دائرة مكبر الصوت من الفئة A

تُستخدم دوائر مضخم الطاقة لتوفير طاقة عالية لدفع الأحمال مثل مكبرات الصوت، كما يتم تصنيف مضخمات الطاقة بناءً على طريقة تشغيلها، والتي تمثل جزءاً من دورة الإدخال والتي من المتوقع أن يتدفق خلالها تيار المجمع، كما يتم استخدام مضخمات الطاقة أي إشارة كبيرة في مراحل الإخراج لنظام مكبر الصوت لدفع حمولة مكبر الصوت، ومكبر الصوت النموذجي له مقاومة تتراوح بين “4 أوم” و”8 أوم” وبالتالي يجب أن يكون مضخم الطاقة قادراً على توفير تيارات الذروة العالية المطلوبة لتشغيل مكبر الصوت ذي الممانعة المنخفضة.

ما هو طاقة مكبر الصوت من الفئة A؟

في مضخم الصوت من الفئة “A”، إذا كان تيار المجمع يتدفق جميع الأوقات خلال الدورة الكاملة لإشارة الإدخال، يُعرف مضخم الطاقة باسم مضخم الطاقة من الفئة “A”، كما إنّه أقل استخداماً لمراحل ناتج الطاقة الأعلى، حيث إنّ كفاءته ضعيفة.

أساسيات طاقة مكبر الصوت من الفئة A:

الغرض من تحيز الفئة “A” هو جعل مكبر الصوت خالياً نسبياً من الضوضاء عن طريق جعل شكل موجة الإشارة خارج المنطقة بين “0 فولت” إلى “0.6 فولت”، حيث تكون خاصية إدخال الترانزستور غير خطية كما ينتج تصميم مكبر الصوت من الفئة “A” مضخماً خطياً جيداً، لكن معظم الطاقة التي ينتجها مكبر الصوت تذهب هدراً في شكل حرارة.

نظراً لأنّ الترانزستورات في مكبر الصوت من الفئة “A”، تكون منحازة للأمام طوال الوقت، فإنّ القليل من التيار سوف يتدفق من خلالها، وعلى الرغم من عدم وجود إشارة إدخال وهذا هو السبب الرئيسي لضعف كفاءتها، كما يظهر الرسم التخطيطي للدائرة لمضخم القدرة من الفئة “A” المقترن مباشرة في الشكل التالي.

والدائرة السابقة عبارة عن مضخم صوت من الفئة “A” مقترن مباشرة، كما يُطلق على مكبر الصوت الذي يقترن فيه الحمل بإخراج الترانزستور باستخدام محول مكبر صوت مقترن مباشر، وباستخدام تقنية اقتران المحولات يمكن تحسين كفاءة مكبر الصوت إلى حد كبير، كما يوفر محول التوصيل مطابقة جيدة للمقاومة بين الحمل والإخراج، وهو السبب الرئيسي وراء تحسين الكفاءة.

كما يتدفق التيار من خلال الحمل المقاوم للمجمع، ممّا يؤدي إلى إهدار طاقة التيار المستمر فيه، ونتيجةً لذلك تبددت طاقة التيار المستمر هذه في الحمل على شكل حرارة، ولا تساهم في أي ناتج طاقة تيار متردد، ومن ثم لا يُنصح بتمرير التيار عبر جهاز الإخراج مثل مكبر الصوت مباشرة، ولهذا السبب يتم إجراء ترتيب خاص باستخدام محول مناسب لربط الحمل بمكبر الصوت كما هو مذكور في الدائرة السابقة.

تتضمن الدائرة على مقاومات مقسم محتملة “R1″ و”R2” ومقاوم انحياز، وباعث تجاوز يستعمل لتثبيت الدائرة، كما يتم توصيل مكثف تجاوز الباعث “CE” والمقاوم الباعث “Re” بالتوازي لمنع جهد التيار المتردد ومكثف الإدخال “Cin – Coupling Capacitor” يستخدم لربط جهد إشارة دخل التيار المتردد بقاعدة الترانزستور ويمنع التيار المستمر من المرحلة السابقة.

كما تتضمن محول تدريجي مزود بنسبة دوران مناسبة لربط جامع الممانعة العالية بحمل مقاومة منخفض حيث تم تصميم مكبرات الصوت المشعة “CE”؛ لإنتاج تأرجح كبير لجهد الناتج من جهد إشارة دخل صغير نسبياً لا يتجاوز بضعة ملي فولت، وتستخدم بشكل أساسي كـ “مضخمات إشارة صغيرة”، ومع ذلك في بعض الأحيان يكون مكبر الصوت مطلوباً لدفع أحمال مقاومة كبيرة، مثل مكبر الصوت أو لقيادة محرك في روبوت ولهذه الأنواع من التطبيقات التي تتطلب تيارات تحويل عالية مطلوبة مضخمات الطاقة.

