คลาสแอมพลิฟายเออร์ (คลาส A / B / AB / C / D / T)
ดูตัวอย่างด่วน — คลาสแอมพลิฟายเออร์คืออะไร?
เคยดูเครื่องขยายเสียงหรือเครื่องส่งสัญญาณวิทยุและสงสัยว่าทําไมวิศวกรถึงโต้เถียงกันเกี่ยวกับคลาส A กับคลาส D? คลาสแอมพลิฟายเออร์เป็นเพียงวิธีที่แตกต่างกันในการทําให้แอมพลิฟายเออร์อิเล็กทรอนิกส์ทํางานเดียวกัน - รับสัญญาณอินพุตขนาดเล็กและทําให้ใหญ่ขึ้น - แต่แต่ละคลาสแลกเปลี่ยนประสิทธิภาพความเป็นเส้นตรงความร้อนและความซับซ้อนในแบบของตัวเอง
ลองนึกถึงรถเหล่านี้เป็นรถประเภทต่างๆ ไม่ว่าจะเป็น Rolls-Royce วินเทจ (Class A) กับ Prius ไฮบริด (Class D) ทั้งคู่จะพาคุณไปที่นั่น แต่มีสไตล์และการใช้เชื้อเพลิงที่แตกต่างกัน
ทําไมคลาสแอมพลิฟายเออร์จึงมีความสําคัญ
งานที่แตกต่างกันต้องการพฤติกรรมที่แตกต่างกัน คุณต้องการเสียงที่สะอาดที่สุดสําหรับมอนิเตอร์สตูดิโอหรือไม่? หรืออายุการใช้งานแบตเตอรี่สูงสุดในลําโพงบลูทูธ? คลาสแอมพลิฟายเออร์ที่คุณเลือกจะกําหนดคุณภาพเสียง เวลาใช้งานของแบตเตอรี่ และการระบายความร้อนที่คุณต้องการ
การแลกเปลี่ยน: ประสิทธิภาพกับความเป็นเส้นตรง
นี่คือการชักเย่อแบบคลาสสิก:
-
ความเป็นเส้นตรง →การทําสําเนาที่ซื่อสัตย์
-
ประสิทธิภาพ →ความร้อนที่สิ้นเปลืองน้อยลง
โดยปกติยิ่งแอมป์เป็นเส้นตรงมากเท่าไหร่ก็ยิ่งสิ้นเปลืองพลังงานเป็นความร้อนมากขึ้นเท่านั้น ความท้าทายในการออกแบบคือการเลือกความสมดุลที่เหมาะสมกับเป้าหมายของคุณ
แนวคิดพื้นฐานที่คุณควรรู้
อธิบายมุมการนําไฟฟ้า
มุมการนําไฟฟ้าเป็นส่วนหนึ่งของวงจรรูปคลื่นอินพุตในระหว่างที่อุปกรณ์เอาท์พุตนํากระแส:
-
360° →เปิดตลอดเวลา
-
180° →ครึ่งรอบ
-
< 180° →ระเบิดสั้น ๆ
แนวคิดเดียวนี้กําหนดพฤติกรรมของคลาสแอมพลิฟายเออร์แต่ละคลาสเป็นส่วนใหญ่
ประสิทธิภาพ ความเป็นเส้นตรง การบิดเบือน — อะไรคืออะไร
-
ประสิทธิภาพ: ปริมาณไฟ DC ที่มีประโยชน์ AC output
-
Linearity: เอาต์พุตใกล้เคียงกับอินพุตเพียงใด
-
Distortion: การเปลี่ยนแปลงสัญญาณที่ไม่พึงประสงค์ (ฮาร์มอนิกและอินเตอร์มอดูเลต)
THD และ IMD ในแง่ธรรมดา
-
THD (Total Harmonic Distortion): ฮาร์โมนิกที่ไม่พึงประสงค์ที่สร้างขึ้นโดยความเป็นไม่เชิงเส้น
-
IMD (Intermodulation Distortion): การผสมผลิตภัณฑ์จากหลายโทน
ค่าที่ต่ํากว่า = เสียงที่สะอาดขึ้น
การกระจายพลังงานและความร้อน
พลังงานที่ไม่ได้แปลงเป็นเอาต์พุตจะกลายเป็นความร้อน นั่นเป็นเหตุผลที่คลาส A amplifiers ร้อนแรง — พวกมันนํากระแสอย่างต่อเนื่อง
คลาส A
คลาส A ทํางานอย่างไร (ปลายเดี่ยว การนําไฟฟ้า = 360°)
อุปกรณ์จะดําเนินการตลอดรอบสัญญาณและไม่เคยปิด มันเหมือนกับเครื่องยนต์เดินเบาตลอดเวลา — สิ้นเปลือง แต่ตอบสนองได้ทันที
ข้อดีข้อเสีย
-
ข้อดี: ความเป็นเส้นตรงที่ยอดเยี่ยมการออกแบบที่เรียบง่ายไม่มีการบิดเบือนครอสโอเวอร์
-
ข้อเสีย: ประสิทธิภาพต่ํามาก (มักจะ <25%), ความร้อนมาก, ฮีทซิงค์ขนาดใหญ่
