पावर एम्पलीफायरों की कक्षाएं

इलेक्ट्रॉनिक्स में, एम्पलीफायर विशाल एप्लिकेशन संभावनाओं के साथ सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला सर्किट डिवाइस है। ऑडियो से संबंधित इलेक्ट्रॉनिक्स में प्री-एम्पलीफायर और पावर एम्पलीफायर दो अलग-अलग प्रकार के एम्पलीफायर सिस्टम हैं, जिनका उपयोग ध्वनि प्रवर्धन से संबंधित उद्देश्यों के लिए किया जाता है। लेकिन, इस एप्लिकेशन-विशिष्ट उद्देश्य के अलावा, विभिन्न प्रकार के एम्पलीफायरों में भारी अंतर हैं, मुख्य रूप से पावर एम्पलीफायरों में। इसलिए यहाँ हम अपने फायदे और नुकसान के साथ विभिन्न वर्गों के एम्पलीफायरों का पता लगाएंगे ।

पत्र का उपयोग कर एम्पलीफायरों का वर्गीकरण

एम्पलीफायर कक्षाएं एम्पलीफायर के प्रदर्शन और विशेषताओं की पहचान हैं। विभिन्न प्रकार के पावर एम्पलीफायरों को उनके माध्यम से करंट गुजरने पर अलग-अलग प्रतिक्रियाएं मिलती हैं। उनके विनिर्देशों के अनुसार, एम्पलीफायरों को अलग-अलग पत्र या अक्षर दिए जाते हैं जो उनकी कक्षाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं। ए, बी, सी, एबी, डी, ई, एफ, टी आदि से शुरू होने वाले एम्पलीफायरों के विभिन्न वर्ग हैं । उन वर्गों में से सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले ऑडियो एम्पलीफायर वर्ग ए, बी, एबी, सी हैं। अन्य वर्ग आधुनिक एम्पलीफायरों हैं जो आउटपुट लोड को चलाने के लिए स्विचिंग टोपोलॉजी और पीडब्लूएम (पल्स चौड़ाई मॉडुलन) तकनीक का उपयोग करते हैं। कभी-कभी, पारंपरिक कक्षाओं के बेहतर संस्करण को उन्हें एम्पलीफायर के एक अलग वर्ग के रूप में वर्गीकृत करने के लिए एक पत्र सौंपा जाता है, जैसे कक्षा जी एम्पलीफायर कक्षा बी या कक्षा एबी एम्पलीफायर का संशोधित एम्पलीफायर वर्ग है।

एम्पलीफायर की कक्षाएं एम्पलीफायर के माध्यम से पारित होने पर इनपुट चक्र अनुपात का प्रतिनिधित्व करती हैं। इनपुट चक्र एक प्रवाह कोण है जो एम्पलीफायर इनपुट में साइनसोइडल तरंग चालन से निकलता है। एक पूर्ण चक्र के दौरान समय पर एम्पलीफायरों के साथ यह प्रवाहकीय कोण अत्यधिक आनुपातिक है। यदि एम्पलीफायर हमेशा एक चक्र के दौरान चालू रहता है, तो चालन कोण 360 डिग्री होगा । तो, यदि एक एम्पलीफायर 360-डिग्री चालन कोण प्रदान करता है, तो एम्पलीफायर ने पूर्ण इनपुट सिग्नल का उपयोग किया और एक पूर्ण साइनसोइडल चक्र के 100% समय अवधि के माध्यम से सक्रिय तत्व का संचालन किया।

नीचे, हम क्लास ए, बी, एबी और सी से लेकर पारंपरिक पावर एम्पलीफायर कक्षाओं का प्रदर्शन करेंगे , और क्लास डी एम्पलीफायर भी प्रदर्शित करेंगे जो व्यापक रूप से स्विचिंग डिजाइन में उपयोग किया जाता है। ये कक्षाएं न केवल पावर एम्पलीफायर में उपयोग की जाती हैं, बल्कि ऑडियो एम्पलीफायर सर्किट में भी उपयोग की जाती हैं।

क्लास ए एम्पलीफायर

क्लास ए एम्पलीफायर उच्च रैखिकता के साथ एक उच्च लाभ एम्पलीफायर है। कक्षा ए एम्पलीफायर के मामले में, चालन कोण 360 डिग्री है। जैसा कि हमने ऊपर कहा, 360-डिग्री चालन कोण का अर्थ है एम्पलीफायर डिवाइस पूरे समय के लिए सक्रिय रहता है और संपूर्ण इनपुट सिग्नल का उपयोग करता है। नीचे की छवि में एक आदर्श वर्ग ए एम्पलीफायर दिखाया गया है।

