อธิบายคลาสแอมพลิฟายเออร์: คลาส A, B, AB, D, G, H และวิธีการเลือกที่ถูกต้อง

การวางซับวูฟเฟอร์ขนาด 500 วัตต์ไว้ในตู้จะบังคับให้ต้องตัดสินใจเกี่ยวกับข้อมูลจำเพาะก่อนสิ่งอื่นใด นั่นคือคลาสแอมพลิฟายเออร์ใดที่จะขับเคลื่อนสเตจเอาท์พุต ตัวเลือกเดียวนั้นจะกำหนดมวลของแผ่นระบายความร้อน น้ำหนักของแหล่งจ่ายไฟ ปริมาตรของตู้ และปริมาณพื้นที่ว่างที่เหลืออยู่ก่อนที่จะได้ยินเสียงผิดเพี้ยน ข้อสรุปที่เป็นประโยชน์สำหรับผู้สร้างระบบ: คลาส D ครอบงำการออกแบบโมดูลเสียงระดับมืออาชีพใหม่ๆ เนื่องจากจะแปลง 85-95 เปอร์เซ็นต์ของกำลังไฟที่จ่ายให้เป็นสัญญาณ คลาส เอบี ยังคงเป็นการอ้างอิงแบบอะนาล็อกเพื่อเสียงที่โปร่งใสและการบริการที่คาดการณ์ได้ คลาส G และคลาส H มอบเส้นทางตรงกลางสำหรับสเตจเชิงเส้นกำลังสูงที่ต้องการความร้อนน้อยกว่า คลาส A และคลาส B มีความสำคัญในฐานะแนวคิดในปัจจุบันเป็นหลัก แต่พฤติกรรมมุมการนำของพวกมันจะอธิบายทุกคลาสที่ตามมา

อะไรเป็นตัวกำหนดคลาสแอมพลิฟายเออร์?

คลาสแอมพลิฟายเออร์ทุกคลาสถูกกำหนดโดยมุมการนำไฟฟ้าของอุปกรณ์เอาท์พุต ซึ่งเป็นส่วนของรอบอินพุตแต่ละรอบที่ทรานซิสเตอร์ส่งผ่านกระแส อุปกรณ์ที่ทำงาน 360 องศาจะเปิดอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ที่ทำมุม 180 องศาจะรองรับรูปคลื่นเพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้น มุมการนำไฟฟ้ากำหนดเพดานประสิทธิภาพตามทฤษฎี เนื่องจากอุปกรณ์นำไฟฟ้าที่ไม่ให้สัญญาณยังคงกระจายพลังงานอยู่ นอกจากนี้ยังทำนายลักษณะการบิดเบือนของพื้นที่งานด้วย

คลาสด้านล่างนี้ครอบคลุมทุกสิ่งที่นักออกแบบระบบเสียงจะพบเจอ คลาส C จะปรากฏสำหรับการอ้างอิงเท่านั้น: การใช้งานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 180 องศาจะเพิ่มประสิทธิภาพได้มากกว่า 70 เปอร์เซ็นต์ แต่จะทำให้เอาท์พุตแบนราบลงอย่างมากจนถูกจำกัดไว้เฉพาะกับเครื่องส่งสัญญาณความถี่วิทยุแทนที่จะเป็นเสียง ค่าประสิทธิภาพเป็นช่วงเชิงปฏิบัติที่อ้างถึงในเอกสารอ้างอิงทางอิเล็กทรอนิกส์และเอกสารข้อมูลโมดูลที่จัดทำขึ้น ตัวเลขที่แน่นอนขึ้นอยู่กับแรงดันไฟจ่าย โหลด และระดับการทำงาน

