Helivõimendi on üldmõiste, mida kasutatakse ahela kirjeldamiseks, mis toodab ja võimendab oma sisendsignaali versiooni. Kuid mitte kõik muundurite tehnoloogiad ei ole samad, kuna need on klassifitseeritud nende konfiguratsioonide ja töörežiimide järgi.
Elektroonikas kasutatakse tavaliselt väikeseid võimendeid, kuna need suudavad võimendada suhteliselt väikest sisendsignaali, näiteks andurist, näiteks pleierist, palju suuremaks väljundsignaaliks, et juhtida releed, lampi või valjuhääldit. jne
Võimenditeks klassifitseeritud elektroonilisi vooluahelaid on palju, alates töötavatest ja väikestest signaalimuunduritest kuni suurte impulsi- ja võimsusmuunduriteni. Seadme klassifikatsioon sõltub signaali suurusest, olgu see siis suur või väike, selle füüsilisest konfiguratsioonist ja sisendvoo töötlemise viisist, st sisendtaseme ja koormuses voolava voolu vahelisest seosest.
Seadme anatoomia
Heli sagedusvõimendeid võib vaadelda kui lihtsat kastivõi plokk, mis sisaldab seadet, nagu bipolaarne, FET või tööandur, millel on kaks sisend- ja kaks väljundklemmi (maandus on ühine). Veelgi enam, väljundsignaal on seadmes teisendamise tõttu palju suurem.
Ideaalsel signaalivõimendil on kolm peamist omadust:
- Sisendtakistus või (R IN).
- Väljundtakistus või (R OUT).
- Kasu või (A).
Ükskõik kui keeruline võimendi ahel on, saab nende kolme omaduse seose demonstreerimiseks kasutada üldist plokkmudelit.
Üldmõisted
Kvaliteetsete helivõimendite jõudlus võib erineda. Igal tüübil on digitaalne või analoogmuundus. Koodid on seatud neid eraldama.
Sisend- ja väljundsignaalide suurenenud erinevust nimetatakse teisendamiseks. Võimendus on mõõt selle kohta, kui palju võimendi sisendsignaali "muundab". Näiteks kui on sisendnivoo 1 volt ja väljundnivoo 50 volti, siis teisendus on 50. Ehk siis sisendsignaali on arendatud 50 korda. Helisagedusvõimendi teeb just seda.
Teisendusarvutus on lihts alt väljundi ja sisendi suhe. Sellel süsteemil ei ole ühikute suhe, kuid elektroonikas kasutatakse võimenduseks tavaliselt sümbolit A. Seejärel arvutatakse teisendus lihts alt "väljund jagatud sisendiga".
Toitemuundurid
Väike luupSignaalivõimendit nimetatakse tavaliselt "pinge" võimendiks, kuna see kipub teisendama väikese sisendi palju suuremaks väljundpingeks. Mõnikord on mootori või valjuhääldi toite juhtimiseks vaja seadme vooluringi ja seda tüüpi rakenduste jaoks, kus on tegemist suure lülitusvooluga, on vaja võimsusmuundureid.
Nagu nimigi viitab, on võimsusvõimendi (tuntud ka kui suure signaalivõimendi) põhiülesanne koormuse toitega varustamine. See on sisendsignaali tasemest suurema väljundvõimsusega koormusele rakendatud pinge ja voolu korrutis. Teisisõnu, muundur suurendab kõlari võimsust, seega kasutatakse seda tüüpi plokkahelat helimuundurite välistes astmetes kõlarite juhtimiseks.
Tööpõhimõte
Helivõimendi töötab põhimõttel, et toiteallikast võetav alalisvoolu võimsus muundatakse koormusele antavaks vahelduvpingesignaaliks. Kuigi konversioon on kõrge, on alalisvoolu toiteallika ja vahelduvpinge väljundsignaali efektiivsus üldiselt madal.
Ideaalne plokk annab seadmele kasuteguri 100% või vähem alt sisendvõimsus võrdub väljundvõimsusega.
