AMPLİFİKATÖR

Güncelleme 16/08/2024

AMFİ

Yükselteç (Amplifikatör) Nedir?

Amplifikatör (amplificateur) Fransızca bir kelimedir, yükselteç anlamına gelir. Elektronikte küçük elektrik sinyallerini yükselten, büyüten, kuvvetlendiren devrelere amplifikatör denir.

Yapısına göre amplifikatörler üç grupta toplanır:
1- Manyetik amplifikatörler.
2- Lambalı (tüplü) amplifikatörler.
3- Transistörlü (Yarıiletken) amplifikatörler.
Girişine uygulanan elektriki işareti ( sinyal ) yükseltenElektronik devreler. Burada yükseltece uygulanan işaretler, mikrofonun elektriğe çevirdiği ses, pikabın çevirdiği Basınç değişikliği, teyp kafasının elektriğe çevirdiği manyetik enerji ve benzeri, yükseltilmesi istenen elektriki işaretlerdir.
Ayrıca görüntü de kameralarda Elektrik işaretine çevrilebilir. Bunlardan bir çeşit yükselteç olan “ video ”, yükselteçlerle istenilen seviyeye çıkarılabilir. Bu amplifikatörler ( yükselteçler ) şöyle sınıflandırılabilir:

A) Kullanma yerlerine göre Amplifikatör

1. Ses frekans yükselteçleri: Frekansı 3 MHz (Mega Hertz) ile 20 kHz (Kilo Hertz) arasındaki ses sinyallerini yükseltirler.
2. Yüksek frekans yükselteçleri: Frekansı 3 MHz ile 30 MHz arasındaki elektriki sinyalleri yükseltirler.
3. Orta frekans yükselteçleri ( IF intermedial Frekans ) : Frekansı 300 kHz ile 3000 kHzarasındaki sinyalleri yükseltirler.
4. Video (görüntü) yükselteçleri: Bu tip yükselteçler Televizyon ve video gibi görüntü veren cihazlarda, sadece belli bir frekans sınırı içerisinde elektriki işarete çevrilen görüntüyü yükselterek, istenen seviyeye getirirler.
5. İşlem yükselteçleri: (Operasyonel amplifikatör – OPAMP). Bu tip yükselteçler sanayide, tıpta ve bir çok sivil – askeri gayeli cihazlarda elektrik işaretine çevrilen herhangi bir fiziki işlemi veya olayı istenen seviyeye kadar yükseltirler. Daha sonra bu elektriki işaret, ya fiziki bir olaya ( analog ) veya rakamlarla ifade edilen bilgiye ( Dijital ) dönüştürülür.
6. Güç yükselteçleri : Bu tip yükselteçler, elektriki işaretleri( televizyon, hoparlör ekranı gibi) kumanda edebilecek seviyeye kadar yükseltir.

B) Çalışma şekline göre Amplifikatör

A Sınıfı Yükselteçler

Bu tür yükselteçler kaynaktan gelen sinyal yükseltilirken tek bir çıkış elemanı tarafından dalga bütünlüğü korunarak işlenir. Çıkış transistoru veya tüpünün kalitesi ve devre tasarımına bağlı olarak orijinal dalga formu en iyi şekilde korunur ve seste akıcılık ve bütünlük en üst düzeydedir.
Girişte sinyal olsun veya olmasın sürekli olarak sabit bir akım çektiklerinden oldukça yüksek bir çalışma ısıları vardır. Kaliteli ve yumuşak ses seviyesi, en düşük dağılma düzeyi ve hızlı bas performansı, akustik planlama açısından son derece kullanışlı devrelerdir fakat yüksek sıcaklık aralığı ve elektrik tüketimi açısından dezavantajdadır.

