Audio pastiprinātāju klases

Protams, daudzi ir dzirdējuši, ka mūsdienu pastiprinātāji var piederēt dažādām klasēm. Taču cilvēki, kas ir tālu no akustiskajām sistēmām un skaņas aparatūras tehniskajām īpašībām, diez vai var iedomāties, kas slēpjas aiz burtu apzīmējumiem.

Mūsu pārskatā mēs jums pastāstīsim vairāk par to, kādas ir pastiprinātāju klases, kādas tās ir un kā izvēlēties optimālo modeli.

Pastiprinātāja klase ir izejas signāla vērtība, kurā to darbina sinusoidālais ieejas signāls funkcionālajā ķēdē viena darbības cikla laikā un mainās šīs ietekmes rezultātā. Pastiprinātāju klasifikācija klasēs ir atkarīga no tā režīma linearitātes parametriem, ko izmanto, lai pastiprinātu ienākošos signālus no kategorijām ar paaugstinātu precizitāti ar diezgan samazinātu efektivitāti līdz pilnīgi nelineāram. Šajā gadījumā signāla skaņas reproducēšanas precizitāte nav tik liela, bet efektivitāte ir diezgan augsta. Visas pārējās pastiprinātāju klases ir sava veida starpmodeļi starp šīm divām grupām.

Visas pastiprinātāju klases parasti var iedalīt divās apakšgrupās. Pirmajā ietilpst A, B, kā arī AB un C klases klasiskie vadāmie modeļi. To kategoriju nosaka to vadītspējas parametrs noteiktā izejas signāla sadaļā. Tādējādi iebūvētā tranzistora darbība izejā atrodas vidū starp "izslēgts" un "ieslēgts".

Otrajā ierīču kategorijā ietilpst modernāki modeļi, kas tiek uzskatīti par tā sauktajām komutācijas klasēm - tie ir modeļi D, E, F, kā arī G, S, H un T.

Šie pastiprinātāji izmanto impulsa platuma modulāciju, kā arī digitālās shēmas, lai nepārtraukti pārveidotu signālu starp pilnībā izslēgtu un pilnībā ieslēgtu. Tā rezultātā piesātinājuma reģionā ir spēcīga izeja.

Sīkāk mēs runāsim par dažādām pastiprinātāju klasēm.

Visplašāk tiek izmantoti A klases modeļi to dizaina vienkāršības dēļ. Tas ir saistīts ar vairākiem ieejas signāla kropļojumu parametriem un, attiecīgi, augstu skaņas kvalitāti salīdzinājumā ar visām pārējām pastiprinātāju kategorijām. Šīs kategorijas modeļiem ir raksturīga augsta linearitāte salīdzinājumā ar citiem.

Parasti A klases pastiprinātāji savā darbā izmanto vienu tranzistoru versiju. Tas ir savienots ar pamata emitera konfigurāciju abām signāla pusēm, lai germānija tranzistors vienmēr iet caur to pat tad, ja nav fāzes signāla. Tas nozīmē, ka izejā posms pilnībā nenonāks signāla nogriešanas un piesātinājuma reģionā. Tam ir savs nobīdes punkts aptuveni kravas līnijas centrā. Šī struktūra noved pie tā, ka tranzistors vienkārši neaktivizējas - tas tiek uzskatīts par vienu no tā galvenajiem trūkumiem.

Tā kā A klases ierīces ir viena gala un darbojas visu norādīto līkņu lineārajā zonā, viena izvades ierīce iziet cauri pilniem 360 grādiem, un tādā gadījumā A kategorijas ierīce pilnībā atbilst strāvas avotam.

Tā kā šīs kategorijas pastiprinātāji darbojas, kā mēs jau teicām, īpaši lineārajā reģionā, līdzstrāvas novirze ir jāiestata pareizi. - tas nodrošinās pareizu darbību un sniegs skaņas plūsmu ar jaudu 24 vati. Tomēr, ņemot vērā to, ka izvadierīce vienmēr ir izslēgtā stāvoklī, tā nepārtraukti vada strāvu, un tas rada apstākļus pastāvīgam jaudas zudumam visā konstrukcijā. Šī funkcija izraisa liela siltuma daudzuma izdalīšanos, savukārt to efektivitāte ir diezgan zema - tā nepārsniedz 40%, kas padara tās nepraktiskas, ja runa ir par kaut kādām jaudīgām akustiskām sistēmām. Turklāt, sakarā ar instalācijas palielināto tukšgaitas strāvu, barošanas avotam ir jābūt atbilstošiem izmēriem un pēc iespējas vairāk jāfiltrē, pretējā gadījumā nevar izvairīties no pastiprinātāja skaņas un trešo pušu dūkoņa. Tieši šie trūkumi lika ražotājiem turpināt darbu pie pastiprinātājiem efektīvākā kategorijā.

