Clases de amplificadores de audio

Seguramente muchos han escuchado que los amplificadores modernos pueden pertenecer a diferentes clases. Sin embargo, las personas que están lejos de los sistemas acústicos y las características técnicas de los equipos de sonido, difícilmente pueden imaginar lo que se esconde detrás de las designaciones de las letras.

En nuestra revisión, hablaremos con más detalle sobre cuáles son las clases de amplificadores, qué son y cómo elegir el modelo óptimo.

La clase del amplificador es el valor de la señal de salida al que es impulsado por la señal de entrada sinusoidal en el circuito funcional durante un ciclo operativo y cambia como resultado de esta influencia. La clasificación de los amplificadores en clases depende de los parámetros de linealidad del modo utilizado para amplificar las señales entrantes desde categorías con mayor precisión con una eficiencia bastante reducida hasta completamente no lineal. En este caso, la precisión de la reproducción de sonido de la señal no es tan grande, pero la eficiencia es bastante alta. Todas las demás clases de amplificadores son algún tipo de modelos intermedios entre estos dos grupos.

Todas las clases de amplificadores se pueden dividir condicionalmente en dos subgrupos. El primero incluye los modelos controlados clásicos de las clases A, B, así como AB y C. Su categoría está determinada por el parámetro de su conductividad en una determinada sección de la señal de salida. Por lo tanto, el funcionamiento del transistor incorporado en la salida se ubica en el medio entre "apagado" y "encendido".

La segunda categoría de dispositivos incluye modelos más modernos, que se consideran las llamadas clases de conmutación: estos son los modelos D, E, F, así como G, S, H y T.

Estos amplificadores utilizan modulación de ancho de pulso, así como circuitos digitales para convertir continuamente la señal entre completamente apagada y completamente encendida. Como consecuencia, hay una salida poderosa en la región de saturación.

Hablaremos sobre diferentes clases de amplificadores con más detalle.

Los modelos de Clase A son los más utilizados debido a su simplicidad de diseño. Esto se debe a varios parámetros de la distorsión de la señal de entrada y, en consecuencia, a la alta calidad del sonido en comparación con todas las demás categorías de amplificadores. Los modelos de esta categoría se caracterizan por una alta linealidad en comparación con otros.

Normalmente, los amplificadores de clase A utilizan una única versión de transistores en su trabajo. Está conectado a la configuración básica del emisor para las dos mitades de la señal, de modo que el transistor de germanio pasará invariablemente a través de él incluso si no hay señal de fase. Esto significa que en la salida, la etapa no pasará completamente a la región de saturación y corte de señal. Tiene su propio punto de compensación aproximadamente en el centro de la línea de carga. Esta estructura lleva al hecho de que el transistor simplemente no se activa; esto se considera una de sus desventajas básicas.

Dado que los dispositivos de clase A son de un solo extremo y operan en la zona lineal de todas las curvas especificadas, un dispositivo de salida pasa a través de 360 ​​grados completos, en cuyo caso el dispositivo de categoría A corresponde completamente a la fuente de corriente.

Dado que los amplificadores de esta categoría funcionan, como ya dijimos, en la región ultra-lineal, la polarización de CC debe configurarse correctamente. - esto asegurará un funcionamiento adecuado y proporcionará un flujo de sonido con una potencia de 24 vatios. Sin embargo, debido al hecho de que el dispositivo de salida siempre está apagado, conduce corriente continuamente y esto crea las condiciones para una pérdida constante de energía en toda la estructura. Esta característica conduce a la liberación de una gran cantidad de calor, mientras que su eficiencia es bastante baja, menos del 40%, lo que los hace poco prácticos cuando se trata de algún tipo de sistemas acústicos potentes. Además, Debido al aumento de la corriente en vacío de la instalación, la fuente de alimentación debe tener las dimensiones adecuadas y estar filtrada al máximo, de lo contrario no se puede evitar el sonido del amplificador y zumbidos de terceros. Fueron estas deficiencias las que llevaron a los fabricantes a seguir trabajando en amplificadores en una categoría más eficiente.

Los fabricantes han diseñado amplificadores de clase B para abordar los problemas de baja eficiencia y sobrecalentamiento asociados con la categoría anterior. En su trabajo, los modelos de categoría B usan un par de transistores adicionales, generalmente bipolares. Su diferencia es que para ambas mitades de la señal, el frente de salida está construido de acuerdo con un circuito push-pull, por lo que cada dispositivo de transistor proporciona amplificación de solo la mitad de la señal de salida.

No existe una corriente de polarización de nivel de CC básica en los amplificadores de esta clase, ya que su corriente de reposo es cero, por lo que los parámetros de potencia de CC suelen ser pequeños. En consecuencia, su eficiencia es mucho mayor que la de los dispositivos A. Al mismo tiempo cuando la señal es positiva, el transistor polarizado en positivo la impulsa, mientras que el negativo permanece apagado. Asimismo, en el momento en que la señal de entrada se vuelve negativa, la positiva se apaga y el transistor polarizado negativamente, por el contrario, se activa y proporciona la mitad negativa de la señal. Como resultado, el transistor, durante su funcionamiento, pasa 1/2 ciclo solo en el semiciclo positivo o negativo de la señal entrante.

