Amplificator - concepte de amplificator de sunet sau de precizie la microscop - B; Grupul W
Tranzistor sau tub, Clasa A, B sau A/B și ce zici de Clasa D: când vine vorba de concepte de amplificator, există preferințe, puncte de vedere, ignoranță și uneori război de tranșee doar asupra conceptului de mântuire. Poziția inițială, profilul de cerință pentru un amplificator ar fi de fapt clar: exact ceea ce vine în față trebuie să iasă în spate, pur și simplu cu mai multă energie în spate - amplificare simplă a semnalului. Fiecare principiu de întărire are puncte tari și puncte slabe. Care este cea mai bună alegere în lanțul audio respectiv depinde de variabilele tehnice de mediu și, în cele din urmă, și de preferința de ascultare. Este util să aruncăm o privire mai atentă asupra conceptelor individuale de circuit. Acesta este un mod elegant de a evita miturile și de a lua decizii de cumpărare durabile.
Clasele amplificatorului
Mai întâi la clasificarea amplificatoarelor. Aceasta este ca o numerotare a diferitelor concepte și are legătură cu secvența în care apar tehnologiile de circuite individuale. Clasificarea nu este derivată din conceptul de circuit al amplificatorului. Acest lucru este evident în special cu amplificatoarele de clasă D. Acestea sunt denumite incorect amplificatoare digitale din cauza „D”. Principiul funcțional este, totuși, analog și se bazează pe modulația lățimii impulsurilor. Alte clase utilizate în mod obișnuit în sectorul hi-fi sunt clasa A și clasa B sau o combinație a ambelor clase A/B.
Cerințe pentru un amplificator bun
Un amplificator hi-fi bun are sarcina de a amplifica semnalul de intrare cât mai liniar posibil până la dincolo de intervalul de frecvență sonor, cu un raport de tensiune externă ridicat, fără distorsiuni și cu viteză mare, adică abruptul marginii sau stabilitatea impulsurilor. Acest lucru ar trebui, de asemenea, să se facă cu cel mai înalt grad de eficiență posibil, astfel încât cât mai puțină energie posibilă să fie transformată în căldură și pierdută. Aceasta este teoria. În practică, există câteva obstacole de depășit pentru a ne apropia cât mai mult de această viziune teoretică și, astfel, de amplificatorul ideal, perfect.
Componentele electrice precum tuburile și tranzistoarele au caracteristici de funcționare neliniare. Pentru a evita distorsiunea semnalului amplificat, ideal ar trebui să fie cât mai liniar posibil pe întregul răspuns de frecvență al spectrului audio.
Amplificator clasa A.
Acesta este cel mai vechi tip de amplificator și a fost folosit încă din epoca tubului. Punctul de lucru al amplificatorului se află în mijlocul părții drepte a curbei caracteristice pentru a menține distorsiunea cât mai mică posibil. Deoarece punctul de operare se află în mijlocul curbei caracteristice, amplificatorul este întotdeauna modulat, ceea ce înseamnă că curge întotdeauna un curent foarte mare. Prin urmare, aceste amplificatoare nu sunt foarte eficiente din punct de vedere energetic și au o eficiență slabă. Un amplificator de 200 de wați atinge o eficiență maximă mai mică de 50% la ieșire completă și la 10 wați acesta este chiar redus la doar 2,5%. Acest lucru înseamnă că acest tip de amplificator convertește mai multă energie în căldură decât în muzică, mai ales când este inactiv când nu se amplifică semnal.
Imaginea 1: aici un exemplu de amplificator de putere mono de clasă A de 160 wați din anii 1990 de Krell (KMA-160). Aripioarele impozante de răcire dezvăluie că există multă căldură de disipat aici.
Figura 2: Curba caracteristică cu punctul de funcționare și principiul circuitului unui amplificator de clasă A. Punctul de lucru - adică linia zero - se află în partea liniară a caracteristicii.
Figura 3: Semnal de ieșire curat al unui amplificator de clasă A.
Pe de altă parte, distorsiunile sunt foarte mici, iar stabilitatea impulsului este, de asemenea, foarte bună. Pentru a garanta rezistența la impulsuri și puterea mare de ieșire, aceste amplificatoare necesită transformatoare foarte mari și puternice și condensatori electrolitici corespunzători în unitățile de alimentare. Chiuvetele pe care sunt montate tranzistoarele de putere pentru a disipa căldura generată sunt, de asemenea, foarte voluminoase. Acest lucru duce la dispozitive foarte mari și grele. Există mulți entuziaști pentru acest design de circuit în comunitatea audiofilă.
În epoca căutării eficienței energetice, amplificatoarele de clasă A sunt într-o lumină proastă din cauza disipării ridicate a puterii. Prin urmare, amplificatoarele de clasă pură A nu sunt de multe ori găsite. Și dacă da, atunci adesea ca amplificator cu tub cu o putere de ieșire redusă (7 până la 30 de wați), mai rar cu ieșiri de până la 200 de wați.
Amplificator de clasa B.
Un amplificator de clasa B funcționează ca așa-numitul amplificator push-pull. Acest lucru înseamnă că un tranzistor amplifică semiciclul pozitiv și celălalt semiciclul negativ al semnalului util. Punctele de lucru (linia zero) ale acestor tranzistoare se află în partea neliniară a curbei caracteristice și semiondele trebuie reasamblate la ieșirea amplificatorului, ceea ce duce la așa-numitele distorsiuni de transfer. Datorită structurii circuitului, amplificatorul este mai eficient cu o eficiență de aproximativ 80% la nivel complet și de aproximativ 17% la 10 wați. Dar distorsiunea trebuie redusă prin feedback negativ pentru a obține un amplificator sonor utilizabil.
Fig. 4: Curba cu punctul de lucru al unui amplificator de clasa B, puteți vedea foarte bine cum este punctul de lucru în partea neliniară a curbei. Acest lucru duce apoi la distorsiunile de transfer care sunt vizibile în imaginea următoare.
Fig. 5: Semnal de ieșire distorsionat al unui amplificator de clasa B.
Amplificator clasa A/B
Acest circuit combină cele două concepte de amplificator prezentate mai sus. Un circuit de clasă A este utilizat în gama de putere redusă, iar amplificatorul funcționează în modul de clasă B în gama superioară. Ca rezultat, există o distorsiune minimă, în special în intervalul redus de semnal, și datorită tranziției lină de la A la B și feedback-ului negativ, distorsiunea de transfer cu un nivel mai ridicat de control este mai mică de 0,03%, ceea ce corespunde unei valori foarte bune. Acest lucru este cumpărat la prețul unui câștig puțin mai mic din cauza feedback-ului negativ, care este, totuși, compensat cu un alt stadiu de amplificare.
Conceptul de clasă A/B este cel mai obișnuit aspect al circuitelor din amplificatoarele analogice HiFi de astăzi. Acești cai de lucru incontestabili și omniprezenți domină piața - cel puțin pentru aplicații hi-fi de înaltă calitate!
Fig. 6: Un exemplu de amplificator de putere Clasa AB, CA-M400 de la Classé
Fig. 7: Cele două puncte de funcționare A și B sunt trasate pe această curbă caracteristică, împreună cu principiul circuitului. Cu setarea corectă a curenților de repaus, astfel încât tranzițiile să devină fluide și feedback-ul negativ corespunzător, distorsiunile pot fi păstrate foarte mici.
Amplificator clasa D.
Amplificatoarele Clasa D funcționează pe un principiu complet diferit. Amplificatoarele din clasa D sunt adesea denumite amplificatoare digitale, ceea ce este incorect deoarece „D” nu înseamnă digital. Ai început cu clasificarea la A și s-a dovedit că amplificatoarelor de lățime a impulsului li s-a dat apoi litera D. Așa cum am spus, aceste amplificatoare funcționează pe principiul modulației lățimii impulsurilor. Acesta este practic un mod analog de lucru care funcționează după cum urmează.
