مكبر الصوت Class B amplifier 

لتحسين كفاءة الطاقة الكاملة لمكبر الصوت من الفئة “A” عن طريق تقليل الطاقة الضائعة في شكل حرارة، فإنّه من الممكن تصميم دائرة مضخم الطاقة مع ترانزستورين في مرحلة الناتج الخاصة به لإنتاج ما يُطلق عليه عادةً مضخم الفئة “B”، أيضاً يُعرف بتكوين مضخم الدفع والسحب.

ما هو مكبر الصوت Class B amplifier؟

مكبر الصوت “Class B amplifier “: هو نوع من مضخمات الطاقة، حيث يقوم الجهاز النشط أي الترانزستور بإجراء نصف دورة واحدة فقط من إشارة الإدخال، وهذا يعني أنّ زاوية التوصيل هي “180 درجة” لمكبر للصوت من الفئة، ونظراً لأنّ الجهاز النشط مغلق لمدة نصف دورة الإدخال فإنّ الجهاز النشط يبدد طاقة أقل وبالتالي يتم تحسين الكفاءة.

أساسيات مكبر الصوت Class B amplifier:

الكفاءة القصوى النظرية لمكبر الصوت من الفئة B هي “78.5%”، يظهر الشكل التخطيطي لمضخم صوت واحد من الفئة “B” والمدخلات وأشكال موجات النواتج، كالآتي:

من الدائرة السابق تكون قاعدة الترانزستور “Q1” غير منحازة وأنّ الدورة النصف السالبة لشكل موجة الإدخال مفقودة في النواتج، وعلى الرغم من أنّه يحسن من كفاءة الطاقة إلّا أنّه يخلق الكثير من التشويه، وفقط نصف المعلومات الموجودة في المدخلات ستكون متاحة في المخرجات وهذا أمر سيء ولا يتم استخدام مكبرات الصوت من الفئة “B” في تطبيق مكبر الصوت العملي في الوقت الحاضر، ويمكن العثور عليها فقط في بعض الأدوات السابقة.

ومكان آخر حيث يمكنك العثور عليها هو مضخمات طاقة التردد اللاسلكي، حيث لا يكون التشويه مصدر قلق كبير، وغالباً ما تستخدم مكبرات الصوت من الفئة “C” في تطبيقات مضخمات طاقة التردد اللاسلكي.

تتمثل إحدى الطرق لتحقيق مضخم صوت عملي من الفئة “B” في استخدام زوج من الأجهزة النشطة أي الترانزستورات مرتبة في وضع الدفع والسحب، حيث يقوم أحد الترانزستور بإجراء نصف دورة واحدة بينما يقوم الترانزستور الآخر بإجراء نصف الدورة الأخرى، ويتم بعد ذلك دمج الناتج من كلا الترانزستورات معاً للحصول على نسخة متماثلة من المدخلات.

ولكن هناك عقبة، حيث يجب أن تكون هناك طريقة ما لتقسيم شكل موجة الإدخال لتغذية الترانزستورات الفردية ويجب أن تكون هناك طريقة ما لتجميع ناتج الترانزستورات الفردية، واقتران المحولات هو الحل لهذه المشكلة وتسمى هذه المضخمات بمكبرات الفئة “B” المقترنة بالمحول.

المحولات المقترنة بمكبر صوت من الفئة B:

يظهر الرسم التخطيطي السابق دائرة مضخم طاقة بسيط من الفئة “B” إلى جانب محول، والترانزستور “Q1″ و”Q2” هما العنصران النشطان، ويقوم المحول “T1” بإعادة إنتاج إشارة الإدخال إلى نسختين خارج الطور بمقدار “180 درجة”، كما أنّ الترانزستور “Q1” يضخم النصف الموجب لإشارة الإدخال وأنّ الترانزستور “Q2” يضخم النصف السالب لإشارة الإدخال.

ويوضح الشكل أيضاً مسار التدفق الحالي للترانزستورين، ويتم ربط النصفين المضخمين معاً بواسطة المحول “T2″، حيث إذا تم استخدام محول مثالي فإنّ مكونات التيار المستمر لتيار المجمع لكل ترانزستورات سوف تتدفق في اتجاهات متعاكسة من خلال المحول الأساسي، وسوف تلغي بعضها البعض، وهذا يعني أنّه لا يوجد تشبع أساسي ولن يكون هناك مكونات “DC” في الناتج.

نظراً لأنّ الترانزستورات غير منحازة فإنّها تبقى متوقفة عن التشغيل عندما لا تكون هناك إشارة إدخال ولا يتدفق التيار عبر الحمل، ويبدأ كل ترانزستور التوصيل فقط عندما يتجاوز اتساع إشارة الإدخال جهد باعث القاعدة “Vbe” للترانزستور والذي يبلغ حوالي “0.7 فولت”، وهذا يحسن الكفاءة ولكنّه ينتج مشكلة تسمى التشوه المتقاطع.

