Audio pojačalo je opći izraz koji se koristi za opisivanje kruga koji proizvodi i pojačava verziju svog ulaznog signala. Međutim, nisu sve tehnologije pretvarača iste jer su klasificirane prema svojim konfiguracijama i načinima rada.
U elektronici se obično koriste mala pojačala jer mogu pojačati relativno mali ulazni signal, poput senzora kao što je glazbeni player, u mnogo veći izlazni signal za pokretanje releja, lampe ili zvučnika, itd.
Postoje mnogi oblici elektroničkih sklopova klasificiranih kao pojačala, od operativnih i malih pretvarača signala 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 audio frekvencije mogu se promatrati kao jednostavna kutijaili blok koji sadrži uređaj, kao što je bipolarni, FET ili operativni senzor, koji ima dva ulazna i dva izlazna terminala (uzemljenje je uobičajeno). Štoviše, izlazni signal je mnogo veći zbog svoje konverzije na uređaju.
Idealno pojačalo signala imat će tri glavna svojstva:
- Ulazna impedancija, ili (R IN).
- Izlazni otpor, ili (R OUT).
- Dobitak, ili (A).
Bez obzira koliko je sklop pojačala složen, opći blok model može se koristiti za demonstriranje odnosa ova tri svojstva.
Opći koncepti
Visokokvalitetna audio pojačala mogu se razlikovati u izvedbi. Svaka vrsta ima digitalnu ili analognu pretvorbu. Kodovi su postavljeni da ih razdvoje.
Povećana razlika između ulaznih i izlaznih signala naziva se konverzija. Pojačanje je mjera koliko pojačalo "transformira" ulazni signal. Na primjer, ako postoji ulazna razina od 1 volt i izlazna razina od 50 volti, tada će pretvorba biti 50. Drugim riječima, ulazni signal je razvijen 50 puta. Pojačalo audio frekvencije čini upravo to.
Izračun konverzije je jednostavno omjer izlaza podijeljen s ulazom. Ovaj sustav nema jedinice kao svoj omjer, ali u elektronici se simbol A obično koristi za pojačanje. Pretvorba se tada jednostavno izračunava kao "izlaz podijeljen s ulazom".
pretvarači
Malo povećaloPojačalo signala obično se naziva pojačalo "napona" jer ima tendenciju pretvoriti mali ulaz u mnogo veći izlazni napon. Ponekad je potreban sklop uređaja za pogon motora ili zvučnika, a za ove vrste aplikacija, gdje su uključene velike struje prebacivanja, potrebni su pretvarači snage.
Kao što ime sugerira, glavni zadatak pojačala snage (također poznatog kao veliko pojačalo signala) je opskrba strujom opterećenju. To je umnožak napona i struje primijenjenog na opterećenje s izlaznom snagom većom od razine ulaznog signala. Drugim riječima, pretvarač povećava snagu zvučnika, pa se ova vrsta blok sklopa koristi u vanjskim stupnjevima audio pretvarača za pogon zvučnika.
Princip rada
Audio pojačalo radi na principu pretvaranja istosmjerne snage iz izvora napajanja u signal izmjeničnog napona koji se dovodi do opterećenja. Iako je pretvorba visoka, učinkovitost od istosmjernog napajanja do izlaznog signala izmjeničnog napona općenito je niska.
Idealni blok daje uređaju učinkovitost od 100% ili će barem power IN biti jednak power OUT.
razred
Ako su korisnici ikada pogledali specifikacije audio pojačala, možda su primijetili klase opreme, obično označene slovom ilidva. Najčešći tipovi blokova koji se danas koriste u kućnom zvuku za potrošače su A, A/B, D, G i H vrijednosti.
Ove klase nisu jednostavni klasifikacijski sustavi, već opisi topologije pojačala, odnosno kako funkcioniraju na razini jezgre. Iako svaka vrsta pojačala ima svoj skup prednosti i nedostataka, njihova izvedba (i način na koji se mjere konačne karakteristike) ostaje ista.
To je pretvoriti valni oblik koji šalje pred-jedinica bez uvođenja smetnji ili barem što manje izobličenja.
Klasa A
U usporedbi s drugim klasama audio pojačala koji će biti opisani u nastavku, modeli klase A su relativno jednostavni uređaji. Definirajući princip rada je da svi izlazni blokovi sonde moraju proći potpuni ciklus signala od 360 stupnjeva.
Klasa A se također može podijeliti na jednostruka i push-pull pojačala. Push/pull razlikuje se od glavnog objašnjenja iznad korištenjem izlaznih uređaja u parovima. Dok oba uređaja rade puni ciklus od 360 stupnjeva, jedan uređaj će nositi većinu opterećenja tijekom pozitivnog dijela ciklusa, dok će drugi nositi veći dio negativnog ciklusa.
