshez csatlakoztatott LC szűrő pedig kisimítja a terhelésnek adott áramot. Az erősítő kimenetén a bemeneti feszültség erősített és demodulált , nagyfrekvenciás interferenciamentes másolata található [32] [33] .
Az analóg PWM áramkör bármilyen kimeneti feszültségen stabil [31] , de nem teszi lehetővé a kiváló minőségű hangvisszaadást , még akkor sem, ha visszacsatolás borítja . A D osztályú nemlineáris torzításnak számos oka van: a háromszög hullámforma generátor nemlinearitása, a kimeneti szűrő induktor nemlinearitása és az erősítő felső és alsó oldala közötti holtidő miatti nemlinearitás . A hagyományos erősítőktől eltérően, amelyek bizonyos mértékig elnyomják a tápfeszültség instabilitását, a D osztályú erősítőkben az alacsony frekvenciájú interferencia szabadon átjut a tápsínekről az erősítő kimenetére. Ezek az interferenciák, zajok és sodródások nem csak szuperponálódnak az erősített jelre, hanem amplitúdójában is modulálják azt [34] . E torzítások csökkentése érdekében a tervezők a szinkron PWM-ről az aszinkron változó frekvencia modulációra tértek át a szigma-delta modulációra . Ennek elkerülhetetlen következménye volt a kimeneti tranzisztorok kapcsolási frekvenciájának megnövekedése több tíz MHz-ig, valamint a hatásfok csökkenése a kapcsolási veszteségek növekedése miatt. E veszteségek csökkentése érdekében a tervezők a legegyszerűbb digitális áramköröket alkalmazták, amelyek csökkentették a kapcsolási frekvenciát (például a 01010101 ... vezérlőimpulzusok sorozatát , amely a nulla bemeneti feszültségnek felel meg, 0011 ... , 00001111 ... stb). Ennek a megközelítésnek a természetes fejlődése az analóg moduláció teljes elutasítása és a bemeneti jelek tisztán digitális feldolgozására való átállás [35] , mellékhatása pedig az egybetűs „erősítési osztályok” nómenklatúrájának növekedése volt.
1998-ban az Adya Tripathi által alapított Tripath kiadott egy teljesen digitális, D osztályú integrált UMZCH-t, amelynek deklarált minőségi mutatói megközelítik a "hétköznapi" nagy hűségű erősítőkét . Az új mikroáramkörök a "T osztály" zászlaja alatt kerültek értékesítésre, és általában pozitív visszajelzéseket kaptak a sajtótól és a rádióamatőröktől. A Tripath TA2020 erősítő az IEEE Spectrum "25 IC-je, amely megrázta a világot" [36] [37] listáján szerepelt, és a cég 2007-ben megszűnt, és nem tudta felvenni a versenyt a nagy gyártókkal [38] [39]. . A „T” osztályt a Crown International „Class J”, a Lab.gruppen „ TD Class”, a Zetex Z Class” és a PWRF „Class M” RF -je követte . Paul Reiko, az EDN rovatvezetője megjegyezte, hogy "az új "erősítőosztályok" összeállítása nem más, mint egy marketingfogás, amely többet árt, mint használ a cégnek... ha új erősítőosztályt szeretne, vegye meg -Bradley -t , és találja fel újra az AB osztályt." [40] .
Erősítők fejlesztése a kimeneti feszültség dinamikus szabályozásával B / AB módban |
|---|
|
Egy hangfrekvenciás erősítő maximális teljesítményére, amelyet többek között a tápfeszültség határozza meg, viszonylag ritkán van szükség. Az erősítő legtöbbször viszonylag kis amplitúdójú jeleket reprodukál. A B vagy AB osztályú erősítőknél ez nagy abszolút energiaveszteséggel jár, alacsony hatásfokkal (10-40%). A veszteségek csökkentése és a hatékonyság növelése érdekében csökkenteni kell a tápfeszültséget – de az alacsony tápfeszültségű erősítő nem képes reprodukálni a bemeneti jel ritka csúcsfoszlányait. Ennek a dilemmának a megoldását Manuel Cramer , a NASA mérnöke javasolta 1964-ben [41] . Cramer ötlete az volt, hogy egy B vagy AB osztályú erősítőt két vagy három tápsínnel rendelkező feszültségforrásról kell táplálni. Alacsony amplitúdójú jelek lejátszásakor a végfok kisfeszültségű buszokra csatlakozik, és a jelszint növekedésével nagyfeszültségű buszokról kapcsol át tápellátásra [42] .
