Vysvětlení tříd zesilovačů: Třída A, B, AB, D, G, H a jak správně vybrat

Umístění 500wattového subwooferu do ozvučnice si vynutí jedno rozhodnutí o specifikaci než cokoli jiného: která třída zesilovače bude řídit výstupní stupeň. Tato jediná volba určuje hmotnost chladiče, hmotnost napájecího zdroje, objem skříně a zbývající prostor, než se zkreslení stane slyšitelným. Praktický závěr pro tvůrce systémů: Třída D dominuje novým profesionálním návrhům audio modulů, protože převádí 85-95 procent napájecího zdroje na signál. Třída AB zůstává analogovou referencí pro transparentní zvuk a předvídatelný servis. Třída G a třída H poskytují střední cestu pro vysoce výkonné lineární stupně, které potřebují méně tepla. Třída A a třída B jsou dnes důležité hlavně jako koncepty, ale jejich chování úhlu vedení vysvětluje každou třídu, která následovala.

Co definuje třídu zesilovače?

Každá třída zesilovače je definována úhlem vedení jejích výstupních zařízení - částí každého vstupního cyklu, během kterého tranzistory procházejí proudem. Zařízení, které vede v rozsahu 360 stupňů, zůstává nepřetržitě zapnuté; zařízení, které vede pro 180 stupňů, zvládne pouze polovinu průběhu. Úhel vedení nastavuje teoretický strop účinnosti, protože vodivé zařízení, které nepřispívá signálem, stále rozptyluje energii. Také předpovídá zkreslení jeviště.

Níže uvedené třídy pokrývají vše, s čím se návrhář audio systému setká. Třída C je pouze orientační: provoz pod 180 stupni zvyšuje účinnost nad 70 procent, ale zplošťuje výstup tak špatně, že je omezen na radiofrekvenční vysílače spíše než na zvuk. Hodnoty účinnosti jsou praktické rozsahy uvedené v zavedených elektronických referencích a technických listech modulů; přesná čísla závisí na napájecím napětí, zátěži a provozní úrovni.

Třída A: Linearita při vysokých provozních nákladech

Výstupní stupně třídy A vedou celých 360 stupňů. Jedno zařízení nebo pár běžící v režimu single-ended zůstává ve své aktivní oblasti, i když není přítomen žádný vstupní signál. Díky tomu je třída A nejlineárnější topologií analogových rodin: mezi zařízeními nedochází k žádnému předávání, takže crossover zkreslení z definice chybí. Cena je obrovská ztráta naprázdno. Praktická účinnost třídy A s jedním koncem je mezi 20 a 30 procenty, takže 100wattový zesilovač spotřebuje 200 až 300 wattů jako teplo. Rostou chladiče, rostou transformátory a provozní náklady se stávají trvalými. V profesionálních audio modulech existují kompletní výstupní stupně třídy A pouze na úrovni předzesilovače; v rámci výkonových zesilovačů přežívá třída A jako oblast malého zkreslení signálu vstupního stupně třídy AB.

Třída B: Push-Pull Origin

Třída B rozděluje tvar vlny na dvě poloviny: jeden tranzistor tlačí kladnou půlperiodu a druhý zápornou polovinu, takže každé zařízení vede přesně o 180 stupňů. Teoretická účinnost stoupne na 78,5 procenta, ale přechod na přechodu nulou zavádí crossover zkreslení, když žádné zařízení není plně pod kontrolou. Žádný seriózní audio výstupní stupeň neběží v čisté třídě B, protože diskontinuita je slyšitelná při nízké úrovni signálu. Návrháři přidávají malý předpětí, takže obě zařízení zůstávají mírně zapnutá na přechodu nulou, a toto nastavení definuje třídu AB.

Třída AB: Analog Workhorse

Třída AB přidává ke struktuře push-pull kontrolované klidové předpětí. Obě výstupní zařízení trochu vedou při průchodu nulou, čímž se eliminuje zářez crossoveru, a pak ustupují zpět směrem k přerušení, jak signál roste. Účinnost se u praktických zvukových designů ustálí mezi 50 a 65 procenty. 600wattový modul třídy AB stále vydává 200 až 300 wattů při silném pohonu, takže chladiče s hlubokými žebry a někdy nucený vzduch zůstávají součástí návrhu.

Inženýři volí třídu AB, když je prioritou tonální chování a velikost krytu je povolená. Vztah mezi předpětím, zkreslením a tepelným zatížením je tak citlivý, že jej výrobci kalibrují v průběhu let zdokonalování výroby. To je také důvod, proč inženýři tráví tolik času na výstupním stupni jako na ovladačích, protože příspěvek modulu zesilovače ke kvalitě zvuku je snazší slyšet než měřit.

