Verstärker der Klasse C:Eine vollständige Anleitung und mehr!

Verstärker sind wesentliche Komponenten beim Aufbau Ihrer Schaltungen. Wir klassifizieren Verstärker in zwei Kategorien, nämlich Arbeitsweise und Bauweise. Linearität, Ausgangsleistung, Signalverstärkung und Effizienz sind die wichtigsten Betriebseigenschaften, auf die wir bei einem Tonverstärker achten sollten.

Wir haben vier Arten von Verstärkern, Klasse-A-Verstärker, Klasse-B-Verstärker, Klasse-C-Verstärker und Klasse-AB-Verstärker. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Verstärker der Klasse C und erklärt Ihnen alles, was Sie darüber wissen müssen.

Machen wir das!

1. Einführung in den Klasse-C-Verstärker

Es ist eine Kategorie von Verstärkern, die mit einem Transistor zur Stromleitung arbeiten. Das aktive Element (Transistor) leitet einen Strom von weniger als der Hälfte der Periode des Eingangssignals. Wichtig ist, dass dieser Zyklus bedeutet, dass der Leitungswinkel kleiner als 180° ist und die Werte immer zwischen 80° und 120° liegen. Dieser Leitungswinkel bringt so viele Verzerrungen mit sich. Es erhöht jedoch auch die Effizienz, da die maximale Effizienz des Klasse-C-Verstärkers 80 % beträgt.

(Grundlegendes Klasse-C-Verstärkersymbol.)

QUELLE:Wikimedia Commons

2. Funktionsprinzip des Klasse-C-Verstärkers

Der Schaltplan.

QUELLE:Wikimedia Commons

Eine abgestimmte Last steuert die Verzerrung, da der Leitungswinkel kleiner als 180° ist und eine Verzerrung bewirkt. Zusätzlich erfolgt diese Steuerung durch Leiten eines Stroms und Anlegen eines Eingangssignals, um den Transistor zu schalten. Beispielanwendung in einem HF-Verstärker.

(ein HF-Verstärker)

Das folgende Diagramm zeigt die Eingangswellenform und die Ausgangswellenform.

(Aktuelle Wellenform.)

Prinzipieneinführung.

Eine Schwingkreislast treibt diesen Verstärker primär an. Wir verwenden eine negative Stromquelle, um die Schaltung vorzuspannen. Da der Spitzenwert der Wechselspannungsquelle wichtiger ist, kreuzt die Basisspannung den potenziellen Emitterwert des Basis-Emitter-Übergangs. Darüber hinaus tritt dies für ein kürzeres Zeitintervall bei der positiven Spitze jedes Zyklus auf. Während dieser Zeit ist der Transistor ausgeschaltet. Wenn Sie jedoch eine vollständige AC-Lastleitung verwenden, ist der ideale maximale Kollektorstrom Ic(sat). Außerdem ist die niedrigste Kollektorspannung Vce(sat).

Der Transistor, der das aktive Element ist, erzeugt eine Reihe von Stromimpulsen. Dann richten sich die Schwingungen nach dem Eingangsstrom, der durch den Schwingkreis fließt. Folglich bringt die Resonanzfrequenz die Schwingkreise zum Schwingen, und dies geschieht, wenn wir den richtigen Wert auswählen. Schließlich dämpft der Schwingkreis alle anderen Frequenzen und lässt ihn in einer Frequenz schwingen.

Wir verwenden eine geeignet abgestimmte Last, um die erforderliche Frequenz zu erhalten, und zusätzliche Filter, um das Rauschen des Ausgangssignals zu eliminieren. Außerdem verwenden wir einen Koppeltransformator, um Strom vom Beutel zum Tankkreis zu übertragen.

(Batterieladegeräte mit Koppeltransformatoren.)

3. Vor- und Nachteile von Klasse-C-Verstärkern

Vorteile von Klasse-C-Verstärkern.

1. Die Verstärker eignen sich hervorragend für Hochfrequenzanwendungen.
2. Verstärker der Klasse C haben die kleinste physische Größe für eine gegebene Ausgangsleistung.
3. Außerdem haben sie eine hohe Frequenz.

Nachteile von Klasse-C-Verstärkern.

1. Ziemlich schwierig, perfekte Induktivitäten und Koppeltransformatoren aus dem Klasse-C-Verstärker zu bekommen.
2. Der Dynamikbereich ist gering.
3. Außerdem hat es die niedrigste Linearität (ungeeignet für den Einsatz als linearer Verstärker)
4. Erzeugt außerdem viele HF-Inferenzen.
5. Ungeeignet für Audioanwendungen aufgrund der starken Verzerrung, die es erzeugt.

4. Leistungsmerkmale des Klasse-C-Verstärkers

Der Ausgangsstrom.

Der Ausgangsstrom des Klasse-C-Verstärkers ist für mehr als die Hälfte des Sinuszyklus des Eingangssignals gleich 0. Außerdem bleibt der Transistor dort an seinem Abschaltpunkt im Leerlauf.

Der Ausgangsstrom-Maximalwert.

Der etablierte theoretische Wirkungsgrad eines Klasse-C-Verstärkers liegt bei 80 %. Dies liegt an einem reduzierten Leitungswinkel, der die Effizienz erhöht, und es verursacht erhebliche Verzerrungen. Außerdem beträgt der Leitungswinkel <180°, was zwischen 80° und 120° liegt.