تتمثل الوظيفة الرئيسية لمضخم الطاقة، والذي يُعرف أيضاً باسم “مضخم الإشارة الكبير” في توصيل الطاقة والتي هي نتاج الجهد والتيار للحمل، حيث في الأساس يُعد مضخم الطاقة أيضاً مضخماً للجهد والفرق هو أنّ مقاومة الحمل المتصلة بالإخراج منخفضة نسبياً، وعلى سبيل المثال مكبر صوت “4 أوم” أو “8 أوم” ينتج عنه تيارات عالية تتدفق عبر مجمع الترانزستور.

بسبب هذه التيارات ذات الحمل العالي، فإنّ الترانزستور الناتج المستخدم لمراحل ناتج مضخم الطاقة مثل “2N3055″، يحتاج إلى تصنيفات جهد وقدرة أعلى من تلك العامة المستخدمة لمكبرات الإشارة الصغيرة مثل “BC107″، ونظراً لأنّه يتم الاهتمام بتوصيل الحد الأقصى من طاقة التيار المتردد للحمل، مع استهلاك الحد الأدنى من طاقة التيار المستمر الممكنة من الإمداد، فإنّه يتم الاهتمام في الغالب بـ “كفاءة التحويل” لمكبر الصوت.

ومع ذلك، فإنّ أحد العيوب الرئيسية لمضخمات الطاقة وخاصة مضخم الفئة “A” هو أنّ كفاءة التحويل الإجمالية منخفضة للغاية؛ لأنّ التيارات الكبيرة تعني فقدان قدر كبير من الطاقة في شكل حرارة، كما يتم تعريف كفاءة النسبة المئوية في مكبرات الصوت على أنها جذر متوسط ​​التربيع.

أولاً: مطابقة الممانعة لطاقة مكبر الصوت من الفئة A:

يمكن إجراء مطابقة الممانعة عن طريق جعل ممانعة ناتج مكبر الصوت مساوية لمقاومة مدخلات الحمل وهذا مبدأ مهم لإرسال الطاقة القصوى بالنسبة لنظرية نقل القدرة القصوى، كما يمكن تحقيق مطابقة الممانعة عن طريق اختيار عدد لفات الابتدائية، بحيث تكون ممانعتها الصافية مساوية لمقاومة ناتج الترانزستور واختيار عدد لفات الثانوية، بحيث تكون معاوقة الصافي مساوية لمقاومة دخل مكبر الصوت.

ثانياً: خصائص النواتج لطاقة مكبر الصوت من الفئة A:

من الشكل التالي، يمكن أن تكون النقطة “Q” موضوعة بالضبط في مركز خط تحميل التيار المتردد وأنّ الترانزستور يوصل لكل نقطة في شكل موجة الإدخال، كما تبلغ الكفاءة القصوى النظرية لمضخم القدرة من الفئة “A” حوالي “50%”.

في الممارسة العملية، ومع الاقتران السعوي والأحمال الحثية لمكبرات الصوت، يمكن أن تنخفض الكفاءة إلى “25%”، وهذا يعني أنّ “75%” من الطاقة التي يسحبها مكبر الصوت من خط الإمداد تضيع، كما تُفقد غالبية الطاقة المهدرة في شكل حرارة على العناصر النشطة أي الترانزستور، ونتيجةً لذلك حتى مضخم الطاقة ذو الطاقة المتوسطة من الفئة “A” يتطلب مصدر طاقة كبير ومبدد حراري كبير.

مزايا مكبر الصوت من الفئة A:

• يتميز بالدقة العالية بسبب النسخة المتماثلة المخرجة لإشارة الإدخال.

• لقد تم تحسين استجابة التردد العالي؛ لأنّ الجهاز النشط قيد التشغيل بدوام كامل، أي لا يلزم وقت لتشغيل الجهاز.

• لا يوجد تشويه كروس؛ لأنّ الجهاز النشط يجري دورة كاملة لإشارة الإدخال.

• يمكن تحقيق التكوين أحادي النهاية بسهولة وعملياً في الفئة “A amp”.

عيوب مكبر الصوت من الفئة A:

• نظراً لإمدادات الطاقة الكبيرة والمشتت الحراري، فإنّ مكبر الصوت من الفئة “A” مكلف وضخم.

• لديها كفاءة ضعيفة.

• بسبب استجابة تردد اقتران المحولات ليست جيدة.

تطبيقات مكبر الصوت من الفئة A:

يُعد مضخم الصوت من الفئة “A” أكثر تناسقاً للأنظمة الموسيقية الخارجية، حيث يقوم الترانزستور على إعادة إنتاج شكل الموجة الصوتية بالكامل دون انقطاع، ونتيجةً لذلك يكون الصوت واضحاً جداً وأكثر خطياً أي أنّه يحتوي على مستويات أقل بكثير من التشويه.

عادة ما تكون كبيرة جداً وثقيلة وتنتج ما يقرب من “4 واط” إلى “5 واط” من الطاقة الحرارية لكل واط من المخرجات، لذلك فإنّهم يسخنون بشدة ويحتاجون إلى الكثير من التهوية، لذا فهي ليست مثالية على الإطلاق لسيارة ونادراً ما تكون مقبولة في المنزل.