คลาสการขยายของวงจรขยายเสียง
คลาสของวงจรขยายสัญญาณมีด้วยกัน 4 คลาส A , คลาส B, คลาส AB, และ คลาส C แต่ละคลาสมีคุณภาพและประสิทธิภาพแตกต่างกัน เปรียบเทียบให้ได้
เปรียบเทียบคุณภาพและประสิทธิภาพของคลาสวงจรขยาย
| รายละเอียด | คลาส A | คลาส B | คลาส AB | คลาส C |
| 1.ประสิทธิภาพ 2.มุมการทำงาน 3.ความผิดเพี้ยน 4.ไบอัสขา B ของ TR 5.การนำไปใช้งาน | 50% 360 ต่ำ ตรง(กึ่งกลางเส้นโหลด) ขยายสัญญาณขนาดเล็กและขนาดกลาง,ขยายสัญญาณเสียงในภาคแรก | 78.5% 180 สูง ศูนย์(คัตออฟ) ใช้งานทางด้านขยายทั่วไป,วงจรสวิตซ์สัญญาณ | ระหว่างคลาส A และ B ระหว่างคลาส A และ B ปานกลาง ตรง (ใกล้คัตออฟ) ขยายสัญญาณเสียงขนาดกลางและขนาดใหญ่,ขยายสัญญาณวิทยุ | 100% ประมาณ 90 สูงมาก กลับ (ต่ำกว่าคัตออฟ) ขยายสัญญาณมีความถี่คงที่,ขยายกำลังในเครื่องส่ง,วงจรแยกซิงค์ใน TV |
เมื่อนำจุดทำงานของวงจรขยายที่คลาสต่างๆ มาวิเคราะห์ด้วยกราฟ, เส้นโหลด , และจุดทำงานกล่าวในรายละเอียดดังนี้
วงจรขยายคลาส A (Class-A Amplifier) เป็นวงจรขยายที่มีจุดทำงานหรือจุด Q (Q Point)อยู่ในช่วงการทำงานของอุปกรณ์เป็นเชิงเส้น (Linear) คือเปลี่ยนแปลงการทำงานเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามอัตราการป้อนสัญญาณเข้ามา ถ้าพิจารณาที่เส้นโหลด (Load Line) บนกราฟ คุณสมบัติ คลาส A มีจุดทำงานที่กึ่งกลางของเส้นโหลด การทำงานของวงจรขยายคลาส A แม้ว่าขณะไม่มีสัญญาณเสียงป้อนเข้ามา วงจรขยายคลาส A ก็ทำงานมีกระแสไหลจำนวนหนึ่งคงที่ตลอดเวลา เมื่อนำไปใช้ขยายสัญญาณเสียง สามารถขยายสัญญาณเสียงออกมาทั้งช่วงบวกและช่วงลบ โดยรูปสัญญาณเสียงที่ได้ออกมาไม่ผิดเพี้ยนกราฟการทำงานวงจรขยายคลาส A แสดงดังรูป
รูป
กราฟและจุดทำงานของวงจรขยายคลาส A
วงจรขยายคลาส B (Class-B Amplifier) เป็นวงจรขยายที่มีจุดทำงานหรือจุด Q (Q Point) อยู่ที่ตำแหน่งคัตออฟ (Cut Off) พอดี ถ้าเป็นวงจรขยายทรานซิสเตอร์ การจัดวงจรขยายคลาส B คือการงดจ่ายไบอัสให้เฉพาะขา B ของทรานซิสเตอร์ ส่วนขาอื่นๆ ยังคงจ่ายไบอัสให้ปกติ ถ้าพิจารณาที่เส้นโหลดบนกราฟคุณสมบัติคลาส B มีจุดทำงานอยู่ที่จุดต่ำสุดของเส้นโหลด การทำงานของวงจรขยายคลาส B ถ้าไม่มีสัญญาณเสียงป้อนเข้ามาหรือมีสัญญาณเสียงป้อนเข้าผิดขั้ววงจรขยายคลาส B ไม่ทำงาน วงจรขยายคลาส B จะทำงานเมื่อป้อนสัญญาณเสียงเข้ามามีขั้วถูกต้องตามที่วงจรต้องการ เช่น วงจรขยายเสียงใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN วงจรขยายเสียงทำงานเมื่อมีอินพุตบวกป้อนเข้ามา และ วงจรขยายเสียงใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP วงจรขยายเสียงทำงานเมื่อมีอินพุตลบป้อนเข้ามา รูปสัญญาณเสียงที่ได้ออกมาเกิดความผิดเพี้ยน กราฟการทำงานวงจรขยายคลาส B
