Äänivahvistinluokat

Varmasti monet ovat kuulleet, että nykyaikaiset vahvistimet voivat kuulua eri luokkiin. Ihmiset, jotka ovat kaukana akustisista järjestelmistä ja äänilaitteiden teknisistä ominaisuuksista, voivat kuitenkin tuskin kuvitella, mitä kirjainmerkintöjen takana piilee.

Katsauksessamme puhumme yksityiskohtaisemmin siitä, mitkä ovat vahvistimien luokat, mitä ne ovat ja kuinka valita optimaalinen malli.

Vahvistimen luokka on lähtösignaalin arvo, jolla sitä ohjataan sinimuotoisella tulosignaalilla toimintapiirissä yhden toimintajakson aikana ja muuttuu tämän vaikutuksen seurauksena. Vahvistimien luokittelu luokkiin riippuu sen tilan lineaarisuusparametreista, jota käytetään vahvistamaan kategorioista tulevat signaalit suuremmalla tarkkuudella ja melko alentuneella tehokkuudella täysin epälineaariseksi. Tässä tapauksessa signaalin äänentoiston tarkkuus ei ole niin suuri, mutta tehokkuus on melko korkea. Kaikki muut vahvistinluokat ovat jonkinlaisia ​​välimalleja näiden kahden ryhmän välillä.

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

Toinen laiteluokka sisältää nykyaikaisemmat mallit, joita pidetään niin sanotuina kytkentäluokina - nämä ovat mallit D, E, F sekä G, S, H ja T.

Nämä vahvistimet käyttävät pulssinleveysmodulaatiota sekä digitaalisia piirejä signaalin jatkuvaan muuntamiseen täysin pois päältä ja täysin päälle. Tämän seurauksena kyllästymisalueella on voimakas uloskäynti.

Puhumme tarkemmin eri vahvistinluokista.

Luokan A mallit ovat yleisimpiä niiden suunnittelun yksinkertaisuuden vuoksi. Tämä johtuu useista tulosignaalin vääristymän parametreista ja vastaavasti korkeasta äänenlaadusta verrattuna kaikkiin muihin vahvistinluokkiin. Tämän kategorian malleille on ominaista korkea lineaarisuus muihin verrattuna.

Tyypillisesti A-luokan vahvistimet käyttävät työssään yhtä transistoreiden versiota. Se on kytketty signaalin kahden puoliskon perusemitterikonfiguraatioon niin, että germaniumtransistori kulkee aina sen läpi, vaikka vaihesignaalia ei olisikaan. Tämä tarkoittaa, että lähdössä porras ei siirry kokonaan signaalin katkaisu- ja saturaatioalueelle. Sillä on oma siirtymäpisteen suunnilleen kuormitusviivan keskellä. Tämä rakenne johtaa siihen, että transistori ei yksinkertaisesti aktivoidu - tätä pidetään yhtenä sen perushaitoista.

Koska luokan A laitteet ovat yksipäisiä ja toimivat kaikkien määriteltyjen käyrien lineaarisella vyöhykkeellä, yksi lähtölaite kulkee täyden 360 asteen läpi, jolloin A-luokan laite vastaa täysin virtalähdettä.

Koska tämän luokan vahvistimet toimivat, kuten olemme jo todenneet, ultralineaarisella alueella, DC-bias on asetettava oikein. - Tämä varmistaa oikean toiminnan ja antaa äänivirran 24 watin teholla. Kuitenkin johtuen siitä, että lähtölaite on aina pois päältä, se johtaa jatkuvasti virtaa, mikä luo olosuhteet jatkuvalle tehohäviölle koko rakenteessa. Tämä ominaisuus johtaa suuren määrän lämpöä vapautumiseen, kun taas niiden hyötysuhde on melko alhainen - alle 40%, mikä tekee niistä epäkäytännöllisiä, kun on kyse jonkinlaisista tehokkaista akustisista järjestelmistä. Sitä paitsi, asennuksen lisääntyneen tyhjäkäyntivirran vuoksi virtalähteen tulee olla sopivan kokoinen ja mahdollisimman suodatettu, muuten vahvistimen ääntä ja kolmannen osapuolen huminaa ei voida välttää. Juuri nämä puutteet ovat saaneet valmistajat jatkamaan työtä vahvistimien luomiseksi tehokkaampaan kategoriaan.

Valmistajat ovat suunnitelleet B-luokan vahvistimet käsittelemään edelliseen luokkaan liittyviä alhaisen hyötysuhteen ja ylikuumenemisongelmia. B-luokan mallit käyttävät työssään paria lisätransistoreita, yleensä bipolaarisia. Niiden ero on, että molemmille signaalin puoliksille lähtörintama on rakennettu push-pull-piirin mukaan, joten jokainen transistorilaite vahvistaa vain puolet lähtösignaalista.

Tämän luokan vahvistimissa ei ole DC-tason perusbias-virtaa, koska sen lepovirta on nolla, joten DC-tehoparametrit ovat yleensä pieniä. Näin ollen sen hyötysuhde on paljon korkeampi kuin laitteilla A. Samaan aikaan kun signaali on positiivinen, positiivinen biasoitu transistori ohjaa sitä, kun taas negatiivinen jää pois päältä. Samoin sillä hetkellä, kun tulosignaali muuttuu negatiiviseksi, positiivinen kytketään pois päältä, ja negatiivisesti biasoitu transistori päinvastoin aktivoituu ja tuottaa signaalin negatiivisen puolen. Tämän seurauksena transistori viettää toimintansa aikana 1/2 jaksoa vain saapuvan signaalin positiivisessa tai negatiivisessa puolijaksossa.

Tämä push-pull-rakenne on noin 45-60 % tehokkaampi kuin luokan A vahvistimet. Tämän tyyppisten mallien ongelmat ovat, että ne aiheuttavat merkittäviä vääristymiä äänisignaalin kulkuhetkellä transistorien "kuolleen vyöhykkeen" vuoksi tulojännitteiden käytävällä arvoilla -0,7 V - +0,7 V .

Kuten kaikki tietävät fysiikan kurssista, perusemitterin on annettava noin 0,7 V jännite, jotta bipolaarinen transistori aloittaa täyden johdotuksen. Niin kauan kuin tämä jännite ei ylitä tätä merkkiä, lähtötransistori ei siirry päälle-asentoon. Tämä tarkoittaa, että puolet signaalista, joka menee 0,7 V:n käytävään, alkaa toistua epätarkasti. Tämän seurauksena B-luokan laitteet eivät käytännössä sovellu käytettäviksi tarkkuusakustisissa asennuksissa.

varten Näiden vääristymien voittamiseksi luotiin niin sanotut AB-luokan kompromissilaitteet.

Tämä malli on eräänlainen A- ja B-kategorian tandem-malli. Nykyään AB-tyypin vahvistimia pidetään yhtenä yleisimmistä suunnitteluvaihtoehdoista. Toimintaperiaatteeltaan ne ovat hieman B-luokan tuotteita, sillä ainoalla poikkeuksella, että molemmat transistorilaitteet voivat johtaa signaalia samanaikaisesti lähellä oskilogrammien leikkauspistettä. Tämä eliminoi täysin kaikki edellisen ryhmän B vahvistimen signaalin vääristymisongelmat.Erona on, että transistoriparilla on melko pieni esijännite, tyypillisesti 5-10 % lepovirrasta. Tässä tapauksessa johtava laite pysyy päällä pidempään kuin yhden puolijakson ajan, mutta samalla se on paljon vähemmän kuin tulosignaalin täysi jakso.

Se on turvallista sanoa AB-tyypin laitetta pidetään erinomaisena kompromissina A- ja B-luokan mallien välillä tehokkuuden ja lineaarisuuden kannalta.ja kun taas äänisignaalin muunnostehokkuus on noin 50 %.

C-luokan yksiköiden suunnittelussa on suurin hyötysuhde, mutta samalla melko huono lineaarisuus muihin luokkiin verrattuna. C-luokan vahvistin on melko selvästi esijännitetty, joten tulovirta menee nollaan ja pysyy tällä tasolla yli 1/2 jaksoa tulevasta signaalista. Tällä hetkellä transistori on valmiustilassa sammuttaakseen sen.

Nämä suunnitteluominaisuudet tekevät mahdottomaksi käyttää vahvistimia kaiutinjärjestelmissä. Yleensä nämä mallit ovat löytäneet käyttöalueensa korkeataajuisissa generaattoreissa sekä tietyissä radiotaajuusvahvistimien versioissa, joissa ulostulossa lähetetyt virtapulssit muunnetaan tietyn taajuuden siniaaltoiksi.

D-luokan vahvistin viittaa kaksikanavaisiin epälineaarisiin pulssimalleihin, niitä kutsutaan myös PWM-vahvistimiksi.

Suurimmassa osassa audiojärjestelmiä lähtöasteet toimivat joko luokassa A tai AB. Ryhmän D integroiduissa vahvistimissa linjatulojen tehohäviö on merkittävä jopa niiden maksimitäydellisen, lähes ideaalisen toteutuksen tapauksessa. Tämä antaa D-luokan malleille merkittävän edun useimmilla käyttöalueilla minimaalisen lämmöntuoton, laitteen pienemmän painon ja mittojen sekä vastaavasti tuotteiden alhaisempien kustannusten ansiosta, kun taas tällaisten mallien akun käyttöikä on pidempi verrattuna malleihin muita malleja.

F-luokan vahvistin. Nämä mallit lisäävät tehokkuutta, niiden hyötysuhde on noin 90%.

G-luokan vahvistin. Tämä vahvistin on itse asiassa edistyksellinen korkean lineaarisuuden rakenne AB-luokan TDA-perusyksiköstä. Tämän kategorian mallit voivat vaihtaa automaattisesti eri voimalinjojen välillä, jos tulevan signaalin parametrit muuttuvat. Tällainen kytkentä vähentää suuresti virrankulutusta ja vastaavasti vähentää lämpöhäviön aiheuttamaa tehonkulutusta.

I luokan vahvistin. Tällaisissa malleissa on pari sarjaa lisälähtölaitteita. Ennen päälle kytkemistä ne sijaitsevat push-pull-kokoonpanossa. Ensimmäinen laite kytkee signaalin positiivisen osan ja toinen vastaa negatiivisen osan kytkemisestä, kuten B-kategorian vahvistimissa. Jos tulossa ei ole äänisignaalia tai jos signaali saavuttaa nollapisteen, kytkinmekanismi kytkeytyy päälle ja pois päältä samaan aikaan kuin pääjakso.

S-luokan vahvistin. Tämä vahvistinluokka on luokiteltu epälineaariseksi kytkentämekanismiksi. Toimintamekanismiltaan ne muistuttavat jonkin verran D-luokan vahvistimia. Tällainen vahvistin muuntaa analogiset tulosignaalit digitaalisiksi vahvistaen ne moninkertaisesti. Näin ollen lähtötehon lisäämiseksi yleensä kytkinlaitteen digitaalinen signaali on joko täysin päällä tai kokonaan pois päältä, joten tällaisten laitteiden hyötysuhde voi olla 100%.

T-luokan vahvistin. Toinen vaihtoehto digitaaliselle vahvistimelle. Nykyään tällaiset mallit saavat yhä enemmän suosiota mikropiirien, jotka mahdollistavat saapuvan signaalin digitaalisen käsittelyn, sekä sisäänrakennettujen monikanavaisten 3D-äänivahvistimien vuoksi. Tämä tehoste saadaan aikaan rakenteella, joka mahdollistaa analogisten signaalien muuntamisen korkeammiksi digitaalisiksi PWM-ääniksi. Luokan C laitteiden suunnittelussa yhdistyvät AV-luokan kaltaisen matalasäröisen signaalin ominaisuudet, samalla kun tehokkuus säilyy D-luokan mallien tasolla.

