Avdio ojačevalnik je splošen izraz, ki se uporablja za opis vezja, ki proizvaja in ojača različico svojega vhodnega signala. Vendar pa niso vse tehnologije pretvornikov enake, saj so razvrščene glede na njihove konfiguracije in načine delovanja.
V elektroniki se običajno uporabljajo majhni ojačevalniki, ker lahko ojačajo relativno majhen vhodni signal, na primer iz senzorja, kot je predvajalnik glasbe, v veliko večji izhodni signal za pogon releja, svetilke ali zvočnika itd.
Obstaja veliko oblik elektronskih vezij, ki so razvrščene kot ojačevalniki, od operativnih in majhnih signalnih pretvornikov do velikih impulznih in močnostnih pretvornikov. Razvrstitev naprave je odvisna od velikosti signala, velikega ali majhnega, njegove fizične konfiguracije in načina obdelave vhodnega toka, to je razmerja med vhodno ravnjo in tokom, ki teče v bremenu.
Anatomija naprave
Avdiofrekvenčni ojačevalniki so lahko videti kot preprosta škatlaali blok, ki vsebuje napravo, kot je bipolarni, FET ali operativni senzor, ki ima dva vhodna in dva izhodna terminala (zemlja je skupna). Poleg tega je izhodni signal veliko večji zaradi njegove pretvorbe na napravi.
Idealni ojačevalnik signala bo imel tri glavne lastnosti:
- Vhodna impedanca ali (R IN).
- Izhodna upornost ali (R OUT).
- Pridobitev ali (A).
Ne glede na to, kako zapleteno je ojačevalno vezje, se lahko uporabi splošni model blokov za prikaz razmerja teh treh lastnosti.
Splošni koncepti
Visokokakovostni zvočni ojačevalniki se lahko razlikujejo po zmogljivosti. Vsaka vrsta ima digitalno ali analogno pretvorbo. Kode so nastavljene tako, da jih ločujejo.
Povečana razlika med vhodnimi in izhodnimi signali se imenuje pretvorba. Ojačenje je merilo, koliko ojačevalnik "transformira" vhodni signal. Na primer, če je vhodna raven 1 volt in izhodna raven 50 voltov, bo pretvorba 50. Z drugimi besedami, vhodni signal je bil razvit 50-krat. Ojačevalnik avdio frekvenc naredi prav to.
Izračun pretvorbe je preprosto razmerje med izhodom, deljeno z vhodom. Ta sistem nima enot kot razmerja, vendar se v elektroniki za dobiček običajno uporablja simbol A. Pretvorba se nato preprosto izračuna kot "izhod, deljen z vhodom".
pretvorniki
Majhna lupaOjačevalnik signala se običajno imenuje "napetostni" ojačevalnik, ker se nagiba k pretvorbi majhnega vhoda v veliko večjo izhodno napetost. Včasih je za pogon motorja ali zvočnika potrebno vezje naprave in za te vrste aplikacij, kjer so vključeni visoki preklopni tokovi, so potrebni pretvorniki moči.
Kot že ime pove, je glavna naloga močnostnega ojačevalnika (znanega tudi kot velik ojačevalnik signala) oskrbovati breme z energijo. Je zmnožek napetosti in toka, uporabljenega na obremenitvi z izhodno močjo, večjo od ravni vhodnega signala. Z drugimi besedami, pretvornik poveča moč zvočnika, zato se ta vrsta blokirnega vezja uporablja v zunanjih stopnjah zvočnih pretvornikov za pogon zvočnikov.
Načelo delovanja
Avdio ojačevalnik deluje na principu pretvarjanja enosmerne moči, črpane iz napajalnika, v signal izmenične napetosti, ki se dovaja na breme. Čeprav je pretvorba visoka, je učinkovitost od enosmernega napajanja do izhodnega signala izmenične napetosti na splošno nizka.
