Wzmacniacz akustyczny

Wzmacniacz Sony TA-F220 (pierwszy od dołu)

Wzmacniacz akustyczny (ang. audio amplifier) jest najczęściej wzmacniaczem mocy pracującym w paśmie akustycznym (16 Hz-22 kHz). W konstrukcji wzmacniaczy dźwiękowych high-fidelity dąży się do uzyskania jak najszerszego pasma akustycznego przenoszonego przez wzmacniacz przy jak najmniejszych zakłóceniach (płaskiej charakterystyce wzmocnienia dla przenoszonych częstotliwości) i zużyciu energii. Wzmacniacze audio służą do wzmacniania sygnałów analogowych lub cyfrowych o niewielkiej mocy, pochodzących ze źródeł dźwiękowych (odtwarzaczy, mikrofonów, elektronicznych instrumentów muzycznych). Głównymi parametrami wzmacniaczy muzycznych są:

• pasmo przenoszenia (użyteczny zakres częstotliwości przetwarzanych przez wzmacniacz)
• charakterystyka częstotliwościowa (wykres zmian wzmocnienia w odniesieniu do użytecznego pasma akustycznego)
• sprawność (zależna od klasy układu wzmacniającego)
• stosunek (SNR) sygnał/szum (dB)
• poziom zniekształceń (tzw. THD w odniesieniu do przebiegu wzorcowego i mocy znamionowej)
• dynamika sygnału (dB)
• współczynnik tłumienia (tzw. damping factor - stosunek impedancji obciążenia do impedancji źródła)
• maksymalna moc znamionowa (tzw. RMS - moc skuteczna, dawniej podawano moc sinusoidalną)
• maksymalna moc muzyczna (maksymalna moc chwilowa)
• obciążalność wyjścia - impedancja (obecnie zakres oporności podłączanych głośników).

Typy budowy wzmacniacza

• układ pojedynczy może być także pojedynczy równoległy
• układ przeciwsobny

Klasy pracy wzmacniaczy

1. A (w przypadku lamp elektronowych może być A1 lub A2) - wzmacniacze, w których cały sygnał wzmacnia jedna lampa lub tranzystor (bądź mnoga liczba lamp , tranzystorów), pracujące w płaskiej części swojej charakterystyki. Sprawność wzmacniacza jest rzędu 10-25%. Charakteryzuje się najniższymi zniekształceniami.
2. B - wzmacniacze, w których pół sygnału wzmacniają lampy lub tranzystory, pracujące w płaskiej części swojej charakterystyki, a drugie pół druga. Sprawność wzmacniacza jest rzędu 78%. Największe zniekształcenia występują przy przejściu sygnału przez 0, dlatego tak klasa częściej jest stosowana w sprzęcie estradowym niż w w HiFi.
3. AA - Jest to sposób budowy wzmacniacza "dwa w jednym", czyli dobrej jakości wzmacniacz małej mocy, pracujący w klasie A, i drugi, który pracuje w klasie B, o większej mocy. Oba wzmacniacze są połączone specjalnym mostkiem tak, aby przy małych sygnałach pracował ten o mniejszej mocy, przy większym zaś sygnale płynnie włączany jest drugi, mocniejszy. Wzmacniacze takie mają niskie zniekształcenia nieliniowe i bardzo małe przesunięcia fazowe. Wzmacniacze takie propaguje m.in. Technics. Jest to bardziej klasa marketingowa, niemająca wiele wspólnego z tradycyjnym podziałem wzmacniaczy na klasy.
4. AB (AB1 lub AB2) - wzmacniacze , w których część sygnału wzmacniają lampy lub tranzystory, pracujące nie tylko w płaskiej części swojej charakterystyki. Sprawność wzmacniacza jest rzędu 50-75%
5. C - wzmacniacz wykorzystuje się całą szerokość charakterystyki, także tą nieliniową. Wzmacniacze takie dają dużą moc. Nie używane powszechnie w technice audio ze względu na wysokie zniekształcenia
6. D - wzmacniacze impulsowe używane w technice audio o wysokiej sprawności energetycznej, często nazywane wzmacniaczami cyfrowymi. Sprawność wzmacniacza wynosi 90-95%.
7. E, F, S - wzmacniacze rezonansowe nie używane powszechnie w technice audio
8. G - Jest rozwinięciem klasy AB. Wzmacniacze, w których napięcie zasilania stopnia wyjściowego jest płynnie zmieniane od 1/2 do (prawie) maksymalnego napięcia zasilacza danego wzmacniacza. Dzięki temu uzyskuje się większą sprawność stopnia końcowego przy mniejszych sygnałach niż w klasie AB. W praktyce dochodzą jeszcze straty stopnia zmieniającego napięcie. (jest to odpowiednik Amerykańskiej klasy H)
9. H- Jest rozwinięciem klasy G. Wzmacniacze, w których napięcie zasilania stopnia wyjściowego jest przełączane(kluczowane) w zależności od potrzeb miedzy dwoma lub trzema różnymi napięciami, np. 1/3, 2/3 i 3/3 maksymalnego napięcia zasilacza danego wzmacniacza. Dzięki temu tak jak w klasie G uzyskuje się większą sprawność przy mniejszych sygnałach w stosunku do klasy AB, przy czym straty stopnia przełączającego są znacznie mniejsze niż w klasie G (jest to odpowiednik Amerykańskiej klasy G). Wzmacniacze tej klasy stosuje się w klasycznych wzmacniaczach nagłośnienia profesjonalnego (estradowego). Niektóre wzmacniacze tej klasy posiadają tzw. pompę ładunkową (bootstrap) i same „wytwarzają” wyższe napięcie, które może być wykorzystane w chwili, gdy końcówka mocy będzie potrzebowała takiego napięcia. Takie wzmacniacze stosuje się w miejscach gdzie poziom napięcia jest ograniczony (np. instalacja samochodowa 14,4V).
10. T - jak Tripath - Są to wzmacniacze impulsowe, podobnie jak w klasie D. Stopień wyjściowy, zawierający tranzystory MOSFET, jest również sterowany przebiegiem prostokątnym. W odróżnieniu od klasy D, częstotliwość impulsów nie jest stała i zmienia się w granicach 50 kHz - 1,5 MHz. Bardzo skomplikowane są stopnie sterujące. Częstotliwość i wypełnienie są wyznaczane przez rozbudowane cyfrowe układy elektroniczne, według bardzo skomplikowanych algorytmów. Jedną z przyczyn występowania zniekształceń we wzmacniaczach klasy D jest niedoskonałość i rozrzut parametrów wyjściowych tranzystorów MOFSET. Sterownik wzmacniacza klasy T jest układem samo uczącym się, gdzie wszystkie parametry elementów są odczytywane a wszelkie niedoskonałości odpowiednio kompensowane. Przy zastosowaniu tak zaawansowanej obróbki cyfrowej, wzmacniacze tej klasy mają lepszą liniowość, mniejszy poziom szumów własnych i szerszy zakres dynamiki. Charakterystyka przenoszenia jest bardziej płaska i liniowa, a zakłócenia elektromagnetyczne generowane przez układ są minimalne. Udaje się uzyskać współczynnik zniekształceń THD+N poniżej 0,08%, a współczynnik zniekształceń intermodulacyjnych IMD poniżej 0,04%. Przy olbrzymich mocach uzyskiwanych przez taki wzmacniacz parametry te stawiają wzmacniacz tej klasy na równi z bardzo dobrymi wzmacniaczami klas A i AB. Sprawność energetyczna wynosi 80 - 92 %.

Zobacz też

• Wzmacniacz gitarowy