تشریح تقویت کننده های کلاس: نحوه انتخاب کلاس AB، D یا H برای طراحی بلندگو

برای همان برد ساب ووفر با قدرت 2 در 500 وات، دو نقل قول روی میز شما قرار می گیرند. اولین مورد حول یک مرحله کلاس AB با یک هیت سینک تقریباً به اندازه یک کتاب شومیز ساخته شده است. دومی از یک مرحله کلاس D بر روی بردی که به سختی بزرگتر از تلفن است استفاده می کند. هر دو در مورد رتبه قدرت صادق هستند. فقط یکی از آنها با کابینتی که قبلاً ابزار کرده اید مناسب است و تنها یکی از آنها تست حرارتی را در یک محفظه چوبی بسته در دمای 40 درجه سانتیگراد انجام می دهد.

این تصمیم واقعی پشت عبارت "تقویت کننده های کلاس" است. کلاس تقویت کننده توضیح می دهد که چگونه دستگاه های خروجی آن جریان را در یک سیکل سیگنال هدایت می کنند. این انتخاب واحد تعیین می کند که چه مقدار گرما باید حذف کنید، چه نوع منبع تغذیه باید بخرید، چه مقدار فیلتر و محافظ مورد نیاز برد دارد و چه مقدار آلومینیوم وارد شاسی می شود. این به تنهایی تصمیم نمی گیرد که آیا محصول خوب به نظر می رسد یا خیر.

آنچه که برچسب کلاس واقعاً توصیف می کند

نام کلاس از یک ویژگی فیزیکی می آید: مدت زمانی که دستگاه های خروجی در طول یک چرخه سیگنال صوتی رسانا می مانند. کلاس A آنها را در تمام مدت هدایت نگه می دارد. کلاس B چرخه را بین دو دستگاه تقسیم می کند که هر کدام نیمی از آنها را اداره می کند. کلاس AB هر دو دستگاه را در نقطه صفر کمی باز نگه می‌دارد تا انتقال نرم باشد. کلاس D ایده خطی را به طور کامل رها می کند و دستگاه های خروجی را با چند صد کیلوهرتز سوئیچ می کند و صدا را به صورت عرض پالس رمزگذاری می کند. کلاس H یک مرحله صوتی خطی را نگه می‌دارد، اما باعث می‌شود ریل منبع تغذیه بالا و پایین شود تا از پاکت سیگنال پیروی کند.

همه چیزهای دیگر از آن نتیجه می شود. مرحله ای که تمام زمان را هدایت می کند، سهم زیادی از عرضه خود را به عنوان گرما تلف می کند. مرحله ای که سوئیچ می کند تقریباً هیچ چیز را در دستگاه ها از دست نمی دهد، اما مشکل طراحی را به فیلتر خروجی، درایو گیت و بودجه تداخل الکترومغناطیسی منتقل می کند. مرحله ای که ریل های خود را حرکت می دهد، ولتاژ دستگاه های خروجی را کاهش می دهد، که دقیقاً همان جایی است که گرما در یک تقویت کننده خطی از آن می آید.

چیزی که برچسب به شما نمی گوید کیفیت ساخت است. یک ماژول کلاس D با چیدمان ضعیف و یک ماژول که به دقت مهندسی شده نام یکسانی دارند و می توانند در دمای هیت سینک در همان سطح خروجی 15 درجه سانتیگراد متفاوت باشند.

کارایی، گرما و اعوجاج در کنار هم

منابع طراحی منتشر شده باندهای بازده گسترده را نقل می کنند، زیرا عدد واقعی به سطح خروجی، امپدانس بار و طراحی عرضه بستگی دارد. شکل‌های زیر محدوده‌هایی است که مهندسان معمولاً هنگام مقایسه توپولوژی‌ها در خروجی نامی کامل یا نزدیک به آن استفاده می‌کنند.

کلاس AB: خطی بودن که در گرما هزینه می کنید

کلاس AB برای حذف بریدگی متقاطع کلاس B بدون پرداخت هزینه کامل کلاس A وجود دارد. یک جریان بایاس کوچک هر دو دستگاه خروجی را در اطراف نقطه عبور صفر نگه می دارد، بنابراین انتقال بین آنها صاف می ماند. جریان خاموش معمولی در یک ماژول صوتی حرفه ای در ده ها میلی آمپر در هر جفت دستگاه قرار می گیرد، به اندازه ای که بریدگی را از محدوده قابل شنیدن دور نگه می دارد، اما به اندازه ای کوچک است که تقویت کننده در حالت آماده به کار پخت نمی کند.

معامله این است که گرما مداوم است. یک ماژول کلاس AB 400 واتی حتی بدون سیگنال جریان معنی‌داری می‌گیرد و هیت سینک باید در بدترین حالت اندازه شود: صدای صورتی با قدرت یک هشتم به مدت یک ساعت در رک با جریان هوا ضعیف. به همین دلیل است که ماژول های آنالوگ تمایل به حمل هیت سینک های اکسترود شده بزرگ، براکت های آلومینیومی U شکل و گاهی اوقات یک فن دارند. خریدارانی که فقط وات روی برچسب را با هم مقایسه می کنند، اغلب این را از دست می دهند، سپس متوجه می شوند که همان 400 وات در یک ماژول کلاس D به کسری از فلز نیاز دارد.

