Ses yükseltici, giriş sinyalinin bir sürümünü üreten ve yükselten bir devreyi tanımlamak için kullanılan genel bir terimdir. Ancak, konfigürasyonlarına ve çalışma modlarına göre sınıflandırıldıkları için tüm dönüştürücü teknolojileri aynı değildir.
Elektronikte, müzik çalar gibi bir sensörden gelen nispeten küçük bir giriş sinyalini bir röle, lamba veya hoparlörü çalıştırmak için çok daha büyük bir çıkış sinyaline yükseltebildikleri için küçük amplifikatörler yaygın olarak kullanılır., vb.
İşlevsel ve küçük sinyal dönüştürücülerden büyük darbe ve güç dönüştürücülere kadar amplifikatör olarak sınıflandırılan birçok elektronik devre türü vardır. Bir cihazın sınıflandırılması, sinyalin boyutuna, büyük veya küçük olmasına, fiziksel konfigürasyonuna ve giriş akışının nasıl işlendiğine, yani giriş seviyesi ile yükte akan akım arasındaki ilişkiye bağlıdır.
Cihaz Anatomisi
Ses frekans yükselticileri basit bir kutu olarak görülebilirveya iki giriş ve iki çıkış terminaline sahip (toprak ortaktır) iki kutuplu, FET veya işlemsel sensör gibi bir cihazı içeren bir blok. Ayrıca, cihazdaki dönüşümü nedeniyle çıkış sinyali çok daha büyüktür.
İdeal bir sinyal yükselticinin üç ana özelliği olacaktır:
- Giriş empedansı veya (R IN).
- Çıkış direnci veya (R OUT).
- Kazanç veya (A).
Amplifikatör devresi ne kadar karmaşık olursa olsun, bu üç özelliğin ilişkisini göstermek için genel bir blok modeli kullanılabilir.
Genel kavramlar
Yüksek kaliteli ses amplifikatörlerinin performansı farklılık gösterebilir. Her türün bir dijital veya analog dönüştürmesi vardır. Kodlar onları ayıracak şekilde ayarlanmıştır.
Giriş ve çıkış sinyalleri arasındaki artan farka dönüştürme denir. Kazanç, bir amplifikatörün bir giriş sinyalini ne kadar "dönüştürdüğünün" bir ölçüsüdür. Örneğin, 1 voltluk bir giriş seviyesi ve 50 voltluk bir çıkış seviyesi varsa, dönüşüm 50 olacaktır. Başka bir deyişle, giriş sinyali 50 kez geliştirilmiştir. Bir ses frekans yükselticisi tam da bunu yapar.
Dönüştürme hesaplaması basitçe çıktının girdiye bölünmesiyle elde edilen orandır. Bu sistemde oran olarak birimler yoktur, ancak elektronikte A sembolü kazanç için yaygın olarak kullanılır. Dönüşüm daha sonra basitçe "çıktı bölü girdi" olarak hesaplanır.
Güç dönüştürücüler
Büyüteç küçükKüçük bir girişi çok daha büyük bir çıkış voltajına dönüştürme eğiliminde olduğundan, bir sinyal yükselticiye genellikle "gerilim" yükselticisi denir. Bazen bir motor veya hoparlör gücünü sürmek için bir cihaz devresi gerekir ve yüksek anahtarlama akımlarının söz konusu olduğu bu tür uygulamalar için güç dönüştürücülere ihtiyaç duyulur.
Adından da anlaşılacağı gibi, bir güç amplifikatörünün (büyük sinyal amplifikatörü olarak da bilinir) ana görevi, bir yüke güç sağlamaktır. Giriş sinyal seviyesinden daha büyük bir çıkış gücüne sahip bir yüke uygulanan voltaj ve akımın ürünüdür. Başka bir deyişle, dönüştürücü hoparlörün gücünü arttırır, bu nedenle bu tip blok devre, ses dönüştürücülerinin harici aşamalarında hoparlörleri sürmek için kullanılır.
Çalışma prensibi
Ses amplifikatörü, güç kaynağından çekilen DC gücünü, yüke sağlanan bir AC voltaj sinyaline dönüştürme ilkesiyle çalışır. Dönüşüm yüksek olsa da, DC güç kaynağından AC voltaj çıkış sinyaline olan verim genellikle düşüktür.
İdeal bir blok, cihaza %100 verimlilik sağlar veya en azından GİRİŞ gücü, ÇIKIŞ gücüne eşit olacaktır.
