Amplificator audio este un termen general folosit pentru a descrie un circuit care produce și amplifica o versiune a semnalului său de intrare. Cu toate acestea, nu toate tehnologiile de conversie sunt aceleași, deoarece sunt clasificate în funcție de configurațiile și modurile de funcționare ale acestora.
În electronică, amplificatoarele mici sunt utilizate în mod obișnuit deoarece sunt capabile să amplifice un semnal de intrare relativ mic, cum ar fi de la un senzor, cum ar fi un player muzical, într-un semnal de ieșire mult mai mare pentru a conduce un releu, o lampă sau un difuzor., etc.
Există multe forme de circuite electronice clasificate ca amplificatoare, de la traductoare operaționale și mici de semnal până la convertoare mari de impuls și putere. Clasificarea unui dispozitiv depinde de mărimea semnalului, mare sau mic, de configurația sa fizică și de modul în care este procesat fluxul de intrare, adică de relația dintre nivelul de intrare și curentul care curge în sarcină.
Anatomia dispozitivului
Amplificatoarele de frecvență audio pot fi văzute ca o simplă cutiesau un bloc care conține un dispozitiv, cum ar fi un senzor bipolar, FET sau operațional, care are două terminale de intrare și două de ieșire (masa este comună). În plus, semnalul de ieșire este mult mai mare datorită conversiei sale pe dispozitiv.
Un amplificator de semnal ideal va avea trei proprietăți principale:
- Impedanță de intrare sau (R IN).
- Rezistență de ieșire sau (R OUT).
- Câștig sau (A).
Oricât de complex este circuitul amplificatorului, un model general bloc poate fi folosit pentru a demonstra relația dintre aceste trei proprietăți.
Concepte generale
Amplificatoarele audio de în altă calitate pot varia ca performanță. Fiecare tip are o conversie digitală sau analogică. Codurile sunt setate pentru a le separa.
Diferența crescută dintre semnalele de intrare și de ieșire se numește conversie. Câștigul este o măsură a cât de mult „transformă” un amplificator un semnal de intrare. De exemplu, dacă există un nivel de intrare de 1 volt și un nivel de ieșire de 50 de volți, atunci conversia va fi 50. Cu alte cuvinte, semnalul de intrare a fost dezvoltat de 50 de ori. Un amplificator de frecvență audio face exact asta.
Calculul conversiei este pur și simplu raportul dintre rezultat împărțit la intrare. Acest sistem nu are unități ca raport, dar în electronică simbolul A este folosit în mod obișnuit pentru câștig. Conversia este apoi calculată pur și simplu ca „ieșire împărțită la intrare”.
Convertoare de putere
Lupă micăUn amplificator de semnal este denumit în mod obișnuit un amplificator de „tensiune”, deoarece tinde să convertească o intrare mică într-o tensiune de ieșire mult mai mare. Uneori este necesar un circuit de dispozitiv pentru a conduce un motor sau un difuzor, iar pentru aceste tipuri de aplicații, în care sunt implicați curenți mari de comutare, sunt necesare convertoare de putere.
După cum sugerează și numele, sarcina principală a unui amplificator de putere (cunoscut și sub numele de amplificator de semnal mare) este de a furniza energie unei sarcini. Este produsul dintre tensiune și curent aplicat unei sarcini cu o putere de ieșire mai mare decât nivelul semnalului de intrare. Cu alte cuvinte, convertorul crește puterea difuzorului, astfel încât acest tip de circuit bloc este utilizat în etapele externe ale convertoarelor audio pentru a conduce difuzoarele.
Principiul de funcționare
Amplificatorul audio funcționează pe principiul conversiei puterii DC extrase de la sursa de alimentare într-un semnal de tensiune AC furnizat sarcinii. Deși conversia este mare, eficiența de la sursa de curent continuu la semnalul de ieșire cu tensiune de curent alternativ este în general scăzută.
Un bloc ideal oferă dispozitivului o eficiență de 100% sau cel puțin puterea IN va fi egală cu puterea OUT.
