Äänivahvistimien Luokat: Luokitus - D, A, B, C, AB Ja Muut. Erittäin Lineaarinen Ja Digitaalinen. Kumpi Luokka On Parempi?

2024 Kirjoittaja: Beatrice Philips | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 05:37

Varmasti monet ovat kuulleet, että nykyaikaiset vahvistimet voivat kuulua eri luokkiin. Ihmiset, jotka ovat kaukana akustisista järjestelmistä ja äänilaitteiden teknisistä ominaisuuksista, eivät kuitenkaan voi kuvitella, mitä kirjainmerkintöjen takana on.

Katsauksessamme puhumme yksityiskohtaisemmin vahvistimien luokista, mitä ne ovat ja kuinka valita optimaalinen malli.

Luokittelu

Vahvistimen luokka on sen lähtösignaalin arvo, jolla sitä ohjataan toimintopiirin sinimuotoisella tulosignaalilla yhden käyttöjakson aikana ja muuttuu tämän vaikutuksen seurauksena. Vahvistimien luokittelu luokkiin riippuu sen tilan lineaarisuusparametreista, jota käytetään vahvistamaan kategorioista tulevia signaaleja suuremmalla tarkkuudella ja melko heikolla tehokkuudella täysin epälineaarisiin . Tässä tapauksessa signaalin äänentoiston tarkkuus ei ole niin suuri, mutta hyötysuhde on melko korkea. Kaikki muut vahvistinluokat ovat jonkinlaisia välimalleja näiden kahden ryhmän välillä.

Ensimmäinen ryhmä

Kaikki vahvistinluokat voidaan jakaa ehdollisesti kahteen alaryhmään. Ensimmäinen sisältää klassiset hallitut mallit luokista A, B sekä AB ja C . Niiden luokka määräytyy niiden johtavuuden parametrin perusteella tietyssä lähtösignaalin osassa. Siten sisäänrakennetun transistorin toiminta ulostulossa sijaitsee keskellä "pois" ja "päällä".

Toinen ryhmä

Toinen laiteluokka sisältää nykyaikaisemmat mallit, joita pidetään ns. Kytkentäluokina - nämä ovat malleja D, E, F sekä G, S, H ja T.

Nämä vahvistimet käyttävät pulssinleveysmodulaatiota sekä digitaalisia piirejä muuntaakseen signaalin jatkuvasti täysin pois päältä ja täysin päälle . Tämän seurauksena kyllästymisalueella on voimakas ulostulo.

Kuvaus suosituista luokista

Puhumme tarkemmin eri luokkien vahvistimista.

MUTTA

Luokan A malleja käytetään eniten niiden yksinkertaisuuden vuoksi. Tämä johtuu useista tulosignaalin vääristymien parametreista ja vastaavasti korkeasta äänenlaadusta verrattuna kaikkiin muihin vahvistinluokkiin. Tämän luokan malleille on ominaista korkea lineaarisuus verrattuna muihin.

Tyypillisesti luokan A vahvistimet käyttävät työssään yhtä versiota transistoreista . Se on kytketty emitterin peruskonfiguraatioon signaalin molemmille puolille siten, että germaniumtransistori kulkee aina sen läpi, vaikka vaihesignaalia ei olisi. Tämä tarkoittaa, että lähdössä porras ei siirry täysin signaalin katkaisu- ja kylläisyysalueelle. Siinä on oma siirtymäpiste suunnilleen kuormituslinjan keskellä. Tämä rakenne johtaa siihen, että transistori ei yksinkertaisesti aktivoidu - tätä pidetään yhtenä sen perushaitoista.

Jotta laite voidaan luokitella tähän luokkaan kuuluvaksi, lähtöportaan tyhjäkäyntivirran on oltava yhtä suuri tai jopa suurempi kuin kuormitusvirtaraja maksimaalisen lähtösignaalin varmistamiseksi.

Koska luokan A laitteet ovat yksipäisiä ja toimivat kaikkien määritettyjen käyrien lineaarisella vyöhykkeellä, yksi lähtölaite kulkee täydet 360 astetta, jolloin luokan A laite vastaa täysin nykyistä lähdettä.

Koska tämän luokan vahvistimet toimivat, kuten olemme jo sanoneet, ultra-lineaarisella alueella DC-esijännite on asetettava oikein .- tämä varmistaa asianmukaisen toiminnan ja antaa äänivirran, jonka teho on 24 wattia. Kuitenkin, koska lähtölaite on aina pois päältä, se johtaa jatkuvasti virtaa, mikä luo edellytykset jatkuvalle tehon menetykselle koko rakenteessa. Tämä ominaisuus johtaa suuren määrän lämmön vapautumiseen, kun taas niiden hyötysuhde on melko alhainen - alle 40%, mikä tekee niistä epäkäytännöllisiä eräiden tehokkaiden akustisten järjestelmien osalta. Sitä paitsi, asennuksen kuormittamattoman virran vuoksi virtalähteen on oltava sopivan mittainen ja suodatettava mahdollisimman paljon, muuten vahvistimen ja ulkopuolisen huminaa ei voida välttää . Juuri nämä puutteet saivat valmistajat jatkamaan tehokkaamman luokan vahvistimien kehittämistä.

