تقویت کننده های کلاس A در مقابل کلاس D: کارایی، کیفیت صدا و نحوه انتخاب

شما آمپلی فایر را برای یک بلندگوی برقی مشخص می کنید، و تامین کننده یک سوال می پرسد: کلاس A یا کلاس D؟ پاسخ، اندازه ترانسفورماتور، میزان هیت سینک، وزن کابینت و هزینه تولید را تغییر می دهد. این مقاله دو توپولوژی را در مورد راندمان، کیفیت صدا، گرما، اندازه و هزینه مقایسه می‌کند و نشان می‌دهد که این تفاوت‌ها هنگام انتخاب یک ماژول تقویت‌کننده برای یک محصول واقعی به چه معناست.

کلاس A در مقابل کلاس D: پاسخ کوتاه

برای اکثر محصولات صوتی حرفه ای و تجاری، کلاس D انتخاب بهتری است: تقریباً سه برابر کارآمدتر از کلاس A است، بسیار خنک تر کار می کند و قدرت خروجی بالایی را در یک فضای کوچک به دست می آورد. کلاس A هنوز در مدارهای کم مصرف و خلوص بالا و در طرح هایی که شخصیت صوتی خاص آن عمداً مورد نظر است، جایگاهی دارد.

هیچ کدام از اینها به این معنی نیست که کلاس D به طور خودکار در هر موقعیتی بهتر است. یک مرحله کلاس A که به خوبی اجرا شده است می تواند از ماژول کلاس D که طراحی ضعیفی دارد در اعوجاج اندازه گیری شده بهتر عمل کند. برچسب کلاس توپولوژی را توصیف می کند، نه کیفیت نهایی را. بخش های زیر به هر مبادله به صورت جداگانه نگاه می کنند.

چگونه یک تقویت کننده کلاس A و کلاس D در واقع کار می کنند

کلاس A ترانزیستور خروجی را بایاس نگه می دارد تا جریان برای کل سیکل سیگنال 360 درجه جریان یابد. دستگاه هرگز خاموش نمی شود، بنابراین نقطه متقاطع وجود ندارد و منحنی انتقال بسیار خطی است. قیمت جریان بیکار پیوسته است: تقویت کننده 10 واتی کلاس A می تواند به اندازه طراحی بسیار قوی تر کلاس AB داغ باشد.

کلاس D مرحله خروجی را به صورت سوئیچ اجرا می کند. یک مدولاتور سیگنال صوتی را به یک جریان مدوله شده با پهنای پالس فرکانس بالا (PWM) تبدیل می کند. ترانزیستورها به طور کامل روشن یا خاموش هستند، بنابراین تلفات برق در دستگاه ها بسیار کم می ماند. یک فیلتر LC سیگنال صوتی را بازسازی می کند. مشکل مهندسی به فیلتر، درایور دروازه و کنترل تداخل الکترومغناطیسی منتقل می شود.

داخل یک ماژول تقویت کننده کلاس D

بهره وری: شکافی که منبع تغذیه شما را تغییر می دهد

کارایی مشخصاتی است که بیشترین تأثیر را بر بقیه طراحی شما دارد. ارقام معمولی در اندازه‌گیری‌های منتشر شده و برگه‌های داده تقویت‌کننده سازگار هستند:

کلاس A: بازده 20 تا 30 درصد
کلاس AB: بازده 50 تا 60 درصد
کلاس D: راندمان 85 تا 90 درصد

راندمان معمولی در خروجی کامل

این مقادیر نزدیک به خروجی کامل اعمال می شوند. کلاس های خطی در خروجی کم و در حالت بیکار به نسبت بیشتری هدر می روند، در حالی که کلاس D در بیشتر محدوده کاری خود کارآمد می ماند.

وصل کردن این درصدها به یک مثال واقعی: در خروجی پیوسته 500 وات، یک مرحله کلاس A با کارایی 25 درصد، حدود 2000 وات را از شبکه برق می کشد و حدود 1500 وات را به عنوان گرما دفع می کند. یک ماژول کلاس D با کارایی 88% حدود 570 وات می کشد و تنها حدود 68 وات می ریزد. جدول زیر همان محاسبات را در سه سطح خروجی نشان می دهد.

کشش تقریبی شبکه و اتلاف حرارت در سطوح خروجی پیوسته، با فرض بازده 25% برای کلاس A و 88% برای کلاس D.
توان خروجی پیوسته	کلاس A (25% efficiency)	کلاس D (88% efficiency)
100 وات	ورودی 400 وات / گرمای 300 وات	ورودی 114 وات / گرمای 14 وات
500 وات	ورودی 2000 وات / گرمای 1500 وات	ورودی 568 وات / گرمای 68 وات
1000 وات	ورودی 4000 وات / گرمای 3000 وات	ورودی 1136 وات / گرمای 136 وات

برای یک بلندگوی ستونی با باتری یا یک ساب ووفر با خروجی بالا، این تفاوت تعیین می‌کند که آیا محصول به فن خنک‌کننده نیاز دارد، باتری بین شارژ چقدر دوام می‌آورد، و وزن محفظه هنگام ارسال چقدر است. دلیل اصلی تبدیل شدن ماژول‌های کلاس D به پیش‌فرض در آن دسته‌بندی‌های محصول است. ماژولی مانند eon520-2092 با LP500W/HP200W قدرت تشدید PFC و LLC را در طراحی کلاس D ترکیب می‌کند، بنابراین مرحله عرضه و مرحله سوئیچینگ در یک برد فشرده مشترک هستند.

