Třídy Zesilovačů Zvuku: Klasifikace - D, A, B, C, AB A Další. Ultra-lineární A Digitální. Která Třída Je Lepší?

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 05:30

Určitě mnozí slyšeli, že moderní zesilovače mohou patřit do různých tříd. Lidé, kteří mají daleko k akustickým systémům a technickým vlastnostem zvukového vybavení, si však jen stěží dokážou představit, co se skrývá za označeními písmen.

V našem přehledu si povíme podrobněji o tom, jaké jsou třídy zesilovačů, jaké to jsou a jak vybrat optimální model.

Klasifikace

Třída zesilovače je hodnota výstupního signálu, při které je poháněn sinusovým vstupním signálem ve funkčním obvodu během jednoho pracovního cyklu a mění se v důsledku tohoto vlivu. Zařazení zesilovačů do tříd závisí na parametrech linearity režimu použitého k zesílení příchozích signálů z kategorií se zvýšenou přesností se značně sníženou účinností na zcela nelineární . V tomto případě není přesnost zvukové reprodukce signálu tak velká, ale účinnost je poměrně vysoká. Všechny ostatní třídy zesilovačů jsou jakýmsi přechodným modelem mezi těmito dvěma skupinami.

První skupina

Všechny třídy zesilovačů lze podmíněně rozdělit do dvou podskupin. První zahrnuje klasické řízené modely tříd A, B a také AB a C . Jejich kategorie je určena parametrem jejich vodivosti v určité části výstupního signálu. Činnost vestavěného tranzistoru na výstupu je tedy umístěna uprostřed mezi „vypnuto“a „zapnuto“.

Druhá skupina

Druhá kategorie zařízení zahrnuje modernější modely, které jsou považovány za takzvané přepínací třídy - jedná se o modely D, E, F, stejně jako G, S, H a T.

Tyto zesilovače využívají pulzně šířkovou modulaci i digitální obvody k nepřetržitému převodu signálu mezi plně vypnutým a plně zapnutým . V důsledku toho je v oblasti nasycení silný východ.

Popis populárních tříd

Budeme hovořit o různých třídách zesilovačů podrobněji.

ALE

Modely třídy A jsou nejpoužívanější kvůli jejich jednoduchosti designu. Důvodem je několik parametrů zkreslení vstupního signálu a v důsledku toho vysoká kvalita zvuku ve srovnání se všemi ostatními kategoriemi zesilovačů. Modely v této kategorii se ve srovnání s ostatními vyznačují vysokou linearitou.

Zesilovače třídy A obvykle při své práci používají jedinou verzi tranzistorů . Je připojen k základní konfiguraci emitoru pro dvě poloviny signálu, takže germaniový tranzistor jím vždy prochází, i když není fázový signál. To znamená, že na výstupu stupeň neprojde zcela do oblasti omezení a nasycení signálu. Má svůj vlastní bod odsazení přibližně ve středu čáry zatížení. Tato struktura vede k tomu, že se tranzistor jednoduše neaktivuje - to je považováno za jednu z jeho základních nevýhod.

Aby bylo zařízení klasifikováno jako patřící do této třídy, musí být nulový proud naprázdno ve koncovém stupni stejný nebo dokonce překračovat limit proudu zátěže, aby byl zajištěn maximální výstupní signál.

Protože zařízení třídy A jsou jednostranná a pracují v lineární zóně všech uvedených křivek, jedno výstupní zařízení prochází celých 360 stupňů, v takovém případě zařízení kategorie A plně odpovídá aktuálnímu zdroji.

Protože zesilovače v této kategorii fungují, jak jsme již řekli, v ultralineární oblasti, musí být předpětí DC nastaveno správně .- to zajistí správnou funkci a poskytne zvukový proud o výkonu 24 wattů. Avšak vzhledem k tomu, že výstupní zařízení je vždy ve vypnutém stavu, nepřetržitě vede proud, a to vytváří podmínky pro konstantní ztrátu výkonu v celé konstrukci. Tato funkce vede k uvolňování velkého množství tepla, zatímco jejich účinnost je poměrně nízká - méně než 40%, což je činí nepraktickými, pokud jde o nějaký druh výkonných akustických systémů. Kromě, kvůli zvýšenému proudu naprázdno instalace musí mít napájecí zdroj příslušné rozměry a být co nejvíce filtrován, jinak se nelze vyhnout zvuku zesilovače a hučení jiných výrobců . Právě tyto nedostatky vedly výrobce k další práci na zesilovačích v efektivnější kategorii.