แผนผังทั่วไปและอคติ
โดยปกติแล้วทรานซิสเตอร์หรือหลอดเดียวจะมีอคติลึกในบริเวณเชิงเส้น
ที่ที่คุณยังเห็นคลาส A ในปัจจุบัน
แอมป์หูฟังระดับไฮเอนด์, แอมป์กีตาร์บูติก, อุปกรณ์ออดิโอไฟล์
คลาส B
คลาส B ทํางานอย่างไร (ผลัก-ดึง, การนําไฟฟ้า = 180°)
อุปกรณ์สองเครื่องทํางานร่วมกัน: อุปกรณ์หนึ่งจัดการครึ่งรอบบวกอีกเครื่องหนึ่งเป็นลบ ประสิทธิภาพดีขึ้นอย่างมากเมื่อเทียบกับคลาส A
การบิดเบือนครอสโอเวอร์และเหตุใดจึงเกิดขึ้น
เมื่อข้ามเกือบเป็นศูนย์ อุปกรณ์ทั้งสองไม่ทํางานอย่างสมบูรณ์ ทําให้เกิดการบิดเบือน ซึ่งเป็น "ปัญหาการส่งต่อ"
วิธีลดการบิดเบือนของครอสโอเวอร์
-
อคติเล็กน้อย (คลาส AB)
-
ข้อเสนอแนะทั่วโลก
-
อุปกรณ์เอาต์พุตที่ตรงกัน
การสมัครคลาส B
ในอดีตใช้ในแอมป์พลังเสียง ซึ่งปัจจุบันส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยคลาส AB
คลาส AB
การรวม A และ B — การนําไฟฟ้าระหว่าง 180°–360°
อุปกรณ์มีอคติที่จะทับซ้อนกันเล็กน้อยที่ครอสโอเวอร์ทําให้การเปลี่ยนแปลงราบรื่น
วิธีการให้อคติและวงจรปฏิบัติ
-
เครือข่ายอคติไดโอด
-
ตัวคูณ VBE
-
การควบคุมอคติที่ใช้งานอยู่
ข้อดีเหนือ A หรือ B บริสุทธิ์
-
มีประสิทธิภาพดีกว่า A มาก
-
การบิดเบือนน้อยกว่า B มาก
กรณีการใช้งานทั่วไป (เครื่องขยายเสียง)
เครื่องเสียงภายในบ้าน เครื่องเสียงรถยนต์ จอภาพสตูดิโอ — คลาสเชิงเส้นที่พบบ่อยที่สุด
คลาส C
มุมการนําไฟฟ้าสั้น (<180°) — ปรับสําหรับ RF
อุปกรณ์ดําเนินการในพัลส์สั้น ๆ เท่านั้น เอาต์พุตที่ปรับแล้วจะสร้างรูปคลื่นขึ้นมาใหม่
คลาส C เปล่งประกายและล้มเหลวตรงไหน
-
ยอดเยี่ยม: เครื่องส่งสัญญาณ RF
-
แย่มาก: เสียงสัญญาณไวด์แบนด์
วงจรเรโซแนนซ์และประสิทธิภาพ
ถัง LC ทําให้พัลส์ปัจจุบันราบรื่นเป็นคลื่นไซน์ที่ความถี่เดียว
ไม่ใช่สําหรับเสียง — ทําไม
เสียงเป็นแบบไวด์แบนด์ คลาส C ทําลายความเที่ยงตรงของรูปคลื่นนอกวงจรที่ปรับจูน
คลาส D
การสลับ amplifiers: PWM, PDM และพื้นฐานการมอดูเลต
ทรานซิสเตอร์เปิด/ปิดเต็มที่ด้วยความเร็วสูง สัญญาณถูกเข้ารหัสเป็นพัลส์และสร้างขึ้นใหม่โดยตัวกรองความถี่ต่ํา
ตัวกรองเอาต์พุตและข้อกังวลเกี่ยวกับ EMI
การสลับอย่างรวดเร็วจะสร้าง EMI การกรอง เลย์เอาต์ และการต่อสายดินที่ดีเป็นสิ่งสําคัญ
ประสิทธิภาพและพฤติกรรมความร้อน
-
ประสิทธิภาพบ่อย >90%
-
ความร้อนน้อยที่สุด
-
การออกแบบขนาดเล็กและน้ําหนักเบา
ประสิทธิภาพในโลกแห่งความเป็นจริงและความเข้าใจผิด
Modern Class D เป็นคู่แข่งกับ Class AB ในด้านคุณภาพเสียงเมื่อได้รับการออกแบบมาอย่างดี
คลาส T
สิ่งที่คลาส T หมายถึง (แนวทางไตรพาธ / ไฮบริด)
คําศัพท์ทางการตลาดที่เป็นกรรมสิทธิ์สําหรับสถาปัตยกรรมคลาส D ที่ปรับให้เหมาะสมพร้อมการมอดูเลตและข้อเสนอแนะที่ปรับเปลี่ยนได้
คลาส T แตกต่างจากคลาส D บริสุทธิ์อย่างไร
อัลกอริธึมการควบคุมที่ชาญฉลาดยิ่งขึ้นช่วยลดการบิดเบือนและปรับปรุงการตอบสนองชั่วคราว
ข้อดีและคําวิจารณ์
