Amplificador d'àudio és un terme general utilitzat per descriure un circuit que produeix i amplifica una versió del seu senyal d'entrada. Tanmateix, no totes les tecnologies de conversió són iguals, ja que es classifiquen segons les seves configuracions i modes de funcionament.
En electrònica, els amplificadors petits s'utilitzen habitualment perquè són capaços d'amplificar un senyal d'entrada relativament petit, com ara un sensor com un reproductor de música, en un senyal de sortida molt més gran per impulsar un relé, un llum o un altaveu., etc.
Hi ha moltes formes de circuits electrònics classificats com a amplificadors, des de transductors de senyal operatius i petits fins a grans convertidors de pols i potència. La classificació d'un dispositiu depèn de la mida del senyal, gran o petita, de la seva configuració física i de com es processa el flux d'entrada, és a dir, de la relació entre el nivell d'entrada i el corrent que flueix a la càrrega.
Anatomia del dispositiu
Els amplificadors de freqüència d'àudio es poden veure com una caixa senzillao un bloc que conté un dispositiu, com ara un sensor bipolar, FET o operatiu, que té dos terminals d'entrada i dos de sortida (la terra és comú). A més, el senyal de sortida és molt més gran a causa de la seva conversió al dispositiu.
Un amplificador de senyal ideal tindrà tres propietats principals:
- Impedància d'entrada o (R IN).
- Resistència de sortida o (R OUT).
- Guany, o (A).
Per molt complex que sigui el circuit amplificador, es pot utilitzar un model de bloc general per demostrar la relació d'aquestes tres propietats.
Conceptes generals
Els amplificadors d'àudio d' alta qualitat poden variar en rendiment. Cada tipus té una conversió digital o analògica. Els codis estan configurats per separar-los.
La diferència més gran entre els senyals d'entrada i de sortida s'anomena conversió. El guany és una mesura de quant un amplificador "transforma" un senyal d'entrada. Per exemple, si hi ha un nivell d'entrada d'1 volt i un nivell de sortida de 50 volts, aleshores la conversió serà de 50. En altres paraules, el senyal d'entrada s'ha desenvolupat 50 vegades. Un amplificador de freqüència d'àudio fa exactament això.
El càlcul de conversió és simplement la proporció de la sortida dividida per l'entrada. Aquest sistema no té unitats com a relació, però en electrònica s'utilitza habitualment el símbol A per al guany. Aleshores, la conversió es calcula simplement com a "sortida dividida per l'entrada".
Convertidors de potència
Lupa petitaUn amplificador de senyal es coneix comunament com a amplificador de "tensió" perquè tendeix a convertir una petita entrada en una tensió de sortida molt més gran. De vegades es requereix un circuit de dispositiu per accionar un motor o un altaveu, i per a aquest tipus d'aplicacions, on hi ha corrents de commutació elevats, es necessiten convertidors de potència.
Com el seu nom indica, la tasca principal d'un amplificador de potència (també conegut com a amplificador de senyal gran) és subministrar energia a una càrrega. És el producte de la tensió i el corrent aplicat a una càrrega amb una potència de sortida superior al nivell del senyal d'entrada. En altres paraules, el convertidor augmenta la potència de l' altaveu, de manera que aquest tipus de circuit de bloc s'utilitza a les etapes externes dels convertidors d'àudio per impulsar els altaveus.
Principi de funcionament
L'amplificador d'àudio funciona segons el principi de convertir la potència de CC extreta de la font d'alimentació en un senyal de voltatge de CA subministrat a la càrrega. Tot i que la conversió és alta, l'eficiència de la font d'alimentació de CC al senyal de sortida de voltatge de CA és generalment baixa.
Un bloc ideal proporciona al dispositiu una eficiència del 100% o almenys la potència IN serà igual a la potència OUT.
Divisió de classe
Si els usuaris han mirat alguna vegada l'especificació dels amplificadors de potència d'àudio, és possible que s'hagin adonat de les classes d'equips, normalment indicades per la lletra odos. Els tipus de bloc més comuns que s'utilitzen avui en dia a l'àudio domèstic dels consumidors són els valors A, A/B, D, G i H.
Aquestes classes no són simples sistemes de classificació, sinó descripcions de la topologia de l'amplificador, és a dir, com funcionen al nivell bàsic. Tot i que cada tipus d'amplificador té el seu propi conjunt de punts forts i febles, el seu rendiment (i com es mesuren les característiques finals) segueix sent el mateix.
És per convertir la forma d'ona enviada per la pre-unitat sense introduir interferències o almenys la menor distorsió possible.
