เพาเวอร์แอมป์ถูกจัดประเภทตามวิธีทำงาน โดยเฉพาะตามส่วนและระยะเวลาการนำของวงจรอินพุต เพาเวอร์แอมป์แบ่งออกเป็นคลาส A, AB, C, D และ E บทความนี้จะให้การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมเกี่ยวกับแอมพลิฟายเออร์คลาส A
เครื่องขยายเสียงคลาส A
เครื่องขยายสัญญาณเสียงคลาส A นำกระแสอย่างต่อเนื่องตลอดวงจรทั้งหมดของสัญญาณอินพุต เนื่องจากมีประสิทธิภาพต่ำ คลาสแอมพลิฟายเออร์นี้จึงไม่ค่อยถูกใช้ในช่วงกำลังสูง
หลักการทำงานของเครื่องขยายเสียงคลาส A
วัตถุประสงค์หลักของแอมพลิฟายเออร์คลาส A คือการลดสัญญาณรบกวนให้เหลือน้อยที่สุดโดยทำให้แน่ใจว่ารูปคลื่นของสัญญาณยังคงอยู่ในขอบเขตที่ไม่ใช่เชิงเส้นของคุณลักษณะอินพุตของทรานซิสเตอร์ ซึ่งอยู่ระหว่าง 0V ถึง 0.6V การจัดเรียงพื้นฐานของเครื่องขยายเสียงคลาส A มีดังต่อไปนี้:
ในแอมพลิฟายเออร์คลาส A ส่วนสำคัญของพลังงานที่สร้างโดยแอมพลิฟายเออร์จะกระจายไปเป็นความร้อน ส่งผลให้เกิดการสิ้นเปลือง สาเหตุหลักที่ทำให้แอมพลิฟายเออร์คลาส A มีประสิทธิภาพต่ำก็คือการไบแอสอย่างต่อเนื่องของทรานซิสเตอร์ ซึ่งส่งผลให้กระแสไฟฟ้าไหลเพียงเล็กน้อย แม้ว่าจะไม่มีสัญญาณอินพุตก็ตาม
แอมพลิฟายเออร์คลาส A สามารถเชื่อมต่อโดยตรงได้เช่นกัน แอมพลิฟายเออร์คลาส A แบบไดเร็กคัปเปิ้ลเชื่อมต่อโหลดเข้ากับเอาต์พุตของทรานซิสเตอร์โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้า หม้อแปลงแบบคัปปลิ้งช่วยให้การจับคู่อิมพีแดนซ์ระหว่างโหลดและเอาท์พุตมีประสิทธิผล จึงทำหน้าที่เป็นผู้สนับสนุนหลักในการเพิ่มประสิทธิภาพ
วงจรประกอบด้วยตัวต้านทานตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า R1 และ R2 รวมถึงตัวต้านทานไบแอสและตัวปล่อย Re ซึ่งทำหน้าที่รักษาเสถียรภาพของวงจร ตัวเก็บประจุบายพาส CE และตัวต้านทาน Re เชื่อมต่อแบบขนานที่ตัวปล่อยเพื่อลดผลกระทบชั่วคราว ตัวเก็บประจุอินพุตหรือที่เรียกว่าตัวเก็บประจุแบบคัปปลิ้ง (Cin) ทำหน้าที่เชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับของสัญญาณอินพุตเข้ากับฐานของทรานซิสเตอร์ ในขณะเดียวกันก็ป้องกันกระแสไฟตรงจากขั้นตอนก่อนหน้าไม่ให้ไหลผ่าน
โดยหลักการแล้ว กระแสจะไหลผ่านโหลดความต้านทานของตัวสะสม ส่งผลให้กระแสตรงกระจายไปในตัว ดังนั้นพลังงานไฟฟ้ากระแสตรง (DC) จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนภายในโหลดโดยไม่สร้างเอาท์พุตพลังงานไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) อย่างไรก็ตามไม่แนะนำให้ถ่ายโอนกระแสไฟฟ้าโดยตรงผ่านอุปกรณ์เอาท์พุต ดังนั้น เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จึงมีการนำการกำหนดค่าเฉพาะมาใช้โดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าที่เหมาะสมเพื่อสร้างการเชื่อมต่อระหว่างโหลดและเครื่องขยายเสียง ดังที่เห็นในแผนภาพข้างต้น
การจับคู่ความต้านทาน
กระบวนการในการบรรลุการจับคู่อิมพีแดนซ์นั้นเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนอิมพีแดนซ์เอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ในลักษณะ เช่น เพื่อให้ตรงกับอิมพีแดนซ์อินพุต
การจับคู่อิมพีแดนซ์สามารถทำได้โดยการเลือกจำนวนรอบในขดลวดหลักอย่างระมัดระวัง เพื่อให้แน่ใจว่าอิมพีแดนซ์รวมตรงกับอิมพีแดนซ์เอาท์พุตของทรานซิสเตอร์ ในทำนองเดียวกัน ต้องเลือกจำนวนรอบในการพันขดลวดทุติยภูมิเพื่อสร้างอิมพีแดนซ์สุทธิที่ตรงกับอิมพีแดนซ์อินพุตเช่นกัน
ลักษณะเอาต์พุต
จากแผนภาพด้านล่าง เห็นได้ชัดว่าจุด Q อยู่ในตำแหน่งที่แม่นยำที่จุดกึ่งกลางของเส้นโหลด AC และทรานซิสเตอร์ยังคงเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าตลอดรูปคลื่นอินพุต ประสิทธิภาพสูงสุดคือ 50% ในแอมพลิฟายเออร์คลาส A
ในการใช้งานจริง ประสิทธิภาพของระบบสามารถลดลงได้อย่างมาก อาจมากถึง 25% เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟและการมีโหลดแบบเหนี่ยวนำ เช่น ลำโพง กล่าวอีกนัยหนึ่ง กำลังสูญเสียเกือบ 75% ภายในแอมพลิฟายเออร์ ส่วนสำคัญของการกระจายพลังงานเกิดขึ้นเนื่องจากความร้อนภายในส่วนประกอบที่ทำงานอยู่ โดยเฉพาะทรานซิสเตอร์
บทสรุป
แอมพลิฟายเออร์คลาส A จะขยายและนำสัญญาณอินพุตที่สมบูรณ์ที่เอาต์พุต ทำงานโดยไม่มีการหยุดชะงักและมีการกำหนดค่าที่ง่ายมาก อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการทำงานอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์เหล่านี้จึงมีแนวโน้มที่จะสูญเสียพลังงานและต้องใช้แผ่นระบายความร้อนเพื่อลดผลกระทบจากความร้อน