Este diseño push-pull es aproximadamente un 45-60% más eficiente que los amplificadores de clase A. Los problemas con los modelos de este tipo es que dan una distorsión significativa en el momento del paso de la señal de audio debido a la "zona muerta" de los transistores en el pasillo de tensiones de entrada con valores de -0,7 V a +0,7 V .

Como todo el mundo sabe por el curso de física, el emisor base debe proporcionar un voltaje de aproximadamente 0,7 V para que el transistor bipolar inicie el cableado completo. Mientras este voltaje no exceda esta marca, el transistor de salida no se moverá a la posición de encendido. Esto significa que la mitad de la señal que ingresa al corredor de 0,7 V comenzará a reproducirse de manera inexacta. En consecuencia, esto hace que los dispositivos de Categoría B sean prácticamente inadecuados para su uso en instalaciones acústicas de precisión.

Para Para superar estas distorsiones, se crearon los llamados dispositivos de compromiso de clase AB.

Este modelo es una especie de diseño en tándem de categoría A y categoría B. Hoy en día, los amplificadores de tipo AB se consideran una de las opciones de diseño más comunes. Por el principio de su funcionamiento, son un poco como productos de la categoría B, con la única excepción de que ambos dispositivos de transistores pueden conducir una señal al mismo tiempo cerca del punto de intersección de los oscilogramas. Esto elimina por completo todos los problemas de distorsión de la señal del anterior amplificador del Grupo B.La diferencia es que un par de transistores tiene un voltaje de polarización bastante bajo, típicamente del 5 al 10% de la corriente de reposo. En este caso, el dispositivo conductor permanece encendido más que el tiempo de un medio ciclo, pero al mismo tiempo es mucho menos que el ciclo completo de la señal de entrada.

Es seguro decir que el dispositivo de tipo AB se considera un excelente compromiso entre los modelos de Clase A y Clase B en términos de eficiencia y linealidad.y, mientras que la eficiencia de conversión de la señal de audio es aproximadamente del 50%.

El diseño de las unidades de clase C tiene la máxima eficiencia, pero al mismo tiempo una linealidad bastante pobre en comparación con todas las demás categorías. El amplificador de clase C tiene una polarización bastante notable, por lo que la corriente de entrada llega a cero y permanece en este nivel durante más de 1/2 ciclo de la señal entrante. En este momento, el transistor está en modo de espera para apagarlo.

Estas características de diseño hacen que sea imposible utilizar amplificadores en sistemas de altavoces. Por regla general, estos modelos han encontrado su campo de aplicación en generadores de alta frecuencia, así como en determinadas versiones de amplificadores de radiofrecuencia, donde los pulsos de corriente emitidos a la salida se convierten en ondas sinusoidales de una frecuencia determinada.

El amplificador de categoría D se refiere a modelos de impulsos no lineales de dos canales, también se denominan amplificadores PWM.

En la gran mayoría de los sistemas de audio, las etapas de salida operan en clase A o AB. En los amplificadores integrados del grupo D, la disipación de potencia de las entradas de línea es significativa incluso en el caso de su máxima implementación completa, casi ideal. Esto le da a los modelos de clase D una ventaja significativa en la mayoría de las áreas de aplicación debido a la generación mínima de calor, el peso y las dimensiones reducidos del dispositivo y, en consecuencia, el costo reducido de los productos, mientras que la vida útil de la batería en tales modelos aumenta en comparación con los modelos de otros diseños.

Amplificador de clase F. Estos modelos proporcionan una mayor eficiencia, su eficiencia es de aproximadamente el 90%.

Amplificador de clase G. Este amplificador es, de hecho, un diseño avanzado de alta linealidad de la unidad base TDA clase AB. Los modelos de esta categoría pueden cambiar automáticamente entre diferentes líneas eléctricas en caso de un cambio en los parámetros de la señal entrante. Tal conmutación reduce significativamente el consumo de energía y, en consecuencia, reduce el consumo de energía causado por la pérdida de calor.

Amplificador de clase I. Estos modelos tienen un par de conjuntos de dispositivos de salida adicionales. Antes de encenderlos, se ubican en una configuración push-pull. El primer dispositivo conmuta la parte positiva de la señal, y el segundo se encarga de conmutar la parte negativa, similar a los amplificadores de Categoría B. Si no hay señal de audio en la entrada, o si la señal alcanza el punto de cruce cero, el El mecanismo de conmutación se enciende y apaga al mismo tiempo que el ciclo principal.

Amplificador de clase S. Esta clase de amplificadores se clasifica como un mecanismo de conmutación no lineal. En términos de su mecanismo de funcionamiento, son algo similares a los amplificadores de la categoría D. Dicho amplificador convierte las señales de entrada analógicas en digitales, amplificándolas muchas veces. Por lo tanto, para aumentar la potencia de salida, generalmente la señal digital del dispositivo de conmutación está completamente encendida o completamente apagada, por lo que la eficiencia de tales dispositivos puede ser del 100%.

