A Sınıfı Güç Yükselteçleri

A sınıfı güç yükselteçleri iki ana gruba ayrılır:

1- Çıkışı bir yük direnci üzerinden yapılan yükselteçler.
Bunlara, kısaca Direnç Çıkışlı Yükselteç denir.
2- Çıkışı bir kuplaj transformatörü üzerinden yapılan yükselteçler.
Bunlara da, Transformatör Çıkışlı veya Transformatör Kuplajlı
Yükselteç denir.

Çıkışı Yük Direnci Üzerinden Yapılan A Sınıfı Yükselteci

1- Polarma:

Şekil 1’da çıkışı, RC yük direnci üzerinden yapılan A sınıfı bir güç yükselteci verilmiştir.
Şekil 1’daki devrenin, polarma şekli, beslemenin tek kaynaktan yapıldığı, yani, Birleşik Polarma adı verilen bağlantı düzenidir.

2- A Sınıfı Güç Yükseltecinin Tipik Özellikleri:

• Giriş devresi RB direncinin büyük olmasıdır.
Böylece, işaret kaynağına ait vi, işaret gerilimindeki değişim, transistöre ib akımı değişimi şeklinde yansımaktadır.
• RC hem yük direnci hem de polarma direncidir.
• Yükseltilmiş işaret gerilimi bu direnç üzerinden alınmaktadır.
• AC çıkışta, VCC kaynağı kısa devre olmaktadır.
•Yükseltilmiş AC gerilimin distorsiyonsuz ve mümkün olduğu kadar büyük genlikli olması için Q çalışma noktası yük doğrusunun ortasında seçilir.
•Böylece: VC = VCC / 2 ‘olur.
•Ayrıca, Şekil 1’da emiter direnci bulunmadığından VC = VCE ‘dir.

Şekil 1- Çıkışı yük direnci üzerinden yapılan A sınıfı güç yükselteci devresi.
RC ve RP polarma dirençlerinin hesaplanması, A sınıfı gerilim yükselteçlerin de olduğu gibidir.

Bilinen Değerlerle Kollektör Akımının Hesaplanması

Şekil 1örneğinde, A sınıfı çalışma nedeniyle, Q çalıma noktası yük doğrusunun tam ortasında seçilmiş olduğundan:

Kollektör polarma gerilimi: VCQ = VCC / 2 = 9 / 2 = 4,5V ‘tur.
Kollektörden, sukunette akan akım: IC = 4,5 / 2200 = 0,002A = 2mA ‘dir.

Böyle bir kollektör akımı yaratacak IB polarma akımının hesabı:

Şekilden takip edilirse:
Kirchof kanununa göre;

VCC = IB . RP + VBE ‘dir. Buradan; IB = VCC – VBE / RP ‘olur.

Değerler yerine konursa: IB = 9-0,6/270.103 ‘den, IB=31 µA ‘dir.

IB ve IC değerlerinden giderek akım kazancı:

β = IC / IB = 2/31.10-3 ‘den β = 64,5 olur.
Eğer β akım kazancı bilinen bir transistör kullanılmışsa ve lC değeri de biliniyorsa, yukarıda yapılan işlemlere benzer şekilde RC ve RP dirençleri bulunabilir.

Önemli not:

Görüldüğü gibi, bir “A” sınıfı yükselteç girişine herhangi bir AC işaret gerilimi uygulanmasa da devresinden sürekli olarak IB ve IC gibi polarma akımları akmaktadır. Bu tür çalışma sakıncalı bir uygulama şeklidir.

Güç Yükseltecinin Akım Kumandalı Olarak Çalışması

Şekil 1’dan takip edilirse; AC işaret kaynağının iç direnci ile, buna seri bağlı bir akım ayarlama direncinin toplamından oluşan veya bir önceki katın çıkış devresine ait olan RB direnci, transistörün giriş direncine göre oldukça büyük seçilir.

