Förstärkarklasserna och dess egenskaper

När man pratar om förstärkare pratar man i regel om en audioförstärkare som förstärker en ljudsignal från till exempel en CD-spelare för att kunna driva en högtalare, men det kan även vara en förstärkare för att kunna skicka en trådlös radiosignal.

En audiosignal består av två ledare, signal och jord. I folkmun brukar dessa kallas för plus och minus, men det är helt fel då polariteten hela tiden ändras beroende på om vågen befinner sig under eller under den såkallade nollinjen.

Förstärkare finns i fem klasser, A, B, AB, C och D. Jag kommer dra ett exempel på varje förstärkare där jag skickar in en ren sinusvåg, så ska jag förklara hur de olika förstärkarna behandlar den för att kunna få ut en förstärkt signal.

Signalen som jag kommer "skicka" genom de olika förstärkarna

Olika förstärkare är olika bra på att återge den förstärkta signalen och denna avvikelse anges i %THD där THD är avvikelse från signalen.

I alla förstärkare finns det transistorer. En transistor kan bryta en ström, släppa förbi eller bromsa. Men när en transistor bromsar en ström blir all den ström som inte passerar till värme, och det är denna värme som ställer till problem. Det är lösningen på problemet som skiljer de olika förstärkarna åt.

Klass A-förstärkaren är den förstärkare med sämst verkningsgrad (verningsgrad är den andel energi som inte går till spillo i kretsen). I en klass A-förstärkare är det samma transistor som arbetar under hela vågperioden, där den först bromsar 50% där den lägger en nollinje och rör sig därefter enligt hur signalen ser ut. Därför ligger verkningsgraden på ungefär 50%, vilket är väldigt mycket. Men eftersom signalen inte växlar mellan olika transistorer (du förstår vad jag menar när jag förklarar klass B) blir THD extremt låg, där jag sett värden på 0.00008%. Länk

Transistorn arbetar både över och under nollinjen

Klass B-förstärkaren till skillnad från klass A tar bara hand om vågen på en sida om nollinjen. För att får en komplett ljudvåg har man därför två transistorer, där ena tar ovansidan av vågen och den andra tar undersidan. Denna metod kallas därför för push-pull (tryck-dra) som beskriver transistorernas arbetsuppdelning.

Den övre delen som en transistor förstärker i en klass B-förstärkare

Den undre halvan som den andra transitorn förstärker

Detta arbetsätt skapar problem när transistorerna ska byta mellan varandra. Denna störning går att få bort nästan helt om kretsen ställs in rätt, men ändras lätt av temperaturväxlingar.

Verkningsgraden ligger på ungefär 78,5% (vid sinussignal), vilket är mycket högre än klass A. Därför är detta en populär förstärkningsmetod i billiga förstärkare där ljudkvalitet spelar mindre roll (THD över 1% är inte ovanligt)

Klass AB-förstärkaren tar det bästa ur både B och A-förstärkaren. Arbetssättet liknar mest B-förstärkaren, men istället för att klippa och gå över till den andra transistorn överlappar båda transistorerna på sin motsida, liknande klass A-förstärkaren.

Den övre våghalvan som den ena transistorn arbetar med, där den överlappar till underdelen.

Den undre vågen som överlappar lite till överdelen.

Detta betyder sålänge man spelar på låg ljudvolym kommer den att fungera som en klass A-förstärkare då dioderna arbetar gemensamt. Men när man höjer volymen kommer kommer ena transistorn nå sitt ändläge och andra transistorn fortsätter mot toppen.

Men denna övergång lider av liknande problem som klass B när även om de är kraftigt reducerade. Dessutom är verkningsgraden strax under klass B-förstärkaren, det vill säga 78,5%. Därför är detta en vanlig förstärkare där krav på ljudet är högre, men även där även lågt pris efterfrågas. Djupare jäförelse mellan klass A och klass AB-förstärkarna kan man hitta här: Länk

Klass C-förstärkaren är i princip en klass B-förstärkare utan push-pull-funktionen. Den använder alltså bara halva vågen vilket gör att distorsionen (THD) blir enorm. Därför används den sällan i audiosammanhang men däremot mycket i bland annat radiosändare. Där kan antennen ofta bara hantera ett kort frekvensområde, så därför spelar distorsionen mindre roll. På grund av användandets karaktär behöver transistorn inte bromsa utan släpper igenom för fullt eller bromsar helt. Därför är verkningsgraden så hög som upp mot 92%.

Elektroniska leksaker har ofta en klass C-förstärkare eftersom, som jag nämnde i pulsvågsinlägget ofta bara använder sig av pulsvågor. Då det bara finns till eller från är därför klass C-förstärkaren ingen nackdel. Eventuell filtrering sker då efter förstärkaren.

Klass D-förstärkaren är den i särklass modernaste och mest intressanta förstärkaren. Den har verkningsgraden som en klass C-förstärkare men ljudkvalitén kan teoretiskt bli lika bra som Klass A.

Kort sagt använder de pulsvåg (där har vi min älskade pulsvåg igen), så därför är transistorn antingen på eller av ungefär som klass C och därmed den höga verkningsgraden. Men jag vill spara Klass D-förstärkaren till ett annat tillfälle då jag gått igenom operationsförstärkaren (en elektroniks komponent), så jag kan förklara förstärkaren mer grundligt.

Den berömda T-amp använder sig av klass D-teknik, så om ni känner till den så förstår ni vad jag är inne och nosar på för nånting.