B Sınıfı Yükselteçler

B sınıfı yükselteçler de elektriksel verimliliği artırmak amacı ile çıkış transistörleri giriş sinyalinin yalnızca pozitif veya negatif yarısını yükseltir.
Çiftler halinde sinyalin her bir yarısı birleştirilerek tam ses sinyali çıkışa verilir. Burada her bir transistor sadece kendi çalışma bölgesinde elektrik aldıklarından B sınıfı yükselteçler, A sınıfı devrelere göre daha az ısınır; yaklaşık olarak enerjini %30’u ısıya dönüşür, ve daha verimli çalışırlar.
Bu tip yükselteçlerde en büyük sorun pozitif ve negatif sinyal bölgeler arasında geçiş sırasında oluşan senkron bozukluğu nedeniyle ortaya çıkan bozulmadır. Buna crossover bozulması denir. Bu bozulma nedeniyle genellikle sesin en doğal haline yakın tasarımlar yerine endüstriyel uygulamalarda yer bulurlar, yüksek verimlilik ve hafif tasarımlarla kullanılır fakat yüksek kaliteli sesler için pek tercih edilmez.

AB Sınıfı Yükselteçler

B sınıfı yükselteçlerin geçişli ve tamamlayıcı çıkış katlarının özel olarak düzenlenerek belirli bir sinyal yüksekliğine kadar, A sınıfı biçiminde çalışabilmesini sağlayan devre grubudur. Burada, çıkış transistoru veya tüpünün bias akımı sinyal yokluğunda, B sınıfının aksine kapanmadan çok düşük bir bias akımıyla canlı tutulacak biçimde ayarlanır ve cihazın crossover bozulmasından etkilenmemesi sağlanır.
Bu devre tipi ticari üretimler arasında en yaygın kullanılan tasarımdır. Yüksek verimlilik, hafif tasarımlar ve düşük ısı üretimi ile en çok tercih edilen tiplerdir, fakat A sınıfı kadar kaliteli ses düzeyine sahip değildir, tam anlamıyla A ve B sınıfının ortalamasıdır.

C Sınıfı Yükselteçler

Giriş sinyalinin yüksekliğiyle orantılı olarak çıkış elemanlarını devreye sokan bir devre tasarımıdır. Genellikle telekomünikasyon, telsiz ve yalnızca konuşma bandında çalışması öngörülen diğer ses sistemlerinde kullanılır. Hi-fi müzik sistemlerinde kullanılmaz, yüksek verimlilik sağlar fakat ses kalitesi düşüktür.

D Sınıfı Yükselteçler

Giriş sinyalinin kare dalga formunda darbeler üzerine bindirilerek elde edilen yükseltme prensibini kullanan devrelerdir. Teorik olarak %100 verimle çalışır. Kare dalga taşıyıcının yarattığı bozunum çıkış aşamasından hemen önce özel bir filtre devresi ile süzülerek temiz sinyal elde edilir.
Kare dalga modülasyonunun frekansı ve temizliği ile orantılı olarak başarılı tasarımlar yapılabilmektedir. Gittikçe yaygınlaşan bu devre tipi aktif subwoofer yüksek güçlü anons sistemleri gibi geniş bant ses kalitesinin hayati önem taşımadığı sistemlerde başarı ile kullanılmaktadır.
Son yıllarda geleneksel doğrusal devre tipleri ile modülasyona dayalı D sınıfı arasında rekabet gittikçe artarken ses kalite farkı da azalmaktadır, çok yüksek verimlilik nerdeyse ısınmama gibi avantajları vardır, fakat belirgin soğukluk kalitesi ve analog çıkışlı seslerde yetersiz bir tasarımdır.

F Sınıfı Yükselteçler

F sınıfı devreler, çıkış dalga formunu kare bir dalga halinde biçimlendirmek için çıkış ağındaki harmonik rezonatörleri kullanarak hem verimliliği hem de çıkışı arttırır. F sınıfı yükselteçler, sonsuz harmonik ayar kullanıldığında %90’dan fazla yüksek verime sahiptir.
G Sınıfı Yükselteçler
Bu devre tasarımı temel olarak AB sınıflarının çıkış felsefesi ile kademeli bir besleme devresinin bileşiminden oluşur. AB tasarımlardaki sabit besleme gerilimi yerine girişteki sinyalin genliğiyle orantılı olarak çıkış elemanlarının ihtiyaç duyabileceği voltaj kademeleri önceden seçilir.
Bu şekilde elektriksel olarak daha verimli bir çalışma sağlanmış olur. Bu teknik daha çok profesyonel seslendirmede kullanılan amplilerde yaygındır. Yüksek verimlilik ve yüksek ses kalitesi ile tercih edilir fakat genlik bozulması sebebiyle düzgün tasarlanmayan devrelerde daimi arızalar.

