Lydforsterker er et generelt begrep som brukes for å beskrive en krets som produserer og forsterker en versjon av inngangssignalet. Imidlertid er ikke alle omformerteknologier de samme siden de er klassifisert i henhold til deres konfigurasjoner og driftsmåter.
I elektronikk er små forsterkere ofte brukt fordi de er i stand til å forsterke et relativt lite inngangssignal, for eksempel fra en sensor som en musikkspiller, til et mye større utgangssignal for å drive et relé, en lampe eller en høyttaler, osv.
Det finnes mange former for elektroniske kretser klassifisert som forsterkere, fra operasjonelle og små signalomformere til store puls- og effektomformere. Klassifiseringen av en enhet avhenger av størrelsen på signalet, stort eller lite, dets fysiske konfigurasjon, og hvordan inngangsstrømmen behandles, det vil si forholdet mellom inngangsnivået og strømmen som flyter i lasten.
Device Anatomy
Lydfrekvensforsterkere kan sees på som en enkel bokseller en blokk som inneholder en enhet, for eksempel en bipolar, FET eller operasjonssensor, som har to inngangs- og to utgangsterminaler (jord er vanlig). Dessuten er utgangssignalet mye større på grunn av konverteringen på enheten.
En ideell signalforsterker vil ha tre hovedegenskaper:
- Inngangsimpedans, eller (R IN).
- Utgangsmotstand, eller (R OUT).
- Gain, eller (A).
Uansett hvor kompleks forsterkerkretsen er, kan en generell blokkmodell brukes for å demonstrere sammenhengen mellom disse tre egenskapene.
Generelle konsepter
Lydforsterkere av høy kvalitet kan variere i ytelse. Hver type har en digital eller analog konvertering. Koder er satt til å skille dem.
Den økte forskjellen mellom inngangs- og utgangssignaler kalles konvertering. Gain er et mål på hvor mye en forsterker "transformerer" et inngangssignal. For eksempel, hvis det er et inngangsnivå på 1 volt og et utgangsnivå på 50 volt, vil konverteringen være 50. Med andre ord er inngangssignalet utviklet 50 ganger. En lydfrekvensforsterker gjør nettopp det.
Konverteringsberegningen er ganske enkelt forholdet mellom utdata delt på input. Dette systemet har ikke enheter som forhold, men i elektronikk brukes ofte symbolet A for forsterkning. Konverteringen beregnes da ganske enkelt som "output dividert med input".
Strømomformere
Forstørrelsesglass litenEn signalforsterker blir ofte referert til som en "spennings"-forsterker fordi den har en tendens til å konvertere en liten inngang til en mye større utgangsspenning. Noen ganger kreves det en enhetskrets for å drive en motor- eller høyttalerkraft, og for denne typen applikasjoner, hvor høye svitsjestrømmer er involvert, trengs strømomformere.
Som navnet antyder, er hovedoppgaven til en effektforsterker (også kjent som en stor signalforsterker) å levere strøm til en last. Det er produktet av spenning og strøm påført en last med en utgangseffekt som er større enn inngangssignalnivået. Omformeren øker med andre ord kraften til høyttaleren, så denne typen blokkkretser brukes i de eksterne stadiene til lydomformere for å drive høyttalerne.
Driftsprinsipp
Lydforsterkeren fungerer etter prinsippet om å konvertere DC-strømmen som trekkes fra strømforsyningen til et AC-spenningssignal som leveres til lasten. Selv om konverteringen er høy, er effektiviteten fra DC-strømforsyningen til AC-spenningsutgangssignalet generelt lav.
En ideell blokk gir enheten en effektivitet på 100 % eller i det minste vil strøm IN være lik strøm OUT.
Klasseinndeling
Hvis brukere noen gang har sett på spesifikasjonene til lydeffektforsterkere, kan de ha lagt merke til utstyrsklasser, vanligvis betegnet med bokstaven ellerto. De vanligste blokktypene som brukes i forbrukerlyd i hjemmet i dag er A-, A/B-, D-, G- og H-verdier.
Disse klassene er ikke enkle klassifikasjonssystemer, men beskrivelser av forsterkertopologi, det vil si hvordan de fungerer på kjernenivå. Mens hver type forsterker har sitt eget sett med styrker og svakheter, forblir ytelsen (og hvordan de endelige egenskapene måles) den samme.
Det er å konvertere bølgeformen som sendes av pre-enheten uten å introdusere interferens eller i det minste så lite forvrengning som mulig.