รูป
กราฟและจุดทำงานของวงจรขยายคลาส B
วงจรขยายคลาส AB (Class-AB Amplifier) เป็นวงจรขยายที่มีจุดทำงาน (จุด Q) อยู่ที่ตำแหน่งสูงกว่าจุดคัตออฟเล็กน้อย ถ้าเป็นวงจรขยายทรานซิสเตอร์การจัดวงจรขยายคลาส AB คือ จ่ายไบอัสตรงให้ขา B ของทรานซิสเตอร์เล็กน้อย ส่วนขาอื่นๆ ยังคงจ่ายไบอัสให้ปกติ ถ้าพิจาณาที่เส้นโหลดบนกราฟคุณสมบัติคลาส AB มีจุดทำงานอยู่ที่สูงกว่าจุดต่ำสุดของเส้นโหลดเล็กน้อย การทำงานของวงจรขยายคลาส AB ถ้าไม่มีสัญญาณเสียงป้อนเข้ามาหรือมีสัญญาณเสียงป้อนเข้าผิดขั้ว วงจรขยายคลาส AB ก็ยังทำงานเล็กน้อย วงจรขยายคลาส AB สามารถขยายสัญญาณเสียงที่ป้อนเข้ามาได้ในซีกสัญญาณเสียงที่ขั้วถูกต้องตามที่วงจรต้องการ คือ ขยายสัญญาณเสียงเต็มซีกหนึ่ง และขยายสัญญาณเสียงซีกที่เหลืออีกเล็กน้อย กราฟการทำงานวงจรขยายคลาส AB
รูป
กราฟและจุดทำงานของวงจรขยายคลาส AB
วงจรขยายคลาส C (Class-C Amplifier) เป็นวงจรขยายที่มีจุดทำงาน (จุด Q) อยู่ที่ตำแหน่งต่ำกว่าจุดคัตออฟ ถ้าเป็นวงจรขยายทรานซิสเตอร์การจัดวงจรขยายคลาส C คือจ่ายไบอัสกลับให้ขา B ของทรานซิสเตอร์เล็กน้อย ส่วนขาอื่นๆ ยังคงจ่ายไบอัสให้ปกติ ถ้าพิจาณาที่เส้นโหลดบนกราฟคุณสมบัติคลาส C มีจุดทำงานอยู่ที่ต่ำกว่าจุดต่ำสุดของเส้นโหลดเล็กน้อย การทำงานของวงจรขยายคลาส C ถ้าไม่มีสัญญาณเสียงป้อนเข้ามาหรือมีสัญญาณเสียงป้อนเข้าผิดขั้ว วงจรขยายคลาส C ก็ยังไม่ทำงาน วงจรขยายคลาส C จะทำงาน ต่อเมื่อสัญญาณเสียงที่ป้อนเข้ามามีระดับความแรงสูงขึ้นจนขา B ของทรานซิสเตอร์ได้รับไบอัสตรง คือ ขยายสัญญาณเสียงบางส่วนเพียงซีกใดซีกหนึ่งเท่านั้น กราฟการทำงานวงจรขยายคลาส C
รูป
กราฟและจุดทำงานของวงจรขยายคลาส C
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี จะประกอบ ด้วยทรานซิสเตอร์ต่างชนิดกัน 2 ตัว คือชนิด NPN และ ชนิด PNP มีคุณสมบัติเหมือนกัน (ค่าทนแรงดัน ค่าทนกระแส ค่าพารามิเตอร์ต่างๆ เหมือนกัน) มาต่อร่วมกันคล้ายวงจรขยายเสียงแบบ พุช-พูล จัดวงจรขยายคลาส AB เพื่อหลีกเลี่ยงความผิดเพี้ยนระหว่างรอยต่อ การทำงานของวงจรขยายให้ทรานซิสเตอร์ทาการขยายเสียงตัวละซีกสัญญาณ ลักษณะวงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี ดังรูป
รูป
ชนิดใช้แหล่งจ่ายแรงดันชุดเดียว
รูป
ชนิดใช้แหล่งจ่ายแรงดันสองเดียว
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่คลาส AB
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ชนิด OTL
