จะเพิ่มพลังเอาท์พุตเสียง 35% โดยใช้การออกแบบแอมพลิฟายเออร์คลาส AB ได้อย่างไร

คำตอบโดยตรง: ทำไม เครื่องขยายเสียงคลาส AB การออกแบบให้พลังเอาท์พุตเพิ่มขึ้น 35%

แอมพลิฟายเออร์ลำโพง คลาสเอB ที่ได้รับการปรับปรุงอย่างเหมาะสมให้พลังเอาต์พุตเสียงที่ใช้งานได้มากกว่า 30% ถึง 38% เมื่อเทียบกับการออกแบบคลาส A ที่เทียบเคียงได้ ซึ่งทำงานจากแรงดันไฟฟ้าและงบประมาณด้านความร้อนเดียวกัน — และทำเช่นนั้นในขณะที่รักษาค่า THD (Total Harmonic Distortion) ให้ต่ำกว่า 0.05% ตลอดแบนด์วิดท์ที่ได้ยิน ผลลัพธ์ที่ได้มาจากโทโพโลยีสเตจเอาท์พุตแบบพุช-พูล โดยที่คู่ทรานซิสเตอร์เสริมสองคู่แบ่งโหลดและแต่ละคู่ดำเนินการมากกว่าครึ่งหนึ่งของรอบสัญญาณเล็กน้อย ช่วยขจัดจุดตายของครอสโอเวอร์ของคลาส B ในขณะเดียวกันก็ฟื้นกำลังช่วงบนที่เสียไปในกระแสไฟที่ไม่ได้ใช้งานคงที่ของ คลาสเอ

ในทางปฏิบัติ: แอมพลิฟายเออร์คลาส A ที่เอนเอียงสำหรับเอาต์พุต 50W อาจกระจายกำลังยืน 200W ที่ไม่ได้ใช้งาน การออกแบบคลาส AB ที่สร้างเอาต์พุต 50W เท่ากันจากทรานซิสเตอร์ตัวเดียวกันมักจะกระจายไปเท่านั้น 60 ถึง 80W ที่ไม่ได้ใช้งาน — ปลดปล่อยพื้นที่ระบายความร้อนที่สามารถเปลี่ยนเส้นทางไปยังกำลังเอาท์พุตสูงสุดที่สูงขึ้นได้ พื้นที่ส่วนหัวที่นำความร้อนกลับมาใช้ใหม่นั้นเป็นแหล่งที่มาหลักของการปรับปรุงเอาท์พุต 35% ที่อ้างถึงในรายงานการวัดทางวิศวกรรม

ทำความเข้าใจกับคลาส AB: ขั้นตอนเอาท์พุตแบบพุช-พูลทำงานอย่างไร

โทโพโลยีเครื่องขยายเสียงลำโพง คลาสเอบี ตั้งอยู่ระหว่างจุดสุดขั้วสองจุด ทรานซิสเตอร์คลาส A ดำเนินการอย่างต่อเนื่องตลอดวงจรสัญญาณ 360 องศา — สะอาดแต่สิ้นเปลืองความร้อน ทรานซิสเตอร์คลาส B ทำหน้าที่คนละ 180 องศาพอดี — มีประสิทธิภาพแต่มีแนวโน้มที่จะเกิดการบิดเบือนครอสโอเวอร์ที่จุดศูนย์ข้าม คลาส AB แก้ปัญหาทั้งสองอย่างด้วยการไบอัสทรานซิสเตอร์เอาท์พุตแต่ละตัวเพื่อดำเนินการ ประมาณ 190 ถึง 200 องศา — การเหลื่อมซ้อนเพียงพอที่จะขจัดความผิดเพี้ยนของครอสโอเวอร์โดยไม่มีโทษทางความร้อนของการดำเนินการคลาส A เต็มรูปแบบ

บทบาทของอคติในปัจจุบันที่สงบนิ่ง

พารามิเตอร์ควบคุมหลักในวงจรเครื่องขยายสัญญาณเสียงคลาส AB ความเที่ยงตรงสูงคือกระแสนิ่ง (Iq) ซึ่งเป็นกระแสนิ่งที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์เอาท์พุตที่อินพุตสัญญาณเป็นศูนย์ การตั้งค่า Iq อย่างถูกต้องเป็นขั้นตอนที่สำคัญที่สุดในการทดสอบการทำงานของเครื่องขยายเสียง คลาสเอบี:

