Audioversterkerklassen

Velen hebben zeker gehoord dat moderne versterkers tot verschillende klassen kunnen behoren. Mensen die ver verwijderd zijn van akoestische systemen en technische kenmerken van geluidsapparatuur kunnen zich echter nauwelijks voorstellen wat er achter de letteraanduidingen schuilgaat.

In onze recensie zullen we in meer detail praten over wat de klassen van versterkers zijn, wat ze zijn en hoe het optimale model te kiezen.

De klasse van de versterker is de waarde van het uitgangssignaal waarbij het gedurende één bedrijfscyclus wordt aangestuurd door het sinusvormige ingangssignaal in het functionele circuit en verandert als gevolg van deze invloed. De classificatie van versterkers in klassen hangt af van de lineariteitsparameters van de modus die wordt gebruikt om de binnenkomende signalen uit de categorieën te versterken met een grotere nauwkeurigheid met een eerder verminderde efficiëntie tot volledig niet-lineair. In dit geval is de nauwkeurigheid van de geluidsweergave van het signaal niet zo groot, maar de efficiëntie is vrij hoog. Alle andere klassen van versterkers zijn een soort tussenmodellen tussen deze twee groepen.

Alle klassen van versterkers kunnen voorwaardelijk in twee subgroepen worden verdeeld. De eerste omvat de klassieke beheerde modellen van de klassen A, B, evenals AB en C. Hun categorie wordt bepaald door de parameter van hun geleidbaarheid in een bepaald deel van het uitgangssignaal. De werking van de ingebouwde transistor aan de uitgang bevindt zich dus in het midden tussen "uit" en "aan".

De tweede categorie apparaten omvat modernere modellen, die worden beschouwd als de zogenaamde schakelklassen - dit zijn de modellen D, E, F, evenals G, S, H en T.

Deze versterkers gebruiken zowel pulsbreedtemodulatie als digitale circuits om het signaal continu om te zetten tussen volledig uit en volledig aan. Als gevolg hiervan is er een krachtige exit in het verzadigingsgebied.

We zullen meer in detail over verschillende klassen versterkers praten.

Klasse A-modellen worden het meest gebruikt vanwege hun eenvoud van ontwerp. Dit komt door verschillende parameters van de vervorming van het ingangssignaal en dienovereenkomstig de hoge geluidskwaliteit in vergelijking met alle andere categorieën versterkers. Modellen in deze categorie worden gekenmerkt door een hoge lineariteit in vergelijking met andere.

Typisch gebruiken klasse A-versterkers een enkele versie van transistors in hun werk. Het is verbonden met de basisemitterconfiguratie voor de twee helften van het signaal, zodat de germaniumtransistor er altijd doorheen zal gaan, zelfs als er geen fasesignaal is. Dit betekent dat aan de uitgang de trap niet volledig in het signaalafsnij- en verzadigingsgebied zal gaan. Het heeft zijn eigen offsetpunt ongeveer in het midden van de belastingslijn. Deze structuur leidt ertoe dat de transistor eenvoudigweg niet wordt geactiveerd - dit wordt als een van de fundamentele nadelen ervan beschouwd.

Aangezien klasse A-apparaten single-ended zijn en in de lineaire zone van alle gespecificeerde curven werken, passeert één uitvoerapparaat een volledige 360 ​​graden, in welk geval het categorie A-apparaat volledig overeenkomt met de huidige bron.

Aangezien versterkers in deze categorie werken, zoals we al zeiden, in het ultralineaire gebied, moet de DC-bias correct worden ingesteld. - dit zorgt voor een goede werking en geeft een geluidsstroom met een vermogen van 24 watt. Vanwege het feit dat het uitvoerapparaat echter altijd in de uit-stand staat, geleidt het continu stroom, en dit schept voorwaarden voor een constant vermogensverlies in de hele structuur. Deze functie leidt tot het vrijkomen van een grote hoeveelheid warmte, terwijl hun efficiëntie vrij laag is - het overschrijdt niet 40%, waardoor ze onpraktisch zijn als het gaat om een ​​soort van krachtige akoestische systemen. Daarnaast, vanwege de verhoogde nullaststroom van de installatie moet de voeding de juiste afmetingen hebben en zoveel mogelijk worden gefilterd, anders kan het geluid van de versterker en brom van derden niet worden vermeden. Het waren deze tekortkomingen die fabrikanten ertoe brachten om te blijven werken aan versterkers in een efficiëntere categorie.