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่เป็นวงจรขยายเสียงที่ไม่มีหม้อแปลงร่วมใช้งานในการจัดเฟส สัญญาณเสียงให้ถูกต้องก่อนออกลำโพง จึงจำเป็นต้องหาอุปกรณ์ตัวใหม่มาทำหน้าที่นี้แทน โดยการใช้ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลติก (Electolytic Capacitor) ค่าความจุสูงสุดประมาณ 1,000mF, 2,2oomF หรือ 4,700 mF ต่อระหว่างเอาต์พุตของวงจรขยายกับลำโพง ช่วยทำให้เฟสสัญญาณเสียงที่ส่งออกลำโพงครบสมบูรณ์และถูกต้องตามต้องการ วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ชนิดนี้เรียกว่าชนิด OTL (Output Transformer Less) แปลว่าไม่มีหม้อแปลงต่อที่เอาต์พุต การจ่ายแรงดันไฟฟ้าเลี้ยงวงจรใช้แหล่งจ่ายแรงดันเพียงชุดเดียว ลักษณะวจรดังรูป
รูป
วงจรขายเสียงแบบคอมพลีแมนตารี่ชนิด OTL
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ชนิด OCL
ในวงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ชนิด OTL ถึงแม้ว่าไม่ใช้หม้อแปลงในการทำงาน แต่ยังต้องใช้ตัวเก็บประจุต่ออันดับกับลำโพงอยู่ ตัวเก็บประจุนี้เองทำให้ตอบสนองความถี่ต่ำของวงจรขยายเสียงลดลง เพื่อให้วงจรขยายเสียงสามารถตอบสนองความถี่ได้กว้างขึ้นครอบคลุมย่านความถี่เสียงทั้งหมด จึงได้มีการดัดแปลงวงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ใหม่ด้วยการตัดตัวเก็บประจุที่ต่ออันดับกับลำโพงออกและต่อลำโพงเข้าที่ขั้วเอาต์พุตของวงจรขยายเสียงโดยตรง วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ชนิดนี้เรียกว่าชนิด OCL (Output Capacito Less) แปลว่าไม่มีตัวเก็บประจุต่อที่เอาต์พุต การจ่ายแรงดันไฟฟ้าเลี้ยงวงจรต้องเพิ่มแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงเป็น 2 ชุด เป็นชุดแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงบวก (+Vcc) และชุดแหล่งจ่ายแรงดันไฟตรงลบ (-Vcc) มีจุดกราวด์เป็นจุดเทียบค่าชุดแรงดันทั้งสอง ลักษณะวงจรดังรูป
รูป
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ชนิด OCL
ข้อดีของวงจร คือ สัญญาณเสียงทุกความถี่ สามารถส่งผ่านออกลำโพงได้โดยตรงได้วงจรขยายเสียงที่ให้การตอบสนองความถี่เสียงได้ดีทุกความถี่ และให้คุณภาพเสียงที่ดีกว่าวงจรขยายเสียงชนิด OTL
ข้อเสียของวงจร คือ เมื่อมีการช็อดของทรานซิสเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งหรือทั้งคู่ทำให้เกิดกระแสไฟตรงจำนวนมากไหลผ่านลำโพง ลำโพงเกิดการชำรุดเสียหายทันที ต้องใส่เพิ่มวงจรป้องกันลำโพงเข้าไปที่เอาต์พุตของวงจรขยายเสียง เช่น ฟิวส์ หรือวงจรป้องกันลำโพง ต่ออันดับกับลำโพง
รูป
การใส่เพิ่มวงจรป้องกันลำโพงเข้าไปวงจรขยายเสียงชนิด OCL
วงจรดาร์ลิงตัน
