Аудио күшейткіш – кіріс сигналының нұсқасын жасайтын және күшейтетін тізбекті сипаттау үшін пайдаланылатын жалпы термин. Дегенмен, конфигурациялары мен жұмыс режимдеріне қарай жіктелетін түрлендіргіш технологиялардың барлығы бірдей емес.
Электроникада шағын күшейткіштер әдетте пайдаланылады, себебі олар салыстырмалы түрде шағын кіріс сигналын, мысалы, музыкалық ойнатқыш сияқты сенсордан реле, шам немесе дауыс зорайтқышты басқару үшін әлдеқайда үлкен шығыс сигналына күшейте алады., т.б.
Операциялық және шағын сигнал түрлендіргіштерінен бастап үлкен импульс пен қуат түрлендіргіштеріне дейін күшейткіштер ретінде жіктелген электрондық схемалардың көптеген түрлері бар. Құрылғының классификациясы үлкен немесе кіші сигнал өлшеміне, оның физикалық конфигурациясына және кіріс ағынының өңделу жолына, яғни кіріс деңгейі мен жүктемеде ағып жатқан ток арасындағы қатынасқа байланысты.
Құрылғы анатомиясы
Аудио жиілік күшейткіштерін қарапайым қорап ретінде көруге боладынемесе екі кіріс және екі шығыс терминалы бар биполярлық, FET немесе операциялық сенсор сияқты құрылғысы бар блок (жерге ортақ). Оның үстіне шығыс сигналы құрылғыдағы түрлендіруге байланысты әлдеқайда үлкен.
Идеал сигнал күшейткішінің үш негізгі қасиеті болады:
- Кіріс кедергісі немесе (R IN).
- Шығыс кедергісі немесе (R OUT).
- Ұту немесе (A).
Күшейткіш тізбегі қаншалықты күрделі болса да, осы үш қасиеттің байланысын көрсету үшін жалпы блок үлгісін пайдалануға болады.
Жалпы түсініктер
Жоғары сапалы дыбыс күшейткіштерінің өнімділігі әртүрлі болуы мүмкін. Әрбір түрдің сандық немесе аналогтық түрлендіруі бар. Кодтар оларды бөлу үшін орнатылған.
Кіріс және шығыс сигналдары арасындағы өскен айырмашылық түрлендіру деп аталады. Пайда күшейткіштің кіріс сигналын қаншалықты «түрлендіретінін» көрсететін көрсеткіш. Мысалы, егер кіріс деңгейі 1 вольт және шығыс деңгейі 50 вольт болса, онда түрлендіру 50 болады. Басқаша айтқанда, кіріс сигналы 50 рет әзірленді. Аудио жиілігін күшейткіш дәл осылай жасайды.
Түрлендіру есебі жай ғана шығыстың кіріске бөлінген қатынасы болып табылады. Бұл жүйеде оның қатынасы бірліктері жоқ, бірақ электроникада әдетте пайда алу үшін A таңбасы қолданылады. Содан кейін түрлендіру жай ғана "шығыс кіріске бөлінген" ретінде есептеледі.
Қуат түрлендіргіштері
Ұлғайтқыш кішкентайСигнал күшейткіші әдетте «кернеу» күшейткіші деп аталады, себебі ол кішкене кірісті әлдеқайда үлкен шығыс кернеуіне түрлендіруге бейім. Кейде қозғалтқышты немесе дауыс зорайтқышты басқару үшін құрылғы тізбегі қажет болады және жоғары коммутациялық токтар қатысатын қолданбалардың осы түрлері үшін қуат түрлендіргіштері қажет.
Аты айтып тұрғандай, қуат күшейткішінің (үлкен сигнал күшейткіші ретінде де белгілі) негізгі міндеті жүктемені қуатпен қамтамасыз ету болып табылады. Бұл шығыс қуаты кіріс сигнал деңгейінен жоғары жүктемеге қолданылатын кернеу мен токтың көбейтіндісі. Басқаша айтқанда, түрлендіргіш динамиктің қуатын арттырады, сондықтан блоктық схеманың бұл түрі динамиктерді басқару үшін аудио түрлендіргіштердің сыртқы кезеңдерінде қолданылады.
Жұмыс принципі
Дыбыс күшейткіш қуат көзінен алынатын тұрақты токты жүктемеге берілетін айнымалы ток кернеуінің сигналына түрлендіру принципі бойынша жұмыс істейді. Түрлендіру жоғары болғанымен, тұрақты ток көзінен айнымалы ток кернеуінің шығыс сигналына дейінгі тиімділігі әдетте төмен.