V

Výrobci navrhli zesilovače třídy B tak, aby řešili problémy s nízkou účinností a přehříváním spojené s předchozí kategorií. Modely kategorie B ve své práci používají dvojici dalších tranzistorů, obvykle bipolárních . Jejich rozdíl je v tom, že pro obě poloviny signálu je výstupní čelo postaveno podle obvodů push-pull, takže každé tranzistorové zařízení poskytuje zesílení pouze poloviny výstupního signálu.

V zesilovačích této třídy neexistuje žádný základní předpěťový proud na úrovni DC, protože jeho klidový proud je nulový, proto jsou parametry stejnosměrného výkonu obvykle malé. V souladu s tím je jeho účinnost mnohem vyšší než u zařízení A. Současně když je signál kladný, tranzistor s kladným předpětím jej pohání, zatímco záporný zůstává vypnutý . Podobně v okamžiku, kdy se vstupní signál stane záporným, se pozitivní vypne a negativně předpjatý tranzistor se naopak aktivuje a poskytne zápornou polovinu signálu. Výsledkem je, že tranzistor během své činnosti stráví 1/2 cyklu pouze v kladném nebo záporném půl cyklu příchozího signálu.

V souladu s tím může jakékoli tranzistorové zařízení v této kategorii procházet pouze částí výstupního signálu, zatímco je v jasném střídání.

Tato konstrukce push-pull je o 45-60% účinnější než zesilovače třídy A. Problémy u modelů tohoto typu spočívají v tom, že způsobují značné zkreslení v době průchodu zvukového signálu v důsledku „mrtvé zóny“tranzistorů v chodbě vstupních napětí s hodnotami od -0,7 V do +0,7 V.

Jak každý ví z kurzu fyziky, základní vysílač musí dát napětí asi 0,7 V, aby bipolární tranzistor mohl začít s plným zapojením. Dokud toto napětí nepřekročí tuto značku, výstupní tranzistor se nepřesune do zapnuté polohy. To znamená, že polovina signálu, který jde do 0,7 V koridoru, začne být reprodukován nepřesně. V důsledku toho jsou zařízení kategorie B prakticky nevhodná pro použití v přesných akustických instalacích.

Pro to k překonání těchto zkreslení byla vytvořena takzvaná kompromisní zařízení třídy AB.

AB

Tento model je jakýmsi tandemovým designem kategorie A a kategorie B. Dnes jsou zesilovače typu AB považovány za jednu z nejběžnějších konstrukčních možností. Principem jejich fungování jsou trochu jako výrobky kategorie B, s jedinou výjimkou, že obě tranzistorová zařízení mohou vést signál současně v blízkosti průsečíku oscilogramů . Tím jsou zcela odstraněny všechny problémy se zkreslením signálu předchozího zesilovače skupiny B. Rozdíl je v tom, že dvojice tranzistorů má poměrně nízké předpěťové napětí, obvykle 5 až 10% klidového proudu. V tomto případě zůstává vodivé zařízení zapnuto déle, než je doba jednoho půlcyklu, ale zároveň je mnohem menší než celý cyklus vstupního signálu.

Lze to bezpečně říci zařízení typu AB je považováno za vynikající kompromis mezi modely třídy A a třídy B, pokud jde o účinnost a linearitu .a zatímco účinnost převodu zvukového signálu je přibližně 50%.

S

Konstrukce jednotek třídy C má maximální účinnost, ale zároveň je ve srovnání se všemi ostatními kategoriemi poměrně špatná linearita. Zesilovač třídy C je zřetelně předpojatý, takže vstupní proud jde na nulu a zůstává tam déle než 1/2 cyklu příchozího signálu . V tuto chvíli je tranzistor v pohotovostním režimu, aby se vypnul.

