Hangerősítő osztályok

Bizonyára sokan hallották, hogy a modern erősítők különböző osztályokba tartozhatnak. Az akusztikus rendszerektől és a hangtechnikai eszközöktől távol állók azonban nehezen tudják elképzelni, mi rejtőzik a betűjelölések mögött.

Áttekintésünkben részletesebben fogunk beszélni arról, hogy melyek az erősítők osztályai, mik azok, és hogyan válasszuk ki az optimális modellt.

Az erősítő osztálya annak a kimeneti jelnek az értéke, amelyen egy működési ciklus alatt a működési áramkör szinuszos bemeneti jele hajtja, és ennek hatására megváltozik. Az erősítők osztályokba sorolása azon mód linearitási paramétereitől függ, amellyel a kategóriákból érkező jeleket megnövelt pontossággal, meglehetősen csökkentett hatásfokkal teljesen nemlineárisra erősítik. Ebben az esetben a jel hangvisszaadásának pontossága nem olyan nagy, de a hatásfok meglehetősen magas. Az összes többi erősítőosztály egyfajta közbenső modell e két csoport között.

Az erősítők minden osztálya feltételesen két alcsoportra osztható. Az első az A, B, valamint az AB és C osztályú klasszikus vezérelt modelleket tartalmazza. Kategóriájukat a kimenő jel egy bizonyos szakaszában lévő vezetőképességük paramétere határozza meg. Így a beépített tranzisztor működése a kimeneten középen helyezkedik el az "off" és "on" között.

Az eszközök második kategóriájába modernebb modellek tartoznak, amelyeket úgynevezett kapcsolási osztályoknak tekintenek - ezek a D, E, F, valamint a G, S, H és T modellek.

Ezek az erősítők impulzusszélesség-modulációt, valamint digitális áramkört használnak a jel folyamatos átalakítására teljesen kikapcsolt és teljesen bekapcsolt állapot között. Következésképpen a telítési tartományban erőteljes kilépés van.

Részletesebben fogunk beszélni az erősítők különböző osztályairól.

Az A osztályú modellek a legszélesebb körben használatosak tervezésük egyszerűsége miatt. Ez a bemeneti jel torzításának számos paraméterének köszönhető, és ennek megfelelően a kiváló hangminőségnek az összes többi kategóriájú erősítőkhöz képest. Az ebbe a kategóriába tartozó modelleket a többihez képest nagy linearitás jellemzi.

Az A osztályú erősítők általában a tranzisztorok egyetlen változatát használják munkájuk során. A jel két felét az alap emitter konfigurációhoz köti, így a germánium tranzisztor változatlanul áthalad rajta akkor is, ha nincs fázisjel. Ez azt jelenti, hogy a kimeneten a fokozat nem megy át teljesen a jellevágási és telítési tartományba. Saját eltolási pontja van hozzávetőleg a terhelési vonal közepén. Ez a szerkezet arra a tényre vezet, hogy a tranzisztor egyszerűen nem aktiválódik - ez az egyik alapvető hátránya.

Mivel az A osztályú eszközök egyvégűek, és az összes megadott görbe lineáris zónájában működnek, egy kimeneti eszköz teljes 360 fokon halad át, ebben az esetben az A kategóriájú eszköz teljes mértékben megfelel az áramforrásnak.

Mivel az ebbe a kategóriába tartozó erősítők, mint már említettük, az ultralineáris tartományban működnek, a DC előfeszítést helyesen kell beállítani. - ez biztosítja a megfelelő működést, és 24 watt teljesítményű hangfolyamot ad. Mivel azonban a kimeneti eszköz mindig kikapcsolt állapotban van, folyamatosan vezeti az áramot, és ez megteremti a feltételeket az állandó teljesítményveszteséghez a teljes szerkezetben. Ez a tulajdonság nagy mennyiségű hő felszabadulásához vezet, miközben hatásfokuk meglehetősen alacsony - nem haladja meg a 40%-ot, ami miatt nem praktikusak, ha valamilyen erős akusztikai rendszerről van szó. Kívül, a telepítés megnövekedett üresjárati árama miatt a tápegységnek megfelelő méretűnek és lehetőség szerint szűrtnek kell lennie, különben nem kerülhető el az erősítő hangja és a külső zümmögés. Ezek a hiányosságok késztették a gyártókat arra, hogy tovább dolgozzanak egy hatékonyabb kategóriájú erősítőkön.

