Explicarea amplificatoarelor de clasă: Cum să alegeți clasa AB, D sau H pentru proiectarea difuzoarelor

Două oferte ajung pe biroul tău pentru aceeași placă de subwoofer alimentat de 2 x 500 W. Primul este construit în jurul unei etape de clasă AB cu un radiator de dimensiunea aproximativă a unei cărți broșate. Al doilea folosește o scenă de clasa D pe o placă abia mai mare decât un telefon. Ambii sunt sinceri cu privire la puterea nominală. Doar unul dintre ele se va potrivi cu dulapul pe care l-ați echipat deja și doar unul va trece testul termic într-o carcasă închisă din lemn la 40 °C ambiant.

Aceasta este adevărata decizie din spatele expresiei „amplificatoare de clasă”. Clasa unui amplificator descrie modul în care dispozitivele sale de ieșire conduc curentul pe parcursul unui ciclu de semnal. Această singură alegere stabilește cât de mult căldură trebuie să eliminați, ce fel de sursă de alimentare trebuie să cumpărați, de câtă filtrare și ecranare are nevoie placa și cât aluminiu intră în șasiu. Nu decide, pe cont propriu, dacă produsul sună bine.

Ce descrie de fapt eticheta clasei

Numele clasei provine de la o proprietate fizică: cât timp dispozitivele de ieșire rămân conductive în timpul unui singur ciclu al semnalului audio. Clasa A îi ține să conducă tot timpul. Clasa B împarte ciclul între două dispozitive, fiecare manipulând jumătate. Clasa AB menține ambele dispozitive ușor deschise la trecerea cu zero, astfel încât predarea să fie lină. Clasa D abandonează în întregime ideea liniară și comută dispozitivele de ieșire la câteva sute de kiloherți, codificând sunetul ca lățime a impulsului. Clasa H păstrează o etapă audio liniară, dar face ca șina de alimentare să urce și să coboare pentru a urma anvelopa semnalului.

De aici rezultă orice altceva. O etapă care conduce tot timpul irosește o mare parte din furnizarea sa sub formă de căldură. O etapă care comută nu pierde aproape nimic în dispozitive, dar împinge problema de proiectare în filtrul de ieșire, drive-ul de poartă și bugetul interferențelor electromagnetice. O etapă care își mișcă șinele reduce tensiunea pe dispozitivele de ieșire, care este exact de unde provine căldura dintr-un amplificator liniar.

Ceea ce nu vă spune eticheta este calitatea construcției. Un modul de clasă D prost amenajat și unul atent proiectat au același nume și pot diferi cu 15 °C în temperatura radiatorului la același nivel de ieșire.

Eficiență, căldură și distorsiune una lângă alta

Referințele de proiectare publicate citează benzi largi de eficiență, deoarece numărul real depinde de nivelul de ieșire, impedanța de sarcină și proiectarea sursei. Cifrele de mai jos sunt intervalele pe care inginerii le folosesc în mod obișnuit atunci când compară topologiile la sau aproape de puterea nominală maximă.

Clasa AB: liniaritate pentru care plătiți în căldură

Clasa AB există pentru a elimina crestătura de trecere a clasei B fără a plăti costul total al clasei A. Un curent de polarizare mic menține ambele dispozitive de ieșire să conducă în jurul trecerii cu zero, astfel încât transferul între ele rămâne lină. Curentul obișnuit de repaus într-un modul pro-audio se află la zeci de miliamperi per pereche de dispozitiv, suficient pentru a menține notch-ul în afara intervalului audibil, dar suficient de mic încât amplificatorul să nu gătească la relanti.

Comerțul este că căldura este continuă. Un modul de clasă AB de 400 W consumă un curent semnificativ chiar și fără semnal, iar radiatorul trebuie dimensionat pentru cel mai rău caz: zgomot roz la o optime putere timp de o oră într-un rack cu flux de aer slab. De aceea, modulele analogice tind să transporte radiatoare mari extrudate, suporturi din aluminiu în formă de U și uneori un ventilator. Cumpărătorii care compară doar puterea de pe etichetă ratează adesea acest lucru, apoi descoperă că același 400 W dintr-un modul de clasă D are nevoie de o fracțiune de metal.