Tato forma předpětí tranzistoru poskytuje největší účinnost zařízení, jeho účinnost je asi 80%, ale současně přináší do výstupního signálu poměrně výrazné zkreslení zvuku.

Tyto konstrukční vlastnosti znemožňují použití zesilovačů v reproduktorových soustavách . Tyto modely zpravidla našly oblast použití ve vysokofrekvenčních generátorech, stejně jako v určitých verzích radiofrekvenčních zesilovačů, kde jsou proudové impulsy emitované na výstupu převedeny na sinusové vlny dané frekvence.

D

Zesilovač kategorie D označuje dvoukanálové nelineární pulzní modely, nazývají se také zesilovače PWM.

V naprosté většině audio systémů pracují výstupní stupně buď ve třídě A, nebo v AB . U integrovaných zesilovačů skupiny D je ztrátový výkon linkových vstupů významný i v případě jejich maximální úplné, téměř ideální implementace. To dává modelům třídy D významnou výhodu ve většině oblastí použití díky minimální tvorbě tepla, snížené hmotnosti a rozměrům zařízení a v důsledku toho i nižším nákladům na výrobky, zatímco životnost baterie u těchto modelů je ve srovnání s modely jiné designy.

Zpravidla se jedná o vysokonapěťové modely, které jsou určeny pro desku 10 000 wattů.

jiný

Zesilovač třídy F . Tyto modely poskytují zvýšenou účinnost, jejich účinnost je asi 90%.

Zesilovač třídy G . Tento zesilovač je ve skutečnosti vylepšený design s vysokou linearitou zařízení AB základní třídy na TDA. Modely v této kategorii mohou automaticky přepínat mezi různými elektrickými vedeními v případě změny parametrů příchozího signálu. Takové přepínání výrazně snižuje spotřebu energie a podle toho snižuje spotřebu energie způsobenou tepelnými ztrátami.

Zesilovač třídy I . Takové modely mají několik sad dalších výstupních zařízení. Před zapnutím jsou umístěny v konfiguraci push-pull. První zařízení přepíná kladnou část signálu a druhé je zodpovědné za přepínání záporné části, jako zesilovače kategorie B. Při absenci zvukového signálu na vstupu nebo pokud signál dosáhne bodu křížení nuly, spínací mechanismus se zapíná a vypíná současně s hlavním cyklem.

Zesilovač třídy S . Tato třída zesilovačů je klasifikována jako nelineární spínací mechanismus. Mechanismem činnosti jsou poněkud podobné zesilovačům kategorie D. Takový zesilovač převádí analogové vstupní signály na digitální a mnohonásobně je zesiluje. Aby se tedy zvýšil výstupní výkon, obvykle je digitální signál spínacího zařízení buď plně zapnutý, nebo zcela vypnutý, takže účinnost takových zařízení může být 100%.

Zesilovač třídy T . Další možnost pro digitální zesilovač. Dnes tyto modely získávají stále větší popularitu díky přítomnosti mikroobvodů, které umožňují digitální zpracování příchozího signálu, a také vestavěných vícekanálových 3D zvukových zesilovačů. Tento efekt je zajištěn konstrukcí, která umožňuje převod analogových signálů na vyšší digitální PWM zvuky. Konstrukce zařízení třídy C kombinuje charakteristiky signálu s nízkým zkreslením podobným kategorii AV, přičemž je zachována účinnost na úrovni modelů třídy D.

Jak určit?

Nejprve se pojďme zabývat tím, jak zesilovač v principu funguje. Jistě budete překvapeni, ale ve skutečnosti tovární zesilovač nic nezesiluje. Ve skutečnosti, mechanismus jeho činnosti připomíná provoz nejjednoduššího jeřábu: otočíte rukojetí a voda z vodovodu začne nalévat, silnější nebo slabší, a pokud ji otočíte, tok bude zablokován. V zesilovačích probíhají všechny procesy stejným způsobem. Z výkonného napájecího modulu protéká proud reproduktorem připojeným k zařízení. V tomto případě funkci odbočky přebírají tranzistory - na výstupu je stupeň jejich zavírání a otevírání řízen signálem, který přechází do zesilovače. Z toho, jak přesně tento jeřáb funguje, tedy jak fungují výstupní tranzistory, a je určena třída zesilovačů.