Idealen blok daje napravi 100-odstotno učinkovitost ali pa bo vsaj power IN enak moči OUT.
razred
Če so uporabniki že kdaj pogledali specifikacije ojačevalcev avdio moči, so morda opazili razrede opreme, ki so običajno označeni s črko oz.dve. Najpogostejše vrste blokov, ki se danes uporabljajo v potrošniškem domačem zvoku, so vrednosti A, A/B, D, G in H.
Ti razredi niso preprosti klasifikacijski sistemi, ampak opisi topologije ojačevalnika, to je, kako delujejo na ravni jedra. Čeprav ima vsaka vrsta ojačevalnika svoje prednosti in slabosti, njihova zmogljivost (in način merjenja končnih lastnosti) ostaja enaka.
Gre za pretvorbo valovne oblike, ki jo pošlje predenota, ne da bi povzročil motnje ali vsaj čim manj popačenja.
razred A
V primerjavi z drugimi razredi zvočnih ojačevalnikov moči, ki bodo opisani spodaj, so modeli razreda A relativno preproste naprave. Definitivno načelo delovanja je, da morajo vsi izhodni bloki pretvornika iti skozi celoten 360-stopinjski signalni cikel.
Razred A lahko razdelimo tudi na enosmerne in potisne ojačevalce. Potisni/povleci se od glavne razlage zgoraj razlikuje po uporabi izhodnih naprav v parih. Medtem ko obe napravi izvajata celoten 360-stopinjski cikel, bo ena naprava nosila večino obremenitve v pozitivnem delu cikla, druga pa več negativnega cikla.
Glavna prednost tega vezja je zmanjšano popačenje v primerjavi z enosmernimi izvedbami, saj so odpravljena celo nihanja vrstnega reda. Poleg tega so potisno-povlečni modeli razreda A manj občutljivi na hrup.
Zaradi pozitivnih lastnosti, povezanih z zmogljivostjo razreda A, velja za zlati standard za kakovost zvoka v številnih akustičnih aplikacijah. Vendar imajo ti modeli eno pomembno pomanjkljivost - učinkovitost.
Zahteva za tranzistorske avdio ojačevalnike razreda A, da imajo vse izhodne naprave ves čas vklopljene. To dejanje vodi do znatne izgube energije, ki se sčasoma pretvori v toploto. To še poslabša dejstvo, da zasnove razreda A zahtevajo relativno visoke ravni mirujočega toka, ki je količina toka, ki teče skozi izhodne naprave, ko ojačevalnik proizvaja ničelni izhod. Resnične stopnje učinkovitosti so lahko v vrstnem redu od 15 do 35 %, pri čemer so možne enomestne številke z uporabo zelo dinamičnega izvornega materiala.
razred B
Medtem ko vsi izhodni mehanizmi v avdio ojačevalniku razreda A potrebujejo 100 % časa za delovanje, enote razreda B uporabljajo potisno-povlečno vezje, tako da je v vsakem trenutku le polovica izhodnih naprav.
Ena polovica pokriva +180 stopinjski del valovne oblike, druga polovica pa odsek -180 stopinj. Posledično so ojačevalniki razreda B bistveno bolj učinkoviti kot njihovi kolegi iz razreda A, s teoretičnim maksimumom 78,5 %. Glede na relativno visoko učinkovitost je bil razred B uporabljen v nekaterih profesionalnih PA pretvornikih in nekaterih domačih cevnih ojačevalnikih. Kljub jimočitna moč, možnosti za pridobitev bloka razreda B za hišo so praktično nič. Pregled zvočnega ojačevalnika je pokazal vzrok za to, znan kot križno popačenje.