-
ข้อดี: ประสิทธิภาพสูง + เสียงที่ดีขึ้น
-
ข้อเสีย: กรรมสิทธิ์ ไม่ใช่คลาสใหม่โดยพื้นฐาน
เปรียบเทียบทุกคลาส — ตารางปฏิบัติ
| คลาส | มุมการนําไฟฟ้า | มิซูมิ ประสิทธิภาพ | ความเป็นเส้นตรง | การบิดเบือน | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|---|
| ก | 360° | 360° | ต่ํามาก | ยอดเยี่ยม | ต่ํามาก |
| บี | 180 องศา | ปานกลาง | ยุติธรรม | สูง (ครอสโอเวอร์) | การออกแบบเสียงในอดีต |
| AB | 180°–360° | 180°–360° | 180°–360° | 180°– ดี | ดีมาก |
| ค | <180 องศา | สูงมาก | แย่ | สูงมาก | เครื่องส่งสัญญาณ RF |
| D | การสลับ | ยอดเยี่ยม | ดี–ดีมาก | ต่ํา (ทันสมัย) | เครื่องเสียงแบบพกพาและสําหรับผู้บริโภค |
| ที | การสลับ (ปรับให้เหมาะสม D) | ยอดเยี่ยม | ดีมาก | ต่ํา | ระบบเสียง Class D คุณภาพสูง |
การออกแบบหรือเลือก Amplifier — ข้อควรพิจารณาที่สําคัญ
จับคู่คลาสกับแอปพลิเคชัน
-
ลําโพงพกพา → คลาส D
-
มอนิเตอร์สตูดิโอ → Class AB หรือ Premium D
-
เครื่องส่งสัญญาณ RF → คลาส C
แหล่งจ่ายไฟ การระบายความร้อน และเคล็ดลับการจัดวาง
-
แอมป์เชิงเส้น: ฮีทซิงค์ขนาดใหญ่ อคติที่เสถียร
-
แอมป์สวิตชิ่ง: ลูปแน่น, เกทไดรฟ์ที่ดี, ฝาปิด ESR ต่ํา
เมื่อใดควรชอบความเป็นเส้นตรงเทียบกับประสิทธิภาพ
-
ความร้อนตกลงเสียงวิกฤต→คลาสเชิงเส้น
-
ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ขนาดกะทัดรัด→สลับคลาส
เคล็ดลับการปฏิบัติสําหรับมือสมัครเล่นและผู้สร้าง
การวัดประสิทธิภาพที่บ้าน (เครื่องมือและวิธีการ)
-
มัลติมิเตอร์
-
ออสซิลโลสโคป
-
แอพวิเคราะห์เสียง
-
แทร็กอ้างอิงที่รู้จัก
ข้อผิดพลาดทั่วไปและการแก้ไขด่วน
-
คลาส D ที่มีเสียงดัง→ปรับปรุงเค้าโครง PCB
-
AB ที่มีอคติมากเกินไป→ลดกระแสไฟที่ไม่ได้ใช้งาน
-
ฮัม→ปรับปรุงการต่อสายดิน (กราวด์ดาว)
สรุป
คลาสแอมพลิฟายเออร์เป็นเครื่องมือไม่ใช่ผู้ชนะ คลาส A ให้ความบริสุทธิ์ด้วยความร้อน คลาส AB สร้างสมดุลระหว่างประสิทธิภาพและประสิทธิภาพ คลาส C ครอบงํา RF คลาส D (และ T) นําประสิทธิภาพที่ทันสมัยและความกะทัดรัด
เลือกตาม แอปพลิเคชัน ข้อจํากัด และลําดับความสําคัญ จากนั้นดําเนินการให้ดี อคติ เลย์เอาต์ และการกรองมีความสําคัญพอๆ กับตัวคลาสเอง
คําถามที่พบบ่อย
Q1: คลาส lifier ใดให้เสียงที่ดีที่สุดสําหรับเพลง A1: คลาส A และคลาส AB คุณภาพสูงเป็นรายการโปรด แต่คลาส D ที่ทันสมัยสามารถจับคู่ได้อย่างใกล้ชิด
Q2: คลาส D มีเสียงดังหรือความเที่ยงตรงต่ําหรือไม่ A2: การออกแบบในช่วงแรก แต่คลาส D ที่ทันสมัยสามารถทําความสะอาดได้มาก
Q3: ฉันสามารถใช้ Class C สําหรับเสียงได้หรือไม่ A3: ไม่ ใช้งานได้กับเอาต์พุต RF ที่ปรับแล้วเท่านั้น
Q4: ปัญหาหลักของคลาส B คืออะไร A4: การบิดเบือนครอสโอเวอร์ — แก้ไขโดยคลาส AB
Q5: คลาส T ดีกว่าคลาส D หรือไม่ A5: เป็นรูปแบบ Class D ที่ปรับให้เหมาะสมและมีตราสินค้า ไม่ใช่คลาสใหม่โดยพื้นฐาน