SISÄÄN

Valmistajat ovat suunnitelleet luokan B vahvistimet vastaamaan edelliseen luokkaan liittyviä alhaisia hyötysuhteita ja ylikuumenemista koskevia ongelmia. B -luokan mallit käyttävät työssään paria ylimääräisiä transistoreita, yleensä bipolaarisia . Niiden ero on se, että signaalin molemmilla puolilla ulostulon etuosa on rakennettu push-pull-piirin mukaisesti, joten jokainen transistorilaite tarjoaa vahvistuksen vain puolet lähtösignaalista.

Tämän luokan vahvistimissa ei ole perus DC -tason esijännitevirtaa, koska sen lepovirta on nolla, joten DC -tehoparametrit ovat yleensä pieniä. Näin ollen sen tehokkuus on paljon suurempi kuin laitteiden A. Samalla kun signaali on positiivinen, positiivinen esijännitteinen transistori ajaa sitä, kun taas negatiivinen pysyy pois päältä . Samalla hetkellä, kun tulosignaali muuttuu negatiiviseksi, positiivinen kytketään pois päältä ja negatiivisesti esijännitetty transistori aktivoidaan päinvastoin ja antaa signaalin negatiivisen puolen. Tämän seurauksena transistori kuluttaa toimintansa aikana 1/2 jaksoa vain saapuvan signaalin positiivisessa tai negatiivisessa puolijaksossa.

Näin ollen mikä tahansa tämän luokan transistorilaite voi kulkea vain osan lähtösignaalista läpinäkyvässä vuorotellen.

Tämä push-pull-muotoilu on noin 45-60% tehokkaampi kuin A-luokan vahvistimet. Tämäntyyppisten mallien ongelmat ovat se, että ne aiheuttavat huomattavia vääristymiä audiosignaalin kulkuhetkellä johtuen transistorien "kuolleesta vyöhykkeestä" tulojännitteiden käytävällä arvoilla -0,7 V -+0,7 V.

Kuten kaikki tietävät fysiikan kurssilta, emitterin on annettava noin 0,7 V: n jännite, jotta bipolaarinen transistori voi käynnistää täyden johdotuksen. Niin kauan kuin tämä jännite ei ylitä tätä merkkiä, lähtötransistori ei siirry päällä -asentoon. Tämä tarkoittaa, että puolet 0,7 V: n käytävään tulevasta signaalista alkaa toistaa epätarkasti. Näin ollen luokan B laitteet eivät ole käytännössä sopivia käytettäväksi tarkissa akustisissa asennuksissa.

Sen vuoksi näiden vääristymien voittamiseksi luotiin ns. luokan AB kompromissilaitteita.

AB

Tämä malli on eräänlainen A- ja B -luokan tandem -suunnittelu. Nykyään AB -tyypin vahvistimia pidetään yhtenä yleisimmistä suunnitteluvaihtoehdoista. Toimintaperiaatteensa mukaan ne ovat vähän kuin B -luokan tuotteita, sillä ainoalla poikkeuksella, että molemmat transistorilaitteet voivat lähettää signaalin samanaikaisesti lähellä oskillogrammien leikkauspistettä . Tämä eliminoi täysin kaikki edellisen ryhmän B vahvistimen signaalin vääristymisongelmat. Ero on siinä, että transistoriparilla on melko pieni esijännite, tyypillisesti 5-10% lepovirrasta. Tässä tapauksessa johtava laite pysyy päällä pidempään kuin yhden puolijakson aika, mutta samalla se on paljon pienempi kuin tulosignaalin koko sykli.

On turvallista sanoa AB -tyyppistä laitetta pidetään erinomaisena kompromissina luokan A ja luokan B mallien välillä tehokkuuden ja lineaarisuuden suhteen .ja vaikka äänisignaalin muuntotehokkuus on noin 50%.

KANSSA

C-luokan yksiköiden suunnittelulla on suurin hyötysuhde, mutta samalla melko heikko lineaarisuus verrattuna kaikkiin muihin luokkiin. C-luokan vahvistin on melko selvästi puolueellinen, joten tulovirta menee nollaan ja pysyy siellä yli 1/2 jaksoa saapuvasta signaalista . Tällä hetkellä transistori on valmiustilassa sammuttaakseen sen.

Tämä transistorin bias -muoto tarjoaa laitteen suurimman hyötysuhteen, sen hyötysuhde on noin 80%, mutta samalla se aiheuttaa melko merkittäviä äänen vääristymiä lähtösignaaliin.

Nämä suunnitteluominaisuudet tekevät mahdottomaksi käyttää vahvistimia kaiutinjärjestelmissä . Nämä mallit ovat pääsääntöisesti löytäneet käyttöalueensa korkeataajuisissa generaattoreissa sekä tietyissä radiotaajuisten vahvistimien versioissa, joissa lähdöstä lähetetyt virtapulssit muunnetaan tietyn taajuuden sinimuotoisiksi aalloiksi.

D

Luokan D vahvistin viittaa kaksikanavaisiin epälineaarisiin pulssimalleihin, joita kutsutaan myös PWM-vahvistimiksi.

Suurimmassa osassa audiojärjestelmiä lähtöportaat toimivat joko luokassa A tai AB . Ryhmän D integroiduissa vahvistimissa linjatulojen tehonhäviö on merkittävä jopa niiden maksimaalisen täydellisen, lähes ihanteellisen toteutuksen tapauksessa. Tämä antaa D-luokan malleille merkittävän edun useimmilla käyttöalueilla johtuen minimaalisesta lämmöntuotannosta, pienemmästä painosta ja laitteen mitoista ja vastaavasti tuotteiden alenemisesta, kun taas tällaisten mallien akun käyttöikä on pidempi kuin muita malleja.

Yleensä nämä ovat suurjännitemalleja, ne on suunniteltu 10 000 watin levylle.

Muut

Luokan F vahvistin . Nämä mallit parantavat tehokkuutta, niiden hyötysuhde on noin 90%.

Luokan G vahvistin . Tämä vahvistin on itse asiassa parannettu TDA: n perusluokan AB-laitteen korkean lineaarisuuden muotoilu. Tämän luokan mallit voivat automaattisesti vaihtaa eri voimalinjojen välillä, jos saapuvan signaalin parametrit muuttuvat. Tällainen kytkentä vähentää merkittävästi virrankulutusta ja vähentää siten lämmönhukan aiheuttamaa virrankulutusta.

Luokan I vahvistin . Tällaisissa malleissa on pari sarjaa lisälaitteita. Ennen käyttöönottoa ne sijaitsevat push-pull-kokoonpanossa. Ensimmäinen laite kytkee signaalin positiivisen osan ja toinen vastaa negatiivisen osan kytkemisestä, kuten luokan B vahvistimet. kytkentämekanismi kytkeytyy päälle ja pois päältä samaan aikaan kuin pääjakso.

S -luokan vahvistin . Tämä vahvistinluokka on luokiteltu epälineaariseksi kytkentämekanismiksi. Toimintamekanismiltaan ne ovat jonkin verran samanlaisia kuin luokan D vahvistimet. Tällainen vahvistin muuntaa analogiset tulosignaalit digitaalisiksi vahvistamalla niitä moninkertaisesti. Näin ollen lähtötehon lisäämiseksi kytkentälaitteen digitaalinen signaali on yleensä joko kokonaan päällä tai kokonaan pois päältä, joten tällaisten laitteiden hyötysuhde voi olla 100%.

Luokan T vahvistin . Toinen vaihtoehto digitaaliselle vahvistimelle. Nykyään tällaiset mallit ovat saamassa yhä enemmän suosiota johtuen mikropiireistä, jotka mahdollistavat tulevan signaalin digitaalisen käsittelyn, sekä sisäänrakennetuista monikanavaisista 3D-äänivahvistimista. Tämän tehosteen tarjoaa muotoilu, joka mahdollistaa analogisten signaalien muuntamisen korkeammiksi digitaalisiksi PWM -ääniksi. C -luokan laitteiden suunnittelussa yhdistyvät AV -luokan kaltaisen pienen vääristymän signaalin ominaisuudet ja tehokkuus D -luokan mallien tasolla.

Kuinka määrittää?

Aloitetaanpa siitä, miten vahvistin toimii periaatteessa. Tulet varmasti yllättymään, mutta itse asiassa tehdasvahvistin ei vahvista mitään. Itse asiassa, sen toimintamekanismi muistuttaa yksinkertaisimman nosturin toimintaa: käännät kahvaa ja vesi lähtee kaatamaan voimakkaammin tai heikommin, ja jos kierrät sitä, virtaus estyy. Vahvistimissa kaikki prosessit tapahtuvat samalla tavalla. Tehokkaasta virtalähdemoduulista virta kulkee laitteeseen liitetyn kaiuttimen läpi. Tässä tapauksessa hana -toiminnon ottavat transistorit - ulostulossa niiden sulkemis- ja avautumisastetta ohjataan vahvistimelle kulkevalla signaalilla. Sen perusteella, kuinka tämä nosturi toimii, eli miten lähtötransistorit toimivat, ja vahvistimien luokka määritetään.

