Cursuri de amplificatoare audio

Cu siguranță mulți au auzit că amplificatoarele moderne pot aparține unor clase diferite. Cu toate acestea, oamenii care sunt departe de sistemele acustice și de caracteristicile tehnice ale echipamentelor de sunet cu greu își pot imagina ce se ascunde în spatele denumirilor de litere.

În recenzia noastră, vom vorbi mai detaliat despre care sunt clasele de amplificatoare, ce sunt acestea și cum să alegem modelul optim.

Clasa amplificatorului este valoarea semnalului de ieșire la care este condus de semnalul sinusoidal de intrare în circuitul funcțional în timpul unui ciclu de funcționare și se modifică ca urmare a acestei influențe. Clasificarea amplificatoarelor în clase depinde de parametrii de liniaritate ai modului utilizat pentru amplificarea semnalelor de intrare din categorii cu precizie sporită cu eficiență destul de redusă la complet neliniară. În acest caz, acuratețea reproducerii sunetului a semnalului nu este atât de mare, dar eficiența este destul de mare. Toate celelalte clase de amplificatoare sunt un fel de modele intermediare între aceste două grupuri.

Toate clasele de amplificatoare pot fi împărțite condiționat în două subgrupe. Primul include modelele clasice gestionate din clasele A, B, precum și AB și C. Categoria lor este determinată de parametrul conductivității lor într-o anumită secțiune a semnalului de ieșire. Astfel, funcționarea tranzistorului încorporat la ieșire este situată la mijloc între „oprit” și „pornit”.

A doua categorie de dispozitive include modele mai moderne, care sunt considerate așa-numitele clase de comutare - acestea sunt modelele D, E, F, precum și G, S, H și T.

Aceste amplificatoare folosesc modularea lățimii impulsului, precum și circuite digitale pentru a converti continuu semnalul între complet oprit și complet pornit. În consecință, există o ieșire puternică în regiunea de saturație.

Vom vorbi mai detaliat despre diferite clase de amplificatoare.

Modelele de clasa A sunt cele mai utilizate pe scară largă datorită simplității designului lor. Acest lucru se datorează mai multor parametri ai distorsiunii semnalului de intrare și, în consecință, calității ridicate a sunetului în comparație cu toate celelalte categorii de amplificatoare. Modelele din această categorie se caracterizează printr-o liniaritate ridicată în comparație cu altele.

De obicei, amplificatoarele de clasa A folosesc o singură versiune de tranzistori în activitatea lor. Este conectat la configurația de bază a emițătorului pentru cele două jumătăți ale semnalului, astfel încât tranzistorul cu germaniu va trece invariabil prin el chiar dacă nu există semnal de fază. Aceasta înseamnă că la ieșire, etapa nu va trece complet în regiunea de tăiere a semnalului și de saturație. Are propriul punct de compensare aproximativ în centrul liniei de sarcină. Această structură duce la faptul că tranzistorul pur și simplu nu se activează - acesta este considerat unul dintre dezavantajele sale de bază.

Deoarece dispozitivele din clasa A sunt cu un singur capăt și funcționează în zona liniară a tuturor curbelor specificate, un dispozitiv de ieșire trece printr-o 360 de grade, caz în care dispozitivul de categoria A corespunde pe deplin sursei de curent.

Deoarece amplificatoarele din această categorie funcționează, așa cum am spus deja, în regiunea ultra-liniară, polarizarea DC trebuie setată corect. - acest lucru va asigura o funcționare corectă și va oferi un flux de sunet cu o putere de 24 de wați. Cu toate acestea, datorită faptului că dispozitivul de ieșire este întotdeauna în starea oprită, conduce continuu curentul, iar acest lucru creează condiții pentru o pierdere constantă de putere în întreaga structură. Această caracteristică duce la eliberarea unei cantități mari de căldură, în timp ce eficiența lor este destul de scăzută - nu depășește 40%, ceea ce le face nepractice atunci când vine vorba de un fel de sisteme acustice puternice. In afara de asta, datorita curentului in gol crescut al instalatiei, sursa de alimentare trebuie sa aiba dimensiunile corespunzatoare si sa fie filtrata pe cat posibil, altfel nu se pot evita sunetul amplificatorului si zumzetul tertilor. Aceste neajunsuri au determinat producătorii să continue să lucreze la amplificatoare într-o categorie mai eficientă.

