Võimsusvõimendi on tavaline elektrooniline komponent, mis võimendab sisendsignaali võimsust soovitud väljundvõimsuseni. Paljudes rakendustes on võimsusvõimendid vajalikud konkreetsete vajaduste (nt traadita side, helivõimendus, radarisüsteemid ja tööstuslik juhtimine) täitmiseks. Selles artiklis tutvustame võimsusvõimendite põhiprintsiipe, klassifikatsiooni, töörežiime ja rakendusi.
Esiteks, võimsusvõimendi põhiprintsiip
Võimsusvõimendi põhiprintsiip on sisendsignaali võimsuse võimendamine soovitud väljundvõimsuseni. Selle tööpõhimõte on järgmine:
1. Sisendsignaali võimendab ja reguleerib eelvõimendi järgnevaks töötlemiseks ja võimendamiseks;
2. Võimendatud signaal siseneb võimsusvõimendisse võimsuse võimendamiseks, mis tavaliselt realiseeritakse selliste seadmete abil nagu transistorid või väljaefekttorud;
3. Võimsusvõimendi võimendab sisendsignaali võimsust soovitud väljundvõimsuseni ja väljastab selle koormusele;
4. Koormus võtab vastu võimsusvõimendi väljundsignaali ning teostab vastavalt vajadusele vastava toimingu ja juhtimise.
Teiseks võimsusvõimendite klassifikatsioon
Erinevate vooluahela struktuuride ja töörežiimide järgi võib võimsusvõimendid jagada järgmisteks tüüpideks:
1. A-klassi võimsusvõimendi:A-klassi võimsusvõimendi on levinud võimsusvõimendi tüüp, mis hoiab alati oma tööolekut lineaarses piirkonnas ning millel on kõrge efektiivsus ja madal moonutus. Kuna selle tööseisund on aga alati küllastuspiirkonnas, vajab see suuremat jahutusradiaatorit ja toitepinget.
2. B-klassi võimsusvõimendi:B-klassi võimsusvõimendi on tavaline võimsusvõimendi, mille tööolekus on väljalülitatud-ala ja küllastusala vaheldumisi kõrge efektiivsuse ja madala moonutusega. Siiski nõuab see suuremat jahutusradiaatorit ja toitepinget suure võimsuskadu tõttu, kui selle tööolek on väljalülituspiirkonnas.
3. C-klassi võimsusvõimendi:C-klassi võimsusvõimendi on kõrge efektiivsusega võimsusvõimendi, mille tööolek on alati kõrge efektiivsuse ja suure moonutusega väljalülituspiirkonnas. Kuid kuna see töötab alati väljalülituspiirkonnas, nõuab see lülitusfunktsiooni realiseerimiseks suuri induktiivpooli ja kondensaatoreid.
4. D-klassi võimsusvõimendi:D-klassi võimsusvõimendi on omamoodi suure efektiivsusega võimsusvõimendi, selle tööolek on alati lülitusolekus, kõrge efektiivsuse ja suurte moonutustega. Kuna aga selle tööolek on alati lülitusolekus, on lülitusfunktsiooni realiseerimiseks vaja suuremaid induktiivpooli ja kondensaatoreid.
5. E-klassi võimsusvõimendi:E-klassi võimsusvõimendi on omamoodi suure efektiivsusega võimsusvõimendi, selle tööolek on alati lülitusolekus, kõrge efektiivsuse ja madala moonutusega. Kuna aga selle tööolek on alati lülitusolekus, on lülitusfunktsiooni realiseerimiseks vaja suuremaid induktiivpooli ja kondensaatoreid.
Kolmandaks, võimsusvõimendi töörežiim
Võimenditel on kolm peamist töörežiimi:
1. Ühekordse-lõpuga töörežiim:ühe-lõpuga töörežiim on kõige lihtsamat tüüpi töörežiim, millel on ainult üks sisend- ja üks väljundsignaal. Selles režiimis sisendsignaali võimendab ja reguleerib eelvõimendi, seejärel siseneb see võimsusvõimenduseks võimsusvõimendisse ja lõpuks väljub see koormusele. Selle režiimi eelisteks on lihtsus, töökindlus ja madal hind.
2. Tõmbe-tõmberežiim:Tõmbe{0}}tõmberežiim on tavaline töörežiim, millel on kaks sisend- ja üks väljundsignaal. Selles režiimis võimendab ja reguleerib eelvõimendi kahte sisendsignaali, seejärel siseneb võimsusvõimendi võimsusvõimendisse ja lõpuks väljastatakse koormusele. Selle režiimi eelisteks on kõrge efektiivsus, stabiilsus ja vähem moonutusi.
3. Silla töörežiim:Silla töörežiim on keeruline töörežiim, millel on neli sisendsignaali ja üks väljundsignaal. Selles režiimis võimendatakse ja reguleeritakse nelja sisendsignaali eelvõimendid, seejärel sisestatakse võimsusvõimendisse võimsusvõimendi ja lõpuks väljastatakse koormus. Selle režiimi eelisteks on kõrge efektiivsus, stabiilsus ja vähem moonutusi.
Neljandaks, võimsusvõimendite rakendamine
Võimsusvõimendeid kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades, järgmised on mõned levinumad rakendusstsenaariumid:
1. Traadita side:Traadita sidesüsteemides on võimsusvõimendid vaja edastussignaali võimsuse võimendamiseks kaugemasse sihtseadmesse edastamiseks. Tavaliselt kasutatavate traadita side standardite hulka kuuluvad GSM, CDMA, WCDMA, LTE jne.
2. Heli võimendus:Helisüsteemides on helisignaalide võimsuse võimendamiseks vaja võimsusvõimendeid, et juhtida heli taasesitamiseks selliseid seadmeid nagu kõlarid või kõrvaklapid. Tavaliselt kasutatavad helistandardid hõlmavad MP3, WAV, FLAC ja nii edasi.
3. Radarisüsteem:Radarisüsteemis on radarisignaali võimsuse võimendamiseks vaja võimsusvõimendeid, et tuvastada sihtobjekti kaugust, kiirust ja asukohta ning muud teavet. Tavaliselt kasutatavate radaristandardite hulka kuuluvad SAR, ISAR, INSAR ja nii edasi.