چگونه با استفاده از طراحی تقویت کننده کلاس AB قدرت خروجی صدا را 35٪ افزایش دهیم؟

پاسخ مستقیم: چرا تقویت کننده کلاس AB طراحی 35 درصد توان خروجی بیشتر را ارائه می دهد

تقویت کننده بلندگوی کلاس AB که به درستی بهینه شده است، 30٪ تا 38٪ قدرت خروجی صوتی قابل استفاده بیشتری را نسبت به یک طراحی کلاس A قابل مقایسه با ولتاژ منبع تغذیه و بودجه حرارتی یکسان ارائه می دهد. - و این کار را در حالی انجام می دهد که ارقام THD (تحریف کلی هارمونیکی) را زیر 0.05% در پهنای باند قابل شنیدن حفظ می کند. سود حاصل از توپولوژی مرحله خروجی فشار-کشش است، که در آن دو جفت ترانزیستور مکمل بار را به اشتراک می‌گذارند و هر یک کمی بیش از نیمی از چرخه سیگنال را هدایت می‌کنند و منطقه مرده متقاطع کلاس B را حذف می‌کنند و در عین حال فضای سرازیری توان تلف شده در جریان بیکار ثابت کلاس A را بازیابی می‌کنند.

به طور عملی: تقویت کننده کلاس A که برای خروجی 50 وات بایاس می شود ممکن است 200 وات توان ایستاده را در حالت بیکار از بین ببرد. یک طراحی کلاس AB که همان خروجی 50 وات را از همان ترانزیستورها تولید می کند، معمولاً فقط از بین می رود. 60 تا 80 وات در حالت بیکار - آزاد کردن فضای سر حرارتی که می تواند به توان خروجی بالاتر هدایت شود. این فضای بازیابی حرارتی منبع اصلی 35 درصد بهبود خروجی است که در گزارش‌های اندازه‌گیری مهندسی ذکر شده است.

درک کلاس AB: چگونه مرحله خروجی فشاری-کششی کار می کند

توپولوژی تقویت کننده بلندگو کلاس AB به طور عمدی بین دو حالت افراطی قرار می گیرد. ترانزیستورهای کلاس A برای تمام 360 درجه چرخه سیگنال به طور مداوم هدایت می شوند - تمیز اما از نظر حرارتی بیهوده. ترانزیستورهای کلاس B هر کدام دقیقاً 180 درجه هدایت می کنند - کارآمد اما مستعد اعوجاج متقاطع در نقطه صفر است. کلاس AB هر دو مشکل را با بایاس کردن هر ترانزیستور خروجی حل می کند تقریبا 190 تا 200 درجه - همپوشانی کافی برای حذف اعوجاج متقاطع بدون جریمه حرارتی عملکرد کامل کلاس A.

نقش سوگیری جریان ساکن

پارامتر کنترل کلیدی در هر مدار تقویت کننده قدرت کلاس AB با وفاداری بالا، جریان ساکن (Iq) است - جریان ایستاده ای که از ترانزیستورهای خروجی در ورودی سیگنال صفر می گذرد. تنظیم صحیح Iq حیاتی ترین مرحله در راه اندازی تقویت کننده کلاس AB است:

• خیلی کم (زیر 10 تا 20 میلی آمپر برای مراحل خروجی معمولی): اعوجاج متقاطع در سطوح سیگنال پایین ظاهر می شود، THD را بالاتر از حد قابل قبول بالا می برد و کیفیت گوش دادن را در ولوم متوسط پایین می آورد.
• صحیح (معمولاً 25-80 میلی آمپر بسته به نوع ترانزیستور خروجی): اعوجاج متقاطع به طور کامل سرکوب می شود، THD زیر 0.05٪ باقی می ماند و تقویت کننده با حداکثر بازده توان کار می کند.
• خیلی زیاد (نزدیک به قلمرو کلاس A، بالای 150-200 میلی آمپر): راندمان کاهش می یابد، بار حرارتی هیت سینک به طور قابل توجهی افزایش می یابد، و فضای سر خروجی موجود به جای به دست آوردن کاهش می یابد.

