کلاس های تقویت کننده صدا: طبقه بندی - D ، A ، B ، C ، AB و دیگران. فوق خطی و دیجیتالی. کدام کلاس بهتر است؟

2024 نویسنده: Beatrice Philips | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 05:36

مطمئناً بسیاری شنیده اند که تقویت کننده های مدرن می توانند به کلاس های مختلف تعلق داشته باشند. با این حال ، افرادی که از سیستم های صوتی و ویژگی های فنی تجهیزات صوتی فاصله دارند ، به سختی می توانند تصور کنند که در پشت نام حروف پنهان شده است.

در بررسی ما ، ما با جزئیات بیشتری در مورد اینکه کلاسهای تقویت کننده چیست ، چه هستند و چگونه مدل بهینه را انتخاب می کنیم صحبت خواهیم کرد.

طبقه بندی

کلاس تقویت کننده مقدار سیگنال خروجی است که در آن توسط سیگنال ورودی سینوسی در مدار عملکردی در طول یک چرخه عملیاتی هدایت می شود و در نتیجه این تأثیر تغییر می کند. طبقه بندی تقویت کننده ها به کلاس ها بستگی به پارامترهای خطی بودن حالت مورد استفاده برای تقویت سیگنال های ورودی از دسته ها با دقت بیشتر و بازده نسبتاً کاهش یافته تا کاملاً غیر خطی دارد . در این مورد ، دقت بازتولید صدا سیگنال چندان زیاد نیست ، اما کارایی آن بسیار بالا است. سایر کلاسهای تقویت کننده نوعی مدل میانی بین این دو گروه هستند.

گروه اول

همه کلاس های تقویت کننده را می توان به طور مشروط به دو زیر گروه تقسیم کرد. مدل اول شامل مدلهای کنترل شده کلاسیک کلاسهای A ، B ، و AB و C است . طبقه بندی آنها با پارامتر رسانایی آنها در بخش خاصی از سیگنال خروجی تعیین می شود. بنابراین ، عملکرد ترانزیستور داخلی در خروجی در وسط بین "خاموش" و "روشن" قرار دارد.

گروه دوم

دسته دوم دستگاهها شامل مدلهای مدرن تری است که به اصطلاح کلاسهای سوئیچینگ در نظر گرفته می شوند - اینها مدلهای D ، E ، F و همچنین G ، S ، H و T هستند.

این تقویت کننده ها از مدولاسیون عرض پالس و همچنین مدارهای دیجیتال برای تبدیل پیوسته سیگنال بین کامل خاموش و روشن استفاده می کنند . در نتیجه ، یک خروجی قدرتمند در منطقه اشباع وجود دارد.

شرح کلاسهای محبوب

ما در مورد کلاس های مختلف تقویت کننده با جزئیات بیشتر صحبت خواهیم کرد.

ولی

مدلهای کلاس A به دلیل سادگی طراحی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. این به دلیل پارامترهای متعددی از اعوجاج سیگنال ورودی و ، بر این اساس ، کیفیت صدای بالا در مقایسه با سایر دسته های تقویت کننده است. مدلهای این دسته در مقایسه با مدلهای دیگر دارای خطی بالایی هستند.

به طور معمول ، تقویت کننده های کلاس A از یک نسخه ترانزیستور در کار خود استفاده می کنند . برای دو نیمه سیگنال به پیکربندی اصلی امیتر متصل است تا ترانزیستور ژرمانیوم بدون تغییر سیگنال فاز همیشه از آن عبور کند. این بدان معناست که در خروجی ، مرحله به طور کامل وارد منطقه قطع و اشباع سیگنال نمی شود. این نقطه جابجایی خود را تقریباً در مرکز خط بار دارد. این ساختار منجر به این واقعیت می شود که ترانزیستور به سادگی فعال نمی شود - این یکی از معایب اساسی آن محسوب می شود.

برای اینکه یک دستگاه به عنوان متعلق به این کلاس طبقه بندی شود ، جریان بدون بار صفر در مرحله خروجی باید برابر یا حتی فراتر از حد مجاز بار باشد تا حداکثر سیگنال خروجی را تضمین کند.