Die Berechnung der Ausgabeeffizienz

Die Formel zur Berechnung des Wirkungsgrads (η) lautet:

Effizienz (%) =Ausgangsleistung x 100 %

Leistungsaufnahme

5. Arbeitsbetrieb des Klasse-C-Verstärkers

Verlustleistung des Klasse-C-Verstärkers.

(Die Wellenformen der Klasse C)

Quelle: Wikimedia Commons

Die Verlustleistung dieses Verstärkers ist geringer, da er nur auf einem Teil der Eingangswellenform arbeitet. Es gibt ein Zeitintervall zwischen AC-Eingangssignalimpulsen (T). Seine Amplitude ist Ic(sat). Außerdem ist die minimale Spannungsamplitude Vce(sat).

PD(on) =Ic (sat)Vce (sat) ist die Verlustleistung für die Transistoren.

Insbesondere bleibt der Transistor für das verbleibende Zeitintervall in Betrieb.

(Beispiel für Transistoren)

Abgestimmter Betrieb des Klasse-C-Verstärkers.

(Verstärkende Wirkung in einem Klasse-C-Verstärker.)

Der Kollektor fließt während eines Verstärkerbetriebs der Klasse C für weniger als die Hälfte des AC-Signalzyklus. Ein Klasse-C-Verstärker hat eine Vorspannung von 80° bis 120°.

Dies erklärt, warum es bei einem Schwingkreis, der über den gesamten Zyklus der Resonanzfrequenz arbeitet, nur weniger als 50 % verbraucht.

Da die Effizienz bei Verringerung des Leitungswinkels stark ansteigt, entsteht ein Geben und Nehmen zwischen Effizienz und Verzerrung. Es verursacht jedoch eine beträchtliche Verzerrung.

Eine abgestimmte Last am Verstärker führt die erforderliche Verzerrungsregulierung durch. Darüber hinaus schaltet das aktive Gerät (Transistor) durch das Eingangssignal und der Strom fließt durch eine abgestimmte Last.

(HF-Sender)

Clamp-Bias für einen Klasse-C-Verstärker

(Tuned_Class_C_Amplifier_with_clamp_bias_circuit)

Das obige Schaltungslayout zeigt einen Emitter-Klasse-C-Verstärker mit einem Lastwiderstand. Zur Verdeutlichung verwenden wir die ohmsche Last, um das Konzept zu demonstrieren, da eine Resonanzkreislast den Verstärker betreibt. Bei der negativen Quellenversorgung tritt also eine Vorspannung unterhalb des Grenzpunkts auf. Die Spannungsspitzen der AC-Quelle sind etwas höher als die Basisspannung. Und ermöglicht es der Basisspannung, das Barrierenpotential des Basis-Emitter-Übergangs nahe dem positiven Scheitelpunkt jedes Zyklus kurzzeitig zu überschreiten. Insbesondere schaltet sich der Transistor während dieser kurzen Zeit ein.

6. Anwendung eines Verstärkers der Klasse C.

• Zuerst in einem HF-Oszillator verwendet.
• Zweitens von FM-Betreibern verwendet.
• Drittens als Booster-Verstärker verwendet.
• Zusätzlich fungiert es als Hochfrequenz-Repeater.
• Zu guter Letzt als getunte Repeater verwendet.

7. Unterschiede zwischen Verstärkern der Klassen A, B, AB und C

Unterschiede	Signalerzeugung	Zyklen	Effizienz	Anwendungen
Klasse A	liefert Tonsignalwiedergabe.	Bietet vollständige 360-Grad-Drehungen.	Der Transistor ist immer halb eingeschaltet. Es fließt immer Strom, wodurch viel Wärme entsteht, was zu einem Wirkungsgrad von 25 % führt	Wird in Geräten mit geringem Stromverbrauch wie Radios und Outdoor-Soundsystemen verwendet
Klasse B	erzeugt keine gute Signalwiedergabe	bietet Halbzyklen.	Der positiv vorgespannte Transistor leitet das positive Signal, während ein anderer identischer Transistor ausgeschaltet ist. Wenn ein negatives Signal vorbeigeht, passiert außerdem das Gegenteil. Das abwechselnde Schalten der Transistorpaare verzerrt das Ausgangssignal und erzeugt weniger Wärme, wodurch der Wirkungsgrad auf 78 % erhöht wird	Großartig für batteriebetriebene Geräte
Klasse AB	hat eine Tonsignalwiedergabe	mehr als die Hälfte des Zyklus.	Kombiniert die Stärken der Klasse A und B mit einer Schallsignalwiedergabe und einem komplementären Wirkungsgrad von 78 %	Wird in einem High-Fidelity-Audioverstärker verwendet.
Klasse C	–	Weniger als die Hälfte des Zyklus.	Stark verzerrtes Ausgangssignal, da der Transistor stark vorgespannt ist und nur <180° des Eingangszyklus einschaltet. Dadurch wird weniger Wärme produziert. Daher wird der Wirkungsgrad der Klasse c auf 80 % gebracht	Ungeeignet für Audioanwendungen, da der Stromimpuls es in HF-Oszillatoren nützlich macht.

Zusammenfassung

Die Klasse-C-Verstärker sind die effizientesten Verstärker für Geräte, da sie weniger Wärme erzeugen.

Wir hoffen, dass dieser Artikel für Sie hilfreich ist. Bei Fragen zum Class-C-Verstärker nehmen Sie bitte Kontakt mit uns auf.