Pojačalo zvučnih frekvencija je opći pojam koji se koristi za opisivanje kruga koji proizvodi i povećava verziju njegovog ulaznog signala. Međutim, nisu sve tehnologije pretvorbe iste, budući da su klasificirane prema njihovim konfiguracijama i načinima rada. U elektronici se uobičajeno koriste mala pojačala jer mogu povećati relativno mali ulazni signal, kao što je senzor, kao što je uređaj za reprodukciju, mnogo veći izlaz za upravljanje relejem, lampom ili zvučnikom itd.
Postoji mnogo oblika elektroničkih sklopova, klasificiranih kao pojačala, od operativnih i malih signalnih pretvarača do velikih impulsnih i energetskih pretvarača. Klasifikacija uređaja ovisi o veličini signala, velikom ili malom, njegovoj fizičkoj konfiguraciji i načinu obrade ulaznog toka, odnosno odnosu između ulazne razine i struje koja teče u opterećenju.
Anatomija uređaja
Pojačala zvuka mogu se smatrati jednostavnom kutijom ili jedinicom koja sadrži uređaj kao što je bipolarni, tranzistor s efektom polja ili radni senzor koji ima dva ulazna i dva izlazna priključka (uzemljenje je uobičajeno). Štoviše, izlazni signal je mnogo veći zbog njegove pretvorbe na uređaju. Idealno pojačalo signala imat će tri glavna svojstva:
ulazna impedancija ili (R IN). Izlazna impedancija ili (R OUT). Dobitak, ili (A).Bez obzira na to kolikoSložena shema pojačala, opći blok model može se koristiti za demonstraciju međusobnog povezivanja ova tri svojstva.
Opći pojmovi
Visokokvalitetna pojačala zvuka mogu se razlikovati po svojim karakteristikama. Svaki tip ima digitalnu ili analognu pretvorbu. Za njihovu podjelu postavljaju se kodne oznake.
Povećana razlika između ulaznih i izlaznih signala naziva se transformacija. Dobitak je mjera koliko pojačalo "pretvara" ulazni signal. Na primjer, ako postoji ulazna razina od 1 volta i izlaz od 50 volti, pretvorba je jednaka 50. Drugim riječima, ulazni signal je razvijen 50 puta. Pojačalo zvučnih frekvencija samo ispunjava taj zadatak. Proračun pretvorbe je jednostavno izlazni omjer podijeljen ulazom. Ovaj sustav nema mjerne jedinice kao svoj omjer, nego u elektronici za pojačavanje uobičajeno korištenog simbola A. Tada se transformacija izračunava jednostavno kao "izlaz, podijeljen ulaznim signalom".
Pretvarači snage
Mala povećala signala obično se naziva "naponskim" pojačalom, jer obično pretvara mali ulaz u mnogo veći izlazni napon. Ponekad, za upravljanje motorom ili snagom zvučnika, potreban vam je krug uređaja, a za aplikacije ovog tipa, gdje su uključene velike struje uključivanja, potrebni su pretvarači snage.
Kao što ime implicira, glavni zadatak pojačala snage (poznat i kao pojačalo velikog signala) je dadati snagu opterećenju. To je rezultat napona i struje koji se primjenjuju na opterećenje s izlaznom snagom, koja prelazi razinu ulaznog signala. Drugim riječima, pretvarač povećava snagu dinamike, pa se sheme blokova ovog tipa koriste na vanjskim kaskadama audio konvertora za upravljanje zvučnicima.
Načelo djelovanja
Pojačalo zvučnih frekvencija radi na načelu pretvaranja snage istosmjerne struje koja se troši iz izvora energije u naponski signal izmjenične struje primijenjene na opterećenje. Iako je konverzija visoka, njezina učinkovitost od DC izvora do izlaznog napona izmjeničnog napona obično je niska. Idealna jedinica daje uređaju 100% -tnu učinkovitost ili, barem, snagu IN-a će biti jednaka snazi OUT.
Podjela klase
Ako su korisnici barem jednom pogledali specifikaciju pojačala frekvencije zvuka, mogli bi vidjeti klase opreme, obično označene slovom ili dvije. Najčešći tipovi blokova koji se danas koriste u kućnom audio sustavu su vrijednosti A, A /B, D, G i H. Ove klase nisu jednostavni klasifikacijski sustavi, nego opis topologije pojačala, odnosno kako funkcioniraju na razini jezgre. Iako svaka vrsta pojačala ima svoj vlastiti niz prednosti i slabosti, njihov rad (i način na koji se procjenjuju krajnje točke) ostaje nepromijenjen.
Sastoji se od transformacije valnog oblika, slanja prethodnog bloka bez smetnjiili barem što manje izobličenja.
Klasa A
U usporedbi s drugim klasama pojačavača energetske frekvencije, koji će biti opisani u nastavku, modeli klase A su relativno jednostavni uređaji. Odlučujući princip rada je da svi izlazni blokovi pretvarača moraju proći kroz cijelu signalnu petlju od 360 stupnjeva.
Klasa A se također može podijeliti na jedno- i dvotaktno pojačalo. Push /pull se razlikuje od glavnog objašnjenja pomoću izlaznih parova. Dok oba uređaja provode cijeli ciklus od 360 stupnjeva, jedan uređaj će nositi većinu opterećenja tijekom pozitivnog dijela ciklusa, a drugi - negativniji. Glavna prednost ove sheme je smanjena distorzija u usporedbi s jednokonusnim strukturama, budući da su isključene fluktuacije uparenih narudžbi. Osim toga, dizajni za dvotaktne A klase su manje osjetljivi na buku. Zbog pozitivnih osobina povezanih s radom klase A, smatra se zlatnim standardom kvalitete zvuka u mnogim područjima proizvodnje akustike. Međutim, ovi dizajni imaju jedan važan nedostatak - učinkovitost. Za zvučna pojačala frekvencije na tranzistorima klase A potrebno je osigurati da svi izlazni uređaji rade kontinuirano. Ovo djelovanje dovodi do značajnih gubitaka energije, koji se na kraju pretvaraju u toplinu. To je dodatno pogoršano činjenicom da konstrukcije razreda A zahtijevaju relativno visoke razine struje odmora, što je veličina struje koja teče kroz izlazne uređaje kada pojačalo proizvodi nulu.van. Performanse u stvarnom svijetu mogu biti oko 15-35%, s mogućnošću korištenja jednoznamenkastog pomoću visoko dinamičnog izvornog materijala.
Klasa B
Dok svi mehanizmi izlaza u pojačalu frekvencije na tranzistorima klase A zauzimaju 100% vremena, blokovi u klasi B koriste dvotaktni krug na takav način da samo polovica uređaja izlaz provodi struju u bilo koje vrijeme. Jedna polovica pokriva dio valnog oblika s 180 stupnjeva, dok drugi pokriva presjek od -180 stupnjeva. Kao rezultat toga, pojačala klase B su mnogo učinkovitija od svojih analoga razreda A, s teoretskim maksimumom od 785%. S obzirom na relativno visoku učinkovitost, klasa B je korištena u nekim profesionalnim pretvaračima za akustičko pojačanje, kao iu nekim pojačalima kućnih svjetiljki. Unatoč prividnoj snazi, šanse za kupnju kuće za klasu B su gotovo nula. Analiza frekvencijskog pojačala pokazala je uzrok toga, poznatu kao križna distorzija.
Problem s kašnjenjem u prijenosu servisa između uređaja, obradom pozitivnih i negativnih dijelova valnog oblika smatra se značajnim. Podrazumijeva se da se takva distorzija čuje u dovoljnim količinama, i iako su neki modeli razreda B u tom pogledu bili bolji od drugih, klasa B nije dobila posebno priznanje od ljubitelja čistog zvuka.