از آنجایی که دستگاه های کلاس A تک سر هستند و در منطقه خطی همه منحنی های مشخص عمل می کنند ، یک دستگاه خروجی از 360 درجه کامل عبور می کند ، در این حالت دستگاه A به طور کامل با منبع فعلی مطابقت دارد.

از آنجا که تقویت کننده های این دسته کار می کنند ، همانطور که قبلاً گفتیم ، در منطقه فوق خطی ، بایاس DC باید به درستی تنظیم شود .- این کار عملکرد مناسب را تضمین می کند و جریان صوتی با قدرت 24 وات را ایجاد می کند. با این حال ، با توجه به این واقعیت که دستگاه خروجی همیشه در حالت خاموش است ، به طور مداوم جریان را هدایت می کند ، و این شرایط را برای از دست دادن ثابت قدرت در کل ساختار ایجاد می کند. این ویژگی منجر به انتشار مقدار زیادی گرما می شود ، در حالی که کارایی آنها نسبتاً پایین است - کمتر از 40، ، که آنها را در مورد انواع سیستم های صوتی قدرتمند غیرقابل استفاده می کند. بعلاوه، به دلیل افزایش جریان بدون بار نصب ، منبع تغذیه باید دارای ابعاد مناسب باشد و تا آنجا که ممکن است فیلتر شود ، در غیر این صورت نمی توان از صدای تقویت کننده و همهمه شخص ثالث جلوگیری کرد . این کاستی ها بود که تولیدکنندگان را وادار کرد به کار روی تقویت کننده ها در رده کارآمدتر ادامه دهند.

که در

تقویت کننده های کلاس B توسط تولیدکنندگان طراحی شده اند تا مشکلات مربوط به راندمان پایین و گرمای بیش از حد مربوط به دسته قبلی را برطرف کنند. مدلهای گروه B در کار خود از یک جفت ترانزیستور اضافی معمولاً دوقطبی استفاده می کنند . تفاوت آنها در این است که برای هر دو نیمه سیگنال ، جلو خروجی مطابق مدار فشار-کشش ساخته می شود ، بنابراین هر دستگاه ترانزیستور تنها نیمی از سیگنال خروجی را تقویت می کند.

در تقویت کننده های این کلاس هیچ جریان بایاس پایه DC وجود ندارد ، زیرا جریان آرام آن صفر است ، بنابراین پارامترهای توان DC معمولاً کوچک هستند. بر این اساس ، کارایی آن بسیار بیشتر از دستگاه های A. در همان زمان است هنگامی که سیگنال مثبت است ، ترانزیستور با سوگیری مثبت آن را هدایت می کند ، در حالی که منفی خاموش است . به طور مشابه ، در لحظه ای که سیگنال ورودی منفی می شود ، مثبت خاموش می شود و برعکس ترانزیستور دارای سوگیری منفی فعال می شود و نیمه منفی سیگنال را فراهم می کند. در نتیجه ، ترانزیستور ، در حین کار ، 1/2 چرخه را فقط در نیم چرخه مثبت یا منفی سیگنال ورودی صرف می کند.

بر این اساس ، هر وسیله ترانزیستوری در این دسته تنها می تواند از قسمتی از سیگنال خروجی عبور کند ، در حالی که در یک تناوب روشن است.

این طرح push-pull حدود 45-60 efficient کارآمدتر از تقویت کننده های کلاس A است. مشکلات مدل های این نوع این است که آنها در زمان عبور سیگنال صوتی به دلیل "منطقه مرده" ترانزیستورها در راهرو ولتاژهای ورودی با مقادیر -0.7 ولت تا +0.7 ولت ، تحریف های قابل توجهی را ایجاد می کنند ..

همانطور که همه از درس فیزیک می دانند ، برای انتشار ترانزیستور دوقطبی ، سیم کشی پایه باید ولتاژ حدود 0.7 ولت بدهد. تا زمانی که این ولتاژ از این علامت تجاوز نکند ترانزیستور خروجی به موقعیت روشن حرکت نمی کند. این بدان معناست که نیمی از سیگنالی که به راهرو 0.7 ولت می رود ، به طور نادرست بازتولید می شود. در نتیجه ، این امر باعث می شود دستگاه های رده B عملاً برای استفاده در تاسیسات صوتی دقیق نامناسب باشند.

