Các lớp khuếch đại âm thanh

Chắc chắn nhiều người đã nghe nói rằng các bộ khuếch đại hiện đại có thể thuộc các lớp khác nhau. Tuy nhiên, những người ở xa hệ thống âm học và các tính năng kỹ thuật của thiết bị âm thanh khó có thể hình dung được điều gì ẩn sau những ký hiệu chữ cái.

Trong bài đánh giá của chúng tôi, chúng tôi sẽ nói chi tiết hơn về các lớp của bộ khuếch đại là gì, chúng là gì và làm thế nào để chọn mô hình tối ưu.

Hạng của bộ khuếch đại là giá trị của tín hiệu đầu ra mà nó được điều khiển bởi tín hiệu đầu vào hình sin trong mạch chức năng trong một chu kỳ hoạt động và thay đổi do ảnh hưởng này. Việc phân loại bộ khuếch đại thành các lớp phụ thuộc vào các tham số tuyến tính của chế độ được sử dụng để khuếch đại tín hiệu đến từ các loại với độ chính xác tăng lên với hiệu suất khá giảm đến hoàn toàn phi tuyến tính. Trong trường hợp này, độ chính xác khi tái tạo âm thanh của tín hiệu không quá lớn nhưng hiệu quả mang lại khá cao. Tất cả các loại bộ khuếch đại khác là một số loại mô hình trung gian giữa hai nhóm này.

Tất cả các lớp của bộ khuếch đại có thể được chia thành hai nhóm con theo điều kiện. Đầu tiên bao gồm các mô hình được điều khiển cổ điển của các lớp A, B, cũng như AB và C. Loại của chúng được xác định bởi tham số về độ dẫn của chúng trong một phần nhất định của tín hiệu đầu ra. Như vậy, hoạt động của bóng bán dẫn tích hợp ở đầu ra nằm ở giữa giữa "tắt" và "bật".

Loại thiết bị thứ hai bao gồm các mô hình hiện đại hơn, được coi là các lớp chuyển mạch - đây là các mô hình D, E, F, cũng như G, S, H và T.

Các bộ khuếch đại này sử dụng điều chế độ rộng xung cũng như mạch kỹ thuật số để liên tục chuyển đổi tín hiệu giữa tắt hoàn toàn và bật hoàn toàn. Kết quả là, có một lối ra mạnh mẽ trong vùng bão hòa.

Chúng ta sẽ nói chi tiết hơn về các lớp khuếch đại khác nhau.

Các mô hình Class A được sử dụng rộng rãi nhất do tính đơn giản của thiết kế. Điều này là do một số thông số về độ méo của tín hiệu đầu vào và do đó, chất lượng âm thanh cao so với tất cả các loại bộ khuếch đại khác. Các mô hình trong danh mục này được đặc trưng bởi độ tuyến tính cao so với các mô hình khác.

Thông thường, bộ khuếch đại lớp A sử dụng một phiên bản bóng bán dẫn duy nhất trong công việc của chúng. Nó được kết nối với cấu hình bộ phát cơ bản cho hai nửa của tín hiệu để bóng bán dẫn germani luôn đi qua nó ngay cả khi không có tín hiệu pha. Điều này có nghĩa là ở đầu ra, giai đoạn sẽ không hoàn toàn đi vào vùng cắt và bão hòa tín hiệu. Nó có điểm bù riêng của nó gần trung tâm của dòng tải. Cấu trúc này dẫn đến thực tế là bóng bán dẫn chỉ đơn giản là không kích hoạt - đây được coi là một trong những nhược điểm cơ bản của nó.

Vì thiết bị loại A là một đầu cuối và hoạt động trong vùng tuyến tính của tất cả các đường cong được chỉ định, một thiết bị đầu ra đi qua 360 độ đầy đủ, trong trường hợp đó, thiết bị loại A hoàn toàn tương ứng với nguồn hiện tại.

Vì các bộ khuếch đại trong danh mục này hoạt động, như chúng ta đã nói, trong vùng siêu tuyến tính, độ lệch DC phải được đặt chính xác. - điều này sẽ đảm bảo hoạt động tốt và cung cấp luồng âm thanh với công suất 24 watt. Tuy nhiên, do thiết bị đầu ra luôn ở trạng thái tắt, nó liên tục dẫn dòng, và điều này tạo điều kiện cho sự mất điện liên tục trong toàn bộ kết cấu. Tính năng này dẫn đến việc giải phóng một lượng nhiệt lớn, trong khi hiệu suất của chúng khá thấp - dưới 40%, điều này khiến chúng không thực tế khi nói đến một số loại hệ thống âm thanh mạnh mẽ. Ngoài ra, do dòng điện không tải khi lắp đặt tăng lên nên bộ nguồn phải có kích thước phù hợp và được lọc càng tốt, nếu không sẽ không tránh khỏi âm thanh của bộ khuếch đại và tiếng rè của bên thứ ba. Chính những thiếu sót này đã khiến các nhà sản xuất tiếp tục nghiên cứu về các bộ khuếch đại ở một hạng mục hiệu quả hơn.

Bộ khuếch đại Class B đã được các nhà sản xuất thiết kế để giải quyết các vấn đề về hiệu suất thấp và quá nhiệt liên quan đến loại trước đó. Trong công việc của họ, các mô hình loại B sử dụng một cặp bóng bán dẫn bổ sung, thường là lưỡng cực. Sự khác biệt của chúng là đối với cả hai nửa tín hiệu, mặt trước đầu ra được xây dựng theo mạch đẩy kéo, vì vậy mỗi thiết bị bóng bán dẫn chỉ cung cấp độ khuếch đại của một nửa tín hiệu đầu ra.

Không có dòng phân cực mức DC cơ bản trong các bộ khuếch đại thuộc lớp này, vì dòng tĩnh của nó bằng 0, do đó các thông số nguồn DC thường nhỏ. Theo đó, hiệu suất của nó cao hơn nhiều so với các thiết bị A. Đồng thời khi tín hiệu là tích cực, bóng bán dẫn phân cực dương sẽ điều khiển nó, trong khi cực âm vẫn tắt. Tương tự như vậy, tại thời điểm khi tín hiệu đầu vào trở thành âm, tín hiệu tích cực bị tắt, và ngược lại, bóng bán dẫn phân cực âm được kích hoạt và cung cấp nửa âm của tín hiệu. Kết quả là bóng bán dẫn, trong quá trình hoạt động của nó, chỉ dành 1/2 chu kỳ trong nửa chu kỳ dương hoặc âm của tín hiệu đến.

Thiết kế push-pull này hiệu quả hơn khoảng 45-60% so với các bộ khuếch đại Class A. Các vấn đề với các mô hình loại này là chúng cho sự biến dạng đáng kể tại thời điểm truyền tín hiệu âm thanh do "vùng chết" của các bóng bán dẫn trong hành lang của điện áp đầu vào có giá trị từ -0,7 V đến +0,7 V .

Như mọi người đã biết từ khóa học vật lý, bộ phát cơ sở phải cung cấp điện áp khoảng 0,7 V để bóng bán dẫn lưỡng cực bắt đầu đi dây đầy đủ. Miễn là điện áp này không vượt quá mốc này, bóng bán dẫn đầu ra sẽ không di chuyển đến vị trí bật. Điều này có nghĩa là một nửa tín hiệu đi vào hành lang 0,7 V sẽ bắt đầu được tái tạo không chính xác. Do đó, điều này làm cho các thiết bị Loại B thực tế không phù hợp để sử dụng trong các cài đặt âm thanh chính xác.

Vì để khắc phục những biến dạng này, cái gọi là thiết bị thỏa hiệp lớp AB đã được tạo ra.

