Sınıf Amplifikatörlerin Açıklaması: Hoparlör Tasarımı için AB, D veya H Sınıfı Nasıl Seçilir

Aynı 2 x 500 W güçlü subwoofer kartı için masanıza iki teklif geliyor. Bunlardan ilki, kabaca karton kapaklı bir kitap boyutunda bir soğutucuya sahip AB Sınıfı bir sahne etrafında inşa edilmiştir. İkincisi, telefondan biraz daha büyük bir tahta üzerinde D Sınıfı bir aşama kullanıyor. Her ikisi de güç derecesi konusunda dürüst. Bunlardan yalnızca bir tanesi önceden hazırladığınız kabine uyacak ve yalnızca bir tanesi kapalı bir ahşap muhafazada 40 °C ortam sıcaklığındaki termal testi geçebilecektir.

"Sınıf amplifikatörler" ifadesinin arkasındaki gerçek karar budur. Bir amplifikatörün sınıfı, çıkış cihazlarının bir sinyal döngüsü boyunca akımı nasıl ilettiğini açıklar. Bu tek seçenek, ne kadar ısıyı gidermeniz gerektiğini, ne tür bir güç kaynağı satın almanız gerektiğini, anakartın ne kadar filtreleme ve korumaya ihtiyaç duyduğunu ve kasaya ne kadar alüminyum gireceğini belirler. Ürünün kulağa hoş gelip gelmediğine tek başına karar vermez.

Sınıf etiketinin aslında neyi tanımladığı

Sınıf adı tek bir fiziksel özellikten gelir: ses sinyalinin tek bir döngüsü sırasında çıkış cihazlarının ne kadar süreyle iletken kaldığı. A Sınıfı onların tüm zaman boyunca idare etmelerini sağlar. B Sınıfı, döngüyü her biri yarı yarıya işleyen iki cihaz arasında böler. AB Sınıfı, geçişin sorunsuz olması için her iki cihazı da sıfır geçişte hafifçe açık tutar. D Sınıfı, doğrusal fikri tamamen terk eder ve çıkış cihazlarını birkaç yüz kilohertz'de değiştirerek sesi darbe genişliği olarak kodlar. H Sınıfı doğrusal bir ses sahnesini korur ancak besleme rayının sinyal zarfını takip edecek şekilde yukarı ve aşağı adım atmasını sağlar.

Geri kalan her şey bundan kaynaklanır. Her zaman ileten bir aşama, arzının büyük bir kısmını ısı olarak boşa harcar. Geçiş yapan bir aşama, cihazlarda neredeyse hiçbir şey kaybetmez ancak tasarım problemini çıkış filtresine, geçit sürücüsüne ve elektromanyetik girişim bütçesine iter. Raylarını hareket ettiren bir aşama, çıkış cihazları arasındaki voltajı azaltır; bu da tam olarak doğrusal amplifikatördeki ısının geldiği yerdir.

Etiketin size söylemediği şey yapı kalitesidir. Kötü yerleştirilmiş bir D Sınıfı modül ile dikkatlice tasarlanmış bir modül aynı adı paylaşır ve aynı çıkış seviyesinde soğutucu sıcaklığı açısından 15 °C farklılık gösterebilir.

Verimlilik, ısı ve bozulma bir arada

Yayınlanan tasarım referansları geniş verimlilik bantlarından alıntı yapar çünkü gerçek sayı çıkış seviyesine, yük empedansına ve besleme tasarımına bağlıdır. Aşağıdaki rakamlar, mühendislerin tipik olarak topolojileri tam nominal çıkışta veya tam nominal çıkışa yakın olarak karşılaştırırken kullandıkları aralıklardır.

AB Sınıfı: ısıda bedelini ödediğiniz doğrusallık

AB Sınıfı, A Sınıfının tüm maliyetini ödemeden, B Sınıfının geçiş çentiğini kaldırmak için mevcuttur. Küçük bir öngerilim akımı, her iki çıkış cihazının da sıfır geçiş etrafında iletken olmasını sağlar, böylece aralarındaki geçiş düzgün kalır. Bir profesyonel ses modülündeki tipik hareketsiz akım, cihaz çifti başına onlarca miliamper düzeyinde bulunur; bu, çentiği duyulabilir aralığın dışında tutmaya yetecek kadar ancak amplifikatörün boşta çalışmamasına yetecek kadar da küçüktür.

Ticaret, ısının sürekli olmasıdır. 400 W AB Sınıfı bir modül, sinyal olmadan bile anlamlı bir akım çeker ve soğutucunun en kötü duruma göre boyutlandırılması gerekir: zayıf hava akışına sahip bir rafta bir saat boyunca sekizde bir güçte pembe gürültü. Analog modüllerin büyük ekstrüde soğutucular, U şeklinde alüminyum braketler ve bazen de bir fan taşıma eğiliminde olmasının nedeni budur. Yalnızca etiketteki watt değerini karşılaştıran alıcılar genellikle bunu gözden kaçırır ve daha sonra D Sınıfı bir modüldeki aynı 400 W'ın metalin bir kısmına ihtiyaç duyduğunu keşfederler.

Avantajı iyi anlaşılmıştır: Anahtarlama artığı yok, yük ile etkileşime giren çıkış filtresi yok, basit transformatör bazlı beslemeler ve saha teknisyenlerinin nasıl bakım yapılacağını zaten bildiği davranışlar.

D Sınıfı: verimlilik, eşleştirdiğiniz kaynağa bağlıdır

D Sınıfı modüller birkaç yüz kilohertz'de geçiş yapar ve sesi bir LC çıkış filtresi aracılığıyla yeniden yapılandırır. Cihazlar zamanlarının çoğunu ya tamamen açık ya da tamamen kapalı olarak geçirir, dolayısıyla iletim kayıpları küçüktür ve verimlilik başlığı gerçektir. Başlığın gizlediği şey, avantajın yalnızca nominal güce yakın olduğudur. Arka plan dinleme seviyelerinde, anahtarlama ve geçit sürücüsü kayıpları baskın hale gelir ve verimlilik keskin bir şekilde düşer; bu, pille çalışan ürünler için, şebekeyle çalışan ürünlerden daha fazla önem taşır.

Tasarımın geri kalanı eşit ağırlık taşıyor. Çok kısa olan ölü zaman, atışa neden olur; çok uzun sürer ve düşük çıkışta distorsiyon artar. Çıkış filtresinin tezgahtaki yapay direnç değil, gerçek yük boyunca sabit kalması gerekir. Ve arzın buna ayak uydurması gerekiyor: Yumuşak, düzenlenmemiş bir rayla eşleştirilen D Sınıfı bir sahne, bas geçişlerinde sarkacak ve avantajı ortadan kaldıracaktır. Bu nedenle rezonant LLC kaynakları ve güç faktörü düzeltmeli ön uçlar ciddi modüllerde standart hale geldi.

EON522SUB Aktif Subwoofer Güç Amplifikatörü Modülü 800 W LLC rezonans kaynağını 500 W D Sınıfı bas sahnesiyle eşleştirerek güçlü subwoofer'lardaki ray sarkmasını ve anahtarlama gürültüsünü giderir. Ürünü Görüntüle →

Modelin bir örneği olarak, EON522D-2092 gibi bir modül, 500 W alçak geçişli ve 200 W yüksek geçişli D Sınıfı aşamayı, ray sarkmasını ve anahtarlama gürültüsünü 2.1 muhafazada kontrol altında tutan bir kombinasyon olan LLC rezonans kaynağıyla eşleştirir.

Sınıf H: güç aralığının en üst seviyesi için ray anahtarlama

H Sınıfı doğrusal bir çıkış aşamasını korur ancak ona birden fazla besleme rayı verir. Sinyal zarfı bir eşiği geçtiğinde amplifikatör daha yüksek bir raya geçer; geri düştüğünde ray tekrar düşer. Bu nedenle çıkış cihazları, rayın tamamı yerine yalnızca birkaç volt görüyor ve soğutucuya gidecek olan ısı asla üretilmiyor. Pratikte H Sınıfı bir modül, aynı kasa derinliğinde çok daha büyük bir AB Sınıfı tasarımın gücünü sunar.

Bu verimlilik bedava değil. Ray anahtarlama devresi parça ve maliyet ekler; karşılaştırıcı eşik değerleri kötü seçilirse ve transformatörün birden fazla kademeye ihtiyacı olursa geçiş yapay hatalar üretebilir. Bu aynı zamanda servis dokümantasyonunu daha da önemli hale getirir çünkü modülü düz bir AB kartı gibi ele alan bir teknisyen, ray arızasını bir çıkış cihazı arızası olarak yanlış teşhis edecektir.

AMP400H 7294 H Sınıfı Güç Amplifikatörü Modülü Kararlı çıkış için 400 W H Sınıfı düşük/orta aşamayı 100 W AB Sınıfı yüksek frekans aşamasıyla ve U şeklinde bir alüminyum radyatörle birleştirir. Ürünü Görüntüle →

U-şekilli alüminyum radyatörüne sahip AMP400H-7294 gibi bu kategorideki modüller, genellikle dakikalar yerine saatlerce sürekli yüksek çıkışın beklendiği subwoofer ve hat dizisi görevi için tasarlanmıştır.

Sınıf seçimi modül yığınında daha da aşağılara doğru neleri değiştirir?