Böylece vb gerilimi Şekil 2’de görüldüğü gibi distorsiyonlu da olsa, ib akımı, işaret kaynağının AC sinüzoidal değişimini tam takip eder. Bu da çıkışa yansımakta ve iC ‘de sinüzoidal olmaktadır. Dolayısıyla, vC çıkış gerilimi de Şekil 2’de görüldüğü gibi sinüzoidal olur.
Burada bir kere daha, transistörün özellikle de güç transistörlerinin AKIM ESASINA göre çalıştığı belirlenmektedir.

Şekil 2- Genliği büyük giriş işaretiyle çalıştırılan transistörde beyz gerilimi (Vb), kollektörünkine göre (VC) çok distorsiyonludur.

A Sınıfı Güç Yükseltecinin Karakteristikleri

Şekil 3 ‘de çıkışı bir yük direnci üzerinden yapılan A sınıfı güç yükseltecine ait çıkış karakteristik eğrisi verilmiştir. Bu karakteristik eğrisinde girişe uygulanan vB gerilimindeki değişime bağlı olarak, iC akımındaki, ve vCkolektör gerilimindeki değişimler gösterilmiştir.

Transistörü maksimum güçte çalıştırabilmek için, şekilde görüldüğü gibi yük doğrusu, maksimum güç eğrisine teğet çizilmiştir.
Yine şekilde görüldüğü gibi değişik genlikte vb giriş gerilimi ve dolayısıyla da Ib giriş akımı uygulansa da Q çalışma noktasının yeri hep sabit kalır. Çıkıştaki IC ve vC değişimleri Q ‘nun iki yanında ve yük doğrusu boyunca salınır.

Şekil 3 ‘deki karakteristik eğrisinden yararlanılarak, β akım kazancı bilindiği takdirde transistörün giriş ve çıkış dirençlerini, gerilim ve güç kazancını bulmak mümkündür.

Şekil 3 – Direnç çıkışlı A sınıfı güç yükseltecinin çıkış karakteristik eğrisi

Direnç Çıkışlı A Sınıfı Güç Yükselteci Veriminin Hesabı

Verim, üretilen gücün, çıkıştan alınabilme oranıdır.
Diğer bir deyimle, çıkış gücünün, besleme kaynağından çekilen güce oranıdır.
Bu oran, besleme kaynağı gücünden ne derece yararlanılabilindiğini gösterir.
Yüzde ( % ) olarak ifade edilir.
Verim genellikle Eta ( η ) harfi ile gösterilir.

Verim hesabı aşağıda verilen iki formülle de yapılabilir:

% Verim( η ) = [ Çıkış Gücü (PÇ) / Kaynaktan Çekilen Güç (PK) ]*100

veya

Verim ( η ) = [ Çıkış Gücü (PÇ) / Kaynaktan Çekilen Güç (PK) ] Sonuç yine “%” çıkar.

Burada, bir devrede hizmet veren bir yükseltecin incelenmesi konu edildiğinden, çıkış gücü denirken, doğal olarak AC değerler düşünülmektedir. Bundan dolayı da efektif değerler ile işlem yapılır.

Ancak aşağıdaki örneklerden de görüleceği gibi, çıkıştaki AC akım (IC) ve gerilim (VC) tam sinüzoidal değilse, maksimum ve minimum değerlerin farkı alınarak da işlem yapılır.

Verim, normal çalışma halindeki çıkış değerleri ile hesap edilebileceği gibi, maksimum verimi belirleme bakımından maksimum çıkış değerleri ile de hesap edilir.

Hesaplamalarda, şu hususları göz önünde bulundurmak gerekir:

• Normal çıkış gücünde çalışma halinde, çıkış distorsiyonsuz olur. Buna karşılık Verim düşüktür.
• Maksimum güçte çalışma halinde ise, çıkış gerilim ve akımında bir miktar bozulma (distorsiyon) olur. Ancak, Verim maksimumdur.
Aşağıda örnek olarak maksimum verimi belirlemek için, maksimum güç değerleri ile hesap yapılacaktır.

