Klase audio pojačala

Sigurno su mnogi čuli da moderna pojačala mogu pripadati različitim klasama. Međutim, ljudi koji su daleko od akustičkih sustava i tehničkih značajki zvučne opreme teško mogu zamisliti što se krije iza slovnih oznaka.

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

Klasa pojačala je vrijednost izlaznog signala pri kojoj ga pokreće sinusni ulazni signal u funkcionalnom krugu tijekom jednog radnog ciklusa i mijenja se kao rezultat tog utjecaja. Razvrstavanje pojačala u klase ovisi o parametrima linearnosti načina koji se koristi za pojačavanje ulaznih signala iz kategorija s povećanom točnošću s prilično smanjenom učinkovitošću do potpuno nelinearnih. U ovom slučaju, točnost reprodukcije zvuka signala nije tako velika, ali učinkovitost je prilično visoka. Sve ostale klase pojačala su neka vrsta međumodela između ove dvije skupine.

Sve klase pojačala mogu se uvjetno podijeliti u dvije podskupine. Prvi uključuje klasične kontrolirane modele klasa A, B, kao i AB i C. Njihova kategorija određena je parametrom njihove vodljivosti u određenom dijelu izlaznog signala. Dakle, rad ugrađenog tranzistora na izlazu nalazi se u sredini između "isključeno" i "uključeno".

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

Ova pojačala koriste modulaciju širine impulsa kao i digitalne sklopove za kontinuirano pretvaranje signala između potpuno isključenog i potpuno uključenog. Kao posljedica toga, postoji snažan izlaz u području zasićenja.

Detaljnije ćemo govoriti o različitim klasama pojačala.

Modeli klase A najčešće se koriste zbog svoje jednostavnosti dizajna. To je zbog nekoliko parametara izobličenja ulaznog signala i, sukladno tome, visoke kvalitete zvuka u usporedbi sa svim drugim kategorijama pojačala. Modele u ovoj kategoriji karakterizira visoka linearnost u usporedbi s ostalima.

Tipično, pojačala klase A u svom radu koriste jednu verziju tranzistora. Spojen je na osnovnu konfiguraciju emitera za dvije polovice signala tako da će germanijev tranzistor uvijek prolaziti kroz njega čak i ako nema faznog signala. To znači da na izlazu stupanj neće u potpunosti prijeći u područje prekida signala i zasićenja. Ima svoju točku pomaka otprilike u središtu linije opterećenja. Ova struktura dovodi do činjenice da se tranzistor jednostavno ne aktivira - to se smatra jednim od njegovih osnovnih nedostataka.

Budući da su uređaji klase A jednosmjerni i rade u linearnoj zoni svih navedenih krivulja, jedan izlazni uređaj prolazi kroz punih 360 stupnjeva, u kojem slučaju uređaj kategorije A u potpunosti odgovara izvoru struje.

Budući da pojačala u ovoj kategoriji rade, kao što smo već rekli, u ultralinearnom području, DC bias mora biti ispravno postavljen. - to će osigurati pravilan rad i dati zvučni tok snage 24 vata. Međutim, zbog činjenice da je izlazni uređaj uvijek u isključenom stanju, on kontinuirano provodi struju, a to stvara uvjete za stalni gubitak snage u cijeloj konstrukciji. Ova značajka dovodi do oslobađanja velike količine topline, dok je njihova učinkovitost prilično niska - manje od 40%, što ih čini nepraktičnim kada su u pitanju neka vrsta snažnih akustičkih sustava. Osim, zbog povećane struje praznog hoda instalacije, napajanje mora imati odgovarajuće dimenzije i biti maksimalno filtrirano, inače se ne može izbjeći zvuk pojačala i zujanje treće strane. Upravo su ti nedostaci naveli proizvođače da nastave raditi na pojačalima u učinkovitijoj kategoriji.

Pojačala klase B proizvođači su dizajnirali za rješavanje problema niske učinkovitosti i pregrijavanja povezanih s prethodnom kategorijom. U svom radu modeli kategorije B koriste par dodatnih tranzistora, obično bipolarnih. Njihova razlika je u tome što je za obje polovice signala izlazna fronta izgrađena prema push-pull krugu, tako da svaki tranzistorski uređaj osigurava pojačanje samo polovice izlaznog signala.

U pojačalima ove klase nema osnovne istosmjerne struje prednapona, budući da je njena struja mirovanja nula, stoga su parametri istosmjerne snage obično mali. Sukladno tome, njegova je učinkovitost mnogo veća od one uređaja A. Istodobno kada je signal pozitivan, pozitivni tranzistor ga pokreće, dok negativan ostaje isključen. Slično, u trenutku kada ulazni signal postane negativan, pozitiv se isključuje, a negativno pristrani tranzistor se, naprotiv, aktivira i daje negativnu polovicu signala. Kao rezultat toga, tranzistor tijekom svog rada provodi 1/2 ciklusa samo u pozitivnom ili negativnom poluciklusu dolaznog signala.