जैसा कि हम छवि में देख सकते हैं, एक सक्रिय तत्व है, एक ट्रांजिस्टर। ट्रांजिस्टर का पूर्वाग्रह हर समय बना रहता है। इस सुविधा को बंद नहीं करने के कारण, क्लास ए एम्पलीफायर बेहतर उच्च आवृत्ति और प्रतिक्रिया लूप स्थिरता प्रदान करता है । इन फायदों के अलावा, क्लास ए एम्पलीफायर एकल डिवाइस घटक और न्यूनतम भागों की गिनती के साथ निर्माण करना आसान है।

फायदे और उच्च रैखिकता के बावजूद, निश्चित रूप से, इसकी कई सीमाएं हैं। निरंतर संचालन प्रकृति के कारण, क्लास ए एम्पलीफायर उच्च शक्ति हानि का परिचय देता है । इसके अलावा, उच्च रैखिकता के कारण, क्लास ए एम्पलीफायर विरूपण और शोर प्रदान करता है। बिजली की आपूर्ति और पूर्वाग्रह निर्माण को अवांछित शोर से बचने और विरूपण को कम करने के लिए सावधान घटक चयन की आवश्यकता होती है।

क्लास ए एम्पलीफायर में उच्च शक्ति के नुकसान के कारण, यह गर्मी का उत्सर्जन करता है और उच्च गर्मी सिंक स्थान की आवश्यकता होती है। कक्षा ए एम्पलीफायरों में दक्षता बहुत खराब है, सैद्धांतिक रूप से, दक्षता सामान्य कॉन्फ़िगरेशन के साथ उपयोग किए जाने पर 25 से 30% के बीच भिन्न होती है। कार्यकुशल रूप से युग्मित कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग करके दक्षता में सुधार किया जा सकता है लेकिन ऐसे मामले में दक्षता 45-50% से अधिक नहीं है, इस प्रकार यह केवल कम संकेत या कम शक्ति स्तर प्रवर्धन उद्देश्यों के लिए उपयुक्त है।

कक्षा बी एम्पलीफायर

क्लास बी एम्पलीफायर क्लास ए से थोड़ा अलग है। यह दो सक्रिय उपकरणों का उपयोग करके बनाया गया है जो वास्तविक चक्र का आधा भाग, यानी चक्र का 180 डिग्री है। दो डिवाइस लोड के लिए संयुक्त वर्तमान ड्राइव प्रदान करते हैं।

उपरोक्त छवि में, एक आदर्श वर्ग बी एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन दिखाया गया है। इसमें दो सक्रिय उपकरण शामिल होते हैं जो साइनसोइडल तरंग के सकारात्मक और नकारात्मक आधे चक्र के दौरान एक-एक करके पक्षपाती हो जाते हैं और इस तरह संकेत सकारात्मक और नकारात्मक दोनों तरफ से प्रवर्धित स्तर तक धकेल दिया या खींच लिया जाता है और परिणाम को जोड़ते हैं जो हमें पूरे चक्र में मिलता है। । प्रत्येक उपकरण चालू हो गया या चक्र का आधा सक्रिय हो गया, और इसके कारण दक्षता में सुधार हुआ, कक्षा ए एम्पलीफायर की 25- 30% दक्षता की तुलना में, यह सैद्धांतिक रूप से 60% से अधिक दक्षता प्रदान करता है। हम नीचे दिए गए चित्र में प्रत्येक डिवाइस इनपुट और आउटपुट सिग्नल ग्राफ देख सकते हैं। कक्षा बी एम्पलीफायर के लिए दक्षता 78% से अधिक नहीं है । इस श्रेणी में कम गर्मी सिंक स्थान प्रदान करने वाले गर्मी अपव्यय को कम किया जाता है ।