Težava z zakasnitvijo pri predaji med napravami, ki obdelujejo pozitivne in negativne dele valovne oblike, se šteje za pomembno. Samoumevno je, da je to popačenje slišno v zadostnih količinah, in čeprav so bili nekateri modeli razreda B v tem pogledu boljši od drugih, je razred B prejel malo priznanja s strani navdušencev nad čistim zvokom.
razred A/B
Cevni avdio ojačevalnik lahko najdete na številnih koncertnih prizoriščih. Ima visoko zmogljivost in se ne pregreva. Poleg tega so modeli veliko cenejši od številnih digitalnih blokov. So pa tudi odstopanja. Takšen modul morda ne bo deloval z vsemi zvočnimi formati. Zato je bolje uporabiti opremo kot del splošnega kompleksa za obdelavo signalov.
Razred A/B združuje najboljše iz vsake vrste naprave, da ustvari enoto brez slabosti katere koli od njih. S to kombinacijo prednosti ojačevalniki razreda A/B v veliki meri prevladujejo na potrošniškem trgu.
Rešitev je pravzaprav precej preprosta. Kjer razred B uporablja push-pull napravo, pri čemer vsaka polovica izhodne stopnje vodi 180 stopinj, mehanizmi razreda A/B jo povečajo na ~181-200 stopinj. Torej obstajaveliko manj verjetno, da bo prišlo do "raztrganine" v zanki, zato se križno popačenje zmanjša do točke, ko ni pomembno.
Valve avdio ojačevalniki moči lahko absorbirajo te motnje veliko hitreje. Zahvaljujoč tej lastnosti je zvok iz naprave veliko čistejši. Modeli teh lastnosti se pogosto uporabljajo za preoblikovanje zvoka akustičnih in električnih kitar.
Zadostuje, da rečemo, da razred A/B izpolnjuje svoje obljube in zlahka prekaša čiste konstrukcije razreda A pri ~50-70 % zmogljivosti v resničnem svetu. Dejanske ravni so seveda odvisne od tega, koliko je ojačevalnik offset, pa tudi od programskega materiala in drugih dejavnikov. Omeniti velja tudi, da gredo nekateri modeli razreda A/B še korak dlje v svojem prizadevanju za odpravo križnega popačenja z delovanjem v čistem načinu razreda A do nekaj vatov moči. To daje nekaj učinkovitosti pri nizkih ravneh, vendar zagotavlja, da se ojačevalnik ne spremeni v peč, ko se uporabi velika količina moči.
Razredi G in H
Še en par modelov, zasnovanih za izboljšanje učinkovitosti. S tehničnega vidika niti ojačevalniki razreda G niti razreda H niso uradno priznani. Namesto tega so različice teme razreda A/B z uporabo preklapljanja napetosti vodila oziroma modulacije vodila. Vsekakor v razmerah nizkega povpraševanja sistem uporablja nižjo napetost vodila kot ojačevalnik podobnega razreda A/B, kar bistvenozmanjša porabo energije. Ko pride do pogojev visoke moči, sistem dinamično poveča napetost vodila (tj. preklopi na visokonapetostno vodilo), da obvlada prehodne procese visoke amplitude.
Obstajajo tudi pomanjkljivosti. Glavni med njimi so visoki stroški. Prvotna omrežna stikalna vezja so uporabljala bipolarne tranzistorje za nadzor izhodnih tokov, kar je dodalo kompleksnost in stroške. Visokokakovostni cevni avdiofrekvenčni ojačevalniki te vrste so pogosti, čeprav se cena začne pri 50 tisoč rubljev. Blok velja za profesionalno tehniko za delo na odru ali snemanje v studiu. Obstajajo težave s tranzistorji. Pri daljši obremenitvi lahko nekateri od njih odpovejo.
Danes se cena pogosto do neke mere zniža z uporabo visokotokovnih MOSFET-jev za izbiro ali spreminjanje vodil. Uporaba MOSFET ne le izboljša učinkovitost in zmanjša toploto, temveč zahteva tudi manj delov (običajno ena naprava na nit). Poleg stroškov preklapljanja vodila, same modulacije, je treba omeniti tudi, da nekateri ojačevalniki razreda G uporabljajo več izhodnih naprav kot tipična zasnova razreda A/B.
