Classi di amplificatori audio

Sicuramente molti hanno sentito dire che gli amplificatori moderni possono appartenere a classi diverse. Tuttavia, le persone che sono lontane dai sistemi acustici e dalle caratteristiche tecniche delle apparecchiature audio difficilmente possono immaginare cosa si nasconda dietro le designazioni delle lettere.

Nella nostra recensione, parleremo più in dettaglio di quali sono le classi di amplificatori, cosa sono e come scegliere il modello ottimale.

La classe dell'amplificatore è il valore del segnale di uscita al quale è pilotato dal segnale di ingresso sinusoidale nel circuito funzionale durante un ciclo operativo e cambia a causa di questa influenza. La classificazione degli amplificatori in classi dipende dai parametri di linearità della modalità utilizzata per amplificare i segnali in ingresso da categorie con maggiore precisione con efficienza piuttosto ridotta a completamente non lineari. In questo caso, l'accuratezza della riproduzione del suono del segnale non è così elevata, ma l'efficienza è piuttosto elevata. Tutte le altre classi di amplificatori sono una sorta di modelli intermedi tra questi due gruppi.

Tutte le classi di amplificatori possono essere suddivise condizionatamente in due sottogruppi. Il primo include i classici modelli controllati delle classi A, B, nonché AB e C. La loro categoria è determinata dal parametro della loro conduttività in una certa sezione del segnale di uscita. Pertanto, il funzionamento del transistor integrato all'uscita si trova nel mezzo tra "off" e "on".

La seconda categoria di dispositivi comprende modelli più moderni, che sono considerati le cosiddette classi di commutazione: si tratta dei modelli D, E, F, nonché G, S, H e T.

Questi amplificatori utilizzano la modulazione di larghezza di impulso e circuiti digitali per convertire continuamente il segnale tra completamente spento e completamente acceso. Di conseguenza, c'è una potente uscita nella regione di saturazione.

Parleremo più in dettaglio delle diverse classi di amplificatori.

I modelli di classe A sono i più utilizzati per la loro semplicità di progettazione. Ciò è dovuto a diversi parametri della distorsione del segnale di ingresso e, di conseguenza, all'elevata qualità del suono rispetto a tutte le altre categorie di amplificatori. I modelli di questa categoria sono caratterizzati da un'elevata linearità rispetto agli altri.

In genere, gli amplificatori di classe A utilizzano un'unica versione di transistor nel loro lavoro. È collegato alla configurazione di base dell'emettitore per le due metà del segnale in modo che il transistor al germanio lo attraversi invariabilmente anche se non c'è segnale di fase. Ciò significa che in uscita, lo stadio non passerà completamente nella regione di taglio e saturazione del segnale. Ha un proprio punto di offset approssimativamente al centro della linea di carico. Questa struttura porta al fatto che il transistor semplicemente non si attiva - questo è considerato uno dei suoi svantaggi fondamentali.

Poiché i dispositivi di classe A sono single-ended e operano nella zona lineare di tutte le curve specificate, un dispositivo di uscita attraversa 360 gradi completi, nel qual caso il dispositivo di categoria A corrisponde completamente alla sorgente di corrente.

Poiché gli amplificatori di questa categoria operano, come abbiamo già detto, nella regione ultra-lineare, la polarizzazione DC deve essere impostata correttamente. - ciò garantirà il corretto funzionamento e fornirà un flusso sonoro con una potenza di 24 watt. Tuttavia, poiché il dispositivo di uscita è sempre spento, conduce continuamente corrente e ciò crea le condizioni per una costante perdita di potenza nell'intera struttura. Questa caratteristica porta al rilascio di una grande quantità di calore, mentre la loro efficienza è piuttosto bassa: non supera il 40%, il che li rende poco pratici quando si tratta di un qualche tipo di potente sistema acustico. Oltretutto, a causa della maggiore corrente a vuoto dell'impianto, l'alimentatore deve avere le dimensioni adeguate ed essere filtrato il più possibile, altrimenti non si possono evitare il suono dell'amplificatore e il ronzio di terze parti. Sono state queste carenze che hanno portato i produttori a continuare a lavorare su amplificatori in una categoria più efficiente.

