کلاس های تقویت کننده توضیح داده شده: کلاس A، B، AB، D، G، H و نحوه انتخاب درست

قرار دادن یک ساب ووفر 500 واتی در کابینت قبل از هر چیز دیگری یک تصمیم را در مورد مشخصات الزامی می کند: کدام کلاس تقویت کننده مرحله خروجی را هدایت می کند. این انتخاب واحد جرم سینک حرارتی، وزن منبع تغذیه، حجم محفظه و میزان فضای سر باقی می‌ماند تا اعوجاج قابل شنیدن باشد. نتیجه‌گیری عملی برای سازندگان سیستم: کلاس D بر طراحی‌های جدید ماژول صوتی حرفه‌ای تسلط دارد زیرا 85 تا 95 درصد برق منبع را به سیگنال تبدیل می‌کند. کلاس AB مرجع آنالوگ برای صدای شفاف و سرویس دهی قابل پیش بینی باقی می ماند. کلاس G و کلاس H یک مسیر میانی را برای مراحل خطی پرقدرت که به گرمای کمتری نیاز دارند ارائه می دهند. کلاس A و کلاس B امروزه عمدتاً به عنوان مفاهیم مهم هستند، اما رفتار زاویه هدایت آنها هر کلاسی را که پس از آن توضیح می دهد توضیح می دهد.

چه چیزی یک کلاس تقویت کننده را تعریف می کند؟

هر کلاس تقویت کننده با زاویه هدایت دستگاه های خروجی آن - بخشی از هر چرخه ورودی که در طی آن ترانزیستورها جریان را عبور می دهند، تعریف می شود. دستگاهی که 360 درجه هدایت می کند به طور مداوم روشن می ماند. دستگاهی که 180 درجه هدایت می کند تنها نیمی از شکل موج را کنترل می کند. زاویه هدایت یک سقف بازده نظری را تعیین می کند، زیرا یک دستگاه رسانا که سیگنالی را ارائه نمی دهد، همچنان توان را تلف می کند. همچنین امضای تحریف صحنه را پیش بینی می کند.

کلاس های زیر هر چیزی را که یک طراح سیستم صوتی با آن مواجه می شود را پوشش می دهد. کلاس C فقط برای مرجع ظاهر می شود: کارکرد در دمای زیر 180 درجه راندمان را به بالای 70 درصد افزایش می دهد، اما خروجی را چنان مسطح می کند که به جای صدا به فرستنده های فرکانس رادیویی محدود می شود. مقادیر کارایی محدوده‌های عملی هستند که در مراجع الکترونیکی و برگه‌های داده ماژول ذکر شده‌اند. اعداد دقیق به ولتاژ تغذیه، بار و سطح عملیاتی بستگی دارد.

کلاس A: خطی بودن با هزینه عملیاتی بالا

مراحل خروجی کلاس A برای 360 درجه کامل انجام می شود. یک دستگاه یا یک جفت در حال اجرا در حالت تک پایانی، حتی زمانی که سیگنال ورودی وجود ندارد، در منطقه فعال خود باقی می ماند. این باعث می شود کلاس A خطی ترین توپولوژی خانواده های آنالوگ باشد: هیچ انتقالی بین دستگاه ها وجود ندارد، بنابراین اعوجاج متقاطع طبق تعریف وجود ندارد. قیمت اتلاف بیکار بسیار زیاد است. راندمان عملی کلاس A بین 20 تا 30 درصد است، بنابراین یک آمپلی فایر 100 وات 200 تا 300 وات را به عنوان گرما دور می‌کند. سینک های حرارتی رشد می کنند، ترانسفورماتورها رشد می کنند و هزینه های جاری دائمی می شوند. در ماژول های صوتی حرفه ای، مراحل خروجی کامل کلاس A فقط در سطح پیش تقویت کننده وجود دارد. در تقویت‌کننده‌های توان، کلاس A به عنوان ناحیه بایاس سیگنال کوچک یک مرحله ورودی کلاس AB باقی می‌ماند.

