Pojačavač snage je električni uređaj koji pored napona pojačava i struju i odnosi se na količinu energije koja se šalje opterećenju ili skladišti u strujnom kolu. Generalno, pojačavač snage je među poslednjim u prenosnom lancu jer je to pojačavač sa visokim stepenom iskorišćenja energije (na izlazu treba da obezbijedi signale velikih amplituda). U zavisnosti od stepena iskorišćenja razlikuje se nekoliko klasa pojačavača snage.
Klase pojačavača snage Ugao protoka ili provodni ugao
Kola za pojačanje snage (izlazne faze) klasifikovana su kao -{A}-, -{B, AB}- i -{C}- za analogne promjene i klase -{D}- i -{E}- za komutatorske (prekidačke) promjene koji su bazirani na provodnom uglu ili „uglu protoka“ θ ulaznog signala kroz pojačavačke uređaje, tj, dijela ciklusa ulaznog signala tokom kojeg se vrši provođenje u pojačavačkim uređajima. Slika ovog provodnog ugla se izvodi iz pojačanja sinusoidalnog signala (ako je uređaj uvijek uključen , θ=360º): Ugao provodnosti je blisko povezan sa energetskom efikasnošću pojačavača. U nastavku teksta su uvedene različite klase koje su praćene detaljnijom diskusijom pod pojedinačnim naslovima.
Klasa -{A}- Ovdje se koristi 100% ulaznog signala (ugao provodnosti θ=360 º ili 2π, tj, aktivni element radi u svom linearnom rangu čitavo vrijeme). Tamo gdje se ne razmatra efikasnost, većina linearnih pojačavača malih signala definisana je kao klasa -{A}- (Klasa -{A}-), što znači da su izlazni uređaji uvijek u provodnom regionu. Klasa -{A}- pojačavača se najčešće koristi u fazama malog dizajna ili za niskoprotočne aplikacije (poput slušalica za korišćenje tokom vožnje).
Klasa -{B}- Koristi se 50% ulaznog signala (θ=180 º ili π, tj, aktivni element radi u svom linearnom opsegu pola vremena i u drugoj polovini uređaj je manje ili više vremena isključen). U većem dijelu Klase -{B}- (Klasa -{B}-) postoje dva izlazna uređaja od kojih svaki alternativno vrši provođenje (-{push-pull}-) za egzaktno 180 stepeni (ili pola ciklusa) ulaznog signala, a selektivni -{RF}- pojačavači takođe mogu biti implementirani korišćenjem pojedinačnog aktivnog elementa. Ovi pojačavači su izloženi poprečnoj distorziji ako predaja od jednog aktivnog elementa na drugi nije perfektna,pošto su dva komplementarna tranzistora (tj, jedan -{PNP}- , jedan -{NPN}-) povezana kao dva emitera sa njihovim bazama i zajedničkim emiterskim terminalom, što zahtijeva promjenu osnovnog napona u regionu gdje su oba uređaja isključena.
Klasa -{AB}- Ovdje dva aktivna elementa provode,u više od polovine vremena, kao način za smanjenje poprečnih distorzija pojačavača klase -{B}-. U primjeru komplementarnog emiterskog pratioca, prednapon mreže se veže za manje ili više „mirnu“ struju i na taj način obezbjeđuje operativnu tačku negdje između klase -{A}- i klase -{B}-. Ponekad se dodaju brojke , kao na primjer -{AB}-1 ili -{AB}-2 gdje veće cifre impliciraju na veću „mirnu“ struju i stoga i više osobina iz klase -{A}- i sl.
Klasa -{D}-
Ovdje se koristi komutator za ostvarenje veoma visoke energetske efikasnosti (više od 90% u savremenim dizajnima). Omogućavanjem da svaki izlazni uređaj bude ili potpuno uključen ili isključen, gubici su minimizovani. Analogni izlaz je kreiran uz pomoć modulacije širine impulsa, tj, aktivni element je uključen na kraće ili na duže intervale umjesto modifikacije njegovog otpornika. Postoje komplikovanije komutatorske šeme poput sigma-delta modulacije u cilju poboljšanja nekih aspekata performansi poput manjeg izobličenja ili bolje efikasnosti.
Ostale klase Postoji još nekoliko klasa pojačavača iako su one uglavnom varijacije ranije pomenutih klasa. Na primjer, klasa -{H}- i klasa -{G}- pojačavača karakteriše se varijacijama napajanja (u diskretnim koracima ili u kontinualnom režimu) prateći ulazni signal. Potrošena toplota na izlaznim uređajima može biti smanjena na račun održanja napona na minimumu. Pojačavač koji se napaja sa ovim sistemom može biti bilo koje klase. Ove vrste pojačavača su kompleksnije i uglavnom se koriste za specijalizovane primene poput jačih energetskih jedinica. Takođe, klasa -{E}- i klasa -{F}- pojačavača se uobičajeno opisuje u literaturi koja govori o primeni na radio frekvencijama gdje efikasnost tradicionalnih klasa pokazuje značajne devijacije u odnosu na idealne vrijednosti. Ove klase koriste harmonično podešavanje njihovih izlaznih mreža za ostvarenje veće efikasnosti i mogu biti posmatrane kao podgrupa klase -{C}- (Klasa -{C}-) zbog karakteristika ugla provodnosti.
Klasa -{A}-
Klasa -{A}- je klasa pojačavačkih uređaja koji djeluju tokom čitavog ulaznog ciklusa tako da izlazni signal predstavlja egzaktnu repliku ulaznog signala. Pojačavači Klase -{A}- su obično sredstvo za realizaciju pojačanja malih signala. Oni nijesu veoma efikasni i teorijski maksimum od 50% se može dobiti sa induktivnim uparivanjem izlaza, a samo 25% sa kapacitivnim uparivanjem.
U kolu klase A, elemenat pojačanja je definisan tako da uređaj uvijek provodi do neke mjere i radi na većem dijelu linearnog regiona svoje krive koja definiše karakteristike (poznatog kao njihove karakteristike transfera ili transkonduktivna kriva). Zbog činjenice da uređaji uvijek provode, čak i kada nema ulaznog signala uopšte, snaga se sve vreme crpi iz napajanja. Ovo je glavni razlog za njihovu neefikasnost. Slika:Electronic Amplifier Class A.pngPojačavač Klase -{A}- Ako su potrebne visoke izlazne snage za kolo klase -{A}-, rasipanje energije (i pridružene toplote) će postati značajno. Za svaki vat isporučen opterećenju, pojačavač će, u najboljem slučaju, potrošiti još jedan vat. Za veliku snagu ovo znači veoma veliko i skupo napajanje i zagrijavanje. Dizajn klase -{A}- daje najzvučnije karakteristike koje su prevaziđene za audio pojačavače snage iako neki audiofili vjeruju da klasa -{A}- daje najbolji kvalitet zvuka zbog činjenice da se njima upravlja u linearnom maniru koliko je to moguće, a to je malo tržište za skupe -{high fidelity}- pojačavače klase -{A}-.
Cijevi se češće koriste u dizajnima klase -{A}- mada imaju asimetričnu funkciju transfera. Ovo znači da izobličenje sinusnog talasa kreira i parne i neparne harmonike. Ovo je međutim ipak ocenjeno da daje više „zvučni karakter“ u odnosu na više neparne harmonike koje proizvodi -{push-pull}- pojačavač. Iako dobar dizajn pojačavača može smanjiti iznos distorzije harmonika na skoro nulti nivo, neki put se ne uklanja potpuno jer daje karakterističnu notu za zvuk pojačavača, na primjer, u električnoj gitari. Inženjeri pokušavaju da dizajniraju bolje mikrofone i da poboljšaju digitalnu tehnologiju zvanu „klinički zvuk“ i sl.
Elektronske cijevi koriste mnogo više elektrona odjednom nego što je to slučaj sa tranzistorom i na taj način statistički efekti vode do „ravnomjernije“ aproksimacije istinskih talasnih oblika. Tranzistori sa efektom spoja (-{JFET}-) imaju slične karakteristike kao i elektronske cijevi, tako da se češće nalaze u visokokvalitetnim pojačavačima nego bipolarni tranzistori. U istorijskom smislu, pojačavači sa elektronskim cijevima često koriste pojačavač snage klase -{A}- zato što su cijevi veće i skuplje. Mnogi dizajni klase -{A}- koriste samo jedan uređaj.
Tranzistori su mnogo jeftiniji i tako postoji više dizajna koji omogućavaju veću efikasnost, ali koriste više djelova uz održavanje cjenovne efikasnosti. Klasična aplikacija za par uređaja klase -{A}- jeste dugački par koji je izuzetno linearan i formira osnovu za mnoga kompleksnija kola uključujući i mnoge audio uređaje i skoro sve operacione pojačavače. Pojačavači klase -{A}- se često koriste u izlaznim fazama za operacione pojačavače. Oni se ponekad koriste kao pojačavači srednje snage, niske efikasnosti i kao skupi audio pojačavači. Potrošnja energije nije povezana na izlaz. U mirnom stanju (bez ulaznog signala), potrošnja energije je najveća dok je pri pri visokom izlaznom naponu najniža jer je ili napon ili struja na nuli. Rezultat je niska efikasnost i velika disipacija toplote.
Klase -{B}- i -{AB}- Pojačavači Klase -{B}- pojačavaju samo polovinu ciklusa ulaznog talasa. Oni kreiraju velike sume distorzije, ali je njihova efikasnost u velikoj mjeri poboljšana i mnogo je bolja nego kod Klase -{A}-. Klasa -{B}- ima maksimalnu teorijsku efikasnost od 78,5% (π/4). Ovo je zbog činjenice da je elemenat pojačanja isključen polovinu vremena i tako ne može rasipati energiju. Jedan elemenat Klase -{B}- se rijetko nalazi u praksi iako može biti iskorišćen u -{RF}- pojačavaču snage gdje su nivoi distorzije manje značajni. Međutim, za ovo se mnogo više koristi Klasa -{C}-.
Слика:Electronic Amplifier Class B.pngPojačavač Klase -{B}-
Praktično kolo koje koristi elemente klase -{B}- je komplementaran par ili „-{push-pull}-“ aranžman. Ovdje se komplementarni ili kvazi-komplementarni uređaji koriste za pojačanje suprotne polovine ulaznog signala koji se onda rekombinuje na izlazu. Ovaj aranžman omogućava izvanrednu efikasnost, ali može patiti od nedostataka koji se tiču manjih loših spojeva u „spojnicama“ između dvije polovine signala. Ovo se zove poprečna distorzija. Poboljšanje se tiče prednapona na uređajima tako da oni nijesu kompletno isključeni kada se ne upotrebljavaju. Ovaj pristup se zove operacija Klase -{AB}-. U operaciji Klase -{AB}-, svaki uređaj radi na isti način kao i Klasa -{B}- u polovini talasne forme, ali takođe provodi i na malom nivou tokom druge polovine. Kao rezultat toga je smanjen region gdje su oba uređaja simultano blizu isključenja („Mrtva zona“). Rezultat je taj da kada kombinujemo talasne forme ova dva uređaja, poprečna distorzija je u velikoj mjeri minimizovana ili potpuno eliminisana.
Klasa -{AB}- žrtvuje neku efikasnost Klase B u korist linearnosti tako da će uvijek biti manje efikasan (ispod 78.5%). On je tipično efikasniji od Klase -{A}-. Слика:Electronic Amplifier Push-pull.png-{Push-pull}- pojačavač Klase -{AB}- Kola Klase -{A}- ili -{push-pull}- klase -{AB}- predstavljaju najčešći tip dizajna koji se nalaze u audio pojačavačima. Klasa -{AB}- je široko razmatrana kao dobar kompromis za audio pojačavače pošto je u većini vremena muzika dovoljno tiha da signal bude u regionu „klase -{A}-“ gdje se vrši pojačavanje sa odgovarajućom vjerodostojnošću i po definiciji, ako prolazi kroz ovaj region dovoljno je jak da su proizvodi distorzije klase -{A}- i -{B}- relativno mali. Pojačavači Klase -{B}- i -{AB}- ponekad se koriste za -{RF}- linearne pojačavače. Pojačavači Klase -{B}- se takođe favorizuju u uređajima koji rade na baterije poput radio prijemnika.
Digitalna Klasa -{B}-
Ograničeni izlaz Klase -{B}- pojačavača sa jednim napajanjem je 5-{V}- +/-10%.
Klasa -{C}-
Pojačavači Klase -{C}- provode manje od 50% ulaznog signala i distorzija na izlazu je visoka, ali je moguća visoka efikasnost (do 90%). Neke aplikacije (na primjer, megafoni) mogu tolerisati ovu distorziju. Mnogo češća aplikacija za pojačavače Klase -{C}- jesu -{RF}- transmiteri gdje distorzija može u velikoj mjeri biti smanjena korišćenjem podešenih opterećenja u fazi pojačanja. Ulazni signal se koristi za grubo uključivanje i isključivanje pojačavačkih uređaja, što izaziva pulseve struje u odnosu na protok kroz podešeno kolo (-{tuned circuit}-).