Az ilyen UMZCH sorozatgyártását 1977-ben kezdte meg a Hitachi . Az újdonság megkapta a "G osztály" marketingcímkét, amely gyökeret vert a japán és a brit irodalomban, és az erősítők hagyományos osztályozásának elismert kiegészítőjévé vált. A japán G osztályú erősítők nem voltak keresettek, és az 1981-ben kiadott Bob Carver hasonló terve gyökeret vert az amerikai professzionális berendezések piacán. A Carver által megalkotott "H osztály" név gyökeret vert az amerikai irodalomban , és az egykor egyetemes besorolás regionális résekre bomlott fel - "amerikai" és "angol-japán" [43] . Az idők folyamán az amerikai szerzők visszatértek az "angol-japán" megnevezésekhez – ezeket használja például Dennis Bonn (2012 [41] ) és Bob Cordell (2011 [44] ). A "G osztály" modern koncepciója a kapcsolási teljesítménybuszok két megközelítését egyesíti - a lépcsőzetes és a sima kapcsolást, valamint a kimeneti fokozat áramkörének két megközelítését - a soros csatlakozást (maga az UMZCH "belső" kaszkádja a "külsőbe van ágyazva". " kaszkád a teljesítménybuszok vezérléséhez) és párhuzamos (két kimeneti fokozat, "alacsony" és "magas" párhuzamosan kapcsolva a terheléshez) [45] [46] .
A gazdaságos erősítők fejlesztésének következő szakasza az "európai" H osztályú - simán változó tápfeszültségű erősítők voltak. Alacsony kimeneti jelszinteknél az erősítő alacsony tápfeszültségű "normál" buszokhoz csatlakozik. A kimeneti feszültség növekedésével a felső (pozitív félhullám esetén) vagy az alsó (negatív félhullám esetén) tápsín feszültsége növekszik, fenntartva a minimálisan szükséges feszültségesést az aktív tranzisztoron. A H osztály legegyszerűbb változatában egy feszültségnövelő kondenzátort használnak, amelyet a fő tápegységről töltenek fel, és a „dióda VAGY” áramkör szerint csatlakoztatják a kimeneti tranzisztorokhoz. Az autóipari UMZCH mikroáramkörökben használt összetettebb változatban beépített feszültségátalakítót használnak , amely a feszültségnövelő kondenzátorokat a szükséges értékekre pumpálja [47] . A H osztályt számos hibrid B és D osztályú erősítő áramkör követte. Ezekben a kialakításokban egy szennyezett D osztályú erősítő táplálja a tiszta B vagy AB osztályú (ritkábban H osztályú) erősítőt, amely a terheléshez van csatlakoztatva. Az ilyen erősítők változatait „hibrid D osztálynak” [48] , „TD osztálynak” vagy „D követő osztálynak” [49] , „A/H osztálynak” [50] , „K osztálynak” ( Koreából ) [51 ] nevezték el. ] és stb. A „BD osztály” ezzel szemben nem hibrid – csak a D osztály korai változata szinkron PWM-mel [52] .
Az RF erősítő áramkör két fő irányba fejlődik: a jel működési (vivő) frekvenciájának növelése és a hatékonyság növelése a már elsajátított frekvenciatartományokban. 1985-ben a viszonylag alacsony frekvencián működő tranzisztoros erősítők 95-98%-os hatásfokot értek el, és már 30 MHz-es frekvencián a hatásfok 80%-ra csökkent [53] . 2000-re ugyanez a 80%-os hatásfok vált a normává a 900 MHz-es sávban [54] . Ezeken a frekvenciákon a tranzisztor kapcsolási késleltetése összemérhetővé válik a vivőfrekvencia periódusával, és a kulcsmódok és a vezérelt áramforrás üzemmódjai közötti vonal törlődik. Ugyanakkor nincs egységes elmélet a nagy teljesítményű mikrohullámú kaszkádok folyamatait leíró, sem egyetlen módszer az ilyen kaszkádok elemzésére és optimalizálására, még a jól ismert C kevert módú kaszkád sem [55] [56] .