• ต่ำเกินไป (ต่ำกว่า 10–20 mA สำหรับระยะเอาต์พุตทั่วไป): การบิดเบือนแบบครอสโอเวอร์จะปรากฏที่ระดับสัญญาณต่ำ ทำให้ THD สูงกว่าขีดจำกัดที่ยอมรับได้ และลดคุณภาพการฟังในระดับเสียงปานกลาง
• ถูกต้อง (โดยทั่วไปคือ 25–80 mA ขึ้นอยู่กับประเภททรานซิสเตอร์เอาต์พุต): การบิดเบือนของครอสโอเวอร์ถูกระงับอย่างสมบูรณ์ THD ยังคงต่ำกว่า 0.05% และแอมพลิฟายเออร์ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
• สูงเกินไป (เข้าใกล้อาณาเขต Class A, มากกว่า 150–200 mA): ประสิทธิภาพลดลง โหลดความร้อนของฮีทซิงค์เพิ่มขึ้นอย่างมาก และกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตที่มีอยู่ลดลงแทนที่จะเพิ่มขึ้น

ทรานซิสเตอร์ตัวคูณ Vbe (หรือที่เรียกว่า Bias Spreader) ที่ติดตั้งโดยตรงบนฮีทซิงค์ระยะเอาท์พุตเป็นวิธีการมาตรฐานสำหรับการติดตามความร้อน Iq — เนื่องจากทรานซิสเตอร์เอาท์พุตร้อนขึ้นภายใต้โหลด ตัวกระจายไบแอสจะลดแรงดันไบแอสโดยอัตโนมัติ ทำให้ Iq คงที่ และป้องกันการเคลื่อนตัวของความร้อน

การเปรียบเทียบคลาสแอมพลิฟายเออร์: ข้อมูลกำลังเอาต์พุตและประสิทธิภาพ

เพื่อให้เข้าใจถึงข้อดีของกำลังเอาต์พุต 35% ของคลาส AB การเปรียบเทียบต่อไปนี้จะใช้เงื่อนไขอ้างอิงที่เป็นมาตรฐาน: ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตที่เหมือนกัน (คู่เสริม 2SC5200/2SA1943) รางจ่ายไฟที่เหมือนกัน ±45V และโหลดความต้านทาน 8 โอห์มที่เหมือนกันในทุกคลาส

คลาส AB ส่งมอบ กำลังขับมากกว่าคลาส A ถึง 33% จากฮาร์ดแวร์เดียวกัน ในขณะเดียวกันก็รักษา THD ไว้ที่ระดับที่ไม่ได้ยินแม้แต่ผู้ฟังที่ได้รับการฝึกในการทดสอบการฟังแบบควบคุม คลาส D นำเสนอประสิทธิภาพที่สูงกว่า แต่นำเสนออุปกรณ์สวิตช์ที่ต้องมีการออกแบบตัวกรองเอาต์พุตอย่างระมัดระวังเพื่อระงับ — สำหรับการใช้งานเครื่องขยายเสียงลำโพงความเที่ยงตรงสูงที่ให้ความสำคัญกับความบริสุทธิ์ของเสียง คลาส AB ยังคงเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม

เทคนิคการออกแบบวงจรห้าประการที่เพิ่มกำลังเอาท์พุตคลาส AB ให้สูงสุด

การบรรลุข้อได้เปรียบด้านกำลังเอาต์พุตเต็ม 35% ของโมดูลเครื่องขยายเสียง Class AB ที่มีความผิดเพี้ยนต่ำ จำเป็นต้องให้ความสนใจกับพารามิเตอร์การออกแบบวงจรเฉพาะห้าพารามิเตอร์ แต่ละคนมีส่วนร่วมอย่างอิสระ และจะรวมกันเมื่อนำมาใช้ร่วมกัน

