ماژول تقویت کننده کلاس AB: چیست و چگونه صدا را بهبود می بخشد

A ماژول تقویت کننده کلاس AB بهترین تعادل کیفیت و کارایی صدا را ارائه می دهد

یک ماژول تقویت کننده کلاس AB یک مدار تقویت کننده قدرت است که ترکیبی از مدار است ویژگی‌های اعوجاج کم تقویت‌کننده کلاس A با راندمان توان تقویت‌کننده کلاس B . کیفیت صدا را با حذف عملاً اعوجاج متقاطع - نقص صوتی اولیه طراحی‌های کلاس B - بهبود می‌بخشد و در عین حال سطوح کارایی را برای استفاده عملی در تقویت‌کننده‌های قدرت میکسر، سیستم‌های PA، نمایشگرهای استودیویی و تجهیزات Hi-Fi مصرف‌کننده حفظ می‌کند. در اندازه‌گیری‌های دنیای واقعی، یک ماژول تقویت‌کننده کلاس AB به خوبی طراحی شده است اعوجاج هارمونیک کل (THD) زیر 0.1٪ و رتبه های بهره وری از 50-70٪ ، آن را به توپولوژی تقویت کننده غالب در صدای حرفه ای و مصرف کننده برای چندین دهه تبدیل کرده است.

ماژول تقویت کننده کلاس AB در واقع چیست؟

برای درک کلاس AB، لازم است بدانیم چه چیزی در آن بهبود می یابد. کلاس‌های تقویت‌کننده توضیح می‌دهند که چگونه ترانزیستورهای خروجی (یا لوله‌ها) جریان را نسبت به چرخه سیگنال ورودی هدایت می‌کنند.

کلاس A: وفاداری بالا، راندمان پایین

در یک تقویت کننده کلاس A، ترانزیستور خروجی جریان را برای 360 درجه کامل از چرخه سیگنال ورودی این بدان معنی است که ترانزیستور همیشه روشن است، صرف نظر از اینکه سیگنال وجود دارد یا خیر. نتیجه اعوجاج بسیار کم و خطی بودن عالی است - اما کارایی معمولاً فقط است 20-30٪ ، به این معنی که 70 تا 80 درصد از برق گرفته شده از منبع تغذیه به عنوان گرما هدر می رود. یک تقویت کننده کلاس A 100 وات ممکن است 300 تا 500 وات را به طور مداوم مصرف کند که به هیت سینک های عظیم و منابع تغذیه گران قیمت نیاز دارد.

کلاس B: راندمان بالا، اعوجاج بالا

کلاس B از دو ترانزیستور در پیکربندی فشار کش استفاده می کند - یکی نیمه مثبت چرخه سیگنال را کنترل می کند، دیگری نیمه منفی را کنترل می کند. هر ترانزیستور فقط برای رسانا است 180 درجه . بهره وری به طور چشمگیری بهبود می یابد 70-78٪ ، اما در جایی که دو ترانزیستور در نقطه تلاقی صفر شکل موج قرار می گیرند، شکاف زمانی ایجاد می شود. اعوجاج متقاطع - یک مصنوع شنیدنی که به نظر خشن، دانه دار و غیرطبیعی است، به ویژه در سطوح گوش دادن پایین.

کلاس AB: بهینه عملی

یک ماژول تقویت کننده کلاس AB مشکل اعوجاج متقاطع را با بایاس کردن هر دو ترانزیستور خروجی حل می کند تا آنها برای هر کدام کمی بیشتر از 180 درجه - معمولاً در حدود 190-200 درجه. این همپوشانی کوچک در تقاطع صفر تضمین می‌کند که هر دو ترانزیستور به طور همزمان در حین جابجایی هدایت می‌شوند و شکافی که باعث اعوجاج متقاطع می‌شود را از بین می‌برد. جریان بایاس مورد نیاز برای این همپوشانی کوچک است - معمولا 10-100 میلی آمپر در یک ماژول با طراحی خوب - مصرف انرژی در حالت بیکار و تولید گرما را بسیار کمتر از سطح کلاس A نگه می دارد.

چگونه ماژول تقویت کننده کلاس AB کیفیت صدا را بهبود می بخشد

پیشرفت‌های صوتی کلاس AB نسبت به کلاس B قابل اندازه‌گیری، شنیدنی و مستقیماً با رفتارهای مدار خاص مرتبط هستند.

