Ang Audio amplifier ay isang pangkalahatang terminong ginagamit upang ilarawan ang isang circuit na gumagawa at nagpapalakas ng bersyon ng input signal nito. Gayunpaman, hindi lahat ng teknolohiya ng converter ay kapareho ng inuri ang mga ito ayon sa kanilang mga configuration at mode ng pagpapatakbo.
Sa electronics, karaniwang ginagamit ang maliliit na amplifier dahil nagagawa nitong palakasin ang medyo maliit na input signal, gaya ng mula sa isang sensor gaya ng music player, tungo sa mas malaking output signal para magmaneho ng relay, lamp o loudspeaker, atbp.
Maraming anyo ng mga electronic circuit na inuri bilang mga amplifier, mula sa operational at maliliit na signal transducers hanggang sa malalaking pulse at power converter. Ang pag-uuri ng isang device ay depende sa laki ng signal, malaki man o maliit, ang pisikal na configuration nito, at kung paano pinoproseso ang input stream, iyon ay, ang relasyon sa pagitan ng input level at ng kasalukuyang dumadaloy sa load.
Anatomy ng Device
Ang mga audio frequency amplifier ay makikita bilang isang simpleng kahono isang bloke na naglalaman ng device, gaya ng bipolar, FET, o operational sensor, na may dalawang input at dalawang output terminal (pangkaraniwan ang ground). Bukod dito, mas malaki ang output signal dahil sa conversion nito sa device.
Ang perpektong signal amplifier ay magkakaroon ng tatlong pangunahing katangian:
- Input impedance, o (R IN).
- Paglaban sa output, o (R OUT).
- Gain, o (A).
Gaano man kakomplikado ang circuit ng amplifier, maaaring gamitin ang isang pangkalahatang modelo ng block upang ipakita ang kaugnayan ng tatlong katangiang ito.
Mga pangkalahatang konsepto
Maaaring mag-iba ang performance ng mga high quality audio amplifier. Ang bawat uri ay may digital o analog na conversion. Nakatakda ang mga code upang paghiwalayin ang mga ito.
Ang tumaas na pagkakaiba sa pagitan ng input at output signal ay tinatawag na conversion. Ang gain ay isang sukatan kung gaano kalaki ang "pagbabago" ng isang amplifier ng isang input signal. Halimbawa, kung mayroong isang input level na 1 volt at isang output level na 50 volts, ang conversion ay magiging 50. Sa madaling salita, ang input signal ay binuo ng 50 beses. Ganyan ang ginagawa ng isang audio frequency amplifier.
Ang pagkalkula ng conversion ay simpleng ratio ng output na hinati sa input. Ang system na ito ay walang mga unit bilang ratio nito, ngunit sa electronics ang simbolo A ay karaniwang ginagamit para sa pakinabang. Ang conversion ay kinakalkula lamang bilang "output na hinati sa input".
Mga power converter
Magnifier maliitAng isang signal amplifier ay karaniwang tinutukoy bilang isang "boltahe" amplifier dahil ito ay may posibilidad na i-convert ang isang maliit na input sa isang mas malaking output boltahe. Minsan kailangan ng circuit ng device para makapagmaneho ng motor o power ng loudspeaker, at para sa mga ganitong uri ng application, kung saan may sangkot na matataas na switching current, kailangan ang mga power converter.
Gaya ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang pangunahing gawain ng isang power amplifier (kilala rin bilang isang malaking signal amplifier) ay ang magbigay ng kuryente sa isang load. Ito ay ang produkto ng boltahe at kasalukuyang inilapat sa isang load na may output power na mas malaki kaysa sa input signal level. Sa madaling salita, pinapataas ng converter ang kapangyarihan ng speaker, kaya ang ganitong uri ng block circuit ay ginagamit sa mga panlabas na yugto ng mga audio converter upang himukin ang mga speaker.
Prinsipyo ng operasyon
Gumagana ang audio amplifier sa prinsipyo ng pag-convert ng DC power na nakuha mula sa power supply sa isang AC voltage signal na ibinibigay sa load. Bagama't mataas ang conversion, ang kahusayan mula sa DC power supply hanggang sa AC voltage output signal ay karaniwang mababa.
Ang perpektong block ay nagbibigay sa device ng kahusayan na 100% o hindi bababa sa power IN ay magiging katumbas ng power OUT.
Paghahati ng klase
Kung ang mga user ay tumingin na sa detalye ng mga audio power amplifier, maaaring napansin nila ang mga klase ng kagamitan, karaniwang tinutukoy ng titik odalawa. Ang pinakakaraniwang mga uri ng block na ginagamit sa consumer home audio ngayon ay mga A, A/B, D, G, at H value.