برای آن برای غلبه بر این تحریفات ، به اصطلاح سازش های کلاس AB ایجاد شد.

AB

این مدل نوعی طراحی پشت سر هم دسته A و دسته B است. امروزه تقویت کننده های نوع AB یکی از رایج ترین گزینه های طراحی محسوب می شوند. براساس اصل عملکرد ، آنها کمی شبیه محصولات گروه B هستند ، با این تفاوت که هر دو دستگاه ترانزیستور می توانند همزمان در نزدیکی نقطه تقاطع اسیلوگرام ها سیگنال را هدایت کنند .این به طور کامل تمام مشکلات اعوجاج سیگنال تقویت کننده قبلی گروه B را از بین می برد.تفاوت در این است که یک جفت ترانزیستور ولتاژ بایاس نسبتاً پایینی دارد ، به طور معمول 5 تا 10 درصد از جریان آرام. در این حالت ، دستگاه رسانا بیش از یک نیم سیکل روشن باقی می ماند ، اما در عین حال بسیار کمتر از چرخه کامل سیگنال ورودی است.

به جرات می توان گفت دستگاه نوع AB از نظر کارآیی و خطی سازش عالی بین مدلهای کلاس A و کلاس B محسوب می شود .و ، در حالی که بازده تبدیل سیگنال صوتی تقریبا 50 است.

با

طراحی واحدهای کلاس C دارای حداکثر کارایی است ، اما در عین حال خطی نسبتاً ضعیفی در مقایسه با سایر دسته ها دارد. تقویت کننده کلاس C کاملاً قابل توجه است ، بنابراین جریان ورودی به صفر می رسد و بیش از 1/2 چرخه سیگنال ورودی در آنجا باقی می ماند . در این زمان ، ترانزیستور در حالت آماده به کار است تا آن را خاموش کند.

این شکل از سوگیری ترانزیستور بیشترین کارایی دستگاه را فراهم می کند ، کارایی آن حدود 80 است ، اما در عین حال اعوجاج های صدا را در سیگنال خروجی قابل توجهی وارد می کند.

این ویژگی های طراحی استفاده از تقویت کننده در سیستم های بلندگو را غیرممکن می کند .به عنوان یک قاعده ، این مدلها کاربرد خود را در ژنراتورهای فرکانس بالا و همچنین در نسخه های خاصی از تقویت کننده های فرکانس رادیویی پیدا کرده اند ، جایی که پالس های جریان ساطع شده در خروجی به امواج سینوسی با فرکانس معین تبدیل می شوند.

د

تقویت کننده دسته D به مدلهای پالس غیر خطی دو کانالی اشاره دارد ، آنها را تقویت کننده PWM نیز می نامند.

در اکثریت قریب به اتفاق سیستم های صوتی ، مراحل خروجی در دو کلاس A یا AB عمل می کنند . در تقویت کننده های یکپارچه گروه D ، اتلاف توان ورودی های خط حتی در صورت حداکثر اجرای کامل و تقریباً ایده آل آنها قابل توجه است. این امر به دلیل کمترین تولید گرما ، کاهش وزن و ابعاد دستگاه و در نتیجه کاهش هزینه محصولات ، مزیت قابل توجهی به مدل های کلاس D در بیشتر زمینه های کاربردی می دهد ، در حالی که عمر باتری در چنین مدلهایی در مقایسه با مدلهای طرح های دیگر

به عنوان یک قاعده ، اینها مدلهای با ولتاژ بالا هستند ، آنها برای یک تخته 10000 وات طراحی شده اند.

دیگر

تقویت کننده کلاس F این مدلها افزایش کارایی را ارائه می دهند ، کارایی آنها حدود 90 است.

تقویت کننده کلاس G این تقویت کننده ، در واقع ، طراحی خطی بالا دستگاه پایه AB پایه در TDA است. مدل های این دسته می توانند در صورت تغییر پارامترهای سیگنال ورودی ، به طور خودکار بین خطوط مختلف تغذیه جابجا شوند. چنین تغییراتی مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و بر این اساس ، مصرف برق ناشی از اتلاف حرارت را کاهش می دهد.

