Triedy zosilňovačov zvuku

Určite mnohí počuli, že moderné zosilňovače môžu patriť do rôznych tried. Ľudia, ktorí majú ďaleko od akustických systémov a technických vlastností zvukových zariadení, si však len ťažko vedia predstaviť, čo sa skrýva za písmennými označeniami.

V našej recenzii budeme podrobnejšie hovoriť o tom, aké sú triedy zosilňovačov, aké sú a ako si vybrať optimálny model.

Trieda zosilňovača je hodnota výstupného signálu, pri ktorej je poháňaný sínusovým vstupným signálom vo funkčnom obvode počas jedného pracovného cyklu a mení sa v dôsledku tohto vplyvu. Zaradenie zosilňovačov do tried závisí od parametrov linearity režimu použitého na zosilnenie prichádzajúcich signálov z kategórií so zvýšenou presnosťou s pomerne zníženou účinnosťou až po úplne nelineárne. V tomto prípade presnosť reprodukcie zvuku signálu nie je taká veľká, ale účinnosť je pomerne vysoká. Všetky ostatné triedy zosilňovačov sú akýmsi prechodným modelom medzi týmito dvoma skupinami.

Všetky triedy zosilňovačov možno podmienečne rozdeliť do dvoch podskupín. Prvá zahŕňa klasické riadené modely tried A, B, ako aj AB a C. Ich kategória je určená parametrom ich vodivosti v určitom úseku výstupného signálu. Činnosť vstavaného tranzistora na výstupe sa teda nachádza v strede medzi "vypnuté" a "zapnuté".

Druhá kategória zariadení zahŕňa modernejšie modely, ktoré sa považujú za takzvané spínacie triedy - sú to modely D, E, F, ako aj G, S, H a T.

Tieto zosilňovače využívajú moduláciu pulznej šírky, ako aj digitálny obvod na nepretržitú konverziu signálu medzi úplne vypnutým a úplným zapnutím. Výsledkom je silný výstup v oblasti nasýtenia.

O rôznych triedach zosilňovačov si povieme podrobnejšie.

Modely triedy A sú najpoužívanejšie kvôli ich jednoduchosti dizajnu. Je to spôsobené niekoľkými parametrami skreslenia vstupného signálu a tým aj vysokou kvalitou zvuku v porovnaní so všetkými ostatnými kategóriami zosilňovačov. Modely tejto kategórie sa vyznačujú vysokou linearitou v porovnaní s ostatnými.

Zosilňovače triedy A zvyčajne používajú vo svojej práci jednu verziu tranzistorov. Je pripojený k základnej konfigurácii emitora pre dve polovice signálu, takže germániový tranzistor ním bude vždy prechádzať, aj keď neexistuje fázový signál. To znamená, že na výstupe stupeň neprejde úplne do oblasti prerušenia signálu a saturácie. Má svoj vlastný ofsetový bod približne v strede čiary zaťaženia. Táto štruktúra vedie k tomu, že tranzistor sa jednoducho neaktivuje - to sa považuje za jednu z jeho základných nevýhod.

Keďže zariadenia triedy A sú jednostranné a pracujú v lineárnej zóne všetkých špecifikovaných kriviek, jedno výstupné zariadenie prechádza cez celých 360 stupňov, v tomto prípade zariadenie kategórie A plne zodpovedá zdroju prúdu.

Keďže zosilňovače v tejto kategórii fungujú, ako sme už povedali, v ultralineárnej oblasti, musí byť správne nastavené predpätie jednosmerného prúdu. - to zaistí správnu činnosť a poskytne zvukový prúd s výkonom 24 wattov. Avšak vzhľadom na to, že výstupné zariadenie je stále vo vypnutom stave, nepretržite vedie prúd, čo vytvára podmienky pre neustály výpadok výkonu v celej konštrukcii. Táto vlastnosť vedie k uvoľňovaniu veľkého množstva tepla, pričom ich účinnosť je pomerne nízka - menej ako 40%, čo ich robí nepraktickými, pokiaľ ide o nejaké výkonné akustické systémy. okrem toho z dôvodu zvýšeného prúdu inštalácie naprázdno musí mať zdroj patričné ​​rozmery a musí byť čo najviac filtrovaný, inak sa nedá vyhnúť zvuku zosilňovača a cudziemu brumu. Práve tieto nedostatky viedli výrobcov k tomu, aby naďalej pracovali na vytvorení zosilňovačov v efektívnejšej kategórii.

