De klassificatie van versterkers

We hebben al heel wat basiskennis over de werking van transistoren opgedaan. Hier gaan we door op de ingeslagen weg en breiden we deze kennis uit. Misschien heb je er al wel gehoord dat transistoren in verschillende klassen ingesteld kunnen worden ( daarover hoor je vaak discussies in een radioclub, als je bij een aangesloten bent kan je voortaan meepraten !). Natuurlijk hebben deze klassen elk specifieke eigenschappen.

We gaan hier nader in op de instellingen in klasse A, B, AB en C. De instelling houdt rechtstreeks verband met de polarisatie van de transistor. Wat we tot nu gezien hebben is de instelling in klasse “A”. Lineariteit en rendement worden mee door de instellingen bepaald.
Uitleg…

1 – De instellingsklasse wordt bepaald door de polarisatie :

Er kan niet genoeg aandacht aan besteed worden: de polarisatie bepaalt de plaatsing van het rustpunt op de belastingslijn. Men kan dit punt langs deze lijn verplaatsen, met als gevolg veranderingen van het gedrag. Deze verplaatsing wordt bepaald door de waarde van de weerstanden die de polarisatie bepalen (lijkt logisch, niet ?).

Klasse A :

Om een versterker in klasse A te laten werken moet je het instelpunt “R” in het midden van de lijn plaatsen.

Dit betekent dat ten allen tijde in rusttoestand ( geen wisselspanningsignaal op de ingang ) een ruststroom Ic door de transistor zal vloeien: Icis de helft van de verzadigingstroom.

We zagen het reeds vroeger: bovenop de vaste gelijkspanning op de basis plaatst men in de praktijk een bepaalde wisselspanning. Deze spanning zal onmiddellijk het instelpunt op die belastingslijn verschuiven al naargelang de vorm van die lijn. Je moet er wel over waken, de instelling zodanig uit te voeren dat de transistor nooit in verzadiging of in spertoestand komt. Dit zou immers vervorming opleveren.

Hiernaast zie je de karakteristiek IC/Ib, of anders uitgedrukt, Ic als gevolg van Ib. Dit is hier op een rechte lijn uitgezet en dat is niet helemaal correct, maar het verschil in resultaat is niet erg groot. (In de praktijk is deze lijn nooit recht !)

In klasse A, vloeit de stroom gedurende de ganse cyclus of anders uitgedrukt, gedurende de 360 °.

Dit geeft een goede lineariteit ( het resultaat aan de uitgang volgt rigoureus de vorm aan de ingang ). Deze werkwijze vergt veel energie zodat het rendement nauwelijks 50 % haalt (verhouding geleverde tot het verbruikte energie).

De A-klasse instelling wordt veel gebruikt bij LF (laagfrequente) signalen en eveneens in de lagere band van het hoogfrequent bij laag vermogen.

Eigenschappen van de klasse A-instelling :

– Uitstekende lineariteit
– Gemiddeld rendement (max 50%)
(zonder ingangssignaal verbruikt de transistor het vermogen gelijk aan Vce.Ic … dus opwarming !)

Klasse B :

We zagen het reeds, het grote nadeel van een klasse A-instelling is het lage rendement. Een evident gevolg is de produktie van onnuttige warmte en de negatieve invloed door de temperatuur op de instelling zelf. Het ideaal zou zijn, geen instelvermogen te verliezen. De ruststroom is “NUL”

Dit kan je verkrijgen door gebruik te maken van de klasse B. Je zorgt er voor dat er geen stroom vloeit zolang er geen wisselspanning aan de ingang wordt gelegd. Met andere woorden , de transistor staat geblokkeerd of gesperd, of met een uitdrukking uit de tijd dat alles nog met lampen werkte : ” in CUT OFF” . Van zodra er een positieve alternantie aan de ingang komt zal de transistor beginnen geleiden zoals hieronder verduidelijkt wordt.

Het instelpunt hierboven bij Ic=0, de transistor staat volledig gesperd.

Hierboven merken we op dat de transistor onder invloed van de aangelegde wisselspanning deblokkeerd wordt en de ingang, voor 180 ° de uitgang volgt.

Meteen zien we ook dat er wat iets aan het rendement verandert. De transistorschakeling verbruikt geen onnuttige energie meer als er geen signaal wordt aangelegd. Daar tegenover staat dat we aan de uitgang slechts de helft krijgen van wat aan de ingang werd aangelegd (één alternantie op twee). Wat kunnen we hiermee doen ?

Het kan nog negatiever: bij gebruik van kleine signalen weten we dat dat gedeelte van de belastingslijn niet helemaal lineair verloopt. Het aangelegde signaal wordt daar vervormd, en meestal is dat niet de bedoeling.

