Klase audio pojačala

Sigurno su mnogi čuli da moderna pojačala mogu pripadati različitim klasama. Međutim, ljudi koji su daleko od akustičkih sistema i tehničkih karakteristika zvučne opreme teško mogu da zamisle šta se krije iza slovnih oznaka.

U našem pregledu ćemo detaljnije govoriti o tome koje su klase pojačala, šta su i kako odabrati optimalni model.

Klasa pojačavača je vrednost izlaznog signala pri kojoj se pokreće sinusoidnim ulaznim signalom u funkcionalnom kolu tokom jednog radnog ciklusa i menja se kao rezultat ovog uticaja. Klasifikacija pojačavača u klase zavisi od parametara linearnosti moda koji se koristi za pojačavanje dolaznih signala iz kategorija sa povećanom tačnošću sa prilično smanjenom efikasnošću do potpuno nelinearnih. U ovom slučaju, tačnost reprodukcije zvuka signala nije tako velika, ali je efikasnost prilično visoka. Sve ostale klase pojačala su neka vrsta međumodela između ove dve grupe.

Sve klase pojačavača mogu se uslovno podeliti u dve podgrupe. Prvi uključuje klasične kontrolisane modele klasa A, B, kao i AB i C. Njihova kategorija je određena parametrom njihove provodljivosti u određenom delu izlaznog signala. Dakle, rad ugrađenog tranzistora na izlazu se nalazi u sredini između "isključeno" i "uključeno".

Druga kategorija uređaja uključuje modernije modele, koji se smatraju takozvanim prekidačkim klasama - to su modeli D, E, F, kao i G, S, H i T.

Ova pojačala koriste modulaciju širine impulsa kao i digitalna kola za kontinuirano pretvaranje signala između potpuno isključenog i potpuno uključenog. Kao posledica toga, postoji snažan izlaz u regionu zasićenja.

Razgovaraćemo detaljnije o različitim klasama pojačala.

Modeli klase A se najčešće koriste zbog svoje jednostavnosti dizajna. To je zbog nekoliko parametara izobličenja ulaznog signala i, shodno tome, visokog kvaliteta zvuka u poređenju sa svim drugim kategorijama pojačala. Modele u ovoj kategoriji odlikuje visoka linearnost u poređenju sa ostalima.

Tipično, pojačala klase A koriste jednu verziju tranzistora u svom radu. Povezan je sa osnovnom konfiguracijom emitera za dve polovine signala tako da će germanijumski tranzistor uvek proći kroz njega čak i ako nema faznog signala. To znači da na izlazu stepen neće u potpunosti preći u područje prekida signala i zasićenja. Ima sopstvenu tačku pomeranja približno u centru linije opterećenja. Ova struktura dovodi do činjenice da se tranzistor jednostavno ne aktivira - to se smatra jednim od njegovih osnovnih nedostataka.

Pošto su uređaji klase A jednosmerni i rade u linearnoj zoni svih navedenih krivih, jedan izlazni uređaj prolazi kroz punih 360 stepeni, u kom slučaju uređaj kategorije A u potpunosti odgovara trenutnom izvoru.

Pošto pojačala u ovoj kategoriji rade, kao što smo već rekli, u ultralinearnom regionu, DC bias mora biti ispravno podešen. - ovo će osigurati pravilan rad i dati zvučni tok snage 24 vata. Međutim, zbog činjenice da je izlazni uređaj uvek u isključenom stanju, on kontinuirano provodi struju, a to stvara uslove za konstantan gubitak snage u celoj strukturi. Ova karakteristika dovodi do oslobađanja velike količine toplote, dok je njihova efikasnost prilično niska - manje od 40%, što ih čini nepraktičnim kada su u pitanju neka vrsta moćnih akustičkih sistema. Осим тога, zbog povećane struje praznog hoda instalacije, napajanje mora imati odgovarajuće dimenzije i biti maksimalno filtrirano, inače se ne može izbeći zvuk pojačala i zujanje treće strane. Upravo su ovi nedostaci naveli proizvođače da nastave da rade na pojačalima u efikasnijoj kategoriji.