Klassijaotus
Kui kasutajad on kunagi vaadanud helivõimsusvõimendite spetsifikatsioone, võisid nad märgata seadmete klasse, mida tavaliselt tähistatakse tähega võikaks. Tänapäeval tavatarbijate koduhelis kasutatavad kõige levinumad plokitüübid on A-, A/B-, D-, G- ja H-väärtused.
Need klassid ei ole lihtsad klassifikatsioonisüsteemid, vaid võimendi topoloogia kirjeldused, see tähendab, kuidas need tuuma tasandil toimivad. Kuigi igal võimenditüübil on oma tugevad ja nõrgad küljed, jääb nende jõudlus (ja lõppkarakteristikute mõõtmine) samaks.
Selle eesmärk on teisendada eelseadme saadetud lainekuju ilma häireid või vähem alt võimalikult vähe moonutusi tekitamata.
A-klass
Võrreldes teiste helivõimsusvõimendite klassidega, mida allpool kirjeldatakse, on A-klassi mudelid suhteliselt lihtsad seadmed. Tööpõhimõte on see, et kõik anduri väljundplokid peavad läbima täieliku 360-kraadise signaalitsükli.
A-klassi saab jagada ka ühe otsaga ja tõukevõimenditeks. Push/pull erineb ül altoodud peamisest selgitusest, kasutades väljundseadmeid paarikaupa. Kuigi mõlemad seadmed töötavad täis 360-kraadise tsükliga, kannab üks seade suurema osa koormusest tsükli positiivse osa ajal, teine aga negatiivsest tsüklist.
Selle vooluahela peamiseks eeliseks on väiksemad moonutused võrreldes üheotsaliste konstruktsioonidega, kuna järjekorra kõikumised on välistatud. Lisaks on A-klassi tõuke-tõmbekonstruktsioonid müra suhtes vähem tundlikud.
A-klassi jõudlusega seotud positiivsete omaduste tõttu peetakse seda helikvaliteedi kuldstandardiks paljudes akustilistes rakendustes. Siiski on neil disainidel üks oluline puudus – tõhusus.
A-klassi transistorhelivõimendite nõue, et kõik väljundseadmed oleksid kogu aeg sisse lülitatud. See toiming toob kaasa märkimisväärse energiakadu, mis lõpuks muundatakse soojuseks. Seda süvendab veelgi tõsiasi, et A-klassi konstruktsioonid nõuavad suhteliselt kõrget puhkevoolu, mis on vooluhulk, mis läbib väljundseadmeid, kui võimendi ei too väljundit nulli. Reaalse maailma tõhususe määrad võivad olla suurusjärgus 15–35%, väga dünaamilise lähtematerjali abil on võimalik kasutada ka ühekohalisi andmeid.
B-klass
Kuigi A-klassi helivõimendi kõigi väljundmehhanismide tööks kulub 100% ajast, kasutavad B-klassi seadmed push-pull-lülitust nii, et ainult pooled väljundseadmetest juhivad igal ajal.
Üks pool katab lainekuju +180 kraadise osa, samas kui teine pool katab -180 kraadise osa. Selle tulemusena on B-klassi võimendid oluliselt tõhusamad kui nende A-klassi analoogid, teoreetilise maksimumiga 78,5%. Arvestades suhteliselt kõrget efektiivsust, on B-klassi kasutatud nii mõnes professionaalses PA-muunduris kui ka mõnes koduses lampvõimendis. Vaatamata neileilmselge tugevus, on maja jaoks B-klassi ploki soetamise võimalus praktiliselt null. Helivõimendi uurimine näitas selle põhjuse, mida nimetatakse ristmoonutusteks.
Lainekuju positiivseid ja negatiivseid osi töötlevate seadmete vahelise üleandmise latentsuse probleemi peetakse oluliseks. On ütlematagi selge, et seda moonutust on kuulda piisavas koguses ja kuigi mõned B-klassi kujundused olid selles osas paremad kui teised, pälvis B-klassi kujundus puhta kõlaga entusiastidelt vähe tunnustust.
