Audioverstärkerklassen

Sicherlich haben viele gehört, dass moderne Verstärker verschiedenen Klassen angehören können. Wer von akustischen Systemen und technischen Merkmalen von Tonanlagen weit entfernt ist, kann sich jedoch kaum vorstellen, was sich hinter den Buchstabenbezeichnungen verbirgt.

In unserem Test werden wir ausführlicher darüber sprechen, was die Klassen von Verstärkern sind, was sie sind und wie man das optimale Modell auswählt.

Die Klasse des Verstärkers ist der Wert des Ausgangssignals, bei dem er während eines Arbeitszyklus durch das sinusförmige Eingangssignal im Funktionskreis angesteuert wird und sich durch diesen Einfluss ändert. Die Einteilung von Verstärkern in Klassen hängt von den Linearitätsparametern des Modus ab, der verwendet wird, um die eingehenden Signale aus Kategorien mit erhöhter Genauigkeit mit eher reduziertem Wirkungsgrad bis vollständig nichtlinear zu verstärken. In diesem Fall ist die Genauigkeit der Tonwiedergabe des Signals nicht so hoch, aber die Effizienz ist ziemlich hoch. Alle anderen Verstärkerklassen sind eine Art Zwischenmodell zwischen diesen beiden Gruppen.

Alle Verstärkerklassen lassen sich bedingt in zwei Untergruppen einteilen. Die erste umfasst die klassischen kontrollierten Modelle der Klassen A, B sowie AB und C. Ihre Kategorie wird durch den Parameter ihrer Leitfähigkeit in einem bestimmten Abschnitt des Ausgangssignals bestimmt. Somit liegt der Betrieb des eingebauten Transistors am Ausgang in der Mitte zwischen "Aus" und "Ein".

Die zweite Gerätekategorie umfasst modernere Modelle, die als sogenannte Schaltklassen gelten - dies sind die Modelle D, E, F sowie G, S, H und T.

Diese Verstärker verwenden Pulsweitenmodulation sowie digitale Schaltungen, um das Signal kontinuierlich zwischen vollständig aus und vollständig umzuwandeln. Als Konsequenz gibt es einen starken Ausgang im Sättigungsbereich.

Wir werden ausführlicher über verschiedene Klassen von Verstärkern sprechen.

Modelle der Klasse A werden aufgrund ihres einfachen Designs am häufigsten verwendet. Dies liegt an mehreren Parametern der Verzerrung des Eingangssignals und dementsprechend an der hohen Klangqualität im Vergleich zu allen anderen Verstärkerkategorien. Modelle dieser Kategorie zeichnen sich im Vergleich zu anderen durch eine hohe Linearität aus.

Typischerweise verwenden Klasse-A-Verstärker in ihrer Arbeit eine einzige Version von Transistoren. Er ist mit der Emitter-Grundkonfiguration für die beiden Hälften des Signals verbunden, so dass der Germanium-Transistor ihn auch dann durchlässt, wenn kein Phasensignal vorhanden ist. Dies bedeutet, dass die Stufe am Ausgang nicht vollständig in den Signal-Cutoff- und Sättigungsbereich übergeht. Es hat seinen eigenen Versatzpunkt ungefähr in der Mitte der Lastlinie. Diese Struktur führt dazu, dass der Transistor einfach nicht aktiviert - dies gilt als einer seiner grundlegenden Nachteile.

Da Geräte der Klasse A Single-Ended sind und im linearen Bereich aller spezifizierten Kurven arbeiten, durchläuft ein Ausgabegerät volle 360 ​​Grad, wobei das Gerät der Kategorie A vollständig der Stromquelle entspricht.

Da Verstärker dieser Kategorie, wie bereits gesagt, im ultralinearen Bereich arbeiten, muss der DC-Bias richtig eingestellt werden. - Dies gewährleistet einen ordnungsgemäßen Betrieb und gibt einen Tonstrom mit einer Leistung von 24 Watt. Da sich das Ausgabegerät jedoch immer im ausgeschalteten Zustand befindet, leitet es ständig Strom, was die Bedingungen für einen ständigen Leistungsverlust in der gesamten Struktur schafft. Diese Funktion führt zu einer großen Wärmeabgabe, während ihre Effizienz eher gering ist - weniger als 40%, was sie für leistungsstarke Akustiksysteme unpraktisch macht. Außerdem, aufgrund des erhöhten leerlaufstroms der installation muss das netzteil entsprechend dimensioniert und möglichst gefiltert werden, da sonst der klang des verstärkers und fremdes brummen nicht zu vermeiden sind. Es waren diese Mängel, die die Hersteller dazu veranlassten, weiter an Verstärkern in einer effizienteren Kategorie zu arbeiten.