B klases pastiprinātājus ir izstrādājuši ražotāji, lai risinātu ar iepriekšējo kategoriju saistītās zemās efektivitātes un pārkaršanas problēmas. Savā darbā B kategorijas modeļi izmanto papildu tranzistoru pāri, parasti bipolārus. To atšķirība ir tāda, ka abām signāla pusēm izejas priekšpuse ir veidota saskaņā ar push-pull shēmu, tāpēc katra tranzistora ierīce nodrošina tikai puses izejas signāla pastiprinājumu.

Šīs klases pastiprinātājos nav pamata līdzstrāvas līmeņa nobīdes strāvas, jo tā miera strāva ir nulle, tāpēc līdzstrāvas jaudas parametri parasti ir mazi. Attiecīgi tā efektivitāte ir daudz augstāka nekā ierīcēm A. Tajā pašā laikā kad signāls ir pozitīvs, pozitīvā novirze tranzistors to darbina, bet negatīvais paliek izslēgts. Tāpat brīdī, kad ieejas signāls kļūst negatīvs, pozitīvais tiek izslēgts, un negatīvi nobīdīts tranzistors, gluži pretēji, tiek aktivizēts un nodrošina signāla negatīvo pusi. Rezultātā tranzistors savas darbības laikā pavada 1/2 cikla tikai ienākošā signāla pozitīvajā vai negatīvajā pusciklā.

Šis push-pull dizains ir aptuveni par 45-60% efektīvāks nekā A klases pastiprinātāji. Problēmas ar šāda veida modeļiem ir tādas, ka tie rada ievērojamus traucējumus audio signāla pārejas laikā tranzistoru "mirušās zonas" dēļ ieejas spriegumu koridorā ar vērtībām no -0,7 V līdz +0,7 V .

Kā visi zina no fizikas kursa, bāzes emitētājam ir jānodrošina aptuveni 0,7 V spriegums, lai bipolārais tranzistors varētu sākt pilnu vadu. Kamēr šis spriegums nepārsniedz šo atzīmi, izejas tranzistors nepārvietosies ieslēgtā stāvoklī. Tas nozīmē, ka puse no signāla, kas nonāk 0,7 V koridorā, sāks reproducēt neprecīzi. Līdz ar to tas padara B kategorijas ierīces praktiski nepiemērotas lietošanai precīzās akustiskās instalācijās.

Priekš lai pārvarētu šos traucējumus, tika izveidotas tā sauktās AB klases kompromisa ierīces.

Šis modelis ir sava veida A un B kategorijas tandēma dizains. Mūsdienās AB tipa pastiprinātāji tiek uzskatīti par vienu no visizplatītākajām dizaina iespējām. Pēc to darbības principa tie ir nedaudz līdzīgi B kategorijas izstrādājumiem, ar vienīgo izņēmumu, ka abas tranzistoru ierīces vienlaikus var vadīt signālu netālu no oscilogrammu krustpunkta. Tas pilnībā novērš visas iepriekšējā B grupas pastiprinātāja signāla kropļojumu problēmas.Atšķirība ir tāda, ka tranzistoru pārim ir diezgan zems nobīdes spriegums, parasti 5 līdz 10% no miera strāvas. Šajā gadījumā vadošā ierīce paliek ieslēgta ilgāk par vienu pusciklu, bet tajā pašā laikā tas ir daudz mazāks par ieejas signāla pilno ciklu.

To var droši teikt AB tipa ierīce tiek uzskatīta par lielisku kompromisu starp A un B klases modeļiem efektivitātes un linearitātes ziņā.un, kamēr audio signāla pārveidošanas efektivitāte ir aptuveni 50%.

C klases agregātu konstrukcijai ir maksimāla efektivitāte, bet tajā pašā laikā diezgan vāja linearitāte salīdzinājumā ar visām pārējām kategorijām. C klases pastiprinātājs ir diezgan jūtami novirzīts, tāpēc ieejas strāva iet uz nulli un paliek šajā līmenī vairāk nekā 1/2 ienākošā signāla cikla. Šajā laikā tranzistors ir gaidīšanas režīmā, lai to izslēgtu.

Šīs konstrukcijas iezīmes neļauj izmantot pastiprinātājus skaļruņu sistēmās. Parasti šie modeļi ir atraduši savu lietošanas jomu augstfrekvences ģeneratoros, kā arī noteiktās radiofrekvenču pastiprinātāju versijās, kur izejā izstarotie strāvas impulsi tiek pārveidoti par noteiktas frekvences sinusoidālajiem viļņiem.

