هیچ محصولی در سبد خرید نیست
کلاس های آمپلی فایر
7 دقیقه مطالعه
آشنایی با کلاس‌های آمپلی فایر
کلاس A تا H به چه معناست؟
این بحث درباره مدارهای آمپلی‌فایر الکترونیکی، مروری کلی بر ویژگی‌هایی دارد که کلاس‌های رایج آمپلی‌فایر را تعریف می‌کنند.
کلاس‌هایی که در اینجا توصیف شده‌اند شامل: A، B، AB، C، D، E، F، G و H هستند.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید سیستم های صوتی خودرو به فروشگاه ولوم بازی مراجعه فرمایید.
آمپلی‌فایرها و کاربردهای آن‌ها
آمپلی‌فایرها که از عناصر بنیادی طراحی مدار به شمار می‌روند، یک سیگنال ضعیف را دریافت کرده و آن را تقویت می‌کنند. این مدارها، از هدفون‌های کوچک گرفته تا آنتن‌های بزرگ را تغذیه می‌کنند. وقتی پیش از مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) قرار گیرند، سیگنال‌هایی را که از منابع گوناگونی مانند کرنش‌سنج‌ها تا پروب‌های فراصوت می‌آیند، بازشکل‌دهی می‌کنند.
با انتخاب مناسب قطعات غیرفعال در حلقه بازخورد، می‌توان آن‌ها را به فیلترهایی از نوع بالاگذر، پایین‌گذر، میان‌گذر و حذف‌باند تبدیل کرد. اگر چند سیگنال ورودی به آن‌ها بدهید، هارمونیک‌هایی از هر مؤلفه‌ی ورودی تولید می‌کنند—که این ویژگی در برخی کاربردها مفید است و در برخی دیگر دردسرساز.
پیش‌زمینه‌ای بر نام‌گذاری کلاس‌های آمپلی‌فایر
در گذشته، نام‌گذاری کلاس‌های آمپلی‌فایر به بایاس‌گذاری المان‌های تقویت‌کننده مربوط می‌شد—یعنی اینکه این المان‌ها در چند درجه از سیکل نوسان سیگنال ورودی هدایت (رسانش) دارند. این روش برای کلاس‌های A، B و C کاربرد داشت و برای کلاس AB نیز تا حدودی منطقی به نظر می‌رسید. اما امروزه دیگر اوضاع آن‌قدر واضح نیست. حتی ممکن است کسی با دیدی بدبینانه بگوید که تنها چیزی که نام‌گذاری کلاس‌ها به ما می‌گوید، این است که آن کلاس در چه زمانی اختراع شده!
در آغاز، این طبقه‌بندی بیانگر رابطه‌ای میان خطی بودن و بازدهی بود. آمپلی‌فایرهای کلاس A می‌توانند بسیار خطی ساخته شوند، اما بازدهی محدودی دارند. از نظر تئوری، یک آمپلی‌فایر کلاس A می‌تواند به بازدهی ۵۰٪ با کوپلینگ خروجی سلفی، یا ۲۵٪ با کوپلینگ خازنی برسد. آمپلی‌فایرهای کلاس B دچار اعوجاج «کراس‌اوور» می‌شوند، اما بازدهی آن‌ها به‌صورت نظری می‌تواند تا ۷۸.۵٪ نیز برسد.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر خودرو کلیک کنید.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر 1 کانال (مونو) خودرو کلیک کنید.
آمپلی‌فایرهای کلاس C بازدهی بسیار بالایی دارند (تا حدود ۹۰ درصد)، اما برای کارکرد آن‌ها به مدارهای تانک با کیفیت بالا (Q بالا) نیاز است که فقط در یک بازه فرکانسی بسیار محدود عمل می‌کنند. همچنین ساخت چنین مدارهایی برای فرکانس‌های پایین مانند صدا (آدیو) عملاً امکان‌پذیر نیست، و به همین دلیل استفاده از این نوع آمپلی‌فایرها به فرکانس‌های رادیویی محدود می‌شود.
اما کلاس D داستان متفاوتی دارد. آغاز این کلاس از شرکت Harris Semiconductor بود که در سال ۱۹۹۵ اولین درایورهای مخصوص آمپلی‌فایرهای صوتی کلاس D را معرفی کرد و ادعا داشت که این آمپلی‌فایرها بازدهی بالای ۹۰ درصد دارند. (این بخش از شرکت Harris اکنون بخشی از شرکت Intersil محسوب می‌شود.)