Sınıf bölümü
Kullanıcılar ses güç amplifikatörlerinin özelliklerine baktıysa, genellikle harf veya harfle gösterilen ekipman sınıflarını fark etmiş olabilirler.iki. Günümüzde tüketici ev ses sisteminde kullanılan en yaygın blok türleri A, A/B, D, G ve H değerleridir.
Bu sınıflar basit sınıflandırma sistemleri değil, amplifikatör topolojisinin, yani çekirdek düzeyde nasıl çalıştıklarının açıklamalarıdır. Her tür amplifikatörün kendi güçlü ve zayıf yönleri olsa da, performansları (ve nihai özelliklerin nasıl ölçüldüğü) aynı kalır.
Ön birim tarafından gönderilen dalga biçimini parazit oluşturmadan veya mümkün olduğunca az bozulma olmadan dönüştürmektir.
A Sınıfı
Aşağıda açıklanacak olan diğer ses güç amplifikatörü sınıflarıyla karşılaştırıldığında, A Sınıfı modeller nispeten basit cihazlardır. Tanımlayıcı çalışma prensibi, tüm dönüştürücü çıkış bloklarının tam bir 360 derecelik sinyal döngüsünden geçmesi gerektiğidir.
Sınıf A ayrıca tek uçlu ve push-pull amplifikatörlere ayrılabilir. Push/pull, çıkış cihazlarını çiftler halinde kullanarak yukarıdaki ana açıklamadan farklıdır. Her iki cihaz da tam 360 derecelik bir döngü çalıştırırken, bir cihaz döngünün pozitif kısmı sırasında yükün çoğunu taşırken diğeri negatif döngünün çoğunu taşır.
Bu devrenin ana avantajı, tek uçlu tasarımlara kıyasla daha az bozulmadır, çünkü sipariş dalgalanmaları bile ortadan kalkar. Ayrıca A Sınıfı itme-çekme tasarımları gürültüye karşı daha az duyarlıdır.
A Sınıfı performansla ilişkili olumlu nitelikler nedeniyle, birçok akustik uygulamada ses kalitesi için altın standart olarak kabul edilir. Ancak bu tasarımların önemli bir dezavantajı vardır: verimlilik.
A Sınıfı transistörlü ses yükselticilerinin tüm çıkış cihazlarının her zaman açık olması gereksinimi. Bu eylem, sonunda ısıya dönüştürülen önemli bir enerji kaybına yol açar. Bu, A Sınıfı tasarımların, amplifikatör sıfır çıkış ürettiğinde çıkış cihazlarından akan akımın miktarı olan nispeten yüksek seviyede hareketsiz akım gerektirmesi gerçeğiyle daha da kötüleşir. Gerçek dünya verimlilik oranları, son derece dinamik kaynak materyal kullanılarak tek haneli rakamlarla mümkün olan %15-35 mertebesinde olabilir.
B Sınıfı
A sınıfı bir ses yükselticisindeki tüm çıkış mekanizmalarının çalışması zamanın %100'ünü alırken, B sınıfı birimler herhangi bir zamanda çıkış cihazlarının yalnızca yarısının ileteceği şekilde itme-çekme devresi kullanır.
Yarısı dalga formunun +180 derecelik kısmını kaplarken diğer yarısı -180 derecelik kısmı kaplar. Sonuç olarak, B Sınıfı amplifikatörler, teorik maksimum %78,5 ile A Sınıfı emsallerinden önemli ölçüde daha verimlidir. Nispeten yüksek verimlilik göz önüne alındığında, B Sınıfı bazı profesyonel PA dönüştürücülerinde ve bazı ev tipi tüp amplifikatörlerinde kullanılmıştır. Onlara rağmenbariz güç, bir ev için B sınıfı bir blok edinme şansı neredeyse sıfırdır. Ses yükselticisinin incelenmesi, çapraz distorsiyon olarak bilinen bunun nedenini gösterdi.
Dalga formunun pozitif ve negatif kısımlarını işleyen cihazlar arasında geçişte gecikme ile ilgili sorun önemli kabul ediliyor. Bu bozulmanın yeterli miktarda duyulabildiğini söylemeye gerek yok ve bazı B Sınıfı tasarımlar bu konuda diğerlerinden daha iyi olsa da, B Sınıfı temiz ses meraklılarından çok az beğeni topladı.
