Giải thích về các lớp khuếch đại: Loại A, B, AB, D, G, H và cách chọn đúng

Việc đặt một loa siêu trầm 500 watt vào thùng loa buộc phải có một quyết định về thông số kỹ thuật trước bất kỳ điều gì khác: loại bộ khuếch đại nào sẽ điều khiển giai đoạn đầu ra. Lựa chọn duy nhất đó xác định khối lượng tản nhiệt, trọng lượng nguồn điện, thể tích thùng loa và khoảng trống còn lại bao nhiêu trước khi có thể nghe thấy tiếng méo. Kết luận thực tế dành cho các nhà xây dựng hệ thống: Loại D chiếm ưu thế trong các thiết kế mô-đun âm thanh chuyên nghiệp mới vì nó chuyển đổi 85-95% nguồn điện thành tín hiệu. Loại AB vẫn là tham chiếu tương tự cho âm thanh trong suốt và dịch vụ có thể dự đoán được. Lớp G và Lớp H cung cấp đường dẫn ở giữa cho các giai đoạn tuyến tính công suất cao cần ít nhiệt hơn. Ngày nay, Lớp A và Lớp B chủ yếu chỉ là các khái niệm, nhưng hành vi góc dẫn của chúng giải thích mọi lớp tiếp theo.

Điều gì xác định một lớp khuếch đại?

Mỗi loại bộ khuếch đại được xác định bởi góc dẫn của thiết bị đầu ra của nó - phần của mỗi chu kỳ đầu vào trong đó bóng bán dẫn truyền dòng điện. Một thiết bị dẫn điện 360 độ sẽ hoạt động liên tục; một thiết bị dẫn điện 180 độ chỉ xử lý được một nửa dạng sóng. Góc dẫn đặt ra mức trần hiệu suất về mặt lý thuyết, bởi vì thiết bị dẫn điện không đóng góp tín hiệu vẫn tiêu tán năng lượng. Nó cũng dự đoán dấu hiệu biến dạng của sân khấu.

Các lớp bên dưới bao gồm mọi thứ mà một nhà thiết kế hệ thống âm thanh sẽ gặp phải. Loại C chỉ mang tính tham khảo: hoạt động dưới 180 độ sẽ tăng hiệu suất lên trên 70 phần trăm, nhưng lại làm giảm đầu ra đến mức nó bị hạn chế ở các máy phát tần số vô tuyến thay vì âm thanh. Giá trị hiệu suất là phạm vi thực tế được trích dẫn trong các tài liệu tham khảo về điện tử và bảng dữ liệu mô-đun đã được thiết lập; con số chính xác phụ thuộc vào điện áp nguồn, tải và mức độ vận hành.

Loại A: Tuyến tính với chi phí vận hành cao

Các giai đoạn đầu ra loại A tiến hành toàn bộ 360 độ. Một thiết bị hoặc một cặp chạy ở chế độ một đầu cuối sẽ vẫn ở vùng hoạt động ngay cả khi không có tín hiệu đầu vào. Điều đó làm cho Lớp A trở thành cấu trúc liên kết tuyến tính nhất trong các họ analog: không có sự chuyển giao giữa các thiết bị, do đó không có hiện tượng méo chéo theo định nghĩa. Cái giá phải trả là sự tiêu tán nhàn rỗi rất lớn. Hiệu suất thực tế của một đầu cuối Loại A nằm trong khoảng từ 20 đến 30 phần trăm, do đó, bộ khuếch đại 100 watt loại bỏ 200 đến 300 watt dưới dạng nhiệt. Tản nhiệt phát triển, máy biến áp phát triển và chi phí vận hành trở nên cố định. Trong các mô-đun âm thanh chuyên nghiệp, các giai đoạn đầu ra Loại A đầy đủ chỉ tồn tại ở cấp độ tiền khuếch đại; trong các bộ khuếch đại công suất, Loại A tồn tại dưới dạng vùng sai lệch tín hiệu nhỏ của giai đoạn đầu vào Loại AB.