یک ترانزیستور چند برابر کننده Vbe (که به آن بایاس پخش کننده نیز گفته می شود) که مستقیماً بر روی هیت سینک مرحله خروجی نصب می شود، روش استاندارد برای ردیابی حرارتی Iq است - از آنجایی که ترانزیستورهای خروجی تحت بار گرم می شوند، پخش کننده بایاس به طور خودکار ولتاژ بایاس را کاهش می دهد، Iq را ثابت نگه می دارد و از فرار حرارتی جلوگیری می کند.

مقایسه کلاس های تقویت کننده: توان خروجی و داده های بازده

برای درک 35% مزیت توان خروجی کلاس AB، مقایسه زیر از یک شرایط مرجع استاندارد استفاده می کند: ترانزیستورهای خروجی یکسان (2SC5200/2SA1943 جفت مکمل)، ریل منبع تغذیه یکسان ± 45 ولت، و بار مقاومتی یکسان 8 اهم در همه کلاس ها.

کلاس AB تحویل می دهد 33 درصد توان خروجی بیشتر از کلاس A از همان سخت افزار، در حالی که THD را در سطوحی نگه می دارد که حتی برای شنوندگان آموزش دیده در تست های شنیداری کنترل شده قابل شنیدن نیست. کلاس D راندمان بالاتری را ارائه می دهد اما مصنوعات سوئیچینگ را معرفی می کند که برای سرکوب به طراحی فیلتر خروجی دقیق نیاز دارند - برای برنامه های تقویت کننده بلندگو با وفاداری بالا که در آن خلوص صدا در اولویت است، کلاس AB معیار صنعت باقی می ماند.

پنج تکنیک طراحی مدار که توان خروجی کلاس AB را به حداکثر می رساند

دستیابی به 35% مزیت توان خروجی کامل یک ماژول تقویت کننده صوتی کلاس AB با اعوجاج کم نیازمند توجه به پنج پارامتر طراحی مدار خاص است. هر یک به طور مستقل کمک می کند - و زمانی که با هم اجرا می شوند ترکیب می شوند.

بهینه سازی ولتاژ ریل تامین

توان خروجی در مقیاس تقویت کننده خطی با مربع ولتاژ منبع تغذیه: دو برابر شدن ولتاژ منبع تغذیه، توان خروجی بالقوه را چهار برابر می کند. برای تقویت‌کننده‌های بلندگوی کلاس AB که بار 8 اهم را هدایت می‌کند، حداکثر توان خروجی نظری تقریباً است. Vcc² ÷ (2 × RL) . در عمل، ولتاژ اشباع ترانزیستور خروجی و تلفات مرحله درایور این را 15 تا 20 درصد کاهش می دهد. قانون عملی: از بالاترین ولتاژ تغذیه استفاده کنید که رتبه بندی ترانزیستور خروجی Vceo با خیال راحت اجازه می دهد - معمولا 80 تا 90 درصد حداکثر ولتاژ کلکتور-امیتر ترانزیستور - و هر واتی را که طرح های ولتاژ پایین بدون استفاده باقی می گذارند، بازیابی می کنید.

ترانزیستورهای خروجی موازی برای کاهش Rce

یک جفت ترانزیستور خروجی به دلیل مقاومت در برابر و سقف حرارتی آن، تحویل جریان را محدود می کند. موازی کردن دو یا سه جفت ترانزیستور منطبق، مقاومت خروجی موثر را نصف یا یک سوم می‌کند و به تقویت‌کننده اجازه می‌دهد تا جریان بالاتری را به بارهای امپدانس پایین بدون قطع شدن زودهنگام وارد کند. موازی کردن دو جفت ترانزیستور 2SC5200/2SA1943 معمولا جریان خروجی پیوسته را از 8 آمپر به 15 آمپر افزایش می دهد. - افزایش مستقیم انتقال توان به بارهای 4 اهم از حدود 100 وات به 180 وات. هر جفت موازی باید دارای یک مقاومت امیتر کوچک (0.1 تا 0.22 اهم) باشد تا از اشتراک جریان اطمینان حاصل شود.