Güç aşaması zincirdeki bir tahtadır ve sınıfın kararı onun geri kalanına yayılır. Hızlı sınırlayıcıya sahip D Sınıfı bir sahne, kendisine temiz, iyi ölçeklenmiş bir sinyal besleyebilecek bir ön amplifikatör modülüne ihtiyaç duyar; 20 dB kazanç payına sahip AB Sınıfı bir aşama aynı kaynakla farklı davranacaktır. Kazanç yapısı, klip davranışı, koruma eşikleri ve hatta hacim konikliği seçiminin tümü topolojiyle birlikte değişir.

2.1 Sistemler için DSP1903 ADAU1701 DSP Modülü 2.1 hat dizisi sistemlerinde eşleşen sınırlayıcı davranışına uygun, önceden ayarlanmış dört EQ modu, Bluetooth ve XLR I/O'ya sahip ADAU1701 tabanlı DSP modülü. Ürünü Görüntüle →

Pratikte burası modüler tedarikçilerin geçimini sağladığı yerdir. ADAU1701 üzerine kurulu ve 2.1 hat dizisi sistemi için önceden ayarlanmış dört EQ modunu taşıyan DSP1903 gibi bir DSP modülünün, altında bulunan güç aşamasının sınırlayıcı davranışıyla eşleştirilmesi gerekir. İkisi bağımsız olarak belirtilirse sistem ya erken kesilir ya da geç koruma sağlar. Bizim A, AB, D ve H tasarım değişimlerinin izlenecek yolu bu eşiklerin nasıl ayarlandığını daha da derinlemesine inceliyor.

Sınıfı oluşturduğunuz ürünle eşleştirme

Çoğu güçlü hoparlör projesi bir avuç modele giriyor ve her biri sınıf seçimini hızla daraltıyor:

• Çizgi dizisi ve sütun sistemleri. Ağırlık ve raf yoğunluğu karar verir. Rezonans beslemeli D Sınıfı varsayılandır; H Sınıfı ise uzun süreler boyunca çok yüksek çıkışta çalışması gereken modüller için ayrılmıştır.
• Subwoofer'lar. Düşük empedanslı bir yüke yüksek sürekli güç. Sağlam bir tedarike sahip D Sınıfı bu durumu en iyi şekilde ele alır; Genellikle sınırlayıcı kısım amplifikatör değil beslemedir.
• Taşınabilir ve pille çalışan hoparlörler. Kısmi yükteki verimlilik, zirve sayısından daha önemlidir. D Sınıfı tek gerçekçi seçenektir ve boşta kalma kayıpları, maksimum çıktı kadar dikkati hak eder.
• Güçlendirilmiş mikserler ve maliyete duyarlı analog kutular. Lineer transformatörlü AB Sınıfı, daha büyük bir soğutucu pahasına malzeme listesini basit ve servis öyküsünü tanıdık tutar.
• Yüksek güçlü gezici subwoofer'lar. Tasarım ekibinin doğrusal davranışı mı yoksa minimum ağırlığı mı tercih ettiğine bağlı olarak H Sınıfı veya yüksek raylı D Sınıfı tasarımı.

Taahhütte bulunmadan önce modül tedarikçisiyle neleri kontrol etmelisiniz?

Veri sayfası watt değeri, görüşmede en az kullanışlı olan sayıdır. Saha kullanımında hayatta kalan bir tasarımı geri gelen bir tasarımdan ayıran noktalar şunlardır:

1. Verimlilik ve kasa sıcaklığı, yalnızca tam nominal çıkışta değil, sekizde bir güçte, durgun havada, istediğiniz ortamda ölçülmüştür.
2. Geçiş ve anahtarlama eserlerinin gerçekte yaşadığı 1 W ve 10 W'de bozulma.
3. Koruma davranışı: Çıkışta kısa devre olduğunda, uyumsuz yükte veya besleme kesintisinde ne olur ve modülün kendi kendine düzelip düzelmediği.
4. Gönderim yaptığınız pazarlar için güç faktörü düzeltmesinin gerekli olup olmadığı da dahil olmak üzere tedarik gereksinimleri.
5. Özellikle yüksek verimli sıkıştırma sürücülerini besleyen D Sınıfı modüller için EMI ve boşta gürültü.
6. Prototip ve seri üretim arasındaki tutarlılık, bir mühendislik sorunu olduğu kadar bir imalat sorunudur.

Standart dışı bir konfigürasyona ihtiyaç duyan alıcılar için mantıklı olan sıra, önce sınıfı ve tedarik topolojisini belirlemek, ardından modülü devreye almaktır. özel geliştirme kazanç yapısı, konektörler ve önceden ayarlanmış davranış için. Kabin ve güç kaynağı donduktan sonra sınıfı değiştirmek pahalıdır.

Sınıf amplifikatörleri hakkında sık sorulan sorular