کیفیت صدا، اعوجاج، و تن درک شده

کلاس A شهرت دیرینه ای برای خلوص دارد. از آنجایی که دستگاه های خروجی هرگز خاموش نمی شوند، اعوجاج متقاطع عملاً وجود ندارد و طیف اعوجاج کم می ماند. به همین دلیل است که کلاس A همچنان بر تقویت کننده های هدفون پیشرفته و پیش تقویت کننده های کوچک غالب است.

کلاس D مدرن بیشتر شکاف را برطرف کرده است. با فرکانس های سوئیچینگ بالای 200 کیلوهرتز، بازخورد حلقه بسته در اطراف مرحله قدرت، و سلف های خروجی با دقت انتخاب شده، یک ماژول کلاس D با کیفیت به THD N زیر 0.05٪ در توان نامی دست می یابد و گذرا را به طور تمیز بازتولید می کند. ضریب میرایی، که چگونگی کنترل حرکت ووفر توسط تقویت‌کننده را توصیف می‌کند، در طراحی‌های کلاس D مبتنی بر بازخورد نیز بالا است.

اگر کسی بگوید کلاس D دیجیتال به نظر می‌رسد، معمولاً یک پیاده‌سازی اولیه را با یک فیلتر خروجی ضعیف توصیف می‌کند. هنگامی که فیلتر LC، زمین و منبع تغذیه به درستی اجرا می شوند، کلاس D به طور شنیداری شفاف است. را روشی که یک ماژول تقویت کننده کیفیت صدای درک شده را شکل می دهد از فیلتر، بازخورد و مدار حفاظتی آن بیشتر از نشان کلاس نشات می‌گیرد.

اندازه، وزن و یکپارچگی سیستم

برای خریداران ماژول، هزینه یکپارچه سازی به اندازه عملکرد صوتی مهم است. یک مرحله 100 وات کلاس A به یک ترانسفورماتور حلقوی بزرگ، یک هیت سینک بزرگ و جریان هوا در اطراف آن نیاز دارد. یک ماژول کلاس D با قدرت یکسان روی یک PCB کوچک قرار می گیرد، می تواند در بسیاری از کابینت ها با همرفت خنک شود و فضایی را برای DSP و مدارهای ورودی باز می کند. به همین دلیل است که آرایه های خط برقی، بلندگوهای ستونی و ساب ووفرها تقریباً به طور کامل به کلاس D منتقل شده اند.

کلاس H به عنوان حد وسط شایسته ذکر است. مرحله خروجی خطی کلاس AB را حفظ می‌کند، اما منبع ردیابی را اضافه می‌کند که ولتاژ را در ترانزیستورهای خروجی کاهش می‌دهد و بازده را بهبود می‌بخشد و در عین حال شخصیت مرحله توان خطی را حفظ می‌کند. مشتریان OEM که بلندگوهای پیشرفته تر می سازند، گاهی اوقات زمانی که می خواهند حس آنالوگ سنگین تری را بدون گرمای کلاس A خالص داشته باشند، این توپولوژی را درخواست می کنند.

را مرور کنید دسته بندی ماژول تقویت کننده در سایت ما برای مشاهده اینکه چگونه هر توپولوژی با رابط های منبع تغذیه، حفاظت و کنترل بسته بندی شده است.

کدام یک را باید انتخاب کنید؟

زمانی که در برابر نیازهای محصولات واقعی امتیازدهی می شود، مبادلات مورد توجه قرار می گیرند. نمودار رادار زیر کلاس A و کلاس D را از 1 تا 5 در شش معیار انتخاب، با بالاتر بودن بهتر، رتبه بندی می کند.

اولویت های انتخاب: کلاس A در مقابل کلاس D

معیارهای یکسانی که برای دسته بندی محصولات رایج اعمال می شود، به توصیه های واضحی منجر می شود:

کلاس تقویت کننده توصیه شده بر اساس برنامه.
برنامه	کلاس توصیه شده	دلیل
تقویت کننده هدفون / پری آمپلی فایر کم مصرف	کلاس A	توان کم حرارت را قابل کنترل نگه می دارد. اعوجاج بسیار کم را ارائه می دهد.
اسپیکر برقی PA / بلندگوی ستونی	کلاس D	فشرده و سبک؛ راندمان بالا برای خروجی مداوم مناسب است.
کابینت ساب ووفر / باس	کلاس D	قدرت مداوم بالا؛ طرح های BTL به 500 وات تا 650 وات می رسند.
مانیتور استودیو	کلاس D or Class AB	کلاس D مدرن شفاف است. کلاس AB برای یک صدای خاص مناسب است.
اسپیکر قابل حمل / با باتری	کلاس D	کارایی extends battery life and reduces enclosure heat.