Klasse A
Sammenlignet med andre klasser av lydeffektforsterkere som vil bli beskrevet nedenfor, er Klasse A-modeller relativt enkle enheter. Det definerende operasjonsprinsippet er at alle transduserutgangsblokker må gå gjennom en fullstendig 360-graders signalsyklus.
Klasse A kan også deles inn i single-ended og push-pull forsterkere. Push/pull skiller seg fra hovedforklaringen ovenfor ved å bruke utgangsenheter i par. Mens begge enhetene kjører en hel 360-graders syklus, vil den ene enheten bære mesteparten av belastningen under den positive delen av syklusen, mens den andre vil bære mer av den negative syklusen.
Den største fordelen med denne kretsen er redusert forvrengning sammenlignet med single-ended design, siden selv ordrefluktuasjoner er eliminert. I tillegg er klasse A push-pull-design mindre følsomme for støy.
På grunn av de positive egenskapene knyttet til klasse A-ytelse, regnes den som gullstandarden for lydkvalitet i mange akustiske applikasjoner. Disse designene har imidlertid én viktig ulempe – effektivitet.
Krav for klasse A transistorlydforsterkere for å ha alle utgangsenheter på til enhver tid. Denne handlingen fører til et betydelig tap av energi, som til slutt omdannes til varme. Dette forverres ytterligere av det faktum at klasse A-design krever relativt høye nivåer av hvilestrøm, som er mengden strøm som flyter gjennom utgangsenhetene når forsterkeren produserer null utgang. Effektivitetsrater i den virkelige verden kan være i størrelsesorden 15–35 %, med enkeltsiffer mulig ved bruk av svært dynamisk kildemateriale.
Klasse B
Selv om alle utgangsmekanismene i en klasse A-lydforsterker bruker 100 % av tiden å fungere, bruker klasse B-enhetene push-pull-kretser slik at bare halvparten av utgangsenhetene leder til enhver tid.
Den ene halvdelen dekker +180 graders delen av bølgeformen mens den andre halvdelen dekker -180 graders delen. Som en konsekvens er klasse B-forsterkere betydelig mer effektive enn klasse A-forsterkere, med et teoretisk maksimum på 78,5 %. Gitt den relativt høye effektiviteten, har klasse B blitt brukt i noen profesjonelle PA-transdusere så vel som noen hjemmerørforsterkere. Til tross for demåpenbar styrke, sjansene for å anskaffe en klasse B-blokk for et hus er praktisk t alt null. En undersøkelse av lydforsterkeren viste årsaken til dette, kjent som crossover distortion.
Problemet med latens i overlevering mellom enheter som behandler de positive og negative delene av bølgeformen anses som betydelig. Det sier seg selv at denne forvrengningen er hørbar i tilstrekkelige mengder, og selv om noen klasse B-design var bedre enn andre i denne forbindelse, fikk klasse B lite anerkjennelse fra entusiaster med rent lyd.
Klasse A/B
Rørlydforsterkeren finnes på mange konsertlokaler. Den har høy ytelse og overopphetes ikke. I tillegg er modellene mye billigere enn mange digitale blokker. Men det er også avvik. En slik modul fungerer kanskje ikke med alle lydformater. Derfor er det bedre å bruke utstyr som en del av et generelt signalbehandlingskompleks.
Klasse A/B kombinerer det beste fra hver enhetstype for å lage en enhet uten ulempene med noen av dem. Med denne kombinasjonen av fordeler dominerer klasse A/B-forsterkere i stor grad forbrukermarkedet.
Løsningen er faktisk ganske enkel i konseptet. Der klasse B bruker en push-pull-enhet med hver halvdel av utgangstrinnet leder 180 grader, øker klasse A/B-mekanismer den til ~181-200 grader. Dermed er detmye mindre sannsynlighet for å ha en "rivning" i loopen, og derfor faller crossover-forvrengningen til et punkt hvor det ikke spiller noen rolle.
Valvelydeffektforsterkere kan absorbere denne interferensen mye raskere. Takket være denne egenskapen kommer lyden mye renere ut av enheten. Modeller med disse egenskapene brukes ofte til å transformere lyden til akustiske og elektriske gitarer.
Det er nok å si at klasse A/B leverer det løftet, og overgår rene klasse A-konstruksjoner med ~50–70 % ytelse i den virkelige verden. Faktiske nivåer avhenger selvfølgelig av hvor mye forsterkeren er offset, samt programmateriale og andre faktorer. Det er også verdt å merke seg at noen Klasse A/B-design går et skritt videre i deres søken etter å eliminere crossover-forvrengning ved å operere i ren Klasse A-modus opp til noen få watt effekt. Dette gir en viss effektivitet ved lave nivåer, men sikrer at forsterkeren ikke blir til en ovn når en stor mengde strøm tilføres.