Amplificador de clase T. Otra opción para un amplificador digital. Hoy en día, estos modelos están ganando cada vez más popularidad debido a la presencia de microcircuitos que permiten el procesamiento digital de la señal entrante, así como amplificadores de sonido 3D multicanal integrados. Este efecto lo proporciona un diseño que permite que las señales analógicas se conviertan en sonidos PWM digitales más altos. El diseño de los dispositivos Clase C combina las características de una señal de baja distorsión similar a la categoría AV, mientras mantiene la eficiencia al nivel de los modelos Clase D.

Para empezar, analicemos cómo funciona el amplificador en principio. Seguro que te sorprenderás, pero en realidad el amplificador de fábrica no amplifica nada. De hecho, el mecanismo de su funcionamiento se asemeja al funcionamiento de la grúa más simple: gira la manija y el agua del suministro de agua comienza a verter, más fuerte o más débil, y si la gira, el flujo se bloqueará. En los amplificadores, todos los procesos ocurren de la misma manera. Desde el potente módulo de fuente de alimentación, la corriente fluye a través del altavoz conectado al dispositivo. En este caso, la función del grifo es asumida por transistores: en la salida, el grado de cierre y apertura está controlado por la señal que pasa al amplificador. A partir de cómo funciona exactamente esta grúa, es decir, cómo funcionan los transistores de salida y se determina la clase de amplificadores.

Si estamos hablando de dispositivos AB, entonces los transistores en ellos pueden tener la desagradable propiedad de abrirse y cerrarse desproporcionadamente a las señales que les llegan. Por lo tanto, su trabajo no cambia. Volviendo a la analogía con el grifo: puede girar la manija del grifo, pero el agua fluirá débilmente al principio y luego, de repente, el flujo aumentará repentinamente.

Por esta razón Los transistores de categoría AB deben mantenerse abiertos incluso si no hay señal. Esto es necesario para que comiencen a funcionar de inmediato y no esperen hasta que la señal alcance un cierto nivel; solo en este caso, el amplificador podrá reproducir el sonido con una distorsión mínima. En la práctica, esto significa que se desperdicia parte de la energía útil. Imagínese que abre todos los grifos de agua del apartamento, y un pequeño hilo de agua saldrá continuamente de ellos. Como resultado, la eficiencia de dichos modelos no supera el 50-70%, es la baja eficiencia la principal desventaja de los amplificadores de clase AV.

Si hablamos de dispositivos de clase D, entonces el principio de funcionamiento es absolutamente el mismo: tienen sus propios transistores de salida que pueden encenderse y apagarse. Así, se regula el paso de corriente a través de los altavoces conectados a ellos, pero la señal ya controla su apertura, que por su configuración está muy alejada de la entrante.

Así es como se alimenta la señal a los transistores de salida de los dispositivos de Clase D. En este caso, funcionarán de manera completamente diferente: o bien se cierran por completo o se abren sin valores intermedios. Esto significa que la eficiencia de dichos modelos puede ser cercana al 100%.

Por supuesto, es demasiado pronto para enviar tales señales a los sistemas de audio, primero debería volver a la configuración estándar. Esto se puede hacer mediante un inductor de salida, así como un condensador; después de procesarlos, se forma una señal amplificada en la salida, que en su forma repite completamente la señal de entrada. Es él quien se transmite a los hablantes.

La principal ventaja de los dispositivos de clase D es la mayor eficiencia. y, en consecuencia, un consumo de energía más suave

Durante mucho tiempo se creyó que para conectar sistemas de altavoces de alta calidad, los amplificadores AB serán la solución óptima... Los modelos de categoría D dieron la conversión de la señal entrante a una señal pulsada con una frecuencia reducida, como resultado, dio un buen sonido solo en el modo subwoofer.Hoy en día, la tecnología ha dado un gran paso adelante, y hoy en día ya existen transistores de alta velocidad que pueden abrirse y también cerrarse casi instantáneamente, hay bastantes dispositivos de banda ancha de clase D en las tiendas.

Estos modelos están diseñados para su uso no solo con subwoofers, sino también con sistemas de altavoces modernos de todo tipo. Para aquellas opciones donde no se requiere alta potencia, tiene sentido comprar un amplificador bastante compacto.

Por lo tanto, si tiene suficiente espacio para conectar el altavoz, entonces puede elegir un modelo de clase AV. Durante varias décadas de existencia, los circuitos de estos modelos se han desarrollado bien, dan una calidad de sonido bastante buena y, en caso de avería, puede repararlos fácilmente en el centro de servicio más cercano.

Si el área para la instalación de sonido es limitada, entonces debería echar un vistazo más de cerca a los modelos de banda ancha del grupo D. Con los mismos parámetros de potencia que los productos de clase AV, son mucho más pequeños y livianos, además, se calientan menos, y algunos modelos incluso permiten instalarlos en secreto con la menor interferencia.

Para conectar subwoofers, la clase D establece la máxima ventaja, dado que el bloque de tono de graves es el rango de frecuencia que consume más energía, en este caso, la eficiencia del producto es de fundamental importancia, y en esto simplemente no hay competidores para los productos de clase D.

En este video, puede familiarizarse más claramente con las clases de amplificadores de sonido.