Kelas penguat suara

Pasti banyak yang pernah mendengar bahwa amplifier modern bisa masuk ke kelas yang berbeda. Namun, orang yang jauh dari sistem akustik dan fitur teknis peralatan suara tidak mungkin memahami apa yang tersembunyi di balik penunjukan huruf.

Dalam ulasan kami, kami akan berbicara lebih detail tentang apa itu kelas amplifier, apa itu, dan bagaimana memilih model yang optimal.

Kelas penguat adalah nilai sinyal keluaran yang digerakkan dalam diagram fungsional selama satu siklus operasi oleh sinyal masukan sinusoidal dan berubah sebagai akibat dari efek ini. Klasifikasi amplifier ke dalam kelas tergantung pada parameter linieritas mode yang digunakan untuk memperkuat sinyal yang masuk dari kategori dengan akurasi yang meningkat pada efisiensi yang agak berkurang hingga sepenuhnya non-linier. Dalam hal ini, akurasi reproduksi suara sinyal tidak begitu besar, tetapi efisiensinya cukup tinggi. Semua kelas penguat lainnya adalah semacam model perantara antara kedua kelompok ini.

Semua kelas amplifier dapat dibagi secara kondisional menjadi dua subkelompok. Yang pertama mencakup model terkontrol klasik dari kelas A, B, serta AB dan C. Kategorinya ditentukan oleh parameter konduktivitasnya di bagian tertentu dari sinyal keluaran. Dengan demikian, operasi transistor built-in pada output terletak di tengah antara "mati" dan "hidup".

Kategori perangkat kedua mencakup model yang lebih modern, yang dianggap sebagai kelas switching - ini adalah model D, E, F, serta G, S, H dan T.

Amplifier ini menggunakan modulasi lebar pulsa dalam operasinya, serta sirkuit digital untuk terus mentransisikan sinyal antara "mati penuh" dan "hidup penuh". Akibatnya, output yang kuat terjadi di wilayah saturasi.

Kami akan berbicara tentang berbagai kelas amplifier secara lebih rinci.

Model Kelas A paling banyak digunakan karena kesederhanaan desainnya. Hal ini disebabkan oleh beberapa parameter distorsi sinyal yang masuk dan, karenanya, kualitas suara yang tinggi dibandingkan dengan semua kategori instalasi amplifier lainnya. Model dalam kategori ini sangat linier dibandingkan dengan yang lain.

Biasanya, amplifier kelas A menggunakan satu versi transistor dalam pekerjaan mereka. Ini terhubung ke konfigurasi emitor dasar untuk dua bagian sinyal sehingga transistor germanium selalu melewatinya bahkan jika tidak ada sinyal fase. Ini berarti bahwa pada output, tahap tidak akan sepenuhnya masuk ke wilayah cutoff dan saturasi sinyal. Ini memiliki titik offset sendiri kira-kira di tengah garis beban. Struktur seperti itu mengarah pada fakta bahwa transistor tidak aktif - inilah yang dianggap sebagai salah satu kelemahan dasarnya.

Karena perangkat Kelas A adalah ujung tunggal dan beroperasi di zona linier dari semua kurva yang diberikan, satu perangkat output bergerak melalui 360 derajat penuh, dalam hal ini perangkat Kategori A sepenuhnya sesuai dengan sumber arus.

Karena amplifier dalam kategori ini beroperasi, seperti yang telah kami katakan, di wilayah ultra-linier, bias DC harus diatur dengan benar. - ini akan memastikan pengoperasian yang benar dan memberikan aliran suara dengan daya 24 watt. Namun, karena fakta bahwa perangkat keluaran selalu dalam keadaan mati, ia terus mengalirkan arus, dan ini menciptakan kondisi untuk kehilangan daya yang konstan di seluruh struktur. Fitur ini menghasilkan pelepasan panas dalam jumlah besar, sementara efisiensinya cukup rendah - tidak melebihi 40%, yang membuatnya tidak praktis dalam hal semacam sistem akustik yang kuat. Di samping itu, karena peningkatan arus tanpa beban instalasi, catu daya harus memiliki dimensi yang sesuai dan disaring sebanyak mungkin, jika tidak, suara amplifier dan dengungan pihak ketiga tidak dapat dihindari. Kekurangan inilah yang mengarah pada fakta bahwa pabrikan terpaksa terus mengerjakan pembuatan amplifier dari kategori yang lebih efisien.

