آمپلی فایر چیست؟
آمپلی فایر‌ها یکی از پراستفاده ترین مدارات در الکترونیک هستند. آن‌ها بلوک‌های تشکیل دهنده پایه در ارتباطات بیسیم و سیستم‌های صوتی هستند که برای تقویت مشخصات سیگنال به کار می‌روند. آمپلی فایر را می‌توان دستگاهی الکترونیکی تعریف کرد که ولتاژ ، جریان یا قدرت سیگنال ورودی را افزایش می‌دهد.
مدار آمپلی فایر 150وات
قبل از ارائه توضیحات در مورد مدار آمپلی فایر 150وات ابتدا با انواع آمپلی فایر‌ها، مدار آمپلی فایر قدرت، مفهوم آمپلی فایر قدرت و نحوه کار آن آشنا می‌شویم.
انواع آمپلی فایر
آمپلی فایر‌ها به دو دسته سیگنال ضعیف و آمپلی فایر قدرت تقسیم می‌شوند.
آمپلی فایر سیگنال ضعیف
آمپلی فایرهای سیگنال ضعیف در گیرنده‌های بیسیم، پیکاپ‌های آکوستیک، پخش کننده‌های نوار صوتی و پخش کننده‌های CD استفاده می‌شوند. یک آمپلی فایرسیگنال ضعیف طراحی شده است تا با سیگنال‌های ورودی کوچک کار کند. چنین آمپلی فایر‌هایی باید به هنگام تقویت سیگنال با ضریبی بزرگ حداقل نویز داخلی را تولید کنند. ترانزیستورهای اثر میدان (FET) برای این نوع مدارات مناسب‌تر می‌باشند.
آمپلی فایر قدرت
آمپلی فایرهای قدرت در فرستنده‌های رسانه‌ها، فرستنده‌های بیسیم و سیستم‌های صوتی قدرتمند استفاده می‌شوند. برای این کاربردها از ترانزیستورهای دو قطبی استفاده می‌شود و در این مدارات اکثرا قدرت خروجی و بازدهی مدار مورد نظر هستند.
مدار آمپلی فایر قدرت
مداریک آمپلی فایر قدرت طراحی شده است تا بارهایی مانند بلندگو را با حداقل مقاومت خروجی راه اندازی کند. بلندگوها قدرت زیادی را در امپدانس پایین نیاز دارند. در اینجا مدار آمپلی فایر ما با صورت پوش پول (push-pull) کلاس AB طراحی شده است.
ایده پشت طراحی یک مدار آمپلی فایر راه‌‌های مختلف بایاس کردن یک ترانزیستور دوقطبی (BJT) است. سیگنال الکتریکی خروجی میکروفون ضعیف است. بنابراین این سیگنال ولتاژ پایین تا اندازه‌ی قابل قبولی با پیکره بندی امیتر مشترک (CE) یک ترانزیستور دوقطبی که در حالت کلاس A بایاس شده است تقویت می‌شود.
در این حالت خروجی یک سیگنال تقویت شده وارونه است که قدرت کمی دارد. دو ترانزیستور قدرت دارلینگتون در پیکره‌بندی کلاس AB قرار می‌گیرند تا قدرت این سیگنال را تقویت کنند. یک ترانزیستور که در حالت کلاس A پیکره‌بندی شده است وظیفه راه اندازه این چینش ترانزیستور را دارد.
مفهوم آمپلی فایر قدرت
بخش‌های اصلی این مدار تقویت کننده کلاس AB و تقویت کننده ولتاژ کلاس A است. یک ترانزیستور بایاس شده در حالت کلاس AB یک سیگنال خروجی تقویت شده را برای نصف سیگنال ورودی تولید میکند. بنابراین آمپلی فایر کلاس AB از دو ترانزیستور تشکیل می‌شود که یکی برای نیمی از سیگنال ورودی و دیگری برای نیمه دوم سیگنال جریان را از خود عبور می‌دهد.
