Класове звукови усилватели: класификация - D, A, B, C, AB и други. Ултралинейна и цифрова. Кой клас е по -добър?

2024 Автор: Beatrice Philips | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 05:26

Със сигурност много са чували, че съвременните усилватели могат да принадлежат към различни класове. Хората, които са далеч от акустичните системи и техническите характеристики на звуковото оборудване, трудно могат да си представят какво се крие зад буквените обозначения.

В нашия преглед ще говорим по -подробно за това какви са класовете усилватели, какви са те и как да изберем оптималния модел.

Класификация

Класът на усилвателя е стойността на изходния сигнал, при който той се задвижва от синусоидалния входен сигнал във функционалната верига по време на един работен цикъл и се променя в резултат на това влияние. Класификацията на усилвателите в класове зависи от параметрите на линейност на режима, използван за усилване на входящите сигнали от категории с повишена точност с доста намалена ефективност до напълно нелинейна . В този случай точността на възпроизвеждане на звука на сигнала не е толкова голяма, но ефективността е доста висока. Всички други класове усилватели са някакви междинни модели между тези две групи.

Първа група

Всички класове усилватели могат условно да бъдат разделени на две подгрупи. Първият включва класическите контролирани модели от класове A, B, както и AB и C . Тяхната категория се определя от параметъра на тяхната проводимост в определен участък от изходния сигнал. По този начин работата на вградения транзистор на изхода е разположена в средата между "изключено" и "включено".

Втора група

Втората категория устройства включва по -модерни модели, които се считат за така наречените класове на превключване - това са модели D, E, F, както и G, S, H и T.

Тези усилватели използват широтно -импулсна модулация, както и цифрова схема за непрекъснато преобразуване на сигнала между напълно изключен и напълно включен . В резултат на това има мощен изход в областта на насищане.

Описание на популярните класове

Ще говорим за различни класове усилватели по -подробно.

НО

Моделите от клас А са най -широко използвани поради простотата на дизайна. Това се дължи на няколко параметъра на изкривяване на входния сигнал и съответно на високото качество на звука в сравнение с всички други категории усилватели. Моделите от тази категория се характеризират с висока линейност в сравнение с други.

Обикновено усилвателите от клас А използват една версия на транзистори в работата си . Той е свързан с основната конфигурация на излъчвателя за двете половини на сигнала, така че германиевият транзистор неизменно ще премине през него, дори ако няма фазов сигнал. Това означава, че на изхода етапът няма да премине напълно в областта на прекъсване и насищане на сигнала. Той има своя собствена точка на отместване приблизително в центъра на товарната линия. Тази структура води до факта, че транзисторът просто не се активира - това се счита за един от основните му недостатъци.

За да може дадено устройство да бъде класифицирано като принадлежащо към този клас, нулевият ток на празен ход в изходния етап трябва да бъде равен или дори да надвишава границата на тока на натоварване, за да се осигури максимален изходен сигнал.

Тъй като устройствата от клас А са единични и работят в линейната зона на всички посочени криви, едно изходно устройство преминава през пълни 360 градуса, като в този случай устройството от категория А напълно съответства на текущия източник.

Тъй като усилвателите от тази категория работят, както вече казахме, в ултралинейната област, DC отклонението трябва да бъде настроено правилно .- това ще осигури правилна работа и ще даде звуков поток с мощност 24 вата. Поради факта, че изходното устройство винаги е в изключено състояние, то непрекъснато провежда ток и това създава условия за постоянна загуба на мощност в цялата структура. Тази функция води до отделяне на голямо количество топлина, докато ефективността им е доста ниска - по -малко от 40%, което ги прави непрактични, когато става въпрос за някакъв вид мощни акустични системи. Освен това, поради увеличения ток на празен ход на инсталацията, захранването трябва да има подходящите размери и да се филтрира максимално, в противен случай звукът от усилвателя и бръмченето на трети страни не могат да бъдат избегнати . Именно тези недостатъци накараха производителите да продължат да работят върху усилватели в по -ефективна категория.

IN

Усилвателите от клас B са проектирани от производителите за справяне с проблемите с ниската ефективност и прегряването, свързани с предишната категория. В своята работа моделите от категория В използват чифт допълнителни транзистори, обикновено биполярни . Тяхната разлика е, че и за двете половини на сигнала изходният фронт е изграден съгласно push-pull схема, така че всяко транзисторно устройство осигурява усилване само на половината от изходния сигнал.

В усилвателите от този клас няма основен ток на отклонение на DC ниво, тъй като токът му в покой е нула, поради което параметрите на DC мощността обикновено са малки. Съответно ефективността му е много по -висока от тази на устройства А. В същото време когато сигналът е положителен, транзисторът с положително отклонение го задвижва, докато отрицателният остава изключен . По същия начин, в момента, когато входният сигнал стане отрицателен, положителният се изключва, а отрицателно отклоненият транзистор, напротив, се активира и осигурява отрицателната половина на сигнала. В резултат на това транзисторът по време на своята работа прекарва 1/2 цикъл само в положителния или отрицателния полупериод на входящия сигнал.

Съответно, всяко транзисторно устройство от тази категория може да премине само през част от изходния сигнал, докато е в ясно редуване.

Този push-pull дизайн е с около 45-60% по-ефективен от усилвателите от клас А. Проблемите с моделите от този тип са, че те дават значителни изкривявания по време на преминаването на аудио сигнала поради "мъртвата зона" на транзисторите в коридора на входните напрежения със стойности от -0,7 V до +0,7 V.

Както всеки знае от курса по физика, базовият излъчвател трябва да даде напрежение от около 0,7 V, за да може биполярният транзистор да започне пълно окабеляване. Докато това напрежение не надвишава тази маркировка, изходният транзистор няма да се премести в включено положение. Това означава, че половината от сигнала, който отива в коридора 0,7 V, ще започне да се възпроизвежда неточно. Следователно това прави устройствата от категория В практически неподходящи за използване в прецизни акустични инсталации.

За това за да се преодолеят тези изкривявания, бяха създадени така наречените компромисни устройства от клас АВ.

AB

Този модел е един вид тандемен дизайн от категория А и категория В. Днес усилвателите тип АВ се считат за една от най -често срещаните опции за проектиране. По принципа на тяхното действие те са малко като продукти от категория В, с единственото изключение, че и двете транзисторни устройства могат да провеждат сигнал едновременно в близост до точката на пресичане на осцилограмите . Това напълно елиминира всички проблеми с изкривяването на сигнала на предишния усилвател от група В. Разликата е, че чифт транзистори имат доста ниско напрежение на отклонение, обикновено 5 до 10% от тока на покой. В този случай проводящото устройство остава включено по-дълго от времето на един полупериод, но в същото време е много по-малко от пълния цикъл на входния сигнал.

Това е безопасно да се каже устройството тип АВ се счита за отличен компромис между моделите от клас А и клас В по отношение на ефективност и линейност .и, докато ефективността на преобразуване на аудио сигнала е приблизително 50%.

С

Дизайнът на агрегатите от клас С има максимална ефективност, но в същото време доста лоша линейност в сравнение с всички останали категории. Усилвателят от клас C е доста забележимо отклонен, така че входният ток отива до нула и остава там за повече от 1/2 цикъл на входящия сигнал . По това време транзисторът е в режим на готовност, за да го изключи.

Тази форма на отклонение на транзистора осигурява най -голяма ефективност на устройството, неговата ефективност е около 80%, но в същото време въвежда доста значителни звукови изкривявания в изходния сигнал.

Тези конструктивни характеристики правят невъзможно използването на усилватели в системи за високоговорители . По правило тези модели са намерили своята област на приложение във високочестотни генератори, както и в някои версии на радиочестотни усилватели, където импулсите на ток, излъчвани на изхода, се преобразуват в синусоидални вълни с дадена честота.

д

Усилвателят от категория D се отнася до двуканални нелинейни импулсни модели, те също се наричат ШИМ усилватели.

В по -голямата част от аудио системите изходните етапи работят в клас А или АВ . В интегрираните усилватели от група D разсейването на мощността на линейните входове е значително дори в случай на тяхното максимално пълно, почти идеално изпълнение. Това дава на моделите от клас D значително предимство в повечето области на приложение поради минималното генериране на топлина, намаленото тегло и размери на устройството и съответно намалената цена на продуктите, докато животът на батерията в такива модели се увеличава в сравнение с моделите на други дизайни.

По правило това са модели с високо напрежение, те са предназначени за платка от 10 000 вата.

Други

Усилвател клас F . Тези модели осигуряват повишена ефективност, тяхната ефективност е около 90%.

Усилвател клас G . Този усилвател всъщност е подобрен дизайн с висока линейност на устройството от основен клас AB на TDA. Моделите от тази категория могат автоматично да превключват между различни електропроводи в случай на промяна в параметрите на входящия сигнал. Такова превключване значително намалява консумацията на енергия и съответно намалява консумацията на енергия, причинена от топлинни загуби.

Усилвател клас I . Такива модели имат няколко комплекта допълнителни изходни устройства. Преди да се включат, те се намират в конфигурация push-pull. Първото устройство превключва положителната част на сигнала, а второто е отговорно за превключването на отрицателната част, подобно на усилватели от категория В. При липса на аудио сигнал на входа или ако сигналът достигне нулевата точка на пресичане, превключващият механизъм се включва и изключва едновременно с основния цикъл.

Усилвател клас S . Този клас усилватели е класифициран като нелинеен комутационен механизъм. По отношение на механизма си на работа те са донякъде подобни на усилватели от категория D. Такъв усилвател преобразува аналоговите входни сигнали в цифрови, като ги усилва многократно. По този начин, за да се увеличи изходната мощност, обикновено цифровият сигнал на превключващото устройство е или напълно включен, или напълно изключен, така че ефективността на такива устройства може да бъде 100%.

