Усилитель класса A против класса AB: компромиссы между предвзятостью, нагревом и активным динамиком

Практически для каждого проекта активной акустической системы хорошо спроектированная сцена класса AB является более безопасным инженерным и коммерческим выбором. Класс А выигрывает только тогда, когда измеренная линейность при очень низких уровнях прослушивания имеет большее значение, чем тепло, вес и стоимость электроэнергии. Это единственное предложение объясняет, почему модули класса AB до сих пор используются в большинстве серийных громкоговорителей, хотя на бумаге класс A имеет лучшую репутацию.

Эти два класса не являются разными технологиями. Это один и тот же выходной каскад на комплементарном транзисторе, смещенный в разных рабочих точках. Все остальное, от размера радиатора до веса при транспортировке, зависит от тока смещения.

Точка смещения решает все остальное

В выходном каскаде класса А устройства проводят полные 360 градусов цикла сигнала. Ток покоя устанавливается выше, чем пиковый ток, который усилитель когда-либо подает в нагрузку, поэтому транзисторы никогда не выключаются. Здесь нет области пересечения, нет переключения между устройствами, а передаточная кривая остается линейной, начиная с нескольких милливольт и выше.

Класс AB находится между классом B и классом A. Небольшое постоянное смещение сохраняет проводимость обоих устройств примерно в течение 200 градусов цикла, чего достаточно, чтобы перекрыться при пересечении нуля и устранить искажения, характерные для чистого класса B. За пределами этого окна перекрытия каждое устройство работает только половину времени, и именно отсюда происходит прирост эффективности.

Практические последствия легко наблюдать на стенде. Канал класса А потребляет примерно одинаковую мощность от источника питания независимо от того, работает он бесшумно или работает на полную мощность. Канал класса AB мало потребляет в режиме ожидания и постепенно увеличивается по мере увеличения выходной мощности. Вот почему шасси класса А нагреваются через десять секунд после включения, а шасси АВ остаются холодными до тех пор, пока не поступит программный материал.

Эффективность и тепло: цена никогда не выключаться

Теоретический потолок для каскада класса А составляет 50% при нагрузке с трансформаторной связью и ближе к 25% для более распространенной несимметричной схемы. Реальные проекты находятся в диапазоне 15-30%. Класс AB теоретически достигает около 78,5%, а на практике — 50-70%, именно поэтому он стал стандартом для мощного аналогового звука.

Переведите это в решение о покупке. Модуль класса AB мощностью 200 Вт может потреблять 300–350 Вт от сети при полной мощности и 20–30 Вт в режиме ожидания. Эквивалентная конструкция класса А требует источника питания и радиатора, рассчитанного на несколько сотен ватт непрерывного рассеивания, что обычно означает в три-четыре раза больший объем металла, трансформатора и шкафа на каждый подаваемый ватт.

Искажение: хороший класс AB обычно превосходит дешевый класс A

Репутация класса А основана на двух реальных преимуществах: отсутствии перекрестных искажений и в гармоническом профиле, в котором доминирует мягкая вторая гармоника низкого порядка. Оба подлинные. Но сравнение, которое имеет значение для продукта, редко бывает идеальным против идеала.

Кроссоверные искажения в классе AB проявляются как гармоники высокого порядка на низких уровнях выходного сигнала, именно там, где ухо наиболее чувствительно. Он контролируется тремя вещами: достаточным током смещения, точным отслеживанием температуры цепи смещения, чтобы настройка не дрейфовала при нагреве радиатора, и достаточным коэффициентом усиления контура. При правильном исполнении модули класса AB удерживают общие гармонические искажения в диапазоне 0,01–0,05% при номинальной мощности, что неслышно при любом нормальном воспроизведении.

Где класс А действительно вырывается вперед, так это на уровне милливатт в высокочувствительных драйверах. Если ваш продукт представляет собой монитор ближнего поля для критического прослушивания, за эту прибыль стоит заплатить. Если это портативная акустическая система, колонка или сабвуфер, разница исчезает под шумом помещения и программным материалом.

Класс A против класса AB с первого взгляда

В таблице ниже приведено сравнение параметров, которые фактически определяют спецификацию материалов и тепловой расчет.

Что это означает для проектирования модулей активных динамиков

Профессиональные активные громкоговорители, линейные массивы и сабвуферы строятся на основе класса AB, а также классов D и H по одной причине: рабочий продукт должен выдерживать длительные рабочие циклы внутри горячей стойки. Приведенная выше тепловая арифметика просто исключает класс А на уровнях мощности, требуемых этими системами.

Внутри типичной конструкции AB модуль усилителя мощности отвечает за усиление напряжения и подачу тока, а регулировка тембра, микрофонный вход и ограничение осуществляются отдельными функциональными модулями, расположенными перед ним. Такое разделение позволяет сократить аналоговую сигнальную цепь и позволяет повторно использовать одну платформу усилителя в нескольких моделях кабинетов.

Горизонтальный аналоговый входной модуль PL35 для усилителей класса AB Сбалансированные микрофонный и линейный входы, а также пятиполосный графический эквалайзер делают этот горизонтальный модуль компактным внешним устройством для платформ усилителей класса AB. Посмотреть продукт →

Вертикальный функциональный модуль PL21/PL21E с защитой по предельным значениям Вариант вертикального внешнего интерфейса для узких корпусов, сочетающий в себе балансные микрофонный и линейный входы, пятиполосный эквалайзер и защиту от пределов; В PL21E добавлен контроль эха микрофона. Посмотреть продукт →

Два приведенных выше внешних модуля следуют этой схеме: балансные микрофонный и линейный входы с пятиполосным графическим эквалайзером в горизонтальном формате или тот же эквалайзер с защитой от пределов в вертикальном формате, когда корпус узкий. Оба разработаны для платформ усилителей класса AB, поэтому поведение смещения выходного каскада остается доминирующей переменной.

Если тепловой баланс конструкции AB перестанет масштабироваться, обычно превышая несколько сотен ватт на канал внутри компактного шкафа, следующим шагом в профессиональном аудио будет не возврат к классу A, а переход к классу H, который переключает шину питания синхронно с сигналом. Такой модуль, как AMP400H, сохраняет питание от линейного трансформатора и U-образный алюминиевый радиатор, сохраняя аналоговый выходной каскад и одновременно сокращая рассеивание на низком и среднем уровнях.

AMP400H 7294 Модуль усилителя мощности класса H Модуль класса H с выходами средней/низкой частоты 400 Вт и высокочастотным выходом 100 Вт, источником питания с линейным трансформатором и U-образным радиатором, а также несколькими схемами защиты. Посмотреть продукт →

Для команд, составляющих карту всей семьи перед принятием решения, наше руководство по классы усилителей A, AB, D и H для конструкции модуля активных динамиков проходит через одни и те же компромиссы для каждой топологии. Вы также можете просмотреть текущий Модули усилителей громкоговорителей класса AB для сравнения уровней производства и вариантов поставок.

Выбор между ними для нового продукта

Четыре вопроса обычно позволяют принять решение быстрее, чем любой тест на прослушивание:

1. Каков рабочий цикл? Динамик, который работает восемь часов на высокой мощности, не может позволить себе каскад, который все время рассеивает всю свою мощность смещения.
2. Куда уходит тепло? В герметичном пластиковом корпусе конструкция AB уже требует теплового пути к пластине; Классу А понадобится гораздо больший размер.
3. На каком уровне реально слышны искажения? Измеряйте уровни, на которых продукт действительно будет работать, а не мощность 1 Вт при фиктивной нагрузке.
4. Сколько весит готовый агрегат? Масса трансформатора и радиатора — это регулярные затраты на транспортировку и установку, а не разовые расходы.

Ответьте на них честно, и точка предвзятости вместе с платформой модуля выберет сама себя.

Часто задаваемые вопросы