Divizia de clasă
Dacă utilizatorii s-au uitat vreodată la specificațiile amplificatoarelor de putere audio, este posibil să fi observat clase de echipamente, de obicei notate cu litera sauDouă. Cele mai obișnuite tipuri de blocuri utilizate astăzi în sunetul pentru consumatori sunt valorile A, A/B, D, G și H.
Aceste clase nu sunt simple sisteme de clasificare, ci descrieri ale topologiei amplificatorului, adică modul în care funcționează la nivelul de bază. Deși fiecare tip de amplificator are propriul său set de puncte tari și puncte slabe, performanța lor (și modul în care sunt măsurate caracteristicile finale) rămâne aceeași.
Este pentru a converti forma de undă trimisă de pre-unitate fără a introduce interferențe sau cel puțin o distorsiune cât mai mică posibil.
Clasa A
Comparativ cu alte clase de amplificatoare de putere audio care vor fi descrise mai jos, modelele de clasa A sunt dispozitive relativ simple. Principiul definitoriu de funcționare este că toate blocurile de ieșire ale traductorului trebuie să treacă printr-un ciclu complet de semnal de 360 de grade.
Clasa A poate fi, de asemenea, împărțită în amplificatoare single-ended și push-pull. Push/pull diferă de explicația principală de mai sus prin utilizarea dispozitivelor de ieșire în perechi. În timp ce ambele dispozitive rulează un ciclu complet de 360 de grade, un dispozitiv va transporta cea mai mare parte a sarcinii în timpul părții pozitive a ciclului, în timp ce celăl alt va transporta mai mult din ciclul negativ.
Principalul avantaj al acestui circuit este distorsiunea redusă în comparație cu modelele cu un singur capăt, deoarece chiar și fluctuațiile de ordine sunt eliminate. În plus, modelele de clasa A push-pull sunt mai puțin sensibile la zgomot.
Din cauza calităților pozitive asociate cu performanța de clasa A, este considerat standardul de aur pentru calitatea sunetului în multe aplicații acustice. Cu toate acestea, aceste modele au un dezavantaj important - eficiența.
Cerință ca amplificatoarele audio cu tranzistori de clasă A să aibă toate dispozitivele de ieșire pornite în orice moment. Această acțiune duce la o pierdere semnificativă de energie, care în cele din urmă este transformată în căldură. Acest lucru este exacerbat și mai mult de faptul că modelele de clasă A necesită niveluri relativ ridicate de curent de repaus, care este cantitatea de curent care curge prin dispozitivele de ieșire atunci când amplificatorul produce ieșire zero. Ratele de eficiență în lumea reală pot fi de ordinul 15-35%, cu o singură cifră posibilă folosind material sursă foarte dinamic.
Clasa B
În timp ce toate mecanismele de ieșire dintr-un amplificator audio clasa A necesită 100% din timp pentru a funcționa, unitățile de clasa B folosesc circuite push-pull astfel încât doar jumătate dintre dispozitivele de ieșire conduc în orice moment.
O jumătate acoperă porțiunea de +180 de grade a formei de undă, în timp ce ceal altă jumătate acoperă secțiunea -180 de grade. În consecință, amplificatoarele din clasa B sunt semnificativ mai eficiente decât omologii lor din clasa A, cu un maxim teoretic de 78,5%. Având în vedere eficiența relativ ridicată, clasa B a fost utilizată în unele traductoare PA profesionale, precum și în unele amplificatoare cu tuburi de acasă. În ciuda lorputere evidentă, șansele de a achiziționa un bloc clasa B pentru o casă sunt practic zero. O examinare a amplificatorului audio a arătat cauza, cunoscută sub numele de distorsiune încrucișată.
Problema cu latența în transferul între dispozitivele care procesează părțile pozitive și negative ale formei de undă este considerată semnificativă. Este de la sine înțeles că această distorsiune este audibilă în cantități suficiente și, deși unele modele din clasa B au fost mai bune decât altele în acest sens, clasa B a primit puțină recunoaștere de la entuziaștii care sună curat.