Klasse G og H
Nok et par design designet for å forbedre effektiviteten. Fra et teknisk synspunkt er verken klasse G eller klasse H forsterkere offisielt anerkjent. I stedet er de variasjoner av klasse A/B-temaet ved bruk av henholdsvis bussspenningssvitsjing og bussmodulasjon. I alle fall, under forhold med lav etterspørsel, bruker systemet en lavere bussspenning enn en tilsvarende klasse A/B-forsterker, noe som betydeligreduserer strømforbruket. Når det oppstår høye effektforhold, øker systemet dynamisk bussspenningen (dvs. bytter til høyspentbussen) for å håndtere transienter med høy amplitude.
Det er også feil. Den viktigste blant dem er de høye kostnadene. De originale nettverkssvitsjekretsene brukte bipolare transistorer for å kontrollere utgangsstrømmene, noe som ga kompleksitet og kostnad. Høykvalitets rørlydfrekvensforsterkere av denne typen er vanlige, selv om prisen starter på 50 tusen rubler. Blokken regnes som en profesjonell teknikk for å jobbe på scenen eller spille inn i et studio. Det er problemer med transistorer. Under langvarig belastning kan noen av dem mislykkes.
I dag er prisen ofte redusert til en viss grad ved å bruke høystrøms MOSFET-er for å velge eller endre guider. Bruken av MOSFET-er forbedrer ikke bare effektiviteten og reduserer varme, men krever også færre deler (vanligvis én enhet per tråd). I tillegg til kostnadene ved busssvitsjing, selve moduleringen, er det også verdt å merke seg at noen klasse G-forsterkere bruker flere utgangsenheter enn en typisk klasse A/B-design.
Ett par enheter vil fungere i typisk A/B-modus, drevet av lavspenningsskinnene. I mellomtiden er den andre i standby for å fungere som en spenningsforsterker, kun aktivert avhengig av situasjonen. Tåler høy belastning kun klasse G og H,assosiert med kraftige forsterkere, hvor den økte effektiviteten lønner seg. Kompakte design kan også bruke klasse G/H-topologier i motsetning til A/B gitt at muligheten til å bytte til lavstrømsmodus betyr at de kan slippe unna med en litt mindre kjøleribbe.
Klasse D
Denne typen enhet lar deg lage dine egne modulære systemer. Ved hjelp av utstyret skjer en høykvalitets behandling av hele den utgående strømmen. Ved å designe lydfrekvenseffektforsterkere kan du lage ditt eget multimediasystem for arbeid eller underholdning. Det er imidlertid noen nyanser her. Klasse D-omformere, ofte feilaktig referert til som digital forsterkning, er en garanti for enhetseffektivitet og oppnår gevinster på over 90 % i faktisk testing.
Først er det verdt å vurdere hvorfor dette er klasse D hvis "digital forsterkning" er feil. Det var bare neste bokstav i alfabetet, med C-klassen brukt i lydsystemer. Enda viktigere, hvordan 90%+ effektivitet kan oppnås. Mens alle de tidligere nevnte forsterkerklassene har en eller flere utgangsenheter som er konstant aktive selv når omformeren faktisk er i standby-modus, slår klasse D-enheter dem raskt av og på. Dette er ganske praktisk og gjør det mulig å bruke modulen bare på de riktige tidspunktene.
For eksempel beregningen av klasse T-lydforsterkere, som erTripaths klasse D-implementering, i motsetning til den grunnleggende enheten, bruker byttefrekvenser i størrelsesorden 50 MHz. Utgangsenheter styres vanligvis av pulsbreddemodulasjon. Dette er når firkantbølger med forskjellig bredde genereres av en modulator som presenterer et analogt signal for avspilling. Med streng kontroll av utgangsenheter på denne måten, er 100 % effektivitet teoretisk mulig (selv om det åpenbart ikke er mulig i den virkelige verden).
Når du graver inn i verden av klasse D-lydforsterkere, kan du også finne omtale av analoge og digitalstyrte moduler. Disse kontrollblokkene har et analogt inngangssignal og et analogt kontrollsystem, vanligvis med en viss grad av tilbakemeldingsfeilkorreksjon. På den annen side bruker digital konvertering klasse D forsterkere digital styring, som bytter effekttrinnet uten feilkontroll. Denne avgjørelsen finner også godkjenning, ifølge vurderingene fra mange kjøpere. Prissegmentet er imidlertid mye høyere her.