حذف اعوجاج متقاطع

اعوجاج متقاطع هارمونیک های مرتبه فرد را تولید می کند - به ویژه هارمونیک های 3، 5، و 7 - که برای گوش انسان ناخوشایند هستند. این هارمونیک ها سختی یا دانه بندی را به صدا اضافه می کنند که به ویژه در نت های پایدار، آوازها و محتوای با فرکانس بالا قابل توجه است. با بایاس کردن مرحله خروجی به عملیات جزئی کلاس A در اطراف نقطه عبور صفر، ماژول کلاس AB این مصنوعات را به سطوحی کاهش می دهد که معمولاً 20-40 دسی بل زیر سیگنال اصلی - در شرایط عادی گوش دادن، بسیار زیر آستانه شنیداری.

اعوجاج کل هارمونیک کم (THD)

ماژول های تقویت کننده کلاس AB مدرن، همراه با مدارهای بازخورد منفی، به طور معمول به ارقام THD دست می یابند. 0.001-0.1٪ در محدوده فرکانس صوتی (20 هرتز تا 20 کیلوهرتز). این بدان معنی است که سیگنال تقویت شده یک بازتولید بسیار صادقانه از ورودی است - محتوای هارمونیک اضافی وارد شده توسط تقویت تقریباً نامفهوم است. در مقایسه، طرح های اولیه کلاس B بدون بازخورد می توانند THD را نشان دهند 1-3٪ در سطوح سیگنال پایین که در آن اعوجاج متقاطع غالب است.

پاسخ فرکانس گسترده و مسطح

یک ماژول کلاس AB که به خوبی طراحی شده است، پاسخ فرکانس مسطح را حفظ می کند - معمولاً در داخل ± 0.5 دسی بل از 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز - اطمینان از اینکه فرکانس‌های باس، میانی و سه‌گانه همگی به یک اندازه تقویت می‌شوند. این خطی بودن به این معنی است که تقویت‌کننده صدا را با تاکید یا کاهش هیچ باند فرکانسی رنگ نمی‌کند و تعادل تونال مورد نظر ضبط یا تنظیمات میکسر را حفظ می‌کند.

نسبت سیگنال به نویز بالا (SNR)

ماژول های تقویت کننده کلاس کیفیت AB به ارقام SNR دست می یابند 100-120 دسی بل - به این معنی که سیگنال صوتی مورد نظر 100000 تا 1000000 برابر قوی تر از کف نویز تقویت کننده است. از نظر عملی، این به این معنی است که صدای خش خش، زمزمه و نویز الکترونیکی پس زمینه حتی در حجم بالای گوش دادن قابل شنیدن نیست، که به وضوح و "سیاهی پس زمینه" کمک می کند که علاقه مندان به صدا با تقویت با کیفیت بالا مرتبط هستند.

کلاس AB در مقابل سایر کلاس های تقویت کننده: مقایسه عملکرد

عملکرد مقایسه ای کلاس های تقویت کننده رایج؛ FB = بازخورد منفی; مقادیر THD به طور قابل توجهی با کیفیت طراحی متفاوت است
پارامتر	کلاس A	کلاس B	کلاس AB	کلاس D
زاویه هدایت	360 درجه	180 درجه	190-200 درجه	سوئیچینگ (PWM)
کارایی معمولی	20-30٪	70-78٪	50-70٪	85-95٪
اعوجاج متقاطع	هیچ کدام	بالا	خیلی کم	کم (فیلتر شده)
THD معمولی	<0.01%	1-3٪ (no FB)	0.001-0.1٪	0.01-0.5٪
تولید گرما	خیلی بالا	متوسط	متوسط	پایین
شخصیت صدا	بسیار گرم و طبیعی	خشن در سطوح پایین	خنثی، دقیق	تمیز، کمی بالینی
کاربرد اولیه	بالا-end hi-fi	به ندرت به تنهایی استفاده می شود	PA، استودیو، Hi-Fi	قابل حمل، ساب ووفر

ماژول های تقویت کننده کلاس AB در تقویت کننده های قدرت میکسر

در تقویت کننده های قدرت میکسر - واحدهای یکپارچه ای که یک کنسول میکس صدا را با یک یا چند کانال تقویت کننده قدرت ترکیب می کنند - ماژول کلاس AB نقش مهمی را ایفا می کند. این واحدها به طور گسترده در تقویت صدای زنده، سیستم های کنفرانس، عبادتگاه ها، و برنامه های صوتی نصب شده که در آن سادگی و قابلیت اطمینان به اندازه کیفیت صدا اهمیت دارد، استفاده می شود.

چرا کلاس AB انتخاب استاندارد برای تقویت کننده های قدرت میکسر است؟

عملکرد قابل اعتماد در محدوده دینامیکی گسترده: سیگنال‌های صوتی زنده بسیار متفاوت هستند - از نزدیک به سکوت تا حداکثر خروجی کامل. کلاس AB اعوجاج کم را در کل این محدوده دینامیکی حفظ می کند، برخلاف کلاس B که در سطوح سیگنال پایین نزدیک نقطه متقاطع کاهش می یابد.
پایداری حرارتی: ماژول‌های کلاس AB مقادیر قابل پیش‌بینی و قابل کنترلی از گرما را تولید می‌کنند که می‌توان آن را با هیت سینک‌های استاندارد و خنک‌کننده فن کنترل کرد، برخلاف کلاس A که طراحی‌های یکپارچه میکسر-تقویت‌کننده را غیرعملی داغ و سنگین می‌کند.
قابلیت اطمینان طولانی مدت ثابت شده: توپولوژی مدار بالغ و به خوبی درک شده است. تقویت کننده های قدرت میکسر با کیفیت با استفاده از مراحل خروجی کلاس AB به طور معمول به طور مداوم کار می کنند 10-20 سال در برنامه های صوتی نصب شده با حداقل تعمیر و نگهداری.
مقیاس پذیری توان خروجی: ماژول‌های کلاس AB می‌توانند موازی یا پل شوند تا توان خروجی بالاتری ارائه دهند. یک آمپلی فایر مخلوط کن معمولی 2 کاناله کلاس AB با امتیاز 2 × 250 وات در 4 اهم اغلب می توان برای ارائه پل ارتباطی برقرار کرد 500-700 وات به 8 اهم برای رانندگی ساب ووفر یا سیستم های بلندگوی بزرگتر.

مشخصات کلیدی برای ارزیابی هنگام انتخاب یک ماژول تقویت کننده کلاس AB

هنگام انتخاب یک ماژول تقویت کننده کلاس AB برای برنامه های صوتی، مشخصات زیر مستقیماً کیفیت صدای واقعی و مناسب بودن سیستم شما را منعکس می کند.

THD N (اعوجاج هارمونیک کل به اضافه نویز): به دنبال مقادیر زیر بگردید 0.05٪ در توان نامی . ارقام زیر 0.01 درصد نشان دهنده طرح های واقعاً با کیفیت هستند. مراقب مشخصات اندازه گیری شده فقط در 1 کیلوهرتز باشید - اندازه گیری پهنای باند کامل از 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز را درخواست کنید.
نسبت سیگنال به نویز (SNR): حداقل از 100 دسی بل بدون وزن برای برنامه های حرفه ای؛ 105-110 دسی بل A-weighted برای برنامه های کاربردی با وفاداری بالا SNR پایین کف نویز قابل شنیدن را در تنظیمات بهره بالا معرفی می کند.
ضریب میرایی: ضریب میرایی بالا (معمولا 200-500 در 8 اهم در 1 کیلوهرتز) نشان می دهد که تقویت کننده می تواند به شدت حرکت مخروط ووفر را کنترل کند، وضوح باس را بهبود بخشد و اورهنگ را کاهش دهد.
میزان کشتار: با اندازه گیری در V/μs، نرخ slew نشان می دهد که خروجی با چه سرعتی می تواند به سیگنال های گذرا سریع پاسخ دهد. ارزش های 20-50 V/µs برای صدا کافی هستند. مقادیر بالاتر دقت گذرا را در مواد برنامه ضربی و حمله سنگین بهبود می بخشد.
جریان بیکار (سکوت) و پایداری بایاس: جریان بایاس ساکن باید از نظر حرارتی جبران شود تا با گرم شدن ماژول پایدار بماند - رانش بایاس ناپایدار یکی از دلایل رایج افزایش اعوجاج و خرابی بالقوه ترانزیستور در ماژول های کلاس AB است که طراحی ضعیفی دارند.

برنامه های رایج که در آن ماژول های تقویت کننده کلاس AB Excel

ترکیبی از اعوجاج کم، راندمان کافی و بلوغ مدار، کلاس AB را به توپولوژی تقویت‌کننده ترجیحی در طیف وسیعی از کاربردهای صوتی حرفه‌ای و مصرف‌کننده تبدیل می‌کند:

تقویت کننده های قدرت میکسر برای صدای زنده: سالن‌ها از بارهای کوچک تا سالن‌های کنسرت متوسط به ترکیبات تقویت‌کننده میکسر کلاس AB متکی هستند که ارائه می‌کنند. 500 وات تا 2000 وات در هر کانال برای راه اندازی سیستم های بلندگوی تمام برد
تقویت کننده های مانیتور استودیو: مانیتورهای دارای درجه مرجع از برندهایی مانند Genelec، Focal و Neumann از تقویت‌کننده کلاس AB برای درایورهای میان‌رده و توییتر خود استفاده می‌کنند که در آن بازتولید تونال دقیق بسیار مهم است.
تقویت کننده های یکپارچه Hi-Fi: اکثریت قریب به اتفاق آمپلی فایرهای یکپارچه در محدوده قیمتی 300 تا 3000 دلار از مراحل خروجی کلاس AB، از جمله محصولات Marantz، Cambridge Audio، NAD و Yamaha استفاده می کنند.
سیستم های صوتی نصب شده: سیستم‌های موسیقی پس‌زمینه در هتل‌ها، خرده‌فروشی‌ها و محیط‌های شرکتی از ماژول‌های تقویت‌کننده کلاس AB برای قابلیت اطمینان و عملکرد صوتی ثابت در طول سال‌ها کار مداوم استفاده می‌کنند.
تقویت کننده های گیتار و ساز: بسیاری از آمپلی فایرهای گیتار حالت جامد از مراحل قدرت کلاس AB برای ارائه فضای سر تمیز با رفتار برش قابل پیش بینی هنگام رانندگی سخت استفاده می کنند.

سوالات متداول درباره ماژول های تقویت کننده کلاس AB

آیا ماژول تقویت کننده کلاس AB برای کیفیت صدا بهتر از آمپلی فایر کلاس D است؟

برای اکثر شنوندگان در اکثر برنامه‌ها، یک تقویت‌کننده کلاس D که به خوبی طراحی شده است، اکنون با کیفیت صدای اندازه‌گیری شده و درک شده با کلاس AB مطابقت دارد یا به آن نزدیک می‌شود. با این حال، کلاس AB مزایایی را حفظ می کند وضوح متوسط، عمق صحنه صدا و وضوح جزئیات در سطح پایین که در محیط های شنیداری بحرانی و سیستم های صوتی با وضوح بالا قابل شنیدن هستند. راندمان برتر کلاس D ( 85-95٪ در مقابل 50-70٪ برای کلاس AB) آن را به انتخاب ارجح برای تقویت ساب ووفر با قدرت بالا، سیستم‌های قابل حمل و برنامه‌هایی که در آن اتلاف گرما یک محدودیت است، تبدیل می‌کند. برای تقویت‌کننده‌های قدرت میکسر در زمینه صدای زنده که در آن تقویت‌کننده به طور مداوم در سطوح خروجی متوسط کار می‌کند، کلاس AB معمولاً یک ویژگی صوتی طبیعی‌تر و دقیق‌تر را ارائه می‌دهد - اگرچه این شکاف با هر نسل از طراحی کلاس D کاهش می‌یابد.

چرا تقویت کننده کلاس AB حتی زمانی که هیچ سیگنالی پخش نمی شود گرم می شود؟

این یک رفتار طبیعی و قابل انتظار است. مرحله خروجی کلاس AB با یک جریان ساکن کوچک - معمولاً بایاس می شود 25-100 میلی آمپر در هر جفت ترانزیستور خروجی - به طور مداوم در هر دو دستگاه خروجی جریان دارد، حتی بدون وجود سیگنال. این جریان بیکار همان چیزی است که اعوجاج متقاطع را با اطمینان از اینکه هر دو ترانزیستور به آرامی هدایت می شوند، زمانی که سیگنال از صفر عبور می کند، حذف می کند. توان تلف شده توسط این جریان ساکن گرمای بیکاری را که در هیت سینک احساس می کنید تولید می کند. یک ماژول که به درستی طراحی شده باشد گرم خواهد بود اما در حالت بیکار گرم نمی شود - اگر تقویت کننده در حالت استراحت بیش از حد داغ شود، ممکن است بایاس خیلی بالا تنظیم شود یا جبران حرارتی از کار بیفتد.

