Třídy zesilovačů zvuku

Jistě mnozí slyšeli, že moderní zesilovače mohou patřit do různých tříd. Lidé, kteří mají k akustickým systémům a technickým vlastnostem zvukové aparatury daleko, si však jen stěží dokážou představit, co se za písmennými označeními skrývá.

V naší recenzi budeme hovořit podrobněji o tom, jaké jsou třídy zesilovačů, jaké jsou a jak vybrat optimální model.

Třída zesilovače je hodnota výstupního signálu, při které je buzen sinusovým vstupním signálem ve funkčním obvodu během jednoho pracovního cyklu a mění se v důsledku tohoto vlivu. Zařazení zesilovačů do tříd závisí na parametrech linearity použitého režimu pro zesílení příchozích signálů z kategorií se zvýšenou přesností se spíše sníženou účinností až po zcela nelineární. V tomto případě není přesnost zvukové reprodukce signálu tak velká, ale účinnost je poměrně vysoká. Všechny ostatní třídy zesilovačů jsou jakési mezimodely mezi těmito dvěma skupinami.

Všechny třídy zesilovačů lze podmíněně rozdělit do dvou podskupin. První zahrnuje klasické řízené modely tříd A, B, ale i AB a C. Jejich kategorie je dána parametrem jejich vodivosti v určitém úseku výstupního signálu. Činnost vestavěného tranzistoru na výstupu se tedy nachází uprostřed mezi „vypnuto“ a „zapnuto“.

Do druhé kategorie přístrojů patří modernější modely, které jsou považovány za tzv. spínací třídy - jedná se o modely D, E, F, dále G, S, H a T.

Tyto zesilovače využívají pulzně šířkovou modulaci a také digitální obvody pro nepřetržitou konverzi signálu mezi plně vypnutým a plně zapnutým. V důsledku toho dochází k silnému výstupu v oblasti nasycení.

O různých třídách zesilovačů si povíme podrobněji.

Modely třídy A jsou nejrozšířenější díky své jednoduchosti designu. Je to způsobeno několika parametry zkreslení vstupního signálu a tím i vysokou kvalitou zvuku ve srovnání se všemi ostatními kategoriemi zesilovačů. Modely této kategorie se ve srovnání s ostatními vyznačují vysokou linearitou.

Zesilovače třídy A obvykle používají ve své práci jedinou verzi tranzistorů. Je připojen k základní konfiguraci emitoru pro dvě poloviny signálu, takže germaniový tranzistor jím bude vždy procházet, i když není fázový signál. To znamená, že na výstupu stupeň nepřejde zcela do oblasti přerušení signálu a saturace. Má svůj vlastní ofsetový bod přibližně ve středu čáry zatížení. Tato struktura vede k tomu, že tranzistor se jednoduše neaktivuje - to je považováno za jednu z jeho základních nevýhod.

Protože zařízení třídy A jsou jednopólová a pracují v lineární zóně všech specifikovaných křivek, jedno výstupní zařízení prochází celých 360 stupňů, v tomto případě zařízení kategorie A plně odpovídá zdroji proudu.

Vzhledem k tomu, že zesilovače této kategorie pracují, jak jsme již řekli, v ultralineární oblasti, musí být stejnosměrné předpětí nastaveno správně. - to zajistí správnou funkci a poskytne zvukový proud o výkonu 24 wattů. Vzhledem k tomu, že výstupní zařízení je stále ve vypnutém stavu, nepřetržitě vede proud a tím jsou vytvořeny podmínky pro neustálý výpadek výkonu v celé konstrukci. Tato vlastnost vede k uvolnění velkého množství tepla, přičemž jejich účinnost je spíše nízká – méně než 40 %, což je činí nepraktickými, pokud jde o nějaké výkonné akustické systémy. Kromě, z důvodu zvýšeného proudu instalace naprázdno musí mít zdroj odpovídající rozměry a být co nejvíce filtrován, jinak se nelze vyhnout zvuku zesilovače a cizímu brumu. Právě tyto nedostatky vedly výrobce k pokračování práce na zesilovačích v efektivnější kategorii.