การเพิ่มประสิทธิภาพแรงดันไฟฟ้าของรางจ่ายไฟ

กำลังเอาท์พุตในแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นจะปรับสเกลด้วยกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ: แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่เพิ่มขึ้นสองเท่าจะเพิ่มกำลังเอาท์พุตที่เป็นไปได้เป็นสี่เท่า สำหรับเครื่องขยายเสียงลำโพง Class AB ที่ขับโหลด 8 โอห์ม กำลังเอาต์พุตสูงสุดตามทฤษฎีจะอยู่ที่ประมาณ Vcc² ۞ (2 × RL) . ในทางปฏิบัติ แรงดันอิ่มตัวของทรานซิสเตอร์เอาท์พุตและการสูญเสียสเตจของไดรเวอร์จะลดลง 15 ถึง 20% กฎการปฏิบัติ: ใช้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ทรานซิสเตอร์เอาท์พุตของคุณพิกัด Vceo อนุญาตอย่างปลอดภัย — โดยทั่วไป 80 ถึง 90% ของแรงดันไฟฟ้าตัวสะสม-ตัวปล่อยสูงสุดของทรานซิสเตอร์ — และคุณสามารถกู้คืนทุกวัตต์ที่การออกแบบแรงดันไฟฟ้าต่ำทิ้งไว้โดยไม่ได้ใช้

ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตแบบขนานเพื่อลด Rce

คู่ทรานซิสเตอร์เอาต์พุตเดี่ยวจะจำกัดการส่งกระแสไฟฟ้าเนื่องจากความต้านทานออนและเพดานความร้อน การขนานคู่หรือสามคู่ของทรานซิสเตอร์ที่ตรงกันจะช่วยลดความต้านทานเอาท์พุตที่มีประสิทธิภาพลงครึ่งหนึ่งหรือสาม ทำให้แอมพลิฟายเออร์สามารถจ่ายกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้นไปยังโหลดที่มีอิมพีแดนซ์ต่ำโดยไม่เกิดการตัดทอนก่อนเวลาอันควร โดยทั่วไปแล้วการขนานทรานซิสเตอร์ 2SC5200/2SA1943 สองคู่จะเพิ่มกระแสเอาต์พุตต่อเนื่องจาก 8A เป็น 15A — เพิ่มการส่งกำลังโดยตรงไปยังโหลด 4 โอห์มจากประมาณ 100W เป็น 180W คู่ขนานแต่ละคู่ควรมีตัวต้านทานตัวปล่อยขนาดเล็ก (0.1 ถึง 0.22 โอห์ม) เพื่อให้แน่ใจว่ามีการแบ่งปันกระแสไฟ

ความจุกระแสไฟของไดร์เวอร์สเตจ

ทรานซิสเตอร์ตัวขับ (ระยะก่อนคู่เอาท์พุต) จะต้องจ่ายกระแสเบสให้เพียงพอเพื่อให้ทรานซิสเตอร์เอาท์พุตอิ่มตัวเต็มที่ในระหว่างทรานเซียนท์กำลังสูง สเตจไดรเวอร์ที่มีกำลังต่ำจะสร้างการบีบอัดแบบไดนามิก — ดูเหมือนว่าแอมพลิฟายเออร์จะมีกำลังเพียงพอที่คลื่นไซน์คงที่ แต่จะบีบอัดบนคลื่นชั่วคราวทางดนตรีซึ่งมีความต้องการพุ่งสูงขึ้นในทันที ระบุไดร์เวอร์ทรานซิสเตอร์ด้วยค่าขั้นต่ำ hFE (อัตราขยายปัจจุบัน) เท่ากับ 100 ที่กระแสสะสมที่ต้องการ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าติดตั้งด้วยการระบายความร้อนของตัวเองอย่างเพียงพอ แทนที่จะอาศัยฮีทซิงค์ระยะเอาท์พุต

ความแข็งของพาวเวอร์ซัพพลาย: ขนาดตัวเก็บประจุอ่างเก็บน้ำ

วงจรเครื่องขยายสัญญาณเสียงคลาส AB ความเที่ยงตรงสูงสามารถส่งกำลังเอาท์พุตที่กำหนดได้ก็ต่อเมื่อรางจ่ายไฟยังคงเสถียรภายใต้ความต้องการกระแสไฟโหลดสูงสุด Rail sag - แรงดันไฟฟ้าตกภายใต้โหลดชั่วคราว - ถูกกำหนดโดยธนาคารตัวเก็บประจุของอ่างเก็บน้ำ ข้อกำหนดมาตรฐานคือ 4,000 ถึง 10,000 µF ต่อแอมแปร์ของกระแสเอาต์พุตสูงสุดต่อราง . สำหรับแอมพลิฟายเออร์ 100W / 8 โอห์มที่ดึงกระแสสูงสุดประมาณ 3.5A นี่หมายถึงขั้นต่ำ 14,000 µF ต่อราง โดยทั่วไปจะใช้ตัวเก็บประจุ 4,700 µF / 80V สองหรือสามตัวขนานกัน ตัวเก็บประจุขนาดเล็กเกินไปเป็นสาเหตุหนึ่งที่พบบ่อยที่สุดของกำลังไฟฟ้าเอาท์พุตในโลกแห่งความเป็นจริงที่น่าผิดหวัง แม้ว่าจะมีข้อกำหนดบนกระดาษที่เพียงพอก็ตาม

การออกแบบลูปคำติชมเชิงลบทั่วโลก

การตอบรับเชิงลบโดยรวม (NFB) เป็นกลไกหลักในการลด THD ในแอมพลิฟายเออร์ลำโพง Class AB ห่วง NFB ที่ออกแบบมาอย่างดีด้วย อัตราขยายลูป 20 ถึง 40 dB ที่ 1kHz สามารถลด THD แบบลูปเปิดได้ 1–3% เหลือช่วง 0.01–0.05% ที่เอาต์พุต อย่างไรก็ตาม อัตราขยายของลูป NFB ที่มากเกินไปทำให้เกิดปัญหาระยะขอบที่ความถี่สูง ทำให้เกิดการสั่นหรือเสียงเรียกเข้า เกณฑ์ความมั่นคงขั้นต่ำคือ ระยะขอบ 45 องศาที่ความถี่เอกภาพเกน ตรวจสอบโดยการวัด Bode plot หรือการจำลอง SPICE ก่อนการสร้างจริง

ประสิทธิภาพ THD ข้ามความถี่: ดูดีขนาดไหน

โมดูลเครื่องขยายเสียงคลาส AB ที่มีความผิดเพี้ยนต่ำที่ดำเนินการอย่างดีควรเป็นไปตามเกณฑ์มาตรฐาน THD ต่อไปนี้ตลอดช่วงความถี่เสียงที่กำลังเอาต์พุตที่กำหนดเป็นโหลด 8 โอห์ม ค่าเหล่านี้แสดงถึงเป้าหมายที่ทำสำเร็จได้สำหรับวงจรแยกที่ออกแบบอย่างเหมาะสม ไม่ใช่ข้อจำกัดทางทฤษฎี

การจัดการระบายความร้อน: การปกป้องการรับพลังงานเอาท์พุตภายใต้สภาวะโหลดจริง

ข้อได้เปรียบด้านกำลังเอาต์พุตของแอมพลิฟายเออร์ลำโพง Class AB จะยังคงอยู่ก็ต่อเมื่อการออกแบบด้านความร้อนช่วยรักษาอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อให้อยู่ในข้อกำหนดภายใต้โหลดที่ต่อเนื่อง การหนีความร้อน - โดยที่อุณหภูมิของทรานซิสเตอร์ที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มกระแสของตัวสะสม ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอีก - เป็นโหมดความล้มเหลวที่มีแนวโน้มมากที่สุดที่จะทำลายเวที Class AB ที่ได้รับการออกแบบมาอย่างดี

การคำนวณขนาดฮีทซิงค์

ความต้านทานความร้อนของฮีทซิงค์ (Rth) ต้องคำนวณจากอุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุดที่อนุญาตจนถึงอุณหภูมิโดยรอบ สำหรับแอมพลิฟายเออร์คลาส AB 100W ที่กระจายประมาณ 80W ในระยะเอาท์พุตที่กำลังเต็มที่เป็น 8 โอห์ม:

• อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุดเป้าหมาย: 125°ซ (ค่าสูงสุดสัมบูรณ์สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน เป้าหมายการออกแบบคือ 100°C)
• สมมติฐานอุณหภูมิแวดล้อม: 40°ซ (อนุญาตให้มีสภาวะชั้นวางอุปกรณ์ที่อบอุ่น)
• ความต้านทานความร้อนระหว่างทางแยกของทรานซิสเตอร์ (Rjc): โดยทั่วไป 0.7°C/วัตต์ สำหรับแพ็คเกจ TO-3P
• ความต้านทานความร้อนจากฮีทซิงค์ต่ออุณหภูมิโดยรอบที่ต้องการ: (100 - 40) / 80 - 0.7 = ประมาณ 0.05°C/W — สามารถทำได้ด้วยฮีทซิงค์อลูมิเนียมอัดขึ้นรูปขนาด 200 x 150 x 40 มม. พร้อมการไหลเวียนของอากาศแบบบังคับ หรือฮีทซิงค์แบบพาความร้อนตามธรรมชาติขนาด 300 x 200 มม.