Pojačala klase B su dizajnirani od strane proizvođača da bi se rešili problemi niske efikasnosti i pregrevanja koji su povezani sa prethodnom kategorijom. U svom radu modeli kategorije B koriste par dodatnih tranzistora, obično bipolarnih. Njihova razlika je u tome što je za obe polovine signala izlazni front izgrađen prema push-pull kolu, tako da svaki tranzistorski uređaj obezbeđuje pojačanje samo polovine izlaznog signala.

U pojačavačima ove klase ne postoji osnovna struja DC nivoa, pošto je njena struja mirovanja nula, pa su parametri jednosmerne snage obično mali. Shodno tome, njegova efikasnost je mnogo veća od one kod uređaja A. Istovremeno kada je signal pozitivan, pozitivni tranzistor ga pokreće, dok negativan ostaje isključen. Slično tome, u trenutku kada ulazni signal postane negativan, pozitiv se isključuje, a negativno pristrasni tranzistor se, naprotiv, aktivira i daje negativnu polovinu signala. Kao rezultat toga, tranzistor tokom svog rada troši 1/2 ciklusa samo u pozitivnom ili negativnom poluperiodu dolaznog signala.

Ovaj push-pull dizajn je oko 45-60% efikasniji od pojačala klase A. Problemi kod modela ovog tipa su što daju značajnu distorziju u trenutku prolaska audio signala zbog "mrtve zone" tranzistora u hodniku ulaznih napona sa vrednostima od -0,7 V do +0,7 V. .

Kao što svi znaju iz kursa fizike, osnovni emiter mora da obezbedi napon od oko 0,7 V da bi bipolarni tranzistor započeo potpuno ožičenje. Sve dok ovaj napon ne pređe ovu oznaku, izlazni tranzistor se neće pomeriti u položaj uključen. To znači da će polovina signala koji ide u koridor od 0,7 V početi da se reprodukuje netačno. Shodno tome, ovo čini uređaje kategorije B praktično neprikladnim za upotrebu u preciznim akustičnim instalacijama.

За da bi se prevazišla ova izobličenja, stvoreni su takozvani kompromisni uređaji klase AB.

Ovaj model je neka vrsta tandem dizajna kategorije A i kategorije B. Danas se pojačala tipa AB smatraju jednom od najčešćih opcija dizajna. Po principu svog rada, oni su pomalo kao proizvodi kategorije B, sa jedinim izuzetkom da oba tranzistorska uređaja mogu istovremeno da sprovedu signal blizu tačke preseka oscilograma. Ovo u potpunosti eliminiše sve probleme izobličenja signala prethodnog pojačala grupe B.Razlika je u tome što par tranzistora ima prilično nizak napon, obično 5 do 10% struje mirovanja. U ovom slučaju, provodni uređaj ostaje uključen duže od vremena jednog polu-ciklusa, ali je u isto vreme mnogo manje od punog ciklusa ulaznog signala.

Može se to reći uređaj tipa AB se smatra odličnim kompromisom između modela klase A i klase B u pogledu efikasnosti i linearnosti.i, dok je efikasnost konverzije audio signala približno 50%.

Dizajn jedinica C-klase ima maksimalnu efikasnost, ali u isto vreme prilično lošu linearnost u poređenju sa svim ostalim kategorijama. Pojačalo C klase je prilično pristrasno, tako da ulazna struja ide na nulu i ostaje na ovom nivou više od 1/2 ciklusa dolaznog signala. U ovom trenutku, tranzistor je u stanju pripravnosti da bi se isključio.

Ove karakteristike dizajna onemogućavaju korišćenje pojačala u sistemima zvučnika. Po pravilu, ovi modeli su našli svoju oblast upotrebe u visokofrekventnim generatorima, kao iu određenim verzijama radio-frekventnih pojačala, gde se strujni impulsi koji se emituju na izlazu pretvaraju u sinusoidne talase date frekvencije.