A B osztályú erősítőket a gyártók az előző kategóriához kapcsolódó alacsony hatásfok és túlmelegedési problémák megoldására tervezték. Munkájuk során a B kategóriás modellek egy pár kiegészítő, általában bipoláris tranzisztort használnak. Különbségük abban rejlik, hogy a kimeneti front a jel mindkét felére push-pull áramkör szerint épül fel, így minden tranzisztoros eszköz csak a kimenő jel felének az erősítését biztosítja.

Az ilyen osztályú erősítőkben nincs alapvető DC szintű előfeszítő áram, mivel nyugalmi árama nulla, ezért a DC teljesítmény paraméterek általában kicsik. Ennek megfelelően hatékonysága jóval magasabb, mint az A készülékeké. Ugyanakkor ha a jel pozitív, a pozitív előfeszítésű tranzisztor hajtja, míg a negatív kikapcsolva marad. Hasonlóképpen, abban a pillanatban, amikor a bemeneti jel negatívvá válik, a pozitív kikapcsolódik, és a negatív előfeszítésű tranzisztor éppen ellenkezőleg, aktiválódik, és a jel negatív felét adja. Ennek eredményeként a tranzisztor működése során 1/2 ciklust tölt csak a bejövő jel pozitív vagy negatív félciklusában.

Ez a push-pull kialakítás körülbelül 45-60%-kal hatékonyabb, mint az A osztályú erősítők. Az ilyen típusú modellekkel az a probléma, hogy jelentős torzítást okoznak az audiojel áthaladásakor a -0,7 V és +0,7 V közötti bemeneti feszültségek folyosójában lévő tranzisztorok "holt zónája" miatt. .

A fizika tantárgyból mindenki tudja, hogy az alapkibocsátónak körülbelül 0,7 V feszültséget kell biztosítania ahhoz, hogy a bipoláris tranzisztor elkezdje a teljes bekötést. Amíg ez a feszültség nem haladja meg ezt a jelet, a kimeneti tranzisztor nem mozdul bekapcsolt helyzetbe. Ez azt jelenti, hogy a 0,7 V-os folyosóra érkező jel fele pontatlanul reprodukálódik. Következésképpen ez gyakorlatilag alkalmatlanná teszi a B kategóriás eszközöket precíziós akusztikai berendezésekben való használatra.

Mert ezen torzulások leküzdésére létrehozták az úgynevezett AB osztályú kompromisszumos eszközöket.

Ez a modell egyfajta A és B kategóriájú tandem kialakítás. Ma az AB típusú erősítők az egyik leggyakoribb tervezési lehetőség. Működési elvüket tekintve kicsit olyanok, mint a B kategóriás termékek, azzal az eltéréssel, hogy mindkét tranzisztoros eszköz egyszerre tud jelet vezetni az oszcillogramok metszéspontja közelében. Ez teljesen kiküszöböli a korábbi B csoportú erősítő összes jeltorzítási problémáját.A különbség az, hogy egy pár tranzisztor előfeszítési feszültsége meglehetősen alacsony, jellemzően a nyugalmi áram 5-10%-a. Ebben az esetben a vezető eszköz hosszabb ideig marad bekapcsolva, mint egy félciklus ideje, ugyanakkor sokkal kevesebb, mint a bemeneti jel teljes ciklusa.

Ezt nyugodtan kijelenthetjük az AB típusú készüléket kiváló kompromisszumnak tekintik az A és B osztályú modellek között a hatékonyság és a linearitás tekintetében.és miközben az audiojel átalakítási hatékonysága körülbelül 50%.

A C-osztályú egységek kialakítása maximális hatásfokú, ugyanakkor az összes többi kategóriához képest meglehetősen gyenge linearitású. A C-osztályú erősítő elég észrevehetően előfeszített, így a bemeneti áram nullára megy, és ott is marad a bejövő jel több mint 1/2 ciklusáig. Ebben az időben a tranzisztor készenléti üzemmódban van, hogy kikapcsolja.

Ezek a tervezési jellemzők lehetetlenné teszik az erősítők használatát hangszórórendszerekben. Általában ezek a modellek megtalálták a felhasználási területüket a nagyfrekvenciás generátorokban, valamint a rádiófrekvenciás erősítők bizonyos változataiban, ahol a kimeneten kibocsátott áramimpulzusok egy adott frekvenciájú szinuszos hullámokká alakulnak.