تقویت کننده کلاس I چنین مدلهایی دارای چند مجموعه دستگاه خروجی اضافی هستند. قبل از روشن شدن ، آنها در پیکربندی push-pull قرار دارند. دستگاه اول قسمت مثبت سیگنال را تغییر می دهد و دستگاه دوم وظیفه تغییر قسمت منفی را دارد ، مانند تقویت کننده های دسته B. در صورت عدم وجود سیگنال صوتی در ورودی یا اگر سیگنال به نقطه عبور صفر برسد ، مکانیزم سوئیچ همزمان با چرخه اصلی روشن و خاموش می شود.

تقویت کننده کلاس S این دسته از تقویت کننده ها به عنوان مکانیزم سوئیچینگ غیر خطی طبقه بندی می شوند. از نظر مکانیسم عملکرد ، تا حدودی شبیه تقویت کننده های دسته D هستند. چنین تقویت کننده ای سیگنال های ورودی آنالوگ را به سیگنال های دیجیتال تبدیل می کند و آنها را چندین برابر تقویت می کند. بنابراین ، به منظور افزایش توان خروجی ، معمولاً سیگنال دیجیتالی دستگاه سوئیچینگ به طور کامل روشن یا کاملاً خاموش است ، بنابراین بازدهی چنین دستگاه هایی می تواند 100 باشد.

تقویت کننده کلاس T یک گزینه دیگر برای تقویت کننده دیجیتال. امروزه چنین مدلهایی به دلیل وجود میکروسیارهایی که امکان پردازش دیجیتالی سیگنال ورودی و همچنین تقویت کننده های صدای چند کاناله داخلی سه بعدی را دارند ، محبوبیت بیشتری پیدا می کنند. این اثر با طرحی ارائه می شود که اجازه می دهد سیگنال های آنالوگ به صداهای PWM دیجیتالی بالاتر تبدیل شوند. طراحی دستگاههای کلاس C ویژگیهای یک سیگنال اعوجاج کم شبیه به دسته AV را ترکیب می کند ، در حالی که کارایی را در سطح مدلهای کلاس D حفظ می کند.

چگونه تعیین کنیم؟

برای شروع ، بیایید در مورد نحوه عملکرد تقویت کننده در اصل صحبت کنیم. مطمئناً شگفت زده خواهید شد ، اما در واقع تقویت کننده کارخانه چیزی را تقویت نمی کند. در حقیقت، مکانیسم عملکرد آن شبیه به عملکرد ساده ترین جرثقیل است: دسته را می پیچانید و آب منبع تغذیه ، قوی یا ضعیف شروع به ریختن می کند و اگر آن را بچرخانید ، جریان مسدود می شود. در تقویت کننده ها ، همه فرایندها به یک شکل اتفاق می افتند. از ماژول منبع تغذیه قدرتمند ، جریان از طریق بلندگوی متصل به دستگاه جریان می یابد. در این حالت ، عملکرد شیر توسط ترانزیستورها انجام می شود - در خروجی ، میزان بسته شدن و باز شدن آنها توسط سیگنالی که به تقویت کننده می رسد کنترل می شود. از نحوه عملکرد دقیق این جرثقیل ، یعنی نحوه عملکرد ترانزیستورهای خروجی و کلاس تقویت کننده ها مشخص می شود.

اگر ما در مورد دستگاههای AB صحبت می کنیم ، ترانزیستورهای موجود در آنها می توانند ویژگی ناخوشایند باز و بسته شدن نامتناسب سیگنالهای رسیده را داشته باشند. بنابراین ، کار آنها بدون تغییر می شود. بازگشت به قیاس با شیر - می توانید دسته شیر را بچرخانید ، اما آب در ابتدا ضعیف جریان می یابد ، و سپس ناگهان جریان ناگهان افزایش می یابد.

به این دلیل ترانزیستورهای گروه AB حتی اگر سیگنالی وجود نداشته باشد باید باز نگه داشته شوند . این امر ضروری است به طوری که آنها بلافاصله شروع به کار می کنند و منتظر نمی مانند تا سیگنال به سطح خاصی برسد - فقط در این حالت تقویت کننده قادر خواهد بود صدا را با حداقل اعوجاج تولید کند. در عمل ، این بدان معناست که بخشی از انرژی مفید هدر می رود. فقط تصور کنید که همه شیرهای آب موجود در آپارتمان را باز می کنید و یک قطره کوچک آب به طور مداوم از آنها خارج می شود. در نتیجه ، کارایی چنین مدلهایی از 50-70 exceed تجاوز نمی کند ، این راندمان پایین است که مهمترین عیب تقویت کننده های کلاس AV است.