کلاس‌های آمپلی‌فایر – خلاصه‌ای کوتاه و قابل فهم
کلاس A: طراحی تک‌طرفه (single-ended) دارد. المان تقویت‌کننده طوری بایاس‌گذاری شده که در مرکز دامنه سیگنال ورودی کار می‌کند؛ یعنی در تمام سیکل هدایت دارد. صدای بسیار خطی، اما بازدهی پایین.
کلاس B: طراحی پوش‌پول (push-pull) دارد. هر المان فقط در نیمی از دامنه سیگنال ورودی هدایت می‌کند. بازدهی بالاتر از کلاس A، اما دچار اعوجاج ناحیه گذار (crossover distortion) می‌شود.
کلاس AB: ترکیبی از A و B است. در طراحی پوش‌پول، هر المان کمی بیش از نصف سیکل سیگنال را هدایت می‌کند تا اعوجاج کراس‌اوور کاهش یابد. تعادل خوبی بین خطی بودن و بازدهی دارد.
کلاس C: معمولاً در کاربردهای فرکانس رادیویی استفاده می‌شود. خروجی آن یک مدار تشدیدی (تانک) شامل سلف و خازن است. المان خروجی فقط در بخش کوچکی از هر سیکل سیگنال ورودی هدایت می‌کند. بازدهی بسیار بالا، اما فقط برای فرکانس‌های خاص قابل استفاده است.
کلاس D: بیشتر در کاربردهای صوتی مانند آمپلی‌فایر خودرو یا دستگاه‌های قابل‌حمل استفاده می‌شود. بازدهی بالا و مصرف کم باتری از مزایای آن است. در این نوع، ترانزیستورهای قدرت (FET) یک موج مربعی با فرکانس بالا تولید می‌کنند که دامنه‌اش ثابت است، اما چرخه کاری (duty cycle) آن نسبت به سطح سیگنال ورودی تغییر می‌کند. سپس این موج با فیلتر به صدای قابل‌شنیدن تبدیل می‌شود.
کلاس‌های E و F: زیرمجموعه‌هایی از کلاس C هستند و در فرکانس‌های بالا با طراحی دقیق‌تر مدار تانک به‌کار می‌روند.
کلاس‌های G و H: مشابه کلاس AB هستند، با این تفاوت که از چند سطح ولتاژ تغذیه (power rail) استفاده می‌کنند تا بازدهی را در حجم‌های صدای مختلف بهبود دهند.
توضیحات دقیق درباره کلاس‌های A، B و AB آمپلی‌فایر
کلاس A:
در این کلاس، یک قطعه فعال (معمولاً ترانزیستور) طوری بایاس‌گذاری می‌شود که در تمام مدت سیکل ورودی در ناحیه هدایت خطی کار کند.
«بایاس‌گذاری» یعنی محدود کردن سیگنال ورودی به بازه خاصی از ولتاژ یا جریان.
هدایت «خطی» به این معناست که تغییرات در خروجی تقویت‌شده دقیقاً متناسب با تغییرات سیگنال ورودی است.
این کلاس بهترین کیفیت صدا و کمترین اعوجاج را دارد، اما به‌خاطر هدایت دائمی ترانزیستور، بازدهی آن بسیار پایین است (معمولاً حدود ۲۵٪ تا ۵۰٪).
کلاس B:
در این کلاس از دو قطعه فعال استفاده می‌شود و موج ورودی به دو نیم‌سیکل تقسیم می‌شود.
یکی از قطعات در نیم‌سیکل مثبت هدایت می‌کند و دیگری در نیم‌سیکل منفی. در خروجی، این دو نیمه دوباره به هم وصل می‌شوند تا سیگنال کامل تولید شود.
از آنجایی که دو خروجی در فاز ۱۸۰ درجه نسبت به هم هستند، به این ساختار «پوش‌پول» (push-pull) نیز گفته می‌شود.
کلاس B بازدهی بالاتری دارد، اما در نقطه‌ی اتصال بین نیم‌سیکل‌ها (نقطه‌ی کراس‌اوور) دچار اعوجاج می‌شود.کلاس AB:
این کلاس ترکیبی از کلاس‌های A و B است. در آن، هر دو قطعه فعال طوری بایاس می‌شوند که در بخشی از سیکل ورودی به‌صورت هم‌زمان هدایت کنند.
در این حالت، یک همپوشانی کوچک بین دو نیم‌سیکل ایجاد می‌شود که باعث کاهش اعوجاج در نقطه‌ی کراس‌اوور می‌گردد.
هرچند این ساختار بازدهی کمتری نسبت به کلاس B دارد، اما خطی‌تر است و کیفیت صدای بهتری ارائه می‌دهد.
در نتیجه، کلاس AB معمولاً برای کاربردهایی به‌کار می‌رود که تعادل بین کیفیت و بازدهی اهمیت دارد، مثل آمپلی‌فایرهای صوتی خانگی و خودرو.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر 2 کانال خودرو کلیک کنید.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر 4 کانال خودرو کلیک کنید.
آمپلی‌فایر کلاس B و پیکربندی پل (Bridge-Tied Load)
در آمپلی‌فایر کلاس B سنتی، مدار به‌صورت پوش‌پول (push-pull) و با استفاده از قطعات مجزا (discrete) ساخته می‌شود. اما می‌توان همین ساختار را با استفاده از آی‌سی‌های آمپلی‌فایر نیز پیاده‌سازی کرد.
در پیکربندی پل یا Bridge-Tied Load (BTL)، ولتاژ مؤثر در دو سر بار (مثلاً بلندگو) دو برابر می‌شود. یکی از راه‌های ساخت چنین آمپلی‌فایری این است که یک طبقه آمپلی‌فایر، یک طرف بلندگو را تغذیه کند و یک آمپلی‌فایر معکوس‌کننده با بهره یک، طرف دیگر را.
اما پیکربندی بهتر این است که هر دو آمپلی‌فایر سیگنال ورودی یکسانی دریافت کنند تا کنترل هماهنگ‌تری روی بلندگو داشته باشند.
کلاس‌های G و H
کلاس‌های G و H نسخه‌های پیشرفته‌ای از کلاس AB هستند که برای بهبود بازدهی، ولتاژ تغذیه اضافی دارند.
در مواقعی که دامنه سیگنال خروجی از حداکثر توان ولتاژ تغذیه در کلاس AB بیشتر می‌شود، این منابع اضافی فعال می‌شوند.
کلاس G: چند ریل تغذیه با ولتاژهای مختلف دارد و بسته به نیاز، بین آن‌ها سوئیچ می‌کند.
کلاس H: به‌جای استفاده از چند ولتاژ ثابت، ولتاژ ریل تغذیه را به‌صورت دینامیکی و متناسب با سیگنال ورودی تنظیم (مدوله) می‌کند.
هر دو کلاس برای افزایش بازدهی در سطوح سیگنال بالا کاربرد دارند، به‌ویژه در آمپلی‌فایرهای صوتی حرفه‌ای.
آمپلی‌فایر Doherty
اگرچه کلاس‌های G و H در کاربردهای صوتی متداول‌اند، اما یک طراحی مشابه و نسبتاً فراموش‌شده به نام آمپلی‌فایر Doherty دوباره در کاربردهای مخابراتی مانند تلفن‌های همراه احیا شده است.
این آمپلی‌فایر که به نام ویلیام دوهرتی از محققان Bell Labs نام‌گذاری شده، از دو طبقه موازی تشکیل می‌شود:
یک طبقه کلاس B به‌عنوان بخش “حامل” (carrier)
یک طبقه کلاس C به‌عنوان بخش “پیکینگ” (peaking)
در ورودی، هر یک از این دو طبقه نیمی از سیگنال را دریافت می‌کنند. در خروجی، سیگنال‌های آن‌ها با هم جمع می‌شوند. مشابه کلاس G یا H، طبقه کلاس B بیشتر مواقع خروجی را تأمین می‌کند و طبقه کلاس C فقط هنگام قله‌های شدید سیگنال وارد عمل می‌شود.
مزیت این طراحی، بازدهی بالاتر در مقایسه با کلاس B خالص است.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر مانیتور اندروید خودرو کلیک کنید.
