Wzmacniacz częstotliwości dźwięku jest ogólnym terminem używanym do opisu obwodu, który wytwarza i zwiększa wersję swojego sygnału wejściowego. Jednak nie wszystkie technologie konwersji są takie same, ponieważ są klasyfikowane zgodnie z ich konfiguracjami i trybami pracy. W elektronice małe wzmacniacze są powszechnie stosowane, ponieważ można je zwiększyć sygnał jest stosunkowo niewielka, na przykład czujnik temperatury, taki jak odtwarzacz, znacznie większej mocy do sterowania przekaźnika lampy lub głośnik itd. P.

Istnieje wiele form obwodów elektronicznych, sklasyfikowanych jako wzmacniacze, od przetworników operacyjnych i małych sygnałów do dużych przetworników impulsów i mocy. Klasyfikacja urządzenia zależy od wielkości sygnału, dużego lub małego, jego fizycznej konfiguracji i sposobu przetwarzania strumienia wejściowego, czyli relacji między poziomem wejściowym a prądem przepływającym przez obciążenie.

, urządzenie do anatomii

, wzmacniacze częstotliwości dźwięku mogą być postrzegane jako proste pudełka lub bloku z urządzenia, takie jak choroba dwubiegunowa, tranzystor polowy lub czujnikiem operacyjny, który ma dwa wejścia, a dwa terminale wyjściowe (uziemienie jest powszechne). Co więcej, sygnał wyjściowy jest znacznie większy ze względu na jego konwersję na urządzeniu. Idealny wzmacniacz sygnału będzie miał trzy główne właściwości:

Impedancja wejściowa lub (R IN).

Impedancja wyjściowa lub (R OUT).

Wzmocnienie lub (A).

Niezależnie od tego, ileZłożony schemat wzmacniacza, ogólny model bloku można wykorzystać do wykazania połączenia tych trzech właściwości.

Koncepcje ogólne

Wysokiej jakości wzmacniacze mogą różnić się cechami. Każdy typ ma cyfrową lub analogową konwersję. Dla ich podziału ustawione są znaki kodu.


Zwiększona różnica między sygnałami wejściowymi i wyjściowymi nazywana jest transformacją. Wzmocnienie jest miarą tego, ile wzmacniacza "konwertuje" sygnał wejściowy. Na przykład, jeśli poziom wejściowy wynosi 1 wolt, a moc wyjściowa wynosi 50 woltów, konwersja jest równa 50. Innymi słowy, sygnał wejściowy został opracowany 50 razy. Wzmacniacz częstotliwości dźwięku po prostu spełnia to zadanie. Obliczenie konwersji jest po prostu współczynnikiem wyjściowym podzielonym przez dane wejściowe. Ten układ nie ma jednostek miary jako jego współczynnika, ale w elektronice, aby wzmocnić powszechnie używany symbol A. Następnie transformacja jest obliczana po prostu jako "wyjście, podzielone przez sygnał wejściowy".

Konwertery mocy

Lupa małego sygnału jest zwykle nazywana wzmacniaczem "napięciowym", ponieważ zwykle przekształca małe wejście na znacznie większe napięcie wyjściowe. Czasami do sterowania silnikiem lub mocą głośnika potrzebny jest obwód urządzenia, a do zastosowań tego typu, w których występują wysokie prądy przełączające, wymagane są przetworniki mocy. Jak sama nazwa wskazuje, głównym zadaniem wzmacniacza mocy (znanego również jako wzmacniacz dużego sygnału) jestdaj moc do obciążenia. Jest to iloczyn napięcia i prądu przyłożonego do obciążenia z mocą wyjściową, która przekracza poziom sygnału wejściowego. Innymi słowy, konwerter zwiększa moc dynamiki, więc schematy bloków tego typu są używane na zewnętrznych kaskadach przetworników audio do sterowania głośnikami.

Zasada działania

Wzmacniacz częstotliwości dźwięku działa na zasadzie zamiany mocy prądu stałego pobieranego ze źródła energii na sygnał napięciowy prądu przemiennego przykładanego do obciążenia. Chociaż konwersja jest wysoka, jej sprawność ze źródła prądu stałego do napięcia wyjściowego napięcia przemiennego jest zwykle niska. Idealna jednostka daje urządzeniu 100% wydajności, a przynajmniej moc IN będzie równa mocy OUT.