قبل از خرید ماژول تقویت کننده چه نکاتی را باید بررسی کرد

هر کلاسی که انتخاب کنید، اجرای ماژول عملکرد نهایی را تعیین می کند. این شش نکته را هنگام ارزیابی ماژول ها مقایسه کنید:

راندمان در توان عملیاتی معمولی، نه فقط امتیاز اوج.
طراحی منبع تغذیه: منابع تشدید کننده PFC و LLC نوسانات ولتاژ شبکه گسترده را بهتر از مراحل ساده فلایبک کنترل می کنند.
مجموعه حفاظت: به دنبال اضافه بار، جریان اضافه، اتصال کوتاه و حفاظت حرارتی در یک ماژول باشید.
طراحی فیلتر خروجی و رفتار EMI، به خصوص اگر ماژول در نزدیکی فرستنده گیرنده بی سیم قرار گیرد.
THD N، نسبت سیگنال به نویز و ضریب میرایی در بارهای واقعی بیان شد.
گزینه‌های کنترل: از پیش تنظیم‌های DSP، EQ آنالوگ و ورودی بلوتوث یا MP3 می‌توانند نیاز به یک برد پیش تقویت‌کننده جداگانه را برطرف کنند.

یک ماژول قابل اعتماد همچنین به بخش تامین قوی نیاز دارد. eon522d-2092 (LP500W/HP200W) از طراحی رزونانس LLC استفاده می کند، که نمونه ای از اهمیت مهندسی مرحله ورودی به اندازه مرحله سوئیچینگ است. همیشه بررسی کنید که ویژگی‌های حفاظتی با سوءاستفاده‌ای که محصول شما در این زمینه مشاهده می‌کند مطابقت دارد.

EON522SUB 500W LLC Resonant Active Subwoofer Amplifier Module

ماژول تقویت کننده ساب ووفر فعال تشدید کننده EON522SUB 500W LLC این ماژول یک منبع سوئیچینگ رزونانس LLC را با یک تقویت کننده باس کلاس D جفت می کند و کارایی و قابلیت اطمینان بالایی را برای برنامه های ساب ووفر ارائه می دهد. ویژگی‌های حفاظتی آن برای استفاده در زمین‌های سخت مناسب است. مشاهده محصول →

تقویت کننده های کلاس A در مقابل کلاس D: سوالات متداول

Q1: تفاوت بین تقویت کننده کلاس A و کلاس D چیست؟

کلاس A amplifiers keep output transistors conducting for the whole signal cycle, giving high linearity but only 20–30% efficiency. Class D amplifiers switch transistors rapidly and filter the output, reaching 85–90% efficiency with less heat and smaller parts.

Q2: کدام یک بهتر به نظر می رسد، کلاس A یا کلاس D؟

اجرا بیشتر از کلاس مهم است. کلاس A به گرما شهرت دارد، در حالی که ماژول‌های کلاس D مدرن به THD N زیر 0.05% می‌رسند و به‌طور شنیداری شفاف هستند. در گوش دادن کور، شنوندگان اغلب نمی توانند آنها را از هم تشخیص دهند.

Q3: آیا تقویت کننده های کلاس D برای بلندگوهای با باتری کارآمد کافی هستند؟

بله راندمان 85 تا 90 درصد آنها به معنای گرمای هدر رفته کمتر و عمر باتری بیشتر است، به همین دلیل است که اکثر بلندگوهای قابل حمل و ستونی از ماژول های کلاس D استفاده می کنند.

Q4: آیا تقویت کننده های کلاس D می توانند ساب ووفر را هدایت کنند؟

بله با پیکربندی‌های BTL، ماژول‌های ساب ووفر کلاس D 500 وات تا 650 وات مداوم را ارائه می‌کنند و ضریب میرایی بالایی را برای کنترل دقیق فرکانس پایین حفظ می‌کنند.

Q5: چرا تقویت کننده های کلاس A اینقدر داغ کار می کنند؟

از آنجایی که مرحله خروجی بایاس است تا جریان را به طور مداوم هدایت کند، بیشتر توان ورودی تبدیل به گرما می شود. یک مرحله 100 وات کلاس A معمولاً حدود 300 وات گرما را دفع می کند.

Q6: کدام کلاس تقویت کننده برای یک بلندگوی حرفه ای PA بهتر است؟

کلاس D. It provides the high continuous power, low weight, and reduced thermal load that PA enclosures need; most pro line array and subwoofer systems are now built around Class D modules.