Glavna prednost ovog sklopa je smanjeno izobličenje u usporedbi s jednostrukim dizajnom, budući da su eliminirane čak i fluktuacije redoslijeda. Osim toga, dizajni klase A push-pull manje su osjetljivi na buku.
Zbog pozitivnih kvaliteta povezanih s izvedbom klase A, smatra se zlatnim standardom za kvalitetu zvuka u mnogim akustičnim aplikacijama. Međutim, ovi dizajni imaju jedan važan nedostatak - učinkovitost.
Zahtjev za tranzistorska audio pojačala klase A da svi izlazni uređaji budu stalno uključeni. Ovo djelovanje dovodi do značajnog gubitka energije, koja se na kraju pretvara u toplinu. To je dodatno pogoršano činjenicom da dizajn klase A zahtijeva relativno visoke razine struje mirovanja, što je količina struje koja teče kroz izlazne uređaje kada pojačalo proizvodi nulti izlaz. Stope učinkovitosti u stvarnom svijetu mogu biti reda veličine 15-35%, s mogućim jednoznamenkastim brojkama uz korištenje vrlo dinamičnog izvornog materijala.
Klasa B
Dok je svim izlaznim mehanizmima u audio pojačalu klase A potrebno 100% vremena za rad, jedinice klase B koriste push-pull sklopove tako da samo polovica izlaznih uređaja provodi u bilo kojem trenutku.
Jedna polovica pokriva dio valnog oblika od +180 stupnjeva, dok druga polovica pokriva dio od -180 stupnjeva. Kao posljedica toga, pojačala klase B su znatno učinkovitija od svojih kolega klase A, s teorijskim maksimumom od 78,5%. S obzirom na relativno visoku učinkovitost, klasa B je korištena u nekim profesionalnim PA pretvaračima, kao iu nekim kućnim cijevnim pojačalima. Unatoč njimaočita snaga, šanse za stjecanje bloka klase B za kuću su praktički ravne nuli. Pregled audio pojačala pokazao je uzrok tome, poznat kao izobličenje križanja.
Problem s kašnjenjem u primopredaji između uređaja koji obrađuju pozitivne i negativne dijelove valnog oblika smatra se značajnim. Podrazumijeva se da se ovo izobličenje čuje u dovoljnim količinama, i dok su neki dizajni klase B bili bolji od drugih u tom pogledu, klasa B dobila je malo priznanja od entuzijasta čistog zvuka.
Klasa A/B
Cijevno audio pojačalo može se naći na mnogim koncertnim prostorima. Ima visoke performanse i ne pregrijava se. Osim toga, modeli su puno jeftiniji od mnogih digitalnih blokova. Ali ima i odstupanja. Takav modul možda neće raditi sa svim audio formatima. Stoga je bolje koristiti opremu kao dio općeg kompleksa za obradu signala.
Klasa A/B kombinira najbolje od svake vrste uređaja kako bi stvorila jedinicu bez nedostataka bilo kojeg drugog. Uz ovu kombinaciju prednosti, pojačala klase A/B uvelike dominiraju potrošačkim tržištem.
Rješenje je zapravo prilično jednostavno u konceptu. Gdje klasa B koristi push-pull uređaj sa svakom polovicom izlaznog stupnja koji vodi 180 stupnjeva, mehanizmi klase A/B ga povećavaju na ~181-200 stupnjeva. Dakle, postojimnogo je manja vjerojatnost da će doći do "suza" u petlji, pa stoga izobličenje križanja pada do točke u kojoj nije važno.
Valve audio pojačala mogu apsorbirati ove smetnje mnogo brže. Zahvaljujući ovom svojstvu, zvuk izlazi iz uređaja puno čišći. Modeli ovih karakteristika često se koriste za transformaciju zvuka akustičnih i električnih gitara.
Dovoljno je reći da klasa A/B ispunjava svoje obećanje, lako nadmašujući čiste konstrukcije klase A uz ~50-70% performansi u stvarnom svijetu. Stvarne razine, naravno, ovise o tome koliko je pojačalo offset, kao i o programskom materijalu i drugim čimbenicima. Također je vrijedno napomenuti da neki dizajni klase A/B idu korak dalje u svojoj potrazi za uklanjanjem izobličenja križanja radeći u čistom načinu rada klase A do nekoliko vata snage. To daje određenu učinkovitost na niskim razinama, ali osigurava da se pojačalo ne pretvori u peć kada se primjenjuje velika količina snage.