Mô hình này là kiểu thiết kế song song của loại A và loại B. Ngày nay, bộ khuếch đại loại AB được coi là một trong những lựa chọn thiết kế phổ biến nhất. Về nguyên lý hoạt động, chúng hơi giống các sản phẩm thuộc loại B, ngoại trừ duy nhất là cả hai thiết bị bóng bán dẫn có thể dẫn tín hiệu cùng một lúc gần giao điểm của các biểu đồ dao động. Điều này giúp loại bỏ hoàn toàn tất cả các vấn đề về méo tín hiệu của bộ khuếch đại Nhóm B trước đây.Sự khác biệt là một cặp bóng bán dẫn có điện áp phân cực khá thấp, thường từ 5 đến 10% của dòng điện tĩnh. Trong trường hợp này, thiết bị dẫn vẫn hoạt động lâu hơn thời gian của một nửa chu kỳ, nhưng đồng thời cũng ít hơn nhiều so với toàn bộ chu kỳ của tín hiệu đầu vào.

Nó là an toàn để nói rằng thiết bị loại AB được coi là sự dung hòa tuyệt vời giữa các mẫu Class A và Class B về hiệu quả và độ tuyến tính.và, trong khi hiệu suất chuyển đổi của tín hiệu âm thanh là khoảng 50%.

Thiết kế của các đơn vị hạng C mang lại hiệu quả tối đa, nhưng đồng thời khá tuyến tính so với tất cả các hạng mục khác. Bộ khuếch đại lớp C bị sai lệch khá rõ rệt, vì vậy dòng điện đầu vào về 0 và duy trì ở mức này trong hơn 1/2 chu kỳ của tín hiệu đến. Lúc này bóng bán dẫn đang ở chế độ chờ để tắt.

Những đặc điểm thiết kế này làm cho không thể sử dụng bộ khuếch đại trong hệ thống loa. Theo nguyên tắc, các mô hình này đã tìm thấy khu vực sử dụng của chúng trong máy phát tần số cao, cũng như trong một số phiên bản nhất định của bộ khuếch đại tần số vô tuyến, nơi các xung dòng điện phát ra ở đầu ra được chuyển đổi thành sóng hình sin có tần số nhất định.

Bộ khuếch đại loại D đề cập đến các mô hình xung phi tuyến tính hai kênh, chúng còn được gọi là bộ khuếch đại PWM.

Trong phần lớn các hệ thống âm thanh, các tầng đầu ra hoạt động ở lớp A hoặc AB. Trong các bộ khuếch đại tích hợp thuộc nhóm D, sự tiêu tán công suất của các đầu vào đường truyền là đáng kể ngay cả trong trường hợp thực hiện hoàn chỉnh tối đa, gần như lý tưởng. Điều này mang lại cho các mẫu D-class một lợi thế đáng kể trong hầu hết các lĩnh vực ứng dụng do lượng nhiệt sinh ra tối thiểu, giảm trọng lượng và kích thước của thiết bị và do đó, giảm giá thành sản phẩm, trong khi thời lượng pin của các mẫu này được tăng lên so với các mẫu của các thiết kế khác.

Bộ khuếch đại Class F. Các mô hình này cung cấp hiệu quả tăng lên, hiệu suất của chúng là khoảng 90%.

Bộ khuếch đại Class G. Trên thực tế, bộ khuếch đại này là một thiết kế tuyến tính cao tiên tiến của đơn vị cơ sở TDA lớp AB. Các mô hình trong danh mục này có thể tự động chuyển đổi giữa các đường dây điện khác nhau trong trường hợp thay đổi các thông số của tín hiệu đến. Việc chuyển đổi như vậy làm giảm đáng kể điện năng tiêu thụ và do đó, giảm tiêu thụ điện năng do mất nhiệt.

Bộ khuếch đại loại I. Các mô hình như vậy có một vài bộ thiết bị đầu ra bổ sung. Trước khi bật, chúng được đặt trong cấu hình push-pull. Thiết bị đầu tiên chuyển đổi phần tích cực của tín hiệu và thiết bị thứ hai chịu trách nhiệm chuyển đổi phần âm, tương tự như bộ khuếch đại Loại B. Nếu không có tín hiệu âm thanh ở đầu vào hoặc nếu tín hiệu đạt đến điểm giao nhau 0, cơ chế chuyển mạch bật và tắt cùng lúc với chu trình chính.

