Anatomia do Amplificador de Potncia

No passado ns tnhamos basicamente dois tipos de amplificadores para escolher: Classe "AB" e classe "A".Hoje temos AB, A, D, G, H & T, alm de alguns que no tm um nome de classe. A nova tecnologia trouxe para baixo o tamanho e preo, melhorando o desempenho ea eficincia. Vamos rever a vrias topologias do amplificador moderna, gastando o tempo extra no aspecto de eficincia (como a busca de menores, designs mais eficientes tm gerado a classe D, G, H, e designs T). Tambm vamos tentar dissipar alguns dos equvocos e do folclore que parecem cercar projeto amp. Amplificadores exigem circuitos de proteo de curto e trmico, controle da ventoinha, ligue atraso, e sobre a proteo de tenso. No passado, cheio os projetos com dezenas de componentes para lidar com esses eventos. Hoje podemos usar um nico microprocessador para lidar com tudo isso alm de ter muitos mais recursos sem custo adicional. O microprocessador pode monitorar a tenso da bateria, tenses internas, temperatura, volume e controle de crossovers, e exibe drive externo. Estes chips de computador embutido tambm permite recursos como compresso e limitao de potncia com pouco custo adicional. Naturalmente, o que um amplificador sem uma fonte de alimentao? Primeiro vamos visitar os projetos de alimentao, como todo amplificador precisa de um. A fonte de alimentao O propsito da oferta converter a tenso da bateria do automvel a uma maior tenso. Por exemplo, se um amplificador produzir 100 watts em um alto-falante de 4 ohms, que precisa de 20 volts RMS. Isto implica que temos cerca de + / -28 volts. (20 volts RMS = 28,28 volts de pico). Chamamos isso de "trilho" de tenso. Uma vez que os transistores do amplificador de sada no pode puxar todo o caminho at este trilho, na verdade precisamos de uma tenso um pouco maior. O processo converter a 12 volts DC em AC, aliment-lo a um transformador e convert-lo de volta DC novamente.

Convertendo a tenso da bateria 12 volts para AC simples, um PWM (modulador de largura de pulso) IC alimenta um banco de MOSFETS (MOSFETs esto migrando transistores perfeitamente adequado para esta tarefa).

O poder de 12 volts ligada a uma freqncia muito alta, algo entre 40 e 150 kHz. Velocidades mais lentas de comutao exigir uma maior transformador, mas a alta velocidade tem maior perda de comutao. Materiais avanados ncleo do transformador, retificadores mais rpido, inteligente e mtodos de enrolamento nos permitiram utilizar freqncias muito altas. Alguns dos melhores amplificadores de hoje tm fontes de alimentao muito pequena que produzem enormes quantidades de energia. Fontes de alimentao regulada A maioria dos primeiros amplificadores de udio contidas fontes de alimentao desregulada. Suprimentos regulamentada exigem capacitores de alta qualidade filtro (chamados de "baixo ESR" capacitores), bobinas de sada, e um circuito de realimentao de tenso com

isolamento ptico. Regulao ocorre atravs do controle da largura de pulso de comutao 0100% para compensar as mudanas na tenso da bateria e ferrovirio. A mesma ao ocorre quando aumenta o nvel de udio. Como o amplificador atrai mais de fora da fonte, a tenso cai ferrovirio. Novamente, o circuito regulador de sentidos essa queda e responde com um aumento da largura de pulso. A alta freqncia de onda PWM retificada (convertido para DC) e aplicado sada do filtro engasgar e capacitores. Esta sada deste circuito o + e - trilhos DC que alimentam o amplificador de potncia. Regulamentada Fontes de Alimentao Fontes de alimentao no regulamentada so menos caros do que a oferta regulada. Eles no necessitam de uma sada de sentido, choke de tenso ou circuitos de isolamento. Porque o ciclo de trabalho quase 100%, atual onda capacitor muito menor em fontes no regulamentada. Corrente mais baixa ondulao requer capacitores menos caro por toda parte. Muitas vezes ouvimos que os projetos no regulamentada tem mais "headroom". Isso significa que o amplificador ir produzir energia extra durante transientes. A maioria dos amplificadores de udio domstico empregam fontes de alimentao desregulada. As fontes de alimentao nestes amplificadores executado em 60 Hz, portanto, os capacitores de filtro deve ser 200-500 vezes maior do que aqueles usados em comutadores de alta freqncia. A capacitncia extra em amplificadores de udio domstico resulta em headroom extra.Espao para outra coisa seno transientes muito curto simplesmente no existe nos projetos no regulamentada. O seguinte um exemplo de especificaes para uma amplificadores regulamentada vs regulamentado. Projetos no regulamentada ter uma tenso maior oferta em baixa potncia, causando maior tenso nos transistores de sada. Isto reduz a eficincia do amplificador. Amplificadores pequenos (menos de 100 watts) no pode justificar o custo extra do circuito de regulao, por isso vemos muitas vezes fontes no regulamentada nestes amplificadores.

Prs e contras de Suprimentos Regulamentado / no regulamentada Alguns designers tentam manter seus suprimentos regulamentada at tenses de bateria to baixo como 9,5 volts. A oferta compensa aumentando a corrente. A tabela a seguir mostra a tenso e correntes para um amplificador de 500 watt de operao com excesso de regulamentao na potncia mxima. A corrente aumenta dramaticamente a tenses mais baixas. Por causa de correntes mais elevadas nas tenses mais baixas, a eficincia de alimentao cair ainda mais, exigindo ainda mais atual. Com tenses mais elevadas, reduz a largura de pulso, causando atual ripple aumentou. Esta corrente, cria calor na capacitores de filtro e pode destruir o capacitor eletroltico . Alguns fabricantes no usam capacitores de qualidade suficiente para essa faixa de regulao. Estes amplificadores podem no executar at especificao de apenas um ano aps a instalao. Alm disso, a corrente extra com baixas voltagens extra duro com uma bateria que j est sofrendo! Assim, recomendamos que amplificadores ficar na regulao para cerca de 11-11,5 volts. Qualquer sistema de cobrana que esteja funcionando corretamente pode facilmente manter

a

tenso

da

bateria

bem

acima

disso.

A Seco do amplificador, Classe AB e A A classe AB e amplificadores so semelhantes, por isso vamos discutir tanto aqui. Amplificadores classe AB tem transistores que puxar at o trilho positivo e transistores que puxe para baixo para o trilho negativo. Isso corresponde ao de empurrar o cone do alto falante para fora e dentro Classe AB significa que os transistores de sada nem sempre tm atuais sobre elas. Por exemplo, quando os transistores superior esto puxando para cima em direo ao plo positivo (empurrando para fora alto-falante), no h corrente nos transistores menores. Quando o sinal de sada atravs de balanos zero, para o trilho negativa, o transistor de sada deve passar por uma transio de corrente zero a uma corrente diferente de zero. A melhor analogia que eu posso pensar dirigir um carro velho com slop demais na direo. Como voc vai de um lado da coroa da estrada para o outro, o volante cruza uma zona de "morto", e que tendem a sobre-boi. Especiais de temperatura compensada vis circuito reduz esta zona morta, conhecida como distoro entalhe. A figura abaixo mostra a sada de um amplificador classe AB com vis muito pouco ea distoro resultante. Notch distoro aumenta em altas freqncias e baixos nveis de volume. Alguns designs modernos tm reduzido este tipo de distoro a nveis muito baixos. Classe A significa que cada transistor sempre conduzir a corrente. Eles so muito semelhantes aos amplificadores classe AB, mas o circuito de polarizao definido de modo que h correntes muito elevados nos transistores de sada. Porque estes amplificadores no tm esta zona "morta", menos o feedback necessrio para alcanar baixa distoro. Um amplificador de 100 watts pode dissipar quase 100 watts mesmo quando internamente no h sada de udio. Este tipo de projeto impraticvel no ambiente de auto duras. A classe muitos amplificadores pedalou para o mercado automotivo no so realmente de classe A. Eles so wasters poder enorme na casa tambm. Estgios de entrada and Driver O amplificador funciona dessa maneira: Um pequeno sinal de udio apresentado entrada do amplificador.Transistores no so lineares, o que significa que o sinal de entrada ir distorcer um pouco medida que passa atravs dos estgios diferentes amplificador. Para corrigir essa distoro, uma parte da sada comparada com a de entrada. A diferena cria um sinal de correo reduzir esta distoro. O estgio de entrada um tipo especial, chamado de "diferencial". Ele tem um + e um - de entrada, pois deve aceitar tanto a entrada de udio e a entrada do circuito de feedback. Retorno em excesso pode reduzir dramaticamente a distoro, mas causar instabilidade. Regras de design cuidado devem ser seguidas para evitar esta instabilidade.

A sada do estgio de entrada alimenta o estgio driver. O estgio driver pode usar um, dois ou trs dispositivos.Muitas vezes, esse circuito chamado de "Darlington", ou "Triple Darlington". O circuito de conduo alimenta o estgio de sada, que pode ter dois, quatro, seis ou mais transistores. Quanto mais transistores de sada, melhor. Mltiplos dispositivos de sada reduzir a distoro (que requer menos o feedback negativo) e melhorar a confiabilidade. Bipolar ou MOSFET? Vimos tanto MOSFET (Metal Oxide Silicon Transistor de Efeito de Campo) e transistores bipolares usados em amplificadores de udio. Foram feitas afirmaes que cada um superior. Tenho visto afirma que MOSFETs tem um tubo ("vlvula" para os britnicos) de som. Isso mais folclore. Os msicos e seus instrumentos so suposto ter "o som" no, equipamentos de udio! MOSFETs so mais resistentes do que bipolares, e pode puxar mais perto do comboio de abastecimento. Demora mais transistores bipolares para alcanar o mesmo poder como um MOSFET, portanto ampres Bipolar tendem a ser mais caro. Mas, MOSFETs so muito no-linear, em comparao com bipolares e requerem um feedback muito mais para alcanar nmeros distoro razovel. Eles so uma tima opo para amplificadores de baixo, como udio de baixa freqncia no difcil para

um MOSFET. Os amplificadores mais caros carro e casa quase sempre usam transistores bipolares. Eficincia O que faz um amplificador esquentar? Tanto a fonte de alimentao eo amplificador de potncia geram calor. A mxima eficincia da fonte de alimentao quase 100%. Designs bom suprimento de energia, com os componentes da mais alta qualidade abordagem de 85%. A classe de eficincia amplificador AB na potncia mxima pode se aproximar de 75%. A eficincia total, incluindo o fornecimento de energia, podem ser cerca de 65%. Mas, a eficincia cai menor potncia e geralmente pode ser inferior a 20%. Uma classe de amplificador AB realmente corre mais frias na potncia mxima do que a metade da potncia. Executar este amplificador em clipping e pode correr ainda mais frio! Onde est todo esse poder est indo? O transistor de sada basicamente um grande resistor varivel. Se a tenso de sada instantnea deve ser de 40 volts ea fonte de alimentao de 100 volts, 60 volts, ento deve ser "desperdiado" nos transistores de sada. Deslocar uma carga reativa (como um alto-falante) faz com que a eficincia a cair ainda mais. Isto leva-nos para as classes de udio projetado para melhorar a eficincia. Classe D Primeiro, vamos desfazer um mito: Classe D no representa digital. A entrada convertida em uma representao de dois estados (binrio) da forma de onda de udio. a que a similaridade termina. Esta distino importante porque a classe D no fornece os benefcios normalmente associados com componentes digitais.

Dito isto, os projetos de classe D melhorar drasticamente a eficincia. Em vez de perder poder no transistor de sada, a sada comutada em uma freqncia muito alta entre os trilhos de alimentao positiva e negativa. Se a sada deve ser zero, ento a forma de onda est em um ciclo de trabalho de 50%. Se a sada ser uma tenso positiva, ento o ciclo de trabalho seria maior do que 50%. Porque os dispositivos de sada so completamente ligado (sem tenso desperdiado) ou completamente desligado, eficincia, teoricamente, de 100%. Assim, a entrada de udio deve ser convertido em uma forma de onda modulada de largura de pulso (PWM). O trao amarelo abaixo a sada do amplificador; o trao azul a forma de onda PWM. A forma de onda azul alimentado a um filtro de sada, o que resulta na forma de onda de sada amarelo. Observe que a sada parece um pouco distorcida. Todo o rudo de comutao e distoro no pode ser removido eo resultado pode ser visto aqui. Devido a esse processo de converter o sinal de entrada para PWM e converso de volta para analgico, uma boa dose de distoro introduzida. Gabarito convencionais como o usado em projetos de classe AB utilizado nestes amplificadores para reduzir a distoro. MOSFETs so a nica escolha para os projetos da classe D. A maioria dos projetos de classe D so teis apenas para amplificadores de baixo, pois no podem mudar rpido o suficiente para reproduzir altas freqncias. Alguns de alta qualidade, full range designs classe D existem para udio profissional, mas so complexos com vrias fases sadas.

Classe T Classe T (Tripath) semelhante classe D com as seguintes excees: Esta classe no utilizar a alimentao analgica de volta como seu primo classe D. O feedback digital e levado frente do filtro de sada, evitando o deslocamento de fase deste filtro. Porque a classe D ou T distoro do amplificador surge de erros de temporizao, o amplificador classe T realimenta informaes de tempo. A outra diferena que este amplificador usa um processador de sinal digital para converter a entrada analgica com um sinal PWM e processar as informaes de feedback. O processador analisa a informao de feedback e faz ajustes timing.Porque o ciclo de feedback no inclui o filtro de sada, o amplificador de classe T inerentemente mais estvel e pode operar sobre a banda de udio completo. A maioria dos ouvintes no conseguem ouvir a diferena entre a classe T e desenhos AB boa classe. Tanto a classe D e desenhos T compartilhar um problema: eles consomem energia extra em marcha lenta. Porque a onda de alta freqncia est presente em todos os momentos, mesmo quando no h presena de udio, os amplificadores geram algum calor residual. Alguns destes amplificadores realmente desligar na ausncia de msica, e pode ser irritante, se houver muita demora em voltar.

Classe G Classe G melhora a eficincia de outra forma: um amplificador classe AB ordinria impulsionado por uma fonte de alimentao multi-rail. Um amplificador de 500 watts pode ter trs trilhos positivos e trs negativos trilhos. As tenses ferrovirio pode ser 70 volts, 50 volts e 25 volts. Como a sada do amplificador se move cerca de 25 volts, a fonte est ligado a 50 volts ferrovirio. Como a sada se move perto do trilho volt 50, o abastecimento ligado ao trilho volt 70. Estes projetos so chamados s vezes "Switchers Rail". Este projeto melhora a eficincia ao reduzir o "desperdcio" de tenso nos transistores de sada. Esta tenso a diferena entre a oferta (vermelho) positivo ea sada de udio (azul). Classe G pode ser to eficiente como classe D ou T. Enquanto uma classe de design G mais complexa, baseado em um amplificador classe AB e pode ter as mesmas caractersticas limpa tambm. Classe H Classe H semelhante classe G, exceto a tenso ferrovirio modulada pelo sinal de entrada. O trilho de alimentao sempre apenas um pouco maior do que o sinal de sada, mantendo a tenso sobre os transistores pequenos e os transistores de sada legal. Modulando a fora de tenso de abastecimento ferrovirio criado por um circuito similar que voc encontraria em um amplificador classe D. Em termos de complexidade, este tipo de amplificador poderia ser pensado como um amplificador classe D dirigindo um amplificador classe AB e por isso bastante complexa.

Como escolher? Regulamentada ou no? Classe AB, D ou T? Se voc est realmente em um monte de baixo, a classe D ou T pode ser para voc como estes amplificadores ir produzir o mais alto SPL com o menor tamanho. Se voc quiser apenas para acordar os vizinhos, blur sua viso, ou fazer um respingo grande no concursos SPL, talvez voc s precisa de um dos barato, poderoso, e projetos de classe D suja. Quer mais limpas altas freqncias?Talvez uma boa classe AB ampres seria a sua seleo. Seja qual voc escolher, espero que esta informao ajuda-lo a alcanar o som que voc est procurando!