ما هو مكبر للصوت من الفئة D؟ مبدأ العمل والكفاءة وأساسيات تصميم OEM

ضع يدك على الجزء الخلفي من مكبر صوت يعمل بقدرة 500 واط بعد ساعة من التشغيل. عادةً ما يكون تصميم الفئة A أو الفئة أ.ب ساخنًا جدًا بحيث لا يمكن لمسه؛ غالبًا ما يكون مضخم الصوت من الفئة D دافئًا فقط. وهذا الاختلاف الوحيد يفسر معظم ما يهم.

مضخم الصوت من الفئة D هو مضخم تبديل. يتم تشغيل ترانزستورات الإخراج الخاصة بها بشكل كامل أو إيقاف تشغيلها بالكامل بتردد عالٍ، ويتم نقل المعلومات الصوتية بعرض تلك النبضات بدلاً من نقطة التشغيل الخطية للأجهزة. يقوم مرشح الترددات المنخفضة LC عند الإخراج بتجريد حامل التحويل ويترك الصوت المضخم. نظرًا لأن الترانزستورات لا تستقر أبدًا في المنطقة الخطية، فإن القليل جدًا من الطاقة يتحول إلى حرارة: تتراوح الكفاءة النموذجية بين 80% و95%، مقابل ما يقرب من 25-30% للفئة A و50-70% للفئة AB.

ما هو مكبر الصوت من الفئة D بالضبط؟

الحرف D لا يرمز إلى كلمة "رقمي". إنه ببساطة الحرف التالي في تسلسل فئات مكبر الصوت، والمسار الصوتي داخل مرحلة الفئة D هو تناظري: عملية تعديل عرض النبضة (PWM)، وليس دفقًا من الآحاد والأصفار. ما هو رقمي حقًا في مكبر الصوت الحديث الذي يعمل بالطاقة هو عادةً DSP الذي يغذي مكبر الصوت، وليس مكبر الصوت نفسه.

تحتوي وحدة مضخم الطاقة النموذجية من الفئة D على خمس كتل وظيفية:

• مُغير عرض النبضة - يقارن الصوت الوارد بموجة حاملة مثلثية عالية التردد وينتج موجة مربعة تتبع دورة عملها مستوى الإشارة اللحظية.
• سائق البوابة ومرحلة إخراج MOSFET - يقوم بتبديل قضبان الإمداد بعدة مئات كيلوهرتز، مرتبة كجسر نصفي، أو، بقدرة أعلى، كتكوين جسر كامل (BTL).
• مرشح إخراج LC - يقوم بإعادة متوسط قطار النبض إلى شكل موجة صوتية ويستمر في تحويل البقايا بعيدًا عن السائق.
• شبكة ردود الفعل - أخذ عينات من المخرجات وتصحيح الأخطاء، وهو ما يفصل بين التصميم النظيف من الفئة D والتصميم القاسي.
• تبديل وضع إمدادات الطاقة - في كثير من الأحيان واجهة أمامية من PFC بالإضافة إلى مرحلة رنين LLC في الوحدات الاحترافية، مما يحافظ على ثبات السكة عبر نطاق واسع من مدخلات التيار المتردد.

أ - مصدر طاقة الرنين PFC و LLC؛ ب - المغير PWM وسائق البوابة؛ ج - مرحلة إخراج MOSFET؛ د - مرشح إخراج LC مع ردود الفعل.