Maksimum Çıkış Gücünün Hesabı

Şekil 3 ‘deki karakteristik eğrisine göre maksimum çıkış gücünü hesaplayabilmek için, büyük sinüs eğrilerinden yararlanılacak.

IC ve VC sinüs eğrileri tam simetrik olmadığından, maksimum ve minimum değerlere göre hesap yapılır.

Buna göre, direnç çıkışlı için maksimum güç ifadesi şöyle olur:

PÇRm = VCef * ICef = [0,707 . (VCmak – VCmin/2)] * [0,707 . (ICmak – ICmin/2)]

Şekil 3 ‘den;

VCmak = VCC , VCmin = 0 , ICmak = ICd = ICm , ICmin = 0 olup

PÇRm = [(0,707)2 (VCC.ICm/4)] olur.

Şekil 3 ‘e göre: VCC = 9V, ICm = 4.10-3 A ‘dır.

Bu değerler PÇRm bağıntısından yerlerine yazılırsa: PÇRm = 4,5 mW olur.

Besleme Kaynağından Çekilen Güç (PK)

Besleme kaynağından çekilen akım, Q çalışma noktasına ait olan ICQ kollektör akımı ile, IBQ beyz akımıdır.

Beyz akımı, kollektör akımı yanında ihmal edilebileceğinden, hesaplamada yalnızca ICQ kullanılır:

PK = VCC.ICQ = 9.2.10-3 = 18 mW ‘tır.

Yukarıda bulunan değerler Verim bağıntısında yerine konulursa;

Direnç Çıkışlı A Sınıfı Güç Yükseltecinde Maksimum Verim

η M = PÇRm / PK = 4,5/18 = %25 olur.

Görüldüğü gibi, direnç çıkışlı A sınıfı güç yükseltecinde ulaşılabilecek maksimum verim, %25 olamaktadır.

Çıkışı Bir Kuplaj Transformatörü Üzerinden Yapılan A Sınıfı Güç Yükselteci

A sınıfı yükselteçlerde, verimi arttırmak için, yük direnci, Şekil 4 (a) ‘da görüldüğü gibi bir transformatör üzerinden yükseltece bağlanır. Bu bir transformatörlü kuplaj şeklidir.

Böyle bir durumda, DC ve AC olmak üzere iki tip yük doğrusu oluşur.
1. Transformatörlü Kuplajda DC yük Doğrusu:

Transformatörlü bağlantı şeklinde, transformatör sargısı DC akıma karşı çok küçük direnç gösterdiğinden, DC yük doğrusu, Şekil 4 (b) ‘de görüldüğü gibi, 90 dereceye yakın dikeydir.

Bu durum şöyle açıklanır:

Yük doğrusunun eğim açısına yani yatayla yaptığı açıyla “α” (alfa) diyelim.

α ile, yük direnci arasında şu bağıntı vardır:

Yük Doğrusu Eğimi: Tgα = ICm / VCC = 1/RL ‘dir.

Burada RL yerine transformatör primer sargısının DC direnci gelmekte olup çok küçük değerlidir.

Trafonun primer DC direncine RTDC diyelim,

Eğer, RTDC = 0 olsaydı; Tgα = 1/0 = ∞ ve α = 90° olurdu.

α = 90° demek yük doğrusu dikey durumdadır demektir.

RTDC tam sıfır olmadığından, yük doğrusu da tam dikey değildir. Şekil 4 (b) ‘de görüldüğü gibi dikeye yakındır.

Burada, açıklama kolaylığı bakımından, DC yük doğrusu dikey olarak kabul edilecektir.

2. Transformatörlü Kuplajda AC yük Doğrusu:

Şekil 4 (b )’de görüldüğü gibi, AC yük doğrusu ile DC yük doğrusu Q çalışma noktasında kesişmektedir. Böyle olmak mecburiyetindedir. Zira, sistem her iki yük doğrusuna göre de çalışmaktadır.

