Усилвател на звукови честоти е общ термин, използван за описание на верига, която произвежда и увеличава версията на неговия входен сигнал. Въпреки това не всички технологии за преобразуване са еднакви, тъй като са класифицирани според техните конфигурации и режими на работа. В електрониката, малки усилватели обикновено се използват, защото те могат да увеличават относително малък входен сигнал, като например сензор, като плейър, много по-голям изход за управление на реле, лампа или високоговорител и др.
Има много форми на електронни схеми, класифицирани като усилватели, от операционни и малки сигнални преобразуватели до големи импулсни и силови преобразуватели. Класификацията на дадено устройство зависи от размера на сигнала, голям или малък, неговата физическа конфигурация и метода на обработка на входния поток, т.е. връзката между входното ниво и тока, протичащ в товара.
Анатомия на устройството
Звуковите усилватели могат да се разглеждат като проста кутия или единица, съдържаща устройство като биполярен, полеви транзистор или работещ сензор, който има две входни и две изходни клеми (заземяването е често срещано). Освен това, изходният сигнал е много по-голям поради превръщането му в устройството. Идеалният усилвател на сигнала ще има три основни свойства:
Входен импеданс или (R IN).
Изходен импеданс или (R OUT).
Печалба, или (А).
Независимо от това колкоСложната схема на усилвателя, общият блоков модел може да се използва за демонстриране на взаимното свързване на тези три свойства.
Общи понятия
Висококачествените звукови усилватели могат да се различават по своите характеристики. Всеки тип има цифрово или аналогово преобразуване. За тяхното разделяне се задават кодови маркировки.
Повишената разлика между входните и изходните сигнали се нарича трансформация. Усилването е мярка за това колко усилвател "преобразува" входния сигнал. Например, ако има входно ниво от 1 волта и изход от 50 волта, преобразуването е равно на 50. С други думи, входният сигнал е развит 50 пъти. Усилвателят на звуковите честоти просто изпълнява тази задача. Конверсионното изчисление е просто изходното съотношение, разделено на входа. Тази система не притежава единици за измерване като съотношение, а в електрониката за усилване на често използвания символ А. Тогава трансформацията се изчислява просто като "изход, разделен от входния сигнал".
Силови преобразуватели
Малката лупа на сигнала обикновено се нарича усилвател "напрежение", защото обикновено преобразува малък вход в много по-голямо изходно напрежение. Понякога, за да контролирате двигателя или силата на високоговорителя, имате нужда от верига на устройството, а за приложения от този тип, където се включват високи токове на превключване, са необходими преобразуватели на енергия.
Както подсказва името, основната задача на усилвателя на мощност (известен също като голям усилвател на сигнала) е дадава сила на товара. Това е произведението на напрежението и тока, подавани към товара с изходната мощност, което надвишава нивото на входния сигнал. С други думи, преобразувателят увеличава силата на динамиката, така че схемите на блокове от този тип се използват на външни каскади от аудио конвертори за управление на високоговорителите.
Принцип на действие
Усилвателят на звуковите честоти работи на принципа на преобразуване на мощността на постоянния ток, консумиран от източник на енергия, в сигнала за напрежение на променливия ток, приложен към товара. Въпреки че преобразуването е високо, неговата ефективност от източник на постоянен ток към изходното напрежение на променливото напрежение обикновено е ниска. Идеалната единица дава на устройството 100% ефективност или поне мощността на IN ще бъде равна на мощността OUT.
Класово разделение
Ако потребителите поне веднъж са прегледали спецификацията на усилвателите на честотата на звука, те биха могли да видят класовете оборудване, обикновено обозначавани с буква или две. Най-често срещаните видове блокове, използвани днес в домашния потребителски аудиосистема, са стойностите A, A /B, D, G и H. Тези класове не са прости класификационни системи, а описание на топологията на усилвателя, т.е. как функционират на ниво ядро. Докато всеки тип усилвател има свой собствен набор от силни и слаби страни, тяхната работа (и как се оценяват крайните точки) остава непроменена.