คลาส A: ความเป็นเชิงเส้นที่ต้นทุนการดำเนินงานสูง

ขั้นตอนเอาต์พุตคลาส A ดำเนินการเต็ม 360 องศา อุปกรณ์ตัวเดียวหรือคู่ที่ทำงานในโหมดปลายเดียว จะอยู่ในภูมิภาคที่ใช้งานแม้ว่าจะไม่มีสัญญาณอินพุตก็ตาม นั่นทำให้คลาส A เป็นโทโพโลยีเชิงเส้นตรงที่สุดในตระกูลอะนาล็อก: ไม่มีการแฮนด์ออฟระหว่างอุปกรณ์ ดังนั้นจึงไม่มีความผิดเพี้ยนของครอสโอเวอร์ตามคำจำกัดความ ราคากระจายไม่ได้ใช้งานมหาศาล ประสิทธิภาพคลาส A ปลายเดี่ยวที่ใช้งานจริงอยู่ระหว่าง 20 ถึง 30 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้นแอมพลิฟายเออร์ 100 วัตต์จึงทิ้งความร้อน 200 ถึง 300 วัตต์ แผ่นระบายความร้อนเติบโตขึ้น หม้อแปลงเติบโตขึ้น และค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานกลายเป็นเรื่องถาวร ในโมดูลเสียงระดับมืออาชีพ สเตจเอาต์พุตคลาส A เต็มรูปแบบจะมีอยู่ที่ระดับปรีแอมป์เท่านั้น ภายในเครื่องขยายสัญญาณเสียง คลาส A จะยังคงอยู่ในฐานะขอบเขตอคติของสัญญาณขนาดเล็กของระยะอินพุตคลาส AB

คลาส B: ต้นกำเนิดแบบกด-ดึง

คลาส B แบ่งรูปคลื่นออกเป็นสองซีก โดยทรานซิสเตอร์ตัวหนึ่งดันครึ่งวงจรที่เป็นบวก และอีกตัวหนึ่งจะดึงครึ่งวงจรที่เป็นลบ ดังนั้นอุปกรณ์แต่ละตัวจึงเคลื่อนที่ได้ 180 องศาพอดี ประสิทธิภาพทางทฤษฎีเพิ่มขึ้นเป็น 78.5 เปอร์เซ็นต์ แต่การเปลี่ยนแปลงที่จุดศูนย์ทำให้เกิดความผิดเพี้ยนของครอสโอเวอร์เมื่อไม่มีอุปกรณ์ใดควบคุมได้อย่างสมบูรณ์ ไม่มีขั้นตอนเอาต์พุตเสียงที่จริงจังทำงานในคลาส B ล้วนๆ เนื่องจากสามารถได้ยินความไม่ต่อเนื่องที่ระดับสัญญาณต่ำ นักออกแบบเพิ่มกระแสอคติเล็กน้อยเพื่อให้อุปกรณ์ทั้งสองเปิดอยู่เล็กน้อยที่จุดศูนย์ และการปรับเปลี่ยนนั้นคือสิ่งที่กำหนดคลาส AB

คลาส AB: ม้าทำงานแบบอะนาล็อก

คลาส AB เพิ่มอคตินิ่งที่ควบคุมให้กับโครงสร้างแบบพุชพูล อุปกรณ์เอาท์พุตทั้งสองตัวดำเนินการเพียงเล็กน้อยที่จุดศูนย์ เพื่อกำจัดรอยบากของครอสโอเวอร์ จากนั้นถอยกลับไปยังจุดตัดเมื่อสัญญาณเพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพจะอยู่ระหว่าง 50 ถึง 65 เปอร์เซ็นต์ในการออกแบบเสียงที่ใช้งานได้จริง โมดูลคลาส AB ขนาด 600 วัตต์ยังคงปล่อยกำลังไฟ 200 ถึง 300 วัตต์เมื่อขับเคลื่อนอย่างหนัก ดังนั้นแผงระบายความร้อนที่มีครีบลึกและบางครั้งการบังคับอากาศยังคงเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบ

วิศวกรเลือกคลาส AB เมื่อพฤติกรรมของโทนเสียงเป็นลำดับความสำคัญและขนาดตู้ได้รับอนุญาต ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสไบอัส ความบิดเบี้ยว และภาระความร้อนนั้นละเอียดอ่อนมากจนผู้ผลิตต้องปรับเทียบค่าดังกล่าวตลอดหลายปีของการปรับแต่งการผลิต นั่นคือเหตุผลว่าทำไมวิศวกรจึงใช้เวลาในส่วนเอาท์พุตมากพอๆ กับไดรเวอร์ เนื่องจาก การมีส่วนร่วมของโมดูลเครื่องขยายเสียงต่อคุณภาพเสียง ได้ยินง่ายกว่าการวัด