Ovaj push-pull dizajn je oko 45-60% učinkovitiji od pojačala klase A. Problemi s modelima ove vrste su da daju značajnu distorziju u trenutku prolaska audio signala zbog "mrtve zone" tranzistora u hodniku ulaznih napona s vrijednostima od -0,7 V do +0,7 V .

Kao što svi znaju iz tečaja fizike, bazni emiter mora osigurati napon od oko 0,7 V kako bi bipolarni tranzistor započeo potpuno ožičenje. Sve dok ovaj napon ne prijeđe ovu oznaku, izlazni tranzistor se neće pomaknuti u položaj uključen. To znači da će se polovica signala koji ide u koridor od 0,7 V početi netočno reproducirati. Posljedično, to čini uređaje kategorije B praktički neprikladnima za upotrebu u preciznim akustičnim instalacijama.

Za kako bi se prevladala ova izobličenja, stvoreni su takozvani kompromisni uređaji klase AB.

Ovaj model je svojevrsni tandem dizajn kategorije A i kategorije B. Danas se pojačala tipa AB smatraju jednom od najčešćih opcija dizajna. Po principu rada oni su pomalo poput proizvoda kategorije B, s jedinom iznimkom da oba tranzistorska uređaja mogu istovremeno provoditi signal blizu točke presjeka oscilograma. Time se u potpunosti eliminiraju svi problemi izobličenja signala prethodnog pojačala grupe B.Razlika je u tome što par tranzistora ima prilično nizak napon prednapona, obično 5 do 10% struje mirovanja. U tom slučaju provodni uređaj ostaje uključen dulje od vremena jednog poluciklusa, ali je u isto vrijeme mnogo kraći od punog ciklusa ulaznog signala.

Sigurno je to reći uređaj tipa AB smatra se izvrsnim kompromisom između modela klase A i klase B u smislu učinkovitosti i linearnosti.i, dok je učinkovitost pretvorbe audio signala približno 50%.

Dizajn jedinica C-klase ima maksimalnu učinkovitost, ali u isto vrijeme prilično slabu linearnost u odnosu na sve druge kategorije. Pojačalo C klase je prilično pristrasno, pa ulazna struja ide na nulu i ostaje na ovoj razini više od 1/2 ciklusa dolaznog signala. U ovom trenutku, tranzistor je u stanju pripravnosti da ga isključi.

Ove značajke dizajna onemogućuju korištenje pojačala u sustavima zvučnika. U pravilu su ovi modeli našli svoje područje primjene u visokofrekventnim generatorima, kao i u određenim verzijama radio-frekventnih pojačala, gdje se strujni impulsi emitirani na izlazu pretvaraju u sinusoidne valove određene frekvencije.

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

U velikoj većini audio sustava, izlazni stupnjevi rade u klasi A ili AB. U integriranim pojačalima skupine D, rasipanje snage linijskih ulaza je značajno čak i u slučaju njihove maksimalno potpune, gotovo idealne implementacije. To modelima D-klase daje značajnu prednost u većini područja primjene zbog minimalnog stvaranja topline, smanjene težine i dimenzija uređaja te, sukladno tome, smanjene cijene proizvoda, dok je vijek trajanja baterije kod takvih modela produžen u usporedbi s modelima drugi dizajni.

Pojačalo klase F. Ovi modeli pružaju povećanu učinkovitost, njihova učinkovitost je oko 90%.

Pojačalo klase G. Ovo pojačalo je, zapravo, napredni dizajn visoke linearnosti TDA bazne jedinice AB klase. Modeli u ovoj kategoriji mogu se automatski prebacivati ​​između različitih vodova ako se promijene parametri dolaznog signala. Takvo prebacivanje uvelike smanjuje potrošnju energije i, sukladno tome, smanjuje potrošnju energije uzrokovanu gubitkom topline.

Pojačalo I klase. Takvi modeli imaju nekoliko skupova dodatnih izlaznih uređaja. Prije uključivanja nalaze se u push-pull konfiguraciji. Prvi uređaj prebacuje pozitivni dio signala, a drugi je odgovoran za prebacivanje negativnog dijela, slično kao pojačala kategorije B. Ako nema audio signala na ulazu, ili ako signal dosegne nultu točku prijelaza, sklopni mehanizam se uključuje i isključuje u isto vrijeme kada i glavni ciklus.

Pojačalo klase S. Ova klasa pojačala klasificira se kao nelinearni preklopni mehanizam. Po mehanizmu rada donekle su slični pojačalima kategorije D. Takvo pojačalo 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 učinkovitost takvih uređaja može biti 100%.

Pojačalo klase T. Druga opcija za digitalno pojačalo. Danas takvi modeli dobivaju sve veću popularnost zbog prisutnosti mikro krugova koji omogućuju digitalnu obradu dolaznog signala, kao i ugrađenih višekanalnih 3D pojačala zvuka. Ovaj učinak osigurava dizajn koji omogućuje pretvaranje analognih signala u PWM zvukove višeg digitalnog tipa. Dizajn uređaja klase C kombinira karakteristike signala niske distorzije slične AV kategoriji, uz zadržavanje učinkovitosti na razini modela klase D.