کلاس C (با تشبیه قابل‌فهم)
در آمپلی‌فایرهای کلاس C، یک قطعه فعال وجود دارد که فقط در بخش بسیار کوچکی از سیکل سیگنال ورودی هدایت می‌کند. انرژی تولیدشده به یک مدار تانک L-C با Q بالا تزریق می‌شود.
این مدار حتی وقتی قطعه فعال در حال هدایت نیست، به ارتعاش در فرکانس رزونانس خود ادامه می‌دهد.
مثال ساده:
مثل این است که با یک چکش کوچک، زنگ بزرگی را با سرعتی مشخص و هماهنگ با فرکانس طبیعی زنگ ضربه بزنیم. حتی اگر ضربه‌ها کوتاه باشند، زنگ همچنان طنین‌انداز باقی می‌ماند.
«Q» یا ضریب کیفیت نشان‌دهنده شدت و دقت رزونانس مدار است. به‌طور دقیق، نسبت راکتانس سلف به مقاومت اهمی آن در یک فرکانس مشخص است. به‌صورت کلی‌تر، Q بالا یعنی مدار به‌شدت روی یک فرکانس خاص تنظیم شده و در آن فرکانس انرژی را به‌خوبی نگه می‌دارد.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر ممفیس کلیک کنید.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر اسکایلر کلیک کنید.
کلاس‌های E و F
کلاس‌های E و F، مشابه کلاس C، ساختارهایی برای آمپلی‌فایرهای فرکانس رادیویی (RF) دارند که از مدارهای تانک L-C استفاده می‌کنند.
در حالی که آمپلی‌فایرهای کلاس C عمدتاً در فرکانس‌های کمتر از ۱۰۰ مگاهرتز کاربرد دارند، آمپلی‌فایرهای کلاس E بیشتر در بازه فرکانس‌های VHF (فرکانس خیلی بالا) و مایکروویو استفاده می‌شوند.
تفاوت اصلی کلاس E با کلاس C در این است که المان فعال در کلاس E به‌صورت کلید (switch) عمل می‌کند و دیگر در ناحیه خطی کاری ندارد.
آمپلی‌فایرهای کلاس F شبیه کلاس E هستند، اما شبکه بار (لود) پیچیده‌تری دارند. این شبکه علاوه بر بهبود تطابق امپدانس بین بار و کلید، طوری طراحی شده که هارمونیک‌های زوج سیگنال ورودی حذف شوند تا سیگنال کلیدزنی به شکل موج مربعی نزدیک‌تر شود.
این موضوع باعث افزایش بازدهی می‌شود چون کلید در حالت اشباع یا قطع برای مدت طولانی‌تری باقی می‌ماند.
کلاس D
کلاس D معمولاً در کاربردهای صوتی استفاده می‌شود. مانند کلاس‌های E و F، المان‌های فعال آن (معمولاً ترانزیستورهای قدرت FET) به صورت کلید عمل می‌کنند، نه در حالت خطی.
دو المان کلاس D با یک موج مربعی با فرکانسی بسیار بالاتر از بالاترین فرکانس موجود در سیگنال ورودی بین حالت اشباع و قطع جابجا می‌شوند.
عرض پالس یا چگالی پالس این موج مربعی قابل تغییر است و کنترل آن توسط سیگنال ورودی انجام می‌شود. در خروجی آمپلی‌فایر، یک فیلتر پایین‌گذر فرکانس کلیدزنی و هارمونیک‌های آن را کاهش می‌دهد و فقط سیگنال تقویت‌شده ورودی باقی می‌ماند.
از آنجا که FETها فقط در حالت قطع یا اشباع کار می‌کنند، اتلاف توان عمدتاً از افت ولتاژ پیش‌ران ترانزیستورها ناشی می‌شود.
آمپلی‌فایرهای کلاس D می‌توانند به بازدهی تا ۹۰٪ برسند و میزان اعوجاج آن‌ها نزدیک به کلاس AB است.
یکی از مشکلات کلاس D، چالش کنترل تداخل‌های الکترومغناطیسی و هارمونیک‌های تولیدشده توسط مدارهای کلیدزنی است.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر ال اس آدیو کلیک کنید.
جهت مشاهده، مشاوره و خرید آمپلی فایر راک کلیک کنید.
دیدگاه کاربران
هیچ دیدگاهی برای این مقاله نوشته نشده است