Amplifier Kelas B dibuat oleh pabrikan untuk memecahkan masalah yang terkait dengan efisiensi rendah dan peningkatan tingkat panas berlebih, yang melekat pada pemasangan kategori sebelumnya. Dalam pekerjaan mereka, model kategori B menggunakan sepasang transistor tambahan, biasanya bipolar. Perbedaannya adalah bahwa untuk kedua bagian sinyal, tepi keluaran dibangun sesuai dengan sirkuit push-pull, sehingga setiap perangkat transistor memberikan amplifikasi hanya setengah dari sinyal keluaran.

Tidak ada arus bias DC basis di kelas amplifier ini karena arus diamnya adalah nol, sehingga peringkat daya DC biasanya rendah. Dengan demikian, efisiensinya jauh lebih tinggi daripada perangkat A. Pada saat yang sama ketika sinyal menjadi positif, transistor bias positif menggerakkannya, dan transistor bias negatif tetap mati. Demikian pula, pada saat sinyal input mengambil nilai negatif, yang positif dimatikan, dan transistor bias negatif, sebaliknya, diaktifkan dan memberikan setengah negatif dari sinyal. Akibatnya, transistor selama operasinya melakukan 1/2 siklus hanya dalam setengah siklus positif atau negatif dari sinyal yang masuk.

Desain push-pull ini sekitar 45-60% lebih efisien daripada amplifier kelas A. Masalah dengan model jenis ini adalah mereka memberikan distorsi yang signifikan pada saat lewatnya sinyal audio karena "zona mati" transistor di koridor tegangan input dengan nilai dari -0,7 V hingga +0,7 V

Seperti yang diketahui semua orang dari kursus fisika, emitor basis harus memberikan tegangan sekitar 0,7 V agar transistor bipolar dapat memulai pengkabelan penuh.Sampai tegangan ini melebihi tanda ini, transistor keluaran tidak akan bergeser ke posisi on. Ini berarti bahwa setengah dari sinyal yang masuk ke koridor 0,7 V akan mulai direproduksi secara tidak akurat. Dengan demikian, ini membuat perangkat kategori B praktis tidak cocok untuk digunakan dalam instalasi akustik presisi.

Untuk untuk mengatasi distorsi ini, apa yang disebut perangkat kompromi kelas AB diciptakan.

Model ini adalah sejenis desain kategori A dan kategori B. Saat ini, amplifier tipe AB dianggap sebagai salah satu opsi desain yang paling umum. Mereka bekerja sedikit seperti produk kategori B, dengan satu-satunya pengecualian adalah bahwa kedua perangkat transistor dapat menghantarkan sinyal di dekat perpotongan bentuk gelombang pada saat yang bersamaan. Ini sepenuhnya menghilangkan semua masalah distorsi sinyal dari penguat grup B sebelumnya. Perbedaannya adalah bahwa pasangan transistor memiliki tegangan bias yang cukup rendah, sebagai aturan, dari 5 hingga 10% dari parameter arus diam. Dalam hal ini, perangkat penghantar tetap hidup lebih lama dari waktu satu setengah siklus, tetapi pada saat yang sama jauh lebih sedikit daripada satu siklus penuh sinyal input.

Dapat dikatakan dengan pasti bahwa perangkat tipe AB dianggap sebagai kompromi yang sangat baik antara model kelas A dan kelas B dalam hal efisiensi dan linearitas.dan, sedangkan efisiensi transformasi sinyal audio kira-kira 50%.

Instalasi Kelas C dirancang seefisien mungkin, tetapi memiliki linieritas yang agak buruk dibandingkan dengan semua kategori lainnya. Penguat kelas C bias cukup terasa, sehingga arus input menjadi nol dan tetap di sana selama lebih dari 1/2 siklus sinyal yang masuk. Pada saat ini, transistor dalam mode siaga untuk mematikannya.

Fitur desain seperti itu tidak memungkinkan untuk menggunakan amplifier dalam sistem akustik. Sebagai aturan, model-model ini telah menemukan ruang lingkup penggunaannya dalam generator frekuensi tinggi, serta versi individual dari penguat frekuensi radio, di mana pulsa arus yang dipancarkan pada output diubah menjadi gelombang sinusoidal dari frekuensi tertentu.