Pojačalo kategorije D se odnosi na dvokanalne nelinearne impulsne modele, nazivaju se i PWM pojačala.

U velikoj većini audio sistema, izlazni stepeni rade u klasi A ili AB. Kod integrisanih pojačavača grupe D, rasipanje snage linijskih ulaza je značajno čak i u slučaju njihove maksimalno potpune, gotovo idealne implementacije. Ovo modelima klase D daje značajnu prednost u većini oblasti primene zbog minimalnog stvaranja toplote, smanjene težine i dimenzija uređaja i, shodno tome, smanjene cene proizvoda, dok je trajanje baterije kod ovakvih modela produženo u poređenju sa modelima drugi dizajni.

Pojačalo klase F. Ovi modeli obezbeđuju povećanu efikasnost, njihova efikasnost je oko 90%.

Pojačalo klase G. Ovo pojačalo je, u stvari, napredni dizajn visoke linearnosti TDA bazne jedinice AB klase. Modeli u ovoj kategoriji mogu automatski da se prebacuju između različitih vodova ako se promene parametri dolaznog signala. Takvo prebacivanje u velikoj meri smanjuje potrošnju energije i, shodno tome, smanjuje potrošnju energije uzrokovanu gubitkom toplote.

Pojačalo I klase. Takvi modeli imaju nekoliko setova dodatnih izlaznih uređaja. Pre uključivanja, nalaze se u push-pull konfiguraciji. Prvi uređaj prebacuje pozitivni deo signala, a drugi je odgovoran za prebacivanje negativnog dela, slično pojačavačima kategorije B. Ako nema audio signala na ulazu, ili ako signal dostigne nultu tačku prelaza, mehanizam za prebacivanje se uključuje i isključuje istovremeno sa glavnim ciklusom.

Pojačalo klase S. Ova klasa pojačala je klasifikovana kao nelinearni prekidački mehanizam. Po mehanizmu svog rada donekle su slični pojačavačima kategorije D. Takav pojačivač pretvara analogne ulazne signale u digitalne, pojačavajući ih višestruko. Dakle, da bi se povećala izlazna snaga, obično je digitalni signal sklopnog uređaja ili potpuno uključen ili potpuno isključen, pa efikasnost takvih uređaja može biti 100%.

Pojačalo klase T. Druga opcija za digitalno pojačalo. Danas takvi modeli dobijaju sve veću popularnost zbog prisustva mikrokola koja omogućavaju digitalnu obradu dolaznog signala, kao i ugrađenih višekanalnih 3D pojačala zvuka. Ovaj efekat je obezbeđen dizajnom koji omogućava da se analogni signali konvertuju u viši digitalni tip PWM zvukova. Dizajn uređaja klase C kombinuje karakteristike signala niske distorzije slične AV kategoriji, uz održavanje efikasnosti na nivou modela klase D.

Za početak, hajde da se zadržimo na tome kako pojačalo funkcioniše u principu. Sigurno ćete biti iznenađeni, ali fabričko pojačalo zapravo ne pojačava ništa. Заправо, mehanizam njegovog rada podseća na rad najjednostavnijeg krana: zavrtite ručicu i voda iz vodovoda počinje da teče, jače ili slabije, a ako je okrenete, protok će biti blokiran. U pojačavačima se svi procesi odvijaju na isti način. Iz moćnog modula za napajanje struja teče kroz zvučnik povezan sa uređajem. U ovom slučaju funkciju slavine preuzimaju tranzistori - na izlazu se stepen njihovog zatvaranja i otvaranja kontroliše signalom koji prolazi do pojačala. Od toga kako tačno funkcioniše ovaj kran, odnosno kako rade izlazni tranzistori, određuje se i klasa pojačavača.