คลาส D: การสลับเพื่อประสิทธิภาพ

คลาส D ละทิ้งแบบจำลองมุมการนำไฟฟ้าโดยสิ้นเชิง ทรานซิสเตอร์เอาท์พุตจะสลับกันระหว่างความอิ่มสีเต็มที่และค่าคัทออฟเต็มที่ที่ความถี่พาหะที่อยู่เหนือแถบเสียง โดยปกติจะอยู่ที่ 400 kHz ถึง 1 MHz และสัญญาณเสียงจะวิ่งตามรอบการทำงานของผลลัพธ์รูปคลื่นมอดูเลตความกว้างพัลส์ที่เกิดขึ้น ตัวกรอง LC จะสร้างย่านความถี่เสียงที่เอาต์พุตขึ้นมาใหม่ เนื่องจากสวิตช์อิ่มตัวแทบจะไม่มีแรงดันไฟฟ้าเลย และสวิตช์ตัดกระแสไฟผ่านแทบไม่มีกระแส ประสิทธิภาพทางทฤษฎีจึงเข้าใกล้ 100 เปอร์เซ็นต์ โมดูลจริงส่งมอบ 85 ถึง 95 เปอร์เซ็นต์

ผลที่ตามมาสำหรับการออกแบบลำโพงจะเกิดขึ้นทันที เวที คลาสดี ขนาด 500 วัตต์ช่วยให้แผงระบายความร้อนมีขนาดเล็กพอสำหรับแชสซีแบบหล่อ ในขณะที่เวที คลาสเอบี ที่เทียบเท่ากันนั้นต้องการโปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูปหนักและหม้อแปลงที่ใหญ่กว่า เสียงตอบรับหลังฟิลเตอร์สมัยใหม่แก้ไขกลไกการบิดเบือนของการออกแบบสวิตช์ในช่วงแรกๆ และโมดูล Class D ที่ได้รับการติดตั้งอย่างดีผ่านการเปรียบเทียบการฟังแบบ Blind Listening กับแอมพลิฟายเออร์อนาล็อกที่ดี

ความพยายามทางวิศวกรรมที่แท้จริงอยู่ที่ตัวกรองเอาท์พุต ลักษณะการทำงานของ EMI และการจัดการเวลาหยุดทำงานของขั้นตอนการสวิตช์ ซัพพลายเออร์ที่เชี่ยวชาญด้านนี้มักจะจับคู่แกนสวิตช์กับส่วนหน้าที่มีการแก้ไขเรโซแนนซ์หรือตัวประกอบกำลัง แทนที่จะถือว่าตัวกรองเป็นสิ่งที่ตามมาภายหลัง

โมดูลแอมพลิฟายเออร์ซับวูฟเฟอร์แบบแอคทีฟ EON522SUB พร้อมแหล่งจ่ายเรโซแนนซ์ LLC โมดูลซับวูฟเฟอร์คลาส D 500W นี้จับคู่แหล่งจ่ายไฟรีโซแนนซ์ LLC 800W เข้ากับการป้องกันโอเวอร์โหลด การลัดวงจร และความร้อน ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานเสียงเบสประสิทธิภาพสูงที่กล่าวถึงในข้อความโดยรอบ ดูผลิตภัณฑ์ →

คลาส G และคลาส H: รางจ่ายที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้น

คลาส G และคลาส H จะคงสเตจเอาต์พุตเชิงเส้นของแอมพลิฟายเออร์ AB แต่ป้อนด้วยรางจ่ายที่ปรับให้เข้ากับสัญญาณ คลาส G จะรักษารางคงที่ตั้งแต่สองรางขึ้นไป โดยสลับไปที่รางที่สูงกว่าเมื่อสัญญาณพีคต้องการเท่านั้น คลาส H ปรับแรงดันไฟฟ้าของรางอย่างต่อเนื่อง โดยติดตามขอบเขตสัญญาณด้วยพื้นที่ด้านบนเพียงไม่กี่โวลต์ อุปกรณ์เอาท์พุตยังคงเป็นเส้นตรงในทั้งสองกรณี ดังนั้นโปรไฟล์การบิดเบือนจึงคล้ายกับคลาส AB แต่แรงดันไฟฟ้าเฉลี่ยทั่วทั้งอุปกรณ์จะต่ำกว่า ซึ่งช่วยลดความร้อนเหลือทิ้งและผลักดันประสิทธิภาพให้อยู่ในช่วง 65-80 เปอร์เซ็นต์