Penguat kategori D mengacu pada model switching non-linier dua saluran, mereka juga disebut penguat PWM.

Di sebagian besar sistem audio, tahap output beroperasi di kelas A atau AB. Dalam amplifier terintegrasi grup D, disipasi daya input saluran sangat signifikan bahkan dalam kasus implementasinya yang paling lengkap dan hampir ideal. Hal ini memberikan model kelas-D keuntungan yang signifikan di sebagian besar aplikasi karena pembangkitan panas yang minimal, pengurangan berat dan dimensi perangkat dan, karenanya, biaya produk yang lebih rendah, sementara masa pakai baterai dalam model tersebut meningkat dibandingkan dengan model desain lainnya.

penguat kelas F. Model-model ini memberikan peningkatan efisiensi, efisiensinya sekitar 90%.

penguat kelas G. Amplifier ini, pada kenyataannya, adalah desain high-linear canggih dari perangkat AB kelas dasar pada TDA. Model dalam kategori ini dapat secara otomatis beralih di antara saluran listrik yang berbeda jika terjadi perubahan parameter sinyal yang masuk. Peralihan seperti itu sangat mengurangi konsumsi energi dan, karenanya, mengurangi konsumsi daya, yang disebabkan oleh kehilangan panas.

penguat kelas I. Model seperti itu memiliki beberapa set perangkat output tambahan. Sebelum dinyalakan, mereka diatur dalam konfigurasi push-pull. Perangkat pertama mengganti bagian positif dari sinyal, dan yang kedua bertanggung jawab untuk mengalihkan bagian negatif, mirip dengan amplifier kategori B. Jika tidak ada sinyal audio pada input, atau jika sinyal mencapai titik crossover nol, switching mekanisme menyala dan mati pada saat yang sama dengan siklus utama.

penguat kelas S. Kelas amplifier ini diklasifikasikan sebagai mekanisme switching non-linear. Dalam hal mekanisme operasinya, mereka agak mirip dengan penguat kategori D. Penguat semacam itu mengubah sinyal masuk analog menjadi sinyal digital, memperkuatnya berkali-kali. Jadi, untuk meningkatkan daya keluaran, biasanya sinyal digital dari perangkat switching sepenuhnya aktif atau sepenuhnya mati, sehingga efisiensi perangkat tersebut dapat menjadi 100%.

penguat kelas T. Versi lain dari penguat digital. Saat ini, model seperti itu semakin populer karena kehadiran sirkuit mikro yang memungkinkan pemrosesan digital dari sinyal yang masuk, serta amplifier suara 3D multi-saluran bawaan.Efek ini disediakan oleh desain yang memungkinkan Anda mengubah sinyal analog menjadi suara tipe digital PWM tinggi. Desain perangkat Kelas C menggabungkan karakteristik sinyal distorsi rendah yang mirip dengan Kategori AB, dengan tetap mempertahankan efisiensi model Kelas D.

Untuk memulainya, mari kita membahas bagaimana amplifier berfungsi pada prinsipnya. Tentunya Anda akan terkejut, tetapi ternyata amplifier pabrik tidak memperkuat apa pun. Faktanya, mekanisme operasinya menyerupai pengoperasian crane paling sederhana: Anda memutar pegangan dan air dari pasokan air mulai mengalir, lebih kuat atau lebih lemah, dan jika Anda memutarnya, alirannya akan terhalang. Dalam amplifier, semua proses terjadi dengan cara yang sama. Dari modul daya yang kuat, arus mengalir melalui speaker yang terhubung ke perangkat. Dalam hal ini, fungsi keran diambil alih oleh transistor - pada output, tingkat penutupan dan pembukaannya dikendalikan oleh sinyal yang diteruskan ke amplifier. Dari bagaimana tepatnya fungsi derek ini, yaitu bagaimana transistor keluaran beroperasi, kelas amplifier ditentukan.

Jika kita berbicara tentang perangkat AB, maka transistor di dalamnya mungkin memiliki sifat yang tidak menyenangkan untuk membuka dan menutup secara tidak proporsional dengan sinyal yang tiba di sana. Dengan demikian, pekerjaan mereka menjadi tidak berubah. Kembali ke analogi faucet, Anda dapat memutar gagang faucet, tetapi air akan mengalir perlahan pada awalnya, dan kemudian tiba-tiba alirannya akan meningkat secara tiba-tiba.

Untuk alasan ini transistor kategori AB harus tetap terbuka meskipun tidak ada sinyal. Ini diperlukan agar mereka segera mulai bekerja, dan tidak menunggu sampai sinyal mencapai tingkat tertentu - hanya dalam hal ini amplifier akan dapat mereproduksi suara dengan distorsi minimal. Dalam praktiknya, ini berarti bahwa sebagian energi yang berguna terbuang sia-sia. Bayangkan saja Anda membuka semua keran air di apartemen, dan tetesan kecil air akan terus mengalir keluar darinya. Akibatnya, efisiensi model tersebut tidak melebihi 50-70%, efisiensi rendah itulah kelemahan utama amplifier kelas AB.

Jika kita berbicara tentang perangkat kelas-D, maka prinsip operasinya persis sama: mereka memiliki transistor keluaran mereka sendiri yang mampu menutup dan membuka. Dengan demikian, aliran arus melalui speaker yang terhubung dengannya diatur, tetapi hanya sinyal yang mengontrol pembukaannya, yang dalam konfigurasinya sangat jauh dari yang masuk.

Ini adalah bagaimana sinyal diterapkan ke transistor keluaran perangkat kelas-D. Dalam hal ini, mereka akan berfungsi dengan cara yang sama sekali berbeda: menutup sepenuhnya, atau membuka tanpa nilai perantara. Ini berarti bahwa efisiensi model tersebut dapat mendekati 100%.

Tentu saja, terlalu dini untuk mengirimkan sinyal seperti itu ke sistem audio; pertama, itu harus kembali ke konfigurasi standar. Ini dapat dilakukan dengan menggunakan choke keluaran, serta kapasitor - setelah pemrosesan, sinyal yang diperkuat terbentuk pada output, yang dalam bentuknya sepenuhnya mengulangi sinyal yang masuk. Dialah yang ditransmisikan ke speaker.

Keuntungan utama perangkat kelas-D adalah peningkatan efisiensi dan, akibatnya, konsumsi energi lebih hemat

Untuk waktu yang lama diasumsikan bahwa untuk menghubungkan instalasi akustik berkualitas tinggi, amplifier AB akan menjadi solusi terbaik. Model Kategori D mengubah sinyal yang masuk menjadi sinyal berdenyut dengan frekuensi yang dikurangi, sehingga menghasilkan suara yang bagus hanya dalam mode subwoofer. Teknologi telah mengambil langkah maju yang besar akhir-akhir ini, dan hari ini sudah ada transistor berkecepatan tinggi yang dapat membuka dan menutup hampir seketika, ada beberapa perangkat pita lebar kelas-D di toko-toko.

Model ini dirancang untuk digunakan tidak hanya dengan subwoofer, tetapi juga dengan sistem akustik modern jenis apa pun. Untuk opsi di mana daya tinggi tidak diperlukan, masuk akal untuk membeli amplifier yang cukup ringkas.

Jadi, jika Anda memiliki cukup ruang untuk menghubungkan speaker, maka Anda dapat memilih model kelas AB. Selama beberapa dekade keberadaannya, sirkuit model ini telah berkembang dengan baik, mereka memberikan kualitas suara yang cukup baik, dan jika terjadi kerusakan, Anda dapat dengan mudah memperbaikinya di pusat layanan terdekat.

Jika area untuk instalasi suara terbatas, maka Anda harus melihat lebih dekat pada model broadband grup D. Dengan parameter daya yang sama dengan produk kelas AB, mereka jauh lebih kecil dan lebih ringan, apalagi panasnya lebih sedikit, dan beberapa model bahkan memungkinkan Anda untuk memasangnya secara diam-diam dengan sedikit intervensi.

Untuk koneksi subwoofer, keuntungan maksimal dalam instalasi kelas-D, karena blok nada bass adalah rentang frekuensi yang paling memakan energi - dalam hal ini, efisiensi produk sangat penting, dan dalam hal ini tidak ada pesaing untuk produk kelas D.

Dalam video ini, Anda dapat lebih jelas berkenalan dengan kelas-kelas penguat suara.