Vysvetlenie tried zosilňovačov: Trieda A, B, AB, D, G, H a ako si vybrať správne

Vloženie 500-wattového subwoofera do skrinky si vynúti jedno rozhodnutie o špecifikácii skôr ako čokoľvek iné: ktorá trieda zosilňovača bude riadiť výstupný stupeň. Táto jediná voľba určuje hmotnosť chladiča, hmotnosť napájacieho zdroja, objem krytu a aký veľký priestor zostáva, kým sa skreslenie stane počuteľným. Praktický záver pre tvorcov systémov: Trieda D dominuje novým profesionálnym návrhom audio modulov, pretože premieňa 85 – 95 percent napájacej energie na signál. Trieda AB zostáva analógovou referenciou pre transparentný zvuk a predvídateľný servis. Trieda G a trieda H poskytujú strednú cestu pre vysokovýkonné lineárne stupne, ktoré potrebujú menej tepla. Trieda A a trieda B sú dnes dôležité hlavne ako koncepty, ale ich správanie sa uhlom vedenia vysvetľuje každú triedu, ktorá nasledovala.

Čo definuje triedu zosilňovača?

Každá trieda zosilňovača je definovaná uhlom vedenia jej výstupných zariadení - časťou každého vstupného cyklu, počas ktorého tranzistory prechádzajú prúdom. Zariadenie, ktoré vedie v rozsahu 360 stupňov, zostáva nepretržite zapnuté; zariadenie, ktoré vedie pod uhlom 180 stupňov, zvládne iba polovicu tvaru vlny. Uhol vedenia nastavuje teoretický strop účinnosti, pretože vodivé zariadenie, ktoré neprispieva signálom, stále rozptyľuje energiu. Tiež predpovedá skreslenie podpisu javiska.

Nižšie uvedené triedy pokrývajú všetko, s čím sa dizajnér audio systému stretne. Trieda C sa javí len ako referencia: prevádzka pod 180 stupňov zvyšuje účinnosť nad 70 percent, ale splošťuje výstup tak zle, že je obmedzený na rádiofrekvenčné vysielače a nie na zvuk. Hodnoty účinnosti sú praktické rozsahy uvedené v zavedených elektronických referenciách a katalógových listoch modulov; presné čísla závisia od napájacieho napätia, zaťaženia a prevádzkovej úrovne.

Trieda A: Linearita pri vysokých prevádzkových nákladoch

Výstupné stupne triedy A vedú celých 360 stupňov. Jedno zariadenie alebo pár bežiaci v režime s jedným koncom zostáva vo svojej aktívnej oblasti, aj keď nie je prítomný žiadny vstupný signál. Vďaka tomu je trieda A najlineárnejšou topológiou analógových rodín: medzi zariadeniami nie je žiadne odovzdávanie, takže z definície chýba skreslenie kríženia. Cena je obrovská nečinná strata. Praktická účinnosť triedy A s jedným koncom je medzi 20 a 30 percentami, takže 100-wattový zosilňovač spotrebuje 200 až 300 wattov ako teplo. Rastú chladiče, rastú transformátory a prevádzkové náklady sa stávajú trvalými. V profesionálnych audio moduloch existujú úplné výstupné stupne triedy A iba na úrovni predzosilňovača; v rámci výkonových zosilňovačov trieda A prežije ako oblasť malého skreslenia signálu vstupného stupňa triedy AB.

Trieda B: Push-Pull Origin

Trieda B rozdeľuje priebeh na dve polovice: jeden tranzistor tlačí kladný polcyklus a druhý ťahá záporný polcyklus, takže každé zariadenie vedie presne o 180 stupňov. Teoretická účinnosť stúpa na 78,5 percenta, ale prechod pri prechode nulou predstavuje skreslenie prechodu, keď ani jedno zariadenie nie je plne pod kontrolou. Žiadny seriózny zvukový výstupný stupeň nefunguje v čistej triede B, pretože diskontinuita je počuteľná pri nízkych úrovniach signálu. Dizajnéri pridávajú malý predpätý prúd, takže obe zariadenia zostávajú mierne zapnuté pri prechode nulou, a toto nastavenie definuje triedu AB.

Trieda AB: Analog Workhorse

Trieda AB pridáva k štruktúre push-pull kontrolované pokojové predpätie. Obidve výstupné zariadenia vedú trochu pri prechode nulou, čím sa eliminuje zárez kríženia, a potom sa s narastajúcim signálom vrátia späť k prerušeniu. Účinnosť sa v praktických zvukových dizajnoch pohybuje medzi 50 a 65 percentami. 600-wattový modul triedy AB stále vydáva 200 až 300 wattov pri intenzívnej jazde, takže chladiče s hlbokými rebrami a niekedy nútený vzduch zostávajú súčasťou dizajnu.

Inžinieri volia triedu AB, keď je prioritou tónové správanie a veľkosť krytu je povolená. Vzťah medzi predpätím, skreslením a tepelným zaťažením je taký chúlostivý, že ho výrobcovia kalibrujú v priebehu rokov zdokonaľovania výroby. To je tiež dôvod, prečo inžinieri trávia toľko času na výstupnom stupni ako na ovládačoch, pretože prínos modulu zosilňovača ku kvalite zvuku je ľahšie počuť ako merať.

Trieda D: Prepínanie pre účinnosť

Trieda D úplne opúšťa model vodivostného uhla. Výstupné tranzistory sa striedajú medzi plnou saturáciou a úplným obmedzením pri nosnej frekvencii vysoko nad zvukovým pásmom, zvyčajne 400 kHz až 1 MHz, a zvukový signál je založený na pracovnom cykle výsledného tvaru vlny modulovanej šírkou impulzu. LC filter rekonštruuje zvukové pásmo na výstupe. Pretože nasýtený vypínač neklesá takmer žiadne napätie a vypínač neprechádza takmer žiadnym prúdom, teoretická účinnosť sa blíži k 100 percentám; skutočné moduly poskytujú 85 až 95 percent.

Dôsledky pre dizajn reproduktorov sú okamžité. 500-wattový stupeň triedy D udržuje chladiče dostatočne malé pre šasi odlievané pod tlakom, zatiaľ čo ekvivalentný stupeň triedy AB potrebuje ťažký extrudovaný profil a väčší transformátor. Moderná spätná väzba po filtri koriguje skreslenie mechanizmov skorého prepínania a dobre implementované moduly triedy D prechádzajú slepým porovnávaním počúvania s dobrými analógovými zosilňovačmi.

Skutočné inžinierske úsilie spočíva vo výstupnom filtri, správaní EMI a riadení mŕtveho času spínacieho stupňa. Dodávatelia, ktorí sa špecializujú na túto oblasť, zvyčajne spárujú spínacie jadro s rezonančným predným koncom alebo predným koncom s korekciou účinníka namiesto toho, aby považovali filter za dodatočný nápad.

Aktívny modul zosilňovača subwoofera EON522SUB s rezonančným zdrojom LLC Tento 500W modul subwoofera triedy D spája rezonančný 800W zdroj LLC s ochranou proti preťaženiu, skratu a tepelnej ochrane, vďaka čomu je praktický pre aplikácie s vysokou účinnosťou basov, o ktorých sa hovorí v okolitom texte. Zobraziť produkt →

Trieda G a trieda H: Inteligentnejšie prívodné koľajnice

Trieda G a trieda H zachovávajú lineárny výstupný stupeň zosilňovača AB, ale napájajú ho napájacou lištou, ktorá sa prispôsobuje signálu. Trieda G udržiava dve alebo viac pevných koľajníc, pričom na vyššiu sa prepína iba vtedy, keď si to vyžadujú špičky signálu. Trieda H nepretržite moduluje napätie koľajnice, pričom sleduje obálku signálu s niekoľkými voltami svetlej výšky. Výstupné zariadenia zostávajú v oboch prípadoch lineárne, takže profil skreslenia pripomína triedu AB, ale priemerné napätie na zariadeniach je nižšie. To znižuje odpadové teplo a posúva účinnosť do rozsahu 65-80 percent.

Náklady sa presúvajú do napájacieho zdroja: viackoľajové transformátory s prepínacou logikou pre triedu G alebo rýchlosledované regulátory pre triedu H. Tieto triedy vyhovujú modulom subwooferov a line-array, kde hudba s vysokým faktorom výkyvu znamená, že vyššia koľajnica je aktívna len pri krátkych špičkách. Prístup triedy H je bežnou voľbou pre bi-amplifikované skrine s lineárnym napájaním transformátora, a preto dodávatelia modulov uvádzajú túto kombináciu ako štandardnú konfiguráciu.

Porovnanie tried zosilňovačov v reálnych moduloch

Triedne rozhodnutie sa nikdy nerobí izolovane; interaguje s napájaním, krytom a pracovným cyklom hudobného programu. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje, prečo je trieda D taká atraktívna v prenosných a kompaktných systémoch.

Trieda D si zachováva vysokú účinnosť vo väčšine svojho výstupného rozsahu, zatiaľ čo účinnosť triedy AB klesá pri nízkych úrovniach počúvania. 50-wattový priemerný výstup z 500-wattového modulu triedy AB môže mať účinnosť približne 25-30 percent; rovnaký stav udržuje modul triedy D nad 75 percentami. Počas turistickej sezóny sa tento rozdiel prejaví v nákladoch na elektrinu, vyhrievaní stojanov a ako často sa spúšťa tepelná ochrana.

Pochopenie toho, čo obsahuje modul aktívneho zosilňovača pomáha kupujúcim správne aplikovať túto maticu. Písmeno triedy popisuje iba výkonový stupeň; Konštrukcia napájania, topológia spätnej väzby a ochranné obvody určujú spoľahlivosť v reálnom svete. Napríklad modul subwoofera kombinuje vysokonapäťovú koľajnicu s výstupným obmedzením, aby prežil nepretržitý basový program, takže výber triedy a ochranné funkcie musia byť hodnotené ako jeden systém.

EON180S 2092 BTL modul zosilňovača subwoofera pre profesionálne audio Tento modul subwoofera s výstupom BTL triedy D s výkonom 650 W a spínaným zdrojom 800 W obsahuje ochranné obvody vhodné pre nepretržitú prevádzku basov v súlade s požiadavkami na triedu zosilňovačov opísanými vyššie. Zobraziť produkt →

Anatómia modulu výkonového zosilňovača

Prierez moderného modulu ukazuje, ako trieda interaguje so všetkým okolo nej. Vstupný stupeň prijíma vyvážené alebo DSP-spracované signály, budiaci stupeň tvaruje spínanie alebo lineárne ovládanie, výstupný stupeň sa riadi zvolenou triedou a napájací zdroj nastavuje strop účinnosti. Izometrický diagram nižšie ukazuje typické usporiadanie týchto blokov v samostatnom module.

Často kladené otázky o triedach zosilňovačov