3, Výkonový zesilovač
Výkonový zesilovač, známý také jako zesilovač signálu, jeho základní funkcí je zesilovat zvukové signály, aby reproduktory přehrály zvuk. Obecně má hostitel vestavěný výkonový zesilovač, ale jeho rozsah zesílení výkonu je relativně malý, takže nemůže splnit vysoké požadavky na poslech, natož aby byl srovnáván s externím výkonovým zesilovačem. Navíc basová jednotka musí být poháněna výkonovým zesilovačem a hostitel nemá schopnost řídit tak velký výkon basové jednotky. Zesilovač signálu je klíčovou součástí celého audiosystému automobilu.
Napětí automobilového zesilovače je 12V DC, což je v souladu s napájecím napětím uvnitř vozu. Za účelem rozšíření dynamického rozsahu signálu a zvýšení výstupního výkonu se u výkonových zesilovačů obecně používá technologie invertor boost, což znamená, že se napětí zvýší z 12V na 35-40V. Další výhodou invertorového boostu je to, že když dojde ke kolísání napájecího napětí, výkonový obvod výkonového zesilovače automaticky upraví napětí, aby byla zajištěna stabilita výstupního výkonu. V současné době je tato technologie široce používána ve výkonových zesilovačích vozidel.
(1) Odvod tepla výkonových zesilovačů
Existují dva typy odvodu tepla pro výkonové zesilovače namontované v automobilu: přirozený odvod tepla a odvod tepla ventilátorem. Odvod tepla ventilátorem se obecně používá u výkonových zesilovačů vyšší třídy. Dobrý odvod tepla má významný vliv na výstupní výkon.
(2) Klasifikace výkonových zesilovačů
① Automobilové výkonové zesilovače jsou klasifikovány podle různých vodivých metod: třída A, třída B, třída AB a digitální.
Třída A: Výkonový zesilovač čisté třídy A, také známý jako výkonový zesilovač třídy A, je zcela lineární forma zesilovače. Při provozu v čistém výkonovém zesilovači třídy A jsou kladné a záporné kanály tranzistoru v normálně otevřeném stavu se signály nebo bez nich, což znamená, že se více energie spotřebuje jako teplo, ale míra zkreslení je extrémně nízká. Výkonové zesilovače čisté třídy A jsou v automobilových audio aplikacích relativně vzácné, protože jejich účinnost je velmi nízká, obvykle pouze 20-30 %. Nicméně, audio nadšenci jsou nadšení pro jejich zvukový výkon.
Třída B: Výkonový zesilovač třídy B, také známý jako výkonový zesilovač třídy B, také známý jako lineární zesilovač, ale jeho pracovní princip je zcela odlišný od čistého výkonového zesilovače třídy A. Když jsou výkonové zesilovače třídy B v provozu, kladný a záporný kanál tranzistoru jsou obvykle v uzavřeném stavu, pokud není na vstupu signál. To znamená, že když přichází kladný fázový signál, funguje pouze kladný fázový kanál, zatímco záporný fázový kanál je uzavřen a oba kanály nikdy nebudou fungovat současně. Proto při absenci signálu nedochází k žádné ztrátě výkonu. Když jsou však pozitivní a negativní kanály zapnuty a vypnuty, často dochází ke křížovému zkreslení, zejména při nízkých úrovních, takže výkonové zesilovače třídy B nejsou skutečně výkonové zesilovače s vysokou věrností. V praktických aplikacích bylo mnoho časných automobilových audio zesilovačů zesilovače třídy B kvůli jejich vysoké účinnosti.
Třída AB: Výkonové zesilovače třídy A a B, známé také jako výkonové zesilovače třídy AB, jsou designem kompatibilním s výhodami výkonových zesilovačů třídy A a třídy B. Když není žádný signál nebo je signál velmi malý, pozitivní i negativní kanály tranzistoru jsou normálně otevřené, což má za následek ztrátu výkonu, ale ne tak závažné jako zesilovače třídy A. Když je signál kladný, záporný kanál zůstává otevřený, dokud signál zesílí, ale když se signál zesílí, záporný kanál se uzavře. Když je signál v záporné fázi, činnost kladných a záporných kanálů je přesně opačná. Nevýhodou výkonových zesilovačů třídy AB je, že produkují mírné zkreslení výhybky, ale ve srovnání s jejich účinností a věrností jsou lepší než zesilovače třídy A a třídy B. Zesilovače třídy AB jsou v současnosti nejrozšířenější konstrukcí v automobilovém audiu.
Třída D: Na rozdíl od výše uvedených zesilovačů třídy A, B nebo AB pracují zesilovače třídy D na bázi spínacích tranzistorů a mohou plně vést nebo odříznout v extrémně krátkém čase. Dva tranzistory nevedou současně, takže generují velmi málo tepla. Tento typ zesilovače má extrémně vysokou účinnost (kolem 90%), za ideálních podmínek dosahuje 100%, zatímco zesilovače třídy AB mohou ve srovnání dosáhnout pouze 78,5%. Na druhou stranu provozní režim spínače také zvyšuje zkreslení výstupního signálu. Obvod zesilovače třídy D je rozdělen do tří stupňů: vstupní spínací stupeň, výkonový zesilovací stupeň a výstupní filtrační stupeň. Zesilovače třídy D mohou pracovat v režimu pulsně šířkové modulace (PWM), když jsou v režimu zapnuto/vypnuto. Pomocí PWM lze vstupní audio signál převést na vysokofrekvenční spínací signál. Zvukový signál je porovnáván s vysokofrekvenční trojúhelníkovou vlnou přes komparátor. Když je napětí na invertujícím konci vyšší než napětí na soufázovém konci, výstup je na nízké úrovni; Když je zpětné svorkové napětí nižší než stejné fázové svorkové napětí, výstup je na vysoké úrovni.
U zesilovačů třídy D je výstup komparátoru připojen k obvodu výkonového zesilovače, který místo bipolárních tranzistorů (BJT) používá metaloxidové tranzistory s efektem pole (MOSFET). To proto, že první jmenovaný má rychlejší dobu odezvy a je vhodný pro vysokofrekvenční provozní režimy. Zesilovače třídy D vyžadují dva MOSFETy, které mohou zcela zapnout nebo vypnout ve velmi krátkém čase. Když je MOSFET plně vodivý, je jeho pokles napětí velmi nízký; Když je MOSFET úplně odpojen, proud procházející elektronkou je nulový. Rychlost spínání dvou MOSFETů pracujících střídavě v zapnutém a vypnutém stavu je velmi rychlá, výsledkem je extrémně vysoká účinnost a nízká tvorba tepla. Zesilovače třídy D proto nevyžadují velký chladič.
② Podle typu zesilovací trubice v zesilovači lze rozdělit na žlučové a kamenné stroje:
③ Stone machine (tranzistor): dynamický a rychlý, vykazující silnou analytickou sílu, hierarchii a jas ve velké dynamické hudbě
④ Žlučník (elektronická trubice): Zvuk je měkký, výšky hladké a dostatek prostoru (čistá hudba, zpěv).