Zesilovače třídy B byly navrženy výrobci tak, aby řešily problémy s nízkou účinností a přehříváním spojené s předchozí kategorií. Ve své práci modely kategorie B používají dvojici přídavných tranzistorů, obvykle bipolárních. Jejich rozdíl je v tom, že pro obě poloviny signálu je výstupní fronta sestavena podle obvodu push-pull, takže každé tranzistorové zařízení poskytuje zesílení pouze poloviny výstupního signálu.

V zesilovačích této třídy neexistuje základní stejnosměrný zkreslený proud, protože jeho klidový proud je nulový, proto jsou parametry stejnosměrného výkonu obvykle malé. V souladu s tím je jeho účinnost mnohem vyšší než u zařízení A. Současně když je signál kladný, tranzistor s kladným předpětím jej pohání, zatímco záporný zůstává vypnutý. Podobně v okamžiku, kdy se vstupní signál stane záporným, kladný je vypnut a záporně předpjatý tranzistor je naopak aktivován a poskytuje zápornou polovinu signálu. Výsledkem je, že tranzistor během své činnosti stráví 1/2 cyklu pouze v kladné nebo záporné polovině cyklu příchozího signálu.

Tento push-pull design je asi o 45-60% účinnější než zesilovače třídy A. Problémy s modely tohoto typu spočívají v tom, že poskytují výrazné zkreslení v době průchodu zvukového signálu v důsledku "mrtvé zóny" tranzistorů v koridoru vstupních napětí s hodnotami od -0,7 V do +0,7 V. .

Jak každý ví z kurzu fyziky, základní emitor musí poskytovat napětí asi 0,7 V, aby se bipolární tranzistor rozběhl naplno. Dokud toto napětí nepřekročí tuto značku, výstupní tranzistor se neposune do zapnuté polohy. To znamená, že polovina signálu, který jde do koridoru 0,7 V, se začne reprodukovat nepřesně. V důsledku toho jsou zařízení kategorie B prakticky nevhodná pro použití v přesných akustických instalacích.

Pro k překonání těchto zkreslení byla vytvořena takzvaná kompromisní zařízení třídy AB.

Tento model je jakousi tandemovou konstrukcí kategorie A a kategorie B. Dnes jsou zesilovače typu AB považovány za jednu z nejběžnějších konstrukčních možností. Principem své činnosti jsou tak trochu produkty kategorie B, s jedinou výjimkou, že obě tranzistorová zařízení mohou vést signál současně v blízkosti průsečíku oscilogramů. To zcela eliminuje všechny problémy se zkreslením signálu předchozího zesilovače skupiny B.Rozdíl je v tom, že pár tranzistorů má poměrně nízké předpětí, typicky 5 až 10 % klidového proudu. V tomto případě vodivé zařízení zůstane zapnuté déle než po dobu jednoho půlcyklu, ale zároveň je to mnohem méně než celý cyklus vstupního signálu.

Dá se to říct zařízení typu AB je považováno za vynikající kompromis mezi modely třídy A a třídy B z hlediska účinnosti a linearity.a zatímco účinnost konverze audio signálu je přibližně 50 %.

Konstrukce jednotek třídy C má maximální účinnost, ale zároveň dosti špatnou linearitu ve srovnání se všemi ostatními kategoriemi. Zesilovač třídy C je poměrně znatelně zaujatý, takže vstupní proud jde na nulu a zůstává na této úrovni více než 1/2 cyklu příchozího signálu. V tuto chvíli je tranzistor v pohotovostním režimu, aby se vypnul.

Tyto konstrukční vlastnosti znemožňují použití zesilovačů v reproduktorových systémech. Tyto modely si zpravidla našly svou oblast použití ve vysokofrekvenčních generátorech a také v určitých verzích vysokofrekvenčních zesilovačů, kde se proudové impulsy emitované na výstupu převádějí na sinusové vlny dané frekvence.