Za početak, hajde da se zadržimo na tome kako pojačalo u principu radi. Sigurno ćete se iznenaditi, ali zapravo tvorničko pojačalo ne pojačava ništa. Zapravo, mehanizam njegovog rada nalikuje radu najjednostavnije dizalice: okrenete ručku i voda iz vodovoda počinje teći, jače ili slabije, a ako je zavrnete, protok će biti blokiran. U pojačalima se svi procesi odvijaju na isti način. Iz snažnog modula napajanja struja teče kroz zvučnik spojen na uređaj. U ovom slučaju funkciju slavine preuzimaju tranzistori - na izlazu se stupanj njihovog zatvaranja i otvaranja kontrolira signalom koji prolazi do pojačala. Iz toga kako točno funkcionira ova dizalica, odnosno kako rade izlazni tranzistori, određuje se i klasa pojačala.

Ako govorimo o AB uređajima, onda tranzistori u njima mogu imati neugodno svojstvo otvaranja i zatvaranja nerazmjerno signalima koji im pristižu. Tako njihov rad ostaje nepromijenjen. Da se vratimo na analogiju sa slavinom - možete okrenuti ručku slavine, ali voda će isprva teći slabo, a onda će se odjednom protok naglo povećati.

Zbog ovog razloga tranzistori kategorije AB moraju se držati u blago otvorenom stanju čak i ako nema signala. To je potrebno kako bi odmah počeli raditi, a ne čekati dok signal ne dosegne određenu razinu - samo u tom slučaju pojačalo će moći reproducirati zvuk s minimalnim izobličenjem. U praksi to znači da se dio korisne energije gubi. Zamislite samo da otvorite sve slavine za vodu u stanu, a iz njih će kontinuirano istjecati mali mlaz vode. Kao rezultat toga, učinkovitost takvih modela ne prelazi 50-70%, to je niska učinkovitost koja je glavni nedostatak pojačala AV klase.

Ako govorimo o uređajima D-klase, onda je princip njihovog rada apsolutno isti: imaju svoje izlazne tranzistore koji se mogu paliti i gasiti. Tako je reguliran prolaz struje kroz zvučnike spojene na njih, ali signal već kontrolira njihovo otvaranje, koje je po svojoj konfiguraciji jako daleko od dolaznog.

Tako se signal dovodi do izlaznih tranzistora uređaja klase D. U tom će slučaju funkcionirati potpuno drugačije: ili se potpuno zatvaraju ili otvaraju bez ikakvih međuvrijednosti. To znači da učinkovitost takvih modela može biti blizu 100%.

Naravno, prerano je slati takve signale audio sustavima, prvo bi se trebao vratiti na standardnu ​​konfiguraciju. To se može učiniti pomoću izlazne prigušnice, kao i kondenzatora - nakon njihove obrade na izlazu se formira pojačani signal koji u svom obliku potpuno ponavlja ulazni. On je taj koji se prenosi na zvučnike.

Glavna prednost uređaja D-klase je povećana učinkovitost. i, sukladno tome, nježniju potrošnju energije

Dugo se vjerovalo da za povezivanje visokokvalitetnih sustava zvučnika, AB pojačala će biti optimalno rješenje... Modeli kategorije D dali su pretvorbu dolaznog signala u impulsni signal smanjene frekvencije, što je rezultiralo dobrim zvukom samo u načinu subwoofera.U današnje vrijeme tehnologija je napravila veliki korak naprijed, a danas već postoje brzi tranzistori koji se mogu otvarati, a također i zatvarati gotovo trenutno, u trgovinama ima dosta širokopojasnih uređaja D-klase.

Ovi modeli su namijenjeni za korištenje ne samo sa subwooferima, već i sa modernim sustavima zvučnika svih vrsta. Za one opcije u kojima nije potrebna velika snaga, ima smisla kupiti prilično kompaktno pojačalo.

Dakle, ako imate dovoljno prostora za spajanje zvučnika, onda možete odabrati model AV klase. Već nekoliko desetljeća postojanja, strujni krug ovih modela je dobro razvijen, daju prilično dobru kvalitetu zvuka, a u slučaju kvara, lako ih možete popraviti u najbližem servisu.

Ako je područje za zvučnu instalaciju ograničeno, trebali biste pobliže pogledati širokopojasne modele grupe D. S istim parametrima snage kao i proizvodi AV klase, puno su manji i lakši, štoviše, manje se zagrijavaju, a neki modeli čak dopuštaju da se tajno instaliraju uz najmanje smetnje.

Za spajanje subwoofera, D-klasa postavlja maksimalnu prednost, budući da je bas tonski blok frekvencijski raspon koji najviše troši energiju - u ovom slučaju je učinkovitost proizvoda od temeljne važnosti, a u tome jednostavno nema konkurenata proizvodima D-klase.

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