D kategorijas pastiprinātājs attiecas uz divu kanālu nelineāro impulsu modeļiem, tos sauc arī par PWM pastiprinātājiem.

Lielākajā daļā audio sistēmu izejas posmi darbojas vai nu A, vai AB klasē. Integrētajos D grupas pastiprinātājos līnijas ieeju jaudas izkliede ir nozīmīga pat to maksimāli pilnīgas, gandrīz ideālas realizācijas gadījumā. Tas dod D klases modeļiem ievērojamu priekšrocību lielākajā daļā pielietojuma jomu, pateicoties minimālai siltuma ražošanai, samazinātam ierīces svaram un izmēriem un attiecīgi samazinātām produktu izmaksām, savukārt akumulatora darbības laiks šādos modeļos ir palielināts salīdzinājumā ar modeļiem citi dizaini.

F klases pastiprinātājs. Šie modeļi nodrošina paaugstinātu efektivitāti, to efektivitāte ir aptuveni 90%.

G klases pastiprinātājs. Šis pastiprinātājs faktiski ir uzlabots augstas linearitātes dizains AB klases TDA bāzes blokam. Šīs kategorijas modeļi var automātiski pārslēgties starp dažādām elektropārvades līnijām, ja tiek mainīti ienākošā signāla parametri. Šāda pārslēgšana ievērojami samazina elektroenerģijas patēriņu un attiecīgi samazina siltuma zudumu radīto elektroenerģijas patēriņu.

I klases pastiprinātājs. Šādiem modeļiem ir pāris papildu izvades ierīču komplekti. Pirms ieslēgšanas tie atrodas push-pull konfigurācijā. Pirmā ierīce pārslēdz signāla pozitīvo daļu, bet otrā ir atbildīga par negatīvās daļas pārslēgšanu, līdzīgi kā B kategorijas pastiprinātājiem.Ja ieejā nav audio signāla vai signāls sasniedz nulles šķērsošanas punktu, pārslēgšanas mehānisms ieslēdzas un izslēdzas vienlaikus ar galveno ciklu.

S klases pastiprinātājs. Šīs klases pastiprinātāji tiek klasificēti kā nelineāri pārslēgšanas mehānismi. Pēc darbības mehānisma tie ir nedaudz līdzīgi D kategorijas pastiprinātājiem. Šāds pastiprinātājs pārvērš analogos ieejas signālus ciparu signālos, pastiprinot tos daudzkārt. Tādējādi, lai palielinātu izejas jaudu, parasti komutācijas ierīces digitālais signāls ir vai nu pilnībā ieslēgts, vai pilnībā izslēgts, tāpēc šādu ierīču efektivitāte var būt 100%.

T klases pastiprinātājs. Vēl viena iespēja digitālajam pastiprinātājam. Mūsdienās šādi modeļi iegūst arvien lielāku popularitāti, pateicoties mikroshēmu klātbūtnei, kas ļauj digitāli apstrādāt ienākošo signālu, kā arī iebūvētos daudzkanālu 3D skaņas pastiprinātājus. Šo efektu nodrošina dizains, kas ļauj analogos signālus pārveidot augstākās digitālā tipa PWM skaņās. C klases ierīču dizains apvieno zema izkropļojuma signāla īpašības, kas līdzīgas AV kategorijai, vienlaikus saglabājot efektivitāti D klases modeļu līmenī.

Pirmkārt, pakavēsimies pie tā, kā principā darbojas pastiprinātājs. Protams, jūs būsiet pārsteigts, bet patiesībā rūpnīcas pastiprinātājs neko nepastiprina. Patiesībā, tā darba mehānisms atgādina vienkāršākā celtņa darbu: jūs pagriežat rokturi un ūdens no ūdens padeves sāk liet, stiprāk vai vājāk, un, ja to pagriežat, plūsma tiks bloķēta. Pastiprinātos visi procesi notiek vienādi. No jaudīgā barošanas moduļa strāva plūst caur skaļruni, kas savienots ar ierīci. Šajā gadījumā krāna funkciju pārņem tranzistori - izejā to aizvēršanās un atvēršanas pakāpi kontrolē signāls, kas pāriet uz pastiprinātāju. No tā, kā tieši šis celtnis darbojas, tas ir, kā darbojas izejas tranzistori, un tiek noteikta pastiprinātāju klase.