Amplificatoarele de clasa B au fost proiectate de producători pentru a aborda problemele de eficiență scăzută și supraîncălzire asociate cu categoria anterioară. În munca lor, modelele de categoria B folosesc o pereche de tranzistoare suplimentare, de obicei bipolare. Diferența lor este că pentru ambele jumătăți ale semnalului, frontul de ieșire este construit conform unui circuit push-pull, astfel încât fiecare dispozitiv tranzistor asigură amplificarea doar a jumătate din semnalul de ieșire.

În amplificatoarele din această clasă nu există curent de polarizare de nivel de bază, deoarece curentul său de repaus este zero, prin urmare parametrii de putere CC sunt de obicei mici. În consecință, eficiența sa este mult mai mare decât cea a dispozitivelor A. În același timp când semnalul este pozitiv, tranzistorul polarizat pozitiv îl conduce, în timp ce negativul rămâne oprit. În mod similar, în momentul în care semnalul de intrare devine negativ, pozitivul este oprit, iar tranzistorul polarizat negativ, dimpotrivă, este activat și oferă jumătatea negativă a semnalului. Ca urmare, tranzistorul, în timpul funcționării sale, petrece 1/2 ciclu numai în semiciclul pozitiv sau negativ al semnalului de intrare.

Acest design push-pull este cu aproximativ 45-60% mai eficient decât amplificatoarele din clasa A. Problemele cu modelele de acest tip sunt că dau o distorsiune semnificativă în momentul trecerii semnalului audio din cauza „zonei moarte” a tranzistorilor din coridorul tensiunilor de intrare cu valori de la -0,7 V la +0,7 V. .

După cum știe toată lumea de la cursul de fizică, emițătorul de bază trebuie să furnizeze o tensiune de aproximativ 0,7 V pentru ca tranzistorul bipolar să înceapă cablarea completă. Atâta timp cât această tensiune nu depășește acest semn, tranzistorul de ieșire nu se va muta în poziția pornit. Aceasta înseamnă că jumătate din semnalul care intră în coridorul de 0,7 V va începe să fie reprodus incorect. În consecință, acest lucru face ca dispozitivele de Categoria B să nu fie practic adecvate pentru utilizarea în instalații acustice de precizie.

Pentru pentru a depăși aceste distorsiuni, au fost create așa-numitele dispozitive de compromis clasa AB.

Acest model este un fel de design tandem din categoria A și categoria B. Astăzi, amplificatoarele de tip AB sunt considerate una dintre cele mai comune opțiuni de proiectare. Prin principiul funcționării lor, sunt un pic ca produsele din categoria B, cu singura excepție că ambele dispozitive cu tranzistori pot conduce un semnal în același timp în apropierea punctului de intersecție al oscilogramelor. Acest lucru elimină complet toate problemele de distorsiune a semnalului ale amplificatorului anterior din Grupa B.Diferența este că o pereche de tranzistoare are o tensiune de polarizare destul de scăzută, de obicei 5 până la 10% din curentul de repaus. În acest caz, dispozitivul conducător rămâne pornit mai mult decât timpul unui semiciclu, dar, în același timp, este mult mai mic decât ciclul complet al semnalului de intrare.

Este sigur să spunem că dispozitivul de tip AB este considerat un compromis excelent între modelele Clasa A și Clasa B în ceea ce privește eficiența și liniaritatea.și, în timp ce eficiența de conversie a semnalului audio este de aproximativ 50%.

Designul unităților din clasa C are o eficiență maximă, dar în același timp o liniaritate destul de slabă în comparație cu toate celelalte categorii. Amplificatorul de clasă C este destul de sensibil polarizat, astfel încât curentul de intrare ajunge la zero și rămâne acolo pentru mai mult de 1/2 ciclu din semnalul de intrare. În acest moment, tranzistorul este în modul standby pentru a-l opri.