Aluksi katsotaan kuinka vahvistin toimii periaatteessa. Varmasti yllätyt, mutta itse asiassa tehdasvahvistin ei vahvista mitään. Itse asiassa, sen työmekanismi muistuttaa yksinkertaisimman nosturin työtä: väänät kahvaa ja vettä alkaa valua vesilähteestä vahvemmin tai heikommin, ja jos käännät sitä, virtaus estyy. Vahvistimissa kaikki prosessit tapahtuvat samalla tavalla. Tehokas virtalähdemoduuli virtaa laitteeseen kytketyn kaiuttimen läpi. Tässä tapauksessa transistorit ottavat hanan toiminnan - lähdössä niiden sulkemis- ja avautumisastetta ohjaa signaali, joka kulkee vahvistimeen. Sen perusteella, kuinka tämä nosturi tarkalleen toimii, eli kuinka lähtötransistorit toimivat, ja vahvistimien luokka määritetään.

Jos puhumme AB-laitteista, niin niissä olevilla transistoreilla voi olla epämiellyttävä ominaisuus avautua ja sulkeutua suhteettomasti niihin saapuviin signaaleihin nähden. Siten heidän työnsä pysyy ennallaan. Palatakseni analogiaan hanan kanssa - voit kääntää hanan kahvaa, mutta vesi virtaa aluksi heikosti, ja sitten yhtäkkiä virtaus kasvaa yhtäkkiä.

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

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

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

Tietenkin on liian aikaista lähettää tällaisia ​​signaaleja äänijärjestelmiin, ensin sen pitäisi palata vakiokokoonpanoon. Tämä voidaan tehdä lähtökelan sekä kondensaattorin avulla - niiden käsittelyn jälkeen lähtöön muodostuu vahvistettu signaali, joka toistaa muodoltaan täysin tulosignaalin. Hän on se, joka välitetään puhujille.

D-luokan laitteiden tärkein etu on lisääntynyt tehokkuus. ja vastaavasti kevyempi energiankulutus

Kauan niin uskottiin laadukkaiden kaiutinjärjestelmien liittämiseen AB-vahvistimet ovat optimaalinen ratkaisu... Luokan D mallit muuttivat tulevan signaalin pulssisignaaliksi alennetulla taajuudella, minkä seurauksena se antoi hyvän äänen vain subwoofer-tilassa.Nykyään tekniikka on ottanut ison askeleen eteenpäin, ja nykyään on jo olemassa nopeita transistoreja, jotka avautuvat ja myös sulkeutuvat lähes välittömästi, D-luokan laajakaistalaitteita on kaupoissa melko paljon.

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

Joten jos sinulla on tarpeeksi tilaa kaiuttimen kytkemiseen, voit hyvin valita AV-luokan mallin. Näiden mallien piirit ovat useiden vuosikymmenten ajan kehittyneet hyvin, ne antavat melko hyvän äänenlaadun, ja rikkoutuessa voit helposti korjata ne lähimmässä huoltokeskuksessa.

Jos ääniasennusalue on rajallinen, sinun tulee tarkastella lähemmin ryhmän D laajakaistamalleja. Samoilla tehoparametreilla kuin AV-luokan tuotteet ovat paljon pienempiä ja kevyempiä, lisäksi ne kuumenevat vähemmän, ja jotkut mallit mahdollistavat jopa salaa asentamisen vähiten häiriöitä aiheuttaen.

Subwooferien liittämiseen D-luokka tarjoaa suurimman edun, koska bassoäänilohko on eniten energiaa kuluttava taajuusalue - tässä tapauksessa tuotteen tehokkuus on olennaisen tärkeää, ja tässä D-luokan tuotteille ei yksinkertaisesti ole kilpailijoita.

Tällä videolla pääset selkeämmin tutustumaan äänenvahvistimien luokkiin.