Състои се в трансформиране на формата на вълната, като изпраща предишния блок без смущенияили поне възможно най-малко изкривяване.
Клас А
В сравнение с други класове усилватели на силови честоти, които ще бъдат описани по-долу, моделите от клас А са относително прости устройства. Решаващият принцип на работата е, че всички изходни блокове на преобразувателите трябва да преминат през пълен 360-градусов сигнален контур. Клас А също може да бъде разделен на единични и двутактови усилватели. Push /pull се различава от основното обяснение по-горе с помощта на изходните двойки. Докато и двете устройства провеждат пълен 360-градусов цикъл, едното устройство ще носи по-голямата част от натоварването върху положителната част от цикъла, а другото - с по-отрицателен цикъл. Основното предимство на тази схема е намаленото изкривяване в сравнение с едноконусните структури, тъй като флуктуациите на сдвоените поръчки са изключени. В допълнение, двутактовите А клас конструкции са по-малко чувствителни към шума. Поради положителните качества, свързани с работата на клас А, той се счита за златен стандарт за качество на звука в много области на производството на акустика. Тези проекти обаче имат един важен недостатък - ефективност. Изискването за усилватели на звукови честоти на транзистори от клас А е да се гарантира, че всички изходни устройства работят непрекъснато. Това действие води до значителни загуби на енергия, които в крайна сметка се превръщат в топлина. Това допълнително се изостря от факта, че конструкциите от клас А изискват относително високи нива на ток на покой, което е величината на тока, протичащ през изходните устройства, когато усилвателят произвежда нула.навън. Производителността в реалния свят може да бъде около 15-35%, с възможност за използване на едноцифрени цифри, използвайки високо динамичен изходен материал.
Клас В
Като се има предвид, че всички механизми на изхода в честотния усилвател на транзистори от клас А заемат 100% от времето, блоковете от клас Б използват двутаксова верига по такъв начин, че само половината от устройствата изхода провежда ток по всяко време. Едната половина покрива част от формата на вълната с 180 градуса, а другата покрива напречното сечение от -180 градуса. В резултат на това усилвателите от клас B са много по-ефективни от техните аналози от клас А, с теоретичен максимум от 785%. Като се има предвид относително високата ефективност, клас Б се използва в някои професионални конвертори за акустично усилване, както и в някои домашни усилватели на лампи. Въпреки очевидната им сила, шансовете за закупуване на жилище за клас Б са почти нулеви. Анализът на честотния усилвател показа причината за това, известна като криволинейно изкривяване.
Проблемът със забавянето на прехвърлянето на услуги между устройствата, обработването на положителните и отрицателните части на формата на вълната се счита за значим. От само себе си се разбира, че подобно изкривяване се чува в достатъчни количества и въпреки че някои проекти от клас Б са по-добри от другите в това отношение, клас В не е получил специално признание от феновете на чист звук.
Клас A /B
Тръбният усилвател на звуковите честоти може да бъде намерен на много концертни места. Той еХарактеризира се с висока производителност и не прегрява. В допълнение, моделите са много по-евтини от много цифрови блокове. Но има отклонение. Този модул може да не работи с всички аудио формати. Ето защо е по-добре да се използва оборудването като част от цялостната система за обработка на сигнали. Класът A /B комбинира най-доброто от всеки тип устройство, за да създаде единица без недостатъците на едната или другата. Благодарение на тази комбинация, предимствата на усилвателите клас A /B до голяма степен доминират на потребителския пазар.
