Garso stiprintuvų klasės

Tikrai daugelis girdėjo, kad šiuolaikiniai stiprintuvai gali priklausyti skirtingoms klasėms. Tačiau žmonės, nutolę nuo akustinių sistemų ir garso aparatūros techninių savybių, sunkiai įsivaizduoja, kas slepiasi už raidžių pavadinimų.

Mūsų apžvalgoje mes jums papasakosime daugiau apie tai, kokios yra stiprintuvų klasės, kokie jie yra ir kaip pasirinkti optimalų modelį.

Stiprintuvo klasė – tai išėjimo signalo reikšmė, kuriai esant per vieną veikimo ciklą jis yra varomas sinusiniu įvesties signalu funkcinėje grandinėje ir pasikeičia dėl šios įtakos. Stiprintuvų klasifikavimas į klases priklauso nuo režimo tiesiškumo parametrų, naudojamų sustiprinti gaunamus signalus iš kategorijų didesniu tikslumu su gana sumažintu efektyvumu iki visiškai nelinijinio. Šiuo atveju signalo garso atkūrimo tikslumas nėra toks didelis, tačiau efektyvumas yra gana didelis. Visos kitos stiprintuvų klasės yra tam tikri tarpiniai modeliai tarp šių dviejų grupių.

Visos stiprintuvų klasės gali būti suskirstytos į du pogrupius. Pirmasis apima klasikinius A, B, taip pat AB ir C klasių valdomus modelius. Jų kategorija nustatoma pagal laidumo parametrą tam tikroje išėjimo signalo dalyje. Taigi, įmontuoto tranzistoriaus veikimas išvestyje yra viduryje tarp „išjungta“ ir „įjungta“.

Antroji įrenginių kategorija apima modernesnius modelius, kurie laikomi vadinamosiomis perjungimo klasėmis - tai modeliai D, E, F, taip pat G, S, H ir T.

Šie stiprintuvai naudoja impulsų pločio moduliaciją ir skaitmeninę grandinę, kad nuolat konvertuotų signalą iš visiškai išjungto ir įjungto. Dėl to prisotinimo srityje yra galingas išėjimas.

Išsamiau kalbėsime apie skirtingas stiprintuvų klases.

A klasės modeliai yra plačiausiai naudojami dėl savo dizaino paprastumo. Taip yra dėl kelių įvesties signalo iškraipymo parametrų ir atitinkamai aukštos garso kokybės, palyginti su visų kitų kategorijų stiprintuvais. Šios kategorijos modeliai pasižymi dideliu tiesiškumu, palyginti su kitais.

Paprastai A klasės stiprintuvai savo darbe naudoja vieną tranzistorių versiją. Jis yra prijungtas prie pagrindinės dviejų signalo pusių emiterio konfigūracijos, kad germanio tranzistorius visada praeis per jį, net jei nėra fazinio signalo. Tai reiškia, kad išėjime pakopa visiškai nepateks į signalo išjungimo ir prisotinimo sritį. Jis turi savo poslinkio tašką maždaug apkrovos linijos centre. Ši struktūra lemia tai, kad tranzistorius tiesiog neįsijungia - tai laikoma vienu iš pagrindinių jo trūkumų.

Kadangi A klasės įrenginiai yra vieno galo ir veikia visų nurodytų kreivių tiesinėje zonoje, vienas išvesties įrenginys praeina per visus 360 laipsnių kampu, tokiu atveju A kategorijos įrenginys visiškai atitinka srovės šaltinį.

Kadangi šios kategorijos stiprintuvai, kaip jau minėjome, veikia itin linijinėje srityje, nuolatinės srovės poslinkis turi būti nustatytas teisingai. - tai užtikrins tinkamą veikimą ir suteiks 24 vatų garso srautą. Tačiau dėl to, kad išvesties įtaisas visada yra išjungtas, jis nuolat teka srovę, o tai sudaro sąlygas nuolatiniam energijos praradimui visoje konstrukcijoje. Dėl šios savybės išsiskiria didelis šilumos kiekis, o jų efektyvumas yra gana žemas - neviršija 40%, todėl jie yra nepraktiški, kai kalbama apie kokias nors galingas akustines sistemas. Be to, dėl padidėjusios instaliacijos tuščiosios eigos srovės maitinimo šaltinis turi būti atitinkamų matmenų ir kuo labiau filtruojamas, kitaip stiprintuvo garso ir trečiųjų šalių ūžesio išvengti nepavyks. Būtent šie trūkumai paskatino gamintojus toliau dirbti su efektyvesnės kategorijos stiprintuvais.