Идеал блок құрылғыға 100% тиімділік береді немесе кем дегенде IN IN OF OUT қуатына тең болады.
Сынып бөлімі
Егер пайдаланушылар аудио қуат күшейткіштерінің сипаттамаларын қараған болса, олар әдетте әрпімен немесе әрпімен белгіленген жабдық сыныптарын байқаған болуы мүмкін.екі. Бүгінгі күні тұтынушылардың үй аудиосында қолданылатын ең көп таралған блок түрлері: A, A/B, D, G және H мәндері.
Бұл сыныптар қарапайым жіктеу жүйелері емес, күшейткіш топологиясының сипаттамасы, яғни олардың негізгі деңгейде қалай жұмыс істейтіні. Күшейткіштің әр түрінің өзіндік күшті және әлсіз жақтары болғанымен, олардың өнімділігі (және соңғы сипаттамалар қалай өлшенетіні) өзгеріссіз қалады.
Бұл алдын ала құрылғы жіберген толқын пішінін кедергі келтірмей немесе мүмкіндігінше аз бұрмалаусыз түрлендіру.
А сыныбы
Төменде сипатталатын аудио қуат күшейткіштерінің басқа сыныптарымен салыстырғанда, А класының үлгілері салыстырмалы түрде қарапайым құрылғылар. Жұмыстың анықтаушы принципі барлық түрлендіргіш шығыс блоктары толық 360 градустық сигнал циклінен өтуі керек.
А класын бір жақты және итергіш күшейткіштерге де бөлуге болады. Басу/тарту жоғарыдағы негізгі түсініктемеден жұпта шығару құрылғыларын пайдалану арқылы ерекшеленеді. Екі құрылғы да толық 360 градус циклін орындаған кезде, бір құрылғы циклдің оң бөлігінде жүктеменің көп бөлігін, ал екіншісі теріс циклдің көп бөлігін көтереді.
Бұл схеманың басты артықшылығы бір жақты конструкциялармен салыстырғанда бұрмалауды азайту болып табылады, өйткені тіпті тапсырыс ауытқулары да жойылады. Оған қоса, А класындағы push-pull конструкциялары шуға азырақ сезімтал.
А класындағы өнімділікке байланысты оң қасиеттерге байланысты ол көптеген акустикалық қолданбаларда дыбыс сапасының алтын стандарты болып саналады. Дегенмен, бұл дизайндардың бір маңызды кемшілігі бар - тиімділік.
А класты транзисторлық дыбыс күшейткіштеріне барлық шығыс құрылғыларының әрқашан қосулы болуы талабы. Бұл әрекет энергияның айтарлықтай жоғалуына әкеледі, ол ақырында жылуға айналады. Бұл А класының конструкциялары салыстырмалы түрде жоғары деңгейдегі тыныш токты қажет ететіндігімен одан әрі күшейтеді, бұл күшейткіш нөлдік шығысты шығаратын кезде шығыс құрылғылары арқылы өтетін ток мөлшері. Нақты әлемдік тиімділік мөлшерлемелері 15-35% деңгейінде болуы мүмкін, жоғары динамикалық бастапқы материалды пайдалану арқылы бір таңбалы сандар мүмкін.
В сыныбы
А класындағы дыбыс күшейткішіндегі барлық шығыс механизмдері жұмыс істеуге уақыттың 100%-ын алса, В класының қондырғылары кез келген уақытта шығыс құрылғыларының жартысы ғана ток өткізетіндей итермелеу схемасын пайдаланады.
Бір жартысы толқын пішінінің +180 градус бөлігін, ал екінші жартысы -180 градус бөлігін қамтиды. Нәтижесінде В класындағы күшейткіштер теориялық максимум 78,5% болатын А класындағы аналогтарына қарағанда айтарлықтай тиімдірек. Салыстырмалы түрде жоғары тиімділікті ескере отырып, В класы кейбір кәсіби PA түрлендіргіштерінде, сондай-ақ кейбір үйдегі түтік күшейткіштерінде қолданылған. Оларға қарамастанайқын күш, үйге арналған В класты блокты алу мүмкіндігі іс жүзінде нөлге тең. Аудио күшейткішті тексеру оның себебін көрсетті, ол кроссовер бұрмалануы деп аталады.
Толқын пішінінің оң және теріс бөліктерін өңдейтін құрылғылар арасындағы кідіріс мәселесі маңызды болып саналады. Бұл бұрмалау жеткілікті мөлшерде естілетіні айтпаса да түсінікті, және кейбір В класының конструкциялары осыған байланысты басқаларға қарағанда жақсырақ болғанымен, В сыныбы таза дыбысты әуесқойлардан аз танылды.
