Fügen Sie Produkte hinzu, indem Sie Codes hinzufügen
What is a Power Amplifier? Types, Classes, Applications
What is a Power Amplifier? Types, Classes, Applications
An amplifier is an electronic device used to increase the magnitude of voltage/current/power of an input signal. It takes in a weak electrical signal/waveform and reproduces a similar stronger waveform at the output by using an external power source.
What is a Power Amplifier?
A power amplifier is an electronic amplifier designed to increase the magnitude of power of a given input signal. The power of the input signal is increased to a level high enough to drive loads of output devices like speakers, headphones, RF transmitters etc. Unlike voltage/current amplifiers, a power amplifier is designed to drive loads directly and is used as a final block in an amplifier chain.
The input signal to a power amplifier needs to be above a certain threshold. So instead of directly passing the raw audio/RF signal to the power amplifier, it is first pre-amplified using current/voltage amplifiers and is sent as input to the power amp after making necessary modifications. You can observe the block diagram of an audio amplifier and the usage of power amplifier below.
In this case a microphone is used as an input source. The magnitude of signal from the microphone is not enough for the power amplifier. So first it is pre-amplified where its voltage and current are increased slightly. Then the signal is passed through tone and volume controls circuit which makes aesthetic adjustments to the audio waveform. Finally, the signal is passed through a power amplifier and the output from power amp is fed to a speaker.
Typy wzmacniaczy mocy:
- Audio: od kilku miliwatów (słuchawki) do tysięcy watów (systemy Hi-Fi, kino domowe).
- RF: wzmacniają fale radiowe do nadawania na duże odległości przez anteny.
- DC/PWM: sterują silnikami/siłownikami, wykorzystywane w automatyce przemysłowej.
Wzmacniacze mocy audio
Zwiększają moc słabych sygnałów audio. Używane w układach sterowania głośnikami np. w telewizorach, telefonach komórkowych itp. Zakres mocy wyjściowej: od kilku miliwatów (np. wzmacniacze słuchawkowe) do kilku tysięcy watów (systemy Hi-Fi, kina domowego).
Wzmacniacze mocy wysokiej częstotliwości (RF)
Transmisja bezprzewodowa wymaga przesyłania modulowanych fal na duże odległości w powietrzu. Sygnały te są przesyłane za pomocą anten, a zasięg transmisji zależy od mocy sygnału podawanego na antenę. W przypadku transmisji radiowych, takich jak nadawanie FM, anteny wymagają sygnałów o mocy sięgającej tysięcy kilowatów. W tym celu stosuje się wzmacniacze mocy RF, które zwiększają moc fal modulowanych do poziomu niezbędnego do osiągnięcia odpowiedniego zasięgu.
Wzmacniacze mocy DC (modulowane PWM)
Służą do wzmacniania sygnałów PWM (modulowanych szerokością impulsu). Wykorzystywane są w systemach sterowania elektronicznego, które wymagają sygnałów o dużej mocy do napędzania silników lub siłowników. Pobierają sygnał