کلاس B: منشا فشاری-کششی

کلاس B شکل موج را به دو نیمه تقسیم می کند: یک ترانزیستور نیم چرخه مثبت را فشار می دهد و دیگری نیم چرخه منفی را می کشد، بنابراین هر دستگاه دقیقا 180 درجه هدایت می کند. راندمان تئوری به 78.5 درصد افزایش می یابد، اما انتقال در تقاطع صفر باعث ایجاد اعوجاج متقاطع زمانی می شود که هیچ یک از دستگاه ها به طور کامل تحت کنترل نباشد. هیچ مرحله خروجی صوتی جدی در کلاس B خالص اجرا نمی شود زیرا ناپیوستگی در سطوح سیگنال پایین قابل شنیدن است. طراحان یک جریان بایاس کوچک اضافه می کنند تا هر دو دستگاه در نقطه عبور صفر کمی روشن بمانند، و این تنظیم چیزی است که کلاس AB را تعریف می کند.

کلاس AB: اسب کار آنالوگ

کلاس AB بایاس خاموش کنترل شده را به ساختار فشار-کشش اضافه می کند. هر دو دستگاه خروجی کمی در تقاطع صفر هدایت می‌کنند و بریدگی متقاطع را حذف می‌کنند، سپس با رشد سیگنال به سمت قطع به عقب برمی‌گردند. راندمان در طراحی های صوتی عملی بین 50 تا 65 درصد است. یک ماژول 600 واتی کلاس AB هنوز هم در هنگام راندن سخت 200 تا 300 وات پرتاب می کند، بنابراین هیت سینک با باله های عمیق و گاهی هوای اجباری بخشی از طراحی باقی می ماند.

مهندسین کلاس AB را زمانی انتخاب می کنند که رفتار تونال اولویت باشد و اندازه محوطه مجاز باشد. رابطه بین جریان بایاس، اعوجاج و بار حرارتی آنقدر ظریف است که سازندگان آن را در طول سال‌ها اصلاح تولید کالیبره می‌کنند. همچنین به همین دلیل است که مهندسان به همان اندازه زمان را در مرحله خروجی صرف می کنند که روی درایورها، زیرا سهم ماژول تقویت کننده در کیفیت صدا شنیدن آسان تر از اندازه گیری است.

کلاس D: سوئیچینگ برای بهره وری

کلاس D مدل زاویه هدایت را به طور کامل کنار می گذارد. ترانزیستورهای خروجی به طور متناوب بین اشباع کامل و قطع کامل در فرکانس حامل بسیار بالاتر از باند صوتی، معمولاً 400 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز، و سیگنال صوتی در چرخه وظیفه شکل موج مدوله‌شده با عرض پالس حاصل می‌شود. یک فیلتر LC باند صوتی را در خروجی بازسازی می کند. از آنجا که یک کلید اشباع تقریباً هیچ ولتاژی را کاهش نمی دهد و یک کلید قطع تقریباً هیچ جریانی را عبور نمی دهد، بازده نظری به 100 درصد نزدیک می شود. ماژول های واقعی 85 تا 95 درصد را ارائه می دهند.

عواقب طراحی بلندگو فوری است. یک استیج کلاس D 500 واتی، هیت سینک ها را به اندازه کافی برای یک شاسی دایکاست کوچک نگه می دارد، در حالی که یک مرحله کلاس AB معادل به یک پروفیل اکسترود شده سنگین و یک ترانسفورماتور بزرگتر نیاز دارد. بازخورد مدرن پس از فیلتر مکانیسم‌های اعوجاج طرح‌های سوئیچینگ اولیه را تصحیح می‌کند و ماژول‌های کلاس D که به خوبی پیاده‌سازی شده‌اند، مقایسه‌های گوش دادن کور را در برابر تقویت‌کننده‌های آنالوگ خوب انجام می‌دهند.

تلاش مهندسی واقعی در فیلتر خروجی، رفتار EMI و مدیریت زمان مرده مرحله سوئیچینگ قرار دارد. تامین کنندگانی که در این زمینه تخصص دارند، معمولاً به جای اینکه فیلتر را به عنوان یک فکر بعدی تلقی کنند، هسته سوئیچینگ را با یک قسمت جلویی رزونانس یا اصلاح شده با ضریب توان جفت می کنند.