Zesilovač kategorie D se týká dvoukanálových nelineárních pulzních modelů, nazývají se také PWM zesilovače.

V naprosté většině audiosystémů pracují koncové stupně buď ve třídě A nebo AB. U integrovaných zesilovačů skupiny D je ztrátový výkon linkových vstupů výrazný i v případě jejich maximálně úplné, téměř ideální realizace. To dává modelům třídy D značnou výhodu ve většině oblastí použití díky minimálnímu vývinu tepla, snížené hmotnosti a rozměrům zařízení a v důsledku toho i sníženým nákladům na výrobky, přičemž životnost baterie je u těchto modelů zvýšena ve srovnání s modely jiné návrhy.

Zesilovač třídy F. Tyto modely poskytují zvýšenou účinnost, jejich účinnost je asi 90%.

Zesilovač třídy G. Tento zesilovač je ve skutečnosti pokročilý vysoce lineární design základní jednotky TDA třídy AB. Modely v této kategorii mohou automaticky přepínat mezi různými silovými vedeními, pokud se změní parametry příchozího signálu. Takovéto přepínání výrazně snižuje spotřebu energie a v důsledku toho snižuje spotřebu energie způsobenou tepelnými ztrátami.

Zesilovač I. třídy. Takové modely mají několik sad přídavných výstupních zařízení. Před zapnutím jsou umístěny v konfiguraci push-pull. První zařízení spíná kladnou část signálu a druhé je zodpovědné za spínání záporné části, podobně jako zesilovače kategorie B. Pokud na vstupu není žádný zvukový signál nebo signál dosáhne bodu nulového přechodu, spínací mechanismus se zapíná a vypíná současně s hlavním cyklem.

Zesilovač třídy S. Tato třída zesilovačů je klasifikována jako nelineární spínací mechanismus. Mechanismem své práce jsou poněkud podobné zesilovačům kategorie D. Takový zesilovač převádí analogové vstupní signály na digitální a mnohonásobně je zesiluje. Za účelem zvýšení výstupního výkonu je tedy obvykle digitální signál spínacího zařízení buď plně zapnutý, nebo zcela vypnutý, takže účinnost takových zařízení může být 100 %.

Zesilovač třídy T. Další možnost pro digitální zesilovač. Dnes si takové modely získávají stále větší oblibu díky přítomnosti mikroobvodů, které umožňují digitální zpracování příchozího signálu, a také vestavěných vícekanálových 3D zesilovačů zvuku. Tento efekt je zajištěn konstrukcí, která umožňuje převedení analogových signálů na vyšší digitální PWM zvuky. Konstrukce zařízení třídy C kombinuje vlastnosti signálu s nízkým zkreslením podobné kategorii AV při zachování účinnosti na úrovni modelů třídy D.

Pro začátek se pozastavme nad tím, jak zesilovač v principu funguje. Jistě se budete divit, ale ve skutečnosti tovární zesilovač nic nezesiluje. Ve skutečnosti, Mechanismus jeho provozu připomíná provoz nejjednoduššího jeřábu: otočíte rukojetí a voda z vodovodu se začne vylévat, silnější nebo slabší, a pokud ji zkroutíte, průtok se zablokuje. V zesilovačích probíhají všechny procesy stejným způsobem. Z výkonného napájecího modulu protéká proud reproduktorem připojeným k zařízení. Funkci odbočky v tomto případě přebírají tranzistory - na výstupu je míra jejich uzavření a otevření řízena signálem, který prochází do zesilovače. Z toho, jak přesně tento jeřáb funguje, tedy jak fungují výstupní tranzistory, se určí třída zesilovačů.

