Cum să creșteți puterea de ieșire audio cu 35% utilizând designul amplificatorului de clasă AB?

Răspunsul direct: De ce Amplificator clasa AB Designul oferă cu 35% mai multă putere de ieșire

Un amplificator de difuzor de clasă AB optimizat corespunzător oferă cu 30% până la 38% mai multă putere de ieșire audio utilizabilă decât un design comparabil de clasă A care funcționează de la aceeași tensiune de alimentare și buget termic. — și face acest lucru în timp ce menține valorile THD (Distorsiune armonică totală) sub 0,05% pe lățimea de bandă audibilă. Câștigul provine din topologia etapei de ieșire push-pull, în care două perechi de tranzistoare complementare împart sarcina și fiecare conduce pentru puțin mai mult de jumătate din ciclul semnalului, eliminând zona moartă de încrucișare a clasei B în timp ce recuperează spațiul de putere irosit în curentul constant de repaus al clasei A.

În termeni practici: un amplificator de clasă A polarizat pentru ieșire de 50 W poate disipa 200 W de putere în stare de repaus. Un design de clasă AB care produce aceeași ieșire de 50 W de la aceleași tranzistoare se disipează de obicei numai 60 până la 80 W la relanti — eliberarea spațiului termic care poate fi redirecționat către o putere de ieșire de vârf mai mare. Acel spațiu liber recuperat termic este sursa principală a îmbunătățirii cu 35% a producției citate în rapoartele de măsurare inginerească.

Înțelegerea clasei AB: Cum funcționează etapa de ieșire Push-Pull

Topologia amplificatorului difuzorului de clasă AB se află în mod deliberat între două extreme. Tranzistoarele de clasă A conduc continuu pentru întreaga perioadă de 360 ​​de grade ale ciclului semnalului - curate, dar risipitoare din punct de vedere termic. Tranzistoarele de clasă B conduc la exact 180 de grade fiecare - eficienți, dar predispuși la distorsiuni încrucișate la punctul de trecere cu zero. Clasa AB rezolvă ambele probleme prin polarizarea fiecărui tranzistor de ieșire pentru a conduce aproximativ 190 până la 200 de grade — doar suficientă suprapunere pentru a elimina distorsiunea încrucișată fără penalizarea termică a funcționării complete de clasă A.

Rolul părtinirii curentului de repaus

Parametrul cheie de control în orice circuit de amplificator de putere Clasa AB de înaltă fidelitate este curentul de repaus (Iq) - curentul în stare care curge prin tranzistoarele de ieșire la intrarea semnalului zero. Setarea corectă a Iq este cel mai critic pas în punerea în funcțiune a amplificatorului de clasă AB:

• Prea scăzut (sub 10–20 mA pentru treptele de ieșire tipice): Distorsiunea crossover apare la niveluri scăzute ale semnalului, ridicând THD peste limitele acceptabile și degradând calitatea audiției la volume moderate.
• Corect (de obicei 25–80 mA, în funcție de tipul tranzistorului de ieșire): Distorsiunea crossover este complet suprimata, THD ramane sub 0,05%, iar amplificatorul functioneaza cu eficienta maxima a puterii.
• Prea mare (se apropie de teritoriul clasei A, peste 150–200 mA): Eficiența scade, sarcina termică a radiatorului crește substanțial, iar puterea de ieșire disponibilă este mai degrabă redusă decât câștigată.

Un tranzistor multiplicator Vbe (numit și distribuitor de polarizare) montat direct pe radiatorul etajului de ieșire este metoda standard pentru urmărirea termică a Iq - pe măsură ce tranzistorii de ieșire se încălzesc sub sarcină, distribuitorul de polarizare reduce automat tensiunea de polarizare, menținând Iq stabil și prevenind evadarea termică.

Compararea claselor de amplificatoare: date privind puterea de ieșire și eficiența

Pentru a înțelege avantajul de putere de ieșire de 35% al clasei AB, următoarea comparație folosește o condiție de referință standardizată: tranzistori de ieșire identici (pereche complementară 2SC5200/2SA1943), șină de alimentare identică de ± 45 V și sarcină rezistivă identică de 8 ohmi în toate clasele.

Clasa AB livrează Putere de ieșire cu 33% mai mare decât clasa A din același hardware, menținând în același timp THD la niveluri care nu sunt audibile chiar și pentru ascultătorii instruiți în teste de ascultare controlată. Clasa D oferă o eficiență mai mare, dar introduce artefacte de comutare care necesită un design atent al filtrului de ieșire pentru a suprima — pentru aplicațiile de amplificare a difuzoarelor de înaltă fidelitate în care puritatea audio este prioritară, clasa AB rămâne reperul în industrie.

Cinci tehnici de proiectare a circuitelor care maximizează puterea de ieșire din clasa AB

Atingerea întregului avantaj de putere de ieșire de 35% al unui modul de amplificator audio Clasa AB cu distorsiune scăzută necesită atenție la cinci parametri specifici de proiectare a circuitului. Fiecare contribuie independent - și se adaugă atunci când sunt implementate împreună.

Optimizarea tensiunii șinei de alimentare

Puterea de ieșire într-un amplificator liniar se scalează cu pătratul tensiunii de alimentare: dublarea tensiunii de alimentare depășește de patru ori puterea potențială de ieșire. Pentru un amplificator de difuzor de clasă AB care conduce o sarcină de 8 ohmi, puterea maximă teoretică de ieșire este de aproximativ Vcc² ÷ (2 × RL) . În practică, tensiunea de saturație a tranzistorului de ieșire și pierderile în treapta driverului reduc acest lucru cu 15 până la 20%. Regula practică: utilizați cea mai mare tensiune de alimentare pe care o permite în siguranță calificarea Vceo a tranzistorului de ieșire - de obicei 80 până la 90% din tensiunea maximă colector-emițător a tranzistorului — și recuperați fiecare watt pe care modelele cu tensiune mai mică îl lasă nefolosit.

Tranzistoare de ieșire în paralel pentru a reduce Rce

O singură pereche de tranzistori de ieșire limitează livrarea curentului datorită rezistenței la pornire și a plafonului termic. Paralelizarea a două sau trei perechi de tranzistori potrivite reduce la jumătate sau treimi rezistența efectivă de ieșire, permițând amplificatorului să furnizeze un curent mai mare în sarcini cu impedanță scăzută, fără a se tăia prematur. Punerea în paralel a două perechi de tranzistoare 2SC5200/2SA1943 crește de obicei curentul continuu de ieșire de la 8A la 15A — creșterea directă a furnizării de putere în sarcini de 4 ohmi de la aproximativ 100W la 180W. Fiecare pereche paralelă ar trebui să includă un mic rezistor emițător (0,1 până la 0,22 ohmi) pentru a asigura partajarea curentului.

Capacitatea curentului treptei șoferului

Tranzistoarele driver (etapa dinaintea perechilor de ieșire) trebuie să furnizeze suficient curent de bază pentru a menține tranzistoarele de ieșire complet saturate în timpul tranzitorilor de mare putere. O etapă de driver cu putere redusă creează compresie dinamică - amplificatorul pare să aibă o putere adecvată la undele sinusoidale constante, dar comprimă pe tranzitorii muzicali unde cererea crește instantaneu. Specificați tranzistorii driver cu un minim hFE (câștig de curent) de 100 la curentul de colector necesar , și asigurați-vă că sunt montate cu un radiator adecvat, mai degrabă decât să se bazeze pe radiatorul etajului de ieșire.

Rigiditatea sursei de alimentare: Dimensionarea condensatorului rezervorului

Un circuit de amplificator de putere Clasa AB de înaltă fidelitate poate furniza puterea nominală de ieșire numai dacă șinele de alimentare rămân stabile la cererea de curent de sarcină de vârf. Scăderea șinei - căderea de tensiune sub sarcină tranzitorie - este determinată de banca de condensatoare a rezervorului. Specificația standard este 4.000 până la 10.000 µF pe amper de curent de ieșire de vârf pe șină . Pentru un amplificator de 100 W / 8 ohmi care are un vârf de aproximativ 3,5 A, aceasta implică un minim de 14.000 µF pe șină – implementat de obicei ca doi sau trei condensatori de 4.700 µF / 80 V în paralel. Condensatoarele subdimensionate sunt una dintre cele mai comune cauze principale ale puterii de ieșire dezamăgitoare în lumea reală, în ciuda specificațiilor adecvate pe hârtie.

Design global al buclei de feedback negativ

Feedbackul negativ global (NFB) este mecanismul principal de reducere a THD într-un amplificator de difuzoare de clasă AB. O buclă NFB bine concepută cu 20 până la 40 dB de amplificare a buclei la 1 kHz poate reduce THD în buclă deschisă de 1–3% până la intervalul 0,01–0,05% la ieșire. Cu toate acestea, câștigul excesiv al buclei NFB cauzează probleme de marjă de fază la frecvențe înalte, ducând la oscilații sau sunete. Criteriul de stabilitate este un minim de 45 de grade de marjă de fază la frecvența de câștig unitar , verificat printr-o măsurare a parcelei Bode sau o simulare SPICE înainte de construirea fizică.

