Classes d'amplificadors d'àudio

Segurament molts han sentit que els amplificadors moderns poden pertànyer a diferents classes. Tanmateix, les persones que estan lluny dels sistemes acústics i de les característiques tècniques dels equips de so difícilment poden imaginar què s'amaga darrere de les designacions de lletres.

A la nostra revisió, parlarem amb més detall sobre quines són les classes d'amplificadors, què són i com triar el model òptim.

La classe de l'amplificador és el valor del senyal de sortida al qual és impulsat pel senyal d'entrada sinusoïdal en el circuit funcional durant un cicle de funcionament i canvia com a resultat d'aquesta influència. La classificació dels amplificadors en classes depèn dels paràmetres de linealitat del mode utilitzat per amplificar els senyals entrants de categories amb una precisió augmentada amb una eficiència força reduïda fins a ser completament no lineals. En aquest cas, la precisió de la reproducció del so del senyal no és tan gran, però l'eficiència és bastant alta. Totes les altres classes d'amplificadors són una mena de models intermedis entre aquests dos grups.

Totes les classes d'amplificadors es poden dividir condicionalment en dos subgrups. El primer inclou els models controlats clàssics de les classes A, B, així com AB i C. La seva categoria està determinada pel paràmetre de la seva conductivitat en una determinada secció del senyal de sortida. Per tant, el funcionament del transistor integrat a la sortida es troba al mig entre "apagat" i "encès".

La segona categoria de dispositius inclou models més moderns, que es consideren les anomenades classes de commutació: aquests són els models D, E, F, així com els G, S, H i T.

Aquests amplificadors utilitzen modulació d'amplada de pols així com circuits digitals per convertir contínuament el senyal entre completament apagat i completament activat. Com a conseqüència, hi ha una sortida potent a la regió de saturació.

Parlarem de diferents classes d'amplificadors amb més detall.

Els models de classe A són els més utilitzats per la seva senzillesa de disseny. Això es deu a diversos paràmetres de la distorsió del senyal d'entrada i, en conseqüència, a l'alta qualitat del so en comparació amb totes les altres categories d'amplificadors. Els models d'aquesta categoria es caracteritzen per una alta linealitat en comparació amb altres.

Normalment, els amplificadors de classe A utilitzen una única versió de transistors en el seu treball. Està connectat a la configuració bàsica de l'emissor per a les dues meitats del senyal de manera que el transistor de germani passarà invariablement fins i tot si no hi ha senyal de fase. Això vol dir que a la sortida, l'etapa no passarà completament a la regió de tall i saturació del senyal. Té el seu propi punt de compensació aproximadament al centre de la línia de càrrega. Aquesta estructura condueix al fet que el transistor simplement no s'activa, això es considera un dels seus desavantatges bàsics.

Com que els dispositius de classe A són d'un sol extrem i funcionen a la zona lineal de totes les corbes especificades, un dispositiu de sortida passa per 360 graus complets, en aquest cas el dispositiu de categoria A correspon completament a la font actual.

Com que els amplificadors d'aquesta categoria funcionen, com ja hem dit, a la regió ultralineal, el biaix de CC s'ha de configurar correctament. - Això garantirà un funcionament correcte i donarà un flux de so amb una potència de 24 watts. Tanmateix, a causa del fet que el dispositiu de sortida està sempre en estat apagat, condueix contínuament el corrent, i això crea condicions per a una pèrdua constant de potència a tota l'estructura. Aquesta característica condueix a l'alliberament d'una gran quantitat de calor, mentre que la seva eficiència és bastant baixa, inferior al 40%, cosa que els fa poc pràctics quan es tracta d'algun tipus de sistemes acústics potents. A més, a causa de l'augment del corrent sense càrrega de la instal·lació, la font d'alimentació ha de tenir les dimensions adequades i filtrar-se al màxim, en cas contrari no es pot evitar el so de l'amplificador i el brunzit de tercers. Van ser aquestes mancances les que van portar els fabricants a seguir treballant en amplificadors en una categoria més eficient.

Els amplificadors de classe B han estat dissenyats pels fabricants per abordar els problemes de baixa eficiència i sobreescalfament associats a la categoria anterior. En el seu treball, els models de categoria B utilitzen un parell de transistors addicionals, normalment bipolars. La seva diferència és que per a les dues meitats del senyal, el front de sortida es construeix d'acord amb un circuit push-pull, de manera que cada dispositiu transistor proporciona l'amplificació de només la meitat del senyal de sortida.

No hi ha un corrent de polarització de nivell de CC bàsic als amplificadors d'aquesta classe, ja que el seu corrent de repòs és zero, per tant, els paràmetres de potència de CC solen ser petits. En conseqüència, la seva eficiència és molt superior a la dels dispositius A. Al mateix temps quan el senyal és positiu, el transistor polaritzat positiu el condueix, mentre que el negatiu roman apagat. De la mateixa manera, en el moment en què el senyal d'entrada esdevé negatiu, el positiu s'apaga i el transistor polaritzat negativament, per contra, s'activa i proporciona la meitat negativa del senyal. Com a resultat, el transistor, durant el seu funcionament, passa 1/2 cicle només en el mig cicle positiu o negatiu del senyal entrant.

Aquest disseny push-pull és aproximadament un 45-60% més eficient que els amplificadors de classe A. Els problemes amb models d'aquest tipus són que donen una distorsió important en el moment del pas del senyal d'àudio a causa de la "zona morta" dels transistors al passadís de tensions d'entrada amb valors de -0,7 V a +0,7 V. .

Com tothom sap pel curs de física, l'emissor base ha de proporcionar una tensió d'uns 0,7 V perquè el transistor bipolar comenci el cablejat complet. Mentre aquesta tensió no superi aquesta marca, el transistor de sortida no es mourà a la posició d'encesa. Això significa que la meitat del senyal que entra al passadís de 0,7 V començarà a reproduir-se de manera imprecisa. En conseqüència, això fa que els dispositius de categoria B siguin pràcticament inadequats per al seu ús en instal·lacions acústiques de precisió.

Per per superar aquestes distorsions, es van crear els anomenats dispositius de compromís de classe AB.

Aquest model és una mena de disseny en tàndem de categoria A i categoria B. Avui dia, els amplificadors tipus AB es consideren una de les opcions de disseny més habituals. Pel principi del seu funcionament, són una mica com els productes de la categoria B, amb l'única excepció que tots dos dispositius de transistors poden conduir un senyal al mateix temps a prop del punt d'intersecció dels oscil·logrames. Això elimina completament tots els problemes de distorsió del senyal de l'anterior amplificador del grup B.La diferència és que un parell de transistors té una tensió de polarització força baixa, normalment entre el 5 i el 10% del corrent de repòs. En aquest cas, el dispositiu conductor roman encès més que el temps d'un mig cicle, però al mateix temps és molt inferior al cicle complet del senyal d'entrada.

És segur dir-ho el dispositiu tipus AB es considera un excel·lent compromís entre els models de classe A i de classe B pel que fa a eficiència i linealitat.i, mentre que l'eficiència de conversió del senyal d'àudio és d'aproximadament el 50%.

El disseny de les unitats de la classe C té la màxima eficiència, però alhora una linealitat força pobra en comparació amb totes les altres categories. L'amplificador de classe C està força esbiaixat, de manera que el corrent d'entrada va a zero i es manté en aquest nivell durant més d'1/2 cicle del senyal entrant. En aquest moment, el transistor està en mode d'espera per apagar-lo.

Aquestes característiques de disseny fan impossible utilitzar amplificadors en sistemes d'altaveus. Per regla general, aquests models han trobat la seva àrea d'ús en generadors d'alta freqüència, així com en determinades versions d'amplificadors de radiofreqüència, on els polsos de corrent emesos a la sortida es converteixen en ones sinusoïdals d'una freqüència determinada.

L'amplificador de la categoria D es refereix a models de polsos no lineals de dos canals, també s'anomenen amplificadors PWM.

A la gran majoria dels sistemes d'àudio, les etapes de sortida funcionen en classe A o AB. En els amplificadors integrats del grup D, la dissipació de potència de les entrades de línia és significativa fins i tot en el cas de la seva implementació màxima completa, gairebé ideal. Això proporciona als models de classe D un avantatge significatiu en la majoria de les àrees d'aplicació a causa de la mínima generació de calor, el pes i les dimensions reduïts del dispositiu i, en conseqüència, el cost reduït dels productes, mentre que la durada de la bateria d'aquests models augmenta en comparació amb els models de altres dissenys.

Amplificador de classe F. Aquests models proporcionen una major eficiència, la seva eficiència és d'aproximadament el 90%.

Amplificador de classe G. Aquest amplificador és, de fet, un disseny avançat d'alta linealitat de la unitat base TDA de classe AB. Els models d'aquesta categoria poden canviar automàticament entre diferents línies elèctriques si canvien els paràmetres del senyal d'entrada. Aquest canvi redueix molt el consum d'energia i, en conseqüència, redueix el consum d'energia causat per la pèrdua de calor.

Amplificador de classe I. Aquests models tenen un parell de conjunts de dispositius de sortida addicionals. Abans d'encendre, es troben en una configuració push-pull. El primer dispositiu canvia la part positiva del senyal i el segon s'encarrega de canviar la part negativa, de manera similar als amplificadors de categoria B. Si no hi ha senyal d'àudio a l'entrada, o si el senyal arriba al punt d'encreuament zero, el El mecanisme de commutació s'encén i s'apaga al mateix temps que el cicle principal.

Amplificador de classe S. Aquesta classe d'amplificadors es classifica com a mecanisme de commutació no lineal. Pel mecanisme del seu treball, són una mica semblants als amplificadors de categoria D. Aquest amplificador converteix els senyals d'entrada analògics en digitals, amplificant-los moltes vegades. Així, per augmentar la potència de sortida, normalment el senyal digital del dispositiu de commutació està totalment encès o completament apagat, de manera que l'eficiència d'aquests dispositius pot ser del 100%.

Amplificador de classe T. Una altra opció per a un amplificador digital. Avui en dia, aquests models estan guanyant cada cop més popularitat a causa de la presència de microcircuits que permeten el processament digital del senyal entrant, així com dels amplificadors de so 3D multicanal integrats. Aquest efecte ve proporcionat per un disseny que permet que els senyals analògics es converteixin en sons PWM de tipus digital més alts. El disseny dels dispositius de classe C combina les característiques d'un senyal de baixa distorsió similar a la categoria AV, mantenint l'eficiència al nivell dels models de classe D.

Per començar, anem a detenir-nos en com funciona en principi l'amplificador. Segur que us sorprendrà, però de fet l'amplificador de fàbrica no amplifica res. De fet, el mecanisme del seu funcionament s'assembla al funcionament de la grua més senzilla: gires el mànec i l'aigua del subministrament d'aigua comença a abocar, més forta o més feble, i si la gires, el flux quedarà bloquejat. En els amplificadors, tots els processos ocorren de la mateixa manera. Des del potent mòdul d'alimentació, el corrent flueix a través de l'altaveu connectat al dispositiu. En aquest cas, la funció de l'aixeta és assumida pels transistors: a la sortida, el grau de tancament i obertura està controlat pel senyal que passa a l'amplificador. A partir de com funciona exactament aquesta grua, és a dir, com funcionen els transistors de sortida i es determina la classe d'amplificadors.

Si estem parlant de dispositius AB, aleshores els transistors poden tenir la desagradable propietat d'obrir-se i tancar-se de manera desproporcionada als senyals que hi arriben. Així, la seva feina es manté inalterada. Tornant a l'analogia amb l'aixeta: podeu girar el mànec de l'aixeta, però l'aigua fluirà dèbilment al principi i, de sobte, el flux augmentarà de sobte.

Per aquesta raó Els transistors de categoria AB s'han de mantenir en un estat lleugerament obert encara que no hi hagi senyal. Això és necessari perquè comencin a funcionar immediatament i no espereu fins que el senyal arribi a un cert nivell; només en aquest cas, l'amplificador podrà reproduir el so amb una distorsió mínima. A la pràctica, això significa que es malgasta part de l'energia útil. Imagineu-vos que obriu totes les aixetes d'aigua de l'apartament i que en surti contínuament un petit raig d'aigua. Com a resultat, l'eficiència d'aquests models no supera el 50-70%, la baixa eficiència és el principal desavantatge dels amplificadors de classe AV.

Si parlem de dispositius de classe D, el principi del seu funcionament és absolutament el mateix: tenen els seus propis transistors de sortida que es poden encendre i apagar. Així, es regula el pas de corrent pels altaveus connectats a ells, però el senyal ja controla la seva obertura, que per la seva configuració queda molt lluny de l'entrant.

Així és com s'alimenta el senyal als transistors de sortida dels dispositius de classe D. En aquest cas, funcionaran d'una manera completament diferent: o tancaran completament o obriran sense cap valor intermedi. Això significa que l'eficiència d'aquests models pot arribar al 100%.

Per descomptat, és massa aviat per enviar aquests senyals als sistemes d'àudio, primer hauria de tornar a la configuració estàndard. Això es pot fer mitjançant una bobina de sortida, així com un condensador; després de processar-los, es forma un senyal amplificat a la sortida, que en la seva forma repeteix completament l'entrada. És ell qui es transmet als parlants.

El principal avantatge dels dispositius de classe D és l'augment de l'eficiència. i, en conseqüència, un consum energètic més suau

Durant molt de temps es va creure que per connectar sistemes d'altaveus d'alta qualitat, els amplificadors AB seran la solució òptima... Els models de la categoria D van donar la conversió del senyal d'entrada a un senyal polsat amb una freqüència reduïda, com a resultat, només va donar un bon so en mode subwoofer.Avui en dia, la tecnologia ha fet un gran pas endavant, i avui ja hi ha transistors d'alta velocitat que es poden obrir i tancar gairebé a l'instant, hi ha força dispositius de banda ampla de classe D a les botigues.

Aquests models estan pensats per utilitzar-se no només amb subwoofers, sinó també amb sistemes d'altaveus moderns de tot tipus. Per a aquelles opcions on no es requereix una gran potència, té sentit comprar un amplificador bastant compacte.

Per tant, si teniu prou espai per connectar l'altaveu, podeu triar un model de classe AV. Durant diverses dècades d'existència, els circuits d'aquests models han estat ben desenvolupats, ofereixen una qualitat de so força bona i, en cas d'avaria, podeu reparar-los fàcilment al centre de servei més proper.

Si l'àrea per a la instal·lació de so és limitada, hauríeu de mirar més de prop els models de banda ampla del grup D. Amb els mateixos paràmetres de potència que els productes de classe AV, són molt més petits i lleugers, a més, s'escalfen menys i alguns models fins i tot permeten instal·lar-los en secret amb la menor interferència.

Per connectar subwoofers, la classe D estableix el màxim avantatge, ja que el bloc de tons greus és el rang de freqüències que consumeix més energia; en aquest cas, l'eficiència del producte és d'una importància fonamental, i en això simplement no hi ha competidors per als productes de classe D.

En aquest vídeo, podeu familiaritzar-vos més clarament amb les classes d'amplificadors de so.