Výkonový zesilovač je běžná elektronická součástka, která zesiluje výkon vstupního signálu na požadovaný výstupní výkon. V mnoha aplikacích jsou výkonové zesilovače vyžadovány pro splnění specifických potřeb, jako je bezdrátová komunikace, zesílení zvuku, radarové systémy a průmyslové řízení. V tomto příspěvku představíme základní principy, klasifikaci, provozní režimy a aplikace výkonových zesilovačů.
Nejprve základní princip výkonového zesilovače
Základním principem výkonového zesilovače je zesílit výkon vstupního signálu na požadovaný výstupní výkon. Jeho základní pracovní princip je následující:
1. Vstupní signál je zesílen a upraven předzesilovačem pro následné zpracování a zesílení;
2. Zesílený signál vstupuje do výkonového zesilovače pro zesílení výkonu, které se obvykle realizuje pomocí zařízení, jako jsou tranzistory nebo elektronky s efektem pole;
3. Výkonový zesilovač zesiluje výkon vstupního signálu na požadovaný výstupní výkon a vysílá jej do zátěže;
4. Zátěž přijímá výstup signálu z výkonového zesilovače a provádí odpovídající činnost a řízení podle potřeb.
Za druhé, klasifikace výkonových zesilovačů
Podle různých struktur obvodů a provozních režimů lze výkonové zesilovače rozdělit do následujících typů:
1. Výkonový zesilovač třídy A:Výkonový zesilovač třídy A je běžný typ výkonového zesilovače, který si vždy zachovává svůj pracovní stav v lineární oblasti a má vysokou účinnost a nízké zkreslení. Protože však jeho provozní stav je vždy v oblasti nasycení, vyžaduje větší chladič a napájecí napětí.
2. Výkonový zesilovač třídy B:Výkonový zesilovač třídy B je běžný výkonový zesilovač, jeho pracovní stav v oblasti cut{0}}off a přepínání mezi oblastmi saturace, s vysokou účinností a nízkým zkreslením. Vyžaduje však větší chladič a napájecí napětí kvůli velké ztrátě výkonu, když je jeho provozní stav v oblasti cutoff.
3. Výkonový zesilovač třídy C:Výkonový zesilovač třídy C je vysoce účinný výkonový zesilovač, jehož provozní stav je vždy v oblasti cutoff s vysokou účinností a vysokým zkreslením. Protože však vždy pracuje v mezní oblasti, vyžaduje k realizaci spínací funkce velké induktory a kondenzátory.
4. Výkonový zesilovač třídy D:Výkonový zesilovač třídy D je druh vysoce účinného výkonového zesilovače, jeho pracovní stav je vždy ve spínacím stavu, s vysokou účinností a vysokým zkreslením. Protože však jeho provozní stav je vždy ve spínacím stavu, vyžaduje k realizaci spínací funkce větší induktory a kondenzátory.
5. Výkonový zesilovač třídy E:Výkonový zesilovač třídy E je druh vysoce účinného výkonového zesilovače, jeho pracovní stav je vždy ve spínacím stavu, s vysokou účinností a nízkým zkreslením. Protože však jeho provozní stav je vždy ve spínacím stavu, vyžaduje k realizaci spínací funkce větší induktory a kondenzátory.
Za třetí, pracovní režim výkonového zesilovače
Existují tři hlavní provozní režimy výkonových zesilovačů:
1. Provozní režim s jedním-ukončením:provozní režim s jedním{0}}koncem je nejjednodušší druh provozního režimu, který má pouze jeden vstupní signál a jeden výstupní signál. V tomto režimu je vstupní signál zesílen a regulován předzesilovačem, poté vstupuje do výkonového zesilovače pro zesílení výkonu a nakonec vystupuje do zátěže. Výhodou tohoto režimu je jednoduchost, spolehlivost a nízká cena.
2. Push-režim vytažení:Režim Push{0}}pull je běžný režim provozu, který má dva vstupní signály a jeden výstupní signál. V tomto režimu jsou dva vstupní signály zesíleny a regulovány předzesilovačem, poté vstupují do výkonového zesilovače pro zesílení výkonu a nakonec vystupují do zátěže. Tento režim má výhody vysoké účinnosti, stability a menšího zkreslení.
3. Provozní režim mostu:Provozní režim můstku je komplexní provozní režim, který má čtyři vstupní signály a jeden výstupní signál. V tomto režimu jsou čtyři vstupní signály zesíleny a regulovány předzesilovači, poté vstupují do výkonového zesilovače pro zesílení výkonu a nakonec vystupují do zátěže. Tento režim má výhody vysoké účinnosti, stability a menšího zkreslení.
Za čtvrté, použití výkonových zesilovačů
Výkonové zesilovače jsou široce používány v různých oblastech, níže jsou některé běžné aplikační scénáře:
1. Bezdrátová komunikace:V bezdrátových komunikačních systémech jsou potřebné výkonové zesilovače pro zesílení výkonu vysílaného signálu pro přenos do vzdáleného cílového zařízení. Mezi běžně používané standardy bezdrátové komunikace patří GSM, CDMA, WCDMA, LTE a tak dále.
2. Zesílení zvuku:V audio systémech jsou výkonové zesilovače potřebné k zesílení výkonu audio signálů, aby bylo možné ovládat zařízení, jako jsou reproduktory nebo sluchátka pro přehrávání zvuku. Mezi běžně používané zvukové standardy patří MP3, WAV, FLAC a tak dále.
3. Radarový systém:V radarovém systému jsou potřebné výkonové zesilovače pro zesílení výkonu radarového signálu, aby bylo možné detekovat vzdálenost, rychlost a polohu cílového objektu a další informace. Mezi běžně používané radarové standardy patří SAR, ISAR, INSAR a tak dále.