Verstärker der Klasse B wurden von Herstellern entwickelt, um die Probleme mit niedrigem Wirkungsgrad und Überhitzung zu beheben, die mit der vorherigen Kategorie verbunden sind. In ihrer Arbeit verwenden Modelle der Kategorie B ein Paar zusätzlicher Transistoren, normalerweise bipolar. Ihr Unterschied besteht darin, dass für beide Hälften des Signals die Ausgangsfront gemäß einer Gegentaktschaltung aufgebaut ist, sodass jeder Transistor nur die Hälfte des Ausgangssignals verstärkt.

In Verstärkern dieser Klasse gibt es keinen grundlegenden Vorspannungsstrom auf DC-Niveau, da sein Ruhestrom null ist und daher die DC-Leistungsparameter normalerweise klein sind. Dementsprechend ist seine Effizienz viel höher als die von Geräten A. Gleichzeitig Wenn das Signal positiv ist, steuert der positiv vorgespannte Transistor es an, während der negative ausgeschaltet bleibt. Ebenso wird in dem Moment, in dem das Eingangssignal negativ wird, das positive ausgeschaltet, und der negativ vorgespannte Transistor wird im Gegensatz dazu aktiviert und liefert die negative Hälfte des Signals. Als Ergebnis verbringt der Transistor während seines Betriebs 1/2 Zyklus nur in der positiven oder negativen Halbwelle des ankommenden Signals.

Dieses Push-Pull-Design ist etwa 45-60% effizienter als Class-A-Verstärker. Die Probleme bei Modellen dieses Typs bestehen darin, dass sie zum Zeitpunkt des Durchgangs des Audiosignals aufgrund der "Totzone" von Transistoren im Korridor der Eingangsspannungen mit Werten von -0,7 V bis +0,7 V . erhebliche Verzerrungen verursachen .

Wie jeder aus dem Physikkurs weiß, muss der Basis-Emitter eine Spannung von ca. 0,7 V bereitstellen, damit der Bipolartransistor mit der Vollverdrahtung beginnen kann. Solange diese Spannung diese Marke nicht überschreitet, wird der Ausgangstransistor nicht eingeschaltet. Dies bedeutet, dass die Hälfte des Signals, das in den 0,7-V-Korridor geht, ungenau wiedergegeben wird. Folglich sind Geräte der Kategorie B für den Einsatz in Präzisionsakustikinstallationen praktisch ungeeignet.

Zum Um diese Verzerrungen zu überwinden, wurden sogenannte Class-AB-Kompromissgeräte geschaffen.

Bei diesem Modell handelt es sich um eine Art Tandembauweise der Kategorie A und Kategorie B. Verstärker des Typs AB gelten heute als eine der gängigsten Bauformen. Vom Funktionsprinzip her ähneln sie Produkten der Kategorie B, mit der einzigen Ausnahme, dass beide Transistorbauelemente in der Nähe des Schnittpunkts der Oszillogramme gleichzeitig ein Signal leiten können. Dadurch werden alle Probleme der Signalverzerrung des vorherigen Verstärkers der Gruppe B vollständig eliminiert.Der Unterschied besteht darin, dass ein Transistorpaar eine ziemlich niedrige Vorspannung hat, typischerweise 5 bis 10 % des Ruhestroms. In diesem Fall bleibt die leitende Einrichtung länger als die Zeit einer Halbwelle eingeschaltet, ist aber gleichzeitig viel kürzer als die volle Periode des Eingangssignals.

Das kann man mit Sicherheit sagen Das Gerät vom Typ AB gilt als hervorragender Kompromiss zwischen Klasse-A- und Klasse-B-Modellen in Bezug auf Effizienz und Linearität.und während der Umwandlungswirkungsgrad des Audiosignals ungefähr 50% beträgt.

Das Design der C-Klasse-Geräte weist maximale Effizienz, aber gleichzeitig eine im Vergleich zu allen anderen Kategorien eher schlechte Linearität auf. Der Verstärker der C-Klasse ist ziemlich merklich vorgespannt, sodass der Eingangsstrom auf Null geht und für mehr als 1/2 Zyklus des eingehenden Signals auf diesem Niveau bleibt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Transistor im Standby-Modus, um ihn auszuschalten.

Diese Konstruktionsmerkmale machen den Einsatz von Verstärkern in Lautsprechersystemen unmöglich. In der Regel haben diese Modelle ihren Einsatzbereich in Hochfrequenzgeneratoren sowie in bestimmten Versionen von Hochfrequenzverstärkern gefunden, bei denen am Ausgang abgegebene Stromimpulse in Sinuswellen einer bestimmten Frequenz umgewandelt werden.