Loại B: Nguồn gốc kéo đẩy

Lớp B chia dạng sóng thành hai nửa: một bóng bán dẫn đẩy nửa chu kỳ dương và nửa kia kéo nửa chu kỳ âm, do đó mỗi thiết bị dẫn điện chính xác 180 độ. Hiệu suất lý thuyết tăng lên 78,5%, nhưng quá trình chuyển đổi ở điểm giao nhau bằng 0 gây ra hiện tượng méo chéo khi cả hai thiết bị đều không được kiểm soát hoàn toàn. Không có giai đoạn đầu ra âm thanh nghiêm trọng nào chạy ở Loại B thuần túy vì có thể nghe thấy sự gián đoạn ở mức tín hiệu thấp. Các nhà thiết kế thêm một dòng điện phân cực nhỏ để cả hai thiết bị duy trì nhẹ ở điểm giao nhau bằng 0 và sự điều chỉnh đó là yếu tố xác định Loại AB.

Lớp AB: Con ngựa tương tự

Lớp AB bổ sung độ lệch tĩnh có kiểm soát vào cấu trúc kéo đẩy. Cả hai thiết bị đầu ra đều dẫn điện một chút ở điểm giao nhau bằng 0, loại bỏ rãnh chéo, sau đó lùi về mức cắt khi tín hiệu tăng lên. Hiệu suất đạt từ 50 đến 65% trong các thiết kế âm thanh thực tế. Mô-đun Lớp AB 600 watt vẫn tạo ra 200 đến 300 watt khi được điều khiển mạnh, do đó, các bộ tản nhiệt có cánh tản nhiệt sâu và đôi khi là không khí cưỡng bức vẫn là một phần của thiết kế.

Các kỹ sư chọn Loại AB khi đặc tính âm sắc là ưu tiên và kích thước thùng loa được cho phép. Mối quan hệ giữa dòng điện phân cực, độ méo và tải nhiệt rất mong manh đến nỗi các nhà sản xuất phải hiệu chỉnh nó qua nhiều năm cải tiến trong sản xuất. Đó cũng là lý do tại sao các kỹ sư dành nhiều thời gian cho giai đoạn đầu ra cũng như giai đoạn trình điều khiển, bởi vì đóng góp của mô-đun bộ khuếch đại vào chất lượng âm thanh dễ nghe hơn là đo.

Lớp D: Chuyển đổi để đạt hiệu quả

Lớp D từ bỏ hoàn toàn mô hình góc dẫn. Các bóng bán dẫn đầu ra luân phiên giữa trạng thái bão hòa hoàn toàn và mức cắt hoàn toàn ở tần số sóng mang cao hơn dải âm thanh, thường là 400 kHz đến 1 MHz và tín hiệu âm thanh sẽ di chuyển theo chu kỳ hoạt động của dạng sóng được điều chế độ rộng xung thu được. Bộ lọc LC tái tạo lại dải âm thanh ở đầu ra. Bởi vì một công tắc bão hòa hầu như không giảm điện áp và một công tắc ngắt hầu như không truyền dòng điện nào, hiệu suất lý thuyết đạt tới 100%; các mô-đun thực mang lại hiệu suất từ ​​85 đến 95%.

Hậu quả đối với việc thiết kế loa là ngay lập tức. Giai đoạn Loại D 500 watt giữ các bộ tản nhiệt đủ nhỏ cho khung đúc khuôn, trong khi giai đoạn Loại AB tương đương cần có cấu hình ép đùn nặng và máy biến áp lớn hơn. Phản hồi sau bộ lọc hiện đại sẽ điều chỉnh các cơ chế biến dạng của các thiết kế chuyển mạch ban đầu và các mô-đun Loại D được triển khai tốt vượt qua các so sánh nghe mù với các bộ khuếch đại analog tốt.

Nỗ lực kỹ thuật thực sự nằm ở bộ lọc đầu ra, hành vi EMI và quản lý thời gian chết của giai đoạn chuyển mạch. Các nhà cung cấp chuyên về lĩnh vực này thường ghép nối lõi chuyển mạch với một giao diện người dùng được điều chỉnh cộng hưởng hoặc hệ số công suất thay vì xử lý bộ lọc như một giải pháp phụ.

Mô-đun bộ khuếch đại loa siêu trầm chủ động EON522SUB với nguồn cộng hưởng LLC Mô-đun loa siêu trầm Loại D 500W này kết hợp nguồn điện 800W cộng hưởng LLC với khả năng bảo vệ quá tải, ngắn mạch và nhiệt, khiến nó trở nên phù hợp thực tế cho các ứng dụng âm trầm hiệu suất cao được thảo luận trong phần văn bản xung quanh. Xem sản phẩm →

Loại G và Loại H: Đường ray cung ứng thông minh hơn

Loại G và Loại H giữ lại giai đoạn đầu ra tuyến tính của bộ khuếch đại AB nhưng cung cấp cho nó một đường ray cung cấp thích ứng với tín hiệu. Lớp G duy trì hai hoặc nhiều đường ray cố định, chỉ chuyển sang đường ray cao hơn khi tín hiệu đạt đỉnh. Lớp H điều chỉnh điện áp đường ray liên tục, theo dõi đường bao tín hiệu với khoảng trống vài volt. Các thiết bị đầu ra vẫn tuyến tính trong cả hai trường hợp, do đó cấu hình méo giống với Loại AB, nhưng điện áp trung bình trên các thiết bị thấp hơn. Điều đó làm giảm nhiệt thải và đẩy hiệu suất lên mức 65-80%.

Chi phí chuyển sang nguồn điện: máy biến áp nhiều đường ray có logic chuyển đổi cho Loại G hoặc bộ điều chỉnh theo dõi nhanh cho Loại H. Các loại này phù hợp với loa siêu trầm và mô-đun mảng đường truyền, trong đó âm nhạc có hệ số đỉnh cao nghĩa là đường ray cao hơn chỉ hoạt động đối với các đỉnh ngắn. Phương pháp cấp H là lựa chọn phổ biến cho các thùng loa khuếch đại kép có nguồn biến áp tuyến tính, đó là lý do tại sao các nhà cung cấp mô-đun liệt kê sự kết hợp này là cấu hình tiêu chuẩn.

So sánh các lớp khuếch đại trong mô-đun thực

Quyết định của tập thể không bao giờ được đưa ra một cách biệt lập; nó tương tác với nguồn điện, vỏ và chu kỳ hoạt động của chương trình âm nhạc. Biểu đồ bên dưới cho thấy lý do tại sao Loại D lại hấp dẫn trong các hệ thống nhỏ gọn và di động.

Loại D duy trì hiệu suất cao trên hầu hết phạm vi đầu ra của nó, trong khi hiệu suất Loại AB giảm ở mức nghe thấp. Công suất trung bình 50 watt từ mô-đun Loại AB 500 watt có thể đạt hiệu suất khoảng 25-30 phần trăm; điều kiện tương tự giữ cho mô-đun Loại D ở trên 75 phần trăm. Trong một mùa lưu diễn, sự khác biệt đó thể hiện ở chi phí điện, nhiệt độ giá đỡ và tần suất kích hoạt bảo vệ nhiệt.

Hiểu nội dung mô-đun bộ khuếch đại công suất đang hoạt động giúp người mua áp dụng ma trận này một cách chính xác. Thư phân loại chỉ mô tả giai đoạn quyền lực; thiết kế nguồn cung cấp, cấu trúc liên kết phản hồi và mạch bảo vệ quyết định độ tin cậy trong thế giới thực. Ví dụ: mô-đun loa siêu trầm kết hợp đường ray điện áp cao với giới hạn đầu ra để tồn tại trong chương trình âm trầm liên tục, do đó, việc lựa chọn loại và các tính năng bảo vệ phải được đánh giá là một hệ thống.

Mô-đun khuếch đại loa siêu trầm EON180S 2092 BTL cho âm thanh chuyên nghiệp Với đầu ra BTL loại D 650W và nguồn điện chuyển mạch 800W, mô-đun loa siêu trầm này bao gồm các mạch bảo vệ phù hợp với nhiệm vụ âm trầm liên tục, phù hợp với các cân nhắc về loại bộ khuếch đại được mô tả ở trên. Xem sản phẩm →

Giải phẫu mô-đun bộ khuếch đại công suất

Mặt cắt ngang của một mô-đun hiện đại cho thấy cách lớp tương tác với mọi thứ xung quanh nó. Giai đoạn đầu vào chấp nhận các tín hiệu cân bằng hoặc được xử lý DSP, giai đoạn trình điều khiển định hình việc chuyển mạch hoặc điều khiển tuyến tính, giai đoạn đầu ra tuân theo lớp đã chọn và nguồn điện đặt ra mức trần hiệu suất. Biểu đồ đẳng cự dưới đây cho thấy sự sắp xếp điển hình của các khối này trong một mô-đun độc lập.

Câu hỏi thường gặp về các lớp khuếch đại