Ang mga klase na ito ay hindi mga simpleng sistema ng pag-uuri, ngunit mga paglalarawan ng topology ng amplifier, ibig sabihin, kung paano gumagana ang mga ito sa pangunahing antas. Bagama't ang bawat uri ng amplifier ay may sariling hanay ng mga lakas at kahinaan, ang kanilang pagganap (at kung paano sinusukat ang mga panghuling katangian) ay nananatiling pareho.
Ito ay upang i-convert ang waveform na ipinadala ng pre-unit nang hindi nagpapakilala ng interference o hindi bababa sa kaunting distortion hangga't maaari.
Class A
Kumpara sa ibang mga klase ng audio power amplifier na ilalarawan sa ibaba, ang mga modelo ng Class A ay medyo simpleng mga device. Ang pagtukoy sa prinsipyo ng pagpapatakbo ay ang lahat ng mga bloke ng output ng transducer ay dapat dumaan sa isang kumpletong 360-degree na ikot ng signal.
Class A ay maaari ding hatiin sa single-ended at push-pull amplifier. Ang push/pull ay naiiba sa pangunahing paliwanag sa itaas sa pamamagitan ng paggamit ng mga output device nang magkapares. Habang ang parehong device ay tumatakbo sa isang buong 360-degree na cycle, ang isang device ay magdadala ng karamihan ng load sa panahon ng positibong bahagi ng cycle, habang ang isa ay magdadala ng higit pa sa negatibong cycle.
Ang pangunahing bentahe ng circuit na ito ay nabawasan ang distortion kumpara sa mga single-ended na disenyo, dahil kahit na ang mga pagbabago sa order ay inaalis. Bilang karagdagan, ang mga disenyo ng push-pull ng Class A ay hindi gaanong sensitibo sa ingay.
Dahil sa mga positibong katangian na nauugnay sa pagganap ng Class A, itinuturing itong gold standard para sa kalidad ng tunog sa maraming acoustic application. Gayunpaman, ang mga disenyong ito ay may isang mahalagang disbentaha - kahusayan.
Requirement para sa Class A transistor audio amplifier na naka-on ang lahat ng output device sa lahat ng oras. Ang pagkilos na ito ay humahantong sa isang makabuluhang pagkawala ng enerhiya, na sa kalaunan ay na-convert sa init. Ito ay higit na pinalala ng katotohanan na ang mga disenyo ng Class A ay nangangailangan ng medyo mataas na antas ng tahimik na kasalukuyang, na kung saan ay ang dami ng kasalukuyang dumadaloy sa mga output device kapag ang amplifier ay gumagawa ng zero na output. Ang mga rate ng kahusayan sa totoong mundo ay maaaring nasa 15-35%, na may mga solong digit na posible gamit ang napaka-dynamic na pinagmulang materyal.
Class B
Habang ang lahat ng mekanismo ng output sa isang class A na audio amplifier ay tumatagal ng 100% ng oras upang gumana, ang mga unit ng class B ay gumagamit ng push-pull circuitry na kung saan kalahati lang ng mga output device ang gumagana anumang oras.
Ang isang kalahati ay sumasaklaw sa +180 degree na bahagi ng waveform habang ang isa pang kalahati ay sumasaklaw sa -180 degree na seksyon. Bilang resulta, ang mga Class B amplifier ay higit na mahusay kaysa sa kanilang mga Class A na katapat, na may maximum na teoretikal na 78.5%. Dahil sa medyo mataas na kahusayan, ang Class B ay ginamit sa ilang propesyonal na PA transducers pati na rin sa ilang home tube amplifier. Sa kabila ng mga itohalatang lakas, halos zero ang pagkakataong makakuha ng class B block para sa isang bahay. Ipinakita ng pagsusuri sa audio amplifier ang sanhi nito, na kilala bilang crossover distortion.
Ang problema sa latency sa handover sa pagitan ng mga device na nagpoproseso ng positibo at negatibong bahagi ng waveform ay itinuturing na makabuluhan. Hindi sinasabi na ang pagbaluktot na ito ay naririnig sa sapat na dami, at habang ang ilang mga disenyo ng Class B ay mas mahusay kaysa sa iba sa bagay na ito, ang Class B ay nakatanggap ng kaunting pagkilala mula sa malinis na tunog na mga mahilig.
Class A/B
Matatagpuan ang tube audio amplifier sa maraming lugar ng konsiyerto. Ito ay may mataas na pagganap at hindi nag-overheat. Bilang karagdagan, ang mga modelo ay mas mura kaysa sa maraming mga digital na bloke. Ngunit mayroon ding mga paglihis. Maaaring hindi gumana ang naturang module sa lahat ng format ng audio. Samakatuwid, mas mainam na gumamit ng kagamitan bilang bahagi ng pangkalahatang kumplikadong pagproseso ng signal.
Ang Class A/B ay pinagsasama ang pinakamahusay sa bawat uri ng device upang lumikha ng isang unit na walang mga disadvantage ng alinman. Sa kumbinasyong ito ng mga pakinabang, ang mga amplifier ng class A/B ay higit na nangingibabaw sa merkado ng consumer.
Ang solusyon ay talagang simple sa konsepto. Kung saan ang class B ay gumagamit ng push-pull device na ang bawat kalahati ng output stage ay nagsasagawa ng 180 degrees, ang mga mekanismo ng class A/B ay tumataas ito sa ~181-200 degrees. Kaya, mayroongmas maliit ang posibilidad na magkaroon ng "punit" sa loop, at samakatuwid ang crossover distortion ay bumaba sa punto kung saan ito ay hindi mahalaga.
Ang Valve audio power amplifier ay mas mabilis na maa-absorb ang interference na ito. Salamat sa property na ito, mas malinis ang tunog na lumalabas sa device. Ang mga modelo ng mga katangiang ito ay kadalasang ginagamit upang baguhin ang tunog ng acoustic at electric guitar.
Sapat na sabihin na ang Class A/B ay tumutupad sa pangako nito, na madaling nahihigitan ang mga pure Class A construct sa ~50-70% real world performance. Ang aktwal na mga antas, siyempre, ay nakasalalay sa kung gaano kalaki ang na-offset ng amplifier, pati na rin ang materyal ng programa at iba pang mga kadahilanan. Kapansin-pansin din na ang ilang disenyo ng Class A/B ay nagpapatuloy ng isang hakbang sa kanilang pagsisikap na alisin ang crossover distortion sa pamamagitan ng pagpapatakbo sa purong Class A mode hanggang sa ilang watts ng kapangyarihan. Nagbibigay ito ng kaunting kahusayan sa mababang antas, ngunit tinitiyak na hindi magiging furnace ang amplifier kapag inilapat ang malaking lakas.
Mga Klase G at H
Isa pang pares ng mga disenyo na idinisenyo upang pahusayin ang kahusayan. Mula sa teknikal na punto ng view, alinman sa class G o class H amplifier ay hindi opisyal na kinikilala. Sa halip, ang mga ito ay mga variation sa Class A/B na tema gamit ang bus voltage switching at bus modulation, ayon sa pagkakabanggit. Sa anumang kaso, sa mababang demand na kundisyon, ang system ay gumagamit ng mas mababang boltahe ng bus kaysa sa isang katulad na class A/B amplifier, na makabuluhangbinabawasan ang pagkonsumo ng kuryente. Kapag naganap ang mataas na kapangyarihan, dynamic na pinapataas ng system ang boltahe ng bus (ibig sabihin, lumipat sa mataas na boltahe na bus) para mahawakan ang mga transient na mataas ang amplitude.
May mga pagkukulang din. Pangunahin sa kanila ang mataas na gastos. Ang orihinal na network switching circuit ay gumamit ng bipolar transistors upang kontrolin ang mga output stream, na nagdaragdag ng pagiging kumplikado at gastos. Ang mataas na kalidad na tube audio frequency amplifier ng ganitong uri ay karaniwan, kahit na ang presyo ay nagsisimula sa 50 libong rubles. Ang block ay itinuturing na isang propesyonal na pamamaraan para sa pagtatrabaho sa entablado o pag-record sa isang studio. May mga problema sa mga transistor. Sa ilalim ng matagal na pag-load, maaaring mabigo ang ilan sa mga ito.
Ngayon, kadalasang binabawasan ang presyo sa ilang lawak sa pamamagitan ng paggamit ng matataas na kasalukuyang MOSFET upang pumili o magpalit ng mga gabay. Ang paggamit ng mga MOSFET ay hindi lamang nagpapabuti sa kahusayan at nagpapababa ng init, ngunit nangangailangan din ng mas kaunting mga bahagi (karaniwang isang aparato bawat thread). Bilang karagdagan sa gastos ng pagpapalit ng bus, ang mismong modulasyon, nararapat ding tandaan na ang ilang mga amplifier ng class G ay gumagamit ng mas maraming mga output device kaysa sa isang tipikal na disenyo ng class A/B.