Clasa A/B
Amplificatorul audio cu tub poate fi găsit în multe locuri de concerte. Are performante ridicate si nu se supraincalzeste. În plus, modelele sunt mult mai ieftine decât multe blocuri digitale. Dar există și abateri. Este posibil ca un astfel de modul să nu funcționeze cu toate formatele audio. Prin urmare, este mai bine să utilizați echipamente ca parte a unui complex general de procesare a semnalului.
Clasa A/B combină tot ce este mai bun din fiecare tip de dispozitiv pentru a crea o unitate fără dezavantajele niciunuia. Cu această combinație de avantaje, amplificatoarele de clasă A/B domină în mare măsură piața de consum.
Soluția este de fapt destul de simplă ca concept. Acolo unde clasa B folosește un dispozitiv push-pull cu fiecare jumătate a treptei de ieșire conducând la 180 de grade, mecanismele de clasa A/B o cresc la ~181-200 de grade. Astfel, existămult mai puțin probabil să aibă o „lacrimă” în buclă și, prin urmare, distorsiunea crossover scade până la punctul în care nu contează.
Amplificatoarele de putere audio cu supapă pot absorbi această interferență mult mai rapid. Datorită acestei proprietăți, sunetul iese din dispozitiv mult mai curat. Modelele cu aceste caracteristici sunt adesea folosite pentru a transforma sunetul chitarelor acustice și electrice.
Este suficient să spunem că clasa A/B își îndeplinește promisiunea, depășind cu ușurință constructele pure de clasă A la ~50-70% performanță în lumea reală. Nivelurile reale, desigur, depind de cât de mult este compensat amplificatorul, precum și de materialul programului și de alți factori. De asemenea, merită remarcat faptul că unele modele de clasă A/B merg cu un pas mai departe în încercarea lor de a elimina distorsiunile de tip crossover prin funcționarea în modul pur de clasă A cu o putere de până la câțiva wați. Acest lucru oferă o anumită eficiență la niveluri scăzute, dar asigură că amplificatorul nu se transformă într-un cuptor atunci când este aplicată o cantitate mare de putere.
Clasele G și H
O altă pereche de modele concepute pentru a îmbunătăți eficiența. Din punct de vedere tehnic, nici amplificatoarele de clasa G, nici de clasa H nu sunt recunoscute oficial. În schimb, sunt variații ale temei de clasă A/B, folosind comutarea tensiunii magistralei și, respectiv, modularea magistralei. În orice caz, în condiții de cerere scăzută, sistemul utilizează o tensiune de magistrală mai mică decât un amplificator de clasă similară A/B, care în mod semnificativreduce consumul de energie. Când apar condiții de putere mare, sistemul crește dinamic tensiunea magistralei (adică trece la magistrala de în altă tensiune) pentru a gestiona tranzitorii de amplitudine mare.
Există și defecte. Principalul dintre ele este costul ridicat. Circuitele originale de comutare a rețelei foloseau tranzistori bipolari pentru a controla fluxurile de ieșire, adăugând complexitate și cost. Amplificatoarele de frecvență audio cu tuburi de în altă calitate de acest tip sunt obișnuite, deși prețul începe de la 50 de mii de ruble. Blocul este considerat o tehnică profesională de lucru pe scenă sau de înregistrare într-un studio. Sunt probleme cu tranzistoarele. La încărcare prelungită, unele dintre ele pot eșua.
Astăzi, prețul este adesea redus într-o oarecare măsură prin utilizarea MOSFET-urilor cu curent ridicat pentru a selecta sau a schimba ghidurile. Utilizarea MOSFET-urilor nu numai că îmbunătățește eficiența și reduce căldura, dar necesită și mai puține piese (de obicei, un dispozitiv pe fir). Pe lângă costul comutării magistralei, modulației în sine, este de remarcat și faptul că unele amplificatoare de clasă G folosesc mai multe dispozitive de ieșire decât un design tipic de clasă A/B.