Classe A
En comparació amb altres classes d'amplificadors de potència d'àudio que es descriuen a continuació, els models de classe A són dispositius relativament senzills. El principi de funcionament que defineix és que tots els blocs de sortida del transductor han de passar per un cicle de senyal complet de 360 graus.
La classe A també es pot dividir en amplificadors d'un sol extrem i push-pull. Push/pull difereix de l'explicació principal anterior en utilitzar dispositius de sortida en parells. Tot i que tots dos dispositius fan un cicle complet de 360 graus, un dispositiu portarà la major part de la càrrega durant la part positiva del cicle, mentre que l' altre portarà més el cicle negatiu.
El principal avantatge d'aquest circuit és la reducció de la distorsió en comparació amb els dissenys d'un sol extrem, ja que fins i tot s'eliminen les fluctuacions d'ordre. A més, els dissenys push-pull de classe A són menys sensibles al soroll.
A causa de les qualitats positives associades al rendiment de classe A, es considera l'estàndard d'or per a la qualitat del so en moltes aplicacions acústiques. Tanmateix, aquests dissenys tenen un inconvenient important: l'eficiència.
Requisit perquè els amplificadors d'àudio de transistors de classe A tinguin tots els dispositius de sortida encesos en tot moment. Aquesta acció comporta una pèrdua important d'energia, que finalment es converteix en calor. Això s'agreuja encara més pel fet que els dissenys de classe A requereixen nivells relativament alts de corrent en repòs, que és la quantitat de corrent que flueix pels dispositius de sortida quan l'amplificador produeix una sortida zero. Les taxes d'eficiència del món real poden ser de l'ordre del 15 al 35%, amb un dígit possible utilitzant material font altament dinàmic.
Classe B
Si bé tots els mecanismes de sortida d'un amplificador d'àudio de classe A triguen el 100% del temps a funcionar, les unitats de classe B utilitzen circuits push-pull de manera que només la meitat dels dispositius de sortida condueixen en qualsevol moment.
La meitat cobreix la part de +180 graus de la forma d'ona mentre que l' altra meitat cobreix la secció de -180 graus. Com a conseqüència, els amplificadors de classe B són significativament més eficients que els seus homòlegs de classe A, amb un màxim teòric del 78,5%. Donada l'eficiència relativament alta, la classe B s'ha utilitzat en alguns transductors PA professionals, així com en alguns amplificadors de tubs domèstics. Malgrat ellsforça evident, les possibilitats d'adquirir un bloc de classe B per a una casa són pràcticament nuls. Un examen de l'amplificador d'àudio va mostrar la causa d'això, coneguda com a distorsió creuada.
El problema de la latència en el trasllat entre dispositius que processen les parts positives i negatives de la forma d'ona es considera important. No cal dir que aquesta distorsió és audible en quantitats suficients i, tot i que alguns dissenys de classe B eren millors que altres en aquest sentit, la classe B va rebre poc reconeixement per part dels entusiastes del son net.
Classe A/B
L'amplificador d'àudio de tubs es pot trobar a moltes sales de concerts. Té un alt rendiment i no es sobreescalfa. A més, els models són molt més econòmics que molts blocs digitals. Però també hi ha desviacions. És possible que aquest mòdul no funcioni amb tots els formats d'àudio. Per tant, és millor utilitzar l'equip com a part d'un complex general de processament de senyal.
La classe A/B combina el millor de cada tipus de dispositiu per crear una unitat sense els inconvenients de cap dels dos. Amb aquesta combinació d'avantatges, els amplificadors de classe A/B dominen en gran mesura el mercat de consum.
La solució és en realitat bastant senzilla en concepte. Quan la classe B utilitza un dispositiu push-pull amb cada meitat de l'etapa de sortida conduint 180 graus, els mecanismes de classe A/B l'augmenten a ~ 181-200 graus. Així, n'hi haés molt menys probable que hi hagi una "llàgrima" al bucle i, per tant, la distorsió de l'encreuament baixa fins al punt que no importa.
Els amplificadors de potència d'àudio amb vàlvules poden absorbir aquesta interferència molt més ràpidament. Gràcies a aquesta propietat, el so surt del dispositiu molt més net. Sovint s'utilitzen models d'aquestes característiques per transformar el so de les guitarres acústiques i elèctriques.
N'hi ha prou amb dir que la classe A/B compleix la seva promesa, superant fàcilment les construccions de classe A pura amb un rendiment del món real d'un ~50-70%. Els nivells reals, per descomptat, depenen de la quantitat de compensació de l'amplificador, així com del material del programa i altres factors. També val la pena assenyalar que alguns dissenys de Classe A/B van un pas més enllà en la seva recerca per eliminar la distorsió creuada operant en mode de Classe A pura fins a uns pocs watts de potència. Això dóna certa eficiència a nivells baixos, però garanteix que l'amplificador no es converteixi en un forn quan s'aplica una gran quantitat de potència.
Classes G i H
Un altre parell de dissenys dissenyats per millorar l'eficiència. Des del punt de vista tècnic, ni els amplificadors de classe G ni de classe H no estan reconeguts oficialment. En canvi, són variacions del tema de Classe A/B que utilitzen la commutació de la tensió del bus i la modulació del bus, respectivament. En qualsevol cas, en condicions de baixa demanda, el sistema utilitza una tensió de bus més baixa que un amplificador de classe A/B similar, que significativamentredueix el consum d'energia. Quan es produeixen condicions d' alta potència, el sistema augmenta dinàmicament la tensió del bus (és a dir, canvia al bus d' alta tensió) per gestionar transitoris d' alta amplitud.
També hi ha defectes. El principal d'ells és l' alt cost. Els circuits de commutació de xarxa originals utilitzaven transistors bipolars per controlar els fluxos de sortida, afegint complexitat i cost. Els amplificadors de freqüència d'àudio de tub d' alta qualitat d'aquest tipus són habituals, tot i que el preu comença a partir de 50 mil rubles. El bloc es considera una tècnica professional per treballar a l'escenari o gravar en un estudi. Hi ha problemes amb els transistors. Amb una càrrega prolongada, alguns d'ells poden fallar.
Avui, el preu sovint es redueix fins a cert punt mitjançant l'ús de MOSFET d' alta intensitat per seleccionar o canviar les guies. L'ús de MOSFET no només millora l'eficiència i redueix la calor, sinó que també requereix menys peces (normalment un dispositiu per fil). A més del cost de la commutació de bus, la modulació en si, també val la pena assenyalar que alguns amplificadors de classe G utilitzen més dispositius de sortida que un disseny típic de classe A/B.
Un parell de dispositius funcionarà en el mode A/B típic, alimentat per les barres de baixa tensió. Mentrestant, l' altre està en espera per actuar com a reforç de tensió, activat només en funció de la situació. Resistent a càrregues elevades només classes G i H,associat amb amplificadors potents, on l'augment de l'eficiència paga els seus fruits. Els dissenys compactes també poden utilitzar topologies de classe G/H en lloc de A/B, ja que la possibilitat de canviar al mode de baixa potència significa que poden sortir amb un dissipador de calor una mica més petit.
Classe D
Aquest tipus de dispositiu us permet crear els vostres propis sistemes modulars. Amb l'ajuda de l'equip, es produeix un processament d' alta qualitat de tot el flux de sortida. El disseny d'amplificadors de potència de freqüència d'àudio us permet crear el vostre propi sistema multimèdia per a la feina o l'entreteniment. Tanmateix, aquí hi ha alguns matisos. Sovint s'anomena erròniament amplificació digital, els convertidors de classe D són una garantia de l'eficiència de la unitat i aconsegueixen guanys superiors al 90% en les proves reals.
Primer val la pena considerar per què aquesta és la classe D si l'"amplificació digital" és incorrecta. Era només la següent lletra de l'alfabet, amb la classe C utilitzada als sistemes d'àudio. Més important encara, com es pot aconseguir un 90% d'eficiència. Tot i que totes les classes d'amplificadors esmentades anteriorment tenen un o més dispositius de sortida que estan constantment actius fins i tot quan el convertidor està realment en mode d'espera, les unitats de classe D els apaguen i s'encenen ràpidament. Això és força convenient i permet utilitzar el mòdul només en els moments adequats.
Per exemple, el càlcul dels amplificadors d'àudio de classe T, que sónLa implementació de classe D de Tripath, a diferència del dispositiu bàsic, utilitza freqüències de commutació de l'ordre de 50 MHz. Els dispositius de sortida solen ser controlats per modulació d'amplada de pols. És quan un modulador genera ones quadrades de diferents amplades que presenta un senyal analògic per a la reproducció. Amb un control estricte dels dispositius de sortida d'aquesta manera, teòricament és possible el 100% d'eficiència (encara que òbviament no es pot aconseguir en el món real).
Excavant en el món dels amplificadors d'àudio de classe D, també podeu trobar esment de mòduls controlats analògics i digitals. Aquests blocs de control tenen un senyal d'entrada analògic i un sistema de control analògic, normalment amb un cert grau de correcció d'errors de retroalimentació. D' altra banda, els amplificadors de conversió digital de classe D utilitzen un control digital, que canvia l'etapa de potència sense control d'errors. Aquesta decisió també troba aprovació, segons les revisions de molts compradors. Tanmateix, el segment de preus és molt més alt aquí.