ظرفیت فعلی مرحله راننده

ترانزیستورهای محرک (مرحله قبل از جفت خروجی) باید جریان پایه کافی را تامین کنند تا ترانزیستورهای خروجی را در طول گذراهای پرقدرت کاملاً اشباع نگه دارد. یک استیج درایور کم توان، فشرده سازی پویا ایجاد می کند - به نظر می رسد تقویت کننده در امواج سینوسی ثابت قدرت کافی دارد، اما در گذرگاه های موسیقی فشرده می شود، جایی که تقاضا به طور آنی افزایش می یابد. ترانزیستورهای درایور را با حداقل مشخص کنید hFE (افزایش جریان) 100 در جریان کلکتور مورد نیاز و مطمئن شوید که آنها به جای اتکا به هیت سینک مرحله خروجی، با هیت سینک کافی از خود نصب شده اند.

سفتی منبع تغذیه: اندازه خازن مخزن

مدار تقویت‌کننده برق کلاس AB با وفاداری بالا تنها زمانی می‌تواند توان خروجی نامی خود را ارائه دهد که ریل‌های منبع تغذیه تحت تقاضای جریان اوج بار ثابت باقی بمانند. افت ریل - افت ولتاژ تحت بار گذرا - توسط بانک خازن مخزن تعیین می شود. مشخصات استاندارد است 4000 تا 10000 µF در هر آمپر اوج جریان خروجی در هر ریل . برای تقویت‌کننده‌های 100 وات / 8 اهم که تقریباً 3.5 آمپر پیک می‌کشند، این به حداقل 14000 µF در هر ریل اشاره دارد - معمولاً به‌عنوان دو یا سه خازن 4700 µF / 80 ولت به صورت موازی اجرا می‌شود. خازن‌های کم اندازه یکی از رایج‌ترین دلایل اصلی ناامیدکننده قدرت خروجی در دنیای واقعی با وجود مشخصات کافی روی کاغذ هستند.

طراحی حلقه بازخورد منفی جهانی

بازخورد منفی جهانی (NFB) مکانیسم اصلی برای کاهش THD در تقویت کننده بلندگوی کلاس AB است. یک حلقه NFB خوب طراحی شده با 20 تا 40 دسی بل افزایش حلقه در فرکانس 1 کیلوهرتز می تواند THD حلقه باز را 1-3٪ به محدوده 0.01-0.05٪ در خروجی کاهش دهد. با این حال، افزایش بیش از حد حلقه NFB باعث مشکلات حاشیه فاز در فرکانس‌های بالا می‌شود که منجر به نوسان یا زنگ می‌شود. معیار ثبات حداقل است 45 درجه حاشیه فاز در فرکانس افزایش واحد ، قبل از ساخت فیزیکی توسط اندازه گیری نمودار Bode یا شبیه سازی SPICE تأیید شده است.

عملکرد THD در سراسر فرکانس: چه خوب به نظر می رسد

یک ماژول تقویت‌کننده صوتی کلاس AB با اعوجاج کم، باید معیارهای THD زیر را در محدوده فرکانس شنیداری در توان خروجی نامی در بار 8 اهم رعایت کند. این مقادیر نشان دهنده اهداف قابل دستیابی برای یک مدار گسسته به درستی طراحی شده است - نه محدودیت های نظری.

مدیریت حرارتی: حفاظت از قدرت خروجی تحت شرایط بار واقعی

مزیت توان خروجی تقویت‌کننده بلندگوی کلاس AB تنها در صورتی حفظ می‌شود که طراحی حرارتی دمای محل اتصال را تحت بار پیوسته حفظ کند. فرار حرارتی - که در آن افزایش دمای ترانزیستور جریان کلکتور را افزایش می دهد، که دما را بیشتر افزایش می دهد - حالت خرابی است که به احتمال زیاد یک مرحله کلاس AB که در غیر این صورت به خوبی طراحی شده است را از بین می برد.