Zosilňovače triedy B boli navrhnuté výrobcami tak, aby riešili problémy s nízkou účinnosťou a prehrievaním spojené s predchádzajúcou kategóriou. Vo svojej práci modely kategórie B používajú dvojicu prídavných tranzistorov, zvyčajne bipolárnych. Ich rozdiel je v tom, že pre obe polovice signálu je výstupné čelo zostavené podľa push-pull obvodov, takže každé tranzistorové zariadenie poskytuje zosilnenie len polovice výstupného signálu.

V zosilňovačoch tejto triedy neexistuje žiadny základný jednosmerný prúd predpätia, pretože jeho pokojový prúd je nulový, preto sú parametre jednosmerného výkonu zvyčajne malé. V súlade s tým je jeho účinnosť oveľa vyššia ako účinnosť zariadení A. Zároveň keď je signál kladný, kladne predpätý tranzistor ho poháňa, zatiaľ čo záporný zostáva vypnutý. Podobne v momente, keď vstupný signál nadobudne zápornú hodnotu, kladný je vypnutý a záporne predpätý tranzistor je naopak aktivovaný a poskytuje zápornú polovicu signálu. Výsledkom je, že tranzistor počas svojej činnosti strávi 1/2 cyklu iba v kladnom alebo zápornom polcykle prichádzajúceho signálu.

Tento push-pull dizajn je asi o 45-60% účinnejší ako zosilňovače triedy A. Problémy s modelmi tohto typu spočívajú v tom, že spôsobujú výrazné skreslenie v čase prechodu zvukového signálu v dôsledku „mŕtvej zóny“ tranzistorov v koridore vstupných napätí s hodnotami od -0,7 V do +0,7 V. .

Ako každý vie z kurzu fyziky, základný žiarič musí poskytovať napätie asi 0,7 V, aby sa bipolárny tranzistor spustil úplne zapojenie. Pokiaľ toto napätie nepresiahne túto značku, výstupný tranzistor sa neprepne do zapnutej polohy. To znamená, že polovica signálu, ktorý ide do koridoru 0,7 V, sa začne reprodukovať nepresne. V dôsledku toho sú zariadenia kategórie B prakticky nevhodné na použitie v presných akustických inštaláciách.

Pre na prekonanie týchto skreslení boli vytvorené takzvané kompromisné zariadenia triedy AB.

Tento model je akýmsi tandemovým dizajnom kategórie A a kategórie B. Dnes sú zosilňovače typu AB považované za jednu z najbežnejších konštrukčných možností. Princípom svojej činnosti sú trochu podobné výrobkom kategórie B, s jedinou výnimkou, že obe tranzistorové súčiastky môžu súčasne viesť signál v blízkosti priesečníka oscilogramov. To úplne eliminuje všetky problémy so skreslením signálu predchádzajúceho zosilňovača skupiny B.Rozdiel je v tom, že pár tranzistorov má pomerne nízke predpätie, zvyčajne 5 až 10 % pokojového prúdu. V tomto prípade vodivé zariadenie zostane zapnuté dlhšie ako čas jedného polcyklu, ale zároveň je to oveľa menej ako celý cyklus vstupného signálu.

Dá sa to povedať zariadenie typu AB sa považuje za vynikajúci kompromis medzi modelmi triedy A a triedy B z hľadiska účinnosti a linearity.a zatiaľ čo účinnosť konverzie zvukového signálu je približne 50 %.

Konštrukcia jednotiek triedy C má maximálnu účinnosť, ale zároveň dosť slabú linearitu v porovnaní so všetkými ostatnými kategóriami. Zosilňovač triedy C je značne zaujatý, takže vstupný prúd ide na nulu a zostáva na tejto úrovni viac ako 1/2 cyklu prichádzajúceho signálu. V tomto čase je tranzistor v pohotovostnom režime, aby sa vypol.

Tieto konštrukčné vlastnosti znemožňujú použitie zosilňovačov v reproduktorových systémoch. Tieto modely si spravidla našli oblasť použitia vo vysokofrekvenčných generátoroch, ako aj v určitých verziách rádiofrekvenčných zosilňovačov, kde sa prúdové impulzy emitované na výstupe premieňajú na sínusové vlny danej frekvencie.