كيف يعمل مضخم الصوت من الفئة D، خطوة بخطوة

1. تكييف المدخلات يتم تخزين الخط أو الإدخال المتوازن مؤقتًا، وفي الوحدات المجهزة بـ DSP، يمر عبر EQ والتقاطع والحد والتأخير قبل مرحلة الطاقة.
2. تعديل. يقوم جهاز المقارنة بخلط الصوت مع حامل مثلث. الممرات الصاخبة تنتج نبضات واسعة. ينتج الصمت دورة عمل بنسبة 50% يصل متوسطها إلى الصفر.
3. التبديل. يقوم برنامج تشغيل البوابة بتشغيل وإيقاف تشغيل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFETs) بقوة، مع إدخال الوقت الميت بحيث لا يقوم كلا الجهازين الموجودين في نصف الجسر بالتوصيل في وقت واحد.
4. إعادة الإعمار. يمرر مرشح LC الصوت ويحجب الموجة الحاملة، مع وضع قطعه أعلى بكثير من 20 كيلو هرتز ولكن أقل بكثير من تردد التبديل.
5. تصحيح الخطأ. تقوم ردود الفعل بإرجاع نسخة متدرجة من الإخراج إلى المغير، مما يقلل التشوه ويحسن عامل التخميد في المحطات الطرفية.

هناك تفصيلان يحددان ما إذا كانت النتيجة تبدو نظيفة أم خشنة: تبديل التردد وتصميم الحلقة. يؤدي رفع تردد التبديل إلى تقليص حجم المرشح وتحسين سلوك التردد العالي، ولكنه يزيد من فقدان التبديل والتداخل الكهرومغناطيسي. تعد تعليقات التصفية المسبقة بسيطة ولكنها حساسة للتحميل؛ تعمل ردود الفعل بعد الفلتر على تصحيح أخطاء الفلتر وهي قياسية في الوحدات التي يجب أن تظل مسطحة عند أحمال 4 أوم أو 8 أوم.

الفئة D مقابل الفئة A وAB وH: ما الذي يتغير فعليًا؟

الطبقة ليست تصنيف الجودة. وهو يصف كيفية عمل أجهزة الإخراج، ويؤدي هذا الاختيار الفردي إلى زيادة الكفاءة والحرارة وحجم الخزانة وتكلفة مصدر الطاقة.

تتفاقم الفجوة بسرعة. بكفاءة 90%، وحدة 1000 واط تحول ما يقرب من 110 واط إلى حرارة؛ عند 55% نفس الناتج يعني أكثر من 800 واط من الحرارة. هذا هو الفرق بين الخزانة المقولبة بدون مروحة ووحدة الرف مع التبريد القسري.

تم استبعاد الفئة D ذات مرة بسبب EMI واستجابة التردد المعتمدة على الحمل والتشوه العالي بالقرب من الجزء العلوي من النطاق. جاءت هذه الشكاوى من ترددات التبديل المنخفضة وردود الفعل قبل التصفية، وقد تم تصميمها إلى حد كبير. ما يهم أكثر من تسمية الفئة اليوم هو التنفيذ: طوبولوجيا الحلقة، وتردد التبديل، وجودة مصدر الطاقة، والتصميم الحراري.

حيث تنتمي الفئة D إلى مكبر صوت أو مضخم صوت يعمل بالطاقة

بالنسبة لمكبرات الصوت النشطة الخاصة بتصنيع المعدات الأصلية، عادةً ما تتخذ الخزانة القرار. لا يحتوي مكبر الصوت العمودي أو الصندوق ثنائي الاتجاه على مساحة لإمداد خطي ومبدد حراري كبير، لذا فإن لوحة تحويل واحدة توفر، على سبيل المثال، 400 واط لمشغل التردد المنخفض و100 واط لمشغل التردد العالي هي الإجابة العملية. ينطبق نفس المنطق على قنوات مضخم الصوت BTL، حيث يمكن لوحدة واحدة أن تدفع أربعة أرقام من القوة الكهربائية إلى حمل 8 أوم بدون مروحة.