A/B-klass
Lumphelivõimendit võib leida paljudest kontserdipaikadest. Sellel on kõrge jõudlus ja see ei kuumene üle. Lisaks on mudelid palju odavamad kui paljud digiplokid. Kuid on ka kõrvalekaldeid. Selline moodul ei pruugi kõigi helivormingutega töötada. Seetõttu on parem kasutada seadmeid üldise signaalitöötluskompleksi osana.
Klass A/B ühendab endas iga seadmetüübi parima, et luua üksus ilma kummagi puudusteta. Selle eeliste kombinatsiooniga domineerivad A/B-klassi võimendid tarbijaturul suuresti.
Lahendus on kontseptsioonilt tegelikult üsna lihtne. Kui B-klassis kasutatakse tõuke-tõmbeseadet, mille väljundastme kumbki pool juhib 180 kraadi, siis klassi A/B mehhanismid tõstavad selle ~181-200 kraadini. Seega on olemaspalju vähem tõenäoline, et ahelas on "rebend" ja seetõttu langeb ristmoonutus nii kaugele, et sellel pole tähtsust.
Valve-heli võimsusvõimendid suudavad need häired palju kiiremini absorbeerida. Tänu sellele omadusele tuleb heli seadmest palju puhtam alt välja. Nende omadustega mudeleid kasutatakse sageli akustiliste ja elektrikitarrite helide muutmiseks.
Piisab, kui öelda, et A/B-klass täidab oma lubadused, ületades hõlps alt puhta A-klassi konstruktsioone ~50–70% tegeliku jõudlusega. Tegelikud tasemed sõltuvad muidugi sellest, kui palju võimendit nihutatakse, samuti programmi materjalist ja muudest teguritest. Samuti väärib märkimist, et mõned A/B-klassi konstruktsioonid astuvad sammu kaugemale oma püüdlustes kõrvaldada ristmoonutusi, töötades puhtas A-klassi režiimis kuni mõne vatti võimsusega. See annab madalal tasemel tõhususe, kuid tagab, et võimendi ei muutu suure võimsuse kasutamisel ahjuks.
G- ja H-klass
Veel üks paar disainilahendust, mis on loodud tõhususe parandamiseks. Tehnilisest vaatenurgast ei ole ei G- ega H-klassi võimendid ametlikult tunnustatud. Selle asemel on need A/B-klassi teema variatsioonid, kasutades vastav alt siini pinge ümberlülitamist ja siini modulatsiooni. Igal juhul kasutab süsteem madala nõudluse tingimustes madalamat siinipinget kui sarnase klassi A/B võimendi, mis oluliseltvähendab energiatarbimist. Kui ilmnevad suure võimsusega tingimused, suurendab süsteem dünaamiliselt siini pinget (st lülitub kõrgepingesiinile), et tulla toime suure amplituudiga siirdeid.
On ka vigu. Peamine neist on kõrge hind. Algsetes võrgulülitusahelates kasutati väljundvoogude juhtimiseks bipolaarseid transistore, lisades keerukust ja kulusid. Seda tüüpi kvaliteetsed toruhelisagedusvõimendid on levinud, kuigi hind algab 50 tuhandest rublast. Plokki peetakse professionaalseks tehnikaks laval töötamiseks või stuudios salvestamiseks. Transistoridega on probleeme. Pikaajalise koormuse korral võivad mõned neist ebaõnnestuda.
Tänapäeval alandatakse hinda sageli mingil määral, kasutades juhendite valimiseks või muutmiseks suure vooluga MOSFET-e. MOSFET-ide kasutamine mitte ainult ei paranda tõhusust ja vähendab soojust, vaid nõuab ka vähem osi (tavaliselt üks seade keerme kohta). Lisaks siini ümberlülitamise kuludele, modulatsioonile endale, väärib märkimist ka see, et mõned G-klassi võimendid kasutavad rohkem väljundseadmeid kui tüüpiline A/B-klassi disain.