H Sınıfı Yükselteçler

G sınıfı tasarımlara benzerler ancak burada çıkış elemanlarının besleme voltajı girişteki sinyalle orantılı olarak kademesiz veya çok sayıda kademe ile daha hassas kontrol edilir. Bu tür devrelerde genellikle yüksek güçlü ve aşırı pahalı high-end devreleri ile profesyonel tur devlerinde kullanılır.
Birçok versiyonunda klasik analog besleme katı yerine yüksek frekanslı switch mode devreler kullanılır. Elektriksel olarak bilinen en verimli tasarımlardan biridir fakat pahalı ve düşük bütçeli çalışmalarda kalitesiz sesler.

I Sınıfı Yükselteçler

I sınıfı devreler, aynı giriş dalga formunu örnekleyen her iki anahtarlama cihazı setiyle paralel itme-çekme konfigürasyonunda düzenlenen iki tamamlayıcı çıkış anahtarlama cihazına sahiptir.
Bir cihaz dalga formunun pozitif yarısını değiştirirken, diğeri negatif yarısını B sınıfı bir yükseltece benzer şekilde değiştirir. Giriş sinyali uygulanmadığında veya bir sinyal sıfır geçiş noktasına ulaştığında, anahtarlama cihazları yüksek frekanslı sinyalleri iptal eden %50 PWM çalışma döngüsü ile aynı anda hem AÇIK hem KAPALI sinyali üretir.

S Sınıfı Yükselteçler

S sınıfı bir güç yükselteci, D sınıfı amplifikatöre benzer şekilde doğrusal olmayan bir anahtarlamalı mod amplifikatörüdür. S sınıfı amplifikatör, analog giriş sinyallerini bir delta-sigma modülatörü tarafından dijital kare dalga darbelerine dönüştürür ve sonunda bir bant geçiş filtresi tarafından demodüle edilmeden önce çıkış gücünü arttırmak için onları yükseltir. Bu anahtarlama amplifikatörünün dijital sinyali her zaman tamamen AÇIK veya KAPALI (teorik olarak sıfır güç tüketimi) olduğundan, %100’e ulaşan verimler mümkündür.

T Sınıfı Yükselteçler

T sınıfı amplifikatörler, dijital sinyal işleme (DSP) yongalarının ve çok kanallı surround ses amplifikatörlerinin varlığı nedeniyle analog sinyallerini PWM sinyallerine dönüştürdüğü için ses yükseltici tasarımı olarak bu günlerde daha popüler olmaya başladı.
T sınıfı amplifikatör tasarımları hem AB sınıfı amplifikatörün düşük bozulma sinyali seviyelerini hem de D sınıfı amplifikatörün güç verimliliğini birleştirir.

Amplifikatörler çalışma frekansına göre 5 grupta toplanırlar

1- AF: Alçak frekans yani ses frekans amplifikatörleri. = LOW F
2- Yüksek frekans amplifikatörleri. = HF
3- Çok yüksek frekans amplifikatörleri. = VHF
4- Çok yüksek frekans ötesi amplifikatörleri. = UHF
5- Çok yüksek frekans ötesinden daha yüksek frekans amplifikatörleri. = SHF

Halk arasında amplifikatör denince önce AF, yani ses amplifikatörleri akla geliyor.
Onun için ben de çoğunlukla AF amplifikatörleri üzerinde duracağım.