نکته مثبت به خوبی درک شده است: بدون باقیمانده سوئیچینگ، عدم تعامل فیلتر خروجی با بار، منابع ساده مبتنی بر ترانسفورماتور و رفتاری که تکنسین‌های میدانی از قبل می‌دانند چگونه آن را سرویس کنند.

کلاس D: کارایی بستگی به عرضه ای دارد که آن را با آن جفت می کنید

ماژول‌های کلاس D با چند صد کیلوهرتز سوئیچ می‌کنند و صدا را از طریق فیلتر خروجی LC بازسازی می‌کنند. دستگاه ها بیشتر وقت خود را یا به طور کامل روشن یا کاملا خاموش می گذرانند، بنابراین تلفات هدایت اندک است و عنوان کارایی واقعی است. چیزی که تیتر پنهان می کند این است که مزیت فقط نزدیک به قدرت نامی است. در سطوح گوش دادن پس‌زمینه، تلفات سوئیچینگ و گیت درایو غالب است و راندمان به شدت کاهش می‌یابد، که برای محصولاتی که با باتری کار می‌کنند بیش از محصولات برقی اهمیت دارد.

بقیه طراحی دارای وزن برابر است. زمان مرده که خیلی کوتاه است باعث تیراندازی می شود. خیلی طولانی است و اعوجاج در خروجی کم افزایش می یابد. فیلتر خروجی باید در سرتاسر بار واقعی ثابت بماند، نه مقاومت ساختگی روی نیمکت. و عرضه باید ادامه پیدا کند: یک مرحله کلاس D همراه با یک ریل نرم و غیرقابل تنظیم در گذرگاه‌های باس آویزان می‌شود و مزیت را از بین می‌برد. به همین دلیل است که منابع رزونانس LLC و قسمت های جلویی اصلاح شده با ضریب قدرت در ماژول های جدی استاندارد شده اند.

ماژول تقویت کننده قدرت ساب ووفر فعال EON522SUB یک منبع رزونانس 800 واتی LLC را با یک استیج باس کلاس D 500 وات جفت می‌کند، و به کاهش افتادگی ریل و نویز سوئیچینگ در ساب ووفرهای برقی می‌پردازد. مشاهده محصول →

به عنوان نمونه ای از الگو، ماژولی مانند EON522D-2092 یک مرحله پایین گذر 500 وات و 200 وات بالا گذر کلاس D را با منبع رزونانس LLC جفت می کند، که ترکیبی است که افتادگی ریل و نویز سوئیچینگ را در یک محفظه 2.1 تحت کنترل نگه می دارد.

کلاس H: سوئیچینگ ریلی برای بالای محدوده قدرت

کلاس H یک مرحله خروجی خطی را نگه می دارد اما بیش از یک ریل تامین به آن می دهد. هنگامی که پوشش سیگنال از یک آستانه عبور می کند، تقویت کننده به یک ریل بالاتر سوئیچ می کند. وقتی به عقب می افتد، ریل دوباره می افتد. بنابراین، دستگاه‌های خروجی به جای ریل کامل، تنها چند ولت در عرض خود می‌بینند و گرمایی که به هیت سینک می‌رفت، به سادگی هرگز تولید نمی‌شود. در عمل یک ماژول کلاس H قدرت طراحی بسیار بزرگتر کلاس AB را در همان عمق شاسی ارائه می دهد.

این کارایی رایگان نیست. مدار سوئیچینگ ریلی قطعات و هزینه را اضافه می کند، اگر آستانه های مقایسه به درستی انتخاب نشده باشند، انتقال می تواند مصنوعاتی ایجاد کند، و ترانسفورماتور نیاز به چندین ضربه دارد. همچنین اسناد سرویس را مهم تر می کند، زیرا تکنسینی که با ماژول مانند یک برد AB ساده رفتار می کند، خطای ریل را به عنوان خرابی دستگاه خروجی تشخیص می دهد.

ماژول تقویت کننده قدرت کلاس H AMP400H 7294 ترکیبی از یک استیج 400 واتی کلاس H پایین/میانا با یک مرحله فرکانس بالا 100 وات کلاس AB و یک رادیاتور آلومینیومی U شکل برای خروجی پایدار. مشاهده محصول →

ماژول‌های این دسته، مانند AMP400H-7294 با رادیاتور آلومینیومی U شکل، معمولاً برای کار ساب ووفر و آرایه خطی مشخص می‌شوند که در آن خروجی بالا مداوم برای ساعت‌ها به جای چند دقیقه انتظار می‌رود.