محاسبه اندازه هیت سینک

مقاومت حرارتی هیت سینک (Rth) باید از حداکثر دمای مجاز محل اتصال تا محیط محاسبه شود. برای تقویت کننده 100 واتی کلاس AB که تقریباً 80 وات را در مرحله خروجی با توان کامل به 8 اهم تلف می کند:

• حداکثر دمای محل اتصال: 125 درجه سانتی گراد (حداکثر مطلق برای ترانزیستورهای سیلیکونی؛ هدف طراحی 100 درجه سانتیگراد است)
• فرض دمای محیط: 40 درجه سانتی گراد (اجازه دادن به شرایط گرم قفسه تجهیزات)
• مقاومت حرارتی اتصال به محفظه ترانزیستور (Rjc): به طور معمول 0.7 درجه سانتی گراد / غربی برای بسته TO-3P
• مقاومت حرارتی مورد نیاز هیت سینک به محیط: (100 - 40) / 80 - 0.7 = تقریباً 0.05 درجه سانتیگراد / W - قابل دستیابی با هیت سینک آلومینیومی اکسترود شده 200 x 150 x 40 میلی متر با جریان هوای اجباری، یا هیت سینک همرفت طبیعی 300 x 200 میلی متر

الزامات مدار جبران حرارتی

ترانزیستور پخش کننده بایاس چند برابری Vbe باید به طور فیزیکی به هیت سینک ترانزیستور خروجی اصلی - نه صرفاً اتصال حرارتی با خمیر - پیچ شود. ثابت زمان کوپلینگ حرارتی باید کمتر از 5 ثانیه باشد تا تغییرات بار سریع را ردیابی کند. افزایش 10 درجه سانتیگراد در دمای هیت سینک بدون کاهش Iq مربوطه، خطر فرار حرارتی را تقریباً 30٪ افزایش می دهد. در مرحله خروجی دوقطبی - کیفیت مدار جبران بایاس را به یکی از مهم‌ترین تصمیمات قابلیت اطمینان بلندمدت در طراحی تقویت‌کننده کلاس AB تبدیل می‌کند.

برنامه های کاربردی در دنیای واقعی: جایی که تقویت کننده های بلندگوی کلاس AB Excel

ترکیبی از توان خروجی بالا، اعوجاج کم و قابلیت اطمینان تثبیت شده، مدار تقویت کننده برق کلاس AB با وفاداری بالا را به انتخاب ارجح در طیف گسترده ای از برنامه های صوتی حرفه ای و مصرف کننده تبدیل می کند.

درباره شرکت Ningbo Zhenhai Huage Electronics Co., Ltd.

Ningbo Zhenhai Huage Electronics Co., Ltd. یک شرکت صوتی حرفه ای است که تحقیق و توسعه، تولید و فروش را ادغام می کند. ما یک تولید کننده و کارخانه حرفه ای تقویت کننده بلندگوهای کلاس AB هستیم. برای سال‌ها، ما بر تولید میکسرهای صدا، تقویت‌کننده‌های توان فعال، میکروفون‌ها و قطعات الکترونیکی مرتبط، تجهیزات و سایر محصولات تمرکز کرده‌ایم.

ما در راه حل های سفارشی تقویت کننده بلندگو کلاس AB و محصولات مرتبط تخصص داریم. این شرکت طی سالیان متمادی به سیاست تجاری محصولات خوب، خدمات خوب و شهرت خوب پایبند بوده و با بسیاری از شرکت های داخلی و خارجی روابط همکاری بلندمدت و پایداری برقرار کرده است. ما برای مدت طولانی خدمات OEM را برای بسیاری از برندهای معروف صدا ارائه کرده ایم. مشتریان از همه اقشار جامعه برای بازدید، راهنمایی و مذاکره تجاری استقبال می کنند. این شرکت دارای تیم های حرفه ای طراحی، تولید و آزمایش است و می تواند سفارشی کردن محصولات با توجه به نیاز مشتری — از ماژول های تقویت کننده صوتی تک کاناله با اعوجاج کم کلاس AB تا مدارهای تقویت کننده قدرت کلاس AB چند کاناله با اعوجاج کم برای کاربردهای نصب حرفه ای.

سوالات متداول