Erősítőosztályok:Az AB és D osztályú erősítők értelmetlensége

Az erősítőknek nagyon nehéz dolguk van. Nagyon alacsony feszültségű jelet kell venniük, és növelniük kell az amplitúdóját, hogy meg tudjon hajtani egy hangszórót. Ennél az átalakításnál azt várjuk, hogy a jel tiszta maradjon – nem szabad torzítást vagy zajt hozzáadni. Azt is szeretnénk, hogy a hangsugárzóink meghajtásához jelentős mennyiségű teljesítmény kerüljön, annak ellenére, hogy az erősítőinket csak csekély 12-14 voltos árammal tápláljuk. A fizika törvényei mintha minden lépésben ellenünk akarnának hatni – de mi győzünk! A modern autós audio erősítők a mérnöki és formatervezés csodálatos bravúrjai. Ez a cikk az autóaudio-iparban használt erősítőosztályok két fő típusát, valamint mindegyik előnyeit és hátrányait tekinti át. Üdvözöljük az AB osztály és a D osztály között.

A matematika az erősítők teljesítményének hátterében

Nem számít, hogyan konfiguráljuk az erősítőn belüli komponenseket, a cél ugyanaz:Növelje az előerősítő audiojelének feszültségét, hogy meg tudjon hajtani egy hangszórót. Mivel az általunk használt hangszórók alacsony impedanciájúak (2 vagy 4 ohm a legtöbb középkategóriás hangsugárzónál), ezért jelentős mennyiségű áramot kell tudnunk biztosítani a hangszóró számára is. Az áramnak a hangszóróhoz való eljuttatása a második feladat, amelyet az erősítőnek el kell végeznie.

Ha egy 4 ohmos hangszóró 12 V RMS jelet kap, akkor néhány számítást elvégezhetünk. A hangszórón átfolyó áram kiszámításához a betáplált feszültséget elosztjuk a hangszóró impedanciájával. Ebben a példában 12 osztva 4-gyel, tehát 3 amper áram folyik át a hangszóró vezetékeken és a hangtekercsen. A hangszóróhoz jutó teljesítmény kiszámításának egyszerű módja a betáplált feszültség és a betáplált áram szorzata. A 12-szer 3 szorzata 36. Ez a hangszóró 36 watt teljesítményt kap.

Nézzük ugyanazt a példát, mintha ez egy mélynyomó-erősítő lenne. Ebben a második példában feltételezzük, hogy van egy kettős 2 ohmos hangtekercses mélysugárzónk, amelyben mindkét tekercs párhuzamosan van bekötve, hogy 1 ohmos terhelést hozzon létre. Ha ezt a hangszórót 12 Vrms jellel látjuk el, akkor a hangsugárzó vezetékén és a mélynyomón 12 amper áram folyik át. A teljesítmény kiszámításához 12-szer szorozzuk meg 12-vel, így 144 wattot kapunk. 144 watt sok nagyobb teljesítmény és áram ugyanannyi feszültség mellett.

Az erősítő funkcióinak általános áttekintése

A legtöbb erősítő három vagy négy kulcsrészből (vagy fokozatból) áll, a tervezéstől és a bonyolultságtól függően. A bemeneti fokozat az erősítő azon része, ahol az alacsony szintű előerősítő audiojel belép az erősítőbe, és megkapja a feldolgozást kiegyenlítés vagy szűrés formájában.

Az erősítőnek van tápegysége. A tápegység a betáplált 12-14 V egyenáramot pozitív és negatív sínfeszültségekké alakítja. Tegyük fel, hogy például egy elméleti erősítőnek +25 és -25 V sínje van, a mi földi referenciánkhoz képest. Az erősítő méretétől függően lesz meghajtó fokozat. A vezetőfokozat felelős azért, hogy az alacsony szintű audiojelet magasabb feszültségre növelje. Az, hogy a meghajtó fokozat mennyivel növeli a feszültséget, attól függ, hogy az erősítő mekkora teljesítményt fog termelni.

Végül megvan a kimeneti szakasz. A végfok viszonylag egyszerű – nem változtatja meg jelentősen a meghajtófokozatból érkező jelet, hanem a kimeneti jelet a terhelés által igényelt áramerősséggel biztosító eszközöket (MOSFET-ek vagy tranzisztorok). A tápegység és a kimeneti fokozat az erősítő két része, amely a legtöbb „kemény munkát” végzi. Vagyis ezek azok a fokozatok, amelyek nagy áramot vezetnek át.

A piacon szinte minden erősítőben dedikált eszközöket használunk a hullámforma pozitív felére, és külön eszközöket a hullámforma negatív felére. A pontosítás kedvéért, ha megmérjük az erősítő kimenő jelét a jármű földelése körül, akkor azt látjuk, hogy az előre-hátra 0V felett és alatt leng. Gondoljon vissza +25 V és -25 V tápsíneinkre. A beszélők nem törődnek a nekik küldött jel értékével; csak a hangtekercs egyik vége és a másik vége közötti feszültségkülönbség érdekli őket.

AB osztályú erősítők

E cikkben általánosítani fogjuk az AB osztályú erősítőket analóg, erősítős modellekké. Analóg erősítőnkben nagy tranzisztorok vannak az erősítő kimeneti fokozatában. Amikor a pozitív sínfeszültség felét szeretnénk a kimeneten, a feszültség felét a pozitív kimeneti eszközre tápláljuk. Amikor a jel negatívvá válik, kikapcsoljuk a pozitív eszközt, és csak a negatív eszközt kezdjük el használni. Más szemszögből nézve a vezetőfokozatból érkező hangjel szabályozza a kimeneti eszközök ellenállását, és ezt követően azt, hogy mekkora áram áramolhat a hangszóróba.

Az analóg erősítőben a kimeneti eszközök különböző mértékben „bekapcsolhatók” az audiojelhez képest. Ez azt jelenti, hogy a kimeneti eszközök gyakran ellenállásként működnek. A teljesítmény hőként veszendő el, amikor áramot vezetünk át egy ellenálláson. Ezt tartsa szem előtt a cikkben későbbi összehasonlításunk részeként.

D osztályú erősítők

A D osztályú erősítőkben a kimeneti eszközök a Controller Integrated Circuit (IC) vezérlését kapják. Ez a vezérlő változó munkaciklusú négyszöghullámot küld. A négyszöghullám amplitúdója elég nagy ahhoz, hogy a kimeneti eszközöket teljesen be- vagy kikapcsolja. A kimeneti eszközök nagyon kevés időt töltenek ellenállásként, és inkább kapcsolóként működnek.

A logikus kérdés az, hogy a világban hogyan hozzuk ki a zenét egy négyzethullámból? Ha így gondoltad, jó neked! A négyszöghullám frekvenciája sokkal magasabb, mint zenénk maximális frekvenciája. Valójában egyes modern D osztályú erősítők akár 600 kHz-es frekvencián kapcsolják át a kimeneti eszközöket.

A zene újraalkotásához a D osztályú vezérlő impulzusszélesség-modulált jelet küld. A „bekapcsolási” idő körülbelül az „off” időhöz képest határozza meg a jel kimeneti szintjét. Nagyon általános analógiaként, ha a pozitív kimeneti eszközök négyszöghullámot küldenek 50%-os munkaciklussal (annyi ideig bekapcsolva, ameddig kikapcsolt), akkor a kimenet átlaga a pozitív sínfeszültség 50%-a lenne. Ha a négyszöghullám az idő 75%-ában be van kapcsolva, majd 25%-ban kikapcsolt, akkor a kimeneten a sínfeszültség 75%-át kapnánk.

Amint el tudja képzelni, a D osztályú vezérlőből származó jel meglehetősen összetett. Elég gyorsan kell modulálnia a pozitív és negatív eszközökhöz jutó négyszöghullám munkaciklusát ahhoz, hogy pontosan újra létrehozza az audiojelet. Ezenkívül külön kell vezérelnie a pozitív és a negatív kimeneti eszközöket.

Az analóg erősítők előnyei és hátrányai

Mivel az analóg erősítőben lévő audiojel soha nem darabolódik apró darabokra, az analóg erősítők hűek maradhatnak az eredeti jelhez. A mobilelektronikai ipar legjobb hangzású erősítői az analógok. Az analóg erősítők a történelem során a pontos nagyfrekvenciás válaszról híresek.

Az analóg erősítő hátránya a hatékonysága. A hatásfok azt írja le, hogy mennyi energiát veszítenek hőként a hangszórónak küldött energiához képest. Mivel az analóg erősítő kimeneti eszközei változó ellenállásként működnek, felforrósodnak. A tipikus analóg erősítők a teljes hatásfok 70-80%-os hatékonysági tartományában működnek, miközben teljes teljesítménnyel működnek. A hiányzó 20-30% hőként szabadul fel. Alacsonyabb teljesítményszinten a hatásfok még jobban csökken.

A digitális erősítők előnyei és hátrányai

A modern digitális erősítők rendkívül magas frekvencián kapcsolnak. Látunk olyan erősítőket, amelyek 50 kHz feletti hangfrekvencia-válaszra képesek, és vannak olyanok is, amelyek meghaladják a 70 kHz-et. Ez a teljesítmény nagyon messze van az első D osztályú erősítőktől, amelyek csak mélynyomókhoz készültek, és nehezen tudtak 5 kHz feletti hangot produkálni. Ennek ellenére, mivel a digitális erősítőknek szűrőhálózatokra van szükségük a kimeneti szakasz végén, még mindig nem tudják teljesen megegyezni a prémium analóg erősítők teljesítményével. Ezeket az információkat szem előtt tartva gondolja át, hogy vannak jó digitális erősítők, amelyek jobban szólnak, mint sok rosszul megtervezett analóg erősítő.

Mivel a digitális erősítők kimeneti eszközei ritkán működnek az ellenállási tartományukban, ezek az erősítők nagyon hatékonyak lehetnek. Egy jól megtervezett D osztályú erősítő hatásfoka 92% körüli lehet.

A D osztályú erősítők másik problémája a zaj. Mivel a kimeneti eszközöket négyszöghullám hajtja, sok nagyfrekvenciás energia van a kimeneti jelben. A szűrőhálózat, amelyről beszéltünk, ennek nagy részét eltávolítja a kimeneti jelből, de ez az energia továbbra is káros hatással lehet a jármű más rendszereire. Sajnos sok D osztályú erősítő általános jellemzője, hogy működés közben zavarják a rádióvételt.

Választás az erősítő osztályok között

Jó lenne, ha meg tudnánk fogalmazni egy sor szigorú szabályt a rendszeréhez megfelelő erősítő kiválasztásához . Az egyes erősítőtípusok oly sok variációjával annyi különböző árfekvésben ez valóban lehetetlen. Nyomatékosan javasoljuk, hogy az erősítő kiválasztásának egyetlen módja az, hogy ellenőrzött körülmények között hasonlítsa össze őket:ugyanazt a zenét és ugyanazokat a hangszórókat használja, és ugyanazzal a hangerővel hallgassa. Különbségeket fog hallani a frekvenciaválaszban, valamint drámai különbségeket a képalkotási és színpadi képességekben.

Az egyik erősítő jobb, mint a másik? Egy tisztán hangminőséget célzó telepítés esetén egyértelmű a választás. Egy olyan telepítésnél, ahol az áramellátás korlátozott, vagy nagy mennyiségű áramra van szükség, ott is egyértelmű a választás. Középen az alkalmazástól és a költségvetéstől függ.

Látogasson el a helyi mobilelektronikai szakkereskedőhöz, hogy tájékozódjon a piacon kapható legújabb erősítőkről. Szívesen segítenek kiválasztani azt, amely megfelel a pályázatának, és megfelel a költségkeretnek.