- การจำแนกประเภทของเครื่องขยายเสียงโดยใช้ตัวอักษร
- เครื่องขยายเสียง Class A
- เครื่องขยายเสียงคลาส B
- เครื่องขยายเสียง Class AB
- เครื่องขยายเสียง Class C
- เครื่องขยายเสียง Class D
- คลาสเครื่องขยายเสียงอื่น ๆ
ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เครื่องขยายเสียงเป็นอุปกรณ์วงจรที่ใช้กันมากที่สุดซึ่งมีความเป็นไปได้ในการใช้งานขนาดใหญ่ ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เกี่ยวข้องกับเสียงพรีแอมป์และเพาเวอร์แอมป์เป็นระบบแอมพลิฟายเออร์สองประเภทที่แตกต่างกันซึ่งใช้สำหรับวัตถุประสงค์ที่เกี่ยวข้องกับการขยายเสียง แต่นอกเหนือจากจุดประสงค์เฉพาะแอปพลิเคชันนี้แล้วยังมีความแตกต่างอย่างมากในแอมพลิฟายเออร์ประเภทต่างๆโดยส่วนใหญ่อยู่ในเพาเวอร์แอมป์ ดังนั้นที่นี่เราจะสำรวจคลาสต่างๆของเครื่องขยายเสียงพร้อมทั้งข้อดีและข้อเสีย
การจำแนกประเภทของเครื่องขยายเสียงโดยใช้ตัวอักษร
คลาสแอมพลิฟายเออร์เป็นเอกลักษณ์ของประสิทธิภาพและคุณสมบัติของแอมพลิฟายเออร์ เพาเวอร์แอมป์ประเภทต่างๆให้การตอบสนองที่แตกต่างกันเมื่อส่งกระแสผ่านพวกมัน ตามข้อกำหนดของพวกเขาเครื่องขยายเสียงจะถูกกำหนดตัวอักษรหรือตัวอักษรที่แตกต่างกันซึ่งแสดงถึงคลาสของพวกเขามีชั้นเรียนที่แตกต่างกันของเครื่องขยายเสียงที่เริ่มต้นจาก A, B, C, AB, D, E, F, T ฯลฯคลาสแอมพลิฟายเออร์เสียงที่ใช้กันมากที่สุดคือคลาส A, B, AB, C คลาสอื่น ๆ คือแอมพลิฟายเออร์สมัยใหม่ที่ใช้การสลับโทโพโลยีและเทคนิค PWM (Pulse Width Modulation) เพื่อขับเคลื่อนโหลดเอาต์พุต บางครั้งคลาสแบบดั้งเดิมที่ปรับปรุงแล้วจะได้รับตัวอักษรเพื่อจัดประเภทเป็นแอมพลิฟายเออร์คลาสอื่นเช่นแอมพลิฟายเออร์คลาส G คือคลาสแอมพลิฟายเออร์ที่ปรับเปลี่ยนของคลาส B หรือคลาส AB
คลาสของแอมพลิฟายเออร์แสดงถึงสัดส่วนของวงจรอินพุตเมื่อกระแสถูกส่งผ่านแอมพลิฟายเออร์วงจรอินพุตคือมุมการนำไฟฟ้าที่เกิดจากการนำคลื่นไซน์ในอินพุตของเครื่องขยายเสียง มุมนำไฟฟ้านี้เป็นสัดส่วนอย่างมากกับแอมพลิฟายเออร์ ตรงเวลา ระหว่างรอบเต็มหากเครื่องขยายเสียงอยู่เสมอในระหว่างรอบมุมการนำจะได้ 360 องศาดังนั้นหากเครื่องขยายเสียงให้มุมการนำไฟฟ้า 360 องศาเครื่องขยายเสียงจะใช้สัญญาณอินพุตที่สมบูรณ์และองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่จะดำเนินการในช่วงเวลา 100% ของวงจรไซน์ที่สมบูรณ์