تغطي ثلاث عائلات نموذجية معظم هذه الأرض:

EON520: LP400W HP100W PFC LLC وحدة مضخم الطاقة ذات الجهد العريض من الفئة D ● مصدر طاقة تحويلي عالي الكفاءة مع PFC LLC الرنين: 800 وات ● دخل واسع النطاق ذاتي التكيف: 100 فولت - 240 فولت ● مضخم طاقة متوسط ومنخفض التردد: CLASS D 40... عرض المنتج →

EON522SUB: وحدة مضخم الطاقة الرنانة LP 500W/4ohm LLC ●LLC رنين عالي الكفاءة وموثوقية عالية تحويل التيار الكهربائي: 800 واط ●مضخم الصوت الجهير: CLASS D 500W-4 أوم ●مشعاع ألومنيوم على شكل حرف U، خرج طاقة ثابت، ... عرض المنتج →

EON521 1500:LP 1500W/8ohm Pro Audio BTL وحدة مضخم الطاقة `LLC رنين عالي الكفاءة وموثوقية عالية تحويل التيار الكهربائي: 1800 واط `مضخم طاقة BTL: فئة D 1500 واط - 8 أوم `مشعاع ألومنيوم على شكل حرف U، طاقة ثابتة... عرض المنتج →

إن مطابقة الوحدة مع محول الطاقة أمر مهم بقدر أهمية مطابقة القوة الكهربائية. تقوم الوحدة ثنائية الاتجاه بدمج قناة تمرير منخفض مع قناة تمرير عالي وتتوقع نقطة تقاطع تناسب برنامج تشغيل التردد العالي الخاص بك؛ تتوقع وحدة مضخم الصوت إدخالاً محدود النطاق ومقاومة الحمل التي تم تصميمها حولها. تعد المعاوقة غير المتطابقة ونقاط التقاطع هي السبب الأكثر شيوعًا الذي يجعل وحدة الفئة D تقيس جيدًا على المقعد وتبدو خاطئة داخل الخزانة.

ما يجب التحقق منه قبل تحديد وحدة نمطية من الفئة D

الكفاءة في الحمل الذي تستخدمه بالفعل

تقتبس أوراق البيانات ذروة الكفاءة عند نقطة تشغيل واحدة. اطلب المنحنى عبر 10% إلى 100% من الطاقة المقدرة، وعند 4 أوم و8 أوم والأحمال الموصلة، لأن الكفاءة تنخفض مع انخفاض مقاومة الحمل.

THD N والضوضاء المتبقية

يعد 0.05% THD N أو أقل هدفًا طبيعيًا للوحدة الحديثة. تعتبر الضوضاء المتبقية أكثر أهمية من التشويه في غرفة الاستماع الهادئة، لذا تحقق من أرضية الضوضاء غير الموزونة بدلاً من الرقم الرئيسي فقط. لإجراء مقارنة أوسع للطبولوجيا، يمكن استخدام دليل فئة مكبر للصوت يغطي A وAB وD وH جنبًا إلى جنب.

تبديل التردد، EMI والوقت الميت

تردد التحويل العالي يعني مرشح أصغر وأداء أفضل عالي التردد، ولكن التحكم في الوقت الميت أكثر إحكامًا وتخطيط PCB أكثر دقة. إذا كانت الوحدة ستوضع بالقرب من موالف راديو أو جهاز استقبال ميكروفون لاسلكي، فاطلب بيانات EMI الموصلة والمشعّة.

طوبولوجيا إمدادات الطاقة والحماية

يعد رنين PFC plus LLC هو الحل المعتاد للتشغيل واسع الجهد والقضبان المستقرة. تأكد من تضمين التيار الزائد والجهد الزائد وإزاحة التيار المستمر والحماية الحرارية، وتحقق مما يحدث عند انقطاع التيار الكهربائي وليس فقط عند التيار الكهربائي الاسمي.

عندما لا يتناسب الجزء القياسي مع الخزانة أو التحميل أو قائمة ميزات DSP، فإن المسار العملي هو تكييف النظام الأساسي الحالي: تطوير وحدة مكبر الصوت المخصصة يبدأ عادةً من مرحلة طاقة مثبتة ويضبط قنوات الإخراج وأوضاع EQ والواجهة بدلاً من تصميم مكبر صوت جديد من الصفر.

الأسئلة الشائعة حول مضخم الصوت من الفئة D