Усилвател клас Т . Друг вариант за цифров усилвател. Днес такива модели набират все по-голяма популярност поради наличието на микросхеми, които позволяват цифрова обработка на входящия сигнал, както и вградени многоканални 3D звукови усилватели. Този ефект се осигурява от дизайн, който позволява аналоговите сигнали да бъдат преобразувани в по -високи цифрови ШИМ звуци. Дизайнът на устройствата от клас C съчетава характеристиките на сигнал с ниско изкривяване, подобен на AV категорията, като същевременно поддържа ефективност на нивото на моделите от клас D.

Как да се определи?

Като начало, нека се спрем на това как усилвателят работи по принцип. Със сигурност ще се изненадате, но всъщност фабричният усилвател не усилва нищо. Всъщност, механизмът на неговата работа прилича на работата на най -простия кран: завъртате дръжката и водата от водопровода започва да се излива, по -силна или по -слаба, а ако я завъртите, потокът ще бъде блокиран. В усилвателите всички процеси протичат по един и същи начин. От мощния захранващ модул, токът преминава през високоговорителя, свързан към устройството. В този случай функцията на крана се поема от транзистори - на изхода степента на тяхното затваряне и отваряне се контролира от сигнала, който преминава към усилвателя. От това как точно функционира този кран, тоест как работят изходните транзистори и се определя класът на усилвателите.

Ако говорим за AB устройства, тогава транзисторите в тях могат да имат неприятното свойство да се отварят и затварят непропорционално на сигналите, които пристигат към тях. Така работата им остава непроменена. Връщайки се към аналогията с крана - можете да завъртите дръжката на крана, но водата първо ще потече слабо, а след това изведнъж потокът внезапно ще се увеличи.

Поради тази причина транзисторите от категория АВ трябва да се държат отворени, дори ако няма сигнал . Това е необходимо, за да започнат да работят веднага, а не да чакат, докато сигналът достигне определено ниво - само в този случай усилвателят ще може да възпроизвежда звук с минимални изкривявания. На практика това означава, че част от полезната енергия се губи. Само си представете, че отваряте всички кранове за вода в апартамента и от тях непрекъснато ще изтича малка струйка вода. В резултат на това ефективността на такива модели не надвишава 50-70%, именно ниската ефективност е основният недостатък на усилвателите от AV клас.

Ако говорим за устройства от клас D, тогава принципът на тяхната работа е абсолютно същият: те имат свои собствени изходни транзистори, които могат да се включват и изключват. По този начин преминаването на ток през високоговорителите, свързани към тях, се регулира, но сигналът вече контролира отварянето им, което по своята конфигурация е много далеч от входящия.

По този начин сигналът се подава към изходните транзистори на устройства от клас D. В този случай те ще функционират напълно различно: или затварят се изцяло, или се отварят без никакви междинни стойности. Това означава, че ефективността на такива модели може да бъде близо до 100%.

Разбира се, твърде рано е да се изпращат такива сигнали до аудио системи, първо трябва да се върне към стандартната конфигурация. Това може да стане посредством изходен дросел, както и кондензатор - след обработката им, на изхода се формира усилен сигнал, който напълно повтаря входния сигнал във формата си. Той е този, който се предава на ораторите.

Основното предимство на устройствата от клас D е повишената ефективност . и съответно по -щадящ разход на енергия

Дълго време се смяташе, че за свързване на висококачествени акустични системи усилвателите AB ще бъдат оптималното решение … Моделите от категория D дават преобразуване на входящия сигнал в импулсен сигнал с намалена честота, в резултат на това дава добър звук само в режим на субуфер. В днешно време технологията е направила голяма крачка напред и днес вече има високоскоростни транзистори, които могат да се отварят и също така да се затварят почти мигновено, в магазините има доста широколентови устройства от клас D.

Тези модели са предназначени за използване не само със субуфери, но и със съвременни акустични системи от всякакъв тип. За тези опции, при които не се изисква висока мощност, има смисъл да се закупи доста компактен усилвател.

По този начин, ако имате достатъчно място за свързване на високоговорителя, тогава може да изберете модел от AV-клас. За няколко десетилетия съществуване схемите на тези модели са добре развити, те дават доста добро качество на звука и в случай на повреда можете лесно да ги поправите в най -близкия сервизен център.

Ако зоната за звукова инсталация е ограничена, тогава трябва да разгледате по -отблизо широколентовите модели на група D . Със същите параметри на мощност като продуктите от AV-клас, те са много по-малки и по-леки, освен това загряват по-малко, а някои модели дори позволяват да бъдат инсталирани тайно с най-малко смущения.

За свързване на субуфери D-класът определя максималното предимство , тъй като блокът на басовите тонове е най-енергоемкия честотен диапазон-в този случай ефективността на продукта е от основно значение и в това просто няма конкуренти на продуктите от клас D.

В това видео можете по -ясно да се запознаете с класовете звукови усилватели.