Audio pastiprinātājs ir vispārīgs termins, ko lieto, lai aprakstītu ķēdi, kas rada un pastiprina sava ieejas signāla versiju. Tomēr ne visas pārveidotāju tehnoloģijas ir vienādas, jo tās ir klasificētas pēc to konfigurācijām un darbības režīmiem.
Elektronikā parasti izmanto mazus pastiprinātājus, jo tie spēj pastiprināt salīdzinoši mazu ieejas signālu, piemēram, no sensora, piemēram, mūzikas atskaņotāja, daudz lielākā izejas signālā, lai darbinātu releju, lampu vai skaļruni. utt.
Ir daudz veidu elektroniskās shēmas, kas klasificētas kā pastiprinātāji, sākot no operatīviem un maziem signālu devējiem līdz lieliem impulsu un jaudas pārveidotājiem. Ierīces klasifikācija ir atkarīga no liela vai maza signāla lieluma, tā fiziskās konfigurācijas un ievades plūsmas apstrādes, tas ir, attiecības starp ievades līmeni un slodzē plūstošo strāvu.
Ierīces anatomija
Audio frekvences pastiprinātājus var uzskatīt par vienkāršu kastītivai bloks, kurā ir ierīce, piemēram, bipolārs, FET vai darbības sensors, kuram ir divas ieejas un divas izejas spailes (zemējums ir kopīgs). Turklāt izejas signāls ir daudz lielāks, jo tas tiek pārveidots ierīcē.
Ideālam signāla pastiprinātājam būs trīs galvenās īpašības:
- Ievades pretestība vai (R IN).
- Izejas pretestība vai (R OUT).
- Ieguvums vai (A).
Neatkarīgi no tā, cik sarežģīta ir pastiprinātāja ķēde, šo trīs īpašību saistību demonstrēšanai var izmantot vispārīgu bloka modeli.
Vispārīgi jēdzieni
Augstas kvalitātes audio pastiprinātāju veiktspēja var atšķirties. Katram tipam ir digitālā vai analogā konversija. Kodi ir iestatīti, lai tos atdalītu.
Palielināto atšķirību starp ieejas un izejas signāliem sauc par konvertēšanu. Pastiprinājums ir mērs, cik daudz pastiprinātājs "pārveido" ieejas signālu. Piemēram, ja ir ieejas līmenis 1 volts un izejas līmenis 50 volti, tad konversija būs 50. Citiem vārdiem sakot, ieejas signāls ir izstrādāts 50 reizes. Audio frekvences pastiprinātājs to dara.
Reklāmguvuma aprēķins ir vienkārši izvades attiecība, dalīta ar ievadi. Šīs sistēmas attiecība nav mērvienību, bet elektronikā pastiprināšanai parasti tiek izmantots simbols A. Pēc tam konversiju vienkārši aprēķina kā "izeju dala ar ievadi".
Strāvas pārveidotāji
Palielinātājs mazsSignāla pastiprinātāju parasti sauc par "sprieguma" pastiprinātāju, jo tam ir tendence pārveidot nelielu ievadi daudz lielākā izejas spriegumam. Dažreiz ir nepieciešama ierīces ķēde, lai darbinātu motoru vai skaļruņu jaudu, un šāda veida lietojumiem, kur ir iesaistītas lielas pārslēgšanas strāvas, ir nepieciešami jaudas pārveidotāji.
Kā norāda nosaukums, jaudas pastiprinātāja (pazīstama arī kā liela signāla pastiprinātāja) galvenais uzdevums ir nodrošināt slodzes barošanu. Tas ir sprieguma un strāvas reizinājums, kas pielikts slodzei, kuras izejas jauda ir lielāka par ieejas signāla līmeni. Citiem vārdiem sakot, pārveidotājs palielina skaļruņa jaudu, tāpēc šāda veida bloku shēma tiek izmantota audio pārveidotāju ārējos posmos, lai vadītu skaļruņus.
Darbības princips
Audio pastiprinātājs darbojas pēc principa, pārveidojot no barošanas avota iegūto līdzstrāvas jaudu maiņstrāvas sprieguma signālā, kas tiek piegādāts slodzei. Lai gan pārveidošana ir augsta, efektivitāte no līdzstrāvas barošanas avota līdz maiņstrāvas sprieguma izejas signālam parasti ir zema.