Om beide alternanties te verwerken kunnen we beroep op de zogenaamde PUSH PULL schakeling. Deze bestaat uit TWEE transistoren (of radiobuizen) die elk één alternantie voor eigen rekening nemen. Door de uitgangssignalen van beide transistoren te combineren, kunnen we de vorm van het aangelegde signaal weer samenstellen. Dit verhaal geldt vooral LF-versterkers; voor HF kunnen we nu al stellen dat we de ontbrekende alternantie met afgestamde kring(en) terug kunnen winnen; later hierover meer.

De Push-pullschakeling vereist bijzondere aandacht voor de vervorming die in het niet-lineaire gebied ontstaat.

Zo ziet het signaal links eruit indien geen zorg aan de schakeling werd besteed. Het blijft een klasse “B” zonder meer. De vervorming ontstaat bij overgang van één alternantie naar de andere.

Hoe we dit verhelpen is vrij eenvoudig. We moeten er bij de instelling voor zorgen dat er een kleine stroom vloeit waardoor het instelpunt zich voorbij het niet-lineair deel van de belastingslijn bevindt. Het rendement zal natuurlijk enigszins verminderen.

Eigenschappen samengevat voor

klasse B :

– Goed rendement (60%);
– Vervorming bij overgang naar volgende fase;
– Noodzaak van een symmetrische opstelling (LF).

Instellingsklasse AB :

Spijtig, maar als kandidaat- radioamateur staan we voor een dilemma :

– we hebben nood aan vermogen ( wettelijk is 400 W op de decametrische banden toegelaten);

– we hebben ook nood aan lineariteit, om storingen te voorkomen;

– en met het oog op onze portemonnee staan we ook op een groot rendement.

Al deze redenen leiden tot het gebruik van een nieuwe instelling, de klasse “AB” (en de afgeleiden AB1, AB2).

Principe :

Vaak worden onze versterkers in deze klasse AB ingesteld. Je vermoedt het al: het instelpunt zal ergens tussen klasse A en B in liggen.

Je polariseert zodanig de schakeling voor kleine signalen in het lineair deel ( klasse A) werkt en in klasse B voor grote signalen.

Door deze polarisatie, die lager ligt dan die in klasse “A”, kan door de transistor een kleine stroom lopen zonder ingangssignaal. De lineariteit kan hier onder lijden, zodat we aan de uitgang moeten zorgen voor een filterkring om de harmonischen te verwijderen die het gevolg zijn van deze instelling en de niet-lineariteit.

We maken een onderscheid AB1 et AB2. Klasse AB1 verwijst naar het feit dat de versterker GEEN stroom van de voorgaande trap verbruikt. Het gaat dan over een trap met grote ingangsimpedantie.

In klasse AB2 verbruikt de versterker WEL stroom van de voorgaande trap. De ingangsimpedantie is dan kleiner.

In de praktijk kan het bijv. gebeuren dat er bij het beluisteren van een station regelmatig onderbrekingen van de ontvangst zijn. Mogelijk moet de oorzaak gezocht worden bij een niet correcte instelling. Even bijstellen (wat meer stroom) en het probleem is wellicht verholpen.

Eigenschappen van klasse AB samengevat:

– Gemiddeld rendement;
– Aanvaardbare lineariteit.

Klasse C :

Deze klasse is erg nuttig bij gebruik van frequentievermenigvuldigers, en in het algemeen als krachtige versterking noodzakelijk is waarbij de lineariteit niet zo belangrijk is. Voor radio is deze klasse minder geschikt, afgezien van bijzondere gevallen ( bijv. vermogensversterking).

Het principe is (meestal) eenvoudig :
We zorgen ervoor dat de instelling zodanig is dat de transistor slechts gedurende beperkte tijd kan geleiden (minder dan 180 °). Een puls komt als het ware op de uitgang terecht ( maar dan met een hoog vermogen). Je merkt dat het signaal zeer sterk NIET lineair wordt behandeld. We moeten de rest van het signaal reconstrueren met een trillingskring met GROTE kwaliteitsfactor.

De figuur hierboven verduidelijkt een en ander. Een klein deel van het ingangssignaal doorloopt de versterking. Men kan korte pulsen produceren maar met een aanzienlijk vermogen. Daar dit opzet NIET lineair is, wordt de deze schakeling vooral bij vermogenversterking, frequentievermenigvuldiging, menging enz. gebruikt. Het rendement is groot (75%).

Er kunnen nog andere instelklassen gebruikt worden, maar op dit ogenblik volstaat hetgeen we nu gezien hebben.

Je weet nu voldoende over de instellingen om de verdere studie op een goede basis verder te zetten. Onthou de essentie, en vergeet vooral niet dat de polarisatie de klasse bepaalt.