آیا ماژول تقویت کننده کلاس AB در صورت خرابی قابل تعمیر است یا باید تعویض شود؟

اکثر خرابی های ماژول تقویت کننده کلاس AB توسط یک تکنسین الکترونیک واجد شرایط قابل تعمیر هستند. رایج ترین حالت های خرابی عبارتند از ترانزیستورهای خروجی دمیده شده (معمولاً ناشی از بارهای اتصال کوتاه، گرمای بیش از حد، یا خطاهای جبران DC) و ترانزیستورهای بایاس یا مقاومت های تراش شکست خورده که باعث می شود سوگیری به خارج از محدوده های امن منتقل شود. ترانزیستورهای خروجی اجزای استانداردی هستند که از تامین کنندگان الکترونیک در دسترس هستند و بازسازی کامل مرحله خروجی روی یک ماژول با کیفیت معمولاً هزینه دارد. 50 تا 200 دلار در قطعات به علاوه نیروی کار ساختار ماژولار اکثر تقویت کننده های قدرت میکسر حرفه ای، تعویض مرحله خروجی را ساده می کند - بسیاری از طرح ها به ماژول تقویت کننده اجازه حذف و جایگزینی به عنوان یک واحد کامل را می دهند.

بازخورد منفی چگونه بر صدای یک ماژول تقویت کننده کلاس AB تأثیر می گذارد؟

بازخورد منفی (NFB) تقریباً در تمام طرح‌های کلاس AB برای کاهش اعوجاج، بهبود صافی پاسخ فرکانس، افزایش ضریب میرایی و کاهش امپدانس خروجی استفاده می‌شود. مقدار بازخورد - اندازه گیری شده در دسی بل - به طور مستقیم تعیین می کند که چقدر این پارامترها بهبود می یابند. یک ماژول تقویت کننده معمولی کلاس AB استفاده می کند 20-40 دسی بل NFB کلی ، که می تواند THD حلقه باز را 1-5٪ به پایین کاهش دهد 0.001-0.05٪ محدوده بحث موسیقی دوست در مورد NFB بر این استدلال متمرکز است که در حالی که اندازه گیری اعوجاج حالت پایدار را کاهش می دهد، می تواند نوعی اعوجاج پویا را در گذرهای سریع معرفی کند. طراحان تقویت کننده مدرن با ترکیب پهنای باند حلقه باز بالا (به حداقل رساندن خطای بهره که باید بازخورد باید اصلاح شود) با سطوح بازخورد متوسط به این موضوع می پردازند.

چه ترانزیستورهای خروجی در ماژول های تقویت کننده کلاس AB با کیفیت بالا استفاده می شود؟

معتبرترین ترانزیستورهای خروجی برای ماژول های صوتی کلاس AB با کیفیت بالا هستند ترانزیستورهای اتصال دوقطبی (BJT) در جفت های مکمل NPN/PNP. انواع با کارایی بالا شامل جفت توشیبا 2SA1943/2SC5200 (با ولتاژ 150 ولت، 15 آمپر، 150 وات) و جفت نیمه هادی ON MJL21193/MJL21194 که هر دو به طور گسترده در طراحی های حرفه ای و صوتی دوست دارند استفاده می شود. ممکن است از طرح های سطح بالاتر استفاده شود ماسفت های جانبی (مانند Exicon ECF10N20/ECF10P20) که دارای ویژگی قطع تدریجی تر و "لوله مانند" هستند که بسیاری از شنوندگان از نظر موسیقی بخشنده تر از برش BJT هستند. تعداد جفت ترانزیستورهای خروجی حداکثر جریان و توان خروجی را تعیین می کند - اکثر ماژول های تقویت کننده حرفه ای استفاده می کنند. 2-6 جفت در هر کانال بسته به توان نامی

چگونه بفهمم که تقویت کننده برق میکسر من از ماژول کلاس AB استفاده می کند؟

مطمئن ترین روش بررسی مشخصات محصول است - کلاس تقویت کننده تقریباً همیشه در بخش مشخصات فنی کتابچه راهنمای مالک یا در وب سایت سازنده ذکر شده است. شاخص‌های فیزیکی که کلاس AB را پیشنهاد می‌کنند شامل هیت سینک های قابل توجه یا یک فن خنک کننده عقب (که نشان دهنده اتلاف گرمای معنی دار، بر خلاف کلاس D)، یک شاسی گرم در حالت بیکار، و یک منبع تغذیه با یک ترانسفورماتور حلقوی بزرگ یا EI به جای منبع سوئیچینگ فشرده (که بیشتر در طرح های کلاس D معمول است). اگر آمپلی فایر در لمس گرم و بدون پخش سیگنال باشد و دارای یک ترانسفورماتور قدرت بزرگ سنتی باشد، تقریباً به طور قطع از کلاس AB است. اکثر تقویت کننده های قدرت میکسر در 100 وات تا 1000 وات در هر کانال محدوده فروخته شده توسط برندهایی مانند Yamaha، Crown، QSC، و Behringer از مراحل خروجی کلاس AB یا کلاس H (مشتق شده از کلاس AB) استفاده می کند.