La investigació dels amplificadors d'àudio ha demostrat que la classe D analògica té un avantatge de rendiment respecte a l'analògic digital, ja que normalment ofereix una menor impedància de sortida (resistència) i un perfil de distorsió millorat. Això augmenta els valors inicials del sistema a la seva càrrega màxima.
Els paràmetres dels amplificadors d'àudiofreqüència són molt superiors als dels models bàsics. Cal entendre que aquests càlculs només són necessaris per crear música a l'estudi. Per als compradors normals, aquestsles característiques es poden s altar.
En general, un circuit L (inductor i condensador) col·locat entre l'amplificador i els altaveus per reduir el soroll associat al funcionament de classe D. El filtre és de gran importància. Un disseny deficient pot comprometre l'eficiència, la fiabilitat i la qualitat del so. A més, la retroalimentació després del filtre de sortida té els seus avantatges. Tot i que els dissenys que no utilitzen retroalimentació en aquesta etapa poden ajustar la seva resposta a una impedància específica, quan aquests amplificadors tenen una càrrega complexa (és a dir, un altaveu en lloc d'una resistència), la resposta de freqüència pot variar significativament en funció de la càrrega de l' altaveu. Els comentaris estabilitzen aquest problema proporcionant una resposta suau a càrregues complexes.
Al final, la complexitat dels amplificadors d'àudio de classe D té els seus avantatges. Eficiència i, per tant, menys pes. Com que es gasta relativament poca energia en calor, es necessita molta menys energia. Com a tal, molts amplificadors de classe D s'utilitzen juntament amb fonts d'alimentació de mode commutat (SMPS). Igual que l'etapa de sortida, la pròpia font d'alimentació es pot encendre i apagar ràpidament per regular la tensió, donant lloc a més guanys d'eficiència i la capacitat de reduir el pes respecte a les fonts d'alimentació analògiques/lineals tradicionals.
En conjunt, fins i tot els potents amplificadors de classe D només poden pesar uns quants quilograms. El desavantatge de les fonts d'alimentació SMPS en comparació amb els subministraments lineals tradicionals ésque els primers normalment no tenen gaire marge.
Les proves i nombroses proves d'amplificadors d'àudio de classe D amb fonts d'alimentació lineals en comparació amb els mòduls SMPS han demostrat que aquest és realment el cas. Quan dos amplificadors manejaven la potència nominal, però un amb una font d'alimentació lineal podria produir nivells de potència dinàmica més alts. Tanmateix, els dissenys SMPS s'estan tornant més habituals i podeu esperar veure millors unitats de classe D de propera generació amb formes similars a les botigues.
Comparació de l'eficiència de les classes AB i D
Tot i que l'eficiència d'un amplificador de potència d'àudio transistoritzat de classe A/B augmenta a mesura que s'acosta a la màxima potència de sortida, els dissenys de classe D mantenen una alta eficiència en la majoria dels rangs de funcionament. Com a resultat, l'eficiència i la qualitat del so s'inclinen cada cop més cap a l'últim bloc.
Feu servir un transductor
Quan s'implementa correctament, qualsevol dels blocs anteriors fora de la classe B pot constituir la base d'un amplificador d' alta fidelitat. A part dels possibles inconvenients de rendiment (que són principalment una decisió de disseny més que específica de classe), la selecció del tipus de bloc és en gran mesura una qüestió de cost versus eficiència.
Al mercat actual, domina el senzill amplificador d'àudio de classe A/B, i per una bona raó. Funciona molt bé, és relativament barat i és aixíl'eficiència és bastant adequada per a aplicacions de baixa potència (>200W). Per descomptat, mentre els fabricants de convertidors intenten avançar amb, per exemple, el monoblock Emotiva XPR-1 de 1000 W, estan recorrent als dissenys de classe G/H i D per evitar duplicar els seus amplificadors com a sistemes capaços d'escalfar equips ràpidament. Mentrestant, a l' altra banda del mercat, hi ha ventiladors de classe A que poden perdonar la manca d'eficiència del dispositiu amb l'esperança d'un so més net.
Resultat
Després de tot, les classes de conversió no són necessàriament tan importants. Per descomptat, hi ha diferències reals, sobretot pel que fa al cost, l'eficiència de l'amplificador i, per tant, el pes. Per descomptat, els electrodomèstics de classe A de 500 W són una mala idea, tret que, és clar, l'usuari tingui un sistema de refrigeració potent. D' altra banda, les diferències entre classes no determinen la qualitat del so. Al final, es tracta de desenvolupar i implementar els vostres propis projectes. És important entendre que els transductors són només un dispositiu que forma part del sistema d'àudio.