Ja mēs runājam par AB ierīcēm, tad tajās esošajiem tranzistoriem var būt nepatīkama īpašība atvērt un aizvērt neproporcionāli pret tiem ienākošajiem signāliem. Tādējādi viņu darbs paliek nemainīgs. Atgriežoties pie analoģijas ar jaucējkrānu - var pagriezt jaucējkrāna rokturi, bet ūdens sākumā tecēs vāji, un tad pēkšņi plūsma pēkšņi palielināsies.

Šī iemesla dēļ AB kategorijas tranzistori ir jātur nedaudz atvērtā stāvoklī pat tad, ja nav signāla. Tas ir nepieciešams, lai tie nekavējoties sāktu darboties, nevis gaidītu, līdz signāls sasniegs noteiktu līmeni - tikai šajā gadījumā pastiprinātājs spēs reproducēt skaņu ar minimāliem traucējumiem. Praksē tas nozīmē, ka daļa lietderīgās enerģijas tiek izšķiesta. Iedomājieties, ka jūs atverat visus dzīvokļa ūdens krānus, un no tiem nepārtraukti iztecēs neliela ūdens strūkla. Rezultātā šādu modeļu efektivitāte nepārsniedz 50-70%, tieši zemā efektivitāte ir galvenais AV klases pastiprinātāju trūkums.

Ja mēs runājam par D klases ierīcēm, tad to darbības princips ir absolūti vienāds: viņiem ir savi izejas tranzistori, kas var ieslēgties un izslēgties. Tādējādi tiek regulēta strāvas pāreja caur tiem pievienotajiem skaļruņiem, bet signāls jau kontrolē to atvēršanu, kas savā konfigurācijā ir ļoti tālu no ienākošā.

Tādā veidā signāls tiek padots uz D klases ierīču izejas tranzistoriem. Šajā gadījumā tie darbosies pilnīgi atšķirīgi: vai nu pilnībā aizvērti, vai atvērti bez starpvērtībām. Tas nozīmē, ka šādu modeļu efektivitāte var būt tuvu 100%.

Protams, ir pāragri sūtīt šādus signālus uz audio sistēmām, vispirms tam vajadzētu atgriezties standarta konfigurācijā. To var izdarīt ar izejas droseles, kā arī kondensatora palīdzību - pēc to apstrādes izejā veidojas pastiprināts signāls, kas savā formā pilnībā atkārto ieejas signālu. Tas ir viņš, kurš tiek pārraidīts runātājiem.

Galvenā D klases ierīču priekšrocība ir paaugstināta efektivitāte. un attiecīgi saudzīgāks enerģijas patēriņš

Ilgu laiku tā tika uzskatīts augstas kvalitātes skaļruņu sistēmu pieslēgšanai AB pastiprinātāji būs optimālais risinājums... D kategorijas modeļi nodrošināja ienākošā signāla pārveidošanu par impulsa signālu ar samazinātu frekvenci, kā rezultātā tas sniedza labu skaņu tikai zemfrekvences skaļruņa režīmā.Mūsdienās tehnoloģijas ir spērušas lielu soli uz priekšu, un šodien jau ir ātrgaitas tranzistori, kas var atvērties un arī gandrīz acumirklī aizvērties, veikalos ir diezgan daudz D klases platjoslas ierīču.

Šie modeļi ir paredzēti lietošanai ne tikai ar zemfrekvences skaļruņiem, bet arī ar visu veidu modernām skaļruņu sistēmām. Tām opcijām, kurām nav nepieciešama liela jauda, ​​ir lietderīgi iegādāties diezgan kompaktu pastiprinātāju.

Tādējādi, ja jums ir pietiekami daudz vietas skaļruņa pievienošanai, varat izvēlēties AV klases modeli. Vairāku gadu desmitu pastāvēšanas laikā šo modeļu shēma ir labi attīstīta, tie nodrošina diezgan labu skaņas kvalitāti, un bojājumu gadījumā tos var viegli salabot tuvākajā servisa centrā.

Ja skaņas instalācijas laukums ir ierobežots, jums vajadzētu tuvāk apskatīt D grupas platjoslas modeļus. Ar tādiem pašiem jaudas parametriem kā AV klases izstrādājumi, tie ir daudz mazāki un vieglāki, turklāt mazāk uzsilst, un daži modeļi pat ļauj tos uzstādīt slepeni ar vismazākajiem traucējumiem.

Zemfrekvences skaļruņu pievienošanai D klase nodrošina maksimālu priekšrocību, jo basu toņu bloks ir visvairāk enerģiju patērējošais frekvenču diapazons - šajā gadījumā produkta efektivitātei ir būtiska nozīme, un šajā gadījumā D klases produktiem vienkārši nav konkurentu.

Šajā videoklipā varat skaidrāk iepazīties ar skaņas pastiprinātāju klasēm.