راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

[jahan43]

سلام دوستان.شاید این تاپیک برای افراد مبتدی خیلی کاربردی باشه حال انکه برای افراد حرفه ای نیست،ولی خواهشمندیم ما رو راهنمایی کنید.یه تاپیک ساده درباره کلاس های کاری امپلیفایر ها که خودمم سائل هستم.و نمیشه به راحتی در نت درباره این ها چیز مفیدی پیدا کرد مگر در سایت های خارجی که ممکنه همه کس نتونن ترجمه اش کنند.
خوب همه میدونیم امپلی فایر ها کلاس هی کاری مختلفی مانند A-AB-B-C-D-H-و.....دارند اما سوئال اینجاست که فرق تموم این کلاس ها با هم چیست و امپلی فایر های عجیب تر مانند کلاسHو کلاس Gدیگر کلاس هایی که کمتر اسمشان به گوشمان میخورد چه هستند؟بلوک دیاگرام و نحوه ی کار انها چگونه است؟ایا کلاس های دیگری وجود دارند که ما از وجود انها بی خبر باشیم؟اگر هست یه مختصر توضیحی درباره انها و اینکه کجا کاربرد دارند بگویید؟
ایسی یا شماتیک مدارگسسته ای در رابطه با انها اگر دارید بگذارید شاید کسی تجهیزات لازم (اسکپ،مولتی متر دقیق،و تجهیزات ازمایشگاهی)داشته باشه و بسازه و با گفتن نتیجه اش و راهنمایی های لازم بقیه افراد انجمن نیز بی بهره نباشندولی هدف اصلی موضوع بحث درباره شکل موج ورودی و خروجی و کلا کلاس کارهای دیگر امپلی فایر ها هست،خصوصا کمیاب تر ها و یا جدید تر ها.....

[keshtkarmohammad1995]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

با سلام .
همه ی ما دنبال آمپلی فایر هایی هستیم که رفتار خطی داشته باشند ، اعوجاج کمی داشته باشند ، بازدهی بالایی داشته باشند ، هزینه ی ساخت پایین داشته باشن و توانشون هم زیاد باشه . اما در عمل نمیشه همه ی این ها رو با هم داشت و باید بعضی رو فدای بعضی دیگه کرد .
راه های زیادی هست برای تقسیم بندی آمپلی فایر ها که من این جا اول اونا رو به دو دسته ی خطی و سویچینگ تقسیم میکنم .
کلاس های A,B,AB,H رو در دسته ی خطی قرار میدیم چون ترانزیستور های قدرتشون در مرحله ی آخر مدار مقادیر پیوسته ای از ولتاژ رو میتونن به خروجی بدن .
در آمپ های سویچینگ که دسته بندی های مختلفی دارند فقط به کلاس D اشاره می کنم . دز این آمپلیفایر ها ترانزیستور های خروجی یا کاملا باز هستند یا کاملا بسته . توضیحات بیشتر رو در ادامه میگم .

---

اضافه شده در تاریخ :
آمپلی فایر های کلاس A

آمپلی فایر های کلاس A بالا ترین کیفیت را دارند و کمترین اعوجاج در میان سایر کلاس ها ، اما بازدهی بسیار کم کاربرد آن ها را محدود کرده . بازدهی کمتر ترانزیستور یعنی تلفات بیشتر ، نیاز به هیتسینک بزرگتر و تغذیه ی بزرگتر .

اما آمپلی فایر های کلاس A چگونه کار میکنند ؟

در این آمپلی فایر ها ترانزیستور یا ترانزیستور های خوروجی به گونه ای بایاس میشوند که همیشه در حالت فعال باشند و این باعث میشوت حتی زمانی که سیگنالی در ورودی نداریم آمپ ما از منبع تغزیه جریان بکشد و گرم شود .


در این مدار R1 و R2 به گونه ای انتخاب میشوند که ترانزیستور را در بهترین حالت ممکن قرار دهند تا قسمت های بالا و پایین سیگنال را بدون کلیپ کردن تقویت کند . یعنی زمانی که ورودی نداریم کالکتور ترانزیستور را در حدود VCC/2 قرار دهند .

بنابر این بازده این کلاس آمپلی فایر در بهترین شرایط کمتر از 30% است و این باعث شده است که در توان های بالا کسی سراغ این کلاس کاری نرود .