Sınıf A/B
Tüplü ses amplifikatörü birçok konser mekanında bulunabilir. Yüksek performansa sahiptir ve aşırı ısınmaz. Ayrıca modeller birçok dijital bloğa göre çok daha ucuzdur. Ama aynı zamanda sapmalar da var. Böyle bir modül tüm ses formatlarıyla çalışmayabilir. Bu nedenle, ekipmanı genel bir sinyal işleme kompleksinin parçası olarak kullanmak daha iyidir.
Class A/B, dezavantajları olmadan bir birim oluşturmak için her cihaz türünün en iyisini birleştirir. Bu avantajlar kombinasyonuyla, A/B sınıfı amplifikatörler tüketici pazarına büyük ölçüde hakimdir.
Çözüm aslında konsept olarak oldukça basittir. B sınıfı, çıkış aşamasının her bir yarısının 180 derece ilettiği bir itme-çekme cihazı kullandığında, A/B sınıfı mekanizmalar bunu ~181-200 dereceye çıkarır. Böylece, vardöngüde bir "yırtılma" olması çok daha az olasıdır ve bu nedenle çapraz distorsiyon önemli olmayan bir noktaya düşer.
Valf ses güç amplifikatörleri bu paraziti çok daha hızlı emebilir. Bu özellik sayesinde ses cihazdan çok daha temiz çıkıyor. Bu özelliklere sahip modeller genellikle akustik ve elektro gitarların sesini dönüştürmek için kullanılır.
Sınıf A/B'nin vaadini yerine getirdiğini ve ~%50-70 gerçek dünya performansında saf A Sınıfı yapılardan kolayca daha iyi performans gösterdiğini söylemek yeterlidir. Gerçek seviyeler, elbette, amplifikatörün ne kadar ofset olduğuna ve ayrıca program materyaline ve diğer faktörlere bağlıdır. Bazı A/B Sınıfı tasarımların, birkaç watt'a kadar saf A Sınıfı modunda çalışarak çapraz bozulmayı ortadan kaldırma arayışlarında bir adım daha ileri gittiğini de belirtmekte fayda var. Bu, düşük seviyelerde bir miktar verimlilik sağlar, ancak büyük miktarda güç uygulandığında amplifikatörün fırına dönüşmemesini sağlar.
G ve H Sınıfları
Verimliliği artırmak için tasarlanmış başka bir tasarım çifti. Teknik açıdan, ne G sınıfı ne de H sınıfı amplifikatörler resmi olarak tanınmamaktadır. Bunun yerine, sırasıyla veri yolu gerilimi anahtarlama ve veri yolu modülasyonu kullanan A/B Sınıfı temasındaki varyasyonlardır. Her durumda, düşük talep koşullarında, sistem benzer bir A/B sınıfı amplifikatörden daha düşük bir bara voltajı kullanır, bu da önemli ölçüdegüç tüketimini az altır. Yüksek güç koşulları oluştuğunda, sistem yüksek genlikli geçici olayları işlemek için bara voltajını (yani yüksek voltajlı baraya geçer) dinamik olarak artırır.
Kusurlar da var. Bunların başında yüksek maliyet gelmektedir. Orijinal ağ anahtarlama devreleri, çıkış akışlarını kontrol etmek için bipolar transistörler kullandı ve bu da karmaşıklık ve maliyet ekledi. Fiyatı 50 bin ruble'den başlasa da, bu tip yüksek kaliteli tüp ses frekans yükselticileri yaygındır. Blok, sahnede çalışmak veya bir stüdyoda kayıt yapmak için profesyonel bir teknik olarak kabul edilir. Transistörlerle ilgili sorunlar var. Uzun süreli yük altında bazıları arızalanabilir.
Bugün, kılavuzları seçmek veya değiştirmek için yüksek akımlı MOSFET'ler kullanılarak fiyat genellikle bir dereceye kadar düşürülür. MOSFET'lerin kullanımı yalnızca verimliliği artırmak ve ısıyı az altmakla kalmaz, aynı zamanda daha az parça gerektirir (tipik olarak diş başına bir cihaz). Veri yolu değiştirme maliyetine, modülasyonun kendisine ek olarak, bazı G sınıfı amplifikatörlerin tipik bir A/B sınıfı tasarımından daha fazla çıkış cihazı kullandığını da belirtmekte fayda var.