ด้านล่างนี้เราจะสาธิตคลาสเครื่องขยายเสียงแบบดั้งเดิมตั้งแต่ Class A, B, AB และ Cและยังสาธิตเครื่องขยายเสียง Class D ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการออกแบบสวิตช์ คลาสเหล่านี้ไม่เพียง แต่ใช้ใน Power Amplifier เท่านั้น แต่ยังใช้ในวงจร Audio Amplifiers ด้วย
เครื่องขยายเสียง Class A
แอมพลิฟายเออร์คลาส A เป็นแอมพลิฟายเออร์กำลังขยายสูงที่มีความเป็นเชิงเส้นสูง ในกรณีของเครื่องขยายเสียง Class A มุมการนำไฟฟ้าคือ 360 องศา ดังที่เราได้ระบุไว้ข้างต้นมุมการนำไฟฟ้า 360 องศาหมายความว่าอุปกรณ์แอมพลิฟายเออร์ยังคงทำงานอยู่ตลอดเวลาและใช้สัญญาณอินพุตที่สมบูรณ์ ในภาพด้านล่างจะแสดงเครื่องขยายเสียงคลาส A ในอุดมคติ
ดังที่เราเห็นในภาพมีองค์ประกอบที่ใช้งานอยู่หนึ่งตัวคือทรานซิสเตอร์ อคติของทรานซิสเตอร์ยังคงเปิดอยู่ตลอดเวลา เนื่องจากคุณสมบัตินี้ไม่เคยปิดเครื่องขยายเสียง Class A จึงให้ความถี่สูงและเสถียรภาพของลูปย้อนกลับที่ดีขึ้น นอกเหนือจากข้อดีเหล่านี้แล้วแอมพลิฟายเออร์ Class A ยังสร้างได้ง่ายด้วยส่วนประกอบอุปกรณ์เดียวและจำนวนชิ้นส่วนขั้นต่ำ
แม้จะมีข้อดีและความเป็นเชิงเส้นสูง แต่ก็มีข้อ จำกัด มากมาย เนื่องจากลักษณะการดำเนินการอย่างต่อเนื่องที่ระดับแอมป์แนะนำการสูญเสียพลังงานสูงนอกจากนี้เนื่องจากความเป็นเชิงเส้นสูงแอมพลิฟายเออร์ Class A จึงให้ความผิดเพี้ยนและเสียงรบกวน แหล่งจ่ายไฟและโครงสร้างอคติจำเป็นต้องเลือกส่วนประกอบอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงเสียงรบกวนที่ไม่ต้องการและเพื่อลดความผิดเพี้ยนให้น้อยที่สุด
เนื่องจากการสูญเสียพลังงานสูงในแอมพลิฟายเออร์คลาส A จึงปล่อยความร้อนและต้องการพื้นที่ระบายความร้อนที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพนั้นแย่มากในแอมพลิฟายเออร์คลาส A ในทางทฤษฎีประสิทธิภาพจะแตกต่างกันระหว่าง 25 ถึง 30% หากใช้กับการกำหนดค่าปกติ ประสิทธิภาพสามารถปรับปรุงได้โดยใช้การกำหนดค่าแบบคู่อุปนัย แต่ประสิทธิภาพในกรณีดังกล่าวไม่เกิน 45-50% จึงเหมาะสำหรับสัญญาณต่ำหรือเพื่อวัตถุประสงค์ในการขยายระดับพลังงานต่ำเท่านั้น
เครื่องขยายเสียงคลาส B
แอมพลิฟายเออร์คลาส B แตกต่างจากคลาส A เล็กน้อยมันถูกสร้างขึ้นโดยใช้อุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่สองตัวซึ่งดำเนินการครึ่งหนึ่งของรอบจริงนั่นคือ 180 องศาของรอบ อุปกรณ์สองตัวมีไดรฟ์รวมกันสำหรับโหลด