А/В сыныбы
Түтік аудио күшейткішті көптеген концерттік орындардан табуға болады. Ол жоғары өнімділікке ие және қызып кетпейді. Сонымен қатар, модельдер көптеген сандық блоктарға қарағанда әлдеқайда арзан. Бірақ ауытқулар да бар. Мұндай модуль барлық аудио пішімдерімен жұмыс істемеуі мүмкін. Сондықтан жабдықты сигналдарды өңдеудің жалпы кешенінің бөлігі ретінде пайдаланған дұрыс.
А/В класы кез келген құрылғы түрінің ең жақсысын біріктіріп, екеуінің де кемшіліктерінсіз құрылғы жасайды. Артықшылықтардың осы тіркесімі арқылы A/B класындағы күшейткіштер тұтыну нарығында басым болады.
Шешім тұжырымдамада өте қарапайым. В класы шығыс сатысының әрбір жартысы 180 градус өткізетін итергіш құрылғыны пайдаланса, A/B класының механизмдері оны ~181-200 градусқа дейін арттырады. Осылайша, барілмекте «жыртылу» ықтималдығы әлдеқайда аз, сондықтан кроссовер бұрмалануы маңызды емес деңгейге дейін төмендейді.
Клапан аудио қуат күшейткіштері бұл кедергіні әлдеқайда жылдам жұтады. Осы қасиетінің арқасында дыбыс құрылғыдан әлдеқайда таза шығады. Бұл сипаттамалардың үлгілері акустикалық және электрлік гитаралардың дыбысын өзгерту үшін жиі пайдаланылады.
А/В класы өз уәдесін орындап, ~50-70% шынайы әлемдік өнімділікпен таза А сыныбынан оңай асып түсетінін айтсақ та жеткілікті. Нақты деңгейлер, әрине, күшейткіштің қаншалықты ығыстырылғанына, сондай-ақ бағдарламалық материалға және басқа факторларға байланысты. Сондай-ақ, кейбір A/B класс конструкциялары бірнеше ватт қуатқа дейін таза А класы режимінде жұмыс істеу арқылы кроссовер бұрмалануын жоюға ұмтылуда бір қадам алға жылжитынын атап өткен жөн. Бұл төмен деңгейлерде біршама тиімділік береді, бірақ үлкен қуат қолданылғанда күшейткіштің пешке айналмауын қамтамасыз етеді.
G және H сыныптары
Тиімділікті арттыруға арналған дизайнның тағы бір жұбы. Техникалық тұрғыдан алғанда, G класының да, H класының күшейткіштері де ресми түрде танылмайды. Оның орнына, олар сәйкесінше шиналық кернеуді ауыстыруды және шина модуляциясын қолданатын A/B сыныбы тақырыбының вариациялары. Кез келген жағдайда, төмен сұраныс жағдайында жүйе ұқсас класты A/B күшейткішіне қарағанда шинаның төменгі кернеуін пайдаланады, бұл айтарлықтайқуат тұтынуды азайтады. Жоғары қуат жағдайлары орын алған кезде жүйе жоғары амплитудалық өтпелі процестерді өңдеу үшін шина кернеуін динамикалық түрде арттырады (яғни жоғары вольтты шинаға ауысады).
Кемшіліктер де бар. Олардың ішінде ең бастысы - жоғары баға. Түпнұсқа желілік коммутациялық схемалар шығыс ағындарын басқару үшін биполярлы транзисторларды қолданды, бұл күрделілік пен шығынды қосады. Бағасы 50 мың рубльден басталатынына қарамастан, бұл түрдегі жоғары сапалы түтік аудио жиілік күшейткіштері жиі кездеседі. Блок сахнада жұмыс істеу немесе студияда жазу үшін кәсіби әдіс болып саналады. Транзисторлармен проблемалар бар. Ұзақ жүктеме кезінде олардың кейбіреулері істен шығуы мүмкін.
Бүгінгі таңда нұсқаулықтарды таңдау немесе өзгерту үшін жоғары ағымдағы MOSFET пайдалану арқылы баға жиі белгілі бір дәрежеде төмендейді. MOSFET пайдалану тиімділікті арттырып, жылуды азайтып қана қоймайды, сонымен қатар аз бөлшектерді қажет етеді (әдетте бір жіпке бір құрылғы). Шинаны ауыстыру құнынан, модуляцияның өзінен басқа, кейбір G класындағы күшейткіштер әдеттегі A/B класс конструкциясына қарағанда көбірек шығыс құрылғыларын пайдаланатынын атап өткен жөн.