Ang isang pares ng mga device ay gagana sa karaniwang A/B mode, na pinapagana ng mga busbar na mababa ang boltahe. Samantala, ang isa ay naka-standby upang kumilos bilang isang booster ng boltahe, naka-activate lamang depende sa sitwasyon. Makatiis ng mataas na pagkarga lamang sa mga klase G at H,nauugnay sa mga malalakas na amplifier, kung saan nagbabayad ang tumaas na kahusayan. Ang mga compact na disenyo ay maaari ding gumamit ng mga topologies ng class G/H kumpara sa A/B dahil ang kakayahang lumipat sa low power mode ay nangangahulugan na makakaalis sila gamit ang isang bahagyang mas maliit na heatsink.
Class D
Ang ganitong uri ng device ay nagbibigay-daan sa iyong lumikha ng sarili mong mga modular system. Sa tulong ng kagamitan, nagaganap ang mataas na kalidad na pagproseso ng buong papalabas na stream. Ang pagdidisenyo ng mga audio frequency power amplifier ay nagbibigay-daan sa iyo na lumikha ng iyong sariling multimedia system para sa trabaho o entertainment. Gayunpaman, mayroong ilang mga nuances dito. Kadalasang maling tinutukoy bilang digital amplification, ang mga class D converter ay isang garantiya ng unit efficiency at nakakamit ang mga nadagdag na lampas sa 90% sa aktwal na pagsubok.
Una, nararapat na isaalang-alang kung bakit ito ay class D kung ang "digital amplification" ay hindi tama. Ito ay lamang ang susunod na titik sa alpabeto, na may C class na ginagamit sa mga audio system. Higit sa lahat, kung paano makakamit ang 90%+ na kahusayan. Habang ang lahat ng naunang nabanggit na klase ng amplifier ay may isa o higit pang mga output device na patuloy na aktibo kahit na ang converter ay aktwal na nasa standby mode, ang mga class D unit ay mabilis na ini-off at na-on ang mga ito. Ito ay medyo maginhawa at ginagawang posible na gamitin ang module sa mga tamang sandali lamang.
Halimbawa, ang pagkalkula ng class T audio amplifier, naAng pagpapatupad ng class D ng Tripath, hindi tulad ng pangunahing device, ay gumagamit ng mga switching frequency sa pagkakasunud-sunod na 50 MHz. Ang mga output device ay karaniwang kinokontrol ng pulse width modulation. Ito ay kapag ang mga square wave na may iba't ibang lapad ay nabuo ng isang modulator na nagpapakita ng analog signal para sa pag-playback. Sa mahigpit na kontrol sa mga output device sa ganitong paraan, ang 100% na kahusayan ay posible sa teorya (bagama't halatang hindi makakamit sa totoong mundo).
Paghuhukay sa mundo ng mga class D audio amplifier, maaari ka ring makakita ng pagbanggit ng mga analog at digital na kinokontrol na module. Ang mga control block na ito ay may analog input signal at analog control system, kadalasang may ilang antas ng feedback error correction. Sa kabilang banda, ang mga digital conversion class D amplifier ay gumagamit ng digital control, na nagpapalit ng power stage nang walang error control. Ang desisyong ito ay nakakahanap din ng pag-apruba, ayon sa mga pagsusuri ng maraming mga mamimili. Gayunpaman, mas mataas ang segment ng presyo dito.
Ang pagsasaliksik ng audio amplifier ay nagpakita na ang analog-driven na class D ay may kalamangan sa performance kumpara sa digital analog, dahil karaniwan itong nag-aalok ng mas mababang output impedance (resistance) at pinahusay na distortion profile. Itinataas nito ang mga paunang halaga ng system sa maximum na pagkarga nito.
Ang mga parameter ng mga audio frequency amplifier ay mas mataas kaysa sa mga pangunahing modelo. Dapat itong maunawaan na ang mga naturang kalkulasyon ay kinakailangan lamang para sa paglikha ng musika sa studio. Para sa mga ordinaryong mamimili, itomaaaring laktawan ang mga katangian.
Karaniwan ay isang L-circuit (inductor at capacitor) na inilalagay sa pagitan ng amplifier at loudspeaker upang mabawasan ang ingay na nauugnay sa pagpapatakbo ng class D. Napakahalaga ng filter. Maaaring makompromiso ng mahinang disenyo ang kahusayan, pagiging maaasahan, at kalidad ng tunog. Bilang karagdagan, ang feedback pagkatapos ng output filter ay may mga pakinabang nito. Bagama't ang mga disenyo na hindi gumagamit ng feedback sa yugtong ito ay maaaring ibagay ang kanilang tugon sa isang partikular na impedance, kapag ang mga naturang amplifier ay may kumplikadong pagkarga (ibig sabihin, isang loudspeaker sa halip na isang resistor), ang frequency response ay maaaring mag-iba nang malaki depende sa load sa speaker. Pinapatatag ng feedback ang problemang ito sa pamamagitan ng pagbibigay ng maayos na pagtugon sa mga kumplikadong pag-load.