Třída D: Přepínání pro účinnost

Třída D zcela opouští model vodivostního úhlu. Výstupní tranzistory se střídají mezi plnou saturací a úplným omezením na nosné frekvenci vysoko nad zvukovým pásmem, obvykle 400 kHz až 1 MHz, a zvukový signál se řídí pracovním cyklem výsledného tvaru vlny modulované šířkou pulzu. LC filtr rekonstruuje zvukové pásmo na výstupu. Protože nasycený spínač neklesá téměř žádné napětí a spínač cutoff neprochází téměř žádný proud, teoretická účinnost se blíží 100 procentům; skutečné moduly poskytují 85 až 95 procent.

Důsledky pro konstrukci reproduktorů jsou okamžité. 500wattový stupeň třídy D udržuje chladiče dostatečně malé pro šasi odlévané pod tlakem, zatímco ekvivalentní stupeň třídy AB potřebuje těžký extrudovaný profil a větší transformátor. Moderní zpětná vazba po filtru opravuje mechanismy zkreslení u dřívějších spínacích návrhů a dobře implementované moduly třídy D procházejí slepým poslechovým srovnáním s dobrými analogovými zesilovači.

Skutečné technické úsilí spočívá ve výstupním filtru, chování EMI a řízení mrtvého času spínacího stupně. Dodavatelé, kteří se specializují na tuto oblast, obvykle spárují spínací jádro s rezonančním nebo korigovaným předním koncem, místo aby filtr považovali za dodatečný nápad.

Modul aktivního subwooferového zesilovače EON522SUB s rezonančním zdrojem LLC Tento 500W modul subwooferu třídy D spáruje LLC rezonanční 800W zdroj s ochranou proti přetížení, zkratu a tepelné ochraně, takže je praktický pro aplikace s vysokou účinností basů diskutované v okolním textu. Zobrazit produkt →

Třída G a třída H: Chytřejší přívodní kolejnice

Třída G a třída H zachovávají lineární výstupní stupeň zesilovače AB, ale napájejí jej napájecí lištou, která se přizpůsobuje signálu. Třída G udržuje dvě nebo více pevných kolejnic a přepíná na vyšší pouze tehdy, když to vyžadují špičky signálu. Třída H nepřetržitě moduluje napětí kolejnice a sleduje obálku signálu s několika volty světlé výšky. Výstupní zařízení zůstávají v obou případech lineární, takže profil zkreslení připomíná třídu AB, ale průměrné napětí na zařízeních je nižší. To snižuje odpadní teplo a posouvá účinnost do rozsahu 65-80 procent.

Náklady se přesunou do napájecího zdroje: vícekolejové transformátory s přepínací logikou pro třídu G nebo rychle sledující regulátory pro třídu H. Tyto třídy vyhovují modulům subwooferů a line-array, kde hudba s vysokým faktorem výkyvu znamená, že vyšší kolejnice je aktivní pouze pro krátké špičky. Přístup třídy H je běžnou volbou pro rozvaděče se dvěma zesilovači s napájením lineárního transformátoru, a proto dodavatelé modulů uvádějí tuto kombinaci jako standardní konfiguraci.

Porovnání tříd zesilovačů v reálných modulech

Třídní rozhodnutí se nikdy nedělá izolovaně; spolupracuje s napájecím zdrojem, krytem a pracovním cyklem hudebního programu. Níže uvedená tabulka ukazuje, proč je třída D tak atraktivní v přenosných a kompaktních systémech.

Třída D si zachovává vysokou účinnost ve většině svého výstupního rozsahu, zatímco účinnost třídy AB klesá při nízkých úrovních poslechu. 50-wattový průměrný výstup z 500-wattového modulu třídy AB může mít účinnost přibližně 25-30 procent; stejný stav udržuje modul třídy D nad 75 procenty. Během turné se tento rozdíl projevuje v nákladech na elektřinu, vyhřívání stojanu a v tom, jak často se spouští tepelná ochrana.

Pochopení toho, co obsahuje modul aktivního zesilovače výkonu pomáhá kupujícím správně aplikovat tuto matici. Písmeno třídy popisuje pouze výkonový stupeň; návrh napájení, topologie zpětné vazby a ochranné obvody určují skutečnou spolehlivost. Například modul subwooferu kombinuje vysokonapěťovou lištu s omezením výstupu, aby přežil nepřetržitý basový program, takže výběr třídy a ochranné prvky musí být hodnoceny jako jeden systém.

EON180S 2092 BTL modul zesilovače subwooferu pro profesionální audio Tento subwooferový modul s 650W BTL výstupem třídy D a 800W spínacím zdrojem obsahuje ochranné obvody vhodné pro nepřetržité basy, v souladu s výše popsanými úvahami o třídě zesilovačů. Zobrazit produkt →

Anatomie modulu výkonového zesilovače

Průřez moderním modulem ukazuje, jak třída interaguje se vším kolem ní. Vstupní stupeň přijímá symetrické nebo DSP zpracované signály, budicí stupeň tvaruje spínání nebo lineární ovládání, výstupní stupeň se řídí vybranou třídou a napájecí zdroj nastavuje strop účinnosti. Níže uvedený izometrický diagram ukazuje typické uspořádání těchto bloků v samostatném modulu.

Často kladené otázky o třídách zesilovačů