Klasse B-versterkers zijn door fabrikanten ontworpen om de problemen met het lage rendement en de oververhitting van de vorige categorie aan te pakken. In hun werk gebruiken categorie B-modellen een paar extra transistors, meestal bipolaire. Hun verschil is dat voor beide helften van het signaal het uitgangsfront is gebouwd volgens een push-pull-schakeling, zodat elk transistorapparaat slechts de helft van het uitgangssignaal versterkt.

Er is geen standaard gelijkstroom-voorspanningsstroom in versterkers van deze klasse, aangezien de ruststroom nul is, en daarom zijn de gelijkstroomparameters gewoonlijk klein. Dienovereenkomstig is de efficiëntie veel hoger dan die van apparaten A. Tegelijkertijd: wanneer het signaal positief is, stuurt de positief voorgespannen transistor het aan, terwijl het negatieve uit blijft. Evenzo, op het moment dat het ingangssignaal negatief wordt, wordt het positieve uitgeschakeld en wordt de negatief voorgespannen transistor daarentegen geactiveerd en levert het de negatieve helft van het signaal. Dientengevolge besteedt de transistor tijdens zijn werking slechts een halve cyclus in de positieve of negatieve halve cyclus van het inkomende signaal.

Dit push-pull-ontwerp is ongeveer 45-60% efficiënter dan klasse A-versterkers. De problemen met modellen van dit type zijn dat ze aanzienlijke vervorming geven op het moment van passage van het audiosignaal vanwege de "dode zone" van transistors in de gang van ingangsspanningen met waarden van -0,7 V tot +0,7 V .

Zoals iedereen uit de natuurkundecursus weet, moet de basisemitter een spanning van ongeveer 0,7 V leveren om de bipolaire transistor volledig te bedraden. Zolang deze spanning deze markering niet overschrijdt, zal de uitgangstransistor niet naar de aan-stand gaan. Dit betekent dat de helft van het signaal dat naar de 0,7 V-corridor gaat, onnauwkeurig wordt weergegeven. Dit maakt apparaten van categorie B praktisch ongeschikt voor gebruik in nauwkeurige akoestische installaties.

Voor om deze vervormingen te overwinnen, werden zogenaamde klasse AB-compromisapparaten gemaakt.

Dit model is een soort tandemontwerp van categorie A en categorie B. Tegenwoordig worden type AB-versterkers beschouwd als een van de meest voorkomende ontwerpopties. Door het principe van hun werking lijken ze een beetje op categorie B-producten, met als enige uitzondering dat beide transistorapparaten tegelijkertijd een signaal kunnen geleiden nabij het snijpunt van de oscillogrammen. Dit elimineert volledig alle signaalvervormingsproblemen van de vorige Groep B-versterker.Het verschil is dat een paar transistors een vrij lage voorspanning heeft, typisch 5 tot 10% van de ruststroom. In dit geval blijft het geleidende apparaat langer aan dan de tijd van een halve cyclus, maar tegelijkertijd is het veel minder dan de volledige cyclus van het ingangssignaal.

Het is veilig om te zeggen dat het type AB-apparaat wordt beschouwd als een uitstekend compromis tussen Klasse A- en Klasse B-modellen in termen van efficiëntie en lineariteit.en, terwijl het conversierendement van het audiosignaal ongeveer 50% is.

Het ontwerp van de C-klasse units heeft een maximale efficiëntie, maar tegelijkertijd een nogal slechte lineariteit in vergelijking met alle andere categorieën. De C-klasse versterker is behoorlijk bevooroordeeld, dus de ingangsstroom gaat naar nul en blijft daar gedurende meer dan 1/2 cyclus van het inkomende signaal. Op dit moment staat de transistor in de standby-modus om hem uit te schakelen.

Deze ontwerpkenmerken maken het onmogelijk om versterkers in luidsprekersystemen te gebruiken. In de regel hebben deze modellen hun toepassingsgebied gevonden in hoogfrequente generatoren, evenals in bepaalde versies van radiofrequentieversterkers, waar stroompulsen die aan de uitgang worden uitgezonden, worden omgezet in sinusvormige golven met een bepaalde frequentie.

De versterker van categorie D verwijst naar tweekanaals niet-lineaire pulsmodellen, ze worden ook wel PWM-versterkers genoemd.

In de overgrote meerderheid van audiosystemen werken de eindtrappen in klasse A of AB. In geïntegreerde versterkers van groep D is de vermogensdissipatie van de lijningangen aanzienlijk, zelfs in het geval van hun maximale volledige, bijna ideale implementatie. Dit geeft D-klasse modellen een significant voordeel in de meeste toepassingsgebieden vanwege minimale warmteontwikkeling, verminderd gewicht en afmetingen van het apparaat en, dienovereenkomstig, lagere kosten van producten, terwijl de levensduur van de batterij in dergelijke modellen wordt verlengd in vergelijking met modellen van andere ontwerpen.

Klasse F versterker. Deze modellen bieden een verhoogde efficiëntie, hun efficiëntie is ongeveer 90%.

Klasse G versterker. Deze versterker is in feite een verbeterd ontwerp met hoge lineariteit van het basisklasse AB-apparaat op de TDA. Modellen in deze categorie kunnen automatisch schakelen tussen verschillende hoogspanningslijnen in het geval van een wijziging in de parameters van het inkomende signaal. Een dergelijke omschakeling vermindert het stroomverbruik aanzienlijk en vermindert dienovereenkomstig het stroomverbruik dat wordt veroorzaakt door warmteverlies.

Klasse I versterker. Dergelijke modellen hebben een aantal sets extra uitvoerapparaten. Voor het inschakelen bevinden ze zich in een push-pull-configuratie. Het eerste apparaat schakelt het positieve deel van het signaal en het tweede is verantwoordelijk voor het schakelen van het negatieve deel, zoals versterkers van categorie B. Bij afwezigheid van een audiosignaal aan de ingang of als het signaal het nuldoorgangspunt bereikt, schakelmechanisme gaat tegelijk met de hoofdcyclus aan en uit.

Klasse S versterker. Deze klasse van versterkers is geclassificeerd als een niet-lineair schakelmechanisme. Door het mechanisme van hun werk lijken ze enigszins op versterkers van categorie D. Een dergelijke versterker zet analoge ingangssignalen om in digitale en versterkt ze vele malen. Dus om het uitgangsvermogen te vergroten, is het digitale signaal van het schakelapparaat meestal volledig aan of volledig uit, zodat de efficiëntie van dergelijke apparaten 100% kan zijn.

Klasse T versterker. Een andere optie voor een digitale versterker. Tegenwoordig winnen dergelijke modellen steeds meer aan populariteit vanwege de aanwezigheid van microschakelingen die digitale verwerking van het inkomende signaal mogelijk maken, evenals ingebouwde meerkanaals 3D-geluidsversterkers. Dit effect wordt geleverd door een ontwerp waarmee analoge signalen kunnen worden omgezet in hogere digitale PWM-geluiden. Het ontwerp van de Klasse C-apparaten combineert de kenmerken van een signaal met lage vervorming, vergelijkbaar met de AV-categorie, terwijl de efficiëntie op het niveau van de Klasse D-modellen behouden blijft.

Laten we eerst stilstaan ​​​​bij hoe de versterker in principe werkt. Je zult zeker verrast zijn, maar in feite versterkt de fabrieksversterker niets. In feite, het mechanisme van zijn werking lijkt op de werking van de eenvoudigste kraan: je draait aan de hendel en het water uit de watertoevoer begint te stromen, sterker of zwakker, en als je eraan draait, wordt de stroom geblokkeerd. In versterkers vinden alle processen op dezelfde manier plaats. Vanuit de krachtige voedingsmodule vloeit er stroom door de speaker die op het apparaat is aangesloten. In dit geval wordt de functie van de aftakking overgenomen door transistors - aan de uitgang wordt de mate van sluiten en openen geregeld door het signaal dat naar de versterker gaat. Uit hoe deze kraan precies functioneert, dat wil zeggen, hoe de uitgangstransistoren werken, en de klasse van versterkers wordt bepaald.

Als we het hebben over AB-apparaten, kunnen transistors daarin de onaangename eigenschap hebben om onevenredig te openen en te sluiten ten opzichte van de signalen die erop aankomen. Zo wordt hun werk onveranderd. Terugkerend naar de analogie met de kraan - je kunt de hendel van de kraan draaien, maar het water zal eerst zwak stromen en dan plotseling zal de stroom plotseling toenemen.

Om deze reden transistoren van categorie AB moeten in een enigszins open toestand worden gehouden, zelfs als er geen signaal is. Dit is nodig zodat ze onmiddellijk beginnen te werken en niet wachten tot het signaal een bepaald niveau bereikt - alleen in dit geval zal de versterker geluid kunnen reproduceren met minimale vervorming. In de praktijk betekent dit dat een deel van de nuttige energie wordt verspild. Stel je voor dat je alle waterkranen in het appartement opendraait en er continu een straaltje water uit stroomt. Als gevolg hiervan is de efficiëntie van dergelijke modellen niet hoger dan 50-70%, het is het lage rendement dat het grootste nadeel is van de AV-klasse versterkers.

Als we het hebben over D-klasse apparaten, dan is het principe van hun werking absoluut hetzelfde: ze hebben hun eigen uitgangstransistors die kunnen worden in- en uitgeschakeld. Zo wordt de stroomdoorgang door de ermee verbonden luidsprekers geregeld, maar het signaal regelt al hun opening, die door zijn configuratie erg ver verwijderd is van de inkomende.

Dit is hoe het signaal naar de uitgangstransistors van klasse D-apparaten wordt gevoerd. In dit geval zullen ze heel anders functioneren: ofwel volledig sluiten, ofwel openen zonder tussenliggende waarden. Dit betekent dat de efficiëntie van dergelijke modellen bijna 100% kan zijn.

Het is natuurlijk te vroeg om dergelijke signalen naar audiosystemen te sturen, eerst moet het terug naar de standaardconfiguratie. Dit kan worden gedaan door middel van een uitgangssmoorspoel, evenals een condensator - na verwerking ervan wordt aan de uitgang een versterkt signaal gevormd, dat het ingangssignaal volledig in zijn vorm herhaalt. Hij is het die naar de sprekers wordt overgebracht.

Het belangrijkste voordeel van de D-klasse apparaten is de verhoogde efficiëntie. en bijgevolg een lager energieverbruik

Lange tijd geloofde men dat voor het aansluiten van hoogwaardige luidsprekersystemen zijn de AB-versterkers de optimale oplossing... Modellen van categorie D gaven de conversie van het inkomende signaal naar een gepulseerd signaal met een verminderde frequentie, als resultaat gaf het alleen een goed geluid in de subwoofer-modus.Tegenwoordig heeft de technologie een grote stap voorwaarts gemaakt, en vandaag zijn er al hogesnelheidstransistoren die vrijwel onmiddellijk kunnen openen en ook sluiten, er zijn nogal wat D-klasse breedbandapparaten in de winkels.

Deze modellen zijn niet alleen bedoeld voor gebruik met subwoofers, maar ook voor alle soorten moderne luidsprekersystemen. Voor die opties waar geen hoog vermogen nodig is, is het verstandig om een ​​redelijk compacte versterker aan te schaffen.

Dus als je genoeg ruimte hebt om de speaker aan te sluiten, dan kun je goed kiezen voor een AV-klasse model. Het circuit van deze modellen is al tientallen jaren goed ontwikkeld, ze geven een redelijk goede geluidskwaliteit en in het geval van een storing kunt u ze eenvoudig repareren bij het dichtstbijzijnde servicecentrum.

Als de ruimte voor geluidsinstallatie beperkt is, moet u de breedbandmodellen van groep D eens nader bekijken. Met dezelfde vermogensparameters als de AV-klasse producten zijn ze veel kleiner en lichter, bovendien warmen ze minder op, en bij sommige modellen kunnen ze zelfs in het geheim worden geïnstalleerd met de minste interferentie.

Voor het aansluiten van subwoofers biedt de D-klasse het maximale voordeel, aangezien het basklankblok het meest energieverslindende frequentiebereik is - in dit geval is de efficiëntie van het product van fundamenteel belang, en hierin zijn er simpelweg geen concurrenten voor de D-klasse producten.

In deze video kunt u beter vertrouwd raken met de klassen van geluidsversterkers.