Gli amplificatori di classe B sono stati progettati dai produttori per affrontare i problemi di bassa efficienza e surriscaldamento associati alla categoria precedente. Nel loro lavoro, i modelli di categoria B utilizzano una coppia di transistor aggiuntivi, solitamente bipolari. La loro differenza è che per entrambe le metà del segnale, il fronte di uscita è costruito secondo un circuito push-pull, quindi ogni dispositivo a transistor fornisce l'amplificazione di solo metà del segnale di uscita.

Non esiste una corrente di polarizzazione di livello CC di base negli amplificatori di questa classe, poiché la sua corrente di riposo è zero, quindi i parametri di potenza CC sono generalmente piccoli. Di conseguenza, la sua efficienza è molto superiore a quella dei dispositivi A. Allo stesso tempo quando il segnale è positivo, il transistor polarizzato positivamente lo pilota, mentre il negativo rimane spento. Allo stesso modo, nel momento in cui il segnale di ingresso diventa negativo, il positivo viene spento e il transistor polarizzato negativamente, al contrario, viene attivato e fornisce la metà negativa del segnale. Di conseguenza, il transistor, durante il suo funzionamento, trascorre 1/2 ciclo solo nel semiciclo positivo o negativo del segnale in ingresso.

Questo design push-pull è circa il 45-60% più efficiente degli amplificatori di classe A. I problemi con i modelli di questo tipo sono che danno una distorsione significativa al momento del passaggio del segnale audio a causa della "zona morta" dei transistor nel corridoio delle tensioni di ingresso con valori da -0,7 V a +0,7 V .

Come tutti sanno dal corso di fisica, l'emettitore di base deve fornire una tensione di circa 0,7 V affinché il transistor bipolare inizi il cablaggio completo. Finché questa tensione non supera questo segno, il transistor di uscita non si sposterà in posizione di accensione. Ciò significa che metà del segnale che va nel corridoio da 0,7 V inizierà a essere riprodotto in modo impreciso. Di conseguenza, ciò rende i dispositivi di categoria B praticamente inadatti all'uso in installazioni acustiche di precisione.

Per per superare queste distorsioni sono stati creati i cosiddetti dispositivi di compromesso di classe AB.

Questo modello è una sorta di design in tandem di categoria A e categoria B. Oggi gli amplificatori di tipo AB sono considerati una delle opzioni di progettazione più comuni. Per il principio del loro funzionamento, sono un po' come i prodotti della categoria B, con l'unica eccezione che entrambi i dispositivi a transistor possono condurre un segnale contemporaneamente vicino al punto di intersezione degli oscillogrammi. Questo elimina completamente tutti i problemi di distorsione del segnale del precedente amplificatore del Gruppo B.La differenza è che una coppia di transistor ha una tensione di polarizzazione piuttosto bassa, tipicamente dal 5 al 10% della corrente di riposo. In questo caso, il dispositivo conduttore rimane acceso più a lungo del tempo di un semiciclo, ma allo stesso tempo è molto inferiore all'intero ciclo del segnale di ingresso.

È sicuro dirlo il dispositivo di tipo AB è considerato un ottimo compromesso tra i modelli Classe A e Classe B in termini di efficienza e linearità.e, mentre l'efficienza di conversione del segnale audio è di circa il 50%.

Il design delle unità di classe C ha la massima efficienza, ma allo stesso tempo una linearità piuttosto scarsa rispetto a tutte le altre categorie. L'amplificatore di classe C è notevolmente polarizzato, quindi la corrente di ingresso va a zero e rimane lì per più di 1/2 ciclo del segnale in ingresso. A questo punto, il transistor è in modalità standby per spegnerlo.

Queste caratteristiche progettuali rendono impossibile l'uso di amplificatori nei sistemi di altoparlanti. Di norma, questi modelli hanno trovato la loro area di utilizzo nei generatori ad alta frequenza, nonché in alcune versioni di amplificatori a radiofrequenza, dove gli impulsi di corrente emessi all'uscita vengono convertiti in onde sinusoidali di una determinata frequenza.