O pereche de dispozitive va funcționa în modul tipic A/B, alimentat de barele de joasă tensiune. Între timp, celăl alt este în standby pentru a acționa ca un amplificator de tensiune, activat doar în funcție de situație. Rezistă la sarcini mari numai clasele G și H,asociate cu amplificatoare puternice, unde eficiența sporită dă roade. Modelele compacte pot folosi, de asemenea, topologii de clasă G/H, spre deosebire de A/B, având în vedere că abilitatea de a comuta la modul de putere redusă înseamnă că pot scăpa cu un radiator puțin mai mic.
Clasa D
Acest tip de dispozitiv vă permite să vă creați propriile sisteme modulare. Cu ajutorul echipamentului, are loc procesarea de în altă calitate a întregului flux de ieșire. Proiectarea amplificatoarelor de putere cu frecvență audio vă permite să vă creați propriul sistem multimedia pentru muncă sau divertisment. Cu toate acestea, există câteva nuanțe aici. Denumite adesea în mod eronat amplificare digitală, convertoarele de clasa D reprezintă o garanție a eficienței unității și obțin câștiguri de peste 90% în testele reale.
În primul rând, merită să ne gândim de ce aceasta este clasa D dacă „amplificarea digitală” este incorectă. Era doar următoarea literă din alfabet, cu clasa C folosită în sistemele audio. Mai important, cum poate fi atinsă o eficiență de peste 90%. În timp ce toate clasele de amplificatoare menționate anterior au unul sau mai multe dispozitive de ieșire care sunt active în mod constant chiar și atunci când convertorul este de fapt în modul de așteptare, unitățile de clasa D le opresc și le pornesc rapid. Acest lucru este destul de convenabil și face posibilă utilizarea modulului numai la momentele potrivite.
De exemplu, calculul amplificatoarelor audio de clasa T, care suntImplementarea clasa D a lui Tripath, spre deosebire de dispozitivul de bază, utilizează frecvențe de comutare de ordinul a 50 MHz. Dispozitivele de ieșire sunt de obicei controlate prin modularea lățimii impulsului. Acesta este momentul în care unde pătrate de lățimi diferite sunt generate de un modulator care prezintă un semnal analogic pentru redare. Cu un control strict al dispozitivelor de ieșire în acest fel, eficiența de 100% este posibilă teoretic (deși evident că nu este realizabilă în lumea reală).
Săpăind în lumea amplificatoarelor audio de clasa D, puteți găsi, de asemenea, mențiuni despre modulele controlate analog și digital. Aceste blocuri de control au un semnal de intrare analogic și un sistem de control analogic, de obicei cu un anumit grad de corectare a erorilor de feedback. Pe de altă parte, amplificatoarele de clasa D de conversie digitală folosesc control digital, care comută treapta de putere fără control al erorilor. Această decizie găsește și aprobare, conform recenziilor multor cumpărători. Cu toate acestea, segmentul de preț este mult mai ridicat aici.
Cercetarea amplificatoarelor audio a arătat că clasa D condusă de analogic are un avantaj de performanță față de analogul digital, deoarece oferă de obicei o impedanță de ieșire (rezistență) mai mică și un profil de distorsiune îmbunătățit. Aceasta crește valorile inițiale ale sistemului la sarcina maximă.
Parametrii amplificatoarelor de frecvență audio sunt mult mai mari decât cei ai modelelor de bază. Trebuie înțeles că astfel de calcule sunt necesare numai pentru crearea muzicii în studio. Pentru cumpărătorii obișnuiți, acesteacaracteristicile pot fi ignorate.