Pokud mluvíme o zařízeních AB, pak tranzistory v nich mohou mít nepříjemnou vlastnost neúměrného otevírání a zavírání signálům, které k nim přicházejí. Jejich práce se tedy nezmění. Vrátíme -li se k analogii s faucetem - můžete otočit rukojetí faucetu, ale voda bude nejprve proudit slabě, a pak se najednou tok najednou zvýší.

Z tohoto důvodu Tranzistory kategorie AB musí být otevřené, i když není signál . To je nutné, aby začaly fungovat okamžitě, a ne čekat, až signál dosáhne určité úrovně - pouze v tomto případě bude zesilovač schopen reprodukovat zvuk s minimálním zkreslením. V praxi to znamená, že část užitečné energie je zbytečná. Představte si, že zapnete všechny vodovodní kohoutky v bytě a bude z nich nepřetržitě vytékat malý pramínek vody. Výsledkem je, že účinnost takových modelů nepřesahuje 50-70%, právě nízká účinnost je hlavní nevýhodou zesilovačů třídy AV.

Pokud mluvíme o zařízeních třídy D, pak je princip jejich fungování naprosto stejný: mají vlastní výstupní tranzistory, které se mohou zapínat a vypínat. Průchod proudu přes k nim připojené reproduktory je tedy regulován, ale signál již řídí jejich otevření, které je svou konfigurací velmi vzdálené od příchozího.

Takto je signál přiváděn do výstupních tranzistorů zařízení třídy D. V tomto případě budou fungovat úplně jinak: buď se zavřou úplně, nebo otevřou bez mezilehlých hodnot. To znamená, že účinnost takových modelů se může blížit 100%.

Na odesílání takových signálů do audio systémů je samozřejmě příliš brzy, nejprve by se měl vrátit ke standardní konfiguraci. To lze provést pomocí výstupní tlumivky, stejně jako kondenzátoru - po jejich zpracování se na výstupu vytvoří zesílený signál, který zcela opakuje vstupní signál ve svém tvaru. Je to on, kdo je přenášen do reproduktorů.

Hlavní výhodou zařízení třídy D je zvýšená účinnost . a tedy i šetrnější spotřebu energie

Dlouho se tomu věřilo pro připojení vysoce kvalitních reproduktorových soustav budou optimálním řešením zesilovače AB … Modely kategorie D poskytovaly převod příchozího signálu na pulzní signál se sníženou frekvencí, v důsledku čehož poskytoval dobrý zvuk pouze v režimu subwooferu. V dnešní době technologie udělala velký krok vpřed a dnes již existují vysokorychlostní tranzistory, které se mohou otevírat a také téměř okamžitě zavírat, v obchodech je poměrně dost širokopásmových zařízení třídy D.

Tyto modely jsou určeny k použití nejen se subwooferem, ale také s moderními reproduktorovými systémy všech typů. Pro ty možnosti, kde není vyžadován vysoký výkon, má smysl zakoupit poměrně kompaktní zesilovač.

Pokud tedy máte dostatek místa na připojení reproduktoru, můžete si vybrat model třídy AV. Po několik desetiletí existence byly obvody těchto modelů dobře vyvinuty, poskytují poměrně dobrou kvalitu zvuku a v případě poruchy je můžete snadno opravit v nejbližším servisním středisku.

Pokud je prostor pro zvukovou instalaci omezený, měli byste se blíže podívat na širokopásmové modely skupiny D . Se stejnými výkonovými parametry jako výrobky třídy AV jsou mnohem menší a lehčí, navíc se méně zahřívají a některé modely je dokonce umožňují tajně instalovat s nejmenším rušením.

Pro připojení subwooferů nastavuje třída D maximální výhodu , protože blok basových tónů je energeticky nejnáročnějším frekvenčním rozsahem-v tomto případě má účinnost produktu zásadní význam, a proto produkty třídy D prostě nemají konkurenty.

V tomto videu se můžete jasněji seznámit s třídami zesilovačů zvuku.