3, Підсилювач потужності
Підсилювач потужності, також відомий як підсилювач сигналу, його основною функцією є посилення аудіосигналів для відтворення звуку динаміками. Як правило, хост має вбудований підсилювач потужності, але його діапазон посилення потужності відносно малий, тому він не може відповідати високим вимогам до прослуховування, не кажучи вже про порівняння із зовнішнім підсилювачем потужності. Крім того, басовий блок повинен керуватися підсилювачем потужності, а хост не має можливості керувати такою великою потужністю басового блоку. Підсилювач сигналу є важливою частиною всієї аудіосистеми автомобіля.
Напруга автомобільного підсилювача становить 12 В постійного струму, що відповідає напрузі джерела живлення всередині автомобіля. Щоб розширити динамічний діапазон сигналу та збільшити вихідну потужність, у підсилювачах потужності зазвичай використовується технологія інверторного підсилення, що означає підвищення напруги з 12 В до 35-40В. Ще одна перевага інверторного підсилення полягає в тому, що коли є коливання напруги джерела живлення, схема живлення підсилювача потужності автоматично регулює напругу для забезпечення стабільності вихідної потужності. В даний час ця технологія широко використовується в автомобільних підсилювачах потужності.
(1) Тепловиділення підсилювачів потужності
Існує два типи розсіювання тепла для автомобільних підсилювачів потужності: природне розсіювання тепла та розсіювання тепла вентилятором. Розсіювання тепла вентилятора зазвичай використовується в підсилювачах потужності високого класу. Хороша тепловіддача істотно впливає на вихідну потужність.
(2) Класифікація підсилювачів потужності
① Автомобільні підсилювачі потужності класифікуються за різними методами провідності: клас A, клас B, клас AB і цифровий.
Клас A: чистий підсилювач потужності класу A, також відомий як підсилювач потужності класу A, є повністю лінійною формою підсилювача. Під час роботи в чистому підсилювачі потужності класу А позитивний і негативний канали транзистора перебувають у нормально відкритому стані з сигналами або без них, що означає, що більше енергії споживається у вигляді тепла, але рівень спотворень надзвичайно низький. Чисті підсилювачі потужності класу А відносно рідко зустрічаються в автомобільних аудіосистемах, оскільки їх ефективність дуже низька, зазвичай лише 20-30%. Однак ентузіасти звуку захоплюються їхнім звуком.
Клас B: підсилювач потужності класу B, також відомий як підсилювач потужності класу B, також відомий як лінійний підсилювач, але його принцип роботи повністю відрізняється від підсилювача потужності чистого класу A. Коли працюють підсилювачі потужності класу B, позитивний і негативний канали транзистора зазвичай знаходяться в закритому стані, якщо немає вхідного сигналу. Тобто, коли надходить сигнал позитивної фази, працює лише канал позитивної фази, тоді як канал негативної фази закритий, і два канали ніколи не працюватимуть одночасно. Тому за відсутності сигналу втрати потужності взагалі відсутні. Однак, коли позитивні та негативні канали вмикаються та вимикаються, часто виникають перехресні спотворення, особливо на низьких рівнях, тому підсилювачі потужності класу B не є справді високоякісними підсилювачами потужності. У практичних застосуваннях багато ранніх автомобільних аудіопідсилювачів були підсилювачами класу B через їх високу ефективність.
Клас AB: підсилювачі потужності класів A і B, також відомі як підсилювачі потужності класу AB, є конструкцією, яка сумісна з перевагами підсилювачів потужності класів A і B. Коли сигнал відсутній або він дуже слабкий, як позитивний, так і негативний канали транзистора зазвичай відкриті, що призводить до втрати потужності, але не такої серйозної, як у підсилювачів класу А. Коли сигнал позитивний, негативний канал залишається відкритим, доки сигнал не стане сильнішим, але коли сигнал стає сильнішим, негативний канал закривається. Коли сигнал знаходиться в негативній фазі, робота позитивного і негативного каналів відбувається прямо протилежно. Недоліком підсилювачів потужності класу AB є те, що вони створюють невеликі кросоверні спотворення, але порівняно з ефективністю та точністю вони перевершують підсилювачі класів A та B. Підсилювачі класу AB наразі є найпоширенішою конструкцією в автомобільній аудіосистемі.
Клас D: на відміну від підсилювачів класу A, B або AB, згаданих вище, підсилювачі класу D працюють на основі перемикаючих транзисторів і можуть повністю проводити або відключати за дуже короткий проміжок часу. Два транзистори не проводять одночасно, тому вони виділяють дуже мало тепла. Цей тип підсилювача має надзвичайно високий ККД (близько 90%), досягаючи 100% за ідеальних умов, тоді як для порівняння підсилювачі класу AB можуть досягати лише 78,5%. З іншого боку, режим роботи перемикача також збільшує спотворення вихідного сигналу. Схема підсилювача класу D розділена на три етапи: вхідний етап перемикання, етап посилення потужності та вихідний етап фільтрації. Підсилювачі класу D можуть працювати в режимі широтно-імпульсної модуляції (ШІМ) у режимі увімкнення/вимкнення. Використовуючи ШІМ, вхідний аудіосигнал можна перетворити на високочастотний сигнал перемикання. Звуковий сигнал порівнюється з високочастотною трикутною хвилею через компаратор. Коли напруга на інвертуючому кінці вища за напругу на синфазному кінці, вихідний сигнал має низький рівень; Коли зворотна напруга на клемі нижче, ніж напруга на клемі фази, вихідний сигнал має високий рівень.
У підсилювачах класу D вихід компаратора з’єднаний зі схемою підсилювача потужності, яка використовує металооксидні польові транзистори (MOSFET) замість біполярних транзисторів (BJT). Це пояснюється тим, що перший має більший час відгуку і підходить для високочастотних режимів роботи. Для підсилювачів класу D потрібні два MOSFET, які можуть повністю вмикатися або вимикатися за дуже короткий проміжок часу. Коли MOSFET є повністю провідним, його падіння напруги дуже низьке; Коли MOSFET повністю відключений, струм, що проходить через трубку, дорівнює нулю. Швидкість перемикання двох МОП-транзисторів, які поперемінно працюють у ввімкненому та вимкненому стані, дуже висока, що забезпечує надзвичайно високу ефективність і низьке тепловиділення. Тому для підсилювачів класу D не потрібен великий радіатор.
② За типом трубки підсилювача в підсилювачі його можна розділити на жовчні та кам'яні машини:
③ Кам’яна машина (транзистор): динамічна та швидка, демонструє сильну аналітичну силу, ієрархію та яскравість у великій динамічній музиці
④ Жовчний міхур (електронна трубка): звук м’який, високі частоти плавні, достатньо місця (чиста музика, вокал).