Jos puhumme AB -laitteista, niiden transistoreilla voi olla epämiellyttävä ominaisuus avata ja sulkea suhteettomasti niihin saapuviin signaaleihin. Näin heidän työnsä muuttuu. Palaa analogian kanssa hanan kanssa - voit kääntää hanan kahvaa, mutta vesi virtaa aluksi heikosti ja sitten yhtäkkiä virtaus kasvaa yhtäkkiä.

Tästä syystä luokan AB transistorit on pidettävä auki, vaikka signaalia ei olisi . Tämä on välttämätöntä, jotta ne alkavat toimia välittömästi eivätkä odota, kunnes signaali saavuttaa tietyn tason - vain tässä tapauksessa vahvistin pystyy toistamaan ääntä minimaalisella vääristymällä. Käytännössä tämä tarkoittaa, että osa hyödyllisestä energiasta menee hukkaan. Kuvittele vain, että avaat kaikki asunnon vesihanat ja niistä virtaa jatkuvasti pieni vesisuihku. Tämän seurauksena tällaisten mallien hyötysuhde ei ylitä 50-70%, se on alhainen hyötysuhde, joka on AV-luokan vahvistimien suurin haitta.

Jos puhumme D-luokan laitteista, niiden toimintaperiaate on täysin sama: heillä on omat lähtötransistorit, jotka voivat kytkeä päälle ja pois päältä. Siten virran kulkua niihin liitettyjen kaiuttimien läpi säädellään, mutta signaali ohjaa jo niiden avaamista, joka kokoonpanoltaan on hyvin kaukana saapuvasta.

Näin signaali syötetään luokan D laitteiden lähtötransistoreihin. Tässä tapauksessa ne toimivat täysin eri tavalla: joko sulkeutuvat kokonaan tai avautuvat ilman väliarvoja. Tämä tarkoittaa, että tällaisten mallien hyötysuhde voi olla lähellä 100%.

Tietenkin on liian aikaista lähettää tällaisia signaaleja äänijärjestelmiin, ensin sen pitäisi palata vakiokokoonpanoon. Tämä voidaan tehdä lähtökuristimen ja kondensaattorin avulla - niiden käsittelyn jälkeen ulostuloon muodostuu vahvistettu signaali, joka toistaa täysin tulosignaalin muodoltaan. Juuri hän välitetään puhujille.

D-luokan laitteiden tärkein etu on lisääntynyt tehokkuus . ja näin ollen hellävaraisempaa energiankulutusta

Pitkään uskottiin niin korkealaatuisten kaiutinjärjestelmien liittämiseen AB-vahvistimet ovat paras ratkaisu … Luokan D mallit muuttivat saapuvan signaalin pulssisignaaliksi alennetulla taajuudella, minkä seurauksena se antoi hyvän äänen vain subwoofer -tilassa. Nykyään tekniikka on ottanut suuren askeleen eteenpäin, ja nykyään on jo olemassa nopeita transistoreita, jotka voivat avautua ja sulkeutua lähes välittömästi, kaupoissa on melko paljon D-luokan laajakaistalaitteita.

Nämä mallit on tarkoitettu käytettäväksi paitsi subwooferien kanssa myös kaikenlaisten nykyaikaisten kaiutinjärjestelmien kanssa. Niille vaihtoehdoille, joissa suurta tehoa ei tarvita, on järkevää ostaa melko kompakti vahvistin.

Jos sinulla on siis riittävästi tilaa kaiuttimen liittämiseen, voit valita AV-luokan mallin. Näiden mallien piirit ovat olleet kehittyneitä useiden vuosikymmenten ajan, ne antavat melko hyvän äänenlaadun, ja vian sattuessa voit helposti korjata ne lähimmässä huoltokeskuksessa.

Jos ääniasennuksen alue on rajallinen, sinun on tarkasteltava lähemmin ryhmän D laajakaistamalleja . Niillä on samat tehoparametrit kuin AV-luokan tuotteilla, ne ovat paljon pienempiä ja kevyempiä, lisäksi ne kuumenevat vähemmän, ja jotkin mallit jopa sallivat niiden asentamisen salaa ilman häiriöitä.

Subwooferien liittämisessä D-luokka asettaa suurimman edun , koska basson sävylohko on eniten energiaa kuluttava taajuusalue-tässä tapauksessa tuotteen tehokkuus on perustavanlaatuista, ja tässä D-luokan tuotteille ei yksinkertaisesti ole kilpailijoita.

Tällä videolla voit selvemmin tutustua vahvistimien luokkiin.