En par naprav bo deloval v tipičnem A/B načinu, ki ga napajajo nizkonapetostne zbiralke. Medtem je drugi v stanju pripravljenosti in deluje kot ojačevalec napetosti, ki se aktivira le glede na situacijo. prenese visoke obremenitve samo razreda G in H,povezana z močnimi ojačevalniki, kjer se povečana učinkovitost obrestuje. Kompaktne zasnove lahko uporabljajo tudi topologije razreda G/H v nasprotju s A/B, saj možnost preklopa v način nizke porabe pomeni, da se lahko izognejo nekoliko manjšim hladilnikom.
razred D
Ta vrsta naprave vam omogoča ustvarjanje lastnih modularnih sistemov. S pomočjo opreme poteka kakovostna obdelava celotnega odhodnega toka. Oblikovanje močnostnih ojačevalnikov zvoka vam omogoča, da ustvarite svoj lasten multimedijski sistem za delo ali zabavo. Vendar pa tukaj obstajajo nekatere nianse. Pretvorniki razreda D, ki jih pogosto napačno imenujejo digitalna ojačevalnik, so zagotovilo za učinkovitost enote in dosegajo več kot 90-odstotni dobiček pri dejanskem testiranju.
Najprej je vredno razmisliti, zakaj je to razred D, če je "digitalno ojačanje" napačno. To je bila le naslednja črka v abecedi, z razredom C, ki se uporablja v avdio sistemih. Še pomembneje je, kako je mogoče doseči 90 %+ učinkovitost. Medtem ko imajo vsi prej omenjeni razredi ojačevalnikov eno ali več izhodnih naprav, ki so stalno aktivni, tudi ko je pretvornik dejansko v stanju pripravljenosti, jih enote razreda D hitro izklopijo in vklopijo. To je zelo priročno in omogoča uporabo modula le v pravih trenutkih.
Na primer izračun avdio ojačevalcev razreda T, ki soTripathova izvedba razreda D za razliko od osnovne naprave uporablja preklopne frekvence reda 50 MHz. Izhodne naprave se običajno krmilijo z modulacijo širine impulza. To je, ko modulator, ki predstavlja analogni signal za predvajanje, generira kvadratne valove različnih širin. S strogim nadzorom izhodnih naprav na ta način je 100-odstotna učinkovitost teoretično možna (čeprav očitno ni dosegljiva v resničnem svetu).
Kopamo v svet avdio ojačevalcev razreda D, lahko najdete tudi omembo analognih in digitalnih krmiljenih modulov. Ti krmilni bloki imajo analogni vhodni signal in analogni krmilni sistem, običajno z določeno stopnjo popravljanja napak s povratnimi informacijami. Po drugi strani pa ojačevalniki razreda D digitalne pretvorbe uporabljajo digitalno krmiljenje, ki preklaplja stopnjo moči brez nadzora napak. Tudi ta odločitev je po ocenah številnih kupcev deležna odobravanja. Vendar je cenovni segment tukaj veliko višji.
Raziskave avdio ojačevalcev so pokazale, da ima analogno gnani razred D prednost pred digitalnimi analognimi, saj običajno ponuja nižjo izhodno impedanco (upornost) in izboljšan profil popačenja. To dvigne začetne vrednosti sistema pri največji obremenitvi.
Parametri avdio frekvenčnih ojačevalnikov so veliko višji od tistih pri osnovnih modelih. Treba je razumeti, da so takšni izračuni potrebni samo za ustvarjanje glasbe v studiu. Za navadne kupce, teznačilnosti je mogoče preskočiti.
Običajno je L-vezje (induktor in kondenzator), nameščeno med ojačevalnikom in zvočniki za zmanjšanje hrupa, povezanega z delovanjem razreda D. Filter je zelo pomemben. Slaba zasnova lahko ogrozi učinkovitost, zanesljivost in kakovost zvoka. Poleg tega ima povratne informacije po izhodnem filtru svoje prednosti. Čeprav lahko modeli, ki na tej stopnji ne uporabljajo povratnih informacij, prilagodijo svoj odziv na določeno impedanco, ko imajo takšni ojačevalniki kompleksno obremenitev (tj. zvočnik in ne upor), se lahko frekvenčni odziv znatno razlikuje glede na obremenitev zvočnika. Povratne informacije stabilizirajo to težavo z zagotavljanjem gladkega odziva na zapletene obremenitve.