Üks paar seadmeid töötab tüüpilises A/B režiimis, toiteallikana madalpinge siinid. Samal ajal on teine ooterežiimis, et toimida pingevõimendajana, mis aktiveeritakse ainult olenev alt olukorrast. talub suuri koormusi ainult klassid G ja H,seotud võimsate võimenditega, kus suurenenud efektiivsus tasub end ära. Kompaktsetes konstruktsioonides võib A/B asemel kasutada ka G/H-klassi topoloogiaid, kuna vähese energiatarbega režiimile lülitumine tähendab, et neil on veidi väiksem jahutusradiaator.
D-klass
Seda tüüpi seade võimaldab teil luua oma moodulsüsteeme. Seadmete abil toimub kogu väljuva voo kvaliteetne töötlemine. Helisageduslike võimsusvõimendite projekteerimine võimaldab teil luua oma multimeediumisüsteemi tööks või meelelahutuseks. Siiski on siin mõned nüansid. D-klassi muundurid, mida sageli nimetatakse ekslikult digitaalvõimenduseks, tagavad seadme efektiivsuse ja saavutavad tegelikes testides üle 90% kasu.
Esm alt tasub mõelda, miks see on D-klass, kui "digitaalne võimendus" on vale. See oli lihts alt tähestiku järgmine täht, helisüsteemides kasutati C-klassi. Veelgi olulisem on see, kuidas on võimalik saavutada 90%+ efektiivsust. Kui kõigil eelnev alt mainitud võimendiklassidel on üks või mitu väljundseadet, mis on pidev alt aktiivsed ka siis, kui muundur on tegelikult ooterežiimis, siis D-klassi seadmed lülitavad need kiiresti välja ja sisse. See on üsna mugav ja võimaldab moodulit kasutada ainult õigetel hetkedel.
Näiteks T-klassi helivõimendite arvutamine, mis onTripathi D-klassi teostus kasutab erinev alt põhiseadmest lülitussagedusi suurusjärgus 50 MHz. Väljundseadmeid juhitakse tavaliselt impulsi laiuse modulatsiooniga. See on siis, kui modulaator, mis esitab taasesitamiseks analoogsignaali, genereerib erineva laiusega ruutlaineid. Sel viisil väljundseadmete range kontrolliga on 100% efektiivsus teoreetiliselt võimalik (kuigi see pole ilmselgelt reaalses maailmas saavutatav).
D-klassi helivõimendite maailma uurides võite leida mainimist ka analoog- ja digitaalsetest juhitavatest moodulitest. Nendel juhtplokkidel on analoogsisendsignaal ja analoogjuhtimissüsteem, tavaliselt teatud määral tagasiside veaparandusega. Teisest küljest kasutavad digitaalse teisendusklassi D võimendid digitaalset juhtimist, mis lülitab võimsusastme ilma veakontrollita. Paljude ostjate hinnangute kohaselt leiab see otsus ka heakskiidu. Kuid hinnasegment on siin palju kõrgem.
Helivõimendi uuringud on näidanud, et analoogjuhtimisega D-klassil on digitaalse analoogi ees eelised, kuna see pakub tavaliselt madalamat väljundtakistust (takistust) ja paremat moonutusprofiili. See tõstab süsteemi algväärtusi maksimaalsel koormusel.
Helisagedusvõimendite parameetrid on palju kõrgemad kui põhimudelitel. Tuleb mõista, et selliseid arvutusi on vaja ainult stuudios muusika loomiseks. Tavalistele ostjatele needomadused võib vahele jätta.
Tavaliselt L-ahel (induktor ja kondensaator), mis asetatakse võimendi ja kõlarite vahele, et vähendada D-klassi tööga kaasnevat müra. Filtril on suur tähtsus. Kehv disain võib kahjustada tõhusust, töökindlust ja helikvaliteeti. Lisaks on tagasisidel pärast väljundfiltrit oma eelised. Kuigi disainilahendused, mis selles etapis ei kasuta tagasisidet, võivad häälestada oma reaktsiooni kindlale takistusele, kuid kui sellistel võimenditel on keeruline koormus (st valjuhääldi, mitte takistiga), võib sagedusreaktsioon olenev alt kõlari koormusest oluliselt erineda. Tagasiside stabiliseerib selle probleemi, pakkudes sujuvat reageerimist keerukatele koormustele.