Şekil 4 – RL yük direnci transformatör üzerinden bağlı olan A sınıfı yükselteç
(a) Devre şeması
(b) DC ve AC yük doğruları

Transformatörlü Kuplajda AC Yük Doğrusunun Çizilişi:

Bir doğrunun çizilmesi için en az iki noktanın bilinmesi gerekir.

AC yük doğrusunun çiziminde şu iki nokta belirlidir:
1- Q çalışma noktası DC yük doğrusu üzerindedir. AC yük doğrusu da bu noktadan geçecek. Ancak, şu anda yeri belli değildir.
2- DC yük doğrusu VCC noktasından çıkan dik doğru olduğuna ve Q çalışma noktası da bu doğru üzerinde bulunduğuna göre, AC kollektör gerilimi vC, Şekil 4’de görüldüğü gibi VCC değerinin iki yanında salınacaktır. Maksimum salınma genliği, distorsiyon dikkate alınmazsa, 0-2 VCC gerilim değerleri arasında olur.
Bu durum AC yük doğrusunun 2 VCC noktasından başladığını gösterir.

Q noktasının yerini tam belirlemek için şu bilgilerden yararlanılır:

Şekil 4 (a) ‘ya dikkat edilirse, “VCC-R1-R2-toprak” yolu hem DC ‘de, hem de AC ‘de aynıdır. Yani IBpolarma akımı sabittir.

• Çalışma noktasını belirleyen ICQ akımı, ICQ = βIB olarak bellidir.
• Diğer bir yoldan, RTDC ve RE hesaplamalara dahil edilirse

ICQ = VCC / (RTDC + RCE + RE) bağıntısı ile de ICQ bulunabilecektir,

• O halde, IC ekseni üzerinde ICQ değeri işaretlenerek, buradan bir yatay doğru çizilirse, bu doğru, DC yük doğrusunu Q noktasında keser.
AC yük doğrusu da Q noktasından geçeceğine göre, ve ikinci nokta da, 2VCC olduğuna göre, 2VCC ile Q noktaları birleştirilirce, AC yük doğrusu çizilmiş olur.

Bu bilgilerden sonra, transformatör çıkışlı bir A sınıfı güç yükseltecinin, veriminin hesabı kolaylaşacaktır.

Transformatörlü Kuplajda Verim Hesabı

Burada alınabilecek maksimum çıkış gücüne göre verim hesabı yapılacaktır Bunun için önce, maksimum çıkış gücünün hesaplanması gerekmektedir.

Transformatörlü Kuplajda Maksimum Çıkış Gücünün Hesabı (PCTRm):
Transformatöre verilen güç:

PÇ = VCef.ICef = 0,707 VCm.0,707 ; ICm = VCm / √2 . ICm / √2 = 1/2 (VCm.ICm) ‘dir.

Buradaki, VCef ve VCm transformatörün kollektöre bağlı ucu ile toprak arası AC gerilime ait değerlerdir.

Daha önce açıklandığı gibi:
AC işaretler, tam sinüzoidal değil ise; VCm ve ICm yerine, tepeden tepeye değerlerinin yarısı, yani 1/2 (VCmak – VCmin) ve 1/2 (ICmak – ICmin) alınır.

Buna göre, Şekil 4 ‘dan takip edilirse:
VCmak = 2VCC , VCmin = 0 ‘dır.

VCef = 2VCC / 2√2 = VCC/√2 ‘dir.

Benzer şekilde;

ICmak = ICd = ICm ve ICmin –> 0 ‘dan ICef = ICd / 2√2 = ICm / 2√2 ‘dir.

Transformatör kuplajlı maksimum AC çıkış gücüne, PÇTRm diyelim:

PÇTRm = VCef.ICef = VCC / √2 . ICm / 2√2 = VCC.ICm / 4 veya ICm = 2ICQ yazılırsa,
PÇTRm = VCC.ICQ / 2 olarak bulunur.

