B Sınıfı Güç Yükselteçleri

B sınıfı güç yükselteçlerinde Q çalışma noktası, Şekil 6.50 'de görüldüğü gibi yük doğrusunun alt kısmına yakın veya yük doğrusu ile V_CE ekseninin kesim (ing cut off yazılır, katof okunur.) noktasında olmaktadır.
Bu durumda, Şekilde görüldüğü gibi, vb giriş gerilimi tam sinüzoidal olduğu halde, kolektör akımında bir alternansta büyük bir artma olmakta, diğer alternansta ise, artma çok küçük kalmaktadır. Bu nedenle çıkışta bir bozulma (distorsiyon) oluşmaktadır.

Şekil 6.50 - B sınıfı güç yükselteçlerinde çıkış karakteristik eğrisi

B sınıfı çalışmada Şekil 6.50 'de görüldüğü gibi yük doğrusu genellikle maksimum güç eğrisini geçmektedir.
Fakat bu geçiş sürekli olmadığı için transistörün ortalama gücü tahrip gücünün altında tutulabilmektedir.

Kollektör akımındaki kuvvetlendirmenin büyüklüğü nedeniyle oldukça büyük bir "Çıkış" gücü sağlanabildiğinden B sınıfı yükselteçler güç yükselteci olarak önem kazanmışlardır. Ancak, distorsiyon bulunmaktadır
Distorsiyonsuz çalışma bakımından B sınıfı yükselteçlerin PUSH-PULL montajında çalıştırılmaları tercih edilir.
Ayrıca AB sınıfı push-pull yükselteçte vardır. O da bir sonraki bölümde açıklanacaktır
Bu bolümde push-pull yikselteç denince B sınıfı anlaşılmalıdır.

B Sınıfı Push - Pull Yükselteç

Şekil 6.51 'de görülen push-pull yükselteçte hem distorsiyon minimum seviyeye inmekte, hem de verim yükselmektedir.
Şekil 6.51 'de görüldüğü gibi, push-pull yükselteçlerde simetrik çalışmayı sağlamak için girişte sürücü transformatör veya giriş transformatörü, çıkışta da yüke kuplaj sağlayan transformatör, diğer bir deyimle, çıkış transformatörü kullanılır.

Daha sonra açıklanacağı gibi transformatörsüz push-pull yükselteç de kullanılmaktadır.
Fakat bugüne kadar yaygın olan uygulama, giriş ve çıkışta transformatör kullanılması şeklindedir.

B sınıfı push-pull yükselteçte girişten herhangi bir işaret verilmemişken T₁ ve T₂ transistörleri çalışmamaktadır. Yani, DC beyz akımı yoktur. Dolayısıyla, DC kollektör akım. (I_C) yoktur.
Bu durum, Q çalışma noktasının tam V_CE ekseni üzerinde seçilmiş olması demektir. Böylece tipik bir B sınıfı yükselteç uygulaması vardır.

Şekil 6.51 'deki push-pull yükseltecin çalışması:

T₁ ve T₂ transistörlarin beyz 'larine polarma gerilimi uygulanmamış olduğundan, ancak giriş trafosundan gelen işaret gerilimi ile polarize olarak iletime geçerler.
Giriş trafosuna, şekil 6.52 (a) 'da görüldüğü gibi, bir sinüzoidal işaret uygulansın.

Şekil 6.51 - B Sınıfı Push - Pull yükselteç

Giriş trafosu sekonderinin orta ucu topraklanmış olduğundan, sekonderde endüklenen gerilimin bir alternansında, transformatör sargı uçlarından biri oda uca göre pozitif (+), diğeri negatif (-) olacak, diğer alternansta ise uçlarda ilkinin tersi gerilimler oluşacaktır.

Dolayısıyla, bir alternasta transistörlerden birinin beyzi pozitif (+) gerilim etkisinde kalarak iletime geçerken, diğeri kesim de kalacaktır. İkinci altenansta ise, ilkinin tersi işlem gerçekleşecektir.

Bu oluşum, şekil 6.52 (b) ve (c) de i_B1, ve i_B2 beyz akımları ile gösterilmişlerdir.
i_im: İşaret beyz akımının tepe (maksimum) değeridir.

i_B1 ve i_B2 akımları, transistörleri sıra ile sürüme geçireceğinden çıkış trafosunun her bir yarısı, Şekil 6.52 (d) ve (e) 'de görüldüğü gibi sıra ile i_C1 ve i_C2, akımlarını taşıyacaktır.

T₁ ve T₃ transistörlerinin girişlerindeki ve çıkışlarındaki akımlar birbirlerine göre 180° derece faz farkı olmaktadır.

Çıkış trafosunun primer sargısının her bir yarısındaki i_C1 ve i_C2 akımları, trafonun sekonder sargısında da birbirine göre 180° derece faz farkında olan akımlar oluşturacağından, bunlar ard arda gelince, yine sinüzoidal i_L gibi bir yük akımı oluşur (Şekil 6.52 (f))

R_L yük direnci üzerindeki i_L sinüzoidal akımının osiloskop ile alınmış olan görüntüsü Şekil 6.52 (g) 'de verilmiştir.

