Penguat audio ialah istilah umum yang digunakan untuk menerangkan litar yang menghasilkan dan menguatkan versi isyarat inputnya. Walau bagaimanapun, bukan semua teknologi penukar adalah sama kerana ia dikelaskan mengikut konfigurasi dan mod operasinya.
Dalam elektronik, penguat kecil biasanya digunakan kerana ia dapat menguatkan isyarat input yang agak kecil, seperti daripada penderia seperti pemain muzik, kepada isyarat keluaran yang lebih besar untuk memacu geganti, lampu atau pembesar suara, dsb.
Terdapat banyak bentuk litar elektronik yang dikelaskan sebagai penguat, daripada transduser isyarat operasi dan kecil kepada penukar nadi dan kuasa yang besar. Pengelasan peranti bergantung pada saiz isyarat, besar atau kecil, konfigurasi fizikalnya dan cara aliran input diproses, iaitu, hubungan antara tahap input dan arus yang mengalir dalam beban.
Anatomi Peranti
Penguat frekuensi audio boleh dilihat sebagai kotak ringkasatau blok yang mengandungi peranti, seperti bipolar, FET, atau sensor operasi, yang mempunyai dua terminal input dan dua output (tanah adalah perkara biasa). Selain itu, isyarat keluaran adalah lebih besar kerana penukarannya pada peranti.
Penguat isyarat yang ideal akan mempunyai tiga sifat utama:
- Impedans input, atau (R IN).
- Rintangan output, atau (R OUT).
- Gain, atau (A).
Tidak kira betapa kompleksnya litar penguat, model blok am boleh digunakan untuk menunjukkan perhubungan ketiga-tiga sifat ini.
Konsep umum
Penguat audio berkualiti tinggi mungkin berbeza dalam prestasi. Setiap jenis mempunyai penukaran digital atau analog. Kod ditetapkan untuk memisahkannya.
Perbezaan yang meningkat antara isyarat input dan output dipanggil penukaran. Keuntungan ialah ukuran berapa banyak penguat "mengubah" isyarat input. Sebagai contoh, jika terdapat tahap input 1 volt dan tahap output 50 volt, maka penukaran akan menjadi 50. Dengan kata lain, isyarat input telah dibangunkan sebanyak 50 kali. Penguat frekuensi audio melakukan perkara itu.
Pengiraan penukaran hanyalah nisbah output dibahagikan dengan input. Sistem ini tidak mempunyai unit sebagai nisbahnya, tetapi dalam elektronik simbol A biasanya digunakan untuk mendapatkan keuntungan. Penukaran kemudiannya hanya dikira sebagai "output dibahagikan dengan input".
Penukar kuasa
Pembesar kecilPenguat isyarat biasanya dirujuk sebagai penguat "voltan" kerana ia cenderung untuk menukar input kecil kepada voltan keluaran yang lebih besar. Kadangkala litar peranti diperlukan untuk memacu kuasa motor atau pembesar suara, dan untuk jenis aplikasi ini, yang melibatkan arus pensuisan tinggi, penukar kuasa diperlukan.
Seperti namanya, tugas utama penguat kuasa (juga dikenali sebagai penguat isyarat besar) adalah membekalkan kuasa kepada beban. Ia adalah produk voltan dan arus yang digunakan pada beban dengan kuasa keluaran lebih besar daripada paras isyarat input. Dalam erti kata lain, penukar meningkatkan kuasa pembesar suara, jadi jenis litar blok ini digunakan dalam peringkat luaran penukar audio untuk memacu pembesar suara.
Prinsip operasi
Penguat audio berfungsi berdasarkan prinsip menukar kuasa DC yang diambil daripada bekalan kuasa kepada isyarat voltan AC yang dibekalkan kepada beban. Walaupun penukaran adalah tinggi, kecekapan daripada bekalan kuasa DC kepada isyarat keluaran voltan AC secara amnya adalah rendah.
Blok yang ideal memberikan peranti kecekapan 100% atau sekurang-kurangnya kuasa IN akan sama dengan kuasa OUT.
Pembahagian kelas
Jika pengguna pernah melihat spesifikasi penguat kuasa audio, mereka mungkin perasan kelas peralatan, biasanya dilambangkan dengan huruf ataudua. Jenis blok yang paling biasa digunakan dalam audio rumah pengguna hari ini ialah nilai A, A/B, D, G dan H.
Kelas ini bukanlah sistem pengelasan mudah, tetapi penerangan tentang topologi penguat, iaitu, cara ia berfungsi pada tahap teras. Walaupun setiap jenis penguat mempunyai set kekuatan dan kelemahannya sendiri, prestasinya (dan cara ciri akhir diukur) tetap sama.
Ia adalah untuk menukar bentuk gelombang yang dihantar oleh pra-unit tanpa menimbulkan gangguan atau sekurang-kurangnya herotan sesedikit mungkin.
Kelas A
Berbanding dengan kelas penguat kuasa audio lain yang akan diterangkan di bawah, model Kelas A ialah peranti yang agak ringkas. Prinsip operasi yang menentukan ialah semua blok output transduser mesti melalui kitaran isyarat 360 darjah yang lengkap.
Kelas A juga boleh dibahagikan kepada penguat hujung tunggal dan tolak. Tolak/tarik berbeza daripada penjelasan utama di atas dengan menggunakan peranti output secara berpasangan. Walaupun kedua-dua peranti menjalankan kitaran 360 darjah penuh, satu peranti akan membawa sebahagian besar beban semasa bahagian positif kitaran, manakala satu lagi akan membawa lebih banyak kitaran negatif.
Kelebihan utama litar ini ialah herotan yang dikurangkan berbanding reka bentuk hujung tunggal, memandangkan turun naik tertib sekata dihapuskan. Di samping itu, reka bentuk tolak-tarik Kelas A kurang sensitif kepada hingar.
Oleh kerana kualiti positif yang dikaitkan dengan prestasi Kelas A, ia dianggap sebagai standard emas untuk kualiti bunyi dalam banyak aplikasi akustik. Walau bagaimanapun, reka bentuk ini mempunyai satu kelemahan penting - kecekapan.
Keperluan untuk penguat audio transistor Kelas A untuk menghidupkan semua peranti output pada setiap masa. Tindakan ini membawa kepada kehilangan tenaga yang ketara, yang akhirnya ditukar menjadi haba. Ini diburukkan lagi oleh fakta bahawa reka bentuk Kelas A memerlukan tahap arus senyap yang agak tinggi, iaitu jumlah arus yang mengalir melalui peranti output apabila penguat menghasilkan keluaran sifar. Kadar kecekapan dunia sebenar boleh berada dalam urutan 15-35%, dengan satu digit mungkin menggunakan bahan sumber yang sangat dinamik.
Kelas B
Walaupun semua mekanisme keluaran dalam penguat audio kelas A mengambil masa 100% untuk beroperasi, unit kelas B menggunakan litar tolak-tarik supaya hanya separuh daripada peranti output berjalan pada bila-bila masa.
Separuh meliputi bahagian +180 darjah bentuk gelombang manakala separuh lagi meliputi bahagian -180 darjah. Akibatnya, penguat Kelas B adalah jauh lebih cekap daripada penguat Kelas A mereka, dengan maksimum teori sebanyak 78.5%. Memandangkan kecekapan yang agak tinggi, Kelas B telah digunakan dalam beberapa transduser PA profesional serta beberapa penguat tiub rumah. Walaupun merekakekuatan yang jelas, peluang untuk memperoleh blok kelas B untuk rumah boleh dikatakan sifar. Pemeriksaan terhadap penguat audio menunjukkan punca perkara ini, yang dikenali sebagai herotan silang silang.
Masalah dengan kependaman dalam penyerahan antara peranti yang memproses bahagian positif dan negatif bentuk gelombang dianggap penting. Tidak perlu dikatakan bahawa herotan ini boleh didengari dalam kuantiti yang mencukupi, dan walaupun sesetengah reka bentuk Kelas B lebih baik daripada reka bentuk lain dalam hal ini, Kelas B menerima sedikit pengiktirafan daripada peminat yang kelihatan bersih.
Kelas A/B
Penguat audio tiub boleh didapati di banyak tempat konsert. Ia mempunyai prestasi tinggi dan tidak terlalu panas. Di samping itu, modelnya jauh lebih murah daripada banyak blok digital. Tetapi terdapat juga penyelewengan. Modul sedemikian mungkin tidak berfungsi dengan semua format audio. Oleh itu, adalah lebih baik untuk menggunakan peralatan sebagai sebahagian daripada kompleks pemprosesan isyarat am.
Kelas A/B menggabungkan yang terbaik dari setiap jenis peranti untuk mencipta unit tanpa kelemahan kedua-duanya. Dengan gabungan kelebihan ini, penguat kelas A/B sebahagian besarnya menguasai pasaran pengguna.
Penyelesaian sebenarnya agak mudah dari segi konsep. Apabila kelas B menggunakan peranti tolak-tarik dengan setiap separuh peringkat keluaran mengalir 180 darjah, mekanisme kelas A/B meningkatkannya kepada ~181-200 darjah. Justeru, adalebih kurang berkemungkinan "koyak" dalam gelung, dan oleh itu herotan silang jatuh ke tahap yang tidak penting.
Penguat kuasa audio injap boleh menyerap gangguan ini dengan lebih pantas. Terima kasih kepada harta ini, bunyi keluar dari peranti dengan lebih bersih. Model ciri ini sering digunakan untuk mengubah bunyi gitar akustik dan elektrik.
Cukuplah untuk mengatakan bahawa Kelas A/B memenuhi janjinya, dengan mudah mengatasi prestasi binaan Kelas A tulen pada ~50-70% prestasi dunia sebenar. Tahap sebenar, sudah tentu, bergantung pada berapa banyak penguat diimbangi, serta bahan program dan faktor lain. Perlu diingat juga bahawa sesetengah reka bentuk Kelas A/B melangkah lebih jauh dalam usaha mereka untuk menghapuskan herotan silang silang dengan beroperasi dalam mod Kelas A tulen sehingga beberapa watt kuasa. Ini memberikan sedikit kecekapan pada tahap rendah, tetapi memastikan bahawa penguat tidak bertukar menjadi relau apabila sejumlah besar kuasa digunakan.
Kelas G dan H
Sepasang reka bentuk lain yang direka untuk meningkatkan kecekapan. Dari sudut pandangan teknikal, penguat kelas G mahupun kelas H tidak diiktiraf secara rasmi. Sebaliknya, ia adalah variasi pada tema Kelas A/B menggunakan pensuisan voltan bas dan modulasi bas, masing-masing. Walau apa pun, dalam keadaan permintaan rendah, sistem menggunakan voltan bas yang lebih rendah daripada penguat kelas A/B yang serupa, yang dengan ketaramengurangkan penggunaan kuasa. Apabila keadaan kuasa tinggi berlaku, sistem secara dinamik meningkatkan voltan bas (iaitu beralih kepada bas voltan tinggi) untuk mengendalikan transien amplitud tinggi.
Terdapat kelemahan juga. Utama di antara mereka ialah kos yang tinggi. Litar pensuisan rangkaian asal menggunakan transistor bipolar untuk mengawal aliran keluaran, menambah kerumitan dan kos. Penguat frekuensi audio tiub berkualiti tinggi jenis ini adalah perkara biasa, walaupun harganya bermula pada 50 ribu rubel. Blok itu dianggap sebagai teknik profesional untuk bekerja di atas pentas atau rakaman di studio. Terdapat masalah dengan transistor. Di bawah beban yang berpanjangan, sesetengah daripadanya mungkin gagal.
Hari ini, harga sering dikurangkan sedikit sebanyak dengan menggunakan MOSFET semasa tinggi untuk memilih atau menukar panduan. Penggunaan MOSFET bukan sahaja meningkatkan kecekapan dan mengurangkan haba, tetapi juga memerlukan lebih sedikit bahagian (biasanya satu peranti setiap benang). Sebagai tambahan kepada kos penukaran bas, modulasi itu sendiri, perlu diperhatikan juga bahawa sesetengah penguat kelas G menggunakan lebih banyak peranti output daripada reka bentuk kelas A/B biasa.
Sepasang peranti akan beroperasi dalam mod A/B biasa, dikuasakan oleh bar bas voltan rendah. Sementara itu, satu lagi dalam keadaan siap sedia untuk bertindak sebagai penggalak voltan, diaktifkan hanya bergantung pada keadaan. Menahan beban tinggi hanya kelas G dan H,dikaitkan dengan penguat berkuasa, di mana peningkatan kecekapan membuahkan hasil. Reka bentuk padat juga mungkin menggunakan topologi kelas G/H berbanding A/B memandangkan keupayaan untuk beralih kepada mod kuasa rendah bermakna mereka boleh melarikan diri dengan heatsink yang lebih kecil sedikit.
Kelas D
Peranti jenis ini membolehkan anda mencipta sistem modular anda sendiri. Dengan bantuan peralatan, pemprosesan berkualiti tinggi bagi keseluruhan aliran keluar berlaku. Mereka bentuk penguat kuasa frekuensi audio membolehkan anda mencipta sistem multimedia anda sendiri untuk kerja atau hiburan. Walau bagaimanapun, terdapat beberapa nuansa di sini. Selalunya tersilap dirujuk sebagai penguatan digital, penukar kelas D ialah jaminan kecekapan unit dan mencapai keuntungan melebihi 90% dalam ujian sebenar.
Pertama perlu dipertimbangkan mengapa ini adalah kelas D jika "penguatan digital" tidak betul. Ia hanyalah huruf seterusnya dalam abjad, dengan kelas C digunakan dalam sistem audio. Lebih penting lagi, bagaimana kecekapan 90%+ boleh dicapai. Walaupun semua kelas penguat yang dinyatakan sebelum ini mempunyai satu atau lebih peranti output yang sentiasa aktif walaupun semasa penukar sebenarnya dalam mod siap sedia, unit kelas D dengan cepat mematikan dan menghidupkannya. Ini agak mudah dan memungkinkan untuk menggunakan modul hanya pada masa yang sesuai.
Sebagai contoh, pengiraan penguat audio kelas T, iaituPelaksanaan kelas D Tripath, tidak seperti peranti asas, menggunakan frekuensi pensuisan mengikut urutan 50 MHz. Peranti output biasanya dikawal oleh modulasi lebar nadi. Ini adalah apabila gelombang persegi dengan lebar yang berbeza dijana oleh modulator yang membentangkan isyarat analog untuk main semula. Dengan kawalan ketat peranti output dengan cara ini, kecekapan 100% secara teorinya mungkin (walaupun jelas tidak boleh dicapai dalam dunia sebenar).
Menggali ke dalam dunia penguat audio kelas D, anda juga boleh menemui sebutan tentang modul terkawal analog dan digital. Blok kawalan ini mempunyai isyarat input analog dan sistem kawalan analog, biasanya dengan beberapa tahap pembetulan ralat maklum balas. Sebaliknya, penguat kelas penukaran digital D menggunakan kawalan digital, yang menukar peringkat kuasa tanpa kawalan ralat. Keputusan ini juga mendapat kelulusan, menurut ulasan ramai pembeli. Walau bagaimanapun, segmen harga jauh lebih tinggi di sini.
Penyelidikan penguat audio telah menunjukkan bahawa kelas D dipacu analog mempunyai kelebihan prestasi berbanding analog digital, kerana ia biasanya menawarkan impedans keluaran (rintangan) yang lebih rendah dan profil herotan yang dipertingkatkan. Ini meningkatkan nilai awal sistem pada beban maksimumnya.
Parameter penguat frekuensi audio jauh lebih tinggi daripada model asas. Perlu difahami bahawa pengiraan sedemikian hanya diperlukan untuk mencipta muzik di studio. Untuk pembeli biasa, iniciri boleh dilangkau.
Biasanya litar-L (aruh dan kapasitor) diletakkan di antara penguat dan pembesar suara untuk mengurangkan hingar yang berkaitan dengan operasi kelas D. Penapis adalah sangat penting. Reka bentuk yang buruk boleh menjejaskan kecekapan, kebolehpercayaan dan kualiti bunyi. Di samping itu, maklum balas selepas penapis keluaran mempunyai kelebihannya. Walaupun reka bentuk yang tidak menggunakan maklum balas pada peringkat ini boleh menala tindak balasnya kepada impedans tertentu, apabila penguat sedemikian mempunyai beban yang kompleks (iaitu pembesar suara dan bukannya perintang), tindak balas frekuensi boleh berbeza dengan ketara bergantung pada beban pada pembesar suara. Maklum balas menstabilkan masalah ini dengan memberikan respons yang lancar kepada beban yang kompleks.
Akhirnya, kerumitan penguat audio Kelas D mempunyai faedahnya. Kecekapan dan, akibatnya, kurang berat. Oleh kerana tenaga yang agak sedikit dibelanjakan untuk haba, lebih sedikit tenaga yang diperlukan. Oleh itu, banyak penguat kelas D digunakan bersama dengan bekalan kuasa mod suis (SMPS). Seperti peringkat output, bekalan kuasa itu sendiri boleh dihidupkan dan dimatikan dengan cepat untuk mengawal voltan, menghasilkan peningkatan kecekapan selanjutnya dan keupayaan untuk mengurangkan berat berbanding bekalan kuasa analog/linear tradisional.
Secara agregat, penguat kelas D yang berkuasa pun boleh menimbang hanya beberapa kilogram. Kelemahan bekalan kuasa SMPS berbanding bekalan linear tradisional ialahbahawa yang pertama biasanya tidak mempunyai banyak ruang kepala.
Ujian dan pelbagai ujian penguat audio kelas D dengan bekalan kuasa linear berbanding modul SMPS telah menunjukkan bahawa ini memang berlaku. Apabila dua penguat mengendalikan kuasa terkadar, tetapi satu dengan bekalan kuasa linear boleh menghasilkan tahap kuasa dinamik yang lebih tinggi. Walau bagaimanapun, reka bentuk SMPS menjadi lebih biasa dan anda boleh mengharapkan untuk melihat unit Kelas D generasi seterusnya yang lebih baik menggunakan bentuk yang serupa di kedai.
Perbandingan kecekapan kelas AB dan D
Walaupun kecekapan penguat kuasa audio transistor Kelas A/B meningkat apabila kuasa output maksimum didekati, reka bentuk Kelas D mengekalkan kecekapan tinggi dalam kebanyakan julat pengendalian. Akibatnya, kecekapan dan kualiti bunyi semakin condong ke arah blok terakhir.
Gunakan satu transduser
Apabila dilaksanakan dengan betul, mana-mana blok di atas di luar kelas B boleh menjadi asas kepada penguat kesetiaan tinggi. Selain daripada kemungkinan masalah prestasi (yang terutamanya keputusan reka bentuk dan bukannya khusus kelas), pemilihan jenis blok sebahagian besarnya adalah soal kos berbanding kecekapan.
Di pasaran hari ini, penguat audio Kelas A/B yang ringkas mendominasi, dan atas sebab yang kukuh. Ia berfungsi dengan baik, agak murah, dan ianyakecekapan adalah cukup memadai untuk aplikasi kuasa rendah (>200W). Sudah tentu, apabila pengeluar penukar cuba menolak sampul surat dengan, sebagai contoh, monoblock 1000W Emotiva XPR-1, mereka beralih kepada reka bentuk kelas G/H dan D untuk mengelakkan penduaan penguat mereka sebagai sistem yang mampu memanaskan peralatan dengan cepat. Sementara itu, di sisi lain pasaran, terdapat peminat kelas A yang boleh memaafkan kekurangan kecekapan peranti dengan harapan bunyi yang lebih bersih.
Keputusan
Lagipun, kelas penukar tidak semestinya penting. Sudah tentu terdapat perbezaan sebenar, terutamanya apabila ia melibatkan kos, kecekapan penguat dan oleh itu berat. Sudah tentu, peralatan kelas A 500W adalah idea yang tidak baik, melainkan, sudah tentu, pengguna mempunyai sistem penyejukan yang berkuasa. Sebaliknya, perbezaan antara kelas tidak menentukan kualiti bunyi. Pada akhirnya, ia bergantung kepada membangunkan dan melaksanakan projek anda sendiri. Adalah penting untuk memahami bahawa transduser hanyalah satu peranti yang merupakan sebahagian daripada sistem audio.