Performanța THD pe frecvență: cum arată bine

Un modul de amplificator audio Clasa AB cu distorsiune scăzută bine executat ar trebui să îndeplinească următoarele valori de referință THD în intervalul de frecvență audibilă la puterea nominală de ieșire într-o sarcină de 8 ohmi. Aceste valori reprezintă obiective realizabile pentru un circuit discret proiectat corespunzător – nu limite teoretice.

Managementul termic: Protejarea câștigurilor de putere de ieșire în condiții reale de încărcare

Avantajul de putere de ieșire al unui amplificator de difuzor de clasă AB este susținut numai dacă designul termic menține temperaturile joncțiunii în limitele specificațiilor sub sarcină continuă. Evadarea termică - unde creșterea temperaturii tranzistorului crește curentul colectorului, ceea ce crește și mai mult temperatura - este modul de defecțiune cel mai probabil să distrugă o etapă de clasă AB, altfel bine proiectată.

Calculul dimensiunii radiatorului

Rezistența termică a radiatorului (Rth) trebuie calculată de la temperatura maximă admisă a joncțiunii până la mediul ambiant. Pentru un amplificator clasa AB de 100 W care disipează aproximativ 80 W în treapta de ieșire la putere maximă în 8 ohmi:

• Temperatura maximă țintă a joncțiunii: 125°C (maximum absolut pentru tranzistoarele cu siliciu; ținta de proiectare este 100°C)
• Presupunerea temperaturii ambientale: 40°C (permițând condiții calde pentru rack pentru echipamente)
• Rezistența termică de la joncțiune la carcasă a tranzistorului (Rjc): de obicei 0,7°C/W pentru pachetul TO-3P
• Rezistența termică necesară de la radiator la mediu: (100 - 40) / 80 - 0,7 = aproximativ 0,05°C/W — realizabil cu un radiator din aluminiu extrudat de 200 x 150 x 40 mm cu flux de aer forțat sau un radiator cu convecție naturală de 300 x 200 mm

Cerințe pentru circuitul de compensare termică

Tranzistorul distribuitor de polarizare a multiplicatorului Vbe trebuie să fie prins fizic - nu pur și simplu conectat termic cu pastă - la radiatorul tranzistorului de ieșire principal. Constanta de timp de cuplare termică ar trebui să fie sub 5 secunde pentru a urmări schimbările rapide ale sarcinii. O creștere cu 10°C a temperaturii radiatorului fără reducerea corespunzătoare a Iq-ului crește riscul de evaporare termică cu aproximativ 30% într-o etapă de ieșire bipolară - făcând din calitatea circuitului de compensare a polarizării una dintre cele mai importante decizii de fiabilitate pe termen lung în proiectarea amplificatoarelor de clasă AB.

Aplicații din lumea reală: în cazul în care amplificatoarele de difuzoare din clasa AB Excel

Combinația dintre putere mare de ieșire, distorsiune scăzută și fiabilitate stabilită face din circuitul de amplificator de putere Clasa AB de înaltă fidelitate alegerea preferată într-o gamă largă de aplicații audio profesionale și de consum.

Despre Ningbo Zhenhai Huage Electronics Co., Ltd.

Ningbo Zhenhai Huage Electronics Co., Ltd. este o întreprindere audio profesională care integrează cercetare și dezvoltare, producție și vânzări. Suntem un producător și o fabrică profesionale de amplificatoare de difuzoare de clasă AB. De mulți ani, ne-am concentrat pe producția de mixere de sunet, amplificatoare de putere activă, microfoane și componente electronice aferente, echipamente și alte produse.

Suntem specializați în soluții personalizate de amplificatoare de difuzoare de clasă AB și produse conexe. De-a lungul anilor, compania a aderat la politica de afaceri de produse bune, servicii bune și reputație bună și a stabilit relații de cooperare pe termen lung și stabile cu multe companii din țară și din străinătate. Oferim servicii OEM pentru multe mărci audio cunoscute de mult timp. Clienții din toate categoriile sociale sunt bineveniți să viziteze, să îndrume și să negocieze afaceri. Compania are echipe profesionale de proiectare, producție și testare și poate personalizați produsele în funcție de nevoile clienților — de la module de amplificator audio Clasa AB cu un singur canal cu distorsiune scăzută până la circuite de amplificatoare de putere Clasa AB cu mai multe canale de înaltă fidelitate pentru aplicații profesionale de instalare.

Întrebări frecvente