Sa huli, ang pagiging kumplikado ng mga Class D audio amplifier ay may mga pakinabang nito. Kahusayan at, bilang isang resulta, mas kaunting timbang. Dahil medyo maliit na enerhiya ang ginugugol sa init, mas kaunting enerhiya ang kinakailangan. Dahil dito, maraming class D amplifier ang ginagamit kasabay ng switched mode power supply (SMPS). Tulad ng yugto ng output, ang mismong power supply ay maaaring mabilis na i-on at i-off upang i-regulate ang boltahe, na nagreresulta sa higit pang kahusayan at kakayahang bawasan ang timbang kaysa sa tradisyonal na analog/linear power supply.
Sa kabuuan, kahit na ang malalakas na class D amplifier ay maaaring tumimbang lamang ng ilang kilo. Ang kawalan ng SMPS power supplies kumpara sa tradisyonal na linear supplies ayna karaniwang walang masyadong headroom ang dating.
Ang mga pagsubok at maraming pagsubok ng mga class D audio amplifier na may mga linear na power supply kumpara sa mga module ng SMPS ay nagpakita na ganito talaga ang sitwasyon. Kapag ang dalawang amplifier ay humahawak ng na-rate na kapangyarihan, ngunit ang isa na may linear na power supply ay maaaring makagawa ng mas mataas na dynamic na antas ng kapangyarihan. Gayunpaman, nagiging pangkaraniwan na ang mga disenyo ng SMPS at maaari mong asahan na makakita ng mas magagandang susunod na henerasyon ng mga Class D unit na gumagamit ng mga katulad na hugis sa mga tindahan.
Paghahambing ng kahusayan ng mga klase AB at D
Bagama't tumataas ang kahusayan ng isang Class A/B transistorized audio power amplifier habang lumalapit ang maximum na output power, ang mga disenyo ng Class D ay nagpapanatili ng mataas na kahusayan sa karamihan ng mga operating range. Bilang resulta, ang kahusayan at kalidad ng tunog ay lalong nakasandal sa huling bloke.
Gumamit ng isang transduser
Kapag ipinatupad nang maayos, ang alinman sa mga bloke sa itaas sa labas ng klase B ay maaaring maging batayan ng isang high fidelity amplifier. Bukod sa mga potensyal na pitfalls sa performance (na pangunahin nang isang desisyon sa disenyo sa halip na partikular sa klase), ang pagpili ng uri ng block ay higit na mahalaga sa gastos kumpara sa kahusayan.
Sa merkado ngayon, nangingibabaw ang simpleng Class A/B audio amplifier, at sa magandang dahilan. Gumagana ito nang mahusay, medyo mura, at nitoang kahusayan ay lubos na sapat para sa mga aplikasyon ng mababang kapangyarihan (>200W). Siyempre, habang sinusubukan ng mga tagagawa ng converter na itulak ang sobre gamit ang, halimbawa, ang 1000W Emotiva XPR-1 monoblock, bumaling sila sa mga disenyo ng klase ng G/H at D upang maiwasan ang pagdoble ng kanilang mga amplifier bilang mga system na may kakayahang magpainit ng kagamitan nang mabilis. Samantala, sa kabilang panig ng merkado, may mga tagahanga ng class A na maaaring patawarin ang kakulangan ng kahusayan ng device sa pag-asa ng mas malinis na tunog.
Resulta
Kung tutuusin, hindi naman ganoon kahalaga ang mga klase ng converter. Siyempre may mga aktwal na pagkakaiba, lalo na pagdating sa gastos, kahusayan ng amplifier at samakatuwid ay timbang. Siyempre, ang 500W class A appliances ay isang masamang ideya, maliban kung, siyempre, ang gumagamit ay may isang malakas na sistema ng paglamig. Sa kabilang banda, ang mga pagkakaiba sa pagitan ng mga klase ay hindi tumutukoy sa kalidad ng tunog. Sa huli, ito ay bumaba sa pagbuo at pagpapatupad ng iyong sariling mga proyekto. Mahalagang maunawaan na ang mga transduser ay isang device lamang na bahagi ng audio system.