B klasės stiprintuvai buvo sukurti gamintojų, siekiant išspręsti žemo efektyvumo ir perkaitimo problemas, susijusias su ankstesne kategorija. Savo darbe B kategorijos modeliai naudoja porą papildomų tranzistorių, dažniausiai dvipolių. Jų skirtumas yra tas, kad abiejose signalo pusėse išvesties priekis yra pastatytas pagal stumdymo schemą, todėl kiekvienas tranzistorinis įrenginys sustiprina tik pusę išėjimo signalo.

Šios klasės stiprintuvuose nėra pagrindinės nuolatinės srovės lygio poslinkio srovės, nes jos ramybės srovė lygi nuliui, todėl nuolatinės srovės galios parametrai dažniausiai yra maži. Atitinkamai, jo efektyvumas yra daug didesnis nei prietaisų A. Tuo pačiu metu kai signalas yra teigiamas, teigiamo poslinkio tranzistorius jį varo, o neigiamas lieka išjungtas. Panašiai tuo metu, kai įvesties signalas tampa neigiamas, teigiamas išjungiamas, o neigiamai pakreiptas tranzistorius, priešingai, aktyvuojamas ir suteikia neigiamą signalo pusę. Dėl to tranzistorius savo veikimo metu praleidžia 1/2 ciklo tik teigiamoje arba neigiamoje įeinančio signalo pusėje.

Šis „push-pull“ dizainas yra maždaug 45–60% efektyvesnis nei A klasės stiprintuvai. Šio tipo modelių problemos yra tai, kad garso signalo perdavimo metu jie sukelia reikšmingus iškraipymus dėl tranzistorių „negyvos zonos“ įėjimo įtampų koridoriuje, kurių vertės nuo -0,7 V iki +0,7 V .

Kaip visi žino iš fizikos kurso, bazinis emiteris turi užtikrinti apie 0,7 V įtampą, kad dvipolis tranzistorius pradėtų visą laidą. Kol ši įtampa neviršija šios žymos, išvesties tranzistorius nejudės į įjungimo padėtį. Tai reiškia, kad pusė signalo, patenkančio į 0,7 V koridorių, bus pradėta atkurti netiksliai. Dėl to B kategorijos įrenginiai praktiškai netinkami naudoti tiksliuose akustiniuose įrenginiuose.

Dėl šiems iškraipymams įveikti buvo sukurti vadinamieji AB klasės kompromisiniai įrenginiai.

Šis modelis yra savotiškas A ir B kategorijų tandeminis dizainas. Šiandien AB tipo stiprintuvai laikomi vienu iš labiausiai paplitusių dizaino variantų. Pagal savo veikimo principą jie yra šiek tiek panašūs į B kategorijos gaminius, su vienintele išimtimi, kad abu tranzistoriniai įrenginiai vienu metu gali perduoti signalą šalia oscilogramų susikirtimo taško. Tai visiškai pašalina visas ankstesnio B grupės stiprintuvo signalo iškraipymo problemas.Skirtumas tas, kad tranzistorių pora turi gana mažą poslinkio įtampą, paprastai 5–10 % ramybės srovės. Šiuo atveju laidus įtaisas lieka įjungtas ilgiau nei vieno pusciklo laiką, tačiau tuo pačiu metu jis yra daug mažesnis nei visas įvesties signalo ciklas.

Galima drąsiai teigti AB tipo įrenginys yra laikomas puikiu kompromisu tarp A ir B klasės modelių efektyvumo ir tiesiškumo požiūriu.ir tuo tarpu garso signalo konvertavimo efektyvumas yra maždaug 50%.

C klasės agregatų konstrukcija pasižymi maksimaliu efektyvumu, tačiau tuo pačiu gana prastu tiesiškumu, palyginti su visomis kitomis kategorijomis. C klasės stiprintuvas yra gana pastebimai pakreiptas, todėl įėjimo srovė nukrenta iki nulio ir išlieka tokiame lygyje daugiau nei 1/2 įeinančio signalo ciklo. Šiuo metu tranzistorius veikia budėjimo režimu, kad jį išjungtų.

Dėl šių dizaino ypatybių neįmanoma naudoti stiprintuvų garsiakalbių sistemose. Paprastai šie modeliai buvo naudojami aukšto dažnio generatoriuose, taip pat tam tikrose radijo dažnių stiprintuvų versijose, kur išėjime skleidžiami srovės impulsai paverčiami tam tikro dažnio sinusoidinėmis bangomis.