Lõpuks on D-klassi helivõimendite keerukusel oma eelised. Tõhusus ja selle tulemusena väiksem kaal. Kuna soojusele kulub suhteliselt vähe energiat, kulub energiat palju vähem. Sellisena kasutatakse paljusid D-klassi võimendeid koos kommuteeritud režiimiga toiteallikatega (SMPS). Sarnaselt väljundastmega saab toiteallikat ennast kiiresti pinge reguleerimiseks sisse ja välja lülitada, mille tulemuseks on tõhususe edasine suurenemine ja võimalus vähendada kaalu võrreldes traditsiooniliste analoog-/lineaarsete toiteallikatega.
Kokkuvõttes võivad isegi võimsad D-klassi võimendid kaaluda vaid paar kilogrammi. SMPS-i toiteallikate puudus võrreldes traditsiooniliste lineaarsete toiteallikatega onet esimestel pole tavaliselt palju pearuumi.
Lineaarse toiteallikaga D-klassi helivõimendite testid ja arvukad testid võrreldes SMPS-moodulitega on näidanud, et see on tõesti nii. Kui kaks võimendit kasutasid nimivõimsust, kuid üks lineaarse toiteallikaga võis toota kõrgemat dünaamilist võimsust. SMPS-i disainilahendused on aga muutumas tavalisemaks ja poodides võib oodata paremaid järgmise põlvkonna D-klassi seadmeid, mis kasutavad sarnase kujuga seadmeid.
Klasside AB ja D efektiivsuse võrdlus
Kuigi A/B-klassi transistoriseeritud helivõimsusvõimendi efektiivsus suureneb, kui läheneb maksimaalsele väljundvõimsusele, säilitavad D-klassi konstruktsioonid kõrge efektiivsuse enamikus töövahemikes. Selle tulemusena kaldub tõhusus ja helikvaliteet üha enam viimase ploki poole.
Kasutage ühte andurit
Õige rakendamise korral võib mis tahes ül altoodud plokkidest väljaspool klassi B olla kõrge täpsusega võimendi aluseks. Lisaks võimalikele jõudluslõkse (mis on peamiselt disainiotsus, mitte klassispetsiifiline) sõltub plokitüübi valik suuresti kuludest ja tõhususest.
Tänapäeva turul domineerib lihtne A/B-klassi helivõimendi ja seda mõjuval põhjusel. See töötab väga hästi, on suhteliselt odav ja selleefektiivsus on väikese võimsusega rakenduste jaoks üsna piisav (>200W). Muidugi, kuna muundurite tootjad üritavad näiteks 1000 W Emotiva XPR-1 monoplokiga ümbrikusse suruda, pöörduvad nad G/H- ja D-klassi konstruktsioonide poole, et vältida oma võimendite dubleerimist süsteemidena, mis suudavad seadmeid kiiresti soojendada. Samal ajal on turu teisel poolel A-klassi fännid, kes saavad puhtama heli lootuses andeks anda seadme ebaefektiivsuse.
Tulemus
Lõppude lõpuks pole konverteriklassid tingimata nii olulised. Muidugi on tegelikke erinevusi, eriti mis puudutab kulusid, võimendi efektiivsust ja seega ka kaalu. 500W A-klassi seadmed on muidugi halb mõte, välja arvatud juhul, kui kasutajal on muidugi võimas jahutussüsteem. Teisest küljest ei määra klassidevahelised erinevused helikvaliteeti. Lõpuks taandub see oma projektide väljatöötamisele ja elluviimisele. Oluline on mõista, et muundurid on ainult üks seade, mis on osa helisüsteemist.