Решението всъщност е доста просто в концепцията си. Когато клас В използва двутактово устройство с всяка половина от 180-градусовия изход, механизмите от клас А /Б го увеличават до ~ 181-200 градуса. По този начин има много по-малка вероятност от "счупване" на цикъла и следователно изкривяването на кросоувера се намалява до такава степен, че няма значение. Усилвателите на силата на лампата могат да бъдат много по-бързо поглъщащи тези препятствия. Благодарение на тази функция, звукът идва от устройството много по-чисто. Модели с подобни характеристики често се използват за трансформиране на звука на акустични и електрически китари. Достатъчно е да се каже, че A /B класът изпълнява обещанията си, лесно надминавайки ефективността на чистите структури от клас А с поръчки от ~ 50-70%, постигнати в реалния свят. Действителните нива, разбира се, зависят от това колко е изместен усилвателя, както и от софтуера и други фактори. Заслужава да се отбележи също, че някои класни стаиA /B прави още една крачка напред в стремежа си да елиминира изкривяването на кросоувера, като работи в чист режим от клас А до няколко вата мощност. Това дава известна ефективност при ниски нива, но също така гарантира, че усилвателят не се превръща в фурна, когато захранва голямо количество енергия.
Класове G и H
Друга двойка проекти, предназначени да подобрят ефективността. От техническа гледна точка официално не са признати нито усилватели от клас G, нито клас H. Вместо това, те представляват вариации на клас A /B, използвайки превключване на напрежението на шината и съответно модулиране на шината. Във всеки случай, при ниско потребление, системата използва по-ниско напрежение на шината от подобен A /B усилвател, което значително намалява консумацията на енергия. При възникване на високомощни условия, системата динамично увеличава напрежението в шината (т.е. превключва към шината с високо напрежение) за обработка на високочестотни преходни процеси.
Недостатъците са също. Основната е високата цена. При оригиналните схеми на комутиращите мрежи биполярните транзистори са използвани за управление на изходните потоци, което увеличава сложността и разходите. Висококачествени лампови усилватели от този тип звукова честота са широко разпространени, въпреки че цената започва от 50 хиляди рубли. Блокът се счита за професионална техника за работа на сцената или запис в студиото. Има проблеми с транзистори. При продължително натоварване някои от тях може да се провалят. Днес цената често намалява до известна степен сИзползване на DCM транзистори с висока мощност за избор или смяна на водачите. Използването на полеви MDN транзистори не само повишава ефективността и намалява отоплението, но също така изисква по-малко детайли (обикновено едно устройство на поток). В допълнение към разходите за включване на шината, самата модулация, заслужава да се отбележи, че някои G-тип усилватели използват повече изходни устройства от типичния A /B дизайн. Една двойка устройства ще работи в типичен A /B режим, захранван от гуми с ниско напрежение. В същото време, другото е в резерв, за да действа като усилвател на напрежението, което се активира само в зависимост от ситуацията. Поддържайте високи натоварвания само на класове G и H, свързани с мощни усилватели, където повишената ефективност се оправдава. Компактните конструкции могат да използват топологията на G /H клас, за разлика от A /B, като се има предвид, че преминаването към режим на ниска мощност означава, че те могат да се справят с малко по-малък радиатор.
Клас D
Този тип устройство ви позволява да създадете свои собствени модулни системи. С помощта на оборудване има висококачествена обработка на целия изходящ поток. Проектирането на усилватели за силата на звуковата честота ви позволява да създадете своя собствена мултимедийна система за работа или забавление. Но тук са неговите нюанси. Често погрешно наричани цифрово усилване, конверторите от клас D представляват гаранция за ефективност на единица, а при реални тестове се постигат коефициенти над 90%. Първо, трябва да разберете защо е такасе отнася за клас D, ако "цифровото усилване" е неправилно. Това беше само следващата буква в азбуката, с клас С, използвана в аудиосистемите. По-важното е, че 90% + ефикасност може да бъде постигната. Докато всички по-горе споменати класове усилватели имат едно или повече изходни устройства, които са винаги активни, дори когато преобразувателят всъщност е в режим на готовност, блоковете от клас D бързо ги превръщат в състояния "изключено" и "включено". Това е доста удобно и ви позволява да използвате модула само в подходящите моменти.