Semnalul de intrare este alimentat către așa-numitul comparator la care se aplică un generator cu un semnal în formă de dinte de ferăstrău. Aceasta are o frecvență de multe ori mai mare decât semnalul de intrare, de obicei între 100kHz și 1MHz. Frecvența și amplitudinea sunt menținute constante. Cele două semnale sunt acum comparate între ele în comparator. Ieșirea este pornită sau oprită în funcție de semnalul cu cel mai înalt nivel. La ieșire există un semnal de undă pătrată cu amplitudine constantă, dar cu dreptunghiuri de lățimi diferite. Această metodă se numește modularea lățimii impulsurilor, deoarece impulsurile (dreptunghiurile) au lățimi (lățimi) diferite. Informația - frecvența și amplitudinea - semnalului util este acum conținută în aceste impulsuri de lungimi diferite.
Figura 8: La fiecare punct de contact dintre semnalul util și semnalul triunghiular, se generează o valoare în comparator, care are ca rezultat lățimile diferite ale semnalului de undă pătrată (roșu mai jos).
Acest semnal cu undă pătrată controlează acum etapa amplificatorului ulterior deschizând sau închizând complet un tranzistor complet pentru partea pozitivă și negativă a semnalului de undă pătrată. Deoarece tranzistoarele sunt fie complet închise, fie complet deschise, această tehnologie de circuit este atât de eficientă încât se poate obține o eficiență de 90 până la 95% pe întreaga gamă de putere. În conceptele discutate anterior de clasa A și AB, tranzistoarele amplificatorului sunt întotdeauna cumva deschise, astfel încât un curent curge întotdeauna și energia este consumată.
Figura 9, schema bloc a unui amplificator de clasa D. Semnalul audio este convertit într-un semnal de lățime a impulsului în comparator de semnalul triunghi. Acesta conține toate informațiile utilizabile și apoi controlează partea amplificatorului atât cât este necesar. La ieșire, componentele de înaltă frecvență sunt filtrate printr-un filtru LC low-pass, lăsând semnalul audio amplificat.
Proprietăți negative ale circuitelor simple din clasa D.
Amplificatoarele de clasa D pot fi construite ieftin și compact. Prin urmare, acestea sunt utilizate pe scară largă în echipamente audio ieftine până la ieftine. Modulele finisate de clasa D pot fi comandate ieftin de la producătorii de componente și încorporate în propriile dispozitive. Aceste module, care sunt în primul rând ajustate pentru preț și compactitate, dezvăluie fără încetare slăbiciunile tonale ale conceptelor D. simple și mediocre. Imaginea proastă D din comunitatea audiofilă nu este o coincidență, deoarece astfel de module sunt utilizate și de mărci hi-fi mai bune.
Dar există o altă modalitate - concepte inovatoare și moderne de clasa D.
Fig. 10: Vedere interioară Classé Sigma MONO, transformatorul toroidal mare și condensatorii electrolitici, care sunt cunoscuți de la amplificatoare de putere mari, lipsesc aici, dar amplificatorul de putere are încă o putere de ieșire remarcabilă de 350 de wați. Pe lângă tehnologia de clasă D, este utilizată și o sursă de comutare. O altă dezvoltare Classé. Aceeași poveste se aplică la sursele de alimentare cu comutare ca și la clasa D: ieftin, compact asociat cu eficiență ridicată. Construite ieftin, aceste avantaje sunt cumpărate cu o sursă de alimentare necurată și fără probleme. Sursele de alimentare cu comutare Classé sunt proiectate în mod elaborat, funcționează cu factorul de corecție a puterii (fluxul de curent corelat cu tensiunea) și garantează o sursă de curent rezistentă la impulsuri și curată la secțiunea amplificatorului de putere. Indicator clar de performanță: 350 wați RMS la 8 ohmi și dublarea puterii la 4 ohmi (700 wați - RMS = metodă de măsurare mai strictă decât cu măsurarea obișnuită a valorii de vârf, ceea ce are ca rezultat valori mai mari cu un factor de 1,41).
Figura 11: Conceptele moderne de clasă D pot obține cu siguranță calitatea unui amplificator de putere de clasă A și pot fi totuși foarte eficiente din punct de vedere energetic.