लेकिन, इस वर्ग की भी सीमा है। इस वर्ग की एक बहुत ही सीमित सीमा क्रॉसओवर विरूपण है । जैसा कि दो डिवाइस साइनसोइडल तरंगों के प्रत्येक आधे हिस्से को प्रदान करते हैं जो संयुक्त होते हैं और आउटपुट में शामिल हो जाते हैं, इस क्षेत्र में एक बेमेल (क्रॉस ओवर) होता है, जहां दो हिस्सों को जोड़ दिया जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब एक उपकरण आधा चक्र पूरा करता है, तो दूसरे को उसी समय लगभग एक ही बिजली प्रदान करने की आवश्यकता होती है जब अन्य काम खत्म हो जाता है। कक्षा ए एम्पलीफायर में इस त्रुटि को ठीक करना मुश्किल है क्योंकि सक्रिय डिवाइस के दौरान अन्य डिवाइस पूरी तरह से निष्क्रिय रहता है। त्रुटि आउटपुट सिग्नल में विकृति प्रदान करती है। इस सीमा के कारण, यह सटीक ऑडियो एम्पलीफायर एप्लिकेशन के लिए एक बड़ी असफलता है।

कक्षा एबी एम्पलीफायर

क्रॉस-ओवर विरूपण को दूर करने के लिए एक वैकल्पिक दृष्टिकोण, एबी एम्पलीफायर का उपयोग करना है । क्लास एबी एम्पलीफायर दोनों वर्गों ए और बी के मध्यवर्ती प्रवाहकीय कोण का उपयोग करता है, इस प्रकार हम एम्पलीफायर टोपोलॉजी के इस एबी वर्ग में क्लास ए और क्लास बी दोनों एम्पलीफायर की संपत्ति देख सकते हैं। कक्षा बी के समान, इसमें दो सक्रिय उपकरणों के साथ समान कॉन्फ़िगरेशन है जो व्यक्तिगत रूप से चक्र के आधे भाग के दौरान होता है, लेकिन प्रत्येक डिवाइस अलग-अलग पक्षपाती है ताकि वे अनुपयोगी पल (क्रॉसओवर पल) के दौरान पूरी तरह से बंद न हों। प्रत्येक डिवाइस साइनसोइडल तरंग के आधे हिस्से को पूरा करने के तुरंत बाद प्रवाहकत्त्व को नहीं छोड़ता है, इसके बजाय वे एक और आधे चक्र पर थोड़ी मात्रा में इनपुट का संचालन करते हैं। इस पूर्वाग्रह तकनीक का उपयोग करते हुए, मृत क्षेत्र के दौरान क्रॉसओवर बेमेल नाटकीय रूप से कम हो जाता है।

लेकिन इस विन्यास में, दक्षता कम हो जाती है क्योंकि उपकरणों की रैखिकता में समझौता किया जाता है। दक्षता विशिष्ट वर्ग ए एम्पलीफायर की दक्षता से अधिक है, लेकिन यह क्लास बी एम्पलीफायर सिस्टम से कम है। इसके अलावा, डायोड को ठीक उसी रेटिंग के साथ सावधानीपूर्वक चुना जाना चाहिए और आउटपुट डिवाइस के जितना संभव हो उतना करीब रखा जाना चाहिए। कुछ सर्किट निर्माण में, डिज़ाइनर आउटपुट के दौरान विकृति को कम करने के लिए डिवाइस के पार स्थिर मौन प्रवाह प्रदान करने के लिए छोटे मूल्य रोकनेवाला जोड़ते हैं।

क्लास सी एम्पलीफायर

क्लास ए, बी और एबी एम्पलीफायर के अलावा, एक और एम्पलीफायर क्लास सी है। यह एक पारंपरिक एम्पलीफायर है जो अन्य एम्पलीफायर वर्गों की तुलना में अलग तरह से काम करता है। क्लास सी एम्पलीफायर ट्यून्ड एम्पलीफायर है जो दो अलग-अलग ऑपरेटिंग मोड में काम करता है, ट्यून या अनअंटेड। क्लास सी एम्पलीफायर की दक्षता ए, बी, और एबी की तुलना में बहुत अधिक है। रेडियो फ्रीक्वेंसी से संबंधित संचालन में अधिकतम 80% दक्षता हासिल की जा सकती है

क्लास सी एम्पलीफायर 180 डिग्री से कम चालन कोण का उपयोग करता है। अप्रयुक्त मोड के दौरान, ट्यूनर अनुभाग एम्पलीफायर कॉन्फ़िगरेशन से छोड़ा गया है। इस ऑपरेशन में, क्लास सी एम्पलीफायर भी आउटपुट में भारी विकृति देता है।

जब सर्किट को एक ट्यून्ड लोड के संपर्क में लाया जाता है, तो सर्किट आपूर्ति वोल्टेज के बराबर औसत आउटपुट वोल्टेज के साथ आउटपुट पूर्वाग्रह स्तर को दबा देता है। ट्यून्ड ऑपरेशन को क्लैपर कहा जाता है । इस ऑपरेशन के दौरान, संकेत को अपना उचित आकार मिलता है और केंद्र आवृत्ति कम विकृत हो गई है।

विशिष्ट उपयोगों में, क्लास सी एम्पलीफायर 60-70% दक्षता देता है।

कक्षा डी एम्पलीफायर

क्लास डी एम्पलीफायर एक स्विचिंग एम्पलीफायर है जो पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन या पीडब्लूएम का उपयोग करता है। चालन कोण इस तरह के मामले में कारक नहीं है क्योंकि प्रत्यक्ष इनपुट संकेत को चर पल्स चौड़ाई के साथ बदल दिया जाता है।

इस क्लास डी एम्पलीफायर सिस्टम में, रैखिक लाभ को स्वीकार नहीं किया जाता है क्योंकि वे एक सामान्य स्विच की तरह काम करते हैं, जिसमें केवल दो ऑपरेशन होते हैं, चालू या बंद।

इनपुट सिग्नल को संसाधित करने से पहले, एनालॉग सिग्नल को विभिन्न मॉड्यूलेशन तकनीकों द्वारा पल्स स्ट्रीम में परिवर्तित किया जाता है और फिर इसे एम्पलीफायर सिस्टम पर लागू किया जाता है। जैसा कि दालों की अवधि एनालॉग सिग्नल से संबंधित है, इसे फिर से आउटपुट में कम पास फिल्टर का उपयोग करके फिर से बनाया गया है।

ए, बी, एबी और सी और डी सेगमेंट में क्लास डी एम्पलीफायर उच्चतम पावर कुशल एम्पलीफायर क्लास है। इसमें छोटे ऊष्मा का अपव्यय होता है, इसलिए छोटे ताप की आवश्यकता होती है। सर्किट को MOSFETs जैसे विभिन्न स्विचिंग घटकों की आवश्यकता होती है जिनमें प्रतिरोध कम होता है।

यह डिजिटल ऑडियो खिलाड़ियों में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली टोपोलॉजी है या साथ ही मोटर्स को नियंत्रित करता है। लेकिन हमें यह ध्यान रखना चाहिए कि यह एक डिजिटल कनवर्टर नहीं है। हालांकि, उच्च आवृत्ति के लिए, क्लास डी एम्पलीफायर एक सही विकल्प नहीं है, क्योंकि इसमें कम पास फिल्टर और कनवर्टर क्षमताओं के आधार पर कुछ मामलों में बैंडविड्थ सीमाएं हैं।

अन्य एम्पलीफायर कक्षाएं

पारंपरिक एम्पलीफायरों के अलावा, कुछ और कक्षाएं हैं, जो कक्षा ई, क्लास एफ, क्लास जी, और एच।

क्लास ई एम्पलीफायर एक अत्यधिक कुशल पावर एम्पलीफायर है जो स्विचिंग टोपोलॉजी और रेडियो फ्रीक्वेंसी में काम करता है। एक एकल पोल स्विचिंग तत्व और ट्यून किए गए प्रतिक्रियाशील नेटवर्क क्लास ई एम्पलीफायर के साथ उपयोग करने के लिए मुख्य घटक है।

क्लास एफ हार्मोनिक्स के संबंध में उच्च प्रतिबाधा एम्पलीफायर है। इसे स्क्वायर वेव या साइन वेव का उपयोग करके चलाया जा सकता है। साइनसोइडल वेव इनपुट के लिए, इस एम्पलीफायर को एक प्रारंभ करनेवाला का उपयोग करके ट्यून किया जा सकता है और लाभ बढ़ाने के लिए उपयोग किया जा सकता है।

क्लास जी बिजली की खपत को कम करने और दक्षता प्रदर्शन में सुधार करने के लिए रेल स्विचिंग का उपयोग करते हैं। और क्लास एच, क्लास जी का और बेहतर संस्करण है।

अतिरिक्त कक्षाएं विशेष उद्देश्य एम्पलीफायर हैं। कुछ मामलों में, निर्माता द्वारा उनके मालिकाना डिज़ाइन को प्रदर्शित करने के लिए पत्र प्रदान किए जाते हैं। एक सबसे अच्छा उदाहरण क्लास टी एम्पलीफायर है जो विशेष प्रकार के स्विचिंग क्लास डी एम्पलीफायर के लिए एक ट्रेडमार्क है, जिसका उपयोग त्रिपथ की एम्पलीफायर प्रौद्योगिकियों के लिए किया जाता है जो एक पेटेंट डिज़ाइन है।