Ideāls bloks nodrošina ierīces efektivitāti 100% vai vismaz jauda IN būs vienāda ar jaudu OUT.
Klases iedalījums
Ja lietotāji kādreiz ir skatījuši audio jaudas pastiprinātāju specifikācijas, viņi, iespējams, ir pamanījuši aprīkojuma klases, kas parasti tiek apzīmētas ar burtu vaidivi. Mūsdienās populārākie bloku veidi, kas tiek izmantoti patērētāju mājas audio, ir A, A/B, D, G un H vērtības.
Šīs klases nav vienkāršas klasifikācijas sistēmas, bet gan pastiprinātāju topoloģijas apraksti, tas ir, kā tās darbojas pamata līmenī. Lai gan katram pastiprinātāja veidam ir savas stiprās un vājās puses, to veiktspēja (un galīgo raksturlielumu mērīšana) paliek nemainīga.
Tas ir pārveidot priekšierīces nosūtīto viļņu formu, neradot traucējumus vai vismaz pēc iespējas mazākus traucējumus.
A klase
Salīdzinot ar citām audio jaudas pastiprinātāju klasēm, kas tiks aprakstītas tālāk, A klases modeļi ir salīdzinoši vienkāršas ierīces. Noteicošais darbības princips ir tāds, ka visiem devēja izvades blokiem ir jāiziet pilns 360 grādu signāla cikls.
A klasi var iedalīt arī viena gala un push-pull pastiprinātājos. Stumšana/vilkšana atšķiras no galvenā skaidrojuma iepriekš, izmantojot izvadierīces pa pāriem. Lai gan abas ierīces darbojas pilnā 360 grādu ciklā, viena ierīce izturēs lielāko daļu slodzes cikla pozitīvās daļas laikā, bet otra pārvadās vairāk negatīvā cikla.
Šīs shēmas galvenā priekšrocība ir samazināti kropļojumi salīdzinājumā ar viena gala konstrukcijām, jo tiek novērstas pat pasūtījuma svārstības. Turklāt A klases stumšanas un vilkšanas modeļi ir mazāk jutīgi pret troksni.
Ar A klases veiktspēju saistīto pozitīvo īpašību dēļ tas tiek uzskatīts par skaņas kvalitātes zelta standartu daudzos akustiskos lietojumos. Tomēr šiem dizainparaugiem ir viens būtisks trūkums - efektivitāte.
Prasība A klases tranzistoru audio pastiprinātājiem, lai visas izvades ierīces vienmēr būtu ieslēgtas. Šī darbība izraisa ievērojamu enerģijas zudumu, kas galu galā tiek pārvērsts siltumā. To vēl vairāk pasliktina fakts, ka A klases konstrukcijām ir nepieciešams relatīvi augsts miera strāvas līmenis, kas ir strāvas daudzums, kas plūst caur izvadierīcēm, kad pastiprinātājs rada nulles izvadi. Reālās pasaules efektivitātes rādītāji var būt 15–35% robežās ar vienu ciparu, izmantojot ļoti dinamisku izejmateriālu.
B klase
Lai gan A klases audio pastiprinātājā visi izvades mehānismi darbojas 100% laika, B klases bloki izmanto push-pull shēmas tā, ka jebkurā laikā vada tikai puse no izvadierīcēm.
Viena puse aptver viļņu formas +180 grādu daļu, bet otra puse aptver -180 grādu daļu. Tā rezultātā B klases pastiprinātāji ir ievērojami efektīvāki nekā to A klases pastiprinātāji ar teorētisko maksimumu 78,5%. Ņemot vērā salīdzinoši augsto efektivitāti, B klase ir izmantota dažos profesionālajos PA devējos, kā arī dažos mājas lampu pastiprinātājos. Neskatoties uz tiemacīmredzams spēks, iespēja mājai iegūt B klases bloku ir praktiski nulle. Audio pastiprinātāja pārbaude atklāja tā cēloni, kas pazīstams kā kropļojuma kropļošana.
Problēma ar latentuma pāreju starp ierīcēm, kas apstrādā viļņu formas pozitīvās un negatīvās daļas, tiek uzskatīta par nozīmīgu. Pats par sevi saprotams, ka šie kropļojumi ir dzirdami pietiekamā daudzumā, un, lai gan daži B klases modeļi šajā ziņā bija labāki par citiem, B klases modeļi nesaņēma tīri skanošu entuziastu atzinību.