Der Verstärker der Kategorie D bezieht sich auf zweikanalige nichtlineare Pulsmodelle, sie werden auch als PWM-Verstärker bezeichnet.

In den allermeisten Audiosystemen arbeiten die Endstufen entweder in Klasse A oder in AB. Bei integrierten Verstärkern der Gruppe D ist die Verlustleistung der Line-Eingänge auch bei maximaler vollständiger, nahezu idealer Realisierung signifikant. Dies verschafft den D-Klasse-Modellen in den meisten Anwendungsbereichen einen erheblichen Vorteil durch minimale Wärmeentwicklung, reduziertes Gewicht und geringere Abmessungen des Geräts und dementsprechend reduzierte Produktkosten, während die Batterielebensdauer bei solchen Modellen im Vergleich zu Modellen von . erhöht wird andere Designs.

Verstärker der Klasse F. Diese Modelle bieten eine erhöhte Effizienz, ihr Wirkungsgrad beträgt etwa 90%.

Verstärker der Klasse G. Dieser Verstärker ist in der Tat ein fortschrittliches Design mit hoher Linearität der TDA-Basiseinheit der AB-Klasse. Modelle dieser Kategorie können bei einer Änderung der Parameter des eingehenden Signals automatisch zwischen verschiedenen Stromleitungen wechseln. Ein solches Schalten verringert den Stromverbrauch erheblich und reduziert dementsprechend den durch Wärmeverlust verursachten Stromverbrauch.

Verstärker der Klasse I. Solche Modelle verfügen über eine Reihe von zusätzlichen Ausgabegeräten. Vor dem Einschalten befinden sie sich in einer Push-Pull-Konfiguration. Das erste Gerät schaltet den positiven Teil des Signals, das zweite für das Schalten des negativen Teils, ähnlich wie bei Verstärkern der Kategorie B. Liegt am Eingang kein Audiosignal an oder erreicht das Signal den Nulldurchgang, Schaltmechanismus schaltet sich gleichzeitig mit dem Hauptzyklus ein und aus.

Verstärker der Klasse S. Diese Verstärkerklasse wird als nichtlinearer Schaltmechanismus klassifiziert. In ihrer Funktionsweise ähneln sie Verstärkern der Kategorie D. Ein solcher Verstärker wandelt analoge Eingangssignale in digitale um und verstärkt sie um ein Vielfaches. Um die Ausgangsleistung zu erhöhen, ist daher normalerweise das digitale Signal des Schaltgeräts entweder vollständig ein- oder vollständig ausgeschaltet, so dass der Wirkungsgrad solcher Geräte 100 % betragen kann.

Verstärker der Klasse T. Eine weitere Option für einen digitalen Verstärker. Heutzutage gewinnen solche Modelle aufgrund des Vorhandenseins von Mikroschaltungen, die eine digitale Verarbeitung des eingehenden Signals ermöglichen, sowie eingebauten Mehrkanal-3D-Soundverstärkern immer mehr an Popularität. Dieser Effekt wird durch ein Design erreicht, das es ermöglicht, analoge Signale in höhere digitale PWM-Sounds umzuwandeln. Das Design der Klasse-C-Geräte kombiniert die Eigenschaften eines Signals mit geringer Verzerrung ähnlich der AV-Kategorie, während die Effizienz auf dem Niveau der Klasse-D-Modelle gehalten wird.

Lassen Sie uns zunächst auf die prinzipielle Funktionsweise des Verstärkers eingehen. Sie werden sicherlich überrascht sein, aber tatsächlich verstärkt der Werksverstärker nichts. Eigentlich, Der Mechanismus seiner Bedienung ähnelt dem Betrieb des einfachsten Krans: Sie drehen den Griff und das Wasser aus der Wasserversorgung beginnt zu fließen, stärker oder schwächer, und wenn Sie ihn drehen, wird der Fluss blockiert. In Verstärkern laufen alle Prozesse gleich ab. Vom leistungsstarken Netzteilmodul fließt Strom durch den an das Gerät angeschlossenen Lautsprecher. In diesem Fall wird die Funktion des Abgriffs von Transistoren übernommen - am Ausgang wird der Grad ihres Schließens und Öffnens durch das Signal gesteuert, das zum Verstärker gelangt. Daraus, wie genau dieser Kran funktioniert, also wie die Ausgangstransistoren funktionieren, wird die Klasse der Verstärker bestimmt.