De obicei, un circuit L (inductor și condensator) plasat între amplificator și difuzoare pentru a reduce zgomotul asociat cu funcționarea clasa D. Filtrul este de mare importanță. Designul slab poate compromite eficiența, fiabilitatea și calitatea sunetului. În plus, feedback-ul după filtrul de ieșire are avantajele sale. Deși modelele care nu folosesc feedback în această etapă își pot regla răspunsul la o impedanță specifică, atunci când astfel de amplificatoare au o sarcină complexă (adică un difuzor mai degrabă decât un rezistor), răspunsul în frecvență poate varia semnificativ în funcție de sarcina difuzorului. Feedback-ul stabilizează această problemă, oferind un răspuns lin la sarcini complexe.
În final, complexitatea amplificatoarelor audio din clasa D are beneficiile ei. Eficiență și, ca rezultat, greutate mai mică. Deoarece se cheltuiește relativ puțină energie pentru căldură, este necesară mult mai puțină energie. Ca atare, multe amplificatoare de clasă D sunt utilizate împreună cu sursele de alimentare cu comutare (SMPS). La fel ca treapta de ieșire, sursa de alimentare în sine poate fi pornită și oprită rapid pentru a regla tensiunea, rezultând în continuare câștiguri de eficiență și capacitatea de a reduce greutatea față de sursele de alimentare analogice/liniare tradiționale.
În total, chiar și amplificatoarele puternice din clasa D pot cântări doar câteva kilograme. Dezavantajul surselor de alimentare SMPS în comparație cu sursele liniare tradiționale estecă primii de obicei nu au prea mult spațiu liber.
Testele și numeroasele teste ale amplificatoarelor audio de clasa D cu surse de alimentare liniare în comparație cu modulele SMPS au arătat că într-adevăr acesta este cazul. Când două amplificatoare manipulau puterea nominală, dar unul cu o sursă de alimentare liniară putea produce niveluri mai mari de putere dinamică. Cu toate acestea, modelele SMPS devin din ce în ce mai obișnuite și vă puteți aștepta să vedeți unități de clasă D de generația următoare mai bune, folosind forme similare în magazine.
Comparația eficienței claselor AB și D
Deși eficiența unui amplificator de putere audio cu tranzistori de clasă A/B crește pe măsură ce se apropie puterea maximă de ieșire, modelele de clasă D mențin o eficiență ridicată în majoritatea intervalelor de funcționare. Drept urmare, eficiența și calitatea sunetului înclină din ce în ce mai mult spre ultimul bloc.
Folosiți un traductor
Când este implementat corespunzător, oricare dintre blocurile de mai sus în afara clasei B poate forma baza unui amplificator de în altă fidelitate. Pe lângă potențialele capcane de performanță (care sunt în primul rând o decizie de proiectare, mai degrabă decât specifice unei clase), selecția tipului de bloc este în mare măsură o chestiune de cost versus eficiență.
Pe piața actuală, amplificatorul audio simplu de clasă A/B domină și din motive întemeiate. Funcționează foarte bine, este relativ ieftin și esteeficiența este destul de adecvată pentru aplicații cu putere redusă (>200W). Desigur, pe măsură ce producătorii de convertoare încearcă să depășească limitele cu, de exemplu, monoblocul Emotiva XPR-1 de 1000 W, ei apelează la design-uri de clasă G/H și D pentru a evita duplicarea amplificatoarelor ca sisteme capabile să încălzi rapid echipamentele. Între timp, pe ceal altă parte a pieței, există ventilatoare de clasa A care pot ierta lipsa de eficiență a dispozitivului în speranța unui sunet mai curat.
Rezultat
La urma urmei, clasele de conversie nu sunt neapărat atât de importante. Desigur, există diferențe reale, mai ales când vine vorba de cost, eficiență a amplificatorului și, prin urmare, greutate. Desigur, electrocasnicele de 500W clasa A sunt o idee proastă, cu excepția cazului în care, bineînțeles, utilizatorul are un sistem de răcire puternic. Pe de altă parte, diferențele dintre clase nu determină calitatea sunetului. În cele din urmă, se rezumă la dezvoltarea și implementarea propriilor proiecte. Este important să înțelegeți că traductoarele sunt doar un dispozitiv care face parte din sistemul audio.