A/B klase
Cabeļu audio pastiprinātāju var atrast daudzās koncertu vietās. Tam ir augsta veiktspēja un tas nepārkarst. Turklāt modeļi ir daudz lētāki nekā daudzi digitālie bloki. Bet ir arī novirzes. Šāds modulis var nedarboties ar visiem audio formātiem. Tāpēc labāk ir izmantot aprīkojumu kā daļu no vispārējā signālu apstrādes kompleksa.
A/B klase apvieno labāko no katra veida ierīcēm, lai izveidotu vienību bez neviena no trūkumiem. Izmantojot šo priekšrocību kombināciju, A/B klases pastiprinātāji lielākoties dominē patērētāju tirgū.
Risinājuma koncepcija patiesībā ir diezgan vienkārša. Ja B klase izmanto push-pull ierīci ar katru pusi no izejas pakāpes, kas vada 180 grādus, A/B klases mehānismi to palielina līdz ~181-200 grādiem. Tādējādi irdaudz mazāka iespējamība, ka cilpā būs "plīsums", un tāpēc krustojuma kropļojums samazinās līdz vietai, kur tam nav nozīmes.
Valve audio jaudas pastiprinātāji var absorbēt šos traucējumus daudz ātrāk. Pateicoties šim īpašumam, skaņa no ierīces nāk daudz tīrāka. Šo raksturlielumu modeļi bieži tiek izmantoti, lai pārveidotu akustisko un elektrisko ģitāru skaņu.
Pietiek pateikt, ka A/B klase pilda savus solījumus, viegli pārspējot tīras A klases konstrukcijas ar ~50–70% reālās pasaules veiktspējas. Faktiskie līmeņi, protams, ir atkarīgi no tā, cik daudz pastiprinātājs ir nobīdīts, kā arī no programmas materiāla un citiem faktoriem. Ir arī vērts atzīmēt, ka daži A/B klases modeļi iet vēl vienu soli tālāk, cenšoties novērst krosoveru kropļojumus, darbojoties tīrā A klases režīmā ar jaudu līdz dažiem vatiem. Tas nodrošina zināmu efektivitāti zemos līmeņos, taču nodrošina, ka pastiprinātājs nepārvēršas par krāsni, kad tiek pielietots liels jaudas daudzums.
G un H klase
Vēl viens dizains, kas paredzēts efektivitātes uzlabošanai. No tehniskā viedokļa ne G, ne H klases pastiprinātāji nav oficiāli atzīti. Tā vietā tās ir A/B klases tēmas variācijas, izmantojot attiecīgi kopnes sprieguma pārslēgšanu un kopnes modulāciju. Jebkurā gadījumā zema pieprasījuma apstākļos sistēma izmanto zemāku kopnes spriegumu nekā līdzīgas klases A/B pastiprinātājs, kas ievērojamisamazina enerģijas patēriņu. Ja rodas lielas jaudas apstākļi, sistēma dinamiski palielina kopnes spriegumu (t.i., pārslēdzas uz augstsprieguma kopni), lai apstrādātu lielas amplitūdas pārejas.
Ir arī trūkumi. Galvenais no tiem ir augstās izmaksas. Sākotnējās tīkla komutācijas shēmās tika izmantoti bipolāri tranzistori, lai kontrolētu izvades plūsmas, palielinot sarežģītību un izmaksas. Šāda veida augstas kvalitātes cauruļu audio frekvences pastiprinātāji ir izplatīti, lai gan cena sākas no 50 tūkstošiem rubļu. Bloks tiek uzskatīts par profesionālu tehniku darbam uz skatuves vai ierakstīšanai studijā. Ir problēmas ar tranzistoriem. Ilgstošas slodzes gadījumā daži no tiem var neizdoties.
Šodien cena bieži tiek zināmā mērā samazināta, izmantojot augstas strāvas MOSFET, lai atlasītu vai mainītu ceļvežus. MOSFET izmantošana ne tikai uzlabo efektivitāti un samazina siltumu, bet arī prasa mazāk detaļu (parasti viena ierīce katram pavedienam). Papildus kopnes pārslēgšanas izmaksām, pašai modulācijai, ir arī vērts atzīmēt, ka daži G klases pastiprinātāji izmanto vairāk izvadierīču nekā tipisks A/B klases dizains.