Klasa A /B
Cjevasto pojačalo frekvencija zvuka može se naći na mnogim koncertnim mjestima. On jeOdlikuje se visokim performansama i ne pregrijava se. Osim toga, modeli su mnogo jeftiniji od mnogih digitalnih blokova. Ali postoji odstupanje. Ovaj modul možda neće raditi sa svim audio formatima. Stoga je bolje koristiti opremu kao dio cjelokupnog sustava obrade signala. A /B klasa kombinira najbolje od svake vrste uređaja za stvaranje jedinice bez nedostataka bilo jednog ili drugog. Zahvaljujući toj kombinaciji, prednosti pojačala klase A /B uvelike dominiraju na tržištu potrošača.
Odluka je zapravo vrlo jednostavna u svom konceptu. Kada klasa B koristi dvotaktni uređaj sa svakom polovicom izlaznog stupnja od 180 stupnjeva, mehanizmi klase A /B povećavaju ga na ~ 181-200 stupnjeva. Dakle, postoji mnogo manja vjerojatnost "prekida" u petlji i, prema tome, izobličenje križanja spušta se do te mjere da nije važno. Svjetiljka pojačala snage mogu biti puno brže apsorbirati ove prepreke. Zahvaljujući ovoj značajci, zvuk dolazi iz uređaja mnogo čistije. Modeli sličnih karakteristika često se koriste za transformaciju zvuka akustičnih i električnih gitara. Dovoljno je reći da A /B klasa ispunjava svoja obećanja, lako nadmašujući učinkovitost čistih struktura klase A s narudžbama od ~ 50-70% postignute u stvarnom svijetu. Stvarne razine, naravno, ovise o tome koliko je pojačalo pomaknuto, kao i softver i drugi čimbenici. Također je vrijedno napomenuti da su neki učionici u razvojuA /B poduzima još jedan korak naprijed u svojoj potrazi za uklanjanjem izobličenja križanja, radeći u čistom načinu rada razreda A na nekoliko vata snage. To daje određenu učinkovitost na niskim razinama, ali također osigurava da se pojačalo ne pretvori u pećnicu kada ulaže veliku količinu energije.
Klase G i H
Još jedan par dizajna dizajniran za poboljšanje učinkovitosti. S tehničkog stajališta, ni službeno nisu priznata ni pojačala klase G ni klasa H. Umjesto toga, oni predstavljaju varijacije na klasi A /B, koristeći prekidanje napona na sabirnici i moduliranje sabirnice. U svakom slučaju, pod niskom potražnjom, sustav koristi niži napon sabirnice od sličnog A /B pojačala, što značajno smanjuje potrošnju energije. Kad se pojave uvjeti velike snage, sustav dinamički povećava napon na sabirnici (tj. Prebacuje se na visokonaponski bus) za obradu visokofrekventnih prijelaznih pojava.
Nedostaci su također. Glavna je visoka cijena. U prvobitnim krugovima komutacijskih mreža, bipolarni tranzistori korišteni su za kontrolu izlaznih tokova, što je povećalo složenost i cijenu. Visokokvalitetna svjetiljka pojačala ove vrste zvučne frekvencije su raširena, iako cijena počinje od 50 tisuća rubalja. Blok se smatra profesionalnom tehnikom za rad na pozornici ili snimanje u studiju. Postoje problemi s tranzistorima. Kod dužeg opterećenja neki od njih mogu propasti. Danas se cijena u određenoj mjeri često smanjujeUpotreba DCM tranzistora velike snage za odabir ili promjenu vodiča. Korištenje terenskih MDN tranzistora ne samo da povećava učinkovitost i smanjuje grijanje, nego također zahtijeva manje detalja (obično jedan uređaj po struji). Osim troškova uključivanja sabirnice, sama modulacija, također je vrijedno napomenuti da neka G-tipa pojačala koriste više izlaznih uređaja nego tipični A /B dizajn. Jedan par uređaja će raditi u tipičnom A /B načinu rada, a pokreću ga pneumatici niskog napona. U međuvremenu, drugi je u rezervi da djeluje kao pojačalo napona, koji se aktivira samo ovisno o situaciji. Održavajte velika opterećenja samo klasama G i H, povezane snažnim pojačalima, gdje se povećava učinkovitost opravdava. Kompaktne konstrukcije mogu također koristiti topologiju G /H klase, za razliku od A /B, s obzirom da prelazak u način rada s malom snagom znači da mogu rukovati malo manjim radijatorom.