Lydforsterkerforskning har vist at analog-drevet klasse D har en ytelsesfordel i forhold til digital analog, da den typisk gir lavere utgangsimpedans (motstand) og forbedret forvrengningsprofil. Dette øker startverdiene til systemet ved maksimal belastning.
Parametrene til lydfrekvensforsterkerne er mye høyere enn for de grunnleggende modellene. Det skal forstås at slike beregninger bare kreves for å lage musikk i studio. For vanlige kjøpere, disseegenskaper kan hoppes over.
Vanligvis en L-krets (induktor og kondensator) plassert mellom forsterker og høyttalere for å redusere støyen knyttet til drift i klasse D. Filteret er av stor betydning. Dårlig design kan kompromittere effektivitet, pålitelighet og lydkvalitet. I tillegg har tilbakemelding etter utgangsfilteret sine fordeler. Selv om design som ikke bruker tilbakemelding på dette stadiet kan stille inn responsen til en spesifikk impedans, når slike forsterkere har en kompleks belastning (dvs. en høyttaler i stedet for en motstand), kan frekvensresponsen variere betydelig avhengig av belastningen på høyttaleren. Tilbakemelding stabiliserer dette problemet ved å gi en jevn respons på komplekse belastninger.
Til slutt har kompleksiteten til klasse D-lydforsterkere sine fordeler. Effektivitet og som et resultat mindre vekt. Siden det brukes relativt lite energi på varme, kreves det mye mindre energi. Som sådan brukes mange klasse D-forsterkere i forbindelse med strømforsyninger med svitsjemodus (SMPS). I likhet med utgangstrinnet kan selve strømforsyningen raskt slås av og på for å regulere spenningen, noe som resulterer i ytterligere effektivitetsgevinster og muligheten til å redusere vekten i forhold til tradisjonelle analoge/lineære strømforsyninger.
Til sammen kan selv kraftige klasse D-forsterkere bare veie noen få kilo. Ulempen med SMPS-strømforsyninger sammenlignet med tradisjonelle lineære forsyninger erat førstnevnte vanligvis ikke har mye takhøyde.
Tester og utallige tester av klasse D-lydforsterkere med lineære strømforsyninger sammenlignet med SMPS-moduler har vist at dette faktisk er tilfelle. Når to forsterkere håndterte nominell effekt, men en med lineær strømforsyning kunne produsere høyere dynamiske effektnivåer. SMPS-design blir imidlertid mer vanlig, og du kan forvente å se bedre neste generasjons klasse D-enheter med lignende former i butikker.
Sammenligning av effektiviteten til klassene AB og D
Selv om effektiviteten til en klasse A/B transistorisert lydeffektforsterker øker når den maksimale utgangseffekten nærmer seg, opprettholder klasse D-design høy effektivitet over de fleste driftsområder. Som et resultat lener effektivitet og lydkvalitet i økende grad mot den siste blokken.
Bruk én transduser
Når de er riktig implementert, kan en hvilken som helst av blokkene ovenfor utenfor klasse B danne grunnlaget for en high fidelity-forsterker. Bortsett fra potensielle ytelsesfeller (som først og fremst er en designbeslutning snarere enn klassespesifikk), er valg av blokktype i stor grad et spørsmål om kostnad kontra effektivitet.
I dagens marked dominerer den enkle klasse A/B-lydforsterkeren, og med god grunn. Det fungerer veldig bra, er relativt billig, og deteffektiviteten er ganske tilstrekkelig for laveffektapplikasjoner (>200W). Selvfølgelig, mens omformerprodusenter prøver å skyve på konvolutten med for eksempel 1000W Emotiva XPR-1 monoblokk, tyr de til G/H- og D-klassedesign for å unngå å duplisere forsterkerne deres som systemer som er i stand til å varme opp utstyr raskt. I mellomtiden, på den andre siden av markedet, er det klasse A-fans som kan tilgi den manglende effektiviteten til enheten i håp om en renere lyd.
Resultat
Omformerklasser er tross alt ikke nødvendigvis så viktige. Selvfølgelig er det faktiske forskjeller, spesielt når det kommer til kostnader, forsterkereffektivitet og derfor vekt. Selvfølgelig er 500W klasse A-apparater en dårlig idé, med mindre brukeren selvfølgelig har et kraftig kjølesystem. På den annen side er det ikke forskjeller mellom klasser som bestemmer lydkvaliteten. Til syvende og sist handler det om å utvikle og implementere egne prosjekter. Det er viktig å forstå at transdusere bare er én enhet som er en del av lydsystemet.