Zosilňovač kategórie D sa týka dvojkanálových nelineárnych impulzných modelov, nazývajú sa tiež zosilňovače PWM.

Vo veľkej väčšine audio systémov pracujú koncové stupne buď v triede A alebo AB. V integrovaných zosilňovačoch skupiny D je strata výkonu linkových vstupov výrazná aj v prípade ich maximálne úplnej, takmer ideálnej realizácie. To dáva modelom triedy D značnú výhodu vo väčšine oblastí použitia vďaka minimálnemu vývinu tepla, zníženej hmotnosti a rozmerom zariadenia a tým aj zníženým nákladom na výrobky, pričom životnosť batérie v takýchto modeloch je zvýšená v porovnaní s modelmi iné dizajny.

Zosilňovač triedy F. Tieto modely poskytujú zvýšenú účinnosť, ich účinnosť je asi 90%.

Zosilňovač triedy G. Tento zosilňovač je v skutočnosti pokročilý dizajn základnej jednotky TDA triedy AB s vysokou linearitou. Modely v tejto kategórii dokážu automaticky prepínať medzi rôznymi elektrickými vedeniami v prípade zmeny parametrov prichádzajúceho signálu. Takéto spínanie výrazne znižuje spotrebu energie a tým aj spotrebu energie spôsobenú tepelnými stratami.

Zosilňovač triedy I. Takéto modely majú niekoľko sád prídavných výstupných zariadení. Pred zapnutím sú umiestnené v konfigurácii push-pull. Prvé zariadenie spína kladnú časť signálu a druhé je zodpovedné za spínanie zápornej časti, podobne ako zosilňovače kategórie B. Ak na vstupe nie je žiadny zvukový signál alebo signál dosiahne bod prechodu nulou, spínací mechanizmus sa zapína a vypína súčasne s hlavným cyklom.

Zosilňovač triedy S. Táto trieda zosilňovačov je klasifikovaná ako nelineárny spínací mechanizmus. Z hľadiska mechanizmu činnosti sú trochu podobné zosilňovačom kategórie D. Takýto zosilňovač konvertuje analógové vstupné signály na digitálne, pričom ich mnohonásobne zosilňuje. Aby sa zvýšil výstupný výkon, digitálny signál spínacieho zariadenia je zvyčajne buď úplne zapnutý alebo úplne vypnutý, takže účinnosť takýchto zariadení môže byť 100%.

Zosilňovač triedy T. Ďalšia možnosť pre digitálny zosilňovač. Dnes si takéto modely získavajú čoraz väčšiu popularitu vďaka prítomnosti mikroobvodov, ktoré umožňujú digitálne spracovanie prichádzajúceho signálu, ako aj vstavaných viackanálových zosilňovačov 3D zvuku. Tento efekt je zabezpečený dizajnom, ktorý umožňuje konverziu analógových signálov na vyššie digitálne PWM zvuky. Konštrukcia zariadení triedy C spája charakteristiky signálu s nízkym skreslením podobne ako v kategórii AV pri zachovaní účinnosti na úrovni modelov triedy D.

Najprv sa pozastavme nad tým, ako zosilňovač v princípe funguje. Určite budete prekvapení, ale v skutočnosti továrenský zosilňovač nič nezosilňuje. V skutočnosti, mechanizmus jeho práce pripomína prácu najjednoduchšieho žeriavu: otočíte rukoväťou a voda z vodovodu sa začne liať, silnejšia alebo slabšia, a ak ju otočíte, prietok sa zablokuje. V zosilňovačoch prebiehajú všetky procesy rovnakým spôsobom. Z výkonného napájacieho modulu prúdi prúd cez reproduktor pripojený k zariadeniu. Funkciu odbočky v tomto prípade preberajú tranzistory - na výstupe je stupeň ich zatvárania a otvárania riadený signálom, ktorý prechádza do zosilňovača. Z toho, ako presne tento žeriav funguje, to znamená, ako fungujú výstupné tranzistory, a trieda zosilňovačov sa určuje.

Ak hovoríme o zariadeniach AB, potom tranzistory v nich môžu mať nepríjemnú vlastnosť otvárať a zatvárať neúmerne k signálom, ktoré k nim prichádzajú. Ich práca sa tak stáva nezmenenou. Vráťme sa k analógii s kohútikom - môžete otáčať rukoväťou kohútika, ale voda bude najskôr slabo prúdiť a potom sa náhle zvýši.

Pre tento dôvod Tranzistory kategórie AB musia zostať otvorené, aj keď nie je žiadny signál. Je to potrebné, aby začali pracovať okamžite a nečakali, kým signál dosiahne určitú úroveň - iba v tomto prípade bude zosilňovač schopný reprodukovať zvuk s minimálnym skreslením. V praxi to znamená, že časť užitočnej energie sa premrhá. Len si predstavte, že otvoríte všetky vodovodné kohútiky v byte a neustále z nich vyteká malý pramienok vody. Výsledkom je, že účinnosť takýchto modelov nepresahuje 50-70%, práve nízka účinnosť je hlavnou nevýhodou zosilňovačov triedy AV.

Ak hovoríme o zariadeniach triedy D, potom je princíp ich fungovania úplne rovnaký: majú vlastné výstupné tranzistory, ktoré sa dajú zapínať a vypínať. Prechod prúdu cez reproduktory k nim pripojené je teda regulovaný, ale signál už riadi ich otvorenie, ktoré je svojou konfiguráciou veľmi vzdialené tomu prichádzajúcemu.

Takto je signál privádzaný do výstupných tranzistorov zariadení triedy D. V tomto prípade budú fungovať úplne inak: buď sa úplne zatvoria, alebo sa otvoria bez akýchkoľvek stredných hodnôt. To znamená, že účinnosť takýchto modelov môže byť takmer 100%.

Samozrejme, na posielanie takýchto signálov do audio systémov je ešte priskoro, najskôr by sa to malo vrátiť do štandardnej konfigurácie. Dá sa to urobiť pomocou výstupnej tlmivky, ako aj kondenzátora - po ich spracovaní sa na výstupe vytvorí zosilnený signál, ktorý vo svojom tvare úplne zopakuje vstupný. Je to on, kto sa prenáša do reproduktorov.

Hlavnou výhodou zariadení triedy D je zvýšená účinnosť. a tým aj šetrnejšiu spotrebu energie

Dlho sa tomu verilo pre pripojenie kvalitných reproduktorových sústav budú optimálnym riešením AB zosilňovače... Modely kategórie D poskytovali konverziu prichádzajúceho signálu na pulzný signál so zníženou frekvenciou, v dôsledku čoho poskytoval dobrý zvuk iba v režime subwoofera.V dnešnej dobe technika urobila veľký krok vpred a dnes už existujú vysokorýchlostné tranzistory, ktoré sa dokážu takmer okamžite otvárať a aj zatvárať, širokopásmových zariadení triedy D je v obchodoch pomerne veľa.

Tieto modely sú určené na použitie nielen so subwoofermi, ale aj s modernými reproduktorovými sústavami všetkých typov. Pre tie možnosti, kde nie je potrebný vysoký výkon, má zmysel kúpiť pomerne kompaktný zosilňovač.

Ak teda máte dostatok miesta na pripojenie reproduktora, môžete si vybrať model triedy AV. Za niekoľko desaťročí existencie sú obvody týchto modelov dobre vyvinuté, poskytujú pomerne dobrú kvalitu zvuku a v prípade poruchy ich môžete ľahko opraviť v najbližšom servisnom stredisku.

Ak je priestor pre inštaláciu zvuku obmedzený, mali by ste sa bližšie pozrieť na širokopásmové modely skupiny D. Pri rovnakých výkonových parametroch ako produkty triedy AV sú oveľa menšie a ľahšie, navyše sa menej zahrievajú a niektoré modely umožňujú aj skrytú inštaláciu s najmenším rušením.

Pre pripojenie subwooferov poskytuje trieda D maximálnu výhodu, pretože blok basových tónov je energeticky najnáročnejším frekvenčným rozsahom - v tomto prípade má zásadný význam účinnosť produktu a v tomto jednoducho neexistujú konkurenti produktov triedy D.

V tomto videu sa môžete jasnejšie zoznámiť s triedami zosilňovačov zvuku.