Besleme kaynağından çekilen maksimum güç:

PK = VCC.ICQ ‘dir. (Daha önce de belirtilmişti)

Bu eşitlikler, verim bağıntısında yerlerine konursa:

ηT = PÇTRm / PK = (VCC.ICQ /2) / VCC.ICQ = 1/2 = 0,50 olur.

Buna göre transformatör kuplajlı A sınıfı güç yükseltecinde maksimum VERİM: ηT = % 50 olmaktadır.

Çıkışı, RL yük direnci üzerinden yapılan yükselteçte:ηR = % 25 idi.
Görüldüğü gibi; ηT = 2ηR ‘dir.
Diğer bir ifadeyle; PÇTR = 2PÇR ‘dir.

Sonuç olarak:

RL Yük direncinin, Trafo kuplajı ile bağlanması halinde A sınıfı güç yükseltecinin gücü ve dolayısıyla verimi 2 kat artırılabilmektedir.

Uygulamada ne yapmak gerekir?
Transformatörü ona göre seçmek gerekir.

Transformatörün Seçilişi:

AC çıkış gücünü, RL yük direncine ve akıma bağlı olarak yazalım:
RL yük direnci direk bağlı iken: PÇR = VCef . ICef = I2Cef . RL ‘dir.

RL yük direnci trafo kuplajlı olarak bağlı iken:

Trafonun primerinden bakılınca görülen, dirence RıL diyelim. AC çıkışta transformatör primerinde oluşan güç: PÇTR = I2Cef . RıL ‘dür. Daha önce; PÇTR = 2PÇR olduğu, hesaplamalar ile gösterilmişti.

Bu duruma göre yukarıdaki bağıntılar karşılaştırılırsa:

I2Cef . RıL = 2 I2Cef . RL olur. Buradan; RıL = 2RL olur.

Transformatör kuralına göre; RıL = (N1/N2)2 . RL ‘dir.
N1: Trafonun primer (transistor tarafı) sarım sayısı
N2: Trafonun sekonder (RL tarafı) sarım sayısı

Yukarıda, RıL = 2RL değeri yerine konursa: (N1/N2)2 = 2 olur.
Yani, N1 = √2.(N2)= 1,41.N2 olur.

Sonuç: Transformatörün, N1 ve N2 sarım sayıları, N1 = 1,41 N2 olacak şekilde ayarlanırsa, transformatör kuplajlı, A sınıfı bir güç yükseltecinden %50 VERİM alınır.

Transformatör kuplajlı çıkışın avantajları:

Verimin iki misli arttırılması önemli bir avantajdır. Şu gibi dezavantajları da bulunmaktadır.
– Transformatörde güç kaybı vardır. Bu nedenle de çok ısınır.
– Çok yer kaplar ve ağırlığı fazladır.
– Maliyeti yüksektir.
– Distorsiyon yaratır.
Genel bir değerlendirme yapılırsa:

A sınıfı güç yükselteçlerinde ki maksimum %50 verim iyi sayılamaz.

Bu nedenle daha çok, gerilim yükselteci olarak kullanılır.

Benzer Yazılar

YAZAR : Admin

Elektronik Mühendisi / E.Üni. Kalibrasyon Lab. Sorumlusu / Biyomedikal Kalibrasyon Laboratuvarı Sorumlu Müdürü (Sağ.Bak.) / X-Işınlı Görüntüleme Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) / Ultrason-Doppler Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) - Hatalı veya kaldırılmasını istediğiniz sayfaları diyot.net@gmail.com bildirin

BU YAZIYI DA İNCELEDİNİZ Mİ ?

A sınıfı gerilim yükseltecinin incelenmesi

Radyo alıcılarında kullanılan giriş katı yükselteçteri ve seslendirme sistemlerindeki ön yükselteçler, “gerilim yükselteçleri” dir ve …

Bir cevap yazın