ในภาพด้านบนแสดงการกำหนดค่าเครื่องขยายเสียง Class B ในอุดมคติ ประกอบด้วยอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่สองเครื่องซึ่งได้รับความลำเอียงทีละชิ้นในช่วงครึ่งรอบบวกและลบของคลื่นไซน์ดังนั้นสัญญาณจึงถูกผลักหรือดึงไปที่ระดับขยายจากทั้งด้านบวกและด้านลบและรวมผลลัพธ์ที่เราได้รับรอบที่สมบูรณ์ในเอาต์พุต. อุปกรณ์แต่ละตัวเปิดหรือใช้งานได้ครึ่งหนึ่งของรอบและด้วยเหตุนี้ประสิทธิภาพจึงดีขึ้นเมื่อเทียบกับประสิทธิภาพ 25-30% ของแอมพลิฟายเออร์คลาส A จึงให้ประสิทธิภาพมากกว่า 60% ในทางทฤษฎี เราสามารถดูกราฟสัญญาณอินพุตและเอาต์พุตของอุปกรณ์แต่ละตัวได้ในภาพด้านล่าง ประสิทธิภาพไม่เกิน 78% สำหรับเครื่องขยายเสียงกระจายความร้อนจะลดลงในชั้นนี้ให้เป็นพื้นที่ระบายความร้อนต่ำ
แต่คลาสนี้ยังมีข้อ จำกัด ข้อ จำกัด ที่ลึกซึ้งมากของชั้นนี้คือการบิดเบือนครอสโอเวอร์ เนื่องจากอุปกรณ์สองตัวให้ครึ่งหนึ่งของคลื่นไซน์ซึ่งรวมกันและต่อเข้ากับเอาต์พุตจึงมีความไม่ตรงกัน (ข้าม) ในพื้นที่ซึ่งจะรวมสองครึ่งหนึ่งเข้าด้วยกัน เนื่องจากเมื่ออุปกรณ์เครื่องหนึ่งทำงานครบรอบครึ่งรอบอีกเครื่องหนึ่งจำเป็นต้องให้พลังงานเท่ากันเกือบจะพร้อมกันเมื่ออีกเครื่องทำงานเสร็จ เป็นการยากที่จะแก้ไขข้อผิดพลาดนี้ในแอมพลิฟายเออร์คลาส A เนื่องจากในระหว่างอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่อุปกรณ์อื่น ๆ ยังคงไม่มีการใช้งานอย่างสมบูรณ์ ข้อผิดพลาดทำให้สัญญาณเอาต์พุตผิดเพี้ยน เนื่องจากข้อ จำกัด นี้จึงเป็นความล้มเหลวครั้งใหญ่สำหรับแอปพลิเคชันเครื่องขยายเสียงที่มีความแม่นยำ
เครื่องขยายเสียง Class AB
วิธีการอื่นที่จะเอาชนะการบิดเบือนข้ามไปคือการใช้เครื่องขยายเสียง ABแอมพลิฟายเออร์คลาส AB ใช้มุมการนำระดับกลางของทั้งคลาส A และ B ดังนั้นเราจึงสามารถเห็นคุณสมบัติของแอมพลิฟายเออร์คลาส A และคลาส B ในโทโพโลยีของแอมพลิฟายเออร์คลาส AB นี้ เช่นเดียวกับคลาส B มีการกำหนดค่าเดียวกันกับอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่สองเครื่องซึ่งดำเนินการระหว่างครึ่งหนึ่งของรอบแต่ละรอบ แต่อุปกรณ์แต่ละชิ้นมีความลำเอียงแตกต่างกันดังนั้นจึงไม่ได้รับการปิดอย่างสมบูรณ์ในช่วงเวลาที่ใช้ไม่ได้ (ช่วงเวลาครอสโอเวอร์) อุปกรณ์แต่ละชิ้นไม่ได้ออกจากการนำไฟฟ้าทันทีหลังจากเสร็จสิ้นครึ่งหนึ่งของรูปคลื่นไซน์ แต่จะป้อนข้อมูลจำนวนเล็กน้อยในอีกครึ่งรอบ การใช้เทคนิคการให้น้ำหนักนี้การไม่ตรงกันของครอสโอเวอร์ในช่วง Dead Zone จะลดลงอย่างมาก