D kategorijos stiprintuvas reiškia dviejų kanalų nelinijinius impulsų modelius, jie taip pat vadinami PWM stiprintuvais.

Daugumoje garso sistemų išvesties pakopos veikia A arba AB klasėje. Integruotuose D grupės stiprintuvuose linijinių įėjimų galios išsklaidymas yra reikšmingas net ir tuo atveju, kai jie yra maksimaliai užbaigti, beveik idealiai įgyvendinami. Tai suteikia D klasės modeliams reikšmingą pranašumą daugelyje taikymo sričių dėl minimalaus šilumos generavimo, mažesnio prietaiso svorio ir matmenų ir atitinkamai mažesnės gaminių kainos, o tokių modelių baterijos veikimo laikas pailgėja, palyginti su modeliais. kiti dizainai.

F klasės stiprintuvas. Šie modeliai užtikrina didesnį efektyvumą, jų efektyvumas yra apie 90%.

G klasės stiprintuvas. Šis stiprintuvas iš tikrųjų yra patobulintas AB klasės TDA pagrindinio bloko didelio tiesiškumo dizainas. Šios kategorijos modeliai gali automatiškai persijungti tarp skirtingų maitinimo linijų, pasikeitus gaunamo signalo parametrams. Toks perjungimas žymiai sumažina energijos sąnaudas ir atitinkamai sumažina energijos sąnaudas, atsirandančias dėl šilumos nuostolių.

I klasės stiprintuvas. Tokie modeliai turi keletą papildomų išvesties įrenginių rinkinių. Prieš įjungiant, jie yra „push-pull“ konfigūracijos. Pirmasis įrenginys perjungia teigiamą signalo dalį, o antrasis yra atsakingas už neigiamos dalies perjungimą, panašiai kaip ir B kategorijos stiprintuvuose. Jei įėjime nėra garso signalo arba signalas pasiekia nulinį kirtimo tašką, perjungimo mechanizmas įsijungia ir išsijungia tuo pačiu metu kaip ir pagrindinis ciklas.

S klasės stiprintuvas. Šios klasės stiprintuvai priskiriami nelinijiniam perjungimo mechanizmui. Savo darbo mechanizmu jie kažkuo panašūs į D kategorijos stiprintuvus. Toks stiprintuvas analoginius įvesties signalus paverčia skaitmeniniais, sustiprindamas juos daug kartų. Taigi, norint padidinti išėjimo galią, dažniausiai perjungimo įrenginio skaitmeninis signalas yra arba visiškai įjungtas, arba visiškai išjungtas, todėl tokių įrenginių efektyvumas gali būti 100%.

T klasės stiprintuvas. Kitas skaitmeninio stiprintuvo variantas. Šiandien tokie modeliai įgauna vis didesnį populiarumą dėl mikroschemų, kurios leidžia skaitmeniniu būdu apdoroti gaunamą signalą, taip pat įmontuotų kelių kanalų 3D garso stiprintuvų. Šį efektą suteikia konstrukcija, leidžianti analoginius signalus paversti aukštesnio skaitmeninio tipo PWM garsais. C klasės įrenginių dizainas sujungia mažo iškraipymo signalo charakteristikas, panašias į AV kategoriją, išlaikant efektyvumą D klasės modelių lygyje.

Pirmiausia pažiūrėkime, kaip iš esmės veikia stiprintuvas. Tikrai nustebsite, bet iš tikrųjų gamyklinis stiprintuvas nieko nestiprina. Iš tiesų, jo veikimo mechanizmas primena paprasčiausio krano darbą: pasukate rankenėlę ir vanduo iš vandentiekio pradeda pilti stipriau ar silpniau, o jei pasuksite, tekėjimas bus užblokuotas. Stiprintuvuose visi procesai vyksta vienodai. Iš galingo maitinimo modulio srovė teka per prie įrenginio prijungtą garsiakalbį. Šiuo atveju čiaupo funkciją perima tranzistoriai - išėjime jų uždarymo ir atsidarymo laipsnį valdo signalas, kuris pereina į stiprintuvą. Pagal tai, kaip tiksliai veikia šis kranas, tai yra, kaip veikia išėjimo tranzistoriai, ir nustatoma stiprintuvų klasė.

