中文简体
صفحه اصلی / اخبار / اخبار صنعت / چگونه با استفاده از تقویت کننده های کلاس AB اعوجاج صدا را تا 40 درصد کاهش دهیم؟
پاسخ مستقیم: مهندسان و متخصصان صدا که از طرحهای کلاس A یا کلاس B به طرحهایی با سوگیری مناسب تغییر میکنند تقویت کننده قدرت صوتی کلاس AB به طور مداوم اندازه گیری کنید 35 تا 45 درصد کاهش در اعوجاج هارمونیک کل (THD) در سطوح گوش دادن معمولی - بدون به خطر انداختن بازده حرارتی مورد نیاز برای استقرار در دنیای واقعی. در اینجا دقیقاً نحوه دستیابی به این بهبود و نحوه حداکثر استفاده از آن است.
چرا اعوجاج رخ می دهد و چرا کلاس AB آن را حل می کند
اعوجاج صدا - به ویژه اعوجاج متقاطع - شکایت اصلی در طراحی تقویت کننده است. این در نقطه عبور از صفر شکل موج رخ می دهد، جایی که یک ترانزیستور خروجی به دیگری می رسد. تقویتکنندههای کلاس B، که ترانزیستورها را تنها زمانی روشن میکنند که قطبیت سیگنال به آن نیاز داشته باشد، یک منطقه مرده در این نقطه متقاطع ایجاد میکند. نتیجه یک ناپیوستگی لبه سخت در شکل موج خروجی است که شنوندگان آن را بهعنوان سختی درک میکنند، به خصوص در حجمهای کم تا متوسط.
تقویتکنندههای کلاس A با رسانایی هر دو ترانزیستور در هر زمان، این مشکل را کاملاً از بین میبرند، اما جریمه بازدهی شدیدی را پرداخت میکنند. معمولاً فقط 25 تا 30 درصد کارآمد است ، به این معنی که 70-75٪ از توان جذب شده تبدیل به گرما می شود. برای تقویتکنندههای 100 واتی، 230 تا 300 وات اتلاف حرارت مداوم است که نیاز به هیت سینکهای عظیم دارد و هزینههای عملیاتی را به میزان قابل توجهی افزایش میدهد.
تقویت کننده بلندگو کلاس AB هر دو مشکل را به طور همزمان حل می کند. یک سوگیری کوچک رو به جلو - معمولا جریان ساکن 10-50 میلی آمپر - هر دو ترانزیستور خروجی را اندکی از طریق ناحیه متقاطع روشن نگه می دارد و منطقه مرده را بدون سربار حرارتی کامل کلاس A حذف می کند. نتیجه اعوجاج متقاطع کم با راندمان متوسط است: راندمان 50 تا 70 درصد در واحدهایی با طراحی خوب
کاهش 40 درصدی اعوجاج: از کجا می آید
رقم 40 درصد تئوری نیست - از مقایسه THD N (اعوجاج هارمونیک کل به اضافه نویز) قابل اندازه گیری بین توپولوژی های تقویت کننده در شرایط آزمون معادل به دست می آید. جدول زیر عملکرد معمولی اندازه گیری شده را در کلاس های تقویت کننده در 1 کیلوهرتز، خروجی 1 وات به 8 اهم خلاصه می کند:
| کلاس تقویت کننده | معمولی THD N @ 1W | کارایی | اعوجاج متقاطع |
|---|---|---|---|
| کلاس A | 0.001-0.01٪ | 25-30٪ | هیچ کدام |
| کلاس AB | 0.003-0.05٪ | 50-70٪ | حداقل |
| کلاس B | 0.05-0.5٪ | 60-78٪ | قابل توجه است |
| کلاس D | 0.01-0.1٪ | 85-95٪ | تغییر مصنوعات |
با مقایسه کلاس B با یک طراحی کلاس AB به خوبی بهینه شده در قدرت شنیداری معمولی (0.1-5W به یک بلندگوی 8 اهم)، کاهش اعوجاج به دست می آید. 40-60٪ . این بهبود در محدوده 100 هرتز تا 5 کیلوهرتز - دقیقاً در جایی که شنوایی انسان حساسترین است- آشکارتر است.
مقایسه معمولی THD N بر اساس کلاس تقویت کننده (@ 1W، 1kHz، 8 Ohm)
کلاس B 0.25٪ THD N
کلاس D 0.05٪ THD N
کلاس AB (optimized) 0.015٪ THD N
کلاس A 0.005% THD N
نوار پایین = اعوجاج کمتر. کلاس بهینه AB با کسری از هزینه حرارتی به عملکرد کلاس A نزدیک می شود.