Бір жұп құрылғы төмен вольтты шиналар арқылы қуат алатын әдеттегі A/B режимінде жұмыс істейді. Бұл уақытта екіншісі кернеу күшейткіш ретінде әрекет ету үшін күту режимінде, тек жағдайға байланысты іске қосылады. Тек G және H кластары жоғары жүктемелерге төтеп береді,қуатты күшейткіштермен байланысты, мұнда жоғары тиімділік өз нәтижесін береді. Ықшам конструкциялар сонымен қатар A/B топологиясына қарағанда G/H топологияларын пайдалана алады, өйткені төмен қуат режиміне ауысу олардың сәл кішірек радиатормен құтыла алатынын білдіреді.
D сыныбы
Құрылғының бұл түрі жеке модульдік жүйелерді жасауға мүмкіндік береді. Жабдықтың көмегімен барлық шығатын ағынның жоғары сапалы өңделуі орын алады. Дыбыс жиілігінің қуат күшейткіштерін жобалау жұмыс немесе ойын-сауық үшін жеке мультимедиялық жүйені жасауға мүмкіндік береді. Дегенмен, мұнда кейбір нюанстар бар. Көбінесе қате түрде цифрлық күшейту деп аталады, D класындағы түрлендіргіштер бірлік тиімділігінің кепілі болып табылады және нақты сынақта 90%-дан асатын табыстарға қол жеткізеді.
Алдымен "сандық күшейту" дұрыс емес болса, бұл неге D класы екенін қарастырған жөн. Бұл әліпбидегі келесі әріп болды, аудио жүйелерде C класы қолданылады. Ең бастысы, 90% + тиімділікке қалай қол жеткізуге болады. Бұрын айтылған күшейткіш кластарының барлығында түрлендіргіш шын мәнінде күту режимінде болса да тұрақты белсенді болатын бір немесе бірнеше шығыс құрылғылары болғанымен, D класының қондырғылары оларды тез өшіреді және қосады. Бұл өте ыңғайлы және модульді тек қажетті сәтте пайдалануға мүмкіндік береді.
Мысалы, T класындағы дыбыс күшейткіштерін есептеуTripath-тың D класын іске асыру, негізгі құрылғыдан айырмашылығы, 50 МГц тәртібіндегі коммутация жиілігін пайдаланады. Шығару құрылғылары әдетте импульстік ен модуляциясымен басқарылады. Бұл ойнату үшін аналогтық сигнал ұсынатын модулятор арқылы әртүрлі ені бар шаршы толқындар жасалған кезде. Шығару құрылғыларын осылайша қатаң бақылау арқылы 100% тиімділік теориялық тұрғыдан мүмкін болады (бірақ нақты әлемде қол жеткізу мүмкін емес).
D класындағы аудио күшейткіштер әлемін зерттей отырып, сіз аналогтық және цифрлық басқарылатын модульдер туралы да айта аласыз. Бұл басқару блоктарында аналогтық кіріс сигналы және аналогты басқару жүйесі бар, әдетте кері байланыс қатесін түзетудің белгілі бір дәрежесі бар. Екінші жағынан, D класының сандық түрлендіру күшейткіштері қате бақылаусыз қуат сатысын ауыстыратын цифрлық басқаруды пайдаланады. Бұл шешім көптеген сатып алушылардың пікірлері бойынша мақұлданды. Дегенмен, мұнда баға сегменті әлдеқайда жоғары.
Аудио күшейткіштің зерттеулері аналогтық басқарылатын D класының цифрлық аналогқа қарағанда өнімділік артықшылығы бар екенін көрсетті, себебі ол әдетте төмен шығыс кедергісі (қарсылық) және жақсартылған бұрмалау профилін ұсынады. Бұл максималды жүктеме кезінде жүйенің бастапқы мәндерін арттырады.
Дыбыс жиілігі күшейткіштерінің параметрлері негізгі үлгілердің параметрлерінен әлдеқайда жоғары. Мұндай есептеулер тек студияда музыка жасау үшін қажет екенін түсіну керек. Қарапайым сатып алушылар үшін бұлсипаттамаларды өткізіп жіберуге болады.