Например изчисляването на усилвателите на честотния клас Т, което е изпълнение на клас D, разработено от Tripath, за разлика от базовото устройство, използва честота на превключване от около 50 MHz. Изходните устройства обикновено се контролират чрез импулсно-широчинна модулация. Това е, когато от модулатора се генерират правоъгълни вълни с различна ширина, което представлява аналоговия сигнал за възпроизвеждане. В строгия контрол на изходните устройства по този начин теоретично е възможно 100% ефективност (макар че очевидно е недостижим в реалния свят). Задълбочавайки се в света на усилвателя клас D, можете да намерите и справка за аналогови и цифрови контролирани модули. Тези контролни устройства имат аналогов входен сигнал и аналогова система за управление, обикновено с известна степен на корекция на грешките на обратната връзка. От друга страна, цифровите преобразуватели от клас D използват цифров контрол, който променя нивото на мощност без контрол на грешките. Това решение също е намереноОдобрение, според прегледите на много купувачи. Ценовият сегмент обаче е много по-висок. Изследването на честотния усилвател показа, че аналогово контролираният клас D има предимство пред неговото представяне в сравнение с цифровия аналог, тъй като обикновено предлага по-нисък изходен импеданс (съпротивление) и подобрен профил на изкривяване. Това повишава изходните стойности на системата при максимално натоварване. Параметрите на усилвателите на звуковата честота са много по-високи, отколкото в базовите модели. Струва си да се разбере, че такива изчисления са необходими само за създаване на музика в студиото. За обикновените купувачи тези характеристики могат да бъдат пропуснати. Това обикновено е L-веригата (индуктор и кондензатор), поставена между усилвателя и високоговорителите за намаляване на шума, свързан с работата на клас D. Филтърът е от голямо значение. Лошият дизайн може да застраши ефективността, надеждността и качеството на звука. В допълнение, обратната връзка след филтъра на източника има своите предимства. Въпреки че проектите, които не използват обратна връзка на този етап, могат да коригират своя отговор към даден импеданс, когато такива усилватели имат сложен товар (т.е. високоговорител, а не резистор), честотният отговор може да варира значително в зависимост от натоварването на високоговорителя. Обратната връзка стабилизира този проблем, като осигурява гладък отговор на сложни натоварвания. В крайна сметка сложността на звуковите честоти на усилвателя клас D има своите предимства. Ефективност и следователно по-малко тегло. Защото тя е относителнаМалко енергия се изразходва за топлинна енергия, много по-малко енергия е необходима. Затова много усилватели от клас D се използват заедно с импулсни захранвания (SMPSs). Подобно на изходния етап, самият източник на захранване може бързо да се включва и изключва за регулиране на напрежението, което води до допълнителни подобрения на ефективността и способността да се намали теглото спрямо традиционните аналогови /линейни захранвания. В съвкупност дори мощните усилватели клас D могат да тежат само няколко килограма. Липсата на SMPS захранване в сравнение с традиционните линейни източници е, че първите обикновено нямат голям динамичен запас. Тестовете и многобройните изпитвания на DFE от клас D с линейни захранвания в сравнение с модулите SMPS показаха, че това наистина е така. Когато два усилвателя обработват номинална мощност, един с линеен източник на енергия може да създаде по-високи динамични нива на мощност. Независимо от това, дизайнът на SMPS става все по-разпространен и в магазините можете да очаквате да видите повече качествени блокове от клас D на следващото поколение, използвайки подобни форми.