چهار عامل طراحی که میزان کاهش اعوجاج را تعیین می کند
همه تقویت کننده های قدرت صوتی کلاس AB عملکرد اعوجاج یکسانی را به دست نمی آورند. رقم بهبود 40% بهینه سازی عمدی را در این چهار زمینه فرض می کند:
1. تنظیم جریان سوگیری خاموش
جریان ساکن - جریان ایستاده که از هر دو ترانزیستور خروجی در حالت بیکار عبور می کند - اهرم اصلی است. خیلی کم است و اعوجاج متقاطع دوباره وارد می شود. خیلی زیاد است و اتلاف حرارتی به سطح کلاس A افزایش می یابد. برای تقویتکننده AB کلاس Hi Fi که بارهای معمولی 8 اهمی را هدایت میکند، جریان ساکن بهینهسازی شده 20-40 میلی آمپر در هر جفت خروجی بهترین اعوجاج در مقابل بازده را به دست می آورد. رانش ولتاژ بایاس با دما توسط دیودهای ردیابی حرارتی یا ترانزیستورهای متصل به هیت سینک مدیریت می شود.
2. عمق بازخورد منفی جهانی
بازخورد منفی (NFB) قدرتمندترین ابزار کاهش اعوجاج در دسترس طراح است. یک حلقه بازخوردی که خروجی را با ورودی مقایسه میکند و تفاوت را در زمان واقعی تصحیح میکند، بسته به بهره حلقه، THD را 10 تا 100 برابر کاهش میدهد. یک تقویتکننده AB کلاس Hi Fi با طراحی خوب اعمال میشود 20-40 دسی بل NFB جهانی ، THD را از 0.5-1٪ خام در مرحله خروجی به 0.003-0.05٪ در پایانه های تقویت کننده کاهش می دهد. مبادله - بی ثباتی بالقوه در فرکانس های بالا - از طریق طراحی شبکه جبران دقیق مدیریت می شود.
3. تطبیق ترانزیستور مرحله خروجی
در تقویتکنندههای توان AB کلاس استریو، جفتهای ترانزیستور NPN/PNP مکمل در مرحله خروجی باید از نظر بهره (hFE) و ویژگیهای اتصال با یکدیگر مطابقت داشته باشند. جفتهای نامتقارن دستکاری شکل موج نامتقارن را تولید میکنند - نیم چرخه مثبت به طور متفاوتی از نیم چرخه منفی تقویت میشود - و هارمونیکهای مرتبه زوج را معرفی میکنند. انتخاب جفت های همسان در داخل تحمل hFE 5٪ یک روش استاندارد در ساختهای با کیفیت است و اعوجاج هارمونیک دوم را بهطور قابل اندازهگیری کاهش میدهد.
4. کیفیت منبع تغذیه و سختی ریل
یک آمپلی فایر فقط به اندازه منبع تغذیه اش تمیز است. کاهش ولتاژ ریل تحت بار دینامیکی - ناشی از ظرفیت مخزن ناکافی یا تنظیم ترانسفورماتور - سیگنال خروجی را تعدیل می کند و اعوجاج درون مدولاسیون را به محتوای هارمونیک اضافه می کند. استفاده از تقویت کننده های برق کلاس AB استریو با کیفیت بالا ظرفیت حجمی 10000-47000 μF در هر ریل و ترانسفورماتورهای حلقوی با تنظیم پایین برای حفظ ریل های پایدار از طریق جریان های گذرا بالا. این عامل منفرد می تواند باعث بهبود 10 تا 15 درصدی در اندازه گیری THD N در توان کامل شود.
کلاس AB در مقابل توپولوژی های دیگر: مقایسه عملی برای کاربردهای صوتی
انتخاب کلاس تقویت کننده مناسب به کاربرد بستگی دارد، نه فقط به رقم اعوجاج. مقایسه زیر برای کمک به مهندسان و خریداران در تصمیم گیری آگاهانه در نظر گرفته شده است:
| عامل | کلاس A | کلاس AB | کلاس D |
|---|---|---|---|
| وفاداری صوتی (THD) | عالی | خیلی خوبه | خوب (با فیلتر) |
| کارایی | ضعیف (25-30٪) | خوب (50-70%) | عالی (85–95%) |
| مدیریت حرارت | مطالبه گر | متوسط | حداقل |
| انتشار RF/EMI | حداقل | حداقل | نیاز به فیلتر دارد |
| بهترین اپلیکیشن | مرجع استودیو | Hi-fi، PA، نصب کنید | قابل حمل، ساب ووفر |
برای وسیعترین طیف برنامههای صوتی - نصب ثابت، تقویت صدای زنده، hi-fi خانگی، و نظارت حرفهای - تقویتکننده بلندگوی کلاس AB کاربردیترین راهحل با کیفیت بالا را ارائه میکند. این سطوح اعوجاج را ارائه می دهد که به طور شنیداری از کلاس A در تست های شنیداری کنترل شده قابل تشخیص نیستند، در سطوح بازدهی که مدیریت حرارتی در دنیای واقعی را قابل دستیابی می کند.
چگونه اعوجاج در محدوده قدرت تغییر می کند
نکته ای که اغلب نادیده گرفته می شود: THD در تقویت کننده قدرت صوتی کلاس AB در محدوده توان خروجی ثابت نیست. این منحنی مشخصه ای را دنبال می کند که درک آن برای طراحان سیستم مهم است.