اگر در مورد دستگاههای کلاس D صحبت کنیم ، اصل عملکرد آنها کاملاً یکسان است: آنها ترانزیستورهای خروجی خود را دارند که می توانند روشن و خاموش شوند. بنابراین ، عبور جریان از بلندگوهای متصل به آنها تنظیم می شود ، اما سیگنال در حال حاضر باز شدن آنها را کنترل می کند ، که با پیکربندی آن بسیار دورتر از ورودی است.

اینگونه است که سیگنال به ترانزیستورهای خروجی دستگاههای کلاس D تغذیه می شود. در این حالت ، آنها کاملاً متفاوت عمل خواهند کرد: یا به طور کامل بسته می شوند ، یا بدون هیچ مقدار میانی باز می شوند. این بدان معناست که کارایی چنین مدل هایی می تواند نزدیک به 100 باشد.

البته ، برای ارسال چنین سیگنال هایی به سیستم های صوتی زود است ، ابتدا باید به تنظیمات استاندارد بازگردد. این را می توان با استفاده از یک خفه کننده خروجی و همچنین یک خازن انجام داد - پس از پردازش آنها ، یک سیگنال تقویت شده در خروجی ایجاد می شود که به طور کامل سیگنال ورودی را در شکل خود تکرار می کند. این اوست که به سخنرانان منتقل می شود.

مزیت اصلی دستگاههای کلاس D افزایش کارایی است . و بر این اساس ، مصرف انرژی ملایم تری

تا مدت ها اعتقاد بر این بود که برای اتصال سیستم های بلندگوی با کیفیت بالا ، تقویت کننده های AB راه حل بهینه خواهند بود … مدل های دسته D تبدیل سیگنال ورودی را به سیگنال پالس با فرکانس کاهش می دهند ، در نتیجه ، فقط در حالت ساب ووفر صدای خوبی می دهد.امروزه فناوری یک گام بزرگ به جلو برداشته است و امروزه ترانزیستورهای پرسرعتی وجود دارند که تقریباً فوراً باز و بسته می شوند ، تعداد زیادی دستگاه پهن باند کلاس D در فروشگاه ها وجود دارد.

این مدلها نه تنها برای ساب ووفرها ، بلکه برای انواع بلندگوهای مدرن انواع مختلف نیز استفاده می شوند. برای آن دسته از گزینه هایی که به قدرت بالا نیاز ندارند ، خرید یک تقویت کننده نسبتا جمع و جور منطقی است.

بنابراین ، اگر فضای کافی برای اتصال بلندگو دارید ، می توانید یک مدل کلاس AV را انتخاب کنید. برای چندین دهه وجود ، مدار این مدل ها به خوبی توسعه یافته است ، آنها کیفیت صدای نسبتاً خوبی را ارائه می دهند و در صورت خرابی ، می توانید آنها را به راحتی در نزدیکترین مرکز خدمات تعمیر کنید.

اگر محدوده ای برای نصب صدا محدود است ، باید مدلهای پهنای باند گروه D را دقیقتر ببینید . با پارامترهای قدرت مشابه محصولات کلاس AV ، آنها بسیار کوچکتر و سبک تر هستند ، علاوه بر این ، کمتر گرم می شوند و برخی از مدل ها حتی اجازه می دهند تا آنها را با کمترین تداخل مخفیانه نصب کنید.

برای اتصال ساب ووفرها ، کلاس D حداکثر مزیت را تعیین می کند ، از آنجا که بلوک تن باس مصرف کننده ترین فرکانس انرژی است-در این مورد ، کارایی محصول از اهمیت اساسی برخوردار است و در این مورد هیچ رقیبی برای محصولات کلاس D وجود ندارد.

در این ویدئو ، می توانید به وضوح خود را با کلاس های تقویت کننده صدا آشنا کنید.