Jei kalbame apie AB įrenginius, tai juose esantys tranzistoriai gali turėti nemalonią savybę atsidaryti ir užsidaryti neproporcingai į juos patenkantiems signalams. Taigi jų darbas nesikeičia. Grįžtant prie analogijos su maišytuvu - galite pasukti maišytuvo rankenėlę, bet vanduo iš pradžių tekės silpnai, o paskui staiga srautas staiga padidės.

Dėl šios priežasties AB kategorijos tranzistoriai turi būti šiek tiek atviri, net jei nėra signalo. Tai būtina, kad jie pradėtų veikti iš karto, o ne lauktų, kol signalas pasieks tam tikrą lygį – tik tokiu atveju stiprintuvas galės atkurti garsą su minimaliais iškraipymais. Praktiškai tai reiškia, kad dalis naudingos energijos išeikvojama. Įsivaizduokite, kad atsukote visus bute esančius vandens čiaupus ir iš jų nuolat tekės nedidelė vandens srovelė. Dėl to tokių modelių efektyvumas neviršija 50-70%, būtent mažas efektyvumas yra pagrindinis AV klasės stiprintuvų trūkumas.

Jei mes kalbame apie D klasės įrenginius, tada jų veikimo principas yra visiškai tas pats: jie turi savo išvesties tranzistorius, kurie gali įsijungti ir išjungti. Taigi srovės pratekėjimas per prie jų prijungtus garsiakalbius yra reguliuojamas, tačiau signalas jau valdo jų atidarymą, kuris savo konfigūracija yra labai toli nuo įeinančio.

Taip signalas tiekiamas į D klasės įrenginių išėjimo tranzistorius. Tokiu atveju jie veiks visiškai kitaip: arba visiškai užsidarys, arba atsidarys be jokių tarpinių reikšmių. Tai reiškia, kad tokių modelių efektyvumas gali būti arti 100%.

Žinoma, tokius signalus siųsti į garso sistemas dar anksti, pirmiausia reikėtų grįžti prie standartinės konfigūracijos. Tai galima padaryti naudojant išėjimo droselį, taip pat ir kondensatorių – juos apdorojus išėjime susidaro sustiprintas signalas, kuris savo forma visiškai pakartoja įvesties signalą. Būtent jis perduodamas garsiakalbiams.

Pagrindinis D klasės prietaisų privalumas – padidėjęs efektyvumas. ir atitinkamai švelnesnis energijos suvartojimas

Ilgą laiką tuo buvo tikima aukštos kokybės garsiakalbių sistemoms prijungti, AB stiprintuvai bus optimalus sprendimas... D kategorijos modeliai leido įeinantį signalą konvertuoti į impulsinį signalą su sumažintu dažniu, todėl jis gerą garsą davė tik žemųjų dažnių garsiakalbio režimu.Šiais laikais technologijos žengė didelį žingsnį į priekį, o šiandien jau yra didelės spartos tranzistorių, kurie gali atsidaryti ir taip pat užsidaryti beveik akimirksniu, parduotuvėse yra gana daug D klasės plačiajuosčio ryšio įrenginių.

Šie modeliai skirti naudoti ne tik su žemųjų dažnių garsiakalbiais, bet ir su visų tipų šiuolaikinėmis garsiakalbių sistemomis. Tiems variantams, kur nereikia didelės galios, prasminga įsigyti gana kompaktišką stiprintuvą.

Taigi, jei turite pakankamai vietos garsiakalbiui prijungti, galite pasirinkti AV klasės modelį. Keletą dešimtmečių gyvavimo šių modelių grandinė buvo gerai išvystyta, jie suteikia gana gerą garso kokybę, o gedimo atveju juos nesunkiai suremontuosite artimiausiame aptarnavimo centre.

Jei garso instaliacijos plotas yra ribotas, turėtumėte atidžiau pažvelgti į plačiajuosčius D grupės modelius. Turėdami tokius pačius galios parametrus kaip ir AV klasės gaminiai, jie yra daug mažesni ir lengvesni, be to, mažiau įkaista, o kai kurie modeliai netgi leidžia juos montuoti slapta su mažiausiais trukdžiais.

Žemųjų dažnių garsiakalbių prijungimui D klasė suteikia didžiausią pranašumą, kadangi žemųjų dažnių tonų blokas yra daugiausiai energijos sunaudojantis dažnių diapazonas – šiuo atveju esminę reikšmę turi gaminio efektyvumas, o D klasės gaminiams konkurentų čia tiesiog nėra.

Šiame vaizdo įraše galite aiškiau susipažinti su garso stiprintuvų klasėmis.