Klase G i H
Još jedan par dizajna dizajniranih za poboljšanje učinkovitosti. S tehničkog gledišta, ni pojačala klase G ni klase H nisu službeno priznata. Umjesto toga, to su varijacije na temu klase A/B koristeći preklapanje napona sabirnice i modulaciju sabirnice. U svakom slučaju, u uvjetima niske potražnje, sustav koristi niži napon sabirnice od sličnog pojačala klase A/B, što značajnosmanjuje potrošnju energije. Kada se pojave uvjeti velike snage, sustav dinamički povećava napon sabirnice (tj. prebacuje se na visokonaponsku sabirnicu) kako bi se nosio s prijelaznim pojavama velike amplitude.
Ima i nedostataka. Glavni među njima je visoka cijena. Originalni mrežni sklopovi koristili su bipolarne tranzistore za kontrolu izlaznih tokova, dodajući složenost i cijenu. Visokokvalitetna cijevna audio frekvencijska pojačala ove vrste su uobičajena, iako cijena počinje od 50 tisuća rubalja. Blok se smatra profesionalnom tehnikom za rad na pozornici ili snimanje u studiju. Postoje problemi s tranzistorima. Pod duljim opterećenjem, neki od njih mogu pokvariti.
Danas se cijena često u određenoj mjeri smanjuje korištenjem visokostrujnih MOSFET-ova za odabir ili promjenu vodiča. Korištenje MOSFET-a ne samo da poboljšava učinkovitost i smanjuje toplinu, već također zahtijeva manje dijelova (obično jedan uređaj po niti). Osim troškova prebacivanja sabirnice, same modulacije, također je vrijedno napomenuti da neka pojačala klase G koriste više izlaznih uređaja od tipičnog dizajna klase A/B.
Jedan par uređaja radit će u tipičnom A/B načinu rada, napajani niskonaponskim sabirnicama. U međuvremenu, drugi je u stanju pripravnosti da djeluje kao pojačivač napona, koji se aktivira samo ovisno o situaciji. Izdržati velika opterećenja samo klase G i H,povezana sa snažnim pojačalima, gdje se povećana učinkovitost isplati. Kompaktni dizajni također mogu koristiti topologije klase G/H za razliku od A/B s obzirom na to da mogućnost prebacivanja na način rada niske potrošnje znači da se mogu izvući s malo manjim hladnjakom.
Klasa D
Ova vrsta uređaja omogućuje vam stvaranje vlastitih modularnih sustava. Uz pomoć opreme odvija se kvalitetna obrada cjelokupnog odlaznog toka. Dizajniranje pojačala audio frekvencije omogućuje vam stvaranje vlastitog multimedijskog sustava za rad ili zabavu. Međutim, ovdje postoje neke nijanse. Često pogrešno nazivani digitalnim pojačanjem, pretvarači klase D jamstvo su učinkovitosti jedinice i postižu dobit od preko 90% u stvarnom testiranju.
Prvo je vrijedno razmisliti zašto je ovo klasa D ako je "digitalno pojačanje" netočno. Bilo je to samo sljedeće slovo u abecedi, s klasom C koja se koristila u audio sustavima. Što je još važnije, kako se može postići učinkovitost od 90%+. Dok sve prethodno spomenute klase pojačala imaju jedan ili više izlaznih uređaja koji su stalno aktivni čak i kada je pretvarač u stanju pripravnosti, jedinice klase D ih brzo isključuju i uključuju. Ovo je prilično zgodno i omogućuje korištenje modula samo u pravim trenucima.
Na primjer, izračun audio pojačala klase T, koji suTripathova implementacija klase D, za razliku od osnovnog uređaja, koristi preklopne frekvencije reda veličine 50 MHz. Izlazni uređaji se obično kontroliraju modulacijom širine impulsa. To je kada modulator generira kvadratne valove različitih širina koji predstavlja analogni signal za reprodukciju. Uz strogu kontrolu izlaznih uređaja na ovaj način, 100% učinkovitost je teoretski moguća (iako očito nije dostižna u stvarnom svijetu).
Kopajući po svijetu audio pojačala klase D, također možete pronaći spominjanje analognih i digitalnih upravljanih modula. Ovi upravljački blokovi imaju analogni ulazni signal i analogni upravljački sustav, obično s određenim stupnjem korekcije greške povratne sprege. S druge strane, pojačala klase D digitalne pretvorbe koriste digitalno upravljanje, koje prebacuje stupanj snage bez kontrole greške. Ova odluka također nailazi na odobravanje, prema recenzijama mnogih kupaca. Međutim, ovdje je cjenovni segment puno viši.