Na koncu ima kompleksnost avdio ojačevalcev razreda D svoje prednosti. Učinkovitost in posledično manjša teža. Ker se za toploto porabi relativno malo energije, je potrebno veliko manj energije. Kot taki se številni ojačevalniki razreda D uporabljajo v povezavi s preklopnimi napajalniki (SMPS). Tako kot izhodna stopnja je tudi sam napajalnik mogoče hitro vklopiti in izklopiti za uravnavanje napetosti, kar ima za posledico nadaljnje povečanje učinkovitosti in možnost zmanjšanja teže v primerjavi s tradicionalnimi analognimi/linearnimi napajalniki.
Skupno lahko celo zmogljivi ojačevalniki razreda D tehtajo le nekaj kilogramov. Pomanjkljivost napajalnikov SMPS v primerjavi s tradicionalnimi linearnimi napajalniki jeda prvi običajno nimajo veliko prostora za glavo.
Testi in številni preizkusi avdio ojačevalcev razreda D z linearnimi napajalniki v primerjavi z moduli SMPS so pokazali, da je temu res tako. Ko sta dva ojačevalnika ravnala z nazivno močjo, bi pa lahko eden z linearnim napajanjem proizvedel višje dinamične ravni moči. Vendar pa modeli SMPS postajajo vse bolj običajni in lahko pričakujete, da boste v trgovinah videli boljše enote naslednje generacije razreda D, ki uporabljajo podobne oblike.
Primerjava učinkovitosti razredov AB in D
Čeprav se učinkovitost tranzistoriziranega ojačevalnika zvočne moči razreda A/B povečuje, ko se približujemo največji izhodni moči, modeli razreda D ohranjajo visoko učinkovitost v večini delovnih območij. Posledično se učinkovitost in kakovost zvoka vse bolj nagibata k zadnjemu bloku.
Uporabi en pretvornik
Ob pravilni izvedbi lahko kateri koli od zgornjih blokov zunaj razreda B predstavlja osnovo ojačevalnika visoke zvestobe. Poleg možnih pasti pri zmogljivosti (ki so predvsem odločitev o oblikovanju in ne specifična za razred) je izbira vrste blokov v veliki meri stvar stroškov in učinkovitosti.
Na današnjem trgu prevladuje preprost avdio ojačevalnik razreda A/B, in to z dobrim razlogom. Deluje zelo dobro, je relativno poceni in jeučinkovitost je povsem ustrezna za aplikacije z nizko porabo (>200W). Seveda, ko proizvajalci pretvornikov poskušajo preseči okvir, na primer z monoblokom Emotiva XPR-1 z močjo 1000 W, se obračajo na modele razreda G/H in D, da bi se izognili podvajanju svojih ojačevalnikov kot sistemov, ki lahko hitro segrejejo opremo. Medtem so na drugi strani trga oboževalci razreda A, ki lahko odpustijo neučinkovitost naprave v upanju na čistejši zvok.
rezultat
Navsezadnje razredi pretvornikov niso nujno tako pomembni. Seveda obstajajo dejanske razlike, zlasti ko gre za stroške, učinkovitost ojačevalnika in s tem težo. Seveda so aparati razreda A z močjo 500 W slaba ideja, razen če ima uporabnik seveda zmogljiv hladilni sistem. Po drugi strani pa razlike med razredi ne določajo kakovosti zvoka. Na koncu pride do razvoja in izvajanja lastnih projektov. Pomembno je razumeti, da so pretvorniki le ena naprava, ki je del zvočnega sistema.