Bir çift cihaz, düşük voltajlı baralardan güç alarak tipik A/B modunda çalışır. Bu arada diğeri, yalnızca duruma bağlı olarak devreye giren bir voltaj yükseltici olarak görev yapmak üzere beklemededir. Yalnızca G ve H sınıflarında yüksek yüklere dayanabilir,artan verimliliğin karşılığını aldığı güçlü amplifikatörlerle ilişkilidir. Kompakt tasarımlar, düşük güç moduna geçme yeteneğinin, biraz daha küçük bir soğutucu ile kurtulabilecekleri anlamına geldiği göz önüne alındığında, A/B'nin aksine G/H sınıfı topolojileri de kullanabilir.
D Sınıfı
Bu cihaz türü, kendi modüler sistemlerinizi oluşturmanıza olanak tanır. Ekipmanın yardımıyla, giden tüm akışın yüksek kalitede işlenmesi gerçekleşir. Ses frekansı güç amplifikatörleri tasarlamak, iş veya eğlence için kendi multimedya sisteminizi oluşturmanıza olanak tanır. Ancak burada bazı nüanslar var. Genellikle yanlışlıkla dijital amplifikasyon olarak adlandırılan D sınıfı dönüştürücüler, ünite verimliliğinin garantisidir ve gerçek testlerde %90'ın üzerinde kazanç elde eder.
Öncelikle "dijital amplifikasyon" yanlışsa bunun neden D sınıfı olduğunu düşünmeye değer. Ses sistemlerinde kullanılan C sınıfı ile alfabedeki bir sonraki harfti. Daha da önemlisi, %90'ın üzerinde verimlilik nasıl elde edilebilir. Daha önce bahsedilen tüm amplifikatör sınıfları, dönüştürücü gerçekten bekleme modundayken bile sürekli olarak aktif olan bir veya daha fazla çıkış cihazına sahipken, D sınıfı üniteler bunları hızla kapatıp açar. Bu oldukça kullanışlıdır ve modülü yalnızca doğru anlarda kullanmayı mümkün kılar.
Örneğin, T sınıfı ses yükselticilerinin hesaplanması,Tripath'in D sınıfı uygulaması, temel cihazdan farklı olarak, 50 MHz düzeyinde anahtarlama frekanslarını kullanır. Çıkış cihazları genellikle darbe genişlik modülasyonu ile kontrol edilir. Bu, oynatma için bir analog sinyal sunan bir modülatör tarafından farklı genişliklerde kare dalgalar üretildiğinde gerçekleşir. Çıkış cihazlarının bu şekilde sıkı kontrolü ile teorik olarak %100 verimlilik mümkündür (gerçek dünyada açıkça elde edilemese de).
D sınıfı ses amplifikatörlerinin dünyasına girerken, analog ve dijital kontrollü modüllerden de söz edebilirsiniz. Bu kontrol blokları, bir analog giriş sinyaline ve genellikle bir dereceye kadar geri besleme hatası düzeltmesi olan bir analog kontrol sistemine sahiptir. Öte yandan, dijital dönüştürme sınıfı D amplifikatörler, güç aşamasını hata kontrolü olmadan değiştiren dijital kontrolü kullanır. Bu karar, birçok alıcının incelemelerine göre de onay buluyor. Ancak burada fiyat segmenti çok daha yüksek.
Ses amplifikatörü araştırması, analog güdümlü D sınıfının, tipik olarak daha düşük çıkış empedansı (direnç) ve iyileştirilmiş bozulma profili sunduğundan, dijital analoga göre bir performans avantajına sahip olduğunu göstermiştir. Bu, maksimum yükte sistemin başlangıç değerlerini yükseltir.
Ses frekans yükselticilerinin parametreleri, temel modellerin parametrelerinden çok daha yüksektir. Bu tür hesaplamaların yalnızca stüdyoda müzik oluşturmak için gerekli olduğu anlaşılmalıdır. Sıradan alıcılar için bunlarözellikler atlanabilir.