آنچه که انتخاب کلاس بیشتر در پشته ماژول تغییر می کند

مرحله قدرت یک تخته در یک زنجیره است و تصمیم کلاس در بقیه آن موج می زند. یک مرحله کلاس D با یک محدود کننده سریع به یک ماژول پیش تقویت کننده نیاز دارد که بتواند سیگنالی تمیز و با مقیاس مناسب به آن بدهد. یک استیج کلاس AB با 20 دسی بل هدروم افزایش، با منبع یکسان رفتار متفاوتی خواهد داشت. ساختار افزایش، رفتار گیره، آستانه حفاظت و حتی انتخاب مخروطی حجم همگی با توپولوژی تغییر می کنند.

ماژول DSP1903 ADAU1701 DSP برای سیستم های 2.1 ماژول DSP مبتنی بر ADAU1701 با چهار حالت EQ از پیش تعیین شده، بلوتوث و XLR I/O، مناسب برای مطابقت با رفتار محدود کننده در سیستم‌های آرایه خطی 2.1. مشاهده محصول →

در عمل این جایی است که تامین کنندگان مدولار سود خود را به دست می آورند. یک ماژول DSP مانند DSP1903 که بر روی ADAU1701 ساخته شده و دارای چهار حالت EQ از پیش تعیین شده برای یک سیستم آرایه خطی 2.1 است، باید با رفتار محدود کننده هر مرحله قدرتی که در زیر آن قرار دارد مطابقت داشته باشد. اگر این دو به طور مستقل مشخص شوند، سیستم یا زود گیره می شود یا دیر محافظت می کند. ما مروری بر مبادلات طراحی A، AB، D و H به چگونگی تنظیم آن آستانه ها عمیق تر می شود.

مطابقت دادن کلاس با محصولی که می سازید

بیشتر پروژه‌های بلندگوهای برقی در چند الگو قرار می‌گیرند و هر کدام به سرعت انتخاب کلاس را محدود می‌کنند:

• سیستم های آرایه خطی و ستونی وزن و چگالی قفسه تصمیم می گیرند. کلاس D با منبع رزونانس پیش‌فرض است، با کلاس H برای ماژول‌هایی که باید برای مدت‌های طولانی با خروجی بسیار بالا کار کنند.
• ساب ووفرها قدرت پیوسته بالا به یک بار با امپدانس کم. کلاس D با عرضه قوی این کار را به بهترین نحو انجام می دهد. منبع تغذیه، نه تقویت کننده، معمولاً قسمت محدود کننده است.
• بلندگوهای قابل حمل و باتری دار. راندمان در بار بخشی بیشتر از عدد پیک اهمیت دارد. کلاس D تنها گزینه واقع بینانه است و تلفات بیکار به اندازه حداکثر خروجی سزاوار توجه هستند.
• میکسرهای برقی و جعبه های آنالوگ حساس به هزینه. کلاس AB با یک ترانسفورماتور خطی، صورتحساب مواد را ساده و داستان خدمات را با هزینه یک هیت سینک بزرگتر آشنا نگه می دارد.
• ساب ووفرهای تورینگ با قدرت بالا. کلاس H یا طراحی کلاس D با ریل بالا، بسته به اینکه تیم طراحی رفتار خطی یا حداقل وزن را ترجیح می دهد.

قبل از اینکه متعهد شوید، چه چیزی را باید با یک تامین کننده ماژول بررسی کنید

وات دیتاشیت کمترین فایده در مکالمه است. اینها نکاتی هستند که طرحی را که در استفاده میدانی باقی می ماند از طرحی که بازمی گردد جدا می کند:

1. راندمان و دمای بدنه در توان یک هشتم، نه فقط در خروجی نامی کامل، در هوای ساکن در محیط مورد نظر شما اندازه گیری می شود.
2. اعوجاج در 1 وات و 10 وات، جایی که مصنوعات متقاطع و سوئیچینگ واقعاً در آن زندگی می‌کنند.
3. رفتار حفاظتی: در خروجی کوتاه، بار نامتناسب یا کاهش عرضه چه اتفاقی می‌افتد و اینکه آیا ماژول به خودی خود بازیابی می‌شود.
4. الزامات تامین، از جمله اینکه آیا اصلاح ضریب توان برای بازارهایی که شما به آنها ارسال می کنید لازم است یا خیر.
5. EMI و نویز بیکار، به ویژه برای ماژول های کلاس D که درایورهای فشرده سازی با راندمان بالا را تغذیه می کنند.
6. سازگاری بین نمونه اولیه و تولید انبوه، که به همان اندازه که یک بحث مهندسی است، یک مسئله تولید است.

برای خریدارانی که به یک پیکربندی غیر استاندارد نیاز دارند، ترتیب معقول این است که ابتدا کلاس و توپولوژی عرضه را تنظیم کنند، سپس ماژول را از طریق آن بگذرانند. توسعه سفارشی برای ساختار بهره، اتصال دهنده ها و رفتار از پیش تعیین شده. تعویض کلاس بعد از یخ زدن کابینت و منبع تغذیه گران است.

سوالات متداول در مورد تقویت کننده های کلاس