Ako govorimo o AB uređajima, onda tranzistori u njima mogu imati neprijatno svojstvo otvaranja i zatvaranja nesrazmerno signalima koji im pristižu. Tako njihov rad ostaje nepromenjen. Da se vratimo na analogiju sa slavinom - možete okrenuti ručicu slavine, ali voda će u početku slabo teći, a zatim će se iznenada protok naglo povećati.

Из тог разлога tranzistori kategorije AB moraju se držati u blago otvorenom stanju čak i ako nema signala. Ovo je neophodno da bi odmah počeli da rade, a ne da čekaju da signal dostigne određeni nivo - samo u ovom slučaju pojačalo će moći da reprodukuje zvuk sa minimalnim izobličenjem. U praksi to znači da se deo korisne energije gubi. Zamislite samo da otvorite sve slavine u stanu, a iz njih će neprestano teći mali mlaz vode. Kao rezultat toga, efikasnost takvih modela ne prelazi 50-70%, to je niska efikasnost koja je glavni nedostatak pojačala AV klase.

Ako govorimo o uređajima D-klase, onda je princip rada apsolutno isti: imaju svoje izlazne tranzistore koji se mogu uključivati ​​i isključivati. Tako je regulisan prolaz struje kroz zvučnike koji su na njih spojeni, ali signal već kontroliše njihovo otvaranje, koje je po svojoj konfiguraciji veoma daleko od dolaznog.

Ovako se signal dovodi do izlaznih tranzistora uređaja klase D. U ovom slučaju, oni će funkcionisati potpuno drugačije: ili se zatvaraju u potpunosti, ili otvaraju bez ikakvih srednjih vrednosti. To znači da efikasnost takvih modela može biti blizu 100%.

Naravno, prerano je za slanje takvih signala audio sistemima, prvo treba da se vrati na standardnu ​​konfiguraciju. Ovo se može uraditi pomoću izlaznog induktora, kao i kondenzatora - nakon njihove obrade, na izlazu se formira pojačani signal, koji u svom obliku potpuno ponavlja ulazni signal. On je taj koji se prenosi na zvučnike.

Glavna prednost uređaja D-klase je povećana efikasnost. i, shodno tome, nežnija potrošnja energije

Dugo se verovalo da za povezivanje visokokvalitetnih sistema zvučnika, AB pojačala će biti optimalno rešenje... Modeli kategorije D dali su konverziju dolaznog signala u impulsni signal sa smanjenom frekvencijom, kao rezultat toga, dao je dobar zvuk samo u režimu sabvufera.Danas je tehnologija napravila veliki korak napred, a danas već postoje tranzistori velike brzine koji se mogu otvarati i zatvarati skoro trenutno, u prodavnicama ima dosta širokopojasnih uređaja D-klase.

Ovi modeli su namenjeni za upotrebu ne samo sa sabvuferima, već i sa savremenim sistemima zvučnika svih vrsta. Za one opcije u kojima nije potrebna velika snaga, ima smisla kupiti prilično kompaktno pojačalo.

Dakle, ako imate dovoljno prostora za povezivanje zvučnika, onda možete izabrati model AV klase. Za nekoliko decenija postojanja, kola ovih modela su dobro razvijena, daju prilično dobar kvalitet zvuka, a u slučaju kvara, lako ih možete popraviti u najbližem servisu.

Ako je područje za zvučnu instalaciju ograničeno, onda bi trebalo detaljnije pogledati širokopojasne modele grupe D. Sa istim parametrima snage kao i proizvodi AV klase, oni su mnogo manji i lakši, štaviše, manje se zagrevaju, a neki modeli čak dozvoljavaju da se tajno instaliraju uz najmanje smetnji.

Za povezivanje sabvufera, D-klasa postavlja maksimalnu prednost, pošto je bas tonski blok frekventni opseg koji najviše troši energiju - u ovom slučaju je efikasnost proizvoda od fundamentalnog značaja, a u tome jednostavno nema konkurenata proizvodima D-klase.

U ovom videu možete se jasnije upoznati sa klasama pojačala zvuka.