από Ενισχυτές Ισχύος
Η αποστολή των ενισχυτών ισχύος είναι η παροχή καθορισμένου κέρδους σε ένα επεξεργασμένο σήμα και η απόδοση ισχύος σε ένα φορτίο, όπως είναι τα ηχεία. Αυτό πρέπει να γίνει χωρίς να νοθεύεται το αρχικό σήμα με θόρυβο, ταλαντώσεις ή παραμορφώσεις ενώ οδηγεί ένα πλήθος από φορτία. Επιπλέον πρέπει να αντέχει στην κακομεταχείριση ,όπως τα ανοιχτοκυκλώματα και τα βραχυκυκλώματα.
Ο καθοριστικός παράγοντας είναι το στάδιο εξόδου. Η επιλογή του καθορίζει την τοπολογία και των υπόλοιπων σταδίων του ενισχυτή. Σκόπιμο λοιπόν είναι να ξεκινήσει κάποιος από αυτό το στάδιο για την έρευνα και την σχεδίαση.
Στάδιο εξόδου
Οι λυχνίες είναι υψηλής εμπέδησης συσκευές και μπορούν να διαχειρίζονται volt πολλών εκατοντάδων, αλλά αποδίδουν μόνο μερικά μιλιαμπέρ ρεύματος. Εν αντιθέσει τα, τυπικά των 4-8Ω, ηχεία απαιτούν μερικές δεκάδες βολτ και αμπέρ για να λειτουργήσουν. Η προφανής λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η παρεμβολή μεταξύ εξόδου και φορτίου ενός μετασχηματιστή.Δυστυχώς εδώ ξεκινάνε τα προβλήματα, γιατί ο μετασχηματιστής δεν είναι ένα ιδανικό στοιχείο και η ποιότητα του ενισχυτή με λυχνίες περιορίζεται από την ποιότητα του μετασχηματιστή. Παρά ταύτα, ο μετασχηματιστής είναι μια καλή μηχανική επιλογή για την σύζευξη του σταδίου εξόδου με το φορτίο.Πριν προχωρήσουμε στην ανάλυση των σταδίων εξόδου θα πρέπει να αναφερθούμε για λίγο στην λειτουργία και στα προβλήματα των μετασχηματιστών.
Μετασχηματιστές Ήχου.
Μετασχηματιστής είναι μια ηλεκτρική συσκευή που επιτρέπει σε ένα AC σήμα να παράγει ένα άλλο εναλλασσόμενο σήμα εξόδου , χωρίς η είσοδος και η έξοδος να συνδέονται φυσικά. Αυτό επιτυγχάνεται έχοντας δύο η περισσότερα πηνία μονωμένου σύρματος γύρω από ένα μαγνητικό πυρήνα. Όταν ένα σήμα περνάει από το τύλιγμα εισόδου ( πρωτεύον), ένα σχετικό σήμα εξόδου παρουσιάζεται στο δεύτερο τύλιγμα (δευτερεύον), μέσω ενός φαινομένου που ονομάζεται επαγωγική σύζευξη. Αλλάζοντας τον αριθμό των στροφών του σύρματος σε κάθε τύλιγμα, ο μετασχηματιστής μπορεί να κατασκευαστεί έχοντας συγκεκριμένες τιμές εμπέδησης εισόδου, εξόδου. Η αναλογία μεταξύ εμπέδησης εισόδου /εξόδου παρέχει ένα κέρδος ή απώλεια του επιπέδου του σήματος. Λόγω της δυνατότητας του μετασχηματιστή να λειτουργεί σε δύο κατευθύνσεις,όταν έχει σαν είσοδο το ένα τύλιγμα και το σήμα ενισχύεται θετικά ,αν το σήμα εφαρμοστεί στο άλλο τύλιγμα τότε το σήμα ενισχύεται αρνητικά. Οι μετασχηματιστές μπορούν να κατασκευαστούν με ένα οι περισσότερα δευτερεύοντα ή πρωτεύοντα τυλίγματα. Επίσης ένα τύλιγμα μπορεί να έχει μία ή περισσότερες ηλεκτρικές επαφές. Οι πολλαπλές επαφές προσφέρουν διαφορετικές τιμές εμπέδησης κατά μήκος του σύρματος και διαφορετικό κέρδος.
