Classes De Amplificadores De Som: Classificação - D, A, B, C, AB E Outros. Ultra-linear E Digital. Qual Aula é Melhor?

2024 Autor: Beatrice Philips | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 05:55

Certamente muitos já ouviram que os amplificadores modernos podem pertencer a diferentes classes. No entanto, as pessoas que estão longe dos sistemas acústicos e das características técnicas dos equipamentos de som dificilmente podem imaginar o que se esconde por trás das designações das letras.

Em nossa revisão, falaremos com mais detalhes sobre o que são as classes de amplificadores, o que são e como escolher o modelo ideal.

Classificação

A classe do amplificador é o valor do sinal de saída no qual ele é conduzido pelo sinal de entrada senoidal no circuito funcional durante um ciclo de operação e muda como resultado dessa influência. A classificação dos amplificadores em classes depende dos parâmetros de linearidade do modo usado para amplificar os sinais de entrada das categorias com maior precisão com eficiência bastante reduzida para completamente não linear . Neste caso, a precisão da reprodução do som do sinal não é tão grande, mas a eficiência é bastante alta. Todas as outras classes de amplificadores são algum tipo de modelo intermediário entre esses dois grupos.

Primeiro grupo

Todas as classes de amplificadores podem ser divididas condicionalmente em dois subgrupos. O primeiro inclui os modelos controlados clássicos das classes A, B, bem como AB e C . Sua categoria é determinada pelo parâmetro de sua condutividade em uma determinada seção do sinal de saída. Assim, a operação do transistor embutido na saída está localizada no meio entre "desligado" e "ligado".

Segundo grupo

A segunda categoria de dispositivos inclui modelos mais modernos, que são considerados as chamadas classes de comutação - são os modelos D, E, F, bem como G, S, H e T.

Esses amplificadores usam modulação de largura de pulso, bem como circuitos digitais para converter continuamente o sinal entre totalmente desligado e totalmente ligado . Como consequência, há uma saída poderosa na região de saturação.

Descrição das classes populares

Falaremos sobre diferentes classes de amplificadores com mais detalhes.

MAS

Os modelos da Classe A são mais amplamente usados devido à sua simplicidade de design. Isso se deve a vários parâmetros de distorção do sinal de entrada e, consequentemente, à alta qualidade do som em comparação com todas as outras categorias de amplificadores. Os modelos nesta categoria são caracterizados por alta linearidade em comparação com outros.

Normalmente, os amplificadores classe A usam uma única versão de transistores em seu trabalho . Ele é conectado à configuração básica do emissor para as duas metades do sinal, de modo que o transistor de germânio invariavelmente passará por ele mesmo que não haja sinal de fase. Isso significa que na saída, o estágio não passará totalmente para a região de corte e saturação do sinal. Ele tem seu próprio ponto de deslocamento aproximadamente no centro da linha de carga. Esta estrutura leva ao fato de que o transistor simplesmente não ativa - esta é considerada uma de suas desvantagens básicas.

Para que um dispositivo seja classificado como pertencente a essa classe, a corrente zero sem carga no estágio de saída deve ser igual ou até mesmo exceder o limite da corrente de carga para garantir o sinal de saída máximo.

Como os dispositivos de classe A têm terminação única e operam na zona linear de todas as curvas especificadas, um dispositivo de saída passa por 360 graus completos, caso em que o dispositivo de categoria A corresponde totalmente à fonte de corrente.

Como os amplificadores nesta categoria funcionam, como já dissemos, na região ultra-linear, a polarização DC deve ser ajustada corretamente .- isso irá garantir o funcionamento adequado e fornecer um fluxo de som com uma potência de 24 watts. Porém, pelo fato do dispositivo de saída estar sempre desligado, ele conduz corrente continuamente, o que cria condições para uma perda constante de potência em toda a estrutura. Esse recurso leva à liberação de uma grande quantidade de calor, enquanto sua eficiência é bastante baixa - menos de 40%, o que os torna impraticáveis quando se trata de algum tipo de sistema acústico potente. Além do mais, devido ao aumento da corrente sem carga da instalação, a fonte de alimentação deve ter as dimensões adequadas e ser filtrada o máximo possível, caso contrário, o som do amplificador e o zumbido de terceiros não podem ser evitados . Foram essas deficiências que levaram os fabricantes a continuar trabalhando em amplificadores em uma categoria mais eficiente.