---

اضافه شده در تاریخ :
آمپلی فایر های کلاس B
این آمپلی فایر ها بازده بیشتری دارند نسبت به آمپ های کلاس A ، اما اعوجاج زیادی دارند که کیفیت صدای خروجی آن ها را بسیار پایین می آورد . از این کلاس میتوان جایی که با هزینه ی پایین میخواهیم صدای زیاد با کیفیت کم داشته باشیم استفاده کرد .


آمپلی فایر های کلاس B چگونه کار میکنند ؟

در این آمپلی فایر ها یک ترانزیستور وظیفه ی تقویت نیم سیکل بالایی را دارد و یک ترانزیستور وظیفه ی تقویت نیم سیکل پایینی .



به این چیدمان ترانزیستور push-pull نیز میگویند .
مشکلی که وجود دارند این است که برای قسمتی از سیگنال هیچ یک از ترانزیستور ها در حالت فعال قرار ندارند که این باعث به وجود آمدن اعوجاج در این ناحیه میشود . به این اعوجاج به وجود آمده cross over distortion یا اعوجاج تقاطعی میگویند .




این کلاس کاری از آمپلی فایر ها به صورت تئوری 80% و در عمل تا 70% بازدهی دارند . اما اعوجاج زیاد و صدای بی کیفیت باعث شده کمتر کسی از آن ها استفاده کند .

[keshtkarmohammad1995]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

اگه بخواین بقیشم مینویسم ولی گویا کسی استقبال نمیکنه

[jahan43]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

اگه بخواین بقیشم مینویسم ولی گویا کسی استقبال نمیکنه

نه نه توضیحات شما خیلی کامل و عالی بود.حتی به معلومات خود منم خیلی زیاد اضافه شد.خواهش میکنم ادامه دهید.
به شخصی مانند شما به شدت برای این تاپیک نیازمند بودم.کلاس های بعدی رو توضیح بدید.

[keshtkarmohammad1995]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

خب تا اینجا کلاس A رو گفتیم که کیفیت خوب و بازده کمی داشت و کلاس B که بازده خوب و کیفیت کم داشت .
کلاس بعدی کلاس AB هست که راندمانش از کلاس A خیلی بیشتره ( ولی به B نمیرسه ) و کیفیتش از B خیلی بهتره ( یعنی دیگه هیچ خبری از cross over distortion نیست ) .

آمپلی فایر های کلاس AB

کلاس AB به علت کیفیت و راندمان قابل قبولش به یکی از پر کاربرد ترین کلاس های کاری تبدیل شده .

آملی فایر های کلاس AB چگونه کار میکنند ؟

ترانزیستور های BJT برای رفتن به حالت فعال به حد اقل 0.7 ولت اختلاف پتانسیل بین بیس و امیترشان نیاز دارند . در آمپ های کلاس AB ترانزیستور های قدرت به گونه ای بایاس میشوند که همیشه در حالت آماده به کار باشند .
برای این کار روش های مختلفی وجود دارد یکی از ساده ترین و معمول ترین روش ها استفاده از 2 دیود پشت سر هم مانند شکل زیر است .





روش دیگر استفاده از مقاومت های ثابت و متغیر است که با تنظیم آنها مدار را در وضعیت آماده به کار قرار میدهند .



در این کلاس ، هر ترانزیستور برای بیش از 180 درجه از سیکل ورودی فعال است . هر چقدر این مقدار بیشتر شود بازده مدار پایین تر می آید و هنر طراحی این است که مدار کمترین اعوجاج و بیشترین بازدهی ممکن را داشته باشد.

آمپلی فایر های کلاس AB بازده در حدود 50-60% دارند .

[keshtkarmohammad1995]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

خب تا این جا سه نمونه از معروف ترین کلاس های خطی رو معرفی کردم . در آمپ های سویچینگ معروف ترین کلاس کلاس دی هست که بعد از دادن توضیحات مربوط به اون میریم سراغ سایر کلاس های خطی و سویچینگ که زیاد معروف نیستند .

آمپلی فایر های کلاس D

آمپلی فایر های کلاس دی جزو آمپ های سویچینگ هستند چون ترانزیستور های قدرت اون ها (BJT,MOSFET) مانند کلید عمل میکنند که یا کاملا باز هستند یا کاملا بسته . این آمپ ها بازدهی فوق العاده زیاد و در صورت طراحی اصولی میتوانند کیفیت خوبی نیز داشته باشند .

آمپلی فایر های کلاس D چگونه کار میکنند؟



شکل بالا نمای ساده شده ی یک آمپلی فایر کلاس D است .
در ابتدا موج صوتی ما با یک موج مثلثی مقایسه میشود توسط یک پ امپ .



و همانگونه که در شکل میبینید خروجی پ امپ یه موج با دامنه ی ثابت است که پهنای پالس در آن در قسمت های مختلف متفاوت است . و فرکانس آن تابع فرکانس موج مثلثی است .
نکته : هر چقدر که فرکانس موج مثلثی بیشتر باشد کیفیت صدای خروجی بیشتر میشود و تلفات سویچینگ نیز بیشتر میشود .

بعد این پالس ها توسط یک درایور به قطعات قدرت ما که در این شکل ماسفت ها هستند داده میشوند . زمانی که پالس ما high باشد ماسفت بالایی و زمانی که low باشد ماسفت پایینی وصل میشوند .

اما چرا سویچینگ ؟؟؟ توان تلف شده در قطعه ی ما برابر است با ولتاژ دو سر آن ضرب در جریان گذرنده از آن . ( جریان و ولتاژ درین-سورس یا کالکتور امیتر) .
وقتی یک قطه به صورت کامل قطع باشد ولتاژ دو سر آن زیاد میشود اما جریان گذرنده از آن تقریبا صفر است که توان تلف شده در آن نیز بسیار کم میشود .
زمانی که قطعه ما کاملا وصل باشد جریان از آن میگذرد اما ولتاژ دو سر آن بسیار کم است که باز هم توان تلف شده در آن کم میشود .

در مرحله ی آخر این پالس های تقویت شده از یک فیلتر پایین گذر عبور کرده و وارد اسپیکر میشوند .

شکل زیر یک نمایش کامل تر از یک آمپ کلاس D است .



یکی از مشکلات آمپ های کلاس D این است که فیلتر پایین گذر خروجی آن ها برای اسپیکر با امپدانس خاصی مثلا 8 اهم طراحی شده و استفاده از امپدانس های دیگر پاسخ مدار را تغییر میدهند .

این کلاس کاری میتواند در بعضی شرایط به بازدهی بیش از 90% نیز برسد .

[jahan43]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

بی صبرانه منتظر کلاس های بعدی نیز هستیم...

[keshtkarmohammad1995]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

خب تا اینجا با کلاس های A , B , AB , D آشنا شدیم . که کلاس D بالا ترین بازدهی رو داشت به علت سویچینگ بودنش .
چون توی ترانزیستور های قدرتش تلفات به حد اقل رسیده بود .
یه سوالی که پیش میاد اینه که آیا میشه بازده آمپلیفایر های خطی رو هم افزایش داد ، و جوابش کلاس G و H هست !

آمپلی فایر های کلاس G و H

خب فرمول توان رو یادتونه ؟ p=I*V . فرض کنید تو یه آمپ های خطی میخوایم به یه بار تو خروجی 5 ولت بدیم و بار ما هم 1 آمپر میکشه و ولتاژ مثبت تغزیه هم 50 ولت هست . حالا ترانزیستور ما چقدر توان باید تلف کنه ؟ ( برای راحتی محاسبه VCB و VEB رو صفر بگیرید و محاسبات رو خیلی ساده و ابتدایی انجام بدیم )
50-5=45 یعنی 45 ولت میافته رو ترانزیستور و 1 آمپر هم ازش رد میشه چون با بار سریه . 45*1=45 یعنی 45 وات تلف میکنه و 5 وات میده به خروجی !!!
خب راه حل چیه ؟؟؟ راه حل اینه که ما چند سطح مختلف ولتاژ تغزیه داشته باشیم و با توجه به نیازمون بینشون سویچ کنیم . تلفات قطعات در حالت سویچینگ هم که کمتره و این یعنی بالا رفتن بازدهی !






شکل های بالا مثال هایی از کلاس G و H هستند . البته معمولا برای بخش سویچ مدار از ماسفت ها استفاده میکنند که تلفات سویچینگ کمتری دارند .

