Judul muluk ini hanya mengacu pada struktur amplifier berskala besar; yaitu, diagram blok sirkuit satu tingkat di bawah yang mewakilinya sebagai blok putih tunggal berlabel Power Amplifier. Hampir semua amplifier solid-state memiliki arsitektur tiga tahap seperti yang dijelaskan di bawah ini, meskipun mereka bervariasi dalam detail setiap tahap. Arsitektur dua tahap kadang-kadang digunakan, tetapi kinerja distorsinya tidak terlalu memuaskan. Arsitektur empat tahap telah digunakan dalam jumlah yang signifikan, tetapi mereka masih jauh lebih jarang daripada desain tiga tahap, dan biasanya melibatkan skema kompensasi yang relatif kompleks untuk menangani fakta bahwa ada tahap tambahan untuk menambahkan pergeseran fase dan berpotensi merusak stabilitas frekuensi tinggi.
Arsitektur Amplifier Tiga Tahap
Sebagian besar amplifier audio menggunakan arsitektur konvensional, ditunjukkan pada Gambar di bawah ini, dan karenanya ditangani terlebih dahulu. Ada tiga tahap, yang pertama adalah tahap transkonduktansi (tegangan diferensial masuk, arus keluar), yang kedua tahap transimpedansi (arus masuk, tegangan keluar), dan yang ketiga tahap keluaran unity-voltage-gain. Tahap kedua jelas harus menyediakan semua penguatan tegangan dan oleh karena itu saya menyebutnya tahap penguat tegangan atau VAS. Penulis lain menyebutnya tahap pra-driver tetapi saya lebih suka memesan istilah ini untuk transistor pertama dalam output tiga kali lipat. Arsitektur tiga tahap ini memiliki beberapa keunggulan, paling tidak adalah mudah untuk mengatur berbagai hal sehingga interaksi antar tahap dapat diabaikan. Misalnya, ada sangat sedikit tegangan sinyal pada input ke tahap kedua, karena sifatnya yang saat ini-input (bumi virtual), dan karenanya sangat sedikit pada output tahap pertama; ini meminimalkan pergeseran fase Miller dan kemungkinan efek Awal pada perangkat input.
Demikian pula, kapasitor kompensasi mengurangi impedansi output tahap kedua, sehingga pembebanan non-linier di atasnya karena impedansi input tahap ketiga menghasilkan distorsi yang lebih sedikit daripada yang diharapkan. Struktur tiga tahap konvensional, yang akrab meskipun mungkin, memiliki beberapa mekanisme elegan seperti ini. Mereka akan sepenuhnya terungkap di bab-bab selanjutnya.
Karena jumlah NFB global linearising yang tersedia tergantung pada penguatan loop terbuka amplifier, bagaimana tahapan berkontribusi terhadap hal ini sangat menarik. Arsitektur tiga tahap selalu memiliki tahap output unity-gain e kecuali jika Anda benar-benar ingin mempersulit hidup Anda sendiri e dan jadi total forward gain hanyalah produk dari transkonduktansi tahap input dan transimpedansi VAS, yang terakhir ditentukan semata-mata oleh kapasitor Miller Cdom, kecuali pada frekuensi yang sangat rendah. Biasanya, penguatan loop tertutup akan berada di antara þ20 dan þ30 dB. Faktor NFB pada 20 kHz akan menjadi 25 hingga 40 dB, meningkat pada 6 dB per oktaf dengan frekuensi jatuh hingga mencapai frekuensi kutub dominan P1, ketika mendatar. Yang penting untuk kontrol distorsi adalah jumlah umpan balik negatif (NFB) yang tersedia, daripada bandwidth loop terbuka, yang tidak memiliki hubungan langsung. Dalam desain Electronics World Class-B saya, tahap input gm adalah sekitar 9 ma / V, dan Cdom adalah 100pF, memberikan faktor NFB 31 dB pada 20 kHz. Dalam desain lain saya telah menggunakan sesedikit 26 dB (pada 20 kHz) dengan hasil yang baik.
Mengkompensasi amplifier tiga tahap relatif sederhana; karena kutub di VAS sudah dominan, ia dapat dengan mudah ditingkatkan untuk menurunkan faktor umpan balik negatif HF ke tingkat yang aman. NFB lokal yang mengerjakan VAS melalui Cdom memiliki efek linearising yang sangat berharga.
Struktur tiga tahap konvensional mewakili setidaknya 99% dari amplifier solid-state yang dibangun, dan saya tidak meminta maaf karena mencurahkan sebagian besar buku ini untuk perilakunya. Anda mungkin berpikir bahwa konfigurasi yang relatif sederhana, pada dasarnya terdiri dari 13 transistor, akan memiliki setiap nuansa perilakunya yang sepenuhnya ditentukan bertahun-tahun yang lalu. Seperti yang ditunjukkan oleh jumlah materi baru dalam buku ini, bukan itu masalahnya; bahkan sekarang, saya cukup yakin saya belum kehabisan seluk-beluknya. Oleh karena itu tampaknya pasti bahwa konfigurasi itu dalam arti tersandung daripada hasil dari program penelitian yang diarahkan dengan hati-hati. Seperti yang dijelaskan Bab 30 tentang sejarah amplifier, amplifier tiga tahap tidak didasarkan pada sirkuit Lin asli tahun 1956, karena Lin adalah amplifier dua tahap. Amplifier tiga tahap pertama dalam Bab 30 adalah desain Tobey & Dinsdale tahun 1961, yang menggunakan transistor input tunggal daripada pasangan diferensial. Desain tiga tahap pertama dengan input diferensial adalah Hardcastle & Lane 15 W Amplifier tahun 1969.
Akan muncul bahwa amplifier tiga tahap, dalam bentuknya yang biasa dengan VAS beban arus konstan, adalah konfigurasi terbaik yang tersedia untuk ekonomi, prediktabilitas, pemisahan satu tahap dari perilaku yang lain, kemudahan kompensasi, stabilitas termal, dan distorsi rendah. Dengan beberapa penyempurnaan murah, THD pada 50 W/8 Anda dapat disimpan di bawah 0,001% hingga 12 kHz dan di bawah 0,002% pada 20 kHz.
Arsitektur amplifier dua tahap
Berbeda dengan pendekatan tiga tahap, arsitektur pada Gambar di bawah iniÂ
Paradoksnya, amplifier dua tahap cenderung lebih kompleks dalam struktur penguatannya daripada tiga tahap. Penguatan maju tergantung pada tahap input gm, beban kolektor tahap input (karena tahap input tidak dapat lagi diasumsikan memberi makan bumi virtual) dan penguatan tahap output, yang akan ditemukan bervariasi dengan cara yang paling meresahkan dengan bias dan pemuatan. Memilih kompensasi juga lebih kompleks untuk amplifier dua tahap, karena VAS/phasesplitter memiliki tegangan sinyal yang signifikan pada inputnya sehingga mekanisme pemisahan kutub biasa yang meningkatkan stabilitas Nyquist dengan meningkatkan frekuensi kutub yang terkait dengan kolektor tahap input tidak akan lagi berfungsi dengan baik. (Saya telah menggunakan istilah stabilitas Nyquist, atau osilasi Nyquist di seluruh buku ini untuk menunjukkan osilasi karena akumulasi pergeseran fase dalam loop NFB global, sebagai lawan dari parasit lokal, dll.)