Istraživanje audio pojačala pokazalo je da klasa D s analognim pogonom ima prednost u performansama u odnosu na digitalno analogno, jer obično nudi nižu izlaznu impedanciju (otpor) i poboljšani profil izobličenja. Ovo podiže početne vrijednosti sustava pri njegovom maksimalnom opterećenju.
Parametri pojačala audio frekvencije su puno veći od onih kod osnovnih modela. Treba razumjeti da su takvi izračuni potrebni samo za stvaranje glazbe u studiju. Za obične kupce, ovekarakteristike se mogu preskočiti.
Obično L-krug (induktor i kondenzator) postavljen između pojačala i zvučnika radi smanjenja buke povezane s radom klase D. Filtar je od velike važnosti. Loš dizajn može ugroziti učinkovitost, pouzdanost i kvalitetu zvuka. Osim toga, povratna informacija nakon izlaznog filtra ima svoje prednosti. Iako dizajni koji ne koriste povratnu informaciju u ovoj fazi mogu podesiti svoj odgovor na specifičnu impedanciju, kada takva pojačala imaju složeno opterećenje (tj. zvučnik, a ne otpornik), frekvencijski odziv može značajno varirati ovisno o opterećenju zvučnika. Povratne informacije stabiliziraju ovaj problem pružanjem glatkog odgovora na složena opterećenja.
Na kraju, složenost audio pojačala klase D ima svoje prednosti. Učinkovitost i, kao rezultat, manja težina. Budući da se na toplinu troši relativno malo energije, potrebno je mnogo manje energije. Kao takva, mnoga pojačala klase D koriste se zajedno s prekidačima napajanja (SMPS). Kao i izlazni stupanj, samo napajanje može se brzo uključiti i isključiti kako bi se regulirao napon, što rezultira daljnjim povećanjem učinkovitosti i mogućnošću smanjenja težine u odnosu na tradicionalne analogne/linearne izvore napajanja.
Ukupno, čak i moćna pojačala klase D mogu težiti samo nekoliko kilograma. Nedostatak SMPS napajanja u usporedbi s tradicionalnim linearnim napajanjem jeda prvi obično nemaju puno prostora za glavu.
Testovi i brojni testovi audio pojačala klase D s linearnim napajanjem u usporedbi sa SMPS modulima pokazali su da je to doista tako. Kad su dva pojačala upravljala nazivnom snagom, ali jedno s linearnim napajanjem moglo bi proizvesti više razine dinamičke snage. Međutim, SMPS dizajni postaju sve uobičajeniji i možete očekivati da ćete vidjeti bolje jedinice klase D sljedeće generacije koje koriste slične oblike u trgovinama.
Usporedba učinkovitosti klasa AB i D
Iako učinkovitost tranzistoriziranog audio pojačala klase A/B raste kako se približava maksimalnoj izlaznoj snazi, dizajn klase D održava visoku učinkovitost u većini radnih raspona. Kao rezultat toga, učinkovitost i kvaliteta zvuka sve više naginju posljednjem bloku.
Koristite jednu sondu
Kada se pravilno implementira, bilo koji od gore navedenih blokova izvan klase B može činiti osnovu pojačala visoke vjernosti. Osim potencijalnih zamki u izvedbi (koje su prvenstveno odluka o dizajnu, a ne specifična za klasu), odabir tipa bloka uvelike je pitanje cijene u odnosu na učinkovitost.
Na današnjem tržištu, jednostavno audio pojačalo klase A/B dominira, i to s dobrim razlogom. Djeluje vrlo dobro, relativno je jeftino, i svojučinkovitost je sasvim primjerena za aplikacije male snage (>200W). Naravno, kako proizvođači pretvarača pokušavaju pomaknuti okvire s, na primjer, monoblokom Emotiva XPR-1 od 1000 W, oni se okreću dizajnu G/H i D klase kako bi izbjegli dupliciranje svojih pojačala kao sustava koji mogu brzo zagrijati opremu. U međuvremenu, s druge strane tržišta, nalaze se obožavatelji klase A koji mogu oprostiti manjak učinkovitosti uređaja u nadi za čišći zvuk.
Rezultat
Uostalom, klase pretvarača nisu nužno toliko važne. Naravno da postoje stvarne razlike, posebno kada je riječ o cijeni, učinkovitosti pojačala, a time i težini. Naravno, uređaji klase A od 500W su loša ideja, osim ako, naravno, korisnik nema moćan sustav hlađenja. S druge strane, razlike između klasa ne određuju kvalitetu zvuka. Na kraju se svodi na razvoj i implementaciju vlastitih projekata. Važno je razumjeti da su sonde samo jedan uređaj koji je dio audiosustava.