Avantajul este bine înțeles: fără reziduuri de comutare, fără filtru de ieșire care interacționează cu sarcina, surse simple bazate pe transformator și comportament pe care tehnicienii de teren știu deja să îl întrețină.

Clasa D: eficiența depinde de sursa cu care îl împerechezi

Modulele de clasa D comută la câteva sute de kiloherți și reconstruiesc sunetul printr-un filtru de ieșire LC. Dispozitivele își petrec cea mai mare parte a timpului fie complet pornite, fie complet oprite, astfel încât pierderile de conducție sunt mici, iar titlul de eficiență este real. Ceea ce ascunde titlul este că avantajul deține doar puterea aproape nominală. La nivelurile de ascultare de fundal, domină pierderile de comutare și de la gate-drive, iar eficiența scade brusc, ceea ce contează mai mult pentru produsele alimentate cu baterie decât pentru cele alimentate de la rețea.

Restul designului are o greutate egală. Timpul mort care este prea scurt provoacă împușcare; prea lung și distorsiunea crește la ieșire scăzută. Filtrul de ieșire trebuie să rămână stabil pe toată sarcina reală, nu rezistența falsă de pe banc. Și alimentarea trebuie să țină pasul: o etapă de clasă D asociată cu o șină moale, nereglementată, va scădea pe tranzitorii de bas și va anula beneficiul. Acesta este motivul pentru care sursele rezonante LLC și front-end-urile corectate în funcție de factor de putere au devenit standard în modulele serioase.

EON522SUB Modul amplificator de putere subwoofer activ Împreunează o sursă rezonantă LLC de 800 W cu o etapă de bas Clasa D de 500 W, abordând căderea șinei și zgomotul de comutare în subwooferele amplificate. Vizualizare produs →

Ca exemplu de model, un modul precum EON522D-2092 împerechează o etapă trece-jos de 500 W și trecere înaltă de 200 W cu o sursă rezonantă LLC, care este combinația care menține sub control zgomotul de comutare și zgomotul de comutare într-o carcasă 2.1.

Clasa H: comutare pe șină pentru vârful gamei de putere

Clasa H păstrează o treaptă de ieșire liniară, dar îi oferă mai mult de o șină de alimentare. Când anvelopa semnalului depășește un prag, amplificatorul comută pe o șină mai înaltă; când cade înapoi, șina cade din nou. Prin urmare, dispozitivele de ieșire văd doar câțiva volți pe ele în loc de șina completă, iar căldura care ar fi intrat în radiator pur și simplu nu este generată niciodată. În practică, un modul de clasă H oferă puterea unui design de clasă AB mult mai mare la aceeași adâncime a șasiului.

Acea eficiență nu este gratuită. Circuitul de comutare a șinei adaugă piese și costuri, tranziția poate produce artefacte dacă pragurile comparatorului sunt prost alese, iar transformatorul are nevoie de mai multe prize. De asemenea, face documentația de service mai importantă, deoarece un tehnician care tratează modulul ca pe o placă AB simplă va diagnostica greșit o defecțiune a șinei ca o defecțiune a dispozitivului de ieșire.

Modul amplificator de putere AMP400H 7294 clasa H Combină o treaptă joasă/medie de clasă H de 400 W cu o treaptă de înaltă frecvență clasa AB de 100 W și un radiator din aluminiu în formă de U pentru o putere stabilă. Vizualizare produs →

Modulele din această categorie, cum ar fi AMP400H-7294 cu radiatorul său din aluminiu în formă de U, sunt de obicei specificate pentru subwoofer și serviciul line array, unde se așteaptă o ieșire ridicată continuă pentru ore și nu pentru minute.

Ceea ce alegerea clasei se schimbă mai jos în stiva de module

Etapa de putere este o placă într-un lanț, iar decizia de clasă se răspândește în restul acesteia. O etapă de clasă D cu un limitator rapid are nevoie de un modul de preamplificare care să-i poată alimenta un semnal curat, bine scalat; o etapă de clasă AB cu 20 dB de amplificare se va comporta diferit cu aceeași sursă. Structura câștigului, comportamentul clipului, pragurile de protecție și chiar alegerea conicității volumului, toate se schimbă odată cu topologia.

DSP1903 ADAU1701 Modul DSP pentru sisteme 2.1 Modul DSP bazat pe ADAU1701 cu patru moduri EQ prestabilite, Bluetooth și I/O XLR, potrivit pentru a se potrivi comportamentul limitatorului în sistemele line array 2.1. Vizualizare produs →

În practică, aici își câștigă furnizorii modulari. Un modul DSP, cum ar fi DSP1903, construit pe ADAU1701 și care oferă patru moduri de EQ presetate pentru un sistem line array 2.1, trebuie să fie adaptat comportamentului limitatorului indiferent de treapta de putere aflată sub el. Dacă cele două sunt specificate independent, sistemul fie clipește devreme, fie protejează târziu. Al nostru prezentare a compromisurilor de proiectare A, AB, D și H aprofundează în modul în care sunt stabilite acele praguri.

Potrivirea clasei cu produsul pe care îl construiești

Cele mai multe proiecte de difuzoare cu putere se încadrează într-o mână de modele și fiecare restrânge rapid alegerea clasei:

• Sisteme line array și coloane. Greutatea și densitatea rack-ului decid. Clasa D cu o sursă rezonantă este implicită, cu clasa H rezervată modulelor care trebuie să ruleze la o putere foarte mare pentru perioade lungi.
• Subwoofere. Putere continuă ridicată într-o sarcină cu impedanță scăzută. Clasa D cu o sursă robustă se descurcă cel mai bine; sursa, nu amplificatorul, este de obicei partea limitatoare.
• Difuzoare portabile și alimentate cu baterie. Eficiența la sarcină parțială contează mai mult decât numărul de vârf. Clasa D este singura opțiune realistă, iar pierderile la ralanti merită la fel de multă atenție ca și puterea maximă.
• Mixere alimentate și cutii analogice sensibile la costuri. Clasa AB cu un transformator liniar menține lista de materiale simplă și povestea de service familiară, cu prețul unui radiator mai mare.
• Subwoofere de turism de mare putere. Clasa H sau un design de clasa D cu șine înalte, în funcție de faptul dacă echipa de proiectare preferă un comportament liniar sau greutate minimă.

Ce să verificați cu un furnizor de module înainte de a vă angaja

Puterea fișei de date este cel mai puțin util număr din conversație. Acestea sunt punctele care separă un design care supraviețuiește utilizării pe teren de unul care revine:

1. Eficiența și temperatura carcasei la o optime putere, nu doar la puterea nominală maximă, măsurate în aer calm la mediul dorit.
2. Distorsiunea la 1 W și la 10 W, acolo unde artefactele de încrucișare și comutare trăiesc de fapt.
3. Comportamentul de protecție: ce se întâmplă la o ieșire scurtcircuitată, o sarcină nepotrivită sau o scădere a alimentării și dacă modulul își revine singur.
4. Cerințe de aprovizionare, inclusiv dacă este necesară corecția factorului de putere pentru piețele către care expediați.
5. EMI și zgomot inactiv, în special pentru modulele de clasă D care alimentează drivere de compresie de înaltă eficiență.
6. Consecvența între prototip și producția de masă, care este o problemă de producție la fel de mult ca și una de inginerie.

Pentru cumpărătorii care au nevoie de o configurație non-standard, secvența sensibilă este să stabilească mai întâi clasa și topologia aprovizionării, apoi să treacă modulul prin dezvoltare personalizată pentru structura câștigului, conectori și comportament prestabilit. Schimbarea clasei după ce dulapul și sursa de alimentare sunt înghețate este costisitoare.

Întrebări frecvente despre amplificatoarele de clasă