در عمل آمپلی فایر کلاس AB برای بایاس کردن دو ترانزیستور دارای دیود است تا اعوجاج همگذری (crossover distortion) را حذف کند. ترانزیستوری که در حالت کلاس A بایاس شده است با بازدهی کم یک سیگنال وارون از سیگنال ورودی را ایجاد میکند.
نحوه کار آمپلی فایر قدرت
طراحی‌های مختلفی برای نیاز‌های متفاوت 20وات، 50وات و 100وات RMS برای آمپلی فایرهای قدرت وجود دارد. مدار یک آمپلی فایر قدرت از مدارات خاصی تشکیل شده است تا بهره ولتاژ و قدرت تولید کند که از سه مرحله تقویت تشکیل می شود:
- مرحله تقویت ولتاژ
- مرحله درایور یا راه انداز
- مرحله یا استیج خروجی
دیاگرام زیر این مراحل را نشان می‌دهد:
شماتیکی که در ادامه مطلب آورده شده است مربوط به مدار آمپلی فایر قدرت 150وات می‌باشد.
این مدار از ترانزیستورهای TIP142 و TIP147 در ترکیب دارلینگتون استفاده میکند تا 150 وات توان حقیقی (RMS) را به یک اسپیکر 4 اهمی منتقل کند. این زوج ترانزیستور دارلینگتون می‌توانند جریان 5 آمپر و ولتاژ 100ولت را تحمل کنند.
دو ترانزیستور BC558 Q4وQ5
دو ترانزیستور BC558 Q4وQ5 نقش پیش تقویت‌کننده یا پری آمپلی فایر را دارند و TIP142وTIP147 با هم به همراه TIP41 برای راه‌اندازه اسپیکر به کار رفته‌اند. این مدار از یک منبع ولتاژ دوبل 5 آمپر تغذیه می‌شود.
بخش پری آمپلی فایر این مدار روی ترانزیستورهای Q4وQ5 که یک آمپلی فایر تفاضلی را تشکیل می‌دهند بنا شده است. آمپلی فایر تفاضلی نویز را کاهش می‌دهد و راهی برای اعمال فیدبک منفی ایجاد میکند. بنابراین عملکرد کلی مدار بهبود می‌یابد.
سیگنال ورودی به پایه بیس ترانزیستورQ4 و محل تقاطع مقاومت‌های 0.33 اهم و 22 کیلو اهمی اعمال می‌شود. یک طبقه آمپلی فایر پوش پول کلاس AB مکمل با Q1وQ2 برای راه اندازی اسپیکر ساخته شده است. دیودهای D1وD2 جفت مکمل را بایاس میکند و از عملکرد صحیح در حالت کلاس AB اطمینان حاصل میکند. ترانزیستور Q3 جفت پوش پول را راه اندازی میکند و بیس آن مستقیما به بیس ترانزیستور Q5 کوپل شده است.
برای راه اندازی این مدار از یک منبع تغذیه متقارن +/- 40 ولت رگوله نشده استفاده می‌شود. این منبع تغذیه برای راه اندازی یک کانال کافی است و برای مصارف استریو مقادیر جریان ترانسفورمر، دیودها و فیوزها باید دو برابر شوند. عکس بالا مدار تغذیه را نشان می‌دهد.
کاربردهای آمپلی فایر قدرت
راه اندازی اسپیکر با امپدانس ورودی کم
راه اندازی آنتن‌های پرقدرت برای ارسال امواج در محدوده وسیع
معایب
استفاده از BJT ها باعث اتلاف توان بیشتر می‌شود و این امر بازدهی مدار را کاهش می‌دهد.
این مطلب حاوی اطلاعاتی درباره آمپلی فایرهای قدرت انواع آن‌ها و نحوه کار آن‌ها می‌باشد و امید است که در درک بهتر این مفاهیم مفید واقع شده باشد.
منابع :