A D kategóriájú erősítő a kétcsatornás nemlineáris impulzus modellekre vonatkozik, ezeket PWM erősítőknek is nevezik.

Az audiorendszerek túlnyomó többségében a kimeneti fokozatok A vagy AB osztályúak. A D csoportba tartozó integrált erősítőkben a vonali bemenetek teljesítménydisszipációja jelentős még azok maximális teljes, majdnem ideális megvalósítása esetén is. Ez jelentős előnyt biztosít a D-osztályú modelleknek a legtöbb alkalmazási területen a minimális hőtermelés, az eszköz kisebb súlya és méretei, és ennek megfelelően a termékek alacsonyabb költsége miatt, miközben az ilyen modellek akkumulátorának élettartama megnövekedett az ilyen modellekhez képest. egyéb tervek.

F osztályú erősítő. Ezek a modellek fokozott hatékonyságot biztosítanak, hatásfokuk körülbelül 90%.

G osztályú erősítő. Ez az erősítő valójában az AB osztályú TDA alapegység fejlett, nagy linearitású kialakítása. Az ebbe a kategóriába tartozó modellek a bejövő jel paramétereinek változása esetén automatikusan tudnak váltani a különböző tápvezetékek között. Az ilyen kapcsolás jelentősen csökkenti az energiafogyasztást, és ennek megfelelően csökkenti a hőveszteség okozta energiafogyasztást.

I. osztályú erősítő. Az ilyen modellek néhány további kimeneti eszközzel rendelkeznek. Bekapcsolás előtt push-pull konfigurációban helyezkednek el. Az első készülék a jel pozitív részét kapcsolja, a második pedig a negatív rész kapcsolásáért felel, hasonlóan a B kategóriás erősítőkhöz.Ha a bemeneten nincs hangjel, vagy a jel eléri a nulla keresztezési pontot, a A kapcsoló mechanizmus a főciklussal egy időben kapcsol be és ki.

S osztályú erősítő. Az erősítők ezen osztálya a nemlineáris kapcsolómechanizmusok közé tartozik. Munkájukat tekintve némileg hasonlítanak a D kategóriájú erősítőkhöz. Az ilyen erősítő az analóg bemeneti jeleket digitáliská alakítja, sokszorosára erősítve azokat. Így a kimeneti teljesítmény növelése érdekében általában a kapcsolókészülék digitális jele vagy teljesen be van kapcsolva, vagy teljesen ki van kapcsolva, így az ilyen készülékek hatásfoka 100% lehet.

T osztályú erősítő. Egy másik lehetőség digitális erősítőhöz. Manapság az ilyen modellek egyre népszerűbbek a bejövő jel digitális feldolgozását lehetővé tevő mikroáramkörök, valamint a beépített többcsatornás 3D hangerősítők miatt. Ezt a hatást egy olyan kialakítás biztosítja, amely lehetővé teszi az analóg jelek magasabb szintű digitális típusú PWM hangokká alakítását. A C osztályú készülékek kialakítása egyesíti az AV kategóriához hasonló alacsony torzítású jel jellemzőit, miközben a hatékonyságot a D osztályú modellek szintjén tartja.

Először nézzük meg, hogyan működik az erősítő elvileg. Biztosan meg fogsz lepődni, de valójában a gyári erősítő nem erősít semmit. Valójában, működési mechanizmusa a legegyszerűbb daru működéséhez hasonlít: elcsavarja a fogantyút, és a víz a vízellátásból ömleni kezd, erősebben vagy gyengébben, és ha elcsavarja, az áramlás elakad. Az erősítőkben minden folyamat ugyanúgy megy végbe. A nagy teljesítményű tápegység modulból áram folyik át a készülékhez csatlakoztatott hangszórón. Ebben az esetben a csap funkcióját tranzisztorok veszik át - a kimeneten zárásuk és nyitásuk mértékét az erősítőhöz továbbító jel szabályozza. Abból, hogy ez a daru pontosan hogyan működik, azaz hogyan működnek a kimeneti tranzisztorok, és az erősítők osztálya határozza meg.