Aceste caracteristici de design fac imposibilă utilizarea amplificatoarelor în sistemele de difuzoare. De regulă, aceste modele și-au găsit domeniul de utilizare în generatoarele de înaltă frecvență, precum și în anumite versiuni de amplificatoare de radiofrecvență, unde impulsurile de curent emise la ieșire sunt convertite în unde sinusoidale de o anumită frecvență.

Amplificatorul din categoria D se referă la modele cu impulsuri neliniare cu două canale, acestea fiind numite și amplificatoare PWM.

În marea majoritate a sistemelor audio, etapele de ieșire funcționează fie în clasa A, fie în clasa AB. În amplificatoarele integrate din grupa D, puterea disipată a intrărilor de linie este semnificativă chiar și în cazul implementării lor maxime complete, aproape ideale. Acest lucru conferă modelelor din clasa D un avantaj semnificativ în majoritatea domeniilor de aplicare datorită generării minime de căldură, greutății și dimensiunilor reduse ale dispozitivului și, în consecință, costului redus al produselor, în timp ce durata de viață a bateriei la astfel de modele este crescută în comparație cu modelele de alte modele.

Amplificator clasa F. Aceste modele oferă o eficiență sporită, eficiența lor este de aproximativ 90%.

Amplificator clasa G. Acest amplificator este, de fapt, un design îmbunătățit de liniaritate ridicată al dispozitivului de bază din clasa AB de pe TDA. Modelele din această categorie pot comuta automat între diferite linii de alimentare în cazul unei modificări a parametrilor semnalului de intrare. O astfel de comutare reduce semnificativ consumul de energie și, în consecință, reduce consumul de energie cauzat de pierderea de căldură.

Amplificator clasa I. Astfel de modele au câteva seturi de dispozitive de ieșire suplimentare. Înainte de pornire, acestea sunt amplasate într-o configurație push-pull. Primul dispozitiv comută partea pozitivă a semnalului, iar al doilea este responsabil de comutarea părții negative, ca și amplificatoarele din categoria B. În absența unui semnal audio la intrare sau dacă semnalul ajunge la punctul de trecere cu zero, mecanismul de comutare se pornește și se oprește în același timp cu ciclul principal.

Amplificator clasa S. Această clasă de amplificatoare este clasificată ca un mecanism de comutare neliniar. Prin mecanismul muncii lor, ele sunt oarecum asemănătoare cu amplificatoarele din categoria D. Un astfel de amplificator convertește semnalele analogice de intrare în cele digitale, amplificându-le de mai multe ori. Astfel, pentru a crește puterea de ieșire, de obicei semnalul digital al dispozitivului de comutare este fie complet pornit, fie complet oprit, astfel încât eficiența unor astfel de dispozitive poate fi de 100%.

Amplificator clasa T. O altă opțiune pentru un amplificator digital. Astăzi, astfel de modele câștigă din ce în ce mai multă popularitate datorită prezenței microcircuitelor care permit procesarea digitală a semnalului de intrare, precum și amplificatoarelor de sunet 3D multicanal încorporate. Acest efect este oferit de un design care permite ca semnalele analogice să fie convertite în sunete digitale PWM mai mari. Designul dispozitivelor de Clasa C combină caracteristicile unui semnal cu distorsiune scăzută similar cu categoria AV, menținând în același timp eficiența la nivelul modelelor de Clasa D.

În primul rând, să ne oprim asupra modului în care funcționează în principiu amplificatorul. Cu siguranță vei fi surprins, dar de fapt amplificatorul din fabrică nu amplifică nimic. De fapt, mecanismul funcționării sale seamănă cu funcționarea celei mai simple macarale: răsuciți mânerul și începe să curgă apa de la alimentarea cu apă, mai puternică sau mai slabă, iar dacă o răsuciți, fluxul se va bloca. În amplificatoare, toate procesele au loc în același mod. De la modulul puternic de alimentare, curentul trece prin difuzorul conectat la dispozitiv. În acest caz, funcția robinetului este preluată de tranzistori - la ieșire, gradul de închidere și deschidere a acestora este controlat de semnalul care trece la amplificator. Din modul exact în care funcționează această macara, adică cum funcționează tranzistoarele de ieșire și se determină clasa amplificatoarelor.