Әдетте L-тізбегі (индуктор мен конденсатор) D класының жұмысына байланысты шуды азайту үшін күшейткіш пен дауыс зорайтқыштар арасына орналастырылады. Сүзгі үлкен маңызға ие. Нашар дизайн тиімділікке, сенімділікке және дыбыс сапасына нұқсан келтіруі мүмкін. Сонымен қатар, шығыс сүзгіден кейінгі кері байланыс өзінің артықшылықтарына ие. Осы кезеңде кері байланысты пайдаланбайтын конструкциялар олардың реакциясын белгілі бір кедергіге реттей алатынына қарамастан, мұндай күшейткіштер күрделі жүктемеге ие болған кезде (яғни резистор емес, дауыс зорайтқыш), жиілік реакциясы динамиктегі жүктемеге байланысты айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Кері байланыс күрделі жүктемелерге біркелкі жауап беру арқылы бұл мәселені тұрақтандырады.
Соңында D класындағы дыбыс күшейткіштерінің күрделілігінің артықшылықтары бар. Тиімділік және нәтижесінде салмағы аз. Жылуға салыстырмалы түрде аз энергия жұмсалатындықтан, әлдеқайда аз энергия қажет. Осылайша, D класының көптеген күшейткіштері коммутациялық режимдегі қуат көздерімен (SMPS) бірге қолданылады. Шығыс сатысы сияқты қуат көзінің өзін кернеуді реттеу үшін жылдам қосуға және өшіруге болады, нәтижесінде тиімділік одан әрі артады және дәстүрлі аналогтық/сызықтық қуат көздеріне қарағанда салмақты азайту мүмкіндігі болады.
Жалпы алғанда, тіпті D класындағы қуатты күшейткіштердің салмағы бірнеше килограмм ғана болады. Дәстүрлі желілік қуат көздерімен салыстырғанда SMPS қуат көздерінің кемшілігібіріншісінің әдетте бос орыны көп емес.
Сызықтық қуат көздері бар D класындағы аудио күшейткіштердің SMPS модульдерімен салыстырғандағы сынақтары мен көптеген сынақтары бұл шынымен де солай екенін көрсетті. Екі күшейткіш номиналды қуатпен жұмыс істегенде, бірақ желілік қуат көзі бар біреуі жоғары динамикалық қуат деңгейлерін шығара алады. Дегенмен, SMPS конструкциялары әдеттегідей болып барады және дүкендерде ұқсас пішіндерді пайдаланатын келесі ұрпақ D класының жақсырақ құрылғыларын көруге болады.
AB және D кластарының тиімділігін салыстыру
А/В класындағы транзисторлы аудио қуат күшейткішінің тиімділігі максималды шығыс қуатына жақындаған сайын арта түскенімен, D класының конструкциялары жұмыс ауқымдарының көпшілігінде жоғары тиімділікті сақтайды. Нәтижесінде тиімділік пен дыбыс сапасы соңғы блокқа қарай икемделуде.
Бір түрлендіргішті пайдаланыңыз
Дұрыс іске асырылған кезде, В класынан тыс жоғарыда аталған блоктардың кез келгені жоғары дәлдіктегі күшейткіштің негізін құра алады. Ықтимал өнімділік қателерінен басқа (бұл сыныпқа қатысты емес, ең алдымен дизайн шешімі), блок түрін таңдау негізінен тиімділік пен шығынға қатысты мәселе болып табылады.
Бүгінгі нарықта қарапайым A/B класындағы дыбыс күшейткіші басым, оның себебі де бар. Ол өте жақсы жұмыс істейді, салыстырмалы түрде арзан және оныңтиімділігі төмен қуатты қолданбалар үшін жеткілікті (>200 Вт). Әрине, конвертер өндірушілері конвертті, мысалы, 1000 Вт Emotiva XPR-1 моноблокымен итеруге тырысқанда, олар жабдықты жылдам қыздыруға қабілетті жүйелер ретінде күшейткіштерін қайталамау үшін G/H және D класс конструкцияларына жүгінеді. Сонымен қатар, нарықтың екінші жағында таза дыбыс үмітімен құрылғының тиімділігінің жоқтығын кешіре алатын А класының жанкүйерлері бар.
Нәтиже
Ақырында, конвертер кластары міндетті түрде маңызды емес. Әрине, нақты айырмашылықтар бар, әсіресе құны, күшейткіштің тиімділігі және салмағына қатысты. Әрине, 500 Вт А класындағы құрылғылар, әрине, пайдаланушының күшті салқындату жүйесі болмаса, жаман идея. Екінші жағынан, сыныптар арасындағы айырмашылықтар дыбыс сапасын анықтамайды. Ақыр соңында, бұл өз жобаларыңызды әзірлеуге және жүзеге асыруға байланысты. Түрлендіргіштер аудио жүйенің бөлігі болып табылатын бір ғана құрылғы екенін түсіну маңызды.