Genellikle D sınıfı çalışmayla ilişkili gürültüyü az altmak için amplifikatör ve hoparlörler arasına bir L devresi (indüktör ve kapasitör) yerleştirilir. Filtre büyük önem taşır. Kötü tasarım verimliliği, güvenilirliği ve ses kalitesini tehlikeye atabilir. Ek olarak, çıkış filtresinden sonraki geri bildirimin avantajları vardır. Bu aşamada geri besleme kullanmayan tasarımlar tepkilerini belirli bir empedansa ayarlayabilmelerine rağmen, bu tür amplifikatörler karmaşık bir yüke sahip olduğunda (yani bir direnç yerine bir hoparlör), frekans tepkisi hoparlördeki yüke bağlı olarak önemli ölçüde değişebilir. Geri bildirim, karmaşık yüklere sorunsuz bir yanıt vererek bu sorunu dengeler.
Sonuçta, D Sınıfı ses yükselticilerinin karmaşıklığının faydaları vardır. Verimlilik ve sonuç olarak daha az ağırlık. Isıya nispeten az enerji harcandığından, çok daha az enerji gerekir. Bu nedenle, birçok D sınıfı amplifikatör, anahtarlamalı mod güç kaynakları (SMPS) ile birlikte kullanılır. Çıkış aşaması gibi, güç kaynağının kendisi de voltajı düzenlemek için hızlı bir şekilde açılıp kapatılabilir, bu da daha fazla verimlilik kazanımı ve geleneksel analog/doğrusal güç kaynaklarına göre ağırlığı az altma yeteneği ile sonuçlanır.
Toplamda, güçlü D sınıfı amplifikatörler bile yalnızca birkaç kilogram ağırlığında olabilir. SMPS güç kaynaklarının geleneksel doğrusal kaynaklara kıyasla dezavantajı,birincisinin genellikle fazla boşluk payı yoktur.
SMPS modüllerine kıyasla doğrusal güç kaynaklarına sahip D sınıfı ses yükselticilerinin testleri ve çok sayıda testi, durumun gerçekten böyle olduğunu göstermiştir. İki amplifikatör nominal gücü idare ederken, ancak lineer güç kaynağına sahip biri daha yüksek dinamik güç seviyeleri üretebilir. Ancak, SMPS tasarımları daha yaygın hale geliyor ve mağazalarda benzer şekiller kullanan yeni nesil D Sınıfı birimlerin daha iyi olmasını bekleyebilirsiniz.
AB ve D sınıflarının verimlerinin karşılaştırılması
Maksimum çıkış gücüne yaklaşıldıkça A/B Sınıfı transistörlü ses güç amplifikatörünün verimliliği artsa da, D Sınıfı tasarımlar çoğu çalışma aralığında yüksek verimliliği korur. Sonuç olarak, verimlilik ve ses kalitesi giderek son bloğa doğru eğiliyor.
Bir dönüştürücü kullanın
Doğru şekilde uygulandığında, B sınıfı dışındaki yukarıdaki bloklardan herhangi biri yüksek kaliteli bir amplifikatörün temelini oluşturabilir. Potansiyel performans tuzaklarının (ki bunlar öncelikle sınıfa özgü olmaktan ziyade bir tasarım kararıdır) bir yana, blok tipi seçimi büyük ölçüde maliyete karşı verimlilik meselesidir.
Günümüz pazarında, basit A/B Sınıfı ses yükselticisi baskındır ve bunun iyi bir nedeni vardır. Çok iyi çalışıyor, nispeten ucuz veverim düşük güç uygulamaları için oldukça yeterlidir (>200W). Elbette dönüştürücü üreticileri, örneğin 1000W Emotiva XPR-1 monoblok ile sınırları zorlamaya çalıştıkça, amplifikatörlerini ekipmanı hızlı bir şekilde ısıtabilen sistemler olarak kopyalamaktan kaçınmak için G/H ve D sınıfı tasarımlara yöneliyorlar. Bu arada piyasanın diğer tarafında daha temiz bir ses umuduyla cihazın verimsizliğini affedebilecek A sınıfı fanlar var.
Sonuç
Sonuçta, dönüştürücü sınıfları mutlaka o kadar önemli değildir. Tabii ki, özellikle maliyet, amplifikatör verimliliği ve dolayısıyla ağırlık söz konusu olduğunda, gerçek farklılıklar vardır. Tabii ki, kullanıcı güçlü bir soğutma sistemine sahip değilse, 500W A sınıfı cihazlar kötü bir fikirdir. Öte yandan, sınıflar arasındaki farklılıklar ses kalitesini belirlemez. Sonunda, kendi projelerinizi geliştirmek ve uygulamak geliyor. Dönüştürücülerin ses sisteminin parçası olan yalnızca bir cihaz olduğunu anlamak önemlidir.