L'amplificatore di categoria D si riferisce a modelli di impulsi non lineari a due canali, sono anche chiamati amplificatori PWM.

Nella stragrande maggioranza dei sistemi audio, gli stadi di uscita operano in classe A o AB. Negli amplificatori integrati del gruppo D la dissipazione di potenza degli ingressi di linea è significativa anche nel caso della loro massima realizzazione completa, quasi ideale. Ciò offre ai modelli di classe D un vantaggio significativo nella maggior parte delle aree di applicazione grazie alla generazione minima di calore, al peso e alle dimensioni ridotti del dispositivo e, di conseguenza, al costo ridotto dei prodotti, mentre la durata della batteria in tali modelli è aumentata rispetto ai modelli di altri disegni.

Amplificatore di classe F. Questi modelli forniscono una maggiore efficienza, la loro efficienza è di circa il 90%.

Amplificatore di classe G. Questo amplificatore è, infatti, un design avanzato ad alta linearità dell'unità base TDA di classe AB. I modelli di questa categoria possono commutare automaticamente tra diverse linee di alimentazione in caso di modifica dei parametri del segnale in ingresso. Tale commutazione riduce significativamente il consumo di energia e, di conseguenza, riduce il consumo di energia causato dalla perdita di calore.

Amplificatore di classe I. Tali modelli hanno un paio di set di dispositivi di output aggiuntivi. Prima dell'accensione si trovano in configurazione push-pull. Il primo dispositivo commuta la parte positiva del segnale, e il secondo è responsabile della commutazione della parte negativa, simile agli amplificatori di categoria B. Se non c'è segnale audio in ingresso, o se il segnale raggiunge il punto di zero crossing, il il meccanismo di commutazione si accende e si spegne contemporaneamente al ciclo principale.

Amplificatore di classe S. Questa classe di amplificatori è classificata come meccanismo di commutazione non lineare. Per il meccanismo del loro lavoro, sono in qualche modo simili agli amplificatori della categoria D. Tale amplificatore converte i segnali di ingresso analogici in quelli digitali, amplificandoli molte volte. Pertanto, per aumentare la potenza di uscita, solitamente il segnale digitale del dispositivo di commutazione è completamente acceso o completamente spento, quindi l'efficienza di tali dispositivi può essere del 100%.

Amplificatore di classe T. Un'altra opzione per un amplificatore digitale. Oggi, tali modelli stanno guadagnando sempre più popolarità grazie alla presenza di microcircuiti che consentono l'elaborazione digitale del segnale in ingresso, nonché amplificatori audio 3D multicanale integrati. Questo effetto è fornito da un design che consente di convertire i segnali analogici in suoni PWM di tipo digitale più elevati. Il design dei dispositivi di Classe C unisce le caratteristiche di un segnale a bassa distorsione simile alla categoria AV, mantenendo un'efficienza al livello dei modelli di Classe D.

Innanzitutto, soffermiamoci su come funziona in linea di principio l'amplificatore. Sicuramente rimarrai sorpreso, ma in effetti l'amplificatore di fabbrica non amplifica nulla. Infatti, il meccanismo del suo funzionamento ricorda il funzionamento della gru più semplice: giri la maniglia e l'acqua dalla rete idrica inizia a versare, più forte o più debole, e se la giri, il flusso verrà bloccato. Negli amplificatori, tutti i processi avvengono allo stesso modo. Dal potente modulo di alimentazione, la corrente scorre attraverso l'altoparlante collegato al dispositivo. In questo caso, la funzione del rubinetto è assunta dai transistor: all'uscita, il grado della loro chiusura e apertura è controllato dal segnale che passa all'amplificatore. Da come funziona esattamente questa gru, cioè da come funzionano i transistor di uscita e viene determinata la classe degli amplificatori.

Se stiamo parlando di dispositivi AB, i transistor in essi contenuti potrebbero avere la spiacevole proprietà di aprirsi e chiudersi in modo sproporzionato rispetto ai segnali che arrivano a loro. Pertanto, il loro lavoro rimane invariato. Tornando all'analogia con il rubinetto: puoi girare la maniglia del rubinetto, ma all'inizio l'acqua scorrerà debolmente, e poi improvvisamente il flusso aumenterà improvvisamente.

Per questa ragione i transistor di categoria AB devono essere mantenuti in uno stato leggermente aperto anche in assenza di segnale. Ciò è necessario affinché inizino a funzionare immediatamente e non attendano che il segnale raggiunga un certo livello: solo in questo caso l'amplificatore sarà in grado di riprodurre il suono con una distorsione minima. In pratica, ciò significa che parte dell'energia utile viene sprecata. Immagina di aprire tutti i rubinetti dell'acqua dell'appartamento e da essi uscirà continuamente un piccolo rivolo d'acqua. Di conseguenza, l'efficienza di tali modelli non supera il 50-70%, è la bassa efficienza che è il principale svantaggio degli amplificatori di classe AV.

Se parliamo di dispositivi di classe D, il principio del loro funzionamento è assolutamente lo stesso: hanno i propri transistor di uscita che possono accendersi e spegnersi. Viene quindi regolato il passaggio di corrente attraverso gli altoparlanti ad essi collegati, ma il segnale ne controlla già l'apertura, che per sua configurazione è molto lontana da quella in ingresso.

Questo è il modo in cui il segnale viene inviato ai transistor di uscita dei dispositivi di classe D. In questo caso funzioneranno in modo completamente diverso: o si chiudono completamente o si aprono senza valori intermedi. Ciò significa che l'efficienza di tali modelli può essere vicina al 100%.

Ovviamente è troppo presto per inviare tali segnali ai sistemi audio, prima si dovrebbe tornare alla configurazione standard. Questo può essere fatto tramite un induttore di uscita e un condensatore: dopo averli elaborati, all'uscita si forma un segnale amplificato, che nella sua forma ripete completamente il segnale di ingresso. È lui che viene trasmesso agli oratori.

Il vantaggio principale dei dispositivi di classe D è la maggiore efficienza. e, di conseguenza, un consumo energetico più dolce

Per molto tempo si è creduto che per il collegamento di sistemi di altoparlanti di alta qualità, gli amplificatori AB saranno la soluzione ottimale... I modelli della categoria D davano la conversione del segnale in ingresso in un segnale pulsato con una frequenza ridotta, di conseguenza, forniva un buon suono solo in modalità subwoofer.Al giorno d'oggi, la tecnologia ha fatto un grande passo avanti e oggi ci sono già transistor ad alta velocità che possono aprirsi e anche chiudersi quasi istantaneamente, ci sono molti dispositivi a banda larga di classe D nei negozi.

Questi modelli sono destinati all'uso non solo con subwoofer, ma anche con moderni sistemi di altoparlanti di tutti i tipi. Per quelle opzioni in cui non è richiesta un'elevata potenza, ha senso acquistare un amplificatore abbastanza compatto.

Pertanto, se si dispone di spazio sufficiente per collegare l'altoparlante, è possibile scegliere un modello di classe AV. Per diversi decenni di esistenza, i circuiti di questi modelli sono stati ben sviluppati, offrono una qualità del suono abbastanza buona e, in caso di guasto, è possibile ripararli facilmente presso il centro di assistenza più vicino.

Se l'area per l'installazione del suono è limitata, dovresti dare un'occhiata più da vicino ai modelli a banda larga del gruppo D. Con gli stessi parametri di potenza dei prodotti di classe AV, sono molto più piccoli e leggeri, inoltre, si scaldano meno e alcuni modelli consentono persino di installarli di nascosto con la minima interferenza.

Per il collegamento di subwoofer, la classe D offre il massimo vantaggio, poiché il blocco dei toni bassi è la gamma di frequenze che consuma più energia - in questo caso, l'efficienza del prodotto è di fondamentale importanza, e in questo semplicemente non ci sono concorrenti per i prodotti di classe D.

In questo video, puoi familiarizzare più chiaramente con le classi degli amplificatori del suono.