VF pojačavači snage u klasi D

UVOD

Pojačavači se mogu projektovati tako da pojačavaju samo naponske signale (naponski pojačavači) , ili samo struju (strujni baferi) , ili oboje (pojačavači snage). Pojačavač snage je pojačavač koji na izlazu treba da obezbedi signale velikih amplituda. Generalno, pojačavač snage je među poslednjim u prenosnom lancu, jer je to pojačalo sa visokim stepenom iskorišćenja energije.
Pojačavači se često projektuju tako da imaju nekoliko rednih stepeni kako bi se povećalo pojačanje. Svaki stepen ovakvih pojačavača zadovoljava specifične potrebe, pa se mogu klasifikovati kao A, AB, B i C za analogne primene i D i E kad tranzistori rade u prekidačkom režimu. U ovom maturskom radu biće bliže objašnjeni VF pojačavači snage u klasi D.
VF pojačala snage rade u režimu velikog signala. To su usklađena pojačala kod kojih se oscilatornim kolom opterećenja izdvaja i pojačava jedna frekvencija ili uski opseg frekvencija.

 
VF POJAČAVAČI SNAGE U KLASI D

U klasi D, E i F, MOSFET se namerno“gura” u oblast saturacije pravougaonim impulsima. MOSFET se, zahvaljujući takvoj polarizaciji, vodi iz OFF stanja (ID = 0) u ON stanje (VD = 0) za što je moguće kraće vreme. Kod ovih pojačavača se izbegava rad tranzistora u linearnoj oblasti; polarišu se tako da rade u oblasti zasićenja. Iz ovog razloga, pojačavači snage u klasi D, E i F se nazivaju pojačavačima snage u prekidačkom režimu. Da bi se tranzistor uveo u saturaciju, potrebno je da napon na gejtu bude ≥ + 8V. Pravougaoni talas na izlazu je kombinacija neparnih harmonika. Pre nego se dovede na neki prijemnik (antena) , pravougaoni talasni oblik se mora prevesti nazad u sinusni talas. Metod pomoću koga se osnovna frekvencija talasa regeneriše iz pravougaonog oblika signala na izlazu određuje da li je pojačavač u klasi D, E ili F.
Pojačavači klase D su oni pojačavači kod kojih se izlazni tranzistori koriste kao prekidači. Kada je tranzistor isključen, struja kroz njega je nula. Kada se tranzistor uključi, napon na njemu je mali, a u idealnom slučaju je nula. U svakom slučaju, disipacija snage je veoma mala. Na ovaj način se poboljšana je efikasnost, smanjujući potrebu za velikim napajanjem i gabaritni hladnjacima, što predstavlja veliku prednost sa aspekta primene u prenosivim uređajima koji se napajaju iz baterije. Pogrešno se često smatra da “D” u nazivu potiče od reči “digital”. To nije ispravno jer se tehnologija pojačavača klase D zasniva na analognim principima. Ne postoji nikakvo digitalno kodiranje signala, međutim signal ima pravougaoni oblik.

Do skoro su ovi pojačavači bili relativno zapostavljeni, ali je usledio porast njihove popularnos te su počeli veoma visoko da se rangiraju. To je zbog toga što ove pojačavače karakteriše visok stepen efikasnosti sa aspekta snage, viši nego kod bilo koje druge klase pojačavača, iako ih sa druge strane karakterišu relativno slabe performanse, koje se posebno odnose na linearnost karakteristike. Polja u kojima ovi pojačavači nalaze primenu možemo podeliti u dve kategorije:

• polja visokih i
• niskih snaga.

Polje niskih snaga varira od nekoliko mW do 5 W, dok kada se govori u kontekstu visokih snaga misli se na obim od 80 – 1400W. Ovi pojačavači su u domenu niskih snaga našli primenu u mobilnim telefonima, mini stereo uređajima, audio sistemima za laptop računare. Ovi uređaji imaju napajanje koje potiče od baterije, pa je pažljivo raspolaganje snagom veoma bitno. Glavna primena pojačavača klase D je u proizvodnji značajnijih količina korisne audio snage koja će podsticati od jedne nisko – naponske šine za napajanje.
Upotreba na polju velikih snaga podrazumeva primenu u sistemima kućnih bioskopa i sabvufera. U ovim slučajevima uređaji se napajaju iz mreže, pa energetska ekonomičnost nije prioritetna. Pojačavači klase D se u ovim slučajevima upotrebljavaju zato što disipaciju svode na minimum, samim tim smanjuju i potrebu za hladnjacima. Pojačavači klase D se takođe upotrebljavaju u audio sistemima za automobile, pružajući mogućnost za ostvarivanje snage od 1000 W i preko, na zvučnicima od 2Ω. U tom slučaju energetska efikasnost je bitna, jer je izvor napajanja limitiran akumulatorom od 12 V.
Postoji i jedna međuoblast primene ovih pojačavača, mimo dve već pomenute, ona gde se pojačavač napaja iz mreže, ali daje malu izlaznu snagu, na primer stereo uređaj koji daje 30 W na 8 Ω po kanalu. U Napajanje će skoro sigurno biti u vidu torusa sa mostom u funkciji ispravljača, te ušteda u ceni izbegavanjem ove komponente, a primenom pojačavača klase D nije značajna. Stoga primena pojačavača u ovakvim slučajevima u ovom trenutku nije opravdana.