نظراً لأنّ العناصر النشطة تبدأ التوصيل فقط بعد ارتفاع سعة إشارة الإدخال فوق “0.7 فولت”، فإنّ مناطق إشارة الإدخال، حيث يكون السعة أقل من “0.7 فولت” ستكون مفقودة في إشارة الناتج ويسمى التشويه المتقاطع، ويظهر التمثيل التخطيطي للتشوه المتقاطع في الشكل التالي، حيث في الشكل يمكن أن تكون مناطق شكل موجة الإدخال التي تقل عن “0.7 فولت” مفقودة في شكل الموجة الناتج.

مزايا مكبر الصوت Class B amplifier:

• كفاءة عالية بالمقارنة مع تكوينات الفئة “A”.

• آلية الدفع والسحب تتجنب التوافقيات المتساوية.

• لا توجد مكونات “DC” في النواتج أي في الحالة المثالية.

ملاحظة:“DC” هي اختصار لـ “Direct Current”.

عيوب مكبر الصوت Class B amplifier:

• العيب الرئيسي هو التشويه المتقاطع.

• تزيد محولات التوصيل من التكلفة والحجم.

• من الصعب العثور على محولات مثالية.

• يتسبب اقتران المحولات في حدوث همهمة في الناتج، ويؤثر أيضاً على استجابة التردد المنخفض.

• وصلة المحولات ليست عملية في حالة الأحمال الضخمة.

مبدأ عمل مكبر الصوت Class B amplifier:

تستخدم مضخمات الدفع والسحب اثنين من الترانزستورات التكميلية أو المطابقة أحدهما من النوع “NPN” والآخر من النوع “PNP”، حيث يتلقى كل من ترانزستورات الطاقة نفس إشارة الإدخال معاً المتساوية في الحجم ولكن في الطور المعاكس لبعضهما البعض، وينتج عن هذا ترانزستور واحد فقط يضخم نصف أو “180 درجة” من دورة شكل الموجة المدخلة.

بينما يقوم الترانزستور الآخر بتضخيم النصف الآخر أو “180 درجة” المتبقية من دورة شكل الموجة المدخلة مع إعادة تجميع “النصفين” الناتج معاً مرة أخرى عند طرف الناتج، وبعد ذلك تكون زاوية التوصيل لهذا النوع من دارات مكبر الصوت فقط “180 درجة” أو “50%” من إشارة الإدخال، ويعطي تأثير الدفع والسحب لنصف الدورات المتناوبة بواسطة الترانزستورات هذا النوع من الدارات اسمها “دفع-سحب”، ولكن يُعرف عموماً باسم مكبر الفئة “B”.

عندما تستخدم دائرة مكبر قياسية من الفئة “B” محول إدخال متوازن من المركز والذي يقسم إشارة شكل الموجة الواردة إلى نصفين متساويين، ويخرجان من الطور بمقدار “180 درجة” مع بعضهما البعض يتم استخدام محول آخر مثبت في المركز على الناتج؛ لإعادة تجميع الإشارتين لتوفير الطاقة المتزايدة للحمل، وإنّ الترانزستورات المستخدمة في هذا النوع من دارة مضخم الدفع والسحب للمحولات عبارة عن ترانزستورات “NPN” مع أطراف باعث متصلة ببعضها البعض.

كما يتم مشاركة تيار الحمل بين جهازي ترانزستور الطاقة، حيث يتناقص في أحد الأجهزة ويزيد في الآخر طوال دورة الإشارة ممّا يقلل من جهد الناتج والتيار إلى الصفر، والنتيجة هي أنّ كلا نصفي الشكل الموجي الناتج يتأرجحان الآن من الصفر إلى ضعف التيار الهادئ ممّا يقلل التبديد، ويؤدي هذا إلى مضاعفة كفاءة مكبر الصوت تقريباً إلى حوالي “70%”.

وبافتراض عدم وجود إشارة إدخال، فإنّ كل ترانزستور يحمل تيار المجمع الهادئ العادي والذي يتم تحديد قيمته من خلال التحيز الأساسي الموجود عند نقطة القطع، وإذا تم استغلال المحول بدقة في المنتصف فسوف يتدفق تيارات المجمع في اتجاهين متعاكسين، ولن يكون هناك مغنطة لنواة المحول وبالتالي تقليل إمكانية التشويه.

عند وجود إشارة إدخال عبر المرحلة الثانوية لمحول المحرك “T1″، فإنّ مدخلات قاعدة الترانزستور تكون في “مرحلة مضادة” لبعضها البعض، وبالتالي إذا كانت قاعدة “TR1” موجبة لدفع الترانزستور إلى التوصيل الثقيل سيزداد تيار المجمع الخاص به، ولكن في نفس الوقت فإنّ التيار الأساسي لـ “TR2” سوف ينتقل إلى مزيد من السالب في حالة قطع ويقل تيار المجمع لهذا الترانزستور بمقدار متساوٍ والعكس صحيح.