THD N در مقابل توان خروجی - تقویت کننده قدرت صوتی کلاس AB (معمولی، 8 اهم)
THD در توان بسیار کم (کف نویز غالب است) و در قطع شدن بالاترین میزان است. نقطه شیرین - کمترین اعوجاج - بین 1 تا 20 درصد قدرت نامی قرار دارد که بیشتر سطوح گوش دادن به موسیقی را پوشش می دهد.
این منحنی توضیح میدهد که چرا یک تقویتکننده برق AB کلاس استریو ۱۰۰ واتی که در سطوح معمولی گوش دادن به خانه (میانگین ۱ تا ۵ وات) استفاده میشود، در منطقه با کمترین اعوجاج کار میکند. بنابراین، بزرگکردن تقویتکننده نسبت به محیط گوش، یک استراتژی عمدی برای به حداقل رساندن اعوجاج است، نه مهندسی بیش از حد.
نکات راه اندازی عملی برای دستیابی به حداکثر کاهش اعوجاج
حتی یک تقویتکننده AB کلاس Hi Fi که به خوبی طراحی شده است، اگر سیستم اطراف اعوجاج در بالادست ایجاد کند یا دستگاه خارج از شرایط بهینه خود کار کند، عملکرد ضعیفی خواهد داشت. مراحل عملی زیر تضمین می کند که پتانسیل کاهش اعوجاج کامل محقق شود:
- امپدانس را به درستی مطابقت دهید: ورودی تقویت کننده را با امپدانس خروجی منبع حداقل 10 برابر کمتر از امپدانس ورودی تقویت کننده هدایت کنید. عدم تطابق امپدانس منبع و ورودی، رنگآمیزی پاسخ فرکانسی را معرفی میکند که اعوجاج درک شده را اضافه میکند.
- اجازه گرم کردن کافی را بدهید: تعصب کلاس AB با دما تغییر می کند. اجازه دهید 15-30 دقیقه گرم کردن قبل از گوش دادن یا اندازه گیری انتقادی؛ اکثر تقویت کننده ها بایاس را در این پنجره تثبیت می کنند.
- از تهویه مناسب اطمینان حاصل کنید: فرار حرارتی - جایی که افزایش دما باعث افزایش سوگیری، افزایش اتلاف و افزایش بیشتر دما می شود - حالت شکست اولیه است. اطمینان حاصل کنید که هیت سینک ها مسدود نشده اند و دمای محیط کمتر از حد مجاز عملکرد تقویت کننده است.
- از کابل های اتصال با کیفیت بالا استفاده کنید: حلقه های زمینی زمزمه 50/60 هرتز را معرفی می کنند که سطح نویز را افزایش می دهد، اندازه گیری THD N و تمیزی قابل شنیدن را بدتر می کند. اتصالات متعادل (XLR) بین منبع و آمپلی فایر نویز حالت معمولی را در تاسیسات حرفه ای حذف می کند.
- از دویدن نزدیک بریده شدن اجتناب کنید: سطح خروجی تقویت کننده را پایین نگه دارید 70-80 درصد توان نامی برای مواد برنامه پایدار افزایش THD در نزدیکی قطع شدن تند و به طور شنیدنی ناخوشایند است.
کاربردهایی که تقویتکنندههای بلندگوی کلاس AB بیشترین مزیت را دارند
ترکیبی از اعوجاج کم و سربار حرارتی قابل کنترل، توپولوژی کلاس AB را به انتخابی ارجح در طیف وسیعی از محیطهای صوتی سخت تبدیل میکند:
- سیستم های hi-fi و audiophile خانگی: در جایی که THD کمتر از 0.05٪ و کاراکتر تونال طبیعی اهداف اصلی هستند، تقویتکننده AB کلاس Hi Fi پیادهسازی مرجع استاندارد است.
- نصب ثابت (AV تجاری، عبادتگاه ها، اتاق های کنفرانس): سطح کارایی کلاس AB هزینههای عملیاتی را در محیطهای 24 ساعته قابل کنترل نگه میدارد، در حالی که سطوح اعوجاج نیازهای قابل فهم گفتار و بازتولید موسیقی را برآورده میکند.
- تقویت صدای زنده: تقویت کننده های مرحله حرفه ای از مراحل خروجی کلاس AB برای تحویل قابل اعتماد با توان بالا با IMD کم (اعوجاج بین مدولاسیون) تحت مواد برنامه پویا استفاده می کنند.
- نظارت استودیو: در جایی که تصمیمات میکس و مسترینگ به شنیدن دقیق ضبط بستگی دارد، رنگ کم مدارهای کلاس AB بر مصنوعات سوئیچینگ موجود در طرح های کلاس D ترجیح داده می شود.
- سینمای خانگی استریو و چند کاناله: تقویتکننده برق کلاس استریو AB که بلندگوهای با حساسیت بالا را هدایت میکند، سطح نویز آرامی را تولید میکند که برای موسیقی متن فیلم پویا ضروری است.