EM

Os amplificadores Classe B foram projetados pelos fabricantes para resolver os problemas de baixa eficiência e superaquecimento associados à categoria anterior. Em seu trabalho, os modelos da categoria B usam um par de transistores adicionais, geralmente bipolares . A diferença é que para ambas as metades do sinal, a frente de saída é construída de acordo com um circuito push-pull, de modo que cada dispositivo de transistor fornece amplificação de apenas metade do sinal de saída.

Não há corrente de polarização de nível CC básico em amplificadores desta classe, uma vez que sua corrente quiescente é zero, portanto, os parâmetros de potência CC são geralmente pequenos. Consequentemente, sua eficiência é muito maior do que a dos dispositivos A. Ao mesmo tempo quando o sinal é positivo, o transistor polarizado positivo o aciona, enquanto o negativo permanece desligado . Da mesma forma, no momento em que o sinal de entrada torna-se negativo, o positivo é desligado, e o transistor polarizado negativamente, ao contrário, é ativado e fornece a metade negativa do sinal. Como resultado, o transistor, durante sua operação, gasta 1/2 ciclo apenas no meio-ciclo positivo ou negativo do sinal de entrada.

Consequentemente, qualquer dispositivo transistor nesta categoria pode passar apenas por uma parte do sinal de saída, enquanto em uma clara alternância.

Este design push-pull é cerca de 45-60% mais eficiente do que os amplificadores Classe A. O problema dos modelos desse tipo é que eles dão distorções significativas no momento da passagem do sinal de áudio devido à "zona morta" dos transistores no corredor de tensões de entrada com valores de -0,7 V a +0,7 V.

Como todos sabem no curso de física, o emissor de base deve fornecer uma tensão de cerca de 0,7 V para que o transistor bipolar inicie a fiação completa. Contanto que esta tensão não exceda esta marca, o transistor de saída não se moverá para a posição ligado. Isso significa que metade do sinal que vai para o corredor de 0,7 V começará a ser reproduzido de forma imprecisa. Consequentemente, isso torna os dispositivos da Categoria B praticamente inadequados para uso em instalações acústicas de precisão.

Por isso para superar essas distorções, os chamados dispositivos de compromisso de classe AB foram criados.

AB

Este modelo é um tipo de projeto em tandem da categoria A e categoria B. Hoje, os amplificadores do tipo AB são considerados uma das opções de projeto mais comuns. Pelo princípio de sua operação, eles são um pouco como produtos da categoria B, com a única exceção de que ambos os dispositivos transistores podem conduzir um sinal ao mesmo tempo próximo ao ponto de interseção dos oscilogramas . Isso elimina completamente todos os problemas de distorção de sinal do amplificador do Grupo B anterior. A diferença é que um par de transistores tem uma tensão de polarização bastante baixa, normalmente 5 a 10% da corrente quiescente. Neste caso, o dispositivo condutor permanece ligado por mais tempo do que o tempo de meio ciclo, mas ao mesmo tempo é muito menos do que o ciclo completo do sinal de entrada.

É seguro dizer que o dispositivo do tipo AB é considerado um excelente compromisso entre os modelos da Classe A e da Classe B em termos de eficiência e linearidade .e, enquanto a eficiência de conversão do sinal de áudio é de aproximadamente 50%.

COM

O design das unidades da classe C tem eficiência máxima, mas ao mesmo tempo linearidade bastante pobre em comparação com todas as outras categorias. O amplificador de classe C é visivelmente polarizado, de modo que a corrente de entrada vai para zero e permanece lá por mais de 1/2 ciclo do sinal de entrada . Neste momento, o transistor está em modo de espera para desligá-lo.

