Daha önceki yazılarımda transistörün çeşitli bağlantı şekillerine göre devrenin çeşitli özellikler aldığını, giriş çıkış empedanslarının nasıl değiştiğini, hangi durumda akım hangi durumda gerilim kazancı yaptığını anlatmıştım. Yükselteçleri küçük sinyal yükselteçleri ve güç yükselteçleri olarak da ikiye ayırmış ve küçük sinyal yükselteçlerinden biraz bahsetmiştik. Bu bölümlerde çoğunlukla güç yükselteçlerinden birazda ve yeri geldiğinde yükseltecin bayaslanma yöntemine göre küçük sinyal yükselteçlerinden de bahsedeceğim.
Güç yükselteçlerinden beklentilerimiz nelerdir? Örneğin bir ses yükselteci olabilir, bir motoru çeviren yükselteç olabilir, bir vericinin güç yükselteci olabilir. Bunların hepsinin özelliklerinin farklı olmasına rağmen tek ortak noktaları küçük bir sinyal ile büyük güç üretmek ortak noktalarıdır.
Güç yükselteçlerinin özellikleri;
Mümkün olduğunca giriş sinyalinin değeri ne olursa olsun çıkışa sabit bir katsayı ile büyüterek aktarmasıdır. Yani doğrusal (LINEAR) olması istenir. Fakat güç yükselteçleri doğrusal değildir (NON-LINEAR).
Kendi üzerlerinde güç harcamaları istenmez. Daha doğrusu YÜKSEK VERİMLE çalışmaları istenir. Yani bir güç yükseltecinin çıkışından 100W alsak transistörlerin hiç ısınmaması gibi.
Girişteki sinyalin hiç bozulmadan çıkışına aktarılması istenir. Daha iyimser bir değimle en az bozulmayla aktarması istenir. (Bozulma, burulma= Distortion) Burada 3 tip distorsiyondan söz edebiliriz.
1- Frekans distorsiyonu: Girişteki sinyalin frekansı ne olursa olsun çıkışa aktarılması istenir. Fakat devrede olabilecek kondansatörler buna izin vermez. Ne olursa olsun her yükseltecin mutlaka bir üst frekans sınırı vardır. Direk kuplajlı yükselteçlerde frekans DC den (0Hz) den başlar.
2- Faz distorsiyonu: Devrenin yapılama şekli ve kondansatör, bobin gibi devre elemanlarından oluşur. Devrenin girişine uygulanan sinyalin başlama zamanı ve yönü çıkışta aynı anda görülmüyorsa faz distorsiyonu var demektir. Faz bozulması ses devreleri, RF gibi yerlerde önemsenmez. Fakat TV gibi ekran taramalarının önem kazandığı yerlerde faz distorsiyonu hiç olmamalıdır.
3- NON-LINEAR distorsiyon: Bu bozulma ikiye ayrılır:
a) Harmonik distorsiyonu: Transistörün doğrusal çalışmaması ve aşırı sinyal girişlerinde çıkışta sinyalin doyum yada kesime uğraması ile olur. Ses yükselteçlerinde ve genlik modülasyonlu devrelerde hiç istenmez. Bazende siyal bilerek harmonik distosiyonuna uğratılır. Bu devreler frekans çoklayıcı devrelerdir. Harmonik ve frekans çoklayıcı devreleri daha sonra anlayacağım.
b) Intermodülasyon distorsiyonu: İki yada daha fazla sinyalin yükselteç içinde karışması ile olur. Bu distorsiyon sonucunda yükselteç çıkışında bu sinyallerin toplamları, farkları ve kendileri görülür.
Güç yükselteçlerini bayas özelliklerine göre sınıflara ayırıyoruz. Bunlar A SINIFI, B SINIFI, AB, SINIFI ve C SINIFI yükselteçlerdir. Bu sınıflandırmayı tamamen devre içindeki transistörün yada transistörlerin bayaslanmasına göre yapıyoruz. Eski yazılarda bu konuyu bulabilirsiniz. Hatırlamanız için transistörün aktif bölgede, doyum bölgesinde ve kesim bölgesinde çalıştırılması demek yeterli olacaktır.
Yükselteçleri sınıflarına göre anlatmadan önce konumuz Güç Yükselteçleri olduğu için önce güç eşitlikleri konusunu açıklamak istiyorum.
GÜÇ EŞİTLİKLERİ:
Güç yükselteçlerinde bizi ilgilendiren şey güç kaynağından çekilen gücün ne kadarının transistör üzerinde harcandığı ne kadarının yük üzerine aktarıldığıdır. Eğer transistör üzerinde fazla güç harcarsak transistörde fazla ısınacaktır. Sonuçta fazla ısınan her şey gibi transistörde yanar. Transistörün fazla ısınmasını önlemek için, transistör üzerinde oluşan ısıyı hızla üzerinden çekmek gerekir. Bu işi de ısıya havaya kolayca aktaran alüminyum soğutucularla yetmezse ilave olarak soğutucu fanlarla yaparız. Bazı çok özel yükselteçlerde (büyük güçlü radyo vericileri gibi) su suğutmalı sistemler bile kullanılmaktadır.
Güç Verimi:
Güç verimi, bir yükseltecin yük üzerinde harcanan gücün, güç kaynağından çekilen güce oranına denir. Yük üzerinde harcanan güç AC ise AC gücün rms değeri kullanılır. (rms; AC sinyalin DC ye karşılık gelen değeridir.)
%Verim = (PLrms /PDC) x 100
DC giriş gücü, güç kaynağı Vcc ile ortalama akımının (yaklaşık olarak Q noktasındaki Ic akımı) çarpımına eşittir.
Pdc = Pcc = Vcc x Ic
Yük üzerinde harcanan AC güç, çıkış geriliminin rms değeri ile, çıkış akımının rms değerinin çarpımına eşittir. Eğer dalga şeklimiz sinüs ise bunun rms değeri sinyalin tepeden tepeye (peak to peak) değerinin 2/¯2 bölümüne eşittir. Bu durumda yük üzerinde harcanan AC güç;
Pac = PL(max) = (Vpp x Ipp) / (2/¯2 x 2/¯2)
Pac = PL(max) = (Vpp x Ipp) / 8
Formülleri kullanılarak bulur.
Transistörün Maksimum Güç Kaybı:
Transistörlü bir güç yükselteci tasarlanırken o transistörün üzerinde harcanacak güç katalog değerinin üzerinde olmayacak şekilde tasarlanır. Bunun için kullanılan parametreler, katalogtan bulunan maksimum kollektör akımı Icmax, maksimum kollektör gerilimi Vcmax, transistörün güç kaybı Pt değerleridir. Ayrıca transistörün AC yük doğrusu ile DC yük doğrusu arasıda kalan bölgedeki alanda çalıştırılmasına dikkat edilir. Bu alana transistörün güvenli çalışma alanı denir. Transistör üzerindeki güç kaybını çok basit olarak aşağıdaki formülerle de bulabiliriz.
Pt = Ic x Vce