Pokud mluvíme o AB zařízeních, pak tranzistory v nich mohou mít nepříjemnou vlastnost otevírat a zavírat neúměrně k signálům, které k nim přicházejí. Jejich práce se tak nemění. Vrátíme-li se k analogii s kohoutkem - můžete otáčet rukojetí kohoutku, ale voda poteče nejprve slabě a pak se náhle průtok náhle zvýší.

Z tohoto důvodu tranzistory kategorie AB musí být udržovány v mírně otevřeném stavu, i když není žádný signál. To je nezbytné, aby začaly pracovat okamžitě a nečekaly, až signál dosáhne určité úrovně - pouze v tomto případě bude zesilovač schopen reprodukovat zvuk s minimálním zkreslením. V praxi to znamená, že část užitečné energie je promarněna. Jen si představte, že otevřete všechny vodovodní kohoutky v bytě a neustále z nich bude vytékat malý pramínek vody. Díky tomu účinnost takových modelů nepřesahuje 50-70%, právě nízká účinnost je hlavní nevýhodou zesilovačů třídy AV.

Pokud mluvíme o zařízeních třídy D, pak je princip jejich fungování naprosto stejný: mají své vlastní výstupní tranzistory, které lze zapínat a vypínat. Průchod proudu k nim připojeným reproduktorům je tedy regulován, ale signál již řídí jejich otevření, které je svou konfigurací velmi vzdálené tomu příchozímu.

Takto je signál přiváděn na výstupní tranzistory zařízení třídy D. V tomto případě budou fungovat úplně jinak: buď se úplně zavřou, nebo se otevřou bez jakýchkoli mezihodnot. To znamená, že účinnost takových modelů se může blížit 100 %.

Na posílání takových signálů do audiosystémů je samozřejmě ještě brzy, nejdříve by se mělo vrátit do standardní konfigurace. To lze provést pomocí výstupní tlumivky, stejně jako kondenzátoru - po jejich zpracování se na výstupu vytvoří zesílený signál, který ve svém tvaru zcela opakuje vstupní. Je to on, kdo se přenáší do reproduktorů.

Hlavní výhodou zařízení třídy D je zvýšená účinnost. a tím i šetrnější spotřebu energie

Dlouho se tomu věřilo pro připojení vysoce kvalitních reproduktorových soustav budou optimálním řešením AB zesilovače... Modely kategorie D poskytovaly konverzi příchozího signálu na pulzní signál se sníženou frekvencí, v důsledku toho poskytoval dobrý zvuk pouze v režimu subwooferu.V dnešní době udělala technologie velký krok kupředu a dnes už existují vysokorychlostní tranzistory, které se dokážou otevřít a také zavřít téměř okamžitě, širokopásmových zařízení třídy D je v obchodech poměrně hodně.

Tyto modely jsou určeny pro použití nejen se subwoofery, ale také s moderními reproduktorovými soustavami všech typů. Pro ty možnosti, kde není vyžadován vysoký výkon, má smysl koupit poměrně kompaktní zesilovač.

Pokud tedy máte dostatek místa pro připojení reproduktoru, můžete si dobře vybrat model třídy AV. Za několik desetiletí existence byly obvody těchto modelů dobře vyvinuty, poskytují poměrně dobrou kvalitu zvuku a v případě poruchy je můžete snadno opravit v nejbližším servisním středisku.

Pokud je prostor pro instalaci zvuku omezený, měli byste se blíže podívat na širokopásmové modely skupiny D. Při stejných výkonových parametrech jako produkty třídy AV jsou mnohem menší a lehčí, navíc se méně zahřívají a některé modely umožňují i ​​skrytou instalaci s nejmenším rušením.

Pro připojení subwooferů nastavuje třída D maximální výhodu, protože blok basových tónů je energeticky nejnáročnějším frekvenčním rozsahem - v tomto případě má zásadní význam účinnost produktu a v tomto jednoduše neexistují žádní konkurenti produktů třídy D.

V tomto videu se můžete jasněji seznámit s třídami zesilovačů zvuku.