Ha AB-eszközökről beszélünk, akkor a bennük lévő tranzisztoroknak az a kellemetlen tulajdonságuk lehet, hogy a hozzájuk érkező jelekhez képest aránytalanul nyitnak és zárnak. Így munkájuk változatlan marad. Visszatérve a csaptelep analógiájára - elfordíthatja a csap fogantyúját, de a víz először gyengén fog folyni, majd hirtelen az áramlás hirtelen megnő.

Emiatt Az AB kategóriájú tranzisztorokat akkor is kissé nyitott állapotban kell tartani, ha nincs jel. Erre azért van szükség, hogy azonnal elkezdjenek dolgozni, és ne várják meg, amíg a jel elér egy bizonyos szintet - csak ebben az esetben az erősítő minimális torzítással képes reprodukálni a hangot. A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy a hasznos energia egy része elpazarol. Képzeld csak el, hogy a lakásban lévő összes vízcsapot megnyitod, és folyamatosan kifolyik belőlük egy kis vízcsepp. Ennek eredményeként az ilyen modellek hatékonysága nem haladja meg az 50-70%-ot, az AV osztályú erősítők fő hátránya az alacsony hatásfok.

Ha a D-osztályú eszközökről beszélünk, akkor működési elve teljesen azonos: saját kimeneti tranzisztorokkal rendelkeznek, amelyek be- és kikapcsolhatnak. Így az áram áthaladása a hozzájuk csatlakoztatott hangszórókon szabályozott, de a jel már szabályozza a nyitásukat, amely konfigurációja szerint nagyon távol áll a bejövőtől.

Így kerül a jel a D osztályú eszközök kimeneti tranzisztorába. Ebben az esetben teljesen más módon működnek: vagy teljesen bezáródnak, vagy köztes értékek nélkül nyílnak meg. Ez azt jelenti, hogy az ilyen modellek hatékonysága közel 100% lehet.

Természetesen túl korai ilyen jeleket küldeni az audiorendszereknek, először vissza kell térnie a normál konfigurációhoz. Ez történhet egy kimeneti induktor, valamint egy kondenzátor segítségével - ezek feldolgozása után a kimeneten egy erősített jel keletkezik, amely alakjában teljesen megismétli a bemeneti jelet. Ő az, aki átadódik a beszélőknek.

A D-osztályú készülékek fő előnye a megnövekedett hatékonyság. és ennek megfelelően kíméletesebb energiafogyasztás

Sokáig azt hitték kiváló minőségű hangszórórendszerek csatlakoztatásához az AB erősítők jelentik az optimális megoldást... A D kategóriájú modellek a bejövő jelet csökkentett frekvenciájú impulzusjellé alakították át, ennek eredményeként csak mélynyomó módban adott jó hangot.Napjainkban nagyot lépett előre a technika, és ma már vannak olyan nagy sebességű tranzisztorok, amelyek szinte azonnal nyitnak és zárnak is, elég sok D-osztályú szélessávú készülék van a boltokban.

Ezeket a modelleket nem csak mélynyomókkal, hanem minden típusú modern hangsugárzórendszerrel is használhatók. Azoknál a lehetőségeknél, ahol nincs szükség nagy teljesítményre, érdemes egy meglehetősen kompakt erősítőt vásárolni.

Így, ha van elég hely a hangszóró csatlakoztatásához, akkor választhat egy AV-osztályú modellt. Több évtizedes fennállása óta ezeknek a modelleknek az áramköre jól fejlett, meglehetősen jó hangminőséget adnak, meghibásodás esetén pedig könnyedén megjavíthatja őket a legközelebbi szervizben.

Ha a hangszerelés helye korlátozott, akkor érdemes közelebbről megvizsgálni a D csoport szélessávú modelljeit. Az AV-osztályú termékekkel megegyező teljesítményparaméterekkel jóval kisebbek és könnyebbek, ráadásul kevésbé melegszenek, sőt egyes modellek a legkisebb zavarással akár titokban is beépítik őket.

A mélysugárzók csatlakoztatásához a D-osztály adja a maximális előnyt, hiszen a basszus hangblokk a leginkább energiaigényes frekvenciatartomány - ebben az esetben a termék hatékonysága alapvető fontosságú, és ebben egyszerűen nincs versenytársa a D-osztályú termékeknek.

Ebben a videóban tisztábban ismerkedhet meg a hangerősítők osztályaival.