Bộ khuếch đại Class S. Loại bộ khuếch đại này được phân loại là cơ chế chuyển mạch phi tuyến tính. Về cơ chế hoạt động, chúng có phần giống với bộ khuếch đại loại D. Một bộ khuếch đại như vậy sẽ chuyển đổi tín hiệu đầu vào tương tự thành tín hiệu số, khuếch đại chúng lên nhiều lần. Do đó, để tăng công suất phát, thường tín hiệu số của thiết bị chuyển mạch được bật hoàn toàn hoặc tắt hoàn toàn, do đó hiệu suất của các thiết bị đó có thể là 100%.

Bộ khuếch đại Class T. Một lựa chọn khác cho bộ khuếch đại kỹ thuật số. Ngày nay, các mô hình như vậy ngày càng trở nên phổ biến hơn do sự hiện diện của các vi mạch cho phép xử lý kỹ thuật số tín hiệu đến, cũng như các bộ khuếch đại âm thanh 3D đa kênh tích hợp sẵn. Hiệu ứng này được cung cấp bởi một thiết kế cho phép chuyển đổi tín hiệu tương tự thành âm thanh PWM kỹ thuật số cao hơn. Thiết kế của các thiết bị Class C kết hợp các đặc điểm của tín hiệu có độ méo thấp tương tự như loại AV, trong khi vẫn duy trì hiệu quả ở mức của các mẫu Class D.

Để bắt đầu, chúng ta hãy xem xét nguyên tắc hoạt động của bộ khuếch đại. Chắc chắn bạn sẽ ngạc nhiên, nhưng thực tế ampli xuất xưởng không khuếch đại gì cả. Trên thực tế, cơ chế hoạt động của nó giống như hoạt động của cần trục đơn giản nhất: bạn vặn tay cầm và nước từ nguồn cấp nước bắt đầu đổ vào, mạnh hơn hoặc yếu hơn, và nếu bạn vặn nó, dòng chảy sẽ bị chặn. Trong bộ khuếch đại, tất cả các quá trình xảy ra theo cùng một cách. Từ mô-đun cấp nguồn mạnh, dòng điện chạy qua loa được kết nối với thiết bị. Trong trường hợp này, chức năng của vòi được tiếp nhận bởi các bóng bán dẫn - ở đầu ra, mức độ đóng và mở của chúng được điều khiển bởi tín hiệu truyền đến bộ khuếch đại. Từ chức năng chính xác của cần trục này, tức là cách hoạt động của các bóng bán dẫn đầu ra và loại bộ khuếch đại được xác định.

Nếu chúng ta đang nói về các thiết bị AB, thì các bóng bán dẫn trong chúng có thể có đặc tính khó chịu là mở và đóng không tương xứng với các tín hiệu đến chúng. Do đó, công việc của họ trở nên không thay đổi. Quay trở lại sự tương tự với vòi - bạn có thể xoay tay cầm của vòi, nhưng lúc đầu nước sẽ chảy yếu, sau đó đột ngột dòng chảy sẽ tăng lên đột ngột.

Vì lý do này bóng bán dẫn loại AB phải được giữ ở trạng thái mở ngay cả khi không có tín hiệu. Điều này là cần thiết để chúng bắt đầu hoạt động ngay lập tức chứ không phải đợi cho đến khi tín hiệu đạt đến một mức nhất định - chỉ trong trường hợp này, bộ khuếch đại mới có thể tái tạo âm thanh với độ méo tối thiểu. Trong thực tế, điều này có nghĩa là một số năng lượng hữu ích bị lãng phí. Chỉ cần tưởng tượng rằng bạn bật tất cả các vòi nước trong căn hộ, và một dòng nước nhỏ sẽ liên tục chảy ra khỏi chúng. Kết quả là, hiệu suất của các mô hình như vậy không vượt quá 50-70%, chính hiệu suất thấp là nhược điểm chính của bộ khuếch đại lớp AV.