ข้อกำหนดของวงจรชดเชยความร้อน

ทรานซิสเตอร์ตัวคูณไบแอสสเปรดเดอร์ Vbe จะต้องขันน็อตเข้ากับฮีทซิงค์ของทรานซิสเตอร์เอาท์พุตหลัก ไม่ใช่เพียงเชื่อมต่อด้วยความร้อนด้วยเพสต์ ค่าคงที่เวลาคัปปลิ้งความร้อนควรต่ำกว่า 5 วินาทีเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงโหลดอย่างรวดเร็ว อุณหภูมิฮีทซิงค์ที่เพิ่มขึ้น 10°C โดยไม่มีการลด Iq ที่สอดคล้องกันจะเพิ่มความเสี่ยงของการระบายความร้อนประมาณ 30% ในสเตจเอาต์พุตแบบไบโพลาร์ — ทำให้คุณภาพของวงจรชดเชยไบแอสเป็นหนึ่งในการตัดสินใจด้านความน่าเชื่อถือในระยะยาวที่เป็นผลสืบเนื่องมากที่สุดในการออกแบบแอมพลิฟายเออร์ Class AB

การใช้งานจริง: โดยที่ Class AB Loudspeaker Amplifiers Excel

การผสมผสานระหว่างกำลังเอาต์พุตสูง ความบิดเบี้ยวต่ำ และความน่าเชื่อถือที่ได้รับการยอมรับ ทำให้วงจรเครื่องขยายสัญญาณเสียง Class AB ความเที่ยงตรงสูงเป็นตัวเลือกที่ต้องการสำหรับแอปพลิเคชันเสียงระดับมืออาชีพและผู้บริโภคที่หลากหลาย

เกี่ยวกับ Ningbo Zhenhai Huage Electronics Co., Ltd.

Ningbo Zhenhai Huage Electronics Co., Ltd. เป็นองค์กรด้านเครื่องเสียงระดับมืออาชีพที่ผสมผสานการวิจัยและพัฒนา การผลิต และการขาย เราเป็นผู้ผลิตและโรงงานเครื่องขยายเสียง Class AB ระดับมืออาชีพ เป็นเวลาหลายปีมาแล้วที่เรามุ่งเน้นไปที่การผลิตเครื่องผสมเสียง เครื่องขยายสัญญาณเสียงแบบแอคทีฟ ไมโครโฟน และส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่เกี่ยวข้อง

เราเชี่ยวชาญในโซลูชันเครื่องขยายเสียงลำโพง Class AB แบบกำหนดเองและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้อง ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา บริษัทยึดมั่นในนโยบายธุรกิจของผลิตภัณฑ์ที่ดี การบริการที่ดี และชื่อเสียงที่ดี และได้สร้างความสัมพันธ์ความร่วมมือระยะยาวและมั่นคงกับบริษัทหลายแห่งทั้งในและต่างประเทศ เราได้ให้บริการ OEM สำหรับเครื่องเสียงยี่ห้อดังๆ มากมายมาเป็นเวลานาน ลูกค้าจากทุกสาขาอาชีพสามารถเยี่ยมชม แนะนำ และเจรจาธุรกิจได้ บริษัทมีทีมงานออกแบบ การผลิต และการทดสอบมืออาชีพ และสามารถ ปรับแต่งผลิตภัณฑ์ตามความต้องการของลูกค้า — ตั้งแต่โมดูลเครื่องขยายสัญญาณเสียง Class AB ที่มีความผิดเพี้ยนต่ำช่องเดียวไปจนถึงวงจรเครื่องขยายสัญญาณเสียง Class AB ความเที่ยงตรงสูงแบบหลายช่องสัญญาณสำหรับการใช้งานการติดตั้งระดับมืออาชีพ

คำถามที่พบบ่อย