แต่ในการกำหนดค่านี้ประสิทธิภาพจะลดลงเนื่องจากความเป็นเชิงเส้นของอุปกรณ์ถูกบุกรุก ประสิทธิภาพยังคงมากกว่าประสิทธิภาพของเครื่องขยายเสียง Class A ทั่วไป แต่น้อยกว่าระบบขยายเสียง Class B นอกจากนี้ไดโอดจะต้องได้รับการคัดเลือกอย่างรอบคอบโดยมีระดับเดียวกันและต้องวางให้ใกล้กับอุปกรณ์เอาต์พุตมากที่สุด ในการสร้างวงจรบางประเภทนักออกแบบมักจะเพิ่มตัวต้านทานค่าขนาดเล็กเพื่อให้กระแสไฟฟ้านิ่งที่เสถียรทั่วทั้งอุปกรณ์เพื่อลดความผิดเพี้ยนของเอาต์พุต
เครื่องขยายเสียง Class C
นอกเหนือจากเครื่องขยายเสียง Class A, B และ AB แล้วยังมีเครื่องขยายเสียง Class C อีกเครื่องหนึ่งซึ่งเป็นเครื่องขยายเสียงแบบดั้งเดิมซึ่งทำงานแตกต่างจากเครื่องขยายเสียงอื่น ๆ เครื่องขยายเสียง Class C เป็นเครื่องขยายเสียงที่ได้รับการปรับแต่งซึ่งทำงานในโหมดการทำงานที่แตกต่างกันสองโหมดปรับแต่งหรือไม่ได้ปรับแต่ง ประสิทธิภาพของแอมพลิฟายเออร์คลาส C นั้นมากกว่า A, B และ AB มาก ประสิทธิภาพสูงสุด 80% สามารถทำได้ในการดำเนินการที่เกี่ยวข้องกับความถี่วิทยุ
เครื่องขยายเสียง Class C ใช้มุมการนำไฟฟ้าน้อยกว่า 180 องศา ในระหว่างโหมดไม่ได้ปรับแต่งส่วนของเครื่องรับสัญญาณจะถูกละไว้ในการกำหนดค่าเครื่องขยายเสียง ในการดำเนินการนี้แอมพลิฟายเออร์ Class C ยังให้ความผิดเพี้ยนอย่างมากในเอาต์พุต
เมื่อวงจรสัมผัสกับโหลดที่ปรับแล้ววงจรจะยึดระดับอคติของเอาต์พุตโดยมีแรงดันเอาต์พุตเฉลี่ยเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย การดำเนินการติดตามความคืบหน้าจะเรียกว่าเป็นClamperในระหว่างการดำเนินการนี้สัญญาณจะมีรูปร่างที่เหมาะสมและความถี่ของศูนย์กลางจะบิดเบี้ยวน้อยลง
ในการใช้งานทั่วไปแอมพลิฟายเออร์ Class C ให้ประสิทธิภาพ 60-70%
เครื่องขยายเสียง Class D
แอมพลิฟายเออร์ Class D เป็นแอมพลิฟายเออร์สวิตชิ่งที่ใช้ Pulse Width Modulation หรือ PWM มุมการนำไฟฟ้าไม่ได้เป็นปัจจัยในกรณีเช่นนี้เนื่องจากสัญญาณอินพุตโดยตรงจะเปลี่ยนไปด้วยความกว้างพัลส์ตัวแปร
ในระบบแอมพลิฟายเออร์ Class D นี้ไม่ยอมรับอัตราขยายเชิงเส้นเนื่องจากทำงานเหมือนกับสวิตช์ทั่วไปที่มีเพียงสองการทำงานคือเปิดหรือปิด
ก่อนประมวลผลสัญญาณอินพุตสัญญาณแอนะล็อกจะถูกแปลงเป็นสตรีมพัลส์โดยเทคนิคการมอดูเลตต่างๆจากนั้นจึงนำไปใช้กับระบบเครื่องขยายเสียง เนื่องจากระยะเวลาของพัลส์เกี่ยวข้องกับสัญญาณอนาล็อกจึงถูกสร้างขึ้นใหม่อีกครั้งโดยใช้ตัวกรองความถี่ต่ำผ่านเอาต์พุต
แอมพลิฟายเออร์ Class D เป็นคลาสแอมพลิฟายเออร์ที่มีประสิทธิภาพพลังงานสูงสุดในส่วน A, B, AB และ C และ D มีการกระจายความร้อนน้อยกว่าจึงจำเป็นต้องใช้ฮีทซิงค์ขนาดเล็ก วงจรต้องใช้ส่วนประกอบสวิตชิ่งต่างๆเช่นมอสเฟตซึ่งมีความต้านทานต่ำ
เป็นโทโพโลยีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องเล่นเสียงดิจิตอลหรือควบคุมมอเตอร์เช่นกัน แต่เราควรทราบว่าไม่ใช่ตัวแปลงดิจิทัล แม้ว่าสำหรับความถี่ที่สูงขึ้นเครื่องขยายเสียง Class D ไม่ใช่ตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบเนื่องจากมีข้อ จำกัด แบนด์วิดท์ในบางกรณีขึ้นอยู่กับความสามารถของตัวกรองความถี่ต่ำและโมดูลตัวแปลง
คลาสเครื่องขยายเสียงอื่น ๆ
นอกเหนือจากแอมพลิฟายเออร์แบบดั้งเดิมแล้วยังมีคลาสอื่น ๆ อีกสองสามคลาสซึ่ง ได้แก่ คลาส E, คลาส F, คลาส G และ H
แอมพลิฟายเออร์คลาส Eเป็นเพาเวอร์แอมป์ที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งใช้โทโพโลยีแบบสลับและทำงานในความถี่วิทยุ องค์ประกอบการสลับขั้วเดี่ยวและเครือข่ายรีแอคทีฟที่ปรับแล้วเป็นองค์ประกอบหลักที่จะใช้กับเครื่องขยายเสียงคลาส E
Class Fเป็นเครื่องขยายเสียงที่มีความต้านทานสูงในแง่ของฮาร์มอนิก สามารถขับเคลื่อนโดยใช้คลื่นสี่เหลี่ยมหรือคลื่นไซน์ สำหรับอินพุตคลื่นไซน์เครื่องขยายเสียงนี้สามารถปรับจูนโดยใช้ตัวเหนี่ยวนำและสามารถใช้เพื่อเพิ่มอัตราขยายได้
คลาส Gใช้การเปลี่ยนรางเพื่อลดการใช้พลังงานและเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน และClass Hเป็นรุ่นที่ปรับปรุงเพิ่มเติมของ Class G
ชั้นเรียนเพิ่มเติมคือเครื่องขยายเสียงวัตถุประสงค์พิเศษ ในบางกรณีผู้ผลิตจะมีตัวอักษรให้เพื่อแสดงถึงการออกแบบที่เป็นกรรมสิทธิ์ของตน ตัวอย่างที่ดีที่สุดตัวอย่างหนึ่งคือแอมพลิฟายเออร์ Class T ซึ่งเป็นเครื่องหมายการค้าของแอมพลิฟายเออร์ Class D แบบสวิตชิ่งชนิดพิเศษที่ใช้สำหรับเทคโนโลยีแอมพลิฟายเออร์ของ Tripath ซึ่งเป็นการออกแบบที่ได้รับการจดสิทธิบัตร