Esta forma de polarização do transistor fornece a maior eficiência do dispositivo, sua eficiência é de cerca de 80%, mas ao mesmo tempo introduz distorções de som bastante significativas no sinal de saída.

Essas características de design tornam impossível o uso de amplificadores em sistemas de alto-falantes . Como regra, esses modelos encontraram sua área de utilização em geradores de alta frequência, bem como em certas versões de amplificadores de radiofrequência, onde os pulsos de corrente emitidos na saída são convertidos em ondas senoidais de uma determinada frequência.

D

O amplificador da categoria D refere-se a modelos de pulso não linear de dois canais, também chamados de amplificadores PWM.

Na grande maioria dos sistemas de áudio, os estágios de saída operam em classe A ou AB . Em amplificadores integrados do grupo D, a dissipação de potência das entradas de linha é significativa mesmo no caso de sua implementação máxima completa, quase ideal. Isso dá aos modelos de classe D uma vantagem significativa na maioria das áreas de aplicação devido à geração mínima de calor, peso e dimensões reduzidos do dispositivo e, consequentemente, custo reduzido dos produtos, enquanto a vida útil da bateria em tais modelos é aumentada em comparação com modelos de outros designs.

Via de regra, são modelos de alta tensão, projetados para uma placa de 10.000 watts.

Outro

Amplificador classe F . Esses modelos fornecem maior eficiência, sua eficiência é de cerca de 90%.

Amplificador classe G . Este amplificador é, na verdade, um projeto aprimorado de alta linearidade do dispositivo de classe básica AB no TDA. Os modelos nesta categoria podem alternar automaticamente entre diferentes linhas de energia no caso de uma alteração nos parâmetros do sinal de entrada. Essa comutação reduz significativamente o consumo de energia e, consequentemente, reduz o consumo de energia causado pela perda de calor.

Amplificador de classe I . Esses modelos têm alguns conjuntos de dispositivos de saída adicionais. Antes de ligar, eles estão localizados em uma configuração push-pull. O primeiro dispositivo comuta a parte positiva do sinal, e o segundo é responsável por comutar a parte negativa, como amplificadores da categoria B. Na ausência de um sinal de áudio na entrada ou se o sinal atingir o ponto de cruzamento zero, o o mecanismo de comutação liga e desliga ao mesmo tempo que o ciclo principal.

Amplificador classe S . Esta classe de amplificadores é classificada como um mecanismo de comutação não linear. Em termos de seu mecanismo de operação, eles são um tanto semelhantes aos amplificadores da categoria D. Esse amplificador converte sinais de entrada analógicos em digitais, amplificando-os muitas vezes. Assim, para aumentar a potência de saída, normalmente o sinal digital do dispositivo de comutação está totalmente ligado ou totalmente desligado, de modo que a eficiência de tais dispositivos pode ser de 100%.

Amplificador classe T . Outra opção de amplificador digital. Hoje, esses modelos estão ganhando cada vez mais popularidade devido à presença de microcircuitos que permitem o processamento digital do sinal de entrada, bem como amplificadores de som 3D multicanal integrados. Este efeito é fornecido por um design que permite que os sinais analógicos sejam convertidos em sons PWM digitais superiores. O design dos dispositivos da Classe C combina as características de um sinal de baixa distorção semelhante à categoria AV, enquanto mantém a eficiência no nível dos modelos da Classe D.

Como determinar?

Para começar, vamos nos concentrar em como o amplificador funciona em princípio. Certamente você ficará surpreso, mas na verdade o amplificador de fábrica não amplifica nada. Na verdade, o mecanismo de sua operação se assemelha à operação do guindaste mais simples: você torce a alça e a água do suprimento de água começa a derramar, mais forte ou mais fraca, e se você girar, o fluxo será bloqueado. Nos amplificadores, todos os processos ocorrem da mesma maneira. Do poderoso módulo de fonte de alimentação, a corrente flui através do alto-falante conectado ao dispositivo. Nesse caso, a função do tap é assumida pelos transistores - na saída, o grau de seu fechamento e abertura é controlado pelo sinal que passa para o amplificador. A partir de como exatamente essa grua funciona, ou seja, como funcionam os transistores de saída e a classe dos amplificadores é determinada.