1975-ben apa és fia, Nathan és Alan Sokal kísérletet tettek egy ilyen elemzésre . A jól ismert kulcskaszkád alapján a veszteségek minimalizálását tűzték ki feladatul a tranzisztor zárt állapotból nyitott állapotba kapcsolásakor és fordítva. Sokal megfogalmazta a gazdaságos teljesítményerősítő működési elvét, amelyet "E osztálynak" neveztek: amikor a tranzisztort kikapcsolják, a rajta áthaladó áramnak nullára kell csökkennie, mielőtt a kollektor feszültsége emelkedni kezd, bekapcsoláskor a kollektor feszültsége nullára kell süllyednie, mielőtt elkezdené az áram emelkedését. A nagyfeszültség és a nagyáram kombinációja nem megengedett. Így Nathan Sokal érvelése szerint lehetséges az energiafogyasztás 35%-áról 15%-ra csökkenteni a veszteséget még olyan frekvenciákon is, amelyeken a tranzisztor bekapcsolási késleltetése a vivőfrekvencia ciklus 30%-a [57] .
A veszteségek csökkentésének alternatív módja az áramok és feszültségek spektrális (harmonikus) szétválasztása a végfokozatban. Egy ilyen erősítő terhelése több rezonáns áramkörből áll, amelyek a vivőfrekvencia páros harmonikusait átengedik és a páratlan harmonikusokat elnyomják. Ideális esetben egy ilyen fokozat áramformája a vivőfrekvencián kívül csak annak páros harmonikusait tartalmazza, és egy erős tranzisztor kollektorán vagy leeresztőjén lévő feszültség alakja csak páratlanokat tartalmaz. A valódi erősítők két vagy három áramkört használnak, így az áramok és feszültségek hullámformái jelentősen eltérnek az ideálisaktól. Az ilyen típusú erősítőket általában egy speciális F osztályba sorolják, de a szakirodalomban megtalálhatók a „C gazdasági osztály”, „optimális C osztály”, „ többrezonáns C osztály”, HRA (harmonikus reaktanciás erősítő ) , HCA ( harmonikus ) kifejezések is. vezérlő erősítő ) sőt "E osztály" is (a Sokal-féle E osztálytól eltérő értelemben). Az áramkörök konfigurációjától és az F osztályon belüli elnyomott és átvitt harmonikusok megválasztásától függően az F1, F2, F3, F −1 ("fordított" vagy "inverz", F) alosztályokat különböztetnek meg [58] . [59] [60] .
| Jelmagyarázat : Védjegy vagy védett megoldás elavult kifejezés Nem használt levél |
Rövidítések : AF - audio frekvenciák RF - rádiófrekvenciák SHF - ultramagas frekvenciák ( mikrohullámú sugárzás ) UMZCH - hangfrekvenciás teljesítményerősítő UPT - DC erősítő URCH - rádiófrekvenciás erősítő |
| Osztály | Az előfordulás időszaka |
Hatály _ |
Osztály meghatározása | Források | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Alosztály | Alosztály meghatározása | Áttekintés | Részletes | |||
| A | 1920-as évek | Az erősítési módok alapvető osztályozása Feszültség- és teljesítményerősítők |
Az erősítőelem olyan működési módja, amelyben az erősítőelemen átfolyó áram soha nem szakad meg (a harmonikus jel vezetési szöge 360°). Az erősítő rendeltetésétől függően (RF, AF vagy DC erősítés) a vezérlőfeszültségek megválasztása vagy az erősítőelem működési pontja tekintetében alternatív, egyenértékű összetételek is lehetségesek. | [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] | UMZCH cső: [69] UMZCH tranzisztor: [70] [71] FM tranzisztor: [72] [73] [74] [75] | |
| A1 | Hálózati áramok nélkül működő A osztályú csöves erősítő | [76] | ||||
| A2 | Hálózati árammal működő A osztályú csöves erősítő | [76] [77] | A kaszkád elemzése és számítása: [78] | |||
| AA | 1986 | A Technics UMZCH védjegye | UMZCH, amely egy precíziós, nagyvonalú A osztályú erősítőt, egy nagy teljesítményű B osztályú erősítőt és egy áthidaló áramkört egyesít a terhelés és a negatív visszacsatoló hurkok csatlakoztatására . Sandman korábbi sémájának megismétlése [79] | S és AA osztályú UMZCH áramkörök összehasonlító elemzése: [80] [81] | ||
| AB | 1920-as évek | Erősítési módú teljesítményerősítők |
Az erősítőelem működési módja az A és B üzemmód között van. A harmonikus jel vezetési szöge lényegesen nagyobb, mint 180°, de kisebb, mint 360° | [61] [62] [64] [65] [67] | Tranzisztor RF: [82] [83] [84] | |
| AB1 | Rácsáram nélkül működő AB osztályú csöves erősítő | [76] [77] [68] | ||||
| AB2 | AB osztályú, hálózati árammal működő csöves erősítő | [76] [77] [68] | A kaszkád elemzése és számítása: [78] | |||
| AB+B | Tranzisztoros erősítő két párhuzamos kimeneti fokozattal - A és B osztály. A kifejezést 1968-ban Gerald Stanley (Crown Audio) vezette be [85]. | [85] | ||||
| A/H | 1988 [50] | Teljesítményerősítők | Híd erősítő. A híd egyik oldala A módban, a másik G/H módban működik, sima, nem lépcsős csatlakozással a tápbuszokhoz. Stan Gould (BSS Audio) javaslata, professzionális berendezésekben használatos [50] Lásd még A/H osztályt |
[ötven] | ||
| B | 1920-as évek | Erősítési módú teljesítményerősítők |
Az erősítő elem működési módja, amelyben a harmonikus jel vezetési szöge 180° vagy kissé meghaladja | [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] | RF tranzisztor [86] [87] | |
| B1 | Hálózati áram nélkül működő B osztályú csöves erősítő | [76] | ||||
| B2 | Hálózati árammal működő B osztályú csöves erősítő | [76] | A kaszkád elemzése és számítása: [78] | |||
| időszámításunk előtt | 1930-as évek | A gyakorlatban nem használják [88] | Történelmileg - egy köztes üzemmód a B (lineáris) és C (impulzus) osztályok között. A gyakorlatban ez a "köztes" mód megfelel a C osztály definíciójának, és nem rendelkezik olyan jellemzőkkel, amelyek különös figyelmet érdemelnének. | [88] [62] | ||
| BD | 19xx | RF teljesítményerősítők | Push-pull RF erősítő alulfeszültség esetén B üzemmódban, túlfeszültség esetén D módban működik. | [89] [52] | ||
| C | 1920-as évek | Az erősítési módok alapvető osztályozása Teljesítményerősítők (tipikusan RF) |
Az erősítő elem működési módja, amelyben a harmonikus jel vezetési szöge kisebb, mint 180°. Tranziens üzemmód a lineáris (B mód) és az impulzus (D mód) áramkörök között. | [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] | Tranzisztor RF: [90] [91] [92] [93] | |
| C1 | Hálózati áramok nélkül működő C osztályú csöves erősítő | [76] | ||||
| C2 | Hálózati árammal működő C osztályú csöves erősítő | [76] | A kaszkád elemzése és számítása: [78] | |||
| CD | RF teljesítményerősítők | A "kevert C mód" szinonimája | Tranzisztor RF: [94] | |||
| D | 1951, ötlet 1955, kifejezés [26] |
Erősítési módú teljesítményerősítők |
Az erősítő elemek teljes kulcsú (impulzusos) üzemmódja. A kimeneti feszültséget a végfokozat felső és alsó karjába táplált vezérlőimpulzusok munkaciklusa határozza meg. | [95] [96] [97] | UMZCH tranzisztor: [98] URCh tranzisztor: [99] [100] [101] [102] Történelmi publikációk: [103] [104] [105] | |
| DE | 19xx | RF teljesítményerősítők | D osztályú RF erősítő, amelynek terhelése minimálisra van hangolva a kulcstranzisztorok kimeneti kapacitásának újratöltésénél. A push-pull áramkör két karjának zárványai közötti kellően hosszú szünetekkel a DE mód az E mód analógjává válik. | [106] [107] | ||
| E | 1975 | RF teljesítményerősítők | Olyan erősítő, amely kapcsolási üzemmódban működik, amelyben (a) a tranzisztor kikapcsolásakor a rajta áthaladó áram nullára csökken, mielőtt a kollektor feszültsége emelkedni kezd, és (b) amikor a tranzisztort bekapcsolják, a tranzisztoron áthaladó feszültség A kollektor nullára esik, mielőtt elkezdené az áram emelkedését. Nathan és Alan Sokal által javasolt név . | [96] [108] [66] | [109] [57] [110] [111] [112] [113] | |
| EF | 19xx | RF teljesítményerősítők | F osztályú kétütemű változat ( harmonikus reaktanciás erősítő, HRA ) | [114] | ||
| F | RF teljesítményerősítők | Az áramok és feszültségek spektrális szétválasztásával rendelkező erősítők. A kimeneti tranzisztor áramának alakját a vivőfrekvencia és annak páros felharmonikusai, kollektorának vagy leeresztő feszültségének alakját a vivő és annak páratlan harmonikusai határozzák meg. | [96] [66] [115] | [59] [116] [117] [60] [118] | ||
| F1 | F osztályú erősítő a vivőfrekvenciára hangolt áramkörökkel és annak egyik harmonikusával (második vagy harmadik) | [119] | ||||
| F2 | F osztályú erősítő, amely szinte végtelen számú páratlan harmonikust szűr ki egy negyedhullámú vonalon | [120] [121] [122] | ||||
| F2_ _ | F osztályú erősítő második harmonikus szűréssel | [123] | ||||
| F24 _ | F osztályú erősítő 2. és 4. harmonikus szűréssel | [124] | ||||
| F3 | E és F osztályú hibrid – E osztályú kaszkád harmadik harmonikus elnyomással | [125] | ||||
| F3_ _ | F osztályú erősítő harmadik harmonikus szűréssel | [126] | ||||
| F 35 | F osztályú erősítő harmadik és ötödik harmonikus szűréssel | [127] | ||||
| F −1 vagy F inv |
„Reverse”, vagy „inverz” F osztály: a kimeneti tranzisztor áramformáját a vivőfrekvencia és annak páratlan felharmonikusai, kollektorának vagy leeresztő feszültségének alakját a vivő és annak páros felharmonikusai határozzák meg. | [128] | ||||
| G | 1965, publikáció [129] 1977, sorozatgyártás [129] |
Gazdaságos UMZCH | B osztályú tranzisztoros erősítő kapcsolt tápsínekkel. Nyugalmi állapotban és alacsony kimeneti feszültség mellett az erősítőt alacsony tápfeszültségű buszok táplálják, a kimenet növekedésével pedig magasabb feszültségű buszokra csatlakozik. | [96] [130] [129] | Áramkör elemzés: [131] | |
| H | 1964, szabadalom [41] 1984, sorozatgyártás [41] |
Gazdaságos UMZCH | B osztályú tranzisztoros erősítő lebegő sínfeszültséggel. Nyugalmi állapotban és alacsony kimeneti feszültség mellett az erősítő egy lineáris tápegység kisfeszültségű síneire van csatlakoztatva. A kimeneti feszültség növekedésével a beépített szervo impulzus átalakító növeli az egyik busz feszültségét. | [96] [130] [41] | ||
| én | 1995 [132] | A Crown International (a Harman International Industries egyik részlege ) UMZCH védjegye | Push-pull erősítő kulcstranzisztorokon (D osztály fejlesztése) szabadalmaztatott vezérlési logikával, amelyben a felső és alsó gombok külön szűrőkkel vannak összekötve a terheléssel | [133] | Gyártói prospektusok: [134] [135] | |