Сравнение на ефективността на класове AB и D
Въпреки че ефективността на честотния усилвател на транзистори клас A /B се увеличава с приближаването към максималната изходна мощност, конструкциите от клас D поддържат висока ефективност на повечето работни диапазони. В резултат на това ефективността и качеството на звука все повече се накланя към последнотоблокът
Използване на единичен преобразувател
С правилното прилагане на някой от горните блокове извън клас В може да се формира основата на усилвател с висока точност. В допълнение към потенциалните грешки в производителността (които произтичат главно от дизайнерски решения, които не са присъщи на класа), изборът на тип блок е до голяма степен въпрос на цена в сравнение с ефективността. На днешния пазар доминира простият усилвател за честота клас А /Б и има добра причина за това. Той работи много добре, сравнително евтино и неговите характеристики са доста адекватни за приложения с ниска мощност (> 200 вата). Разбира се, тъй като производителите на конвертори се опитват да разширят границите на доставка, например с моноблок Emotiva XPR-1 с мощност от 1000 W, те се обръщат към моделите от клас G /H и D, за да избегнат удвояване на усилвателите като системи, които могат бързо да загряват технологията. Междувременно, от другата страна на пазара има фенове от клас А, които могат да простят липсата на производителност на устройството с надеждата за по-чист звук.
Резултат
В крайна сметка, класовете конвертори не са непременно толкова важни. Разбира се, съществуват реални различия, особено когато става въпрос за цена, ефективност на усилвателя и, следователно, тегло. Разбира се, технологията клас А с мощност от 500 W е лоша идея, освен ако, разбира се, потребителят има мощна охладителна система. От друга страна, различията между класовете не определят качеството на звука. В крайна сметка става дума за проектирането и изпълнението на техните собствени проекти. Важно е да се разбере, че потребителите са само единустройство, което е част от аудио системата.
Решението всъщност е доста просто в концепцията си. Когато клас В използва двутактово устройство с всяка половина от 180-градусовия изход, механизмите от клас А /Б го увеличават до ~ 181-200 градуса. По този начин има много по-малка вероятност от "счупване" на цикъла и следователно изкривяването на кросоувера се намалява до такава степен, че няма значение. Усилвателите на силата на лампата могат да бъдат много по-бързо поглъщащи тези препятствия. Благодарение на тази функция, звукът идва от устройството много по-чисто. Модели с подобни характеристики често се използват за трансформиране на звука на акустични и електрически китари. Достатъчно е да се каже, че A /B класът изпълнява обещанията си, лесно надминавайки ефективността на чистите структури от клас А с поръчки от ~ 50-70%, постигнати в реалния свят. Действителните нива, разбира се, зависят от това колко е изместен усилвателя, както и от софтуера и други фактори. Заслужава да се отбележи също, че някои класни стаиA /B прави още една крачка напред в стремежа си да елиминира изкривяването на кросоувера, като работи в чист режим от клас А до няколко вата мощност. Това дава известна ефективност при ниски нива, но също така гарантира, че усилвателят не се превръща в фурна, когато захранва голямо количество енергия.
Недостатъците са също. Основната е високата цена. При оригиналните схеми на комутиращите мрежи биполярните транзистори са използвани за управление на изходните потоци, което увеличава сложността и разходите. Висококачествени лампови усилватели от този тип звукова честота са широко разпространени, въпреки че цената започва от 50 хиляди рубли. Блокът се счита за професионална техника за работа на сцената или запис в студиото. Има проблеми с транзистори. При продължително натоварване някои от тях може да се провалят. Днес цената често намалява до известна степен сИзползване на DCM транзистори с висока мощност за избор или смяна на водачите. Използването на полеви MDN транзистори не само повишава ефективността и намалява отоплението, но също така изисква по-малко детайли (обикновено едно устройство на поток). В допълнение към разходите за включване на шината, самата модулация, заслужава да се отбележи, че някои G-тип усилватели използват повече изходни устройства от типичния A /B дизайн. Една двойка устройства ще работи в типичен A /B режим, захранван от гуми с ниско напрежение. В същото време, другото е в резерв, за да действа като усилвател на напрежението, което се активира само в зависимост от ситуацията. Поддържайте високи натоварвания само на класове G и H, свързани с мощни усилватели, където повишената ефективност се оправдава. Компактните конструкции могат да използват топологията на G /H клас, за разлика от A /B, като се има предвид, че преминаването към режим на ниска мощност означава, че те могат да се справят с малко по-малък радиатор.