วงจรดาร์ลิงตัน (Darlington ) เป็นวงจรขยายสัญญาณชนิดต่อขยายสองภาคต่อเนื่องกัน ช่วยเพิ่มอัตราขยายให้กับวงจรมากขึ้น ในวงจรขยายเสียงการต่อวงภาคขับกำลังเข้ากับภาคขยายกำลัง นิยมต่อวงจรขยายเสียงด้วยวงจรดาร์ลิงตัน สามารถต่อวงจรได้ 3 แบบ
รูป
NPN-NPN ดาร์ลิงตัน PNP-PNP ดาร์ลิงตัน PNP-NPN ดาร์ลิงตัน
การต่อวงจรลักษณะนี้มีผลช่วยเพิ่มกำลังขยายวงจรขยายสียงให้สูงขึ้น อัตราการขยายทางกระแสของวงจรดาร์ลิงตันมีค่าเท่ากับผลคูณของอัตราการขยายทางกระแสของทรานซิสเตอร์แต่ละตัว เขียนเป็นสมการได้เป็น
b = b1b2
บทสรุป
วงจรขยายเสียงที่ถูกสร้างขึ้นมาใช้งานจำเป็นต้องออกแบบวงจรขยายให้ถูกต้องเหมาะสม วงจรขยายมักจัดวงจรในลักษณะคลาสต่างๆ แบ่งได้ 4 คลาส คือ คลาส A ขยายสัญญาณได้ทั้งสองซีกรูสัญญาณได้ออกมาไม่ผิดเพี้ยน คลาส B ขยายสัญญาณออกมาซีกใดซีกหนึ่งเท่านั้นการจัดวงจรขยายให้ครบทั้งสองซีกต้องจัดวงจรขยายแบบพุช-พูล หรือ แบบคอมพลีเมนตารี่ แต่ยังเกิดความผิดเพี้ยนของสัญญาณระหว่างรอยต่ออยู่ คลาส AB ขยายสัญญาณออกมาซีกใดซีกหนึ่งเท่านั้นเหมือนคลาส B แต่เพิ่มไบอัสให้วงจรช่วยแก้ความผิดเพี้ยนระหว่างรอยต่อให้หมดไปเมื่อต่อวงจรขยายแบบพุช–พูล หรือแบบคอมพลีเมนตารี่ คลาส C ขยายสัญญาณออกมาเพียงบางส่วนของซีกใดซีกหนึ่งเท่านั้น รูปสัญญาณที่ได้ออกมาเกิดความเพี้ยนมากไม่นิยมใช้ในวงจรขยายเสียง
วงจรขยายเสียงแบบพุช–พูล เป็นวงจรขยายเสียงแบบหนึ่งที่ถูกสร้างขึ้นมาใช้งานกับวงจรขยายกำลัง วงจรขยายใช้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัว ต่อร่วมกับหม้อแปลงไฟฟ้า ทำการขยายสัญญาณเสียงด้วยทรานซิสเตอร์ตัวละซีกสัญญาณ จัดวงจรขยายเสียงแบบคลาส AB การเพิ่มความแรงของวงจรขยายเสียงทำได้โดยการเพิ่มภาคขับกำลังเข้าไป วงจรขยายเสียงแบบพุช–พูล นี้นิยมใช้งานในระบบส่งเสียงตามสาย (PA)
วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่เป็นวงจรขยายเสียงที่นิยมใช้งานแบบหนึ่ง ลักษณะวงจรไม่มีหม้อแปลงเข้ามาเกี่ยวข้อง ทำให้วงจรขยายเสียงให้การตอบสนองความถี่ดีมาก วงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่จัดวงจรขยายคลาส AB ใช้ทรานซิสเตอร์ต่างชนิดกัน 2 ตัว คือ PNP และ NPN 1มีขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ อีกแบบหนึ่งที่ใช้งานเรียกว่า ควอซิคอมพลีเมนตารี่ ใช้ทรานซิสเตอร์ชนิดเดียวในวงจรขยายกำลัง การเพิ่มกำลังขยายของวงจรขยายเสียงแบบคอมพลีเมนตารี่ โดยการต่อเพิ่มภาคขับกำลังเข้าไป การต่อวงจรระหว่างภาคขับกำลังและภาคขยายกำลังต่อวงจรทรานซิสเตอร์แบบดาร์ลิงตัน ทำให้สามารถเพิ่มกำลังขยายของวงจรขยายเสียงได้ วงจรขยายแบบคอมพลีเมนตารี่ นอกจากใช้ทรานซิสเตอร์แล้ว ยังสามารถใช้มอสเฟตได้ด้วย
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น