Wenn wir von AB-Geräten sprechen, können Transistoren in ihnen die unangenehme Eigenschaft haben, sich überproportional zu den an ihnen ankommenden Signalen zu öffnen und zu schließen. So bleibt ihre Arbeit unverändert. Zurück zur Analogie mit dem Wasserhahn - Sie können den Griff des Wasserhahns drehen, aber das Wasser fließt zuerst schwach und dann plötzlich erhöht sich der Durchfluss.

Aus diesem Grund Transistoren der Kategorie AB müssen offen gehalten werden, auch wenn kein Signal anliegt. Dies ist notwendig, damit sie sofort mit der Arbeit beginnen und nicht warten, bis das Signal einen bestimmten Pegel erreicht - nur in diesem Fall kann der Verstärker den Ton mit minimaler Verzerrung wiedergeben. In der Praxis bedeutet dies, dass ein Teil der Nutzenergie verschwendet wird. Stellen Sie sich vor, Sie drehen alle Wasserhähne in der Wohnung auf und ein kleines Rinnsal Wasser fließt ständig aus ihnen heraus. Infolgedessen überschreitet die Effizienz solcher Modelle nicht 50-70%, der geringe Wirkungsgrad ist der Hauptnachteil der Verstärker der AV-Klasse.

Wenn wir über D-Klasse-Geräte sprechen, ist das Funktionsprinzip absolut dasselbe: Sie haben ihre eigenen Ausgangstransistoren, die ein- und ausgeschaltet werden können. Somit wird der Stromfluss durch die angeschlossenen Lautsprecher reguliert, aber das Signal steuert bereits ihre Öffnung, die durch ihre Konfiguration sehr weit von der eingehenden entfernt ist.

Auf diese Weise wird das Signal an die Ausgangstransistoren von Klasse-D-Geräten geleitet. In diesem Fall funktionieren sie ganz anders: Entweder ganz schließen oder ohne Zwischenwerte öffnen. Dies bedeutet, dass die Effizienz solcher Modelle nahe 100 % liegen kann.

Natürlich ist es zu früh, solche Signale an Audiosysteme zu senden, zunächst sollte es zur Standardkonfiguration zurückkehren. Dies kann sowohl über eine Ausgangsdrossel als auch über einen Kondensator erfolgen - nach deren Verarbeitung entsteht am Ausgang ein verstärktes Signal, das in seiner Form das Eingangssignal vollständig wiederholt. Er ist es, der an die Lautsprecher übermittelt wird.

Der Hauptvorteil der D-Klasse-Geräte ist die erhöhte Effizienz. und dementsprechend schonenderer Energieverbrauch

Lange glaubte man das für den Anschluss hochwertiger Lautsprechersysteme sind die AB-Verstärker die optimale Lösung... Modelle der Kategorie D gaben die Umwandlung des eingehenden Signals in ein gepulstes Signal mit einer reduzierten Frequenz, wodurch nur im Subwoofer-Modus ein guter Klang erzielt wurde.Heutzutage hat die Technologie einen großen Schritt nach vorne gemacht, und heute gibt es bereits Hochgeschwindigkeitstransistoren, die sich fast sofort öffnen und auch schließen können, es gibt ziemlich viele D-Klasse-Breitbandgeräte im Handel.

Diese Modelle sind nicht nur für den Einsatz mit Subwoofern, sondern auch mit modernen Lautsprechersystemen aller Art gedacht. Für diejenigen Optionen, bei denen keine hohe Leistung erforderlich ist, ist es sinnvoll, einen relativ kompakten Verstärker zu kaufen.

Wenn Sie also genügend Platz haben, um den Lautsprecher anzuschließen, können Sie sich gut für ein Modell der AV-Klasse entscheiden. Seit mehreren Jahrzehnten ist die Schaltung dieser Modelle gut entwickelt, sie bieten eine ziemlich gute Klangqualität und im Falle einer Panne können Sie sie problemlos im nächsten Servicecenter reparieren.

Wenn der Bereich für die Beschallung begrenzt ist, dann sollten Sie sich die Breitbandmodelle der Gruppe D genauer ansehen. Bei gleichen Leistungsparametern wie die Produkte der AV-Klasse sind sie viel kleiner und leichter, außerdem erwärmen sie sich weniger und einige Modelle ermöglichen sogar eine heimliche Installation mit den geringsten Störungen.

Beim Anschluss von Subwoofern setzt die D-Klasse den maximalen Vorteil, da der Basstonblock der energieintensivste Frequenzbereich ist - in diesem Fall ist die Effizienz des Produkts von grundlegender Bedeutung, und hier gibt es einfach keine Konkurrenz zu den D-Klasse-Produkten.

In diesem Video können Sie sich besser mit den Klassen der Tonverstärker vertraut machen.