Se estamos falando sobre dispositivos AB, então os transistores neles podem ter a propriedade desagradável de abrir e fechar desproporcionalmente aos sinais que chegam a eles. Assim, seu trabalho fica inalterado. Voltando à analogia com a torneira - você pode girar a manivela da torneira, mas a água fluirá fracamente no início e, de repente, o fluxo aumentará repentinamente.

Por esta razão os transistores da categoria AB devem ser mantidos abertos mesmo que não haja sinal . Isso é necessário para que eles comecem a funcionar imediatamente, e não espere até que o sinal atinja um determinado nível - somente neste caso o amplificador será capaz de reproduzir o som com distorção mínima. Na prática, isso significa que parte da energia útil é desperdiçada. Imagine que você abre todas as torneiras de água do apartamento e um pequeno fio de água flui continuamente para fora delas. Como resultado, a eficiência de tais modelos não excede 50-70%, é a baixa eficiência que é a principal desvantagem dos amplificadores da classe AV.

Se falamos de dispositivos de classe D, o princípio de seu funcionamento é absolutamente o mesmo: eles têm seus próprios transistores de saída que podem ligar e desligar. Assim, a passagem de corrente pelos alto-falantes conectados a eles é regulada, mas o sinal já controla sua abertura, que por sua configuração está muito longe da que entra.

É assim que o sinal é alimentado para os transistores de saída dos dispositivos Classe D. Nesse caso, eles funcionarão de maneira completamente diferente: ou fecham totalmente ou abrem sem nenhum valor intermediário. Isso significa que a eficiência de tais modelos pode ser próxima a 100%.

Claro, é muito cedo para enviar esses sinais para sistemas de áudio; primeiro, ele deve retornar à configuração padrão. Isso pode ser feito por meio de uma bobina de saída, bem como de um capacitor - após processá-los, um sinal amplificado é formado na saída, que repete completamente o sinal de entrada em sua forma. É ele quem é transmitido aos alto-falantes.

A principal vantagem dos dispositivos da classe D é o aumento da eficiência . e, consequentemente, um consumo de energia mais suave

Por muito tempo acreditou-se que para conectar sistemas de alto-falantes de alta qualidade, os amplificadores AB serão a solução ideal … Os modelos da categoria D deram a conversão do sinal de entrada em um sinal pulsado com frequência reduzida, como resultado, deu bom som apenas no modo subwoofer. Hoje em dia, a tecnologia deu um grande passo em frente, e hoje já existem transistores de alta velocidade que podem abrir e fechar quase instantaneamente, há muitos dispositivos de banda larga de classe D nas lojas.

Esses modelos devem ser usados não apenas com subwoofers, mas também com sistemas de alto-falantes modernos de todos os tipos. Para aquelas opções onde a alta potência não é necessária, faz sentido comprar um amplificador bastante compacto.

Portanto, se você tiver espaço suficiente para conectar o alto-falante, pode muito bem escolher um modelo de classe AV. Durante várias décadas de existência, os circuitos destes modelos foram bem desenvolvidos, proporcionam uma qualidade de som bastante boa e, em caso de avaria, podem ser facilmente reparados no centro de assistência mais próximo.

Se a área para instalação de som for limitada, você deve dar uma olhada mais de perto nos modelos de banda larga do grupo D . Com os mesmos parâmetros de potência dos produtos da classe AV, são muito menores e mais leves, além disso, aquecem menos e alguns modelos permitem até que sejam instalados secretamente com o mínimo de interferência.

Para conectar subwoofers, a classe D oferece a vantagem máxima , visto que o bloco de tons graves é a faixa de frequência que mais consome energia - neste caso, a eficiência do produto é de fundamental importância, e nisso simplesmente não há concorrentes para os produtos classe D.

Neste vídeo, você pode se familiarizar mais claramente com as classes de amplificadores de som.