Nếu chúng ta nói về các thiết bị hạng D, thì nguyên lý hoạt động hoàn toàn giống nhau: chúng có các bóng bán dẫn đầu ra riêng có thể bật và tắt. Do đó, dòng điện đi qua các loa được kết nối với chúng được điều chỉnh, nhưng tín hiệu đã điều khiển độ mở của chúng, theo cấu hình của nó rất xa so với tín hiệu đến.

Đây là cách tín hiệu được đưa đến các bóng bán dẫn đầu ra của thiết bị loại D. Trong trường hợp này, chúng sẽ hoạt động hoàn toàn khác: hoặc đóng hoàn toàn hoặc mở mà không có bất kỳ giá trị trung gian nào. Điều này có nghĩa là hiệu quả của các mô hình như vậy có thể đạt gần 100%.

Tất nhiên, còn quá sớm để gửi những tín hiệu như vậy đến các hệ thống âm thanh, trước tiên nó nên trở về cấu hình tiêu chuẩn. Điều này có thể được thực hiện nhờ một cuộn cảm đầu ra, cũng như một tụ điện - sau khi xử lý chúng, một tín hiệu khuếch đại được hình thành ở đầu ra, ở hình dạng của nó sẽ lặp lại hoàn toàn tín hiệu đầu vào. Chính là hắn truyền đến người nói.

Ưu điểm chính của các thiết bị D-class là tăng hiệu quả. và do đó, tiêu thụ năng lượng nhẹ nhàng hơn

Trong một thời gian dài, người ta tin rằng để kết nối hệ thống loa chất lượng cao, bộ khuếch đại AB sẽ là giải pháp tối ưu... Các mô hình thuộc loại D đã chuyển đổi tín hiệu đến thành tín hiệu xung với tần số giảm, kết quả là nó chỉ cho âm thanh tốt ở chế độ loa siêu trầm.Ngày nay, công nghệ đã có một bước tiến dài, ngày nay đã có những bóng bán dẫn tốc độ cao có thể mở và cũng đóng lại gần như ngay lập tức, có khá nhiều thiết bị băng thông rộng hạng D trong các cửa hàng.

Các mô hình này không chỉ được sử dụng với loa siêu trầm, mà còn với các hệ thống loa hiện đại của tất cả các loại. Đối với những tùy chọn không yêu cầu công suất cao, bạn nên mua một bộ khuếch đại khá nhỏ gọn.

Do đó, nếu bạn có đủ không gian để kết nối loa, thì bạn cũng có thể chọn kiểu AV-class. Trải qua mấy chục năm tồn tại, mạch điện của những model này được phát triển tốt, cho chất lượng âm thanh khá tốt, trong trường hợp hỏng hóc, bạn có thể dễ dàng sửa chữa tại trung tâm bảo hành gần nhất.

Nếu diện tích lắp đặt âm thanh bị hạn chế thì bạn nên xem kỹ các mẫu băng rộng của nhóm D. Với thông số công suất tương tự như các sản phẩm cấp AV, chúng nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều, hơn nữa, chúng tỏa nhiệt ít hơn, và một số mẫu thậm chí còn cho phép lắp đặt chúng một cách bí mật với ít nhiễu nhất.

Để kết nối các loa siêu trầm, D-class tạo ra lợi thế tối đa, vì khối âm trầm là dải tần tiêu tốn nhiều năng lượng nhất - trong trường hợp này, hiệu quả của sản phẩm có tầm quan trọng cơ bản, và đơn giản là không có đối thủ cạnh tranh với các sản phẩm hạng D.

Trong video này, bạn có thể làm quen rõ ràng hơn với các lớp của bộ khuếch đại âm thanh.