Dacă vorbim despre dispozitive AB, atunci tranzistorii din ele pot avea proprietatea neplăcută de a se deschide și închide în mod disproporționat față de semnalele care ajung la ele. Astfel, munca lor devine neschimbată. Revenind la analogia cu robinetul - puteți întoarce mânerul robinetului, dar apa va curge slab la început, iar apoi brusc debitul va crește brusc.

Din acest motiv tranzistoarele din categoria AB trebuie menținute într-o stare ușor deschisă chiar dacă nu există semnal. Acest lucru este necesar pentru ca acestea să înceapă să funcționeze imediat și să nu aștepte până când semnalul atinge un anumit nivel - numai în acest caz amplificatorul va putea reproduce sunetul cu o distorsiune minimă. În practică, aceasta înseamnă că o parte din energia utilă este irosită. Doar imaginați-vă că deschideți toate robinetele de apă din apartament și un mic flux de apă va curge continuu din ele. Ca urmare, eficiența unor astfel de modele nu depășește 50-70%, eficiența scăzută este principalul dezavantaj al amplificatoarelor din clasa AV.

Dacă vorbim despre dispozitive din clasa D, atunci principiul funcționării lor este absolut același: au propriile lor tranzistoare de ieșire care se pot porni și opri. Astfel, trecerea curentului prin difuzoarele conectate la acestea este reglată, dar semnalul controlează deja deschiderea acestora, care prin configurația sa este foarte departe de cea de intrare.

Acesta este modul în care semnalul este alimentat la tranzistoarele de ieșire ale dispozitivelor din clasa D. În acest caz, ele vor funcționa complet diferit: fie se închid complet, fie se deschid fără valori intermediare. Aceasta înseamnă că eficiența unor astfel de modele poate fi aproape de 100%.

Desigur, este prea devreme pentru a trimite astfel de semnale către sistemele audio, mai întâi ar trebui să revină la configurația standard. Acest lucru se poate face prin intermediul unui choke de ieșire, precum și al unui condensator - după procesarea lor, la ieșire se formează un semnal amplificat, care repetă complet semnalul de intrare în forma sa. El este cel care este transmis celor care vorbesc.

Principalul avantaj al dispozitivelor din clasa D este eficienta crescuta. și, în consecință, un consum de energie mai blând

Multă vreme s-a crezut că pentru conectarea sistemelor de difuzoare de înaltă calitate, amplificatoarele AB vor fi soluția optimă... Modelele din categoria D au oferit conversia semnalului de intrare într-un semnal pulsat cu o frecvență redusă, ca urmare, a dat un sunet bun doar în modul subwoofer.În zilele noastre, tehnologia a făcut un mare pas înainte, iar astăzi există deja tranzistori de mare viteză care se pot deschide și, de asemenea, se pot închide aproape instantaneu, există destul de multe dispozitive de bandă largă de clasa D în magazine.

Aceste modele sunt destinate utilizării nu numai cu subwoofere, ci și cu sisteme moderne de difuzoare de toate tipurile. Pentru acele opțiuni în care nu este necesară o putere mare, este logic să achiziționați un amplificator destul de compact.

Astfel, dacă aveți suficient spațiu pentru a conecta difuzorul, atunci puteți alege un model de clasă AV. De câteva decenii de existență, circuitele acestor modele sunt bine dezvoltate, oferă o calitate a sunetului destul de bună, iar în cazul unei avarii, le puteți repara cu ușurință la cel mai apropiat centru de service.

Dacă zona pentru instalarea sunetului este limitată, atunci ar trebui să aruncați o privire mai atentă la modelele cu bandă largă din grupul D. Cu aceiași parametri de putere ca și produsele din clasa AV, sunt mult mai mici și mai ușoare, în plus, se încălzesc mai puțin, iar unele modele permit chiar să fie instalate în secret cu cea mai mică interferență.

Pentru conectarea subwooferelor, clasa D stabilește avantajul maxim, deoarece blocul de tonuri de bas este gama de frecvență cea mai consumatoare de energie - în acest caz, eficiența produsului este de o importanță fundamentală și în acest sens pur și simplu nu există concurenți pentru produsele din clasa D.

În acest videoclip, vă puteți familiariza mai clar cu clasele de amplificatoare de sunet.