Anatomia do Amplificador de Potência automotivo

Anatomia do Amplificador de Potência

No passado nós tínhamos basicamente dois tipos de amplificadores para escolher: Classe "AB" e classe "A".Hoje temos AB, A, D, G, H & T, além de alguns que não têm um nome de classe. A nova tecnologia trouxe para baixo o tamanho e preço, melhorando o desempenho ea eficiência. Vamos reverr a vári reve várias as top topolo ologia giass do amp amplif lifica icador dor mod modern erna, a, gas gastan tando do o tem tempo po ext extra ra no asp aspect ecto o de eficiência (como a busca de menores, designs mais eficientes têm gerado a classe D, G, H, e designs T). Também vamos tentar dissipar alguns dos equívocos e do folclore que parecem cercar  projeto amp. Amplificadores exigem circuitos de proteção de curto e térmico, controle da ventoinha, ligue atraso, e sobre a proteção de tensão. No passado, cheio os projetos com dezenas de componentes para lidar com esses eventos. Hoje podemos usar um único microprocessador para lidar com tudo isso além de ter muitos mais recursos sem custo adicional. O microprocessador pode monitorar a tensão da bateria, tensões internas, temperatura, volume e controle de crossovers, e exibe drive externo. Estes chips de computador embutido também permite recursos como compressão e limitação de potência com pouco custo adicional. Naturalmente, o que é um amplificador sem uma fonte de alimentação? Primeiro vamos visitar os projetos de alimentação, como todo amplificador  precisa de um. A fonte de alimentação O propósito da oferta é converter a tensão da bateria do automóvel a uma maior tensão. Por  exemplo, se um amplificador é produzir 100 watts em um alto-falante de 4 ohms, que precisa de 20 volt vo ltss RM RMS. S. Is Isto to im impl plic icaa qu quee te temo moss ce cerca rca de + / -2 -288 vo volt lts. s. (2 (200 vo volt ltss RM RMS S = 28 28,2 ,288 vo volt ltss de pico). Chamamos isso de "trilho" de tensão. Uma vez que os transistores do amplificador de saída não pode puxar todo o caminho até este trilho, na verdade precisamos de uma tensão um pouco maior. O processo é converter a 12 volts DC em AC, alimentá-lo a um transformador e convertê-lo de volta à DC novamente.

Convertendo a tensão da bateria 12 volts para AC é simples, um PWM (modulador de largura de pulso) IC alimenta um banco de MOSFETS (MOSFETs estão migrando transistores perfeitamente adequado para esta tarefa).

O poder de 12 volts é ligada a uma freqüência muito alta, algo entre 40 e 150 kHz. Velocidades mais lentas de comutação exigir uma maior transformador, mas a alta velocidade tem maior perda de comutação. Materiais avançados núcleo do transformador, retificadores mais rápido, inteligente e métodos de enrolamento nos permitiram utilizar freqüências muito altas. Alguns dos melhores amplificadores de hoje têm fontes de alimentação muito pequena que produzem enormes quantidades de energia. Fontes de alimentação regulada A maioria dos primeiros amplificadores de áudio contidas fontes de alimentação desregulada. Suprimentos regulamentada exigem capacitores de alta qualidade filtro (chamados de "baixo ESR" capacitores), bobinas de saída, e um circuito de realimentação de tensão com

isolamento óptico. Regulação ocorre através do controle da largura de pulso de comutação 0100% para compensar as mudanças na tensão da bateria e ferroviário. A mesma ação ocorre quando aumenta o nível de áudio. Como o amplificador atrai mais de força da fonte, a tensão cai ferroviário. Novamente, o circuito regulador de sentidos essa queda e responde com um aumento da largura de pulso. A alta freqüência de onda PWM é retificada (convertido para DC) e aplicado à saída do filtro engasgar e capacitores. Esta saída deste circuito é o + e - trilhos DC que alimentam o amplificador  de potência. Regulamentada Fontes de Alimentação Fontes de alimentação não regulamentada são menos caros do que a oferta regulada. Eles não necessitam de uma saída de sentido, choke de tensão ou circuitos de isolamento. Porque o ciclo de trabalho é quase 100%, atual onda capacitor é muito menor em fontes não regulamentada. Corrente mais baixa ondulação requer capacitores menos caro por toda parte. Muitas vezes ouvimos que os projetos não regulamentada tem mais "headroom". Isso significa que o amplificador irá produzir energia extra durante transientes. A maioria dos amplificadores de áudio doméstico empregam fontes de alimentação desregulada. As fontes de alimentação nestes amplificadores executado em 60 Hz, portanto, os capacitores de filtro deve ser 200-500 vezes maior do que aqueles usados em comutadores de alta freqüência. A capacitância extra em amplificadores de áudio doméstico resulta em headroom extra.Espaço para outra coisa senão transientes muito curto simplesmente não existe nos projetos não regulamentada. O seguinte é um exemplo de especificações para uma amplificadores regulamentada vs regulamentado. Projetos não regulamentada ter uma tensão maior oferta em baixa potência, causando maior  tensão nos transistores de saída. Isto reduz a eficiência do amplificador. Amplificadores pequenos (menos de 100 watts) não pode justificar o custo extra do circuito de regulação, por isso vemos muitas vezes fontes não regulamentada nestes amplificadores.

Prós e contras de Suprimentos Regulamentado / não regulamentada Alguns designers tentam manter seus suprimentos regulamentada até tensões de bateria tão baixo como 9,5 volts. A oferta compensa aumentando a corrente. A tabela a seguir mostra a tensão e correntes para um amplificador de 500 watt de operação com excesso de regulamentação na potência máxima. A corrente aumenta dramaticamente a tensões mais baixas. Por causa de correntes mais elevadas nas tensões mais baixas, a eficiência de alimentação cair ainda mais, exigindo ainda mais atual. Com tensões mais elevadas, reduz a largura de pulso, causando atual ripple aumentou. Esta corrente, cria calor na capacitores de filtro e pode destruir o capacitor eletrolítico é. Alguns fabricantes não usam capacitores de qualidade suficiente para essa faixa de regulação. Estes amplificadores podem não executar até especificação de apenas um ano após a instalação. Além disso, a corrente extra com baixas voltagens é extra duro com uma bateria que já está sofrendo! Assim, recomendamos que amplificadores ficar na regulação para cerca de 11-11,5 volts. Qualquer sistema de cobrança que esteja funcionando corretamente pode facilmente manter 

a

tensão

da

bateria

bem

acima

disso.

A Secção do amplificador, Classe AB e A A classe AB e amplificadores são semelhantes, por isso vamos discutir tanto aqui. Amplificadores classe AB tem transistores que puxar até o trilho positivo e transistores que puxe para baixo para o trilho negativo. Isso corresponde à ação de empurrar o cone do alto falante para fora e dentro Classe AB significa que os transistores de saída nem sempre têm atuais sobre elas. Por exemplo, quando os transistores superior estão puxando para cima em direção ao pólo positivo (empurrando para fora alto-falante), não há corrente nos transistores menores. Quando o sinal de saída através de balanços zero, para o trilho negativa, o transistor de saída deve passar por uma transição de corrente zero a uma corrente diferente de zero. A melhor analogia que eu posso pensar é dirigir um carro velho com slop demais na direção. Como você vai de um lado da coroa da estrada para o outro, o volante cruza uma zona de "morto", e que tendem a sobre-boi. Especiais de temperatura compensada viés circuito reduz esta zona morta, conhecida como distorção entalhe. A figura abaixo mostra a saída de um amplificador classe AB com viés muito pouco ea distorção resultante. Notch distorção aumenta em altas freqüências e baixos níveis de volume. Alguns designs modernos têm reduzido este tipo de distorção a níveis muito baixos. Classe A significa que cada transistor é sempre conduzir a corrente. Eles são muito semelhantes aos amplificadores classe AB, mas o circuito de polarização é definido de modo que há correntes muito elevados nos transistores de saída. Porque estes amplificadores não têm esta zona "morta", menos o feedback é necessário para alcançar baixa distorção. Um amplificador de 100 watts pode dissipar quase 100 watts mesmo quando internamente não há saída de áudio. Este tipo de projeto é impraticável no ambiente de auto duras. A classe muitos amplificadores pedalou para o mercado automotivo não são realmente de classe A. Eles são wasters poder enorme na casa também. Estágios de entrada and Driver   O amplificador funciona dessa maneira: Um pequeno sinal de áudio é apresentado à entrada do amplificador.Transistores não são lineares, o que significa que o sinal de entrada irá distorcer um pouco à medida que passa através dos estágios diferentes amplificador. Para corrigir essa distorção, uma parte da saída é comparada com a de entrada. A diferença cria um sinal de correção reduzir esta distorção. O estágio de entrada é um tipo especial, chamado de "diferencial". Ele tem um + e um - de entrada, pois deve aceitar tanto a entrada de áudio e a entrada do circuito de feedback. Retorno em excesso pode reduzir dramaticamente a distorção, mas causar instabilidade. Regras de design cuidado devem ser seguidas para evitar esta instabilidade.

A saída do estágio de entrada alimenta o estágio driver. O estágio driver pode usar um, dois ou três dispositivos.Muitas vezes, esse circuito é chamado de "Darlington", ou "Triple Darlington". O circuito de condução alimenta o estágio de saída, que pode ter dois, quatro, seis ou mais transistores. Quanto mais transistores de saída, melhor. Múltiplos dispositivos de saída reduzir a distorção (que requer menos o feedback negativo) e melhorar a confiabilidade. Bipolar ou MOSFET? Vimos tanto MOSFET (Metal Oxide Silicon Transistor de Efeito de Campo) e transistores bipolares usados em amplificadores de áudio. Foram feitas afirmações que cada um é superior. Tenho visto afirma que MOSFETs tem um tubo ("válvula" para os britânicos) de som. Isso é mais folclore. Os músicos e seus instrumentos são suposto ter "o som" não, equipamentos de áudio! MOSFETs são mais resistentes do que bipolares, e pode puxar mais perto do comboio de abastecimento. Demora mais transistores bipolares para alcançar o mesmo poder como um MOSFET, portanto ampères Bipolar tendem a ser mais caro. Mas, MOSFETs são muito não-linear, em comparação com bipolares e requerem um feedback muito mais para alcançar números distorção razoável. Eles são uma ótima opção para amplificadores de baixo, como áudio de baixa freqüência não é difícil para

um MOSFET. Os amplificadores mais caros carro e casa quase sempre usam transistores bipolares. Eficiência O que faz um amplificador esquentar? Tanto a fonte de alimentação eo amplificador de potência geram calor. A máxima eficiência da fonte de alimentação é quase 100%. Designs bom suprimento de energia, com os componentes da mais alta qualidade abordagem de 85%. A classe de eficiência amplificador AB na potência máxima pode se aproximar de 75%. A eficiência total, incluindo o fornecimento de energia, podem ser cerca de 65%. Mas, a eficiência cai à menor potência e geralmente pode ser inferior a 20%. Uma classe de amplificador AB realmente corre mais frias na potência máxima do que a metade da potência. Executar este amplificador em clipping e pode correr ainda mais frio! Onde está todo esse poder está indo? O transistor de saída é basicamente um grande resistor variável. Se a tensão de saída instantânea deve ser de 40 volts ea fonte de alimentação é de 100 volts, 60 volts, então deve ser "desperdiçado" nos transistores de saída. Deslocar uma carga reativa (como um alto-falante) faz com que a eficiência a cair ainda mais. Isto leva-nos para as classes de áudio projetado para melhorar a eficiência. Classe D Primeiro, vamos desfazer um mito: Classe D não representa digital. A entrada é convertida em uma representação de dois estados (binário) da forma de onda de áudio. É aí que a similaridade termina. Esta distinção é importante porque a classe D não fornece os benefícios normalmente associados com componentes digitais.

Dito isto, os projetos de classe D melhorar drasticamente a eficiência. Em vez de perder poder no transistor de saída, a saída é comutada em uma freqüência muito alta entre os trilhos de alimentação positiva e negativa. Se a saída deve ser zero, então a forma de onda está em um ciclo de trabalho de 50%. Se a saída é ser uma tensão positiva, então o ciclo de trabalho seria maior do que 50%. Porque os dispositivos de saída são completamente ligado (sem tensão desperdiçado) ou completamente desligado, eficiência, teoricamente, é de 100%. Assim, a entrada de áudio deve ser convertido em uma forma de onda modulada de largura de pulso (PWM). O traço amarelo abaixo é a saída do amplificador; o traço azul é a forma de onda PWM. A forma de onda azul é alimentado a um filtro de saída, o que resulta na forma de onda de saída amarelo. Observe que a saída parece um pouco distorcida. Todo o ruído de comutação e distorção não pode ser removido eo resultado pode ser visto aqui. Devido a esse processo de converter o sinal de entrada para PWM e conversão de volta para analógico, uma boa dose de distorção é introduzida. Gabarito convencionais como o usado em projetos de classe AB é utilizado nestes amplificadores para reduzir a distorção. MOSFETs são a única escolha para os projetos da classe D. A maioria dos projetos de classe D são úteis apenas para amplificadores de baixo, pois não podem mudar rápido o suficiente para reproduzir altas freqüências. Alguns de alta qualidade, full range designs classe D existem para áudio profissional, mas são complexos com várias fases saídas.

Classe T Classe T (Tripath) é semelhante à classe D com as seguintes exceções: Esta classe não utilizar a alimentação analógica de volta como seu primo classe D. O feedback é digital e é levado à frente do filtro de saída, evitando o deslocamento de fase deste filtro. Porque a classe D ou T distorção do amplificador surge de erros de temporização, o amplificador classe T realimenta informações de tempo. A outra diferença é que este amplificador usa um processador de sinal digital para converter a entrada analógica com um sinal PWM e processar as informações de feedback. O processador analisa a informação de feedback e faz ajustes timing.Porque o ciclo de feedback não inclui o filtro de saída, o amplificador de classe T é inerentemente mais estável e pode operar  sobre a banda de áudio completo. A maioria dos ouvintes não conseguem ouvir a diferença entre a classe T e desenhos AB boa classe. Tanto a classe D e desenhos T compartilhar um problema: eles consomem energia extra em marcha lenta. Porque a onda de alta freqüência está presente em todos os momentos, mesmo quando não há presença de áudio, os amplificadores geram algum calor residual. Alguns destes amplificadores realmente desligar na ausência de música, e pode ser  irritante, se houver muita demora em voltar.

Classe G Classe G melhora a eficiência de outra forma: um amplificador classe AB ordinária é impulsionado por uma fonte de alimentação multi-rail. Um amplificador de 500 watts pode ter três trilhos positivos e três negativos trilhos. As tensões ferroviário pode ser 70 volts, 50 volts e 25 volts. Como a saída do amplificador se move cerca de 25 volts, a fonte está ligado a 50 volts ferroviário. Como a saída se move perto do trilho volt 50, o abastecimento é ligado ao trilho volt 70. Estes projetos são chamados às vezes "Switchers Rail". Este projeto melhora a eficiência ao reduzir o "desperdício" de tensão nos transistores de saída. Esta tensão é a diferença entre a oferta (vermelho) positivo ea saída de áudio (azul). Classe G pode ser tão eficiente como classe D ou T. Enquanto uma classe de design G é mais complexa, é baseado em um amplificador classe AB e pode ter as mesmas características limpa também. Classe H Classe H é semelhante à classe G, exceto a tensão ferroviário é modulada pelo sinal de entrada. O trilho de alimentação é sempre apenas um pouco maior do que o sinal de saída, mantendo a tensão sobre os transistores pequenos e os transistores de saída legal. Modulando a força de tensão de abastecimento ferroviário é criado por um circuito similar que você encontraria em um amplificador classe D. Em termos de complexidade, este tipo de amplificador poderia ser pensado como um amplificador classe D dirigindo um amplificador classe AB e por isso é bastante complexa.

Como escolher? Regulamentada ou não? Classe AB, D ou T? Se você está realmente em um monte de baixo, a classe D ou T pode ser para você como estes amplificadores irá produzir o mais alto SPL com o menor tamanho. Se você quiser apenas para acordar os vizinhos, blur sua visão, ou fazer um respingo grande no concursos SPL, talvez você só precisa de um dos barato, poderoso, e projetos de classe D suja. Quer mais limpas altas freqüências?Talvez uma boa classe AB ampères seria a sua seleção. Seja qual você escolher, espero que esta informação ajuda-lo a alcançar o som que você está procurando!