Μερικοί τύποι μετασχηματιστών παρουσιάζονται στο σχήμα 1
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι μετασχηματιστών ήχου με καθένα από αυτούς να έχει πολλαπλές δυνατότητες:
Αύξησης / μείωσης μετασχηματιστής
Συμβατότητα σήματος ή ταίριασμα
Συμβατότητα εμπέδησης ή ταίριασμα
Μοναδιαίος 1:1
Αποκοπή DC
Αποκοπή παρεμβολών ραδιοφωνικών συχνοτήτων
Απομόνωσης συσκευών
Αύξησης /Μείωσης Μετασχηματιστές
Σε αυτούς τους μετασχηματιστές , το πρωτεύον και το δευτερεύον έχουν διαφορετικό αριθμό τυλιγμάτων. Επομένως και διαφορετική εμπέδηση. Η διαφορετική εμπέδηση προκαλεί την αλλαγή στο επίπεδο του σήματος ,καθώς κινείται διαμέσου του μετασχηματιστή. Αν το δευτερεύον έχει μεγαλύτερη εμπέδηση από το πρωτεύον τότε , το επίπεδο του σήματος στο δευτερεύον θα είναι μια μεγαλύτερη τάση.
Μοναδιαίος Μετασχηματιστής
Συχνά αναφέρεται και σαν απομονωτής, έχει τον ίδιο αριθμό τυλιγμάτων στο πρωτεύον και στο δευτερεύον. Χρησιμοποιείται για να αποκόπτεί τα συνεχή σήματα ή τις ραδιοφωνικές παρεμβολές, μιας και δεν προκαλεί καμιά αλλαγή στο σήμα. Επίσης μπορεί να απομονώσει ηλεκτρικά διαφορετικά κομμάτια από ένα εξάρτημα. Αυτό μπορεί να λύσει προβλήματα θορύβου , απομονώνοντας τις γειώσεις διαφορετικών συσκευών. Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν παροχή πολλαπλών εξόδων από μία είσοδο μικροφώνου, χρησιμοποιώντας πολλαπλά δευτερεύοντα τυλίγματα .
Ατέλειες του μετασχηματιστή
Η αναφορά στο μετασχηματιστή , φέρνει την ιδέα μιας ιδανικής συμπεριφοράς. Δυστυχώς όμως , από το πρωτεύον του μετασχηματιστή εξόδου περνάει ένα συνεχές μαγνητικό ρεύμα (Ι ηρεμία ,Ιq). Για να μην φτάσει σε κορεσμό ο πυρήνας, προκαλώντας διαταραχή περιττών αρμονικών, θα πρέπει να έχει μεγάλο πυρήνα. Άλλη μέθοδος για να αποφύγουμε τον κορεσμό είναι η μείωση του αριθμού των τυλιγμάτων στο πρωτεύον , ελαττώνοντας έτσι το μαγνητικό φαινόμενο του ρεύματος ηρεμίας .Συνήθως χρησιμοποιούνται και οι δύο μέθοδοι , με αποτέλεσμα ένα μεγάλο μετασχηματιστή. Επειδή όμως ο μετασχηματιστής είναι μεγάλος έχει πολύ μεγάλες παρασιτικές χωρητικότητες. Οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται με αυτό τον τρόπο είναι μεγάλοι και ακριβοί και έχουν μειωμένη απόδοση στις χαμηλές και στις υψηλές συχνότητες.Οι καμπύλες υστέρησης του μετασχηματιστή μπορούν να θεωρηθούν σαν την χαρακτηριστική μεταφοράς, δείχνοντας την σχέση μεταξύ Vin και Vout. Αν δεν υπήρχε συνεχές ρεύμα, τότε το ac σήμα θα ταλαντώνονταν συμμετρικά γύρω από την αρχή των αξόνων. Στα μικρά σήματα παρατηρείται ένα γόνατο στην χαρακτηριστική γύρω από την αρχή των αξόνων όπου η κλίση της καμπύλης ελαττώνεται.Η αιτία για αυτό το γόνατο είναι ότι τα ανεξάρτητα μαγνητικά πεδία που σχηματίζονται από τον πυρήνα αντιστρέφουν την πολικότητα του μαγνητισμού τους. Περνώντας το ρεύμα ηρεμίας δια μέσου του μετασχηματιστή, αποφεύγουμε αυτή την περιοχή διασταύρωσης και η χαρακτηριστική μεταφοράς είναι πιο γραμμική. Για αυτό ίσως υπάρχουν αναφορές για την εξαιρετική συμπεριφορά στη μεσαία περιοχή στην τάξη Α των single-ended ενισχυτών .Αν και ο μετασχηματιστής έχει μικρή επαγωγή στο πρωτεύον, που περιορίζει την καλή συμπεριφορά στα μπάσα, ο πυρήνας δεν φτάνει σε κορεσμό στις χαμηλές συχνότητες, εφόσον πρέπει να είναι υπερμεγέθης για να εξομαλύνει το ρεύμα ηρεμίας. Εξαιτίας αυτού, η επαγωγή σε πλήρη ac ισχύ εξόδου είναι περίπου η ίδια σε μηδενικό ac σήμα εξόδου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα σε σημαντικά καλή ποιότητα στα μπάσα εφόσον δεν αλλάζει με το επίπεδο. Το πρόβλημα όμως είναι με τις υψηλές συχνότητες όπου η απόδοση είναι φτωχή.
Τα στάδια εξόδου χωρίζονται σε δύο κατηγορίες σε αυτά με μετασχηματιστή εξόδου κα σε αυτά χωρίς μετασχηματιστή εξόδου τα γνωστά OTL (output transformerless) για την αποφυγή όλων των παραπάνω προβλημάτων.
Στάδιο εξόδου με μετασχηματιστή
Ένα τυπικό στάδιο εξόδου είναι ο ενισχυτής κοινής καθόδου με τρίοδο και πόλωση καθόδου.
Συνήθως στα στάδια τάσεως, χρησιμοποιούμε μια γραμμή φορτίου ώστε να επιλέξουμε την τιμή του φορτίου ανόδου και γενικά το βέλτιστο για την γραμμικότητα και όχι για την κυμάτωση. Τώρα όμως μας ενδιαφέρει η μεγιστοποίηση της ισχύος. Σημειώνεται λοιπόν το σημείο λειτουργίας στην διασταύρωση μεταξύ μέγιστης τάσης ανόδου και μέγιστης ισχύος απωλειών. Για μέγιστη ισχύ συνήθως το βέλτιστο φορτίο είναι το διπλάσιο της αντίστασης ανόδου 2x ra που λαμβάνουμε από την γραφική. Δυστυχώς όμως τα ηχεία δεν είναι μια απλή αντίσταση, και ο μετασχηματιστής δεν είναι τέλειος άρα το φορτίο που βλέπει η λυχνία είναι μια πολύπλοκη και μεταβλητή εμπέδηση.
Σχήμα 2 Single-ened στάδιο με μετασχηματιστή
Το γεγονός ότι κάποιο τμήμα της γραμμής φορτίου περνάει μέσα από την καμπύλη απωλειών , δεν μας απασχολεί ,διότι το στάδιο οδηγείται μόνο από αc , έτσι μόνο κατά τον μισό κύκλο του σήματος ξεπερνάει την καμπύλη κατά το άλλο μισό είναι κατά πολύ μικρότερη ,άρα η θερμική αδράνεια θα δώσει τον μέσο όρο των θερμικών απωλειών της εξόδου.
Άλλο ένα τυπικό στάδιο εξόδου που λειτουργεί όμως σε τάξη Β είναι ο ενισχυτής push-pull με μετασχηματιστή εξόδου, όπως φαίνεται και στο σχήμα 3.
Σχήμα 3 Push-pull
Υποθέτοντας, ότι τροφοδοτούμε την μία λυχνία με το σήμα εισόδου και την άλλη με το ανάστροφο σήμα. Όταν το σήμα εισόδου είναι θετικό , άγει η πρώτη λυχνία ,ενώ αποκόπτεται όταν είναι αρνητικό κάνοντας την δεύτερη λυχνία να άγει. Έχει επιτευχθεί λοιπόν πάντοτε να λειτουργεί μια λυχνία .
Αντιστρέφοντας ένα από τα σήματα εξόδου και προσθέτοντας τα , έχουμε ξαναδημιουργήσει το αρχικό σήμα εισόδου. Ο απλούστερος τρόπος για να επιτευχθεί η άθροιση τυλίγοντας και τα δύο πρωτεύοντα στον ίδιο πυρήνα. Η αντιστροφή του σήματος πραγματοποιείται από την αντιστροφή της σύνδεσης του ενός τυλίγματος και σημειώνεται στο σχήμα 3 με το σύμβολο + και -. Η διάταξη αυτή είναι ο μοναδικός τρόπος προσέγγισης της γραμμικότητας ενός ενισχυτή σε τάξη Β .Η ανατομία του σήματος , ομολογεί το συνεχές «ξαναράψιμο» του σήματος ,καθιστώντας το μη ιδανικό Η καθαρή τάξη Β χρησιμοποιείται πολύ σπάνια λόγω της παραμόρφωσης διασταύρωσης που παράγεται στην περιοχή διασταύρωσης, όπου η μία λυχνία εναλλάσσεται (σε λειτουργία) με την άλλη . Πρακτικά κάποιο ρεύμα ηρεμίας επιτρέπεται να ρέει, σε μια προσπάθεια ομαλοποίησης του μεταβατικού σταδίου, καταλήγοντας στην λειτουργία της τάξης ΑΒ. Αν και είναι θεωρητικά εφικτό να καθοριστεί ένα βέλτιστο σημείο λειτουργίας για τους ενισχυτές της τάξεως ΑΒ, οι λυχνίες δεν λειτουργούν γραμμικά στην περιοχή αποκοπής .Εξαιτίας των παραπάνω αλλά και εξαιτίας των φυσικών διαφόρων των λυχνιών , το ιδανικό σημείο λειτουργίας δεν μπορεί να καθοριστεί και η συμπεριφορά περιορισμένης παραμόρφωσης είναι φτωχή . Το στάδιο push –pull μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ενισχυτές τάξεως Α, δίνοντας τους επιπλέον πλεονεκτήματα. Λόγω της αντιστροφής του τυλίγματος η μαγνητική ροή που προκαλείται από τα ρεύματα ηρεμίας της ανόδου,ακυρώνεται. Αυτό σημαίνει ότι ο μετασχηματιστής έχει να αντιμετωπίσει μόνο το ρεύμα του σήματος, άρα μπορεί να είναι μικρότερος για μια αναμενόμενη ισχύ.Εφόσον ο πυρήνας είναι μικρός είναι σημαντικό το ρεύμα ηρεμίας της ανόδου σε κάθε λυχνία να είναι ίδιο, αλλιώς η μαγνήτιση του πυρήνα από dc ρεύμα θα προκαλέσει παραμόρφωση περιττών αρμονικών. Αυτό μπορεί να γίνει έχοντας ένα ρυθμιστή dc ισορροπίας στο κύκλωμα πόλωσης ή χρησιμοποιώντας λυχνίες με ταιριασμένα ρεύματα ανόδου .Αν ο πυρήνας πρέπει να είναι μόνιμα μαγνητισμένος , θα χρειαστεί απομαγνήτιση, αλλιώς θα παραχθεί παραμόρφωση. Αυτό μπορεί να γίνει εφαρμόζοντας ένα σημαντικά μεγάλο εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα υπερφορτώνοντας τον θετικά και αρνητικά και μετά μηδενίζοντας το πεδίο για περίπου 10 δευτερόλεπτα.Ένα χρήσιμό αποτέλεσμα της μείωσης του μεγέθους του μετασχηματιστή είναι η βελτίωση στην απόκριση υψηλών συχνοτήτων λόγω τις μείωσης των παρασιτικών χωρητικοτήτων . Όχι μόνο ακυρώνει τα ρεύματα ηρεμίας των ανόδων αλλά και τα σήματα που προέρχονται από την τροφοδοσία ,εφόσον είναι σε φάση σε κάθε τύλιγμα, καθιστώντας το στάδιο πιο ανεκτικό στο βόμβο και στο θόρυβο από τα τροφοδοτικά των υψηλών τάσεων. Επιπροσθέτως , η διαταραχή ζυγών αρμονικών , που προκαλείται από άνισο κέρδος των αρνητικών και θετικών μισών του κύκλου ,ακυρώνονται , ενώ η παραμόρφωση των περιττών αρμονικών αθροίζεται.Είναι χρήσιμο που οι τρίοδοι παράγουν περιττών αρμονικών διαταραχή, αλλά οι πέντοδοι παράγουν κυρίως ζυγές αρμονικές και για αυτό απαιτούν αρκετή αρνητική ανάδραση (>20dB) για την μείωση της διαταραχής σε ανεκτικά επίπεδα.
Είναι υπό συζήτηση για το αν είναι ανεπιθύμητη η ακύρωση των περιττών αρμονικών στις πεντόδους , εφόσον οι ζυγές σαν σκοπό έχουν να καλύψουν τις περιττές αρμονικές. Η ακύρωση αυτή μπορεί να προκληθεί μόνο αν τροφοδοτήσουμε και τα δύο τυλίγματα με πανομοιότυπα σήματα.
Στάδιο εξόδου χωρίς μετασχηματιστή
Σχεδόν όλες οι διατάξεις των σταδίων εξόδου που έχουν εμφανιστεί , είχαν σαν σκοπό την εξομάλυνση ή την απαλοιφή των αρνητικών επιδράσεων του μετασχηματιστή εξόδου. Μερικές από αυτές έχουν απαλλαχθεί από αυτόν και είναι γνωστές σαν OTL διατάξεις ή ενισχυτές Futterman .
Οδηγώντας χαμηλής εμπέδησης φορτία άμεσα δεν είναι φυσικό για τις λυχνίες, επομένως χρειάζονται κάποιες ριζοσπαστικές προσεγγίσεις. Σε αυτές τις διατάξεις χρησιμοποιούνται κυρίως λυχνίες που δεν έχουν κατασκευαστεί για ήχο. Καποιες από αυτές οι 6080, 6082 διπλοτρίοδος,6336/AB ,7236, 7241,6C33C, η PL519 πέντοδος , 6ΑS7G και άλλες.
Η αποστολή των ενισχυτών ισχύος είναι η παροχή καθορισμένου κέρδους σε ένα επεξεργασμένο σήμα και η απόδοση ισχύος σε ένα φορτίο, όπως είναι τα ηχεία. Αυτό πρέπει να γίνει χωρίς να νοθεύεται το αρχικό σήμα με θόρυβο, ταλαντώσεις ή παραμορφώσεις ενώ οδηγεί ένα πλήθος από φορτία. Επιπλέον πρέπει να αντέχει στην κακομεταχείριση ,όπως τα ανοιχτοκυκλώματα και τα βραχυκυκλώματα.
Ο καθοριστικός παράγοντας είναι το στάδιο εξόδου. Η επιλογή του καθορίζει την τοπολογία και των υπόλοιπων σταδίων του ενισχυτή. Σκόπιμο λοιπόν είναι να ξεκινήσει κάποιος από αυτό το στάδιο για την έρευνα και την σχεδίαση.
Στάδιο εξόδου
Οι λυχνίες είναι υψηλής εμπέδησης συσκευές και μπορούν να διαχειρίζονται volt πολλών εκατοντάδων, αλλά αποδίδουν μόνο μερικά μιλιαμπέρ ρεύματος. Εν αντιθέσει τα, τυπικά των 4-8Ω, ηχεία απαιτούν μερικές δεκάδες βολτ και αμπέρ για να λειτουργήσουν. Η προφανής λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η παρεμβολή μεταξύ εξόδου και φορτίου ενός μετασχηματιστή.Δυστυχώς εδώ ξεκινάνε τα προβλήματα, γιατί ο μετασχηματιστής δεν είναι ένα ιδανικό στοιχείο και η ποιότητα του ενισχυτή με λυχνίες περιορίζεται από την ποιότητα του μετασχηματιστή. Παρά ταύτα, ο μετασχηματιστής είναι μια καλή μηχανική επιλογή για την σύζευξη του σταδίου εξόδου με το φορτίο.Πριν προχωρήσουμε στην ανάλυση των σταδίων εξόδου θα πρέπει να αναφερθούμε για λίγο στην λειτουργία και στα προβλήματα των μετασχηματιστών.
Μετασχηματιστές Ήχου.
Μετασχηματιστής είναι μια ηλεκτρική συσκευή που επιτρέπει σε ένα AC σήμα να παράγει ένα άλλο εναλλασσόμενο σήμα εξόδου , χωρίς η είσοδος και η έξοδος να συνδέονται φυσικά. Αυτό επιτυγχάνεται έχοντας δύο η περισσότερα πηνία μονωμένου σύρματος γύρω από ένα μαγνητικό πυρήνα. Όταν ένα σήμα περνάει από το τύλιγμα εισόδου ( πρωτεύον), ένα σχετικό σήμα εξόδου παρουσιάζεται στο δεύτερο τύλιγμα (δευτερεύον), μέσω ενός φαινομένου που ονομάζεται επαγωγική σύζευξη. Αλλάζοντας τον αριθμό των στροφών του σύρματος σε κάθε τύλιγμα, ο μετασχηματιστής μπορεί να κατασκευαστεί έχοντας συγκεκριμένες τιμές εμπέδησης εισόδου, εξόδου. Η αναλογία μεταξύ εμπέδησης εισόδου /εξόδου παρέχει ένα κέρδος ή απώλεια του επιπέδου του σήματος. Λόγω της δυνατότητας του μετασχηματιστή να λειτουργεί σε δύο κατευθύνσεις,όταν έχει σαν είσοδο το ένα τύλιγμα και το σήμα ενισχύεται θετικά ,αν το σήμα εφαρμοστεί στο άλλο τύλιγμα τότε το σήμα ενισχύεται αρνητικά. Οι μετασχηματιστές μπορούν να κατασκευαστούν με ένα οι περισσότερα δευτερεύοντα ή πρωτεύοντα τυλίγματα. Επίσης ένα τύλιγμα μπορεί να έχει μία ή περισσότερες ηλεκτρικές επαφές. Οι πολλαπλές επαφές προσφέρουν διαφορετικές τιμές εμπέδησης κατά μήκος του σύρματος και διαφορετικό κέρδος.
Μερικοί τύποι μετασχηματιστών παρουσιάζονται στο σχήμα 1
Υπάρχουν δύο βασικοί τύποι μετασχηματιστών ήχου με καθένα από αυτούς να έχει πολλαπλές δυνατότητες:
Αύξησης / μείωσης μετασχηματιστής
Συμβατότητα σήματος ή ταίριασμα
Συμβατότητα εμπέδησης ή ταίριασμα
Μοναδιαίος 1:1
Αποκοπή DC
Αποκοπή παρεμβολών ραδιοφωνικών συχνοτήτων
Απομόνωσης συσκευών
Αύξησης /Μείωσης Μετασχηματιστές
Σε αυτούς τους μετασχηματιστές , το πρωτεύον και το δευτερεύον έχουν διαφορετικό αριθμό τυλιγμάτων. Επομένως και διαφορετική εμπέδηση. Η διαφορετική εμπέδηση προκαλεί την αλλαγή στο επίπεδο του σήματος ,καθώς κινείται διαμέσου του μετασχηματιστή. Αν το δευτερεύον έχει μεγαλύτερη εμπέδηση από το πρωτεύον τότε , το επίπεδο του σήματος στο δευτερεύον θα είναι μια μεγαλύτερη τάση.
Μοναδιαίος Μετασχηματιστής
Συχνά αναφέρεται και σαν απομονωτής, έχει τον ίδιο αριθμό τυλιγμάτων στο πρωτεύον και στο δευτερεύον. Χρησιμοποιείται για να αποκόπτεί τα συνεχή σήματα ή τις ραδιοφωνικές παρεμβολές, μιας και δεν προκαλεί καμιά αλλαγή στο σήμα. Επίσης μπορεί να απομονώσει ηλεκτρικά διαφορετικά κομμάτια από ένα εξάρτημα. Αυτό μπορεί να λύσει προβλήματα θορύβου , απομονώνοντας τις γειώσεις διαφορετικών συσκευών. Άλλες εφαρμογές περιλαμβάνουν παροχή πολλαπλών εξόδων από μία είσοδο μικροφώνου, χρησιμοποιώντας πολλαπλά δευτερεύοντα τυλίγματα .
Ατέλειες του μετασχηματιστή
Η αναφορά στο μετασχηματιστή , φέρνει την ιδέα μιας ιδανικής συμπεριφοράς. Δυστυχώς όμως , από το πρωτεύον του μετασχηματιστή εξόδου περνάει ένα συνεχές μαγνητικό ρεύμα (Ι ηρεμία ,Ιq). Για να μην φτάσει σε κορεσμό ο πυρήνας, προκαλώντας διαταραχή περιττών αρμονικών, θα πρέπει να έχει μεγάλο πυρήνα. Άλλη μέθοδος για να αποφύγουμε τον κορεσμό είναι η μείωση του αριθμού των τυλιγμάτων στο πρωτεύον , ελαττώνοντας έτσι το μαγνητικό φαινόμενο του ρεύματος ηρεμίας .Συνήθως χρησιμοποιούνται και οι δύο μέθοδοι , με αποτέλεσμα ένα μεγάλο μετασχηματιστή. Επειδή όμως ο μετασχηματιστής είναι μεγάλος έχει πολύ μεγάλες παρασιτικές χωρητικότητες. Οι μετασχηματιστές που χρησιμοποιούνται με αυτό τον τρόπο είναι μεγάλοι και ακριβοί και έχουν μειωμένη απόδοση στις χαμηλές και στις υψηλές συχνότητες.Οι καμπύλες υστέρησης του μετασχηματιστή μπορούν να θεωρηθούν σαν την χαρακτηριστική μεταφοράς, δείχνοντας την σχέση μεταξύ Vin και Vout. Αν δεν υπήρχε συνεχές ρεύμα, τότε το ac σήμα θα ταλαντώνονταν συμμετρικά γύρω από την αρχή των αξόνων. Στα μικρά σήματα παρατηρείται ένα γόνατο στην χαρακτηριστική γύρω από την αρχή των αξόνων όπου η κλίση της καμπύλης ελαττώνεται.Η αιτία για αυτό το γόνατο είναι ότι τα ανεξάρτητα μαγνητικά πεδία που σχηματίζονται από τον πυρήνα αντιστρέφουν την πολικότητα του μαγνητισμού τους. Περνώντας το ρεύμα ηρεμίας δια μέσου του μετασχηματιστή, αποφεύγουμε αυτή την περιοχή διασταύρωσης και η χαρακτηριστική μεταφοράς είναι πιο γραμμική. Για αυτό ίσως υπάρχουν αναφορές για την εξαιρετική συμπεριφορά στη μεσαία περιοχή στην τάξη Α των single-ended ενισχυτών .Αν και ο μετασχηματιστής έχει μικρή επαγωγή στο πρωτεύον, που περιορίζει την καλή συμπεριφορά στα μπάσα, ο πυρήνας δεν φτάνει σε κορεσμό στις χαμηλές συχνότητες, εφόσον πρέπει να είναι υπερμεγέθης για να εξομαλύνει το ρεύμα ηρεμίας. Εξαιτίας αυτού, η επαγωγή σε πλήρη ac ισχύ εξόδου είναι περίπου η ίδια σε μηδενικό ac σήμα εξόδου. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα σε σημαντικά καλή ποιότητα στα μπάσα εφόσον δεν αλλάζει με το επίπεδο. Το πρόβλημα όμως είναι με τις υψηλές συχνότητες όπου η απόδοση είναι φτωχή.
Τα στάδια εξόδου χωρίζονται σε δύο κατηγορίες σε αυτά με μετασχηματιστή εξόδου κα σε αυτά χωρίς μετασχηματιστή εξόδου τα γνωστά OTL (output transformerless) για την αποφυγή όλων των παραπάνω προβλημάτων.
Στάδιο εξόδου με μετασχηματιστή
Ένα τυπικό στάδιο εξόδου είναι ο ενισχυτής κοινής καθόδου με τρίοδο και πόλωση καθόδου.
Συνήθως στα στάδια τάσεως, χρησιμοποιούμε μια γραμμή φορτίου ώστε να επιλέξουμε την τιμή του φορτίου ανόδου και γενικά το βέλτιστο για την γραμμικότητα και όχι για την κυμάτωση. Τώρα όμως μας ενδιαφέρει η μεγιστοποίηση της ισχύος. Σημειώνεται λοιπόν το σημείο λειτουργίας στην διασταύρωση μεταξύ μέγιστης τάσης ανόδου και μέγιστης ισχύος απωλειών. Για μέγιστη ισχύ συνήθως το βέλτιστο φορτίο είναι το διπλάσιο της αντίστασης ανόδου 2x ra που λαμβάνουμε από την γραφική. Δυστυχώς όμως τα ηχεία δεν είναι μια απλή αντίσταση, και ο μετασχηματιστής δεν είναι τέλειος άρα το φορτίο που βλέπει η λυχνία είναι μια πολύπλοκη και μεταβλητή εμπέδηση.
Σχήμα 2 Single-ened στάδιο με μετασχηματιστή
Το γεγονός ότι κάποιο τμήμα της γραμμής φορτίου περνάει μέσα από την καμπύλη απωλειών , δεν μας απασχολεί ,διότι το στάδιο οδηγείται μόνο από αc , έτσι μόνο κατά τον μισό κύκλο του σήματος ξεπερνάει την καμπύλη κατά το άλλο μισό είναι κατά πολύ μικρότερη ,άρα η θερμική αδράνεια θα δώσει τον μέσο όρο των θερμικών απωλειών της εξόδου.
Άλλο ένα τυπικό στάδιο εξόδου που λειτουργεί όμως σε τάξη Β είναι ο ενισχυτής push-pull με μετασχηματιστή εξόδου, όπως φαίνεται και στο σχήμα 3.
Σχήμα 3 Push-pull
Υποθέτοντας, ότι τροφοδοτούμε την μία λυχνία με το σήμα εισόδου και την άλλη με το ανάστροφο σήμα. Όταν το σήμα εισόδου είναι θετικό , άγει η πρώτη λυχνία ,ενώ αποκόπτεται όταν είναι αρνητικό κάνοντας την δεύτερη λυχνία να άγει. Έχει επιτευχθεί λοιπόν πάντοτε να λειτουργεί μια λυχνία .
Αντιστρέφοντας ένα από τα σήματα εξόδου και προσθέτοντας τα , έχουμε ξαναδημιουργήσει το αρχικό σήμα εισόδου. Ο απλούστερος τρόπος για να επιτευχθεί η άθροιση τυλίγοντας και τα δύο πρωτεύοντα στον ίδιο πυρήνα. Η αντιστροφή του σήματος πραγματοποιείται από την αντιστροφή της σύνδεσης του ενός τυλίγματος και σημειώνεται στο σχήμα 3 με το σύμβολο + και -. Η διάταξη αυτή είναι ο μοναδικός τρόπος προσέγγισης της γραμμικότητας ενός ενισχυτή σε τάξη Β .Η ανατομία του σήματος , ομολογεί το συνεχές «ξαναράψιμο» του σήματος ,καθιστώντας το μη ιδανικό Η καθαρή τάξη Β χρησιμοποιείται πολύ σπάνια λόγω της παραμόρφωσης διασταύρωσης που παράγεται στην περιοχή διασταύρωσης, όπου η μία λυχνία εναλλάσσεται (σε λειτουργία) με την άλλη . Πρακτικά κάποιο ρεύμα ηρεμίας επιτρέπεται να ρέει, σε μια προσπάθεια ομαλοποίησης του μεταβατικού σταδίου, καταλήγοντας στην λειτουργία της τάξης ΑΒ. Αν και είναι θεωρητικά εφικτό να καθοριστεί ένα βέλτιστο σημείο λειτουργίας για τους ενισχυτές της τάξεως ΑΒ, οι λυχνίες δεν λειτουργούν γραμμικά στην περιοχή αποκοπής .Εξαιτίας των παραπάνω αλλά και εξαιτίας των φυσικών διαφόρων των λυχνιών , το ιδανικό σημείο λειτουργίας δεν μπορεί να καθοριστεί και η συμπεριφορά περιορισμένης παραμόρφωσης είναι φτωχή . Το στάδιο push –pull μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε ενισχυτές τάξεως Α, δίνοντας τους επιπλέον πλεονεκτήματα. Λόγω της αντιστροφής του τυλίγματος η μαγνητική ροή που προκαλείται από τα ρεύματα ηρεμίας της ανόδου,ακυρώνεται. Αυτό σημαίνει ότι ο μετασχηματιστής έχει να αντιμετωπίσει μόνο το ρεύμα του σήματος, άρα μπορεί να είναι μικρότερος για μια αναμενόμενη ισχύ.Εφόσον ο πυρήνας είναι μικρός είναι σημαντικό το ρεύμα ηρεμίας της ανόδου σε κάθε λυχνία να είναι ίδιο, αλλιώς η μαγνήτιση του πυρήνα από dc ρεύμα θα προκαλέσει παραμόρφωση περιττών αρμονικών. Αυτό μπορεί να γίνει έχοντας ένα ρυθμιστή dc ισορροπίας στο κύκλωμα πόλωσης ή χρησιμοποιώντας λυχνίες με ταιριασμένα ρεύματα ανόδου .Αν ο πυρήνας πρέπει να είναι μόνιμα μαγνητισμένος , θα χρειαστεί απομαγνήτιση, αλλιώς θα παραχθεί παραμόρφωση. Αυτό μπορεί να γίνει εφαρμόζοντας ένα σημαντικά μεγάλο εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο στον πυρήνα υπερφορτώνοντας τον θετικά και αρνητικά και μετά μηδενίζοντας το πεδίο για περίπου 10 δευτερόλεπτα.Ένα χρήσιμό αποτέλεσμα της μείωσης του μεγέθους του μετασχηματιστή είναι η βελτίωση στην απόκριση υψηλών συχνοτήτων λόγω τις μείωσης των παρασιτικών χωρητικοτήτων . Όχι μόνο ακυρώνει τα ρεύματα ηρεμίας των ανόδων αλλά και τα σήματα που προέρχονται από την τροφοδοσία ,εφόσον είναι σε φάση σε κάθε τύλιγμα, καθιστώντας το στάδιο πιο ανεκτικό στο βόμβο και στο θόρυβο από τα τροφοδοτικά των υψηλών τάσεων. Επιπροσθέτως , η διαταραχή ζυγών αρμονικών , που προκαλείται από άνισο κέρδος των αρνητικών και θετικών μισών του κύκλου ,ακυρώνονται , ενώ η παραμόρφωση των περιττών αρμονικών αθροίζεται.Είναι χρήσιμο που οι τρίοδοι παράγουν περιττών αρμονικών διαταραχή, αλλά οι πέντοδοι παράγουν κυρίως ζυγές αρμονικές και για αυτό απαιτούν αρκετή αρνητική ανάδραση (>20dB) για την μείωση της διαταραχής σε ανεκτικά επίπεδα.
Είναι υπό συζήτηση για το αν είναι ανεπιθύμητη η ακύρωση των περιττών αρμονικών στις πεντόδους , εφόσον οι ζυγές σαν σκοπό έχουν να καλύψουν τις περιττές αρμονικές. Η ακύρωση αυτή μπορεί να προκληθεί μόνο αν τροφοδοτήσουμε και τα δύο τυλίγματα με πανομοιότυπα σήματα.
Στάδιο εξόδου χωρίς μετασχηματιστή
Σχεδόν όλες οι διατάξεις των σταδίων εξόδου που έχουν εμφανιστεί , είχαν σαν σκοπό την εξομάλυνση ή την απαλοιφή των αρνητικών επιδράσεων του μετασχηματιστή εξόδου. Μερικές από αυτές έχουν απαλλαχθεί από αυτόν και είναι γνωστές σαν OTL διατάξεις ή ενισχυτές Futterman .
Οδηγώντας χαμηλής εμπέδησης φορτία άμεσα δεν είναι φυσικό για τις λυχνίες, επομένως χρειάζονται κάποιες ριζοσπαστικές προσεγγίσεις. Σε αυτές τις διατάξεις χρησιμοποιούνται κυρίως λυχνίες που δεν έχουν κατασκευαστεί για ήχο. Καποιες από αυτές οι 6080, 6082 διπλοτρίοδος,6336/AB ,7236, 7241,6C33C, η PL519 πέντοδος , 6ΑS7G και άλλες.