1- Manyetik amplifikatörler: Transformatörler gibi demir nüveli çok sayıda bobinlerden ve diğer devre elemanlarından ( Lamba ve yarıiletkenler hariç) yapılmışlardır. Randımanları aşırı derecede düşüktür. Güçlerine göre çok ağırdırlar. Hacimleri çok fazladır. Yüksek frekanslarda çalışamazlar. Kullanışsız olduklarından 100 yıl kadar önce terkedilmişlerdir. Dolayısı ile ben de bu cihazlardan bir daha bahsetmeyeceğim
2- Lambalı (tüplü) amplifikatörler: Düşük basınç altında (vakumlanmış) bir tüp içine özel gazlar doldurulur ve içine biri anot, biri katot olmak üzere en az iki elektrot yerleştirilir. İki elektrotlusu diyot, üç elektrotlu triyot, dört elektrotlu tetrot, beş elektrotlu pentot adını alır. Daha çok elektrotlular olabilir; hegzot, oktot gibi. Bir tüp içinde hem diyot, hem triyot hem de pentot olan bileşik lambalar da vardır.

Örnek olarak triyot lambayı incelersek: Flaman denen bir ısıtıcının ısıttığı bir katot, bir anot ve ikisinin arasına ızgara şeklinde gözenekli üçüncü bir elektrot yerleştirilmiştir. Lambanın karakterine göre flamana 1,5 ile 7,5 V arası, anot ve  katoda  DC 90 ile 3000 V arası (genelde 300 veya 500 V) bir gerilim uygulanır. Flaman vasıtasıyla ısınan katot elektron yayar, elektronlar negatif yüklü oldukları için pozitif olan anot tarafından çekilirler, ızgaranın gözenekleri arasından geçerek anoda ulaşırlar ve elektron akışı olur. Izgaraya negatif yük verilir, ızgara aynı yüke sahip olduğu için elektronları iter, yük miktarına göre elektronları ya yavaşlatır ya da geçit vermeyip tamamen durdurur. Eğer pozitif yük verilirse tersine elektronların geçiş hızı artar. Izgaradaki çok küçük bir gerilim değişimi anotta çok büyük değişimlere neden olur. Böylece sinyal kuvvetlendirilmiş olur.
Lambalı amplifikatörler; manyetik amplifikatörlere göre çok hafiftir, hacmi daha azdır, randıman daha yüksektir, istenen her güçte yapılabilir, sinyal kalitesi iyidir, alçak frekanslar (LOW F) veya yüksek frekanslar (HF, VHF, UHF, SHF) için yapılabilir. Transistörlü amplifikatörlerin gelişmesiyle kullanımları büyük oranda düşmüştür ama terk edilmemiştir. Lambalılarda yüksek anot gerilimi olması, kondansatörlerin yüksek voltajlı olması, dirençlerin wattlı olması, alçak frekanslarda her zaman için çıkış trafosunun gerekmesi, flamanların ayrı bir enerji harcaması dezavantajdır.

3- Transistörlü amplifikatörler: Aslında bunlara artık transistörlü yerine yarıiletken amplifikatörler demek daha doğru olur. Çünkü birer yarıiletken olan germanyum veya silikon diyot ve transistörler kullanılmaya başlandıktan sonra hızla geliştirilerek FET, MOSFET, CMOSFET, UJT, TRİSTÖR, DİYAK, TRİYAK, ENTEGRE, MİKROÇİP ve daha başka yarıiletken elemanların da kullanımıyla kalite artmıştır.

Lambalılara göre çok hafiftir, hacmi daha küçüktür, daha sağlamdır, daha randımanlıdır. Eğer güç gerekmiyorsa 1,5 voltla çalışan yarıiletkenler vardır. Yüksek gerilim olarak ta 300 volta kadar olabilir. İstenen her güçte yapılabilir, sinyal kalitesi iyidir, alçak frekanslar (LOW F) veya yüksek frekanslar (HF, VHF, UHF, SHF) için yapılabilir. Düşük voltajlarda çalışması hobi alanında da hızla yayılmasını sağlamıştır.
Ayrıca lamba ve transistörlerin beraber kullanıldığı amplifikatörler de vardır.