Viens ierīču pāris darbosies tipiskā A/B režīmā, ko darbina zemsprieguma kopnes. Tikmēr otrs ir gaidīšanas režīmā, lai darbotos kā sprieguma pastiprinātājs, kas tiek aktivizēts tikai atkarībā no situācijas. Izturēt lielas slodzes tikai G un H klases,saistīta ar jaudīgiem pastiprinātājiem, kur paaugstinātā efektivitāte atmaksājas. Kompaktos konstrukcijās var izmantot arī G/H klases topoloģijas pretstatā A/B, jo iespēja pārslēgties uz mazjaudas režīmu nozīmē, ka tās var izmantot nedaudz mazāku radiatoru.
D klase
Šis ierīces veids ļauj izveidot savas moduļu sistēmas. Ar iekārtu palīdzību notiek kvalitatīva visas izejošās straumes apstrāde. Audio frekvenču jaudas pastiprinātāju projektēšana ļauj izveidot savu multivides sistēmu darbam vai izklaidei. Tomēr šeit ir dažas nianses. Bieži kļūdaini saukti par digitālo pastiprināšanu, D klases pārveidotāji garantē ierīces efektivitāti un nodrošina faktisko testu pieaugumu, kas pārsniedz 90%.
Vispirms ir vērts apsvērt, kāpēc šī ir D klase, ja "digitālais pastiprinājums" ir nepareizs. Tas bija tikai nākamais alfabēta burts, un audio sistēmās tika izmantota C klase. Vēl svarīgāk ir tas, kā var sasniegt 90%+ efektivitāti. Lai gan visām iepriekš minētajām pastiprinātāju klasēm ir viena vai vairākas izvadierīces, kas pastāvīgi darbojas pat tad, kad pārveidotājs faktiski atrodas gaidīšanas režīmā, D klases bloki tās ātri izslēdz un ieslēdz. Tas ir diezgan ērti un ļauj izmantot moduli tikai vajadzīgajos brīžos.
Piemēram, T klases audio pastiprinātāju aprēķins, kas irTripath D klases implementācija, atšķirībā no pamata ierīces, izmanto komutācijas frekvences aptuveni 50 MHz. Izvades ierīces parasti kontrolē ar impulsa platuma modulāciju. Tas ir tad, kad dažāda platuma kvadrātveida viļņus ģenerē modulators, kas atskaņošanai rada analogo signālu. Stingri kontrolējot izvadierīces šādā veidā, teorētiski ir iespējama 100% efektivitāte (lai gan acīmredzot tas nav sasniedzams reālajā pasaulē).
Iedziļinoties D klases audio pastiprinātāju pasaulē, varat atrast arī analogo un digitālo vadāmo moduļu pieminēšanu. Šiem vadības blokiem ir analogās ieejas signāls un analogā vadības sistēma, parasti ar zināmu atgriezeniskās saites kļūdu korekcijas pakāpi. No otras puses, ciparu pārveidošanas klases D pastiprinātāji izmanto digitālo vadību, kas pārslēdz jaudas pakāpi bez kļūdu kontroles. Šis lēmums arī gūst apstiprinājumu, liecina daudzu pircēju atsauksmes. Tomēr cenu segments šeit ir daudz augstāks.
Audio pastiprinātāju pētījumi ir parādījuši, ka analogā D klasei ir veiktspējas priekšrocības salīdzinājumā ar digitālo analogo, jo tas parasti piedāvā zemāku izejas pretestību (pretestību) un uzlabotu kropļojumu profilu. Tas palielina sistēmas sākotnējās vērtības pie maksimālās slodzes.
Audio frekvenču pastiprinātāju parametri ir daudz augstāki nekā pamata modeļiem. Jāsaprot, ka šādi aprēķini ir nepieciešami tikai mūzikas radīšanai studijā. Parastajiem pircējiem šīsraksturlielumus var izlaist.
Parasti starp pastiprinātāju un skaļruņiem tiek novietota L veida ķēde (induktors un kondensators), lai samazinātu ar D klases darbību saistītos trokšņus. Filtram ir liela nozīme. Slikts dizains var apdraudēt efektivitāti, uzticamību un skaņas kvalitāti. Turklāt atgriezeniskajai saitei pēc izejas filtra ir savas priekšrocības. Lai gan konstrukcijas, kurās šajā posmā neizmanto atgriezenisko saiti, var pielāgot savu reakciju uz noteiktu pretestību, ja šādiem pastiprinātājiem ir sarežģīta slodze (t.i., skaļrunis, nevis rezistors), frekvences reakcija var ievērojami atšķirties atkarībā no skaļruņa slodzes. Atsauksmes stabilizē šo problēmu, nodrošinot vienmērīgu reakciju uz sarežģītām slodzēm.
Galu galā D klases audio pastiprinātāju sarežģītībai ir savas priekšrocības. Efektivitāte un, kā rezultātā, mazāks svars. Tā kā siltumā tiek tērēts salīdzinoši maz enerģijas, ir nepieciešams daudz mazāk enerģijas. Kā tādi daudzi D klases pastiprinātāji tiek izmantoti kopā ar komutācijas režīma barošanas avotiem (SMPS). Tāpat kā izejas posmu, pašu barošanas avotu var ātri ieslēgt un izslēgt, lai regulētu spriegumu, tādējādi palielinot efektivitāti un spēju samazināt svaru salīdzinājumā ar tradicionālajiem analogajiem/lineārajiem barošanas avotiem.
Kopumā pat jaudīgi D klases pastiprinātāji var svērt tikai dažus kilogramus. SMPS barošanas bloku trūkums salīdzinājumā ar tradicionālajiem lineārajiem barošanas avotiem irka pirmajam parasti nav daudz vietas.
D klases audio pastiprinātāju ar lineāriem barošanas avotiem testi un daudzi testi, salīdzinot ar SMPS moduļiem, ir parādījuši, ka tas tā ir. Kad divi pastiprinātāji apstrādāja nominālo jaudu, bet viens ar lineāro barošanas avotu varēja radīt augstākus dinamiskās jaudas līmeņus. Tomēr SMPS dizaini kļūst arvien izplatītāki, un jūs varat sagaidīt, ka veikalos redzēsit labākas nākamās paaudzes D klases ierīces, kurās izmanto līdzīgas formas.
AB un D klašu efektivitātes salīdzinājums
Lai gan A/B klases tranzistorizētā audio jaudas pastiprinātāja efektivitāte palielinās, tuvojoties maksimālajai izejas jaudai, D klases modeļi saglabā augstu efektivitāti lielākajā daļā darbības diapazonu. Tā rezultātā efektivitāte un skaņas kvalitāte arvien vairāk sliecas uz pēdējo bloku.
Izmantojiet vienu devēju
Pareizi ieviests jebkurš no iepriekš minētajiem blokiem ārpus B klases var veidot augstas precizitātes pastiprinātāja pamatu. Ja neskaita iespējamās veiktspējas nepilnības (kas galvenokārt ir dizaina lēmums, nevis konkrētas klases), bloka veida izvēle lielā mērā ir izmaksu un efektivitātes jautājums.
Mūsdienu tirgū dominē vienkāršais A/B klases audio pastiprinātājs, un tas ir pamatota iemesla dēļ. Tas darbojas ļoti labi, ir salīdzinoši lēts, un tāefektivitāte ir diezgan piemērota mazjaudas lietojumiem (>200W). Protams, tā kā pārveidotāju ražotāji cenšas nospiest aploksni ar, piemēram, 1000 W Emotiva XPR-1 monobloku, viņi pievēršas G/H un D klases konstrukcijām, lai izvairītos no savu pastiprinātāju dublēšanas kā sistēmas, kas spēj ātri uzsildīt iekārtas. Tikmēr otrā tirgus pusē ir A klases fani, kuri var piedot ierīces efektivitātes trūkumu cerībā uz tīrāku skaņu.
Rezultāts
Galu galā pārveidotāju klases ne vienmēr ir tik svarīgas. Protams, pastāv faktiskas atšķirības, jo īpaši attiecībā uz izmaksām, pastiprinātāja efektivitāti un līdz ar to arī svaru. Protams, 500W A klases ierīces ir slikta ideja, ja vien, protams, lietotājam nav jaudīga dzesēšanas sistēma. No otras puses, atšķirības starp klasēm nenosaka skaņas kvalitāti. Galu galā tas ir saistīts ar savu projektu izstrādi un īstenošanu. Ir svarīgi saprast, ka devēji ir tikai viena ierīce, kas ir daļa no audio sistēmas.