از این کلاس های کاری برای توان های بالا استفاده میشه و میشه همه ی کلاس های خطی رو با این روش بهینه کرد و بازدهیشون رو برد بالا .
نکته ای که تو این طراحی ها هست دیستورشنیه که وقتی از یه سطح ولتاژ میریم به سطح بعدی در موج خروجی ظاهر میشه و طراح باید اونو به حد اقل برسونه . که البته این اعوجاج خیلی کمتر از اعوجاجی که تو کلاس B رخ میداد محسوسه .
بازدهی مدار هم به طراحیش بستگی داره .

[AMIR_N]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

ی سوال فرق بین ایت 2 تا کلاس چیه؟؟؟ (g or h)
بیس و پایه مدار بکیه ولی خب ی تفاوت هایی دارن ک ی اسم دیگه هم روش گزاشتن

[jahan43]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

یه سوئال؟در کلاس hما نیاز به دوتا دیودی که در کلاس abمیذاشتیم،نداریم؟چرا؟

[keshtkarmohammad1995]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

یه سوئال؟در کلاس hما نیاز به دوتا دیودی که در کلاس abمیذاشتیم،نداریم؟چرا؟

سلام دوست عزیز
همه ی کلاس های خطی رو میشه برد به کلاس h ، مطمئناً اگه بخوایم اعوجاج تقاطعی در ولتاژ صفر نداشته باشیم باید مدار مناسب برای بایاسشون در نظر بگیریم .
شکل های بالا هم فقط جنبه ی آموزشی دارند.

[amir h.]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

سلام

کلاس T چطوریه؟

[Mostafa77]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

خب تا اینجا با کلاس های A , B , AB , D آشنا شدیم . که کلاس D بالا ترین بازدهی رو داشت به علت سویچینگ بودنش .
چون توی ترانزیستور های قدرتش تلفات به حد اقل رسیده بود .
یه سوالی که پیش میاد اینه که آیا میشه بازده آمپلیفایر های خطی رو هم افزایش داد ، و جوابش کلاس G و H هست !

آمپلی فایر های کلاس G و H

خب فرمول توان رو یادتونه ؟ p=I*V . فرض کنید تو یه آمپ های خطی میخوایم به یه بار تو خروجی 5 ولت بدیم و بار ما هم 1 آمپر میکشه و ولتاژ مثبت تغزیه هم 50 ولت هست . حالا ترانزیستور ما چقدر توان باید تلف کنه ؟ ( برای راحتی محاسبه VCB و VEB رو صفر بگیرید و محاسبات رو خیلی ساده و ابتدایی انجام بدیم )
50-5=45 یعنی 45 ولت میافته رو ترانزیستور و 1 آمپر هم ازش رد میشه چون با بار سریه . 45*1=45 یعنی 45 وات تلف میکنه و 5 وات میده به خروجی !!!
خب راه حل چیه ؟؟؟ راه حل اینه که ما چند سطح مختلف ولتاژ تغزیه داشته باشیم و با توجه به نیازمون بینشون سویچ کنیم . تلفات قطعات در حالت سویچینگ هم که کمتره و این یعنی بالا رفتن بازدهی !






شکل های بالا مثال هایی از کلاس G و H هستند . البته معمولا برای بخش سویچ مدار از ماسفت ها استفاده میکنند که تلفات سویچینگ کمتری دارند .

از این کلاس های کاری برای توان های بالا استفاده میشه و میشه همه ی کلاس های خطی رو با این روش بهینه کرد و بازدهیشون رو برد بالا .
نکته ای که تو این طراحی ها هست دیستورشنیه که وقتی از یه سطح ولتاژ میریم به سطح بعدی در موج خروجی ظاهر میشه و طراح باید اونو به حد اقل برسونه . که البته این اعوجاج خیلی کمتر از اعوجاجی که تو کلاس B رخ میداد محسوسه .
بازدهی مدار هم به طراحیش بستگی داره .

سلام مطالب بسیار مفیدی گفتین
یه سوال من یه تازه کارم
تظرتون رو درباره ترانزیستور d718 وd882 چیه برای امپلی فایر

[پوریا یعقوبی]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

سلام و درود بر شما . مطالب فوق العاده و بسیار کاربردی بود

[Amir Zia]

پاسخ : راهنمایی درباره کلاس های مختلف امپلی فایر ها

سلام. برای گیتار الکتریک میخوام امپ طراحی کنم/ لطفا ذکر کنین چجوری طراحان میان قسمت بیس/ مدیوم/ تریبل رو جدا میکنن؟ و اینکه حالت overdrive و distortion رو چجوری بوجود میارن/ مطالب فوق العاده بود