ต้นทุนจะย้ายไปอยู่ในแหล่งจ่ายไฟ: หม้อแปลงหลายรางที่มีลอจิกสวิตช์โอเวอร์สำหรับคลาส G หรือตัวควบคุมการติดตามอย่างรวดเร็วสำหรับคลาส H คลาสเหล่านี้เหมาะกับซับวูฟเฟอร์และโมดูลไลน์อาเรย์ โดยที่ดนตรีที่มีปัจจัยยอดสูงหมายความว่ารางที่สูงกว่าจะทำงานเฉพาะในช่วงพีคที่สั้นเท่านั้น วิธีการคลาส H เป็นตัวเลือกทั่วไปสำหรับตู้ขยายสัญญาณแบบสองช่องที่มีการจ่ายไฟหม้อแปลงเชิงเส้น ซึ่งเป็นสาเหตุที่ซัพพลายเออร์โมดูลลงรายการชุดค่าผสมนี้เป็นการกำหนดค่ามาตรฐาน

การเปรียบเทียบคลาสแอมพลิฟายเออร์ในโมดูลจริง

การตัดสินใจในชั้นเรียนจะไม่แยกออกจากกัน โดยจะโต้ตอบกับแหล่งจ่ายไฟ กล่องหุ้ม และรอบการทำงานของโปรแกรมเพลง แผนภูมิด้านล่างแสดงให้เห็นว่าเหตุใดคลาส D จึงน่าดึงดูดใจในระบบแบบพกพาและกะทัดรัด

คลาส D รักษาประสิทธิภาพสูงในช่วงเอาต์พุตส่วนใหญ่ ในขณะที่ประสิทธิภาพของคลาส AB จะลดลงเมื่อระดับการฟังต่ำ เอาต์พุตเฉลี่ย 50 วัตต์จากโมดูลคลาส AB ขนาด 500 วัตต์อาจมีประสิทธิภาพประมาณ 25-30 เปอร์เซ็นต์; เงื่อนไขเดียวกันทำให้โมดูล Class D สูงกว่า 75 เปอร์เซ็นต์ ตลอดฤดูกาลท่องเที่ยว ความแตกต่างนั้นจะแสดงในเรื่องค่าไฟฟ้า ความร้อนของชั้นวาง และความถี่ที่กระตุ้นให้เกิดการป้องกันความร้อน

ทำความเข้าใจว่าโมดูลเพาเวอร์แอมป์แบบแอคทีฟประกอบด้วยอะไรบ้าง ช่วยให้ผู้ซื้อใช้เมทริกซ์นี้ได้อย่างถูกต้อง จดหมายประจำชั้นเรียนอธิบายเฉพาะระดับกำลังเท่านั้น การออกแบบแหล่งจ่ายไฟ โทโพโลยีป้อนกลับ และวงจรป้องกันจะกำหนดความน่าเชื่อถือในโลกแห่งความเป็นจริง ตัวอย่างเช่น โมดูลซับวูฟเฟอร์รวมรางไฟฟ้าแรงสูงเข้ากับการจำกัดเอาท์พุตเพื่อให้สามารถโปรแกรมเสียงเบสต่อเนื่องได้ ดังนั้นตัวเลือกคลาสและคุณสมบัติการป้องกันจึงต้องประเมินเป็นระบบเดียว

EON180S 2092 BTL โมดูลเครื่องขยายเสียงซับวูฟเฟอร์สำหรับเสียงระดับมืออาชีพ โมดูลซับวูฟเฟอร์นี้มีเอาต์พุต Class D BTL 650W และแหล่งจ่ายสวิตชิ่ง 800W มีวงจรป้องกันที่เหมาะสำหรับการใช้งานเสียงเบสอย่างต่อเนื่อง ซึ่งสอดคล้องกับข้อพิจารณาเกี่ยวกับคลาสเครื่องขยายเสียงที่อธิบายไว้ข้างต้น ดูผลิตภัณฑ์ →

กายวิภาคของโมดูลเพาเวอร์แอมป์

ภาพตัดขวางของโมดูลสมัยใหม่แสดงให้เห็นว่าชั้นเรียนโต้ตอบกับทุกสิ่งรอบตัวอย่างไร ระยะอินพุตรับสัญญาณที่สมดุลหรือประมวลผลด้วย DSP ระยะไดรเวอร์กำหนดรูปแบบการควบคุมการสวิตชิ่งหรือเชิงเส้น ระยะเอาต์พุตเป็นไปตามคลาสที่เลือก และแหล่งจ่ายไฟจะกำหนดเพดานประสิทธิภาพ แผนภาพไอโซเมตริกด้านล่างแสดงการจัดเรียงโดยทั่วไปของบล็อกเหล่านี้ในโมดูลที่มีในตัวเอง

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับคลาสแอมพลิฟายเออร์