Klasseforstærkere forklaret: Sådan vælger du klasse AB, D eller H til højttalerdesign

To tilbud lander på dit skrivebord for det samme 2 x 500 W drevne subwooferkort. Den første er bygget op omkring en klasse AB-scene med en heatsink, der er omtrent på størrelse med en paperback-bog. Den anden bruger et klasse D-trin på et bræt, der knap er større end en telefon. Begge er ærlige om effektvurderingen. Kun én af dem passer til det skab, du allerede har værktøj, og kun én vil bestå den termiske test i et lukket trækabinet ved 40 °C omgivelsestemperatur.

Det er den egentlige beslutning bag udtrykket "klasseforstærkere". Klassen af ​​en forstærker beskriver, hvordan dens udgangsenheder leder strøm over en signalcyklus. Det enkelte valg bestemmer, hvor meget varme du skal fjerne, hvilken slags strømforsyning du skal købe, hvor meget filtrering og afskærmning kortet har brug for, og hvor meget aluminium der går ind i chassiset. Det afgør ikke i sig selv, om produktet lyder godt.

Hvad klasseetiketten egentlig beskriver

Klassenavnet kommer fra én fysisk egenskab: hvor længe outputenhederne forbliver ledende under en enkelt cyklus af lydsignalet. Klasse A holder dem dirigent hele tiden. Klasse B deler cyklussen mellem to enheder, der hver håndterer halvdelen. Klasse AB holder begge enheder let åbne ved nulkrydsningen, så overdragelsen er glat. Klasse D opgiver fuldstændigt den lineære idé og skifter output-enhederne med et par hundrede kilohertz, og koder lyden som pulsbredde. Klasse H beholder et lineært lydtrin, men får forsyningsskinnen til at træde op og ned for at følge signalhylsteret.

Alt andet følger deraf. En fase, der hele tiden leder, spilder en stor del af sin forsyning som varme. Et trin, der skifter, mister næsten intet i enhederne, men skubber designproblemet ind i outputfilteret, gate-drevet og det elektromagnetiske interferensbudget. Et trin, der flytter sine skinner, reducerer spændingen på tværs af output-enhederne, hvilket er præcis der, hvor varmen i en lineær forstærker kommer fra.

Hvad etiketten ikke fortæller dig, er byggekvalitet. Et dårligt udformet klasse D-modul og et omhyggeligt konstrueret modul har samme navn og kan afvige med 15 °C i heatsink-temperaturen ved samme udgangsniveau.

Effektivitet, varme og forvrængning side om side

Publicerede designreferencer citerer brede effektivitetsbånd, fordi det reelle tal afhænger af outputniveau, belastningsimpedans og forsyningsdesign. Nedenstående figurer er de områder, ingeniører typisk bruger, når de sammenligner topologier ved eller tæt på fuld nominel output.

Klasse AB: linearitet du betaler for i varme

Klasse AB eksisterer for at fjerne krydsovergangen i Klasse B uden at betale de fulde omkostninger for Klasse A. En lille forspændingsstrøm holder begge udgangsenheder ledende rundt om nulgennemgangen, så overdragelsen mellem dem forbliver jævn. Typisk hvilestrøm i et pro-lydmodul ligger i titusvis af milliampere pr. enhedspar, nok til at holde hakket uden for det hørbare område, men lille nok til, at forstærkeren ikke laver mad i tomgang.

Handlen er, at varmen er kontinuerlig. Et 400 W Class AB-modul trækker meningsfuld strøm selv uden signal, og kølepladen skal dimensioneres i værste fald: lyserød støj ved en ottendedel effekt i en time i et stativ med dårlig luftstrøm. Det er grunden til, at analoge moduler har tendens til at bære store ekstruderede køleplader, U-formede aluminiumsbeslag og nogle gange en ventilator. Købere, der kun sammenligner wattforbruget på etiketten, går ofte glip af dette, og opdager så, at de samme 400 W i et klasse D-modul har brug for en brøkdel af metallet.

Fordelen er godt forstået: ingen koblingsrester, intet udgangsfilter, der interagerer med belastningen, simple transformerbaserede forsyninger og adfærd, som teknikere i marken allerede ved, hvordan de skal servicere.

Klasse D: effektivitet afhænger af den forsyning, du parrer den med

Klasse D-moduler skifter med et par hundrede kilohertz og rekonstruerer lyden gennem et LC-udgangsfilter. Enhederne bruger det meste af deres tid enten helt tændt eller helt slukket, så ledningstab er små, og effektivitetsoverskriften er reel. Hvad overskriften skjuler er, at fordelen kun holder tæt på nominel effekt. På baggrundslytteniveauer dominerer switching og gate-drive tab, og effektiviteten falder kraftigt, hvilket betyder mere for batteridrevne produkter end for netdrevne.

Resten af ​​designet vejer lige meget. Død tid, der er for kort, forårsager skydning; for lang, og forvrængning stiger ved lav output. Udgangsfilteret skal forblive stabilt på tværs af den faktiske belastning, ikke dummy-modstanden på bænken. Og forsyningen skal følge med: Et klasse D-trin parret med en blød, ureguleret skinne vil synke på bastransienter og fortryde fordelen. Derfor er resonans LLC-forsyninger og effektfaktorkorrigerede frontends blevet standard i seriøse moduler.

EON522SUB Aktiv Subwoofer Power Amplifier Module Parrer en 800 W LLC-resonansforsyning med et 500 W Klasse D-bastrin, der adresserer skinnefald og skiftestøj i drevne subwoofere. Se produkt →

Som et eksempel på mønsteret parrer et modul som EON522D-2092 et 500 W lavpas og 200 W højpas klasse D-trin med en LLC-resonansforsyning, som er den kombination, der holder skinnefald og skiftestøj under kontrol i et 2.1 kabinet.

Klasse H: skinnekobling til toppen af effektområdet

Klasse H beholder et lineært udgangstrin, men giver det mere end én forsyningsskinne. Når signalenvelopten krydser en tærskel, skifter forstærkeren til en højere skinne; når den falder tilbage, falder skinnen igen. Udgangsenhederne ser derfor kun nogle få volt over sig i stedet for den fulde skinne, og den varme, der ville være gået ind i kølepladen, bliver simpelthen aldrig genereret. I praksis leverer et Klasse H-modul kraften fra et meget større Klasse AB-design i samme chassisdybde.

Den effektivitet er ikke gratis. Skinnekoblingskredsløbet tilføjer dele og omkostninger, overgangen kan producere artefakter, hvis komparatortærsklerne er forkert valgt, og transformeren har brug for flere udtag. Det gør også servicedokumentation vigtigere, fordi en tekniker, der behandler modulet som et almindeligt AB-kort, vil fejldiagnosticere en skinnefejl som en udgangsenhedsfejl.

AMP400H 7294 Klasse H effektforstærkermodul Kombinerer et 400 W Klasse H lav-/mellemtrin med et 100 W Klasse AB højfrekvenstrin og en U-formet aluminiumsradiator for stabil udgang. Se produkt →

Moduler i denne kategori, såsom AMP400H-7294 med dens U-formede aluminiumsradiator, er typisk specificeret til subwoofer- og line array-drift, hvor der forventes kontinuerlig høj output i timer i stedet for minutter.

Hvad klassevalget ændrer længere nede i modulstakken

Effekttrinet er ét bræt i en kæde, og klassebeslutningen bølger gennem resten af den. Et klasse D-trin med en hurtig limiter har brug for et forforstærkermodul, der kan give det et rent, velskaleret signal; et klasse AB-trin med 20 dB forstærkningshøjde vil opføre sig anderledes med den samme kilde. Forstærkningsstruktur, klipsadfærd, beskyttelsestærskler og endda valget af volumentilspidsning ændres alt sammen med topologien.

DSP1903 ADAU1701 DSP-modul til 2.1-systemer ADAU1701-baseret DSP-modul med fire forudindstillede EQ-tilstande, Bluetooth og XLR I/O, velegnet til at matche limiter-adfærd i 2.1 line array-systemer. Se produkt →

I praksis er det her, modulære leverandører tjener deres hold. Et DSP-modul såsom DSP1903, der er bygget på ADAU1701 og bærer fire forudindstillede EQ-tilstande til et 2.1 line array-system, skal matches til limiter-adfærden for det effekttrin, der sidder under det. Hvis de to er specificeret uafhængigt, klipper systemet enten tidligt eller beskytter sent. Vores gennemgang af A, AB, D og H design afvejninger går dybere ind i, hvordan disse tærskler sættes.

At matche klassen til det produkt, du bygger

De fleste powered højttalerprojekter falder ind i en håndfuld mønstre, og hver enkelt indsnævrer klassens valg hurtigt:

• Line array og kolonnesystemer. Vægt og stativtæthed bestemmer. Klasse D med resonansforsyning er standard, med klasse H reserveret til moduler, der skal køre med meget høj effekt i lange perioder.
• Subwoofere. Høj kontinuerlig effekt til en lavimpedansbelastning. Klasse D med en robust forsyning klarer dette bedst; forsyningen, ikke forstærkeren, er normalt den begrænsende del.
• Bærbare og batteridrevne højttalere. Effektivitet ved dellast betyder mere end spidsbelastningen. Klasse D er den eneste realistiske mulighed, og tomgangstabene fortjener lige så meget opmærksomhed som det maksimale output.
• Powered mixere og omkostningsfølsomme analoge bokse. Klasse AB med en lineær transformer holder styklisten enkel og servicehistorien bekendt, på bekostning af en større heatsink.
• Højeffekt touring subwoofere. Klasse H eller et højskinne Klasse D-design, afhængigt af om designteamet foretrækker lineær adfærd eller minimumsvægt.

Hvad skal du tjekke med en modulleverandør, før du forpligter dig

Databladets watt er det mindst nyttige tal i samtalen. Dette er de punkter, der adskiller et design, der overlever markbrug, fra et, der kommer tilbage:

1. Effektivitet og kassetemperatur ved en ottendedel effekt, ikke kun ved fuld nominel effekt, målt i stillestående luft ved din tilsigtede omgivelser.
2. Forvrængning ved 1 W og ved 10 W, hvor crossover og switching artefakter faktisk lever.
3. Beskyttelsesadfærd: hvad sker der på en kortsluttet udgang, en uoverensstemmende belastning eller et forsyningsfald, og om modulet genopretter sig af sig selv.
4. Forsyningskrav, herunder om effektfaktorkorrektion er nødvendig for de markeder, du sender til.
5. EMI og tomgangsstøj, især for klasse D-moduler, der leverer højeffektive kompressionsdrivere.
6. Konsistens mellem prototype og masseproduktion, hvilket er et produktionsspørgsmål lige så meget som et ingeniørmæssigt.

For købere, der har brug for en ikke-standard konfiguration, er den fornuftige rækkefølge først at afgøre klassen og forsyningstopologien og derefter tage modulet igennem tilpasset udvikling for forstærkningsstruktur, stik og forudindstillet adfærd. Det er dyrt at skifte klasse, efter at kabinettet og strømforsyningen er frosset.

Ofte stillede spørgsmål om klasseforstærkere