Podział klasy

Jeśli użytkownicy przynajmniej raz spojrzeli na specyfikację wzmacniaczy częstotliwości dźwięku, mogli zobaczyć klasy urządzeń, zwykle oznaczone literą lub dwiema. Najpowszechniejszymi typami bloków używanych obecnie w domowych systemach audio konsumpcyjnych są wartości A, A /B, D, G i H. Te klasy nie są prostymi systemami klasyfikacji, ale opisem topologii wzmacniacza, czyli tym, jak funkcjonują na poziomie podstawowym. Podczas gdy każdy typ wzmacniacza ma swój własny zestaw mocnych i słabych stron, ich praca (i sposób oceny punktów końcowych) pozostaje niezmieniona. Polega na przekształceniu kształtu fali, wysyłając poprzedni blok bez zakłóceńlub przynajmniej tak mało zakłóceń, jak to możliwe.

Klasa A

W porównaniu z innymi klasami wzmacniaczy częstotliwościowych, które zostaną opisane poniżej, modele klasy A są stosunkowo prostymi urządzeniami. Decydującą zasadą pracy jest to, że wszystkie bloki wyjściowe konwerterów muszą przejść pełną pętlę sygnału 360 stopni.
Klasa A może być również podzielona na wzmacniacze jedno- końcowe i dwusuwowe. Push /pull różni się od głównego wyjaśnienia powyżej parami wyjściowymi. Podczas gdy oba urządzenia przeprowadzają pełny cykl 360-stopniowy, jedno urządzenie przenosi większość obciążenia ponad dodatnią część cyklu, a drugie - bardziej ujemny cykl. Główną zaletą tego schematu jest zmniejszone zniekształcenie w porównaniu ze strukturami jednościeżkowymi, ponieważ wykluczone są sparowane fluktuacje zamówień. Ponadto konstrukcje dwusuwowe klasy A są mniej wrażliwe na hałas. Ze względu na pozytywne cechy związane z pracą klasy A, jest uważany za złoty standard jakości dźwięku w wielu obszarach produkcji akustycznej. Jednak te projekty mają jedną istotną wadę - wydajność. Wymaganie dotyczące wzmacniaczy częstotliwościowych w tranzystorach klasy A polega na zapewnieniu ciągłości pracy wszystkich urządzeń wyjściowych. To działanie prowadzi do znacznych strat energii, która ostatecznie zamienia się w ciepło. Jest to dodatkowo pogarszane przez fakt, że konstrukcje klasy A wymagają stosunkowo wysokiego poziomu prądu spoczynkowego, który jest wielkością prądu przepływającego przez urządzenia wyjściowe, gdy wzmacniacz wytwarza zerowyjść Wydajność w realnym świecie może wynosić około 15-35%, z możliwością użycia pojedynczych cyfr przy użyciu bardzo dynamicznego materiału źródłowego.

klasy B

Podczas gdy wszystkie mechanizmy wyjściowy wzmacniacz audio częstotliwości tranzystor klasa A przy użyciu zajmują 100% czasu na bloki w klasie B stosuje Push-Pull, tak że tylko połowa Urządzenie wyjście prowadzi prąd w dowolnym momencie. Jedna połowa obejmuje część kształtu fali w zakresie + 180 stopni, podczas gdy druga pokrywa przekrój -180 stopni. W rezultacie wzmacniacze klasy B są znacznie bardziej skuteczne niż ich analogi klasy A, z teoretycznym maksimum 785%. Biorąc pod uwagę stosunkowo wysoką sprawność, klasa B była używana w niektórych profesjonalnych przetwornicach do wzmacniania akustycznego, a także w niektórych wzmacniaczach lamp domowych. Pomimo widocznej siły, szanse na kupno domu dla klasy B są praktycznie zerowe. Analiza wzmacniacza częstotliwości pokazała jego przyczynę, zwaną zniekształceniem crossover. Problem z opóźnieniem w przekazywaniu usług między urządzeniami, przetwarzanie pozytywnych i negatywnych części przebiegu jest uważany za znaczący. Jest rzeczą oczywistą, że takie zakłócenie w wystarczających ilościach, aby usłyszeć, i choć niektóre klasy konstrukcja B były lepsze niż inne w tym względzie, klasa B nie otrzymał wiele uznania ze strony fanów czystego dźwięku.

Klasa A /B

Wzmacniacz rurowy częstotliwości akustycznych można znaleźć na wielu koncertach. On jestCharakteryzuje się wysoką wydajnością i nie przegrzewa się. Ponadto modele są znacznie tańsze niż wiele bloków cyfrowych. Ale jest odchylenie. Ten moduł może nie działać z wszystkimi formatami audio. Dlatego lepiej jest używać sprzętu jako części całego systemu przetwarzania sygnałów. Klasa A /B łączy najlepsze cechy każdego urządzenia, aby stworzyć jednostkę bez wad jednego lub drugiego. Dzięki temu połączeniu korzyści wzmacniaczy klasy A /B dominują w dużej mierze na rynku konsumenckim. Decyzja jest w swej koncepcji dość prosta. Tam gdzie klasa B używa urządzenia dwusuwowego z każdą połową stopnia wyjściowego 180 stopni, mechanizmy klasy A /B zwiększają ją do ~ 181-200 stopni. Tak więc istnieje znacznie mniejsze prawdopodobieństwo "zerwania" w pętli, a w konsekwencji zniekształcenie zwrotnicy jest obniżone do tego stopnia, że ​​nie ma znaczenia. Wzmacniacze mocy lamp mogą znacznie szybciej wchłonąć te przeszkody. Dzięki tej funkcji dźwięk pochodzi z urządzenia znacznie czystszego. Modele o podobnej charakterystyce są często używane do przekształcania brzmienia gitar akustycznych i elektrycznych. Wystarczy powiedzieć, że klasa A /B spełnia swoje obietnice, łatwo przewyższając wydajność czystych struktur klasy A, przy zamówieniach rzędu ~ 50-70% osiągniętych w rzeczywistym świecie. Rzeczywiste poziomy zależą oczywiście od stopnia przesunięcia wzmacniacza, a także od oprogramowania i innych czynników. Warto również zauważyć, że niektóre wydarzenia w klasieA /B robi kolejny krok naprzód w ich dążeniu do wyeliminowania zniekształceń zwrotnicy, pracując w czystym trybie klasy A do kilku watów mocy. Daje to pewną skuteczność na niskich poziomach, ale zapewnia również, że wzmacniacz nie zamieni się w piec przy podawaniu dużej ilości energii.

Klasy G i H

Kolejna para projektów zaprojektowanych w celu poprawy wydajności. Z technicznego punktu widzenia, ani wzmacniacze klasy G, ani klasa H nie są oficjalnie uznawane. Zamiast tego reprezentują warianty klasy A /B, wykorzystując przełączanie napięcia na magistrali i modulowanie magistrali. W każdym razie, przy niskim popycie, system wykorzystuje niższe napięcie magistrali niż podobny wzmacniacz klasy A /B, co znacznie zmniejsza zużycie energii. Gdy powstają warunki wysokiej mocy, system dynamicznie zwiększa napięcie na magistrali (czyli przełącza się na szynę wysokiego napięcia) w celu przetwarzania przebiegów wysokich częstotliwości. Wady też. Głównym z nich jest wysoki koszt. W oryginalnym obwodzie sieci przełączających, tranzystory bipolarne były używane do sterowania strumieniami wyjściowymi, co zwiększało złożoność i koszty. Wysokiej jakości wzmacniacze lamp tego typu częstotliwości dźwięku są szeroko rozpowszechnione, chociaż cena zaczyna się od 50 tysięcy rubli. Blok jest uważany za profesjonalną technikę pracy na scenie lub nagrywania w studio. Występują problemy z tranzystorami. Przy długotrwałym obciążeniu niektóre z nich mogą zawieść. Dzisiaj cena często w pewnym stopniu malejeZastosowanie tranzystorów DCM dużej mocy do wybierania lub zmiany linii pomocniczych. Wykorzystanie tranzystorów MDN montowanych w terenie nie tylko zwiększa wydajność i zmniejsza ogrzewanie, ale także wymaga mniejszej ilości szczegółów (zwykle jedno urządzenie na strumień). Oprócz kosztu włączenia magistrali, samej modulacji, warto również zauważyć, że niektóre wzmacniacze typu G wykorzystują więcej urządzeń wyjściowych niż typowa konstrukcja klasy A /B. Jedna para urządzeń będzie działać w typowym trybie A /B, zasilanym przez niskie napięcie. Tymczasem drugi jest w rezerwie, aby działać jako wzmacniacz napięcia, który jest aktywowany tylko w zależności od sytuacji. Utrzymuj wysokie obciążenia tylko w klasach G i H, połączonych z potężnymi wzmacniaczami, w których usprawnia się zwiększona wydajność. Kompaktowe projekty mogą również wykorzystywać topologię klasy G /H, w przeciwieństwie do A /B, biorąc pod uwagę, że przejście do trybu niskiego poboru mocy oznacza, że ​​mogą obsługiwać nieco mniejszy grzejnik.

Klasa D

Ten typ urządzenia umożliwia tworzenie własnych systemów modułowych. Przy pomocy sprzętu odbywa się wysokiej jakości przetwarzanie całego strumienia wyjściowego. Projektowanie wzmacniaczy o mocy częstotliwości dźwięku pozwala stworzyć własny system multimedialny do pracy lub rozrywki. Ale oto jego niuanse. Często błędnie nazywane wzmacnianiem cyfrowym, przetworniki klasy D reprezentują gwarancję wydajności jednostkowej, aw prawdziwych testach osiąga się współczynniki przekraczające 90%. Po pierwsze, musisz zrozumieć, dlaczego tak jestodnosi się do klasy D, jeśli "wzmocnienie cyfrowe" jest nieprawidłowe. Była to kolejna litera alfabetu, z klasą C, używana w systemach audio. Co ważniejsze, można osiągnąć wydajność 90% +. Podczas gdy wszystkie wcześniej wspomniane klasy wzmacniaczy mają jedno lub więcej urządzeń wyjściowych, które są zawsze aktywne, nawet jeśli konwerter jest rzeczywiście w trybie gotowości, bloki klasy D szybko zmieniają je w stan "wyłączony" i "włączony". Jest to wygodne i pozwala na używanie modułu tylko w odpowiednich momentach. Na przykład obliczenia wzmacniaczy klasy częstotliwości T, które są implementacją klasy D, opracowane przez firmę Tripath, w przeciwieństwie do urządzenia podstawowego, wykorzystują częstotliwość przełączania około 50 MHz. Urządzenia wyjściowe są zwykle sterowane za pomocą modulacji szerokości impulsu. Dzieje się tak, gdy modulator generuje fale prostokątne o różnych szerokościach, które reprezentują sygnał analogowy do reprodukcji. W ścisłej kontroli urządzeń wyjściowych w ten sposób teoretycznie możliwa 100% sprawność (choć oczywiście jest nieosiągalna w realnym świecie). Pogłębiając się w świecie wzmacniacza klasy D, można również znaleźć odniesienie do modułów sterowanych analogowo i cyfrowo. Te jednostki sterujące mają analogowy sygnał wejściowy i analogowy układ sterowania, zwykle z pewnym stopniem korekcji błędów sprzężenia zwrotnego. Z drugiej strony, cyfrowe wzmacniacze klasy D wykorzystują cyfrową kontrolę, która zmienia poziom mocy bez kontroli błędów. To rozwiązanie również znajduje sięZatwierdzenie, zgodnie z opiniami wielu kupujących. Jednak segment cenowy jest znacznie wyższy. Badania wzmacniacza częstotliwości wykazały, że kontrolowana przez analogię klasa D ma przewagę nad jego wydajnością w porównaniu z analogiem cyfrowym, ponieważ zwykle oferuje niższą impedancję wyjściową (rezystancję) i ulepszony profil zniekształceń. Podnosi to wartości wyjściowe systemu przy maksymalnym obciążeniu. Parametry wzmacniaczy częstotliwości dźwięku są znacznie wyższe niż w modelach podstawowych. Warto zrozumieć, że takie obliczenia są potrzebne tylko do tworzenia muzyki w studio. W przypadku zwykłych nabywców można pominąć te cechy. Zwykle jest to łańcuch L (cewka i kondensator) umieszczony między wzmacniaczem a głośnikami, aby zmniejszyć hałas związany z pracą klasy D. Filtr ma wielkie znaczenie. Zły projekt może zagrozić skuteczności, niezawodności i jakości dźwięku. Ponadto sprzężenie zwrotne po filtrze źródłowym ma swoje zalety. Chociaż projekty, które nie wykorzystują sprzężenia zwrotnego na tym etapie, mogą dostosować swoją odpowiedź do danej impedancji, gdy takie wzmacniacze mają złożone obciążenie (tj. Głośnik zamiast rezystora), charakterystyka częstotliwościowa może się znacznie różnić w zależności od obciążenia głośnika. Sprzężenie zwrotne stabilizuje ten problem, zapewniając płynną reakcję na złożone obciążenia. Ostatecznie złożoność częstotliwości elektrycznych wzmacniacza klasy D ma swoje zalety. Wydajność i, w konsekwencji, mniejsza waga. Ponieważ jest względnyMała energia zużywana jest na ciepło, potrzeba mniej energii. Dlatego wiele wzmacniaczy klasy D jest używanych w połączeniu z zasilaczami impulsowymi (SMPS). Podobnie jak w przypadku stopnia wyjściowego, samo źródło zasilania może być szybko włączane i wyłączane w celu regulacji napięcia, co prowadzi do dalszej poprawy wydajności i możliwości zmniejszenia masy w porównaniu z tradycyjnymi zasilaczami analogowo-liniowymi. Łącznie nawet potężne wzmacniacze klasy D mogą ważyć tylko kilka kilogramów. Brak zasilania SMPS w porównaniu z tradycyjnymi liniowymi źródłami jest taki, że ten pierwszy zwykle nie ma dużego dynamicznego zasobu. Testy i liczne testy DFE klasy D z liniowymi zasilaczami w porównaniu z modułami SMPS pokazały, że tak właśnie jest. Gdy dwa wzmacniacze radzą sobie z mocą nominalną, jeden z liniowym źródłem mocy może wytwarzać wyższe poziomy mocy dynamicznej. Niemniej jednak projektowanie SMPS staje się coraz bardziej powszechne, aw sklepach można spodziewać się większej jakości bloków klasy D następnego pokolenia, używając podobnych formularzy.

Porównanie efektywności klas AB i D

Chociaż wydajność wzmacniacza częstotliwościowego w tranzystorach klasy A /B wzrasta w miarę zbliżania się do maksymalnej mocy wyjściowej, projekty klasy D wspierają wysoką wydajność większości zakresów działania. W rezultacie wydajność i jakość dźwięku w coraz większym stopniu skłania się ku temu ostatniemublok

za pomocą pojedynczego przetwornika

W przypadku prawidłowego wykonania każdy z tych zespołów zewnętrznych wzmacniacz klasy B może tworzyć podstawę o dużej dokładności. Oprócz potencjalnych błędów wydajności (co jest głównie wynikiem decyzji projektowych, a nie swoistej klasy), wybierz typ bloku jest w dużej mierze kwestią kosztów w porównaniu z wydajnością. Na dzisiejszym rynku dominuje prosty wzmacniacz częstotliwości klasy A /B i istnieje ku temu dobry powód. Działa bardzo dobrze, stosunkowo tanie, a jego wydajność jest odpowiednia dla aplikacji o małej mocy (> 200 watów). Oczywiście, ponieważ producenci starają się przesunąć granice zasilania konwertery, na przykład za pomocą monoblok Emotiva XPR 1 zasilający 1000 W, odnoszą się one do klasy strukturalnej G /H i D, aby uniknąć podwójnego ich zastosowanie jako systemów wzmacniających, które mogą szybko techniki cieplnej. Tymczasem po drugiej stronie rynku są fani klasy A, którzy mogą wybaczyć brak działania urządzenia w nadziei na czystszy dźwięk.

Wyniki

Ostatecznie klasy konwerterów niekoniecznie są tak ważne. Oczywiście, istnieją rzeczywiste różnice, zwłaszcza jeśli chodzi o koszt, wydajność wzmacniacza, a co za tym idzie, wagę. Oczywiście technologia klasy A o mocy 500 W to zły pomysł, chyba że, oczywiście, użytkownik ma potężny system chłodzenia. Z drugiej strony różnice między klasami nie determinują jakości dźwięku. Ostatecznie sprowadza się do projektowania i wdrażania własnych projektów. Ważne jest zrozumienie, że konsumenci to tylko jedenurządzenie będące częścią systemu audio.