Klasa D
Ova vrsta uređaja omogućuje vam stvaranje vlastitih modularnih sustava. Uz pomoć opreme postoji kvalitetna obrada cijelog izlaznog toka. Projektiranje pojačala za snagu zvučne frekvencije omogućuje vam stvaranje vlastitog multimedijskog sustava za rad ili zabavu. Ali ovdje su njezine nijanse. Često greškom nazvan digitalno pojačanje, pretvarači klase D jamče učinkovitost uređaja, au stvarnim testovima postižu se koeficijenti koji prelaze 90%. Prvo, morate razumjeti zašto je to takoodnosi se na klasu D, ako je "digitalni dobitak" netočan. To je bilo samo sljedeće slovo u abecedi, s klasom C, korištenom u audiosustavima. Što je još važnije, može se postići 90% + učinkovitost. Dok svi prethodno spomenuti razredi pojačala imaju jedan ili više izlaznih uređaja koji su uvijek aktivni, čak i kada je pretvarač u stanju pripravnosti, blokovi klase D ih brzo pretvaraju u "isključeno" i "uključeno" stanje. To je vrlo zgodno i omogućuje vam da koristite modul samo u pravim trenucima.
Na primjer, izračun pojačala T klase frekvencije, koja je implementacija klase D, koju je razvio Tripath, za razliku od osnovnog uređaja, koristi frekvenciju prebacivanja od oko 50 MHz. Izlazni uređaji se obično kontroliraju modulacijom širine impulsa. To je kada modulator generira pravokutne valove različitih širina, što predstavlja analogni signal za reprodukciju. U strogoj kontroli izlaznih uređaja na ovaj način teoretski je moguće 100% učinkovitost (iako, očito, to je nedostižno u stvarnom svijetu). Produbljujući se u svijet pojačala klase D, također možete pronaći referencu na analogne i digitalno upravljane module. Ove upravljačke jedinice imaju analogni ulazni signal i analogni upravljački sustav, obično s određenim stupnjem korekcije pogrešaka povratne veze. S druge strane, digitalna pretvorbena pojačala klase D koriste digitalnu kontrolu, koja mijenja razinu snage bez kontrole pogrešaka. Ovo rješenje je također pronađenoOdobrenje, prema ocjenama mnogih kupaca. Međutim, cjenovni segment je mnogo veći. Istraživanje pojačala frekvencije pokazalo je da analogno kontrolirana klasa D ima prednost u odnosu na svojstva u odnosu na digitalni analog, budući da obično nudi nižu izlaznu impedanciju (otpor) i poboljšani profil izobličenja. Time se povećavaju izlazne vrijednosti sustava pri maksimalnom opterećenju. Parametri pojačala frekvencije zvuka su mnogo veći nego u osnovnim modelima. Vrijedi shvatiti da su takvi izračuni potrebni samo za stvaranje glazbe u studiju. Za obične kupce ove karakteristike se mogu preskočiti. To je obično L-lanac (induktor i kondenzator) smješten između pojačala i zvučnika kako bi se smanjila buka povezana s radom klase D. Filter je od velike važnosti. Loš dizajn može ugroziti učinkovitost, pouzdanost i kvalitetu zvuka. Osim toga, povratne informacije nakon filtra izvora imaju svoje prednosti. Iako projekti koji ne koriste povratne informacije u ovoj fazi mogu prilagoditi svoj odgovor na zadanu impedanciju kada takva pojačala imaju složeno opterećenje (tj. Zvučnik umjesto otpornika), frekvencijski odziv može značajno varirati ovisno