ماژول تقویت کننده ساب ووفر فعال EON522SUB با منبع رزونانس LLC این ماژول ساب ووفر کلاس D 500 واتی یک منبع رزونانس 800 واتی LLC را با اضافه بار، اتصال کوتاه و حفاظت حرارتی جفت می کند، که آن را برای کاربردهای باس با راندمان بالا که در متن اطراف بحث شده است، مناسب می کند. مشاهده محصول →

کلاس G و کلاس H: ریل های تامین هوشمندتر

کلاس G و کلاس H مرحله خروجی خطی تقویت کننده AB را حفظ می کنند اما آن را با یک ریل تغذیه تغذیه می کنند که با سیگنال سازگار است. کلاس G دو یا چند ریل ثابت را حفظ می کند و تنها زمانی که پیک سیگنال به آن نیاز داشته باشد به ریل بالاتر تغییر می کند. کلاس H ولتاژ ریل را به طور مداوم تعدیل می کند و پوشش سیگنال را با چند ولت فضای سر ردیابی می کند. دستگاه‌های خروجی در هر دو حالت خطی باقی می‌مانند، بنابراین نمایه اعوجاج شبیه کلاس AB است، اما میانگین ولتاژ بین دستگاه‌ها کمتر است. این گرمای اتلاف را کاهش می دهد و راندمان را به محدوده 65 تا 80 درصد می رساند.

هزینه به منبع تغذیه منتقل می‌شود: ترانسفورماتورهای چند ریلی با منطق جابجایی برای کلاس G، یا تنظیم‌کننده‌های ردیابی سریع برای کلاس H. این کلاس‌ها با ماژول‌های ساب ووفر و آرایه خطی مناسب هستند، جایی که موسیقی با ضریب تاج بالا به این معنی است که ریل بالاتر فقط برای قله‌های کوتاه فعال است. رویکرد کلاس H یک انتخاب رایج برای محفظه‌های تقویت‌شده دوگانه با منبع تغذیه ترانسفورماتور خطی است، به همین دلیل است که تأمین‌کنندگان ماژول این ترکیب را به‌عنوان یک پیکربندی استاندارد فهرست می‌کنند.

مقایسه کلاس های تقویت کننده در ماژول های واقعی

تصمیم طبقاتی هرگز به صورت مجزا گرفته نمی شود. با منبع تغذیه، محفظه و چرخه وظیفه برنامه موسیقی تعامل دارد. نمودار زیر نشان می دهد که چرا کلاس D در سیستم های قابل حمل و جمع و جور جذاب است.

کلاس D راندمان بالایی را در بیشتر محدوده خروجی خود حفظ می کند، در حالی که بازده کلاس AB در سطوح گوش دادن پایین کاهش می یابد. یک خروجی متوسط ​​50 وات از یک ماژول کلاس AB 500 واتی ممکن است در حدود 25 تا 30 درصد راندمان باشد. همین شرایط یک ماژول کلاس D را بالای 75 درصد نگه می دارد. در طول یک فصل تور، این تفاوت در هزینه برق، گرمای قفسه، و دفعات ایجاد حفاظت حرارتی نشان می‌دهد.

درک اینکه یک ماژول تقویت کننده توان فعال شامل چه چیزی است به خریداران کمک می کند تا این ماتریس را به درستی اعمال کنند. نامه کلاس فقط مرحله قدرت را توصیف می کند. طراحی عرضه، توپولوژی بازخورد و مدارهای حفاظتی قابلیت اطمینان در دنیای واقعی را تعیین می کند. به عنوان مثال، یک ماژول ساب ووفر، یک ریل ولتاژ بالا را با محدودیت خروجی ترکیب می‌کند تا از برنامه‌های بیس مداوم زنده بماند، بنابراین انتخاب کلاس و ویژگی‌های حفاظتی باید به عنوان یک سیستم ارزیابی شوند.

ماژول تقویت کننده ساب ووفر BTL EON180S 2092 برای صدای حرفه ای این ماژول ساب ووفر با خروجی 650 وات کلاس D BTL و منبع سوئیچینگ 800 وات شامل مدارهای محافظ مناسب برای کار بیس مداوم است که با ملاحظات کلاس تقویت کننده که در بالا توضیح داده شد، همسو می شود. مشاهده محصول →

آناتومی یک ماژول تقویت کننده قدرت

سطح مقطع یک ماژول مدرن نشان می دهد که چگونه کلاس با همه چیز در اطراف خود تعامل دارد. مرحله ورودی سیگنال‌های متعادل یا پردازش‌شده توسط DSP را می‌پذیرد، مرحله راننده کلید سوئیچینگ یا کنترل خطی را شکل می‌دهد، مرحله خروجی از کلاس انتخاب شده پیروی می‌کند و منبع تغذیه سقف کارایی را تعیین می‌کند. نمودار ایزومتریک زیر آرایش معمولی این بلوک ها را در یک ماژول مستقل نشان می دهد.

سوالات متداول در مورد کلاس های تقویت کننده