ABC-ul amplificatoarelor

Randamentul electronic, un parametru la fel de important ca performanţele tehnice.

Dacă aveţi mania puterii amplificatoarelor şi nu vă ajunge spaţiul din portbagaj, sau dacă sistemul electric al maşinii a ajuns la limită şi nu mai face faţă, atunci ar trebui să aflaţi câte ceva despre amplificatoarele în clasă D (amplificatoare digitale). Acest lucru este necesar întrucât randamentul electric a devenit un parametru important, poate mai important decât performanţele tehnice obişnuite prin mijloacele tradiţionale, ce urmăreau criterii de performanţă, adică obţinerea unui amplificator aproape ideal (firul cu amplificare). 

Randamentul electric este important deoarece sursa de alimentare are o capacitate limitată de energie. Pentru a aprecia calităţile amplificatoarelor în clasă D trebuie să ştim cum sunt clasificate amplificatoarele de putere existente pe piaţă, în funcţie de modul lor de funcţionare. 

În domeniul car audio sunt folosite amplificatoare în clasa A, în clasa B, în clasa AB şi în clasa D. Amplificatoarele în clasa A sunt cele care folosesc un etaj de ieşire complementar, similar cu două rezistenţe înseriate, având la centru ieşirea amplificatorului şi la capete tensiunile de alimentare. 

Fără semnal de intrare curentul circulă prin cele două rezistenţe, dar în punctul de înseriere, la ieşire, tensiunea rămâne zero. Curentul de alimentare curge permanent, doar că în cazul în care avem semnal la intrare acest curent va fi deturnat spre ieşire. Astfel, acest amplificator va consuma permanent aceeaşi putere, puterea maximă a amplificatorului, iar randamentul acestuia este de cel mult 25%, ceea ce înseamnă că pentru 100 waţi din alimentare puterea de ieşire pe difuzor va fi de maxim 25 waţi. Datorită randamentului scăzut aceste amplificatoare sunt în general de puteri mici, dar au performanţe de calitate superioare.

Pentru obţinerea unor puteri mai mari şi o creştere a randamentului spre 75% (teoretic) au fost proiectate amplificatoarele în clasa B. Schema conţine, de asemenea, un etaj de ieşire complementar, dar prin care nu curge curent în caz că nu există semnal la intrare. Din alimentare se consumă curent doar atunci când avem semnal la intrare. 

Dezavantajul major este că la semnale mici, când se face tranzacţia de la semnal negativ la cel pozitiv, există o zonă în care ambele dispozitive din etajul de ieşire sunt blocate şi are loc trecerea spre conducţie. Procesele de trecere din blocare în conducţie generează neliniarităţi mari şi semnalul de ieşire este puternic distorsionat. Astfel, amplificatoarele trebuie să folosească reacţii negative puternice pentru reducerea acestor neliniarităţi, dar rezultatul este supărător.

Pentru a micşora acest dezavantaj, dar şi pentru a avea o eficienţă suficient de mare, marea majoritate a amplificatoarelor construite astăzi sunt în clasă AB.  Aşa cum spune şi numele, clasa AB reprezintă un compromis între ineficienţa clasei A şi calitatea îndoielnică a unui posibil amplificator în clasa B. Soluţia se realizează prin setarea din proiectare a unui mic curent de mers în gol care diminuează în mod dramatic neliniarităţile, ca efect secundar fiind scăderea randamentului de la 75% teoretic la 40-50%. 

[_newpage_]

Calitatea semnalului creşte simţitor şi se apropie de cea specifică clasei A, aceasta rămânând totuşi superioară. De-a lungul anilor inginerii au îmbunătăţit calitatea produselor, modificând design-ul şi tipul componentelor, dar principiul de bază a rămas acelaşi, iar ce ne interesează cel mai mult, adică randamentul, nu a fost niciodată mai bun de 40-50%, nivel menţinut până când a fost pus la punct principiul  amplificatoarelor în clasă D. 

Amplificatoarele în clasă D prelucrează semnalul audio, transformându-l într-o serie de impulsuri, fiecare având durata proporţională cu amplitudinea semnalului de intrare. Dacă semnalul de intrare este zero atunci factorul de umplere al impulsurilor este 50% şi semnalul de ieşire este zero. Pentru un altfel de amplificator de bandă largă frecvenţa impulsurilor trebuie să fie cel puţin de 500 kHz şi deci sunt necesare componente performante şi scumpe, dar pentru un amplificator de  subwoofer frecvenţa poate fi mult mai mică, iar componentele corespunzător mai ieftine. 

Dacă semnalul de intrare este pozitiv, atunci factorul de umplere este crescut corespunzător peste 50%, deci impulsurile pozitive sunt mai lungi decât cele negative. Aceste impulsuri comandă un etaj de putere ce funcţionează ca un comutator  între sursa de alimentare şi ieşire. Important de ştiut este că amplitudinea maximă are acceaşi valoare cu tensiunea de alimentare. Cum tensiunea de ieşire este formată dintr-o serie de impulsuri ce nu pot fi transmise direct difuzorului, ea trebuie filtrată cu un filtru trece-jos cu pantă cât mai abruptă. 

Acesta elimină frecvenţa oscilatorului amplificatorului, iar ceea ce rămâne reprezintă semnalul amplificat. Deoarece tensiunea de ieşire provine chiar din cea de alimentare rezultă că, teoretic, randamentul acestui amplificator poate ajunge chiar la 100%, indiferent de puterea de ieşire. Practic, datorită pierderilor de comutaţie şi celor din filtru şi datorită alimentării circuitelor anexe se atinge un randament în jur de 80%. Acest lucru este valabil nu numai pentru semnale de test, dar mai important şi pentru cele muzicale.

Deci pentru fiecare 100w preluaţi din sursa de alimentare, 80 w sunt utili şi duc spre difuzor – în cazul amplificatorului în clasă D, în timp ce în cazul unui amplificator obişnuit de clasă AB doar jumătate, adică 40 w ajung la difuzor. Acesta este principalul avantaj pe care îl oferă amplificatorul în clasa D. Astfel, la instalare necesită mai puţin loc de montaj datorită dimensiunilor mult reduse ale radiatorului amplificatorului şi cabluri cu secţiuni mai puţin groase pentru alimentare decât un amplificator echivalent ca putere în clasa AB. 

Acest lucru înseamnă posibilitatea folosirii unor cabluri de alimentare mai ieftine şi de calitate inferioară, fără a face rabat la calitatea sunetului şi la puterea de ieşire. În plus, deoarece puterea pierdută prin căldură scade de la 60% la 20%, este permisă montarea amplificatorului în locuri ce altădată erau inaccesibile datorită imposibilităţii asigurării răcirii efective a acestuia. 

În mod normal un amplificator în calsă D conţine şi o sursă în comunicaţie stabilizată şi deci puterea de ieşire va fi constantă indiferent de tensiunea de alimentare, ceea ce înseamnă o reducere a influienţei secţiunii cablurilor de alimentare asupra semnalului de ieşire. Astfel, puteţi avea la dispoziţie mai mult loc de montaj şi mai mulţi bani pentru difuzoare mai performante şi mai puternice. 

Adaugati comentariu