Käytännön vahvistimien tehosyöttö ja hyötysuhde

Vahvistimet tarvitsevat toimiakseen käyttösähkön eli tehonsyötön. Tarvittava teho syötetään teholähteestä, joka on yleensä aina DC (Direct Current, tasavirta). Teholähteenä toimii esimerkiksi paristo, akku, tai yleisemmin verkkojännitteestä muunnettu tasasähkö.

Kuvan teholähde ei liity vahvistimiin, mutta on tyypillinen "verkkolaite", jolla verkkojännitteestä muokataan elektroniikan piirien vaatimaa matalaa tasajännitettä.

Perinteisen analogise vahvistimen hyötysyhde on yleensä alle 50%. Seuraavassa kuvassa on esitetty taitelijan näkemys vahvistimen tehojakaumasta, jonka tulo koostuu teholähteestä syötettävästä tehosta P_s sekä usein täysin mitättömästä signaalitehosta P_i, ja jonka lähtö koostuu kuormitukselle menevästä hyötytehosta P_o sekä häviölämpötehosta P_d.

P_s + P_i = P_o + P_d
 

Käytännö vahvistimen tehojakauma. Etenkin tehovahvistimissa suuri osa syötetystä lämpötehosta muuttuu hukkalämmöksi.

Huonon hyötysuhteen, ja sitä kautta vahvistinkomponenttien lämpenemisen, vuoksi vähänkin suurempitehoisissa vahvistimissa tarvitaan usein jäähdytystä. Jäähdytystä tarvitaan estämään vahvistinkomponenttien terminen tuhoutuminen. Komponenttien lämpötilan pitämiseksi riittävän alhaalla käytetään mm. metallisia jäähdytyslevyjä ja joissakin tapauksissa tuuletinta tai jopa nestejäähdytystä.

Parempaan hyötysuhteeseen tehovahvistimilla päästään nk. D-luokan vahvistimilla, joita kutsutaan monesti (osin virheellisesti) digitaalisiksi vahvistimiksi. Tämän tyyppisiä vahvistimia on tullut mm. kulutuselektroniikan markkinoille viime vuosina. D-luokan vahvistimen toiminta perustuu kytkiminä toimiviin transistoreihin, jolloin vahvistimen koko, paino ja häviöt saadaan huomattavasti perinteisiä, lineaarisia, vahvistimia pienemmäksi.

Hyötysuhde

Vahvistimen hyötysuhde voidaan määritellä vahvistimen teholähteestä ottaman tehon (esimerkiksi verkosta tai akusta) ja vahvistimesta ulos saatavan tehon suhteena. Prosentteina ilmaistuna hyötysuhde voidaan määritellä seuraavasti: