Ojačevalnik zvočnih frekvenc je splošen izraz, ki opisuje vezje, ki proizvaja in povečuje različico njegovega vhodnega signala. Vendar pa niso vse pretvorbene tehnologije enake, saj so razvrščene glede na njihove konfiguracije in načine delovanja. V elektroniki se majhni ojačevalniki običajno uporabljajo, ker lahko povečajo sorazmerno majhen vhodni signal, kot je senzor, kot je predvajalnik, veliko večji izhod za krmiljenje releja, svetilko ali zvočnik itd.
Obstaja veliko oblik elektronskih vezij, razvrščenih kot ojačevalniki, od delujočih in malih pretvornikov signala do velikih impulznih in močnostnih pretvornikov. Razvrstitev naprave je odvisna od velikosti signala, velikega ali majhnega, njegove fizične konfiguracije in načina obdelave vhodnega toka, to je razmerja med vhodno stopnjo in tokom, ki teče v obremenitvi.
Anatomija naprave
Ojačevalniki zvoka se lahko obravnavajo kot preprosta škatla ali enota, ki vsebuje napravo, kot je bipolarni, tranzistor z efektom polja ali delovni senzor, ki ima dve vhodni in dve izhodni sponki (ozemljitev je pogosta). Poleg tega je izhodni signal veliko večji zaradi pretvorbe v napravo. Idealni ojačevalnik signala bo imel tri glavne lastnosti:
Vhodna impedanca ali (R IN). Izhodna impedanca ali (R OUT). Gain ali (A).Ne glede na to, kolikoKompleksna shema ojačevalnika, splošni blok model se lahko uporablja za dokazovanje medsebojne povezave teh treh lastnosti.
Splošni pojmi
Visokokakovostni zvočni ojačevalniki se lahko razlikujejo po svojih značilnostih. Vsaka vrsta ima digitalno ali analogno pretvorbo. Za njihovo delitev se določijo kodne oznake.
Povečana razlika med vhodnimi in izhodnimi signali se imenuje transformacija. Gain je merilo, koliko ojačevalnik "pretvori" vhodni signal. Na primer, če je vhodni nivo 1 volt in izhod 50 voltov, je pretvorba enaka 50. Z drugimi besedami, vhodni signal je bil razvit 50-krat. Ojačevalnik zvočnih frekvenc samo izpolnjuje to nalogo. Izračun pretvorbe je preprosto izhodno razmerje, deljeno z vhodom. Ta sistem nima merilnih enot kot razmerje, ampak v elektroniki za ojačanje splošno uporabljenega simbola A. Potem se transformacija izračuna preprosto kot "izhod, deljen z vhodnim signalom".
Pretvorniki moči
Majhna lupa za signale se običajno imenuje "napetostni" ojačevalnik, ker običajno majhni vhod pretvori v veliko večjo izhodno napetost. Včasih za krmiljenje motorja ali moči zvočnika potrebujete vezje naprave, za tovrstne aplikacije, kjer gre za visoke preklopne tokove, so potrebni pretvorniki energije.
Kot že ime pove, je glavna naloga ojačevalnika moči (znanega tudi kot ojačevalnik velikega signala)dajte moč obremenitvi. To je zmnožek napetosti in toka, uporabljenega za obremenitev z izhodno močjo, ki presega nivo vhodnega signala. Z drugimi besedami, pretvornik poveča moč dinamike, tako da se sheme blokov te vrste uporabljajo na zunanjih kaskadah audio pretvornikov za krmiljenje zvočnikov.
Načelo delovanja
Ojačevalnik zvočnih frekvenc deluje na principu pretvorbe moči enosmernega toka, ki se porabi iz vira energije, v napetostni signal izmeničnega toka, ki se uporablja za breme. Čeprav je pretvorba visoka, je njena učinkovitost iz vira enosmernega toka na izhodno napetost izmenične napetosti navadno nizka. Idealna enota daje napravi 100-odstotno učinkovitost ali vsaj moč IN bo enaka moči OUT.
Razdelitev po razredih
Če bi uporabniki vsaj enkrat pogledali specifikacijo ojačevalnikov frekvence zvoka, bi lahko videli razrede opreme, ki jih ponavadi označuje črka ali dva. Najpogostejše vrste blokov, ki jih danes uporabljamo v domači potrošniški avdio, so vrednosti A, A /B, D, G in H. Ti razredi niso preprosti klasifikacijski sistemi, ampak opis topologije ojačevalnika, to je, kako delujejo na jedrni ravni. Medtem ko ima vsaka vrsta ojačevalnika svoj niz prednosti in slabosti, njihovo delo (in način ocenjevanja končnih točk) ostaja nespremenjeno.
Sestoji iz preoblikovanja valovne oblike in pošiljanja prejšnjega bloka brez motenjali vsaj čim manj popačenja.
Razred A
V primerjavi z drugimi razredi ojačevalnikov močnostnih frekvenc, ki bodo opisani spodaj, so modeli razreda A sorazmerno preproste naprave. Odločilno načelo dela je, da morajo vsi izhodni bloki pretvornikov skozi celotno 360-stopinjsko signalno zanko.
Razred A se lahko razdeli na enojne in dvotaktne ojačevalnike. Push /pull se razlikuje od glavne razlage zgoraj z uporabo izhodnih parov. Medtem ko obe napravi opravljata celoten 360-stopinjski cikel, bo ena naprava nosila večino bremena v pozitivnem delu cikla, drugi pa več negativni cikel. Glavna prednost te sheme je manjše popačenje v primerjavi z enojnimi stožčastimi strukturami, saj so izločena parna nihanja naročil. Poleg tega so dvotaktni modeli razreda A manj občutljivi na hrup. Zaradi pozitivnih lastnosti, povezanih z delom razreda A, velja za zlati standard kakovosti zvoka na mnogih področjih akustične proizvodnje. Vendar imajo ti modeli eno pomembno pomanjkljivost - učinkovitost. Zahteva za zvočne frekvenčne ojačevalnike na tranzistorjih razreda A je zagotoviti, da vse izhodne naprave delujejo neprekinjeno. To delovanje povzroči velike izgube energije, ki se sčasoma spremenijo v toploto. To še dodatno zaostruje dejstvo, da konstrukcije razreda A zahtevajo sorazmerno visoke ravni mirovanja, to je obseg toka, ki teče skozi izhodne naprave, ko ojačevalnik proizvede ničloizhod Učinkovitost v realnem svetu je lahko približno 15-35%, z možnostjo uporabe enomestnih številk z visoko dinamičnim izhodiščnim materialom.
Razred B
Medtem ko vsi mehanizmi izhoda v frekvenčnem ojačevalniku na tranzistorjih razreda A zasedajo 100% časa, bloki razreda B uporabljajo dvotaktni krog na tak način, da le polovica naprav izhod deluje kadarkoli. Ena polovica pokriva del valovne oblike + 180 stopinj, drugi pa prečni prerez -180 stopinj. Zato so ojačevalniki razreda B veliko bolj učinkoviti kot njihovi analogi razreda A, s teoretičnim maksimumom 785%. Glede na relativno visoko učinkovitost je bil razred B uporabljen v nekaterih profesionalnih pretvornikih za akustično ojačanje, kot tudi v nekaterih domačih ojačevalnikih svetilk. Kljub navidezni moči so možnosti nakupa stanovanja za razred B skoraj nič. Analiza frekvenčnega ojačevalnika je pokazala vzrok za to, znano kot križno popačenje.
Problem z zamudo pri prenosu storitev med napravami, obdelavo pozitivnih in negativnih delov valovne oblike se šteje za pomemben. Samoumevno je, da se takšno izkrivljanje sliši v zadostnih količinah, in čeprav so bili nekateri modeli razreda B boljši od drugih v zvezi s tem, razred B ni prejel posebnega priznanja navijačev čistega zvoka.
Razred A /B
Cevasti ojačevalnik zvočnih frekvenc je na voljo na številnih koncertnih mestih. On jeZanj je značilna visoka zmogljivost in se ne pregreva. Poleg tega so modeli veliko cenejši od številnih digitalnih blokov. Vendar pa je odstopanje. Ta modul morda ne bo deloval z vsemi zvočnimi formati. Zato je bolje uporabiti opremo kot del celotnega sistema za obdelavo signalov. Razred A /B združuje najboljše od vsake vrste naprave, da ustvari enoto brez pomanjkljivosti enega ali drugega. Zahvaljujoč tej kombinaciji, prednosti ojačevalnikov razreda A /B večinoma prevladujejo na potrošniškem trgu.
Odločitev je v svojem konceptu dejansko precej preprosta. Kjer razred B uporablja dvotaktno napravo z vsako polovico izhodne stopnje 180 stopinj, se mehanizmi razreda A /B povečajo na ~ 181-200 stopinj. Torej obstaja precej manj verjetnosti "prekinitve" v zanki, in posledično je popačenje križanja znižano do te mere, da ni pomembno. Ojačevalniki moči svetilk lahko veliko hitreje absorbirajo te ovire. Zahvaljujoč tej funkciji, zvok prihaja iz naprave veliko čistejši. Modeli podobnih značilnosti se pogosto uporabljajo za preoblikovanje zvoka akustičnih in električnih kitar. Dovolj je reči, da razred A /B izpolnjuje svoje obljube, kar preprosto presega učinkovitost čistih struktur razreda A z naročili ~ 50-70%, doseženo v realnem svetu. Dejanski nivoji so seveda odvisni od tega, koliko je ojačevalnik premaknjen, kakor tudi od programske opreme in drugih dejavnikov. Prav tako je treba omeniti, da se je nekaj učilnic razvijaloA /B je naredil še en korak naprej v svojem prizadevanju, da bi odpravil popačenje crossoverja, ki deluje v čistem načinu razreda A na več moči. To zagotavlja nekaj učinkovitosti pri nizkih ravneh, vendar pa tudi zagotavlja, da se ojačevalnik ne pretvori v pečico, ko napaja veliko količino energije.
Razredi G in H
Še en par modelov, oblikovanih za izboljšanje učinkovitosti. S tehničnega vidika uradno niso priznani niti ojačevalniki razreda G niti razred H. Namesto tega predstavljajo variacije na razredu A /B, z uporabo napetostnega preklopa na vodilu in moduliranja vodila. V vsakem primeru, pod majhnim povpraševanjem, sistem uporablja nižjo napetost vodila kot podoben ojačevalnik razreda A /B, ki znatno zmanjša porabo energije. Ko pride do močnih pogojev, sistem dinamično poveča napetost na vodilu (torej preklopi na visoko napetostno vodilo) za obdelavo visokofrekvenčnih prehodnih stanj.
Tudi slabosti so. Glavni je visoki strošek. V prvotnem vezju preklopnih omrežij so bili za nadzor izhodnih tokov uporabljeni bipolarni tranzistorji, kar je povečalo kompleksnost in stroške. Visokokakovostni ojačevalniki žarnice te vrste zvočne frekvence so zelo razširjeni, čeprav se cena začne od 50 tisoč rubljev. Blok velja za profesionalno tehniko dela na odru ali snemanja v studiu. Obstajajo težave s tranzistorji. Pri dolgotrajni obremenitvi lahko nekateri ne uspejo. Danes se cena do neke mere pogosto zmanjšujeUporaba DCM tranzistorjev velike moči za izbiro ali zamenjavo vodil. Uporaba terenskih MDN tranzistorjev ne poveča le učinkovitosti in zmanjša segrevanje, temveč zahteva tudi manj podrobnosti (običajno ena naprava na tok). Poleg stroškov za vklop avtobusa, same modulacije, je treba omeniti tudi, da nekateri ojačevalniki tipa G uporabljajo več izhodnih naprav kot tipični A /B razred. En par naprav bo deloval v tipičnem A /B načinu, ki ga poganjajo pnevmatike z nizko napetostjo. Medtem pa je drugi v rezervi, da deluje kot ojačevalnik napetosti, ki se aktivira samo glede na situacijo. Ohranite visoke obremenitve samo za razrede G in H, povezane z močnimi ojačevalniki, kjer je povečana učinkovitost upravičena. Kompaktni modeli lahko uporabijo tudi topologijo razreda G /H, za razliko od A /B, saj prehod na način nizke porabe pomeni, da lahko upravljajo z manjšim radiatorjem.
Razred D
Ta vrsta naprave omogoča ustvarjanje lastnih modularnih sistemov. S pomočjo opreme je na voljo kakovostna obdelava celotnega izhodnega toka. Oblikovanje ojačevalnikov za moč zvočne frekvence vam omogoča, da ustvarite svoj multimedijski sistem za delo ali zabavo. Ampak tukaj so njene nianse. Pogosto imenovani digitalni ojačevalniki, pretvorniki razreda D zagotavljajo učinkovitost enote, v realnih testih pa dosežemo koeficiente, ki presegajo 90%. Najprej morate razumeti, zakaj jese nanaša na razred D, če je "digitalni dobiček" napačen. To je bila le naslednja črka v abecedi, z razredom C, ki se uporablja v avdio sistemih. Še pomembneje je, da je mogoče doseči 90% + učinkovitost. Medtem ko imajo vsi prej omenjeni razredi ojačevalnikov eno ali več izhodnih naprav, ki so vedno aktivne, tudi če je pretvornik dejansko v stanju pripravljenosti, jih bloki razreda D hitro spremenijo v stanje "izklop" in "vklop". To je zelo priročno in vam omogoča uporabo modula samo v pravih trenutkih.
Na primer, izračun ojačevalnikov frekvenčnega razreda T, ki je izvedba razreda D, ki ga je razvil Tripath, v nasprotju z osnovno napravo, uporablja preklopno frekvenco približno 50 MHz. Izhodne naprave so običajno nadzorovane s pulzno širinsko modulacijo. To je, kadar modulator generira pravokotne valove različnih širin, ki predstavlja analogni signal za reprodukcijo. V strogem nadzoru izhodnih naprav na ta način teoretično možna 100-odstotna učinkovitost (čeprav je očitno v realnem svetu nedosegljiva). Če se poglobite v svet ojačevalnika razreda D, lahko najdete tudi reference na analogne in digitalno krmiljene module. Te krmilne enote imajo analogni vhodni signal in analogni nadzorni sistem, običajno z določeno stopnjo popravka napak v povratnih informacijah. Po drugi strani pa digitalni pretvorniki razreda D ojačevalniki uporabljajo digitalni nadzor, ki spreminja raven moči brez nadzora napak. Ta rešitev je tudi najdenaOdobritev, glede na preglede mnogih kupcev. Vendar je cenovni segment precej višji. Raziskava frekvenčnega ojačevalnika je pokazala, da ima analogno krmiljeni razred D prednost pred njegovo zmogljivostjo v primerjavi z digitalnim analogom, saj ponavadi ponuja nižjo izhodno impedanco (upor) in izboljšan profil popačenja. To poveča izhodne vrednosti sistema pri največji obremenitvi. Parametri ojačevalnikov zvočne frekvence so veliko višji kot v osnovnih modelih. Treba je razumeti, da so takšni izračuni potrebni le za ustvarjanje glasbe v studiu. Za običajne kupce je mogoče te lastnosti preskočiti. To je ponavadi L-veriga (induktor in kondenzator), nameščenih med ojačevalnikom in zvočniki za zmanjšanje hrupa, povezanega z delom razreda D. Filter je zelo pomemben. Slaba zasnova lahko ogrozi učinkovitost, zanesljivost in kakovost zvoka. Poleg tega imajo povratne informacije po izvoru filtra svoje prednosti. Čeprav načrti, ki na tej stopnji ne uporabljajo povratnih informacij, lahko prilagodijo svoj odziv na dano impedanco, če imajo takšni ojačevalniki kompleksno obremenitev (npr. Zvočnik in ne upor), se lahko frekvenčni odziv zelo razlikuje glede na obremenitev zvočnika. Povratne informacije stabilizirajo to težavo in zagotavljajo nemoten odziv na kompleksne obremenitve. Končno, kompleksnost električnih zvočnih frekvenc ojačevalnika razreda D ima svoje prednosti. Učinkovitost in posledično manjša teža. Ker je relativnamalo energije je porabila za ogrevanje, zahteva veliko manj energije. Tako se mnogi razreda D ojačevalniki uporabimo v kombinaciji s stikalnim napajalnikom (SMPS). Kot izhodni stopnji, lahko napajanje sama hitro vklopi in izklopi za regulacijo napetosti, kar dodatno povečati učinkovitost in sposobnost, da zmanjša težo na tradicionalni analogni /linearnih napajalnikov. Skupaj ojačevalniki tudi močan razreda D lahko tehta le nekaj kilogramov. Pomanjkanje napajanje SMPS v primerjavi s tradicionalno linearno moč je, da nimajo nekdanji običajno veliko dinamično rezervo. Testiranje in preizkusite več avdio frekvence potrebščine linearni ojačevalniki razreda D v primerjavi s PTM modulov pokazale, da je to res. Ko sta ojačevalnik zdraviti nazivno moč, ko lahko omrežni priključek proizvodnjo višje dinamično stopnjo moči. Vendar pa je PTM oblikovanje postaja vse bolj pogosta in trgovin lahko pričakujemo višje kakovosti razreda D enote naslednje generacije, ki uporabljajo podobne oblike.
Primerjava učinkovitosti razreda AB in D
Čeprav je učinkovitost avdiofrekvenčno tranzistorji dodatno povečuje A /B ojačevalcem saj se približuje najvišje modelov izhodna moč razreda D ohrani visoka učinkovitost večino delovnih pasov. Kot rezultat, učinkovitost in kakovost zvoka je bolj nagnjeni k slednjiblok
Uporaba enega pretvornika
S pravilno izvedbo katerega koli od zgornjih blokov zunaj razreda B lahko tvorimo osnovo ojačevalnika z visoko natančnostjo. Poleg potencialnih napak v učinkovitosti (ki so predvsem posledica oblikovalskih odločitev, ki niso del razreda), je izbira tipa bloka v veliki meri odvisna od stroškov v primerjavi z učinkovitostjo. Na današnjem trgu prevladuje enostaven ojačevalnik frekvenc razreda A /B in za to obstaja dober razlog. Deluje zelo dobro, relativno poceni, njegova zmogljivost pa je zelo primerna za aplikacije z nizko porabo energije (> 200 vatov). Seveda, ker proizvajalci predelovalcev poskušajo razširiti omejitve dobave, na primer z monoblokom Emotiva XPR-1 s 1000 W, se obračajo na modele G /H in D, da bi se izognili podvajanju svojih ojačevalnikov kot sistemov, ki lahko hitro ogrejejo tehnologijo. Medtem pa na drugi strani trga obstajajo navijači razreda A, ki lahko odpustijo pomanjkanje zmogljivosti naprave v upanju na čistejši zvok.
Izid
Na koncu, razreda pretvornikov ni nujno tako pomembno. Seveda obstajajo dejanske razlike, zlasti pri stroških, učinkovitosti ojačevalnika in posledično teži. Tehnologija razreda A z močjo 500 W je seveda slaba ideja, razen če uporabnik ima seveda močan hladilni sistem. Po drugi strani pa razlike med razredi ne določajo kakovosti zvoka. Na koncu gre za oblikovanje in izvajanje njihovih lastnih projektov. Pomembno je razumeti, da so potrošniki le edennapravo, ki je del avdio sistema.