Gerek osiloskoptaki görüntüde, gerekse de, Şekil 6.52(f) 'de "s" şeklinde nokta nokta gösterilmiş olduğu gibi sinüzoidal işaretin bir alternansından diğerine geçerken sinüs eğrisinde bir bozulma olmaktadır. Buna geçiş distorsiyonu (Ctossover Distortion) denir.

Geçiş distorsiyonunun nedeni:

V_BE belirli bir değere gelmeden transistör iletime geçmemektedir. Bu arada i_L akımı sıfır olduğundan, geçiş distorsiyonu oluşmaktadır.

Transistörü iletime geçiren V_BE değeri:

Germanyum (Ge) transistörlerde: V_BE = 0,2V
Silikon (Si) transistörlerde: V_BE = 0.6 - 0,7V

B smıfı push-pull yükselteçlerdeki geçiş distorsiyonu aksaklığını gidermek için daha sonra görüleceği gibi "AB" sınıfı yükselteçler geliştirilmiştir.

Şekil 6.52 - B sınıfı push - pull yükselteçte giriş ve çıkış akımlarındaki değişmeler (a) Giriş akımı (e) T2 Transistörünün kollektör akımı (b) T1 transistörünün beyz akımı (f) Yük akımı(t ekseninde geçiş distorsiyonlu) (c) T2 transistörünün beyz akımı (g) Yük akımının osilaskoptaki görüntüsü (d) T1 transistörünün kollektör akımı

Not:

h_fe, emiteri ortak bağlantılı transistörün AC akım kazancıdır.

Push - Pull Yükseltecin Yük Doğrusu

B sınıfı push-pull yükseltecin her bir transistörü ayrı bir yükselteç olarak çalışır. Bu nedenle, her birinin ayrı bir yük doğrusu vardır. Ancak birbirlerinin benzendir.

Bir örnek olmak üzere:
Şekil 6.51 'deki push-pull devreye ait T₂ transistörünün DC ve AC yük doğruları Şekil 6.53 'te verilmiştir.

Aşağıdaki açıklamalar T2 transistörüne göre yapılacaktır:

Şekilde görüldüğü gibi, AC yük doğrusu da, trafo kuplajlı A sınıfı yükselteçlerden farklı olarak, DC yük doğrusu ile birlikte aynı V_CC noktasından başlamaktadır.

DC Yük Doğrusunun Durumu:

Yukarıda da belirtilmiş olduğu gibi, B sınıfı push-pull yükselteçlerde, DC beyz polarması olmadığından çalışma noktası Şekil 6.53 'te görüldüğü gibi, V_CE ekseni üzerinde, V_CC noktasıdır.

Çıkış transformatörünün DC direnci sıfıra yakın olduğu için, DC yük doğrusu V_CC noktasından çıkılan dik doğrudur.

AC Yük Doğrusunun Durumu:

T₁ ve T₂ transistörlerinin herbiri giriş işaretinin bir yarı alternansında çalışmaktadır.
Gerek Şekil 6.50 ve gerekse de Şekil 6.53 'den takip edilirse, AC kollektör akımı (i_C), 0 ile I_Cd arasında değişirken, AC kollektör gerilimi (V_C) 'de V_CC ile 0 arasında değişmektedir.

İşte bu nedenledir ki, B sınıfı push-pull yükseltecin AC yük doğrusu, yukarıda belirtilen Şekillerde görüldüğü gibi, V_C, ve I_Cd noktalarını birleştiren doğru olmaktadır.

Özet olarak yazılırsa:

B sınıfı Push-Pull yükseltecin AC yük doğrusu başlangıç ve bitim noktaları

V_CC ve I_Cd = V_CC / R^I_L 'dir.

R^I_L ; R_L yük direncinin, Çıkış trafosu primer sargısını her bir yarısından görülen eşdeğeridir.
Burada, tipik bir durum vardır.
Transistör çalışmazken, yani I_C = 0 iken, V_CE değeri, Şekil 6.53 'te görüldüğü gibi zıt EMK nedeniyle 2V_CC 'ye kadar yükselmektedir.

Şekil 6.53 - B sınıfı yükseltecin DC ve AC yük doğruları

Güç Hesabı

Şekil 6.51 'de devresi verilmiş olan B sınıfı push-pull bir yükseltecin güç hesabı, şöyle iki kademelidir.
1. Push-pull devrenin ürettiği güç,
2. R_L yük devresine transfer edilen (aktarılan) güç.

1. Push-Pull Devrenin Ürettiği Güç (P_CC)

Şekif 6.19 'dan takip edilirse v_i, işaret kaynağınca oluşturulan i_B1 ve i_B2 beyz akımları, T₁ ve T₂ transistörlerinin kollektör devrelerindeki i_C1, ve i_C2 değişken akımlarını oluşturmaktadır.

i_C1 ve i_C2 akımları, Şekil 6.52 (d) ve (e) 'de görüldüğü gibi, yarım peryotluk sinüs alternansları halindedir.
i_C1, ve i_C2 akımlarını üreten kaynak ise V_CC besleme kaynağıdır.

Ohm kanununa güre; Push-Pull gücü: P_CC = Gerilim x Akım bağıntısına göre hesaplanacaktır.
Burada Gerilim: V_CC 'dir. Akım; i_C1 ve i_C2 akımlarıdır.

Şekil 6.52 (d) ve (e) 'de görülen i_C1 ve i_C2 akımları, çıkış tranformatörünün primer sargısında Şekil 6.54 'te görüldüğü gibi "i_C1 + i_C2" haline gelerek bir tam dalga doğrultucusu akımına benzemektedir.
Bir tam dalga doğrultucu akımının etkinliği ortalama değeri kadardır.

Buna göre i_C1 + i_C2 ortalama değeri: I_or = (2/π ).I_Cmak 'dır.

Buradaki I_Cmak. Şekil 6.54 'de görüldüğü gibi, i_C1 ve i_C2 'nin tepe değeridir.

Not: Bu I_Cmak 'ı daha önceki bölümlerde transistörün verebileceği ve I_Cd doyma akımı olarak ifade edilen, maksimum kollektör akımı "I_Cm" ile karıştırmamak için I_Cmak denmiştir.

Şekil 6.54 - Push - Pull çıkış transformatörü primerindeki AC akım

O halde push-pull devre tarafından sağlanan güç:

P_CC = (2/π).V_CC.I_Cmak 'dır.

I_Cmak değeri v_i işaret gerilimi yeterince büyük olduğu takdirde, transistörlerin doyma akımı olan I_Cd 'ye eşit olabilir.

P_CC gücünün maksimum değeri (P_CCm):

Yukarıda belirtildiği gibi, devre I_Cmak = I_Cd olacak şekilde çalıştırılırsa maksimum güç üretilecektir.

Yukarıda belirtilmiş olduğu gibi: I_Cd = V_CC / R^I_L 'dir.
Bu değer P_CC bağıntısında yeine konursa:

Maksimum push-pull gücü;

P_CC = (2/π).V_CC.(V_CC / R^I_L) 'den

P_CC = 2.V^2_CC / R^I_L olur..

2. R_L Yüküne Transfer Edilen Güç (P_L )

Çıkış transformatörünün sekonderinde, Şekil 6.52 (f) ve (g) 'de görüldüğü gibi
i_L = I_Lm.Sinωt şeklinde değişen bir yük akımı endüklenmektedir.
i_L akımı R_L direncini efektif değer olarak etkiler: I_Lef = (1 / 𕔆).I_Lm 'dir.

Tranformatör primer sargısı yarısının sarım sayısı N₁, sekonder sarım sayısı
N₂; I_Cmak / I_Lm = N₂/N₁ bağlantısı vardır. I_Lm = (N₁/N₂).I_Cmak = nI_Cmak 'dır.

R_L yük direncinin, transformatör primerine yansıyan değeri: R^I_L = n²R_L 'dir.

Bütün bu bağıntılar dikkate alınarak yazılırsa R_L yükünde harcanan güç şöyle olacaktır:

P_L = I²_Lef.R_L = (1/2).I²_Lm.R_L = (1/2).I²_Cmak.n²R_L = (1/2).I²_Cmak.R^I_L olur.

R_L direncine verilen maksimum güç:

Yukarıdaki bağıntıda, I_Cmak = I_Cd = V_CC/R^I_L değeri yerine konursa, doyma halindeki PLm, maksimum çıkış gücü elde edilir.

P_Lm = V²_CC / 2.R^I_L = V²_CC / 2n²R_L olur.

Push Pull Yükseltecin Verim Hesabı (Efficiency)

A sınıfı güç yükselteci bölümünde de belirtilmiş olduğu gibi, normal çalışma şartlarmdaki verim ile maksimum değerlerle yapılan çalışmadaki verim farklı çıkmaktadır.

Burada da her ikisi verilecektir:

Normal çalışmada Verim; η = R_L / P_CC olup
Yukarıda hesaplanan P_L ve P_CC değerlerini yerlerine yazalım;

η = [(1/2).I²_Cmak.R^I_L / (2/π).V_CC.I_Cmak] = [π/4].[I_Cmak/(V_CC/R^I_L)]
η = (π/4).(I_Cmak/I_Cd) olur.

Maksimum değerler ile çalışmada Verim ( η_m):
Maksimum çalışmada, I_Cmak = I_Cd olup, yukarıdaki bağıntıda bu değerler yerine konursa;

η_m = (π/4).(I_Cd / I_Cd) 'den
η_m = π/4 = % 78,5 olur.