| J | 2000-es évek | Az UMZCH cég Earthquake Sound védjegye | UMZCH D osztály | Gyártói prospektus: [136] | ||
| 2000-es évek | A Crown Audio UMZCH védjegye | UMZCH D osztály, B osztályú segédfokozat párhuzamos csatlakoztatásával, amely semlegesíti az első által okozott torzításokat [137] | [137] | |||
| 2006 | Gazdaságos mikrohullámú teljesítményerősítők | Egyciklusú mikrohullámú oszcilláció erősítő, AB osztályba tolva, reaktív hasznos teherre terhelve, és a működési frekvencia alapharmonikusaihoz illeszkedve. A HEMT vagy LDMOS tranzisztor kimeneti kapacitását az illesztő áramkör tartalmazza [138] | [139] | |||
| K | 1953 [140] | Vákuumcsöves adómodulátorok | Csöves rádióadó gazdaságos modulátora, amelyben a modulátor tetróda nyugalmi áramát egy másik cső - egy AF erősítő - árama szabályozza, melynek anódja a tetróda árnyékoló rácsához csatlakozik. A feltaláló, Richard Klensh „K osztályú erősítőként” emlegette ezt a tervet [140] | [140] [141] | ||
| 1998 [51] | Gazdaságos UMZCH | Hibrid teljesítményerősítő AF, amelyben egy precíziós A osztályú feszültségerősítő és egy nagy teljesítményű D osztályú árampuffer van párhuzamosan csatlakoztatva.A név Koreáig nyúlik vissza . Lásd még A/H osztályt |
[51] | |||
| L | Nem használt | |||||
| M | 2000-es évek | Védjegy URC cég PWRF | Szabadalmaztatott delta-szigma modulátor áramkör mobil bázisállomás rádióadókhoz | Gyártói prospektus: [142] | ||
| N | 2002 | Gazdaságos mikrohullámú teljesítményerősítők | A mikrohullámú erősítő energiaveszteségének csökkentésének elve, amelyet 2002-ben javasolt a Donyecki Egyetem szerzői csoportja . | [143] | ||
| O | Nem használt | |||||
| P | Nem használt | |||||
| K | Nem használt | |||||
| R | Nem használt | |||||
| S | 1982 [144] | UMZCH Aubrey Sandman | UMZCH, amely egy precíziós, alacsony fogyasztású A osztályú erősítőt, egy nagy teljesítményű B osztályú erősítőt, valamint egy áthidalt terhelési kapcsolatot és negatív visszacsatoló hurkokat egyesít . Megismételve (Sandman beleegyezése nélkül) a Technics "AA osztályú" erősítők sorozatában [79] | [145] | S és AA osztályú UMZCH áramkörök összehasonlító elemzése: [80] [81] | |
| 1932, szabadalom [146] | Gazdaságos RF teljesítményerősítők | [96] [146] | RF tranzisztor: [147] Ígéretes mikrohullámú áramkörök: [148] | |||
| T | 19xx | A Tripath cég UMZCH védjegye (2007 óta a Cirrus Logic tulajdona , megszűnt) [149] | D osztályú integrált erősítő szabadalmaztatott digitális visszacsatolás feldolgozással | [38] [39] | Gyártói prospektus: [150] | |
| TD | 2000-es évek | A Lab.gruppen UMZCH védjegye | „D nyomkövetési osztály” – a D osztály és a H osztály alfaja: B osztályú erősítő, amelyet a D osztályú erősítő által generált AF feszültség táplál | Gyártói prospektus: [49] | ||
| U | Nem használt | |||||
| V | Nem használt | |||||
| W | 2000-es évek | A Wolfson Micro védjegye | Gazdaságos integrált erősítő, beépített konverterek által generált lebegő tápfeszültséggel (lásd H osztály) | A gyártó weboldala: [151] | ||
| x | Nem használt | |||||
| Y | Nem használt | |||||
| Z | 2000-es évek | Az impulzusos UMZCH cég Zetex védjegye , 2008 óta Diodes Incorporated . 2010 óta használják a NAD Master sorozatú erősítőkben. | D osztályú integrált erősítő szabadalmaztatott digitális visszacsatolás feldolgozással | Gyártói prospektus: [152] | ||