o opterećenju zvučnika. Povratna informacija stabilizira ovaj problem, pružajući glatku reakciju na složena opterećenja. Konačno, složenost električnih frekvencija zvuka pojačala klase D ima svoje prednosti. Učinkovitost i, posljedično, manja težina. Zato što je relativnaMalo energije se troši na toplinu, potrebno je mnogo manje energije. Zbog toga se mnoga pojačala D-klase koriste u kombinaciji s impulsnim napajanjem (SMPS). Kao i izlazni stupanj, sam izvor napajanja može se brzo uključiti i isključiti za regulaciju napona, što dovodi do daljnjeg poboljšanja učinkovitosti i sposobnosti smanjenja težine u odnosu na tradicionalne analogne /linearne izvore napajanja. U agregatu, čak i moćna pojačala klase D mogu težiti samo nekoliko kilograma. Nedostatak SMPS napajanja u usporedbi s tradicionalnim linearnim izvorima je da oni obično nemaju veliku dinamičku zalihu. Ispitivanja i brojna testiranja DFE-a klase D s linearnim napajanjem u odnosu na SMPS module pokazali su da je to doista slučaj. Kada dva pojačala rade s nominalnom snagom, jedan s linearnim izvorom napajanja može stvoriti veće dinamičke razine snage. Ipak, dizajn SMPS-a postaje sve rašireniji, au trgovinama možete očekivati više kvalitetnih blokova klase D sljedeće generacije, koristeći slične oblike.
Usporedba učinkovitosti klasa AB i D
Iako se učinkovitost pojačala frekvencije na tranzistorima klase A /B povećava kako se približavamo maksimalnoj izlaznoj snazi, konstrukcije klase D podržavaju visoku učinkovitost većine radnih raspona. Kao posljedica toga, učinkovitost i kvaliteta zvuka sve više se oslanjaju na potonjeblok
Korištenje jednog pretvarača
Uz ispravnu implementaciju bilo kojeg od gornjih blokova izvan klase B može se stvoriti osnova pojačala visoke točnosti. Osim potencijalnih grešaka u izvedbi (koje prvenstveno proizlaze iz dizajnerskih odluka, koje nisu svojstvene klasi), izbor vrste blokova je u velikoj mjeri stvar troškova u odnosu na učinkovitost. Na današnjem tržištu dominira jednostavno pojačalo frekvencije A /B klase i za to postoji dobar razlog. Radi vrlo dobro, relativno jeftino, a njegove performanse su sasvim prikladne za aplikacije s malom potrošnjom energije (> 200 W). Naravno, budući da proizvođači pretvarača nastoje proširiti granice isporuke, na primjer, Emotiva XPR-1 monoblok od 1000 W, oni se okreću dizajnu G /H i D klase kako bi izbjegli udvostručenje njihovih pojačala kao sustava koji mogu brzo zagrijati tehnologiju. U međuvremenu, na drugoj strani tržišta postoje navijači klase A koji mogu oprostiti nedostatak performansi uređaja u nadi čistijeg zvuka.
Ishod
Na kraju, klase pretvarača nisu nužno toliko važne. Naravno, postoje stvarne razlike, pogotovo kada su u pitanju troškovi, učinkovitost pojačala i, posljedično, težina. Naravno, tehnologija klase A snage 500 W je loša ideja, osim ako, naravno, korisnik ima snažan sustav hlađenja. S druge strane, razlike među razredima ne određuju kvalitetu zvuka. Na kraju, sve se svodi na osmišljavanje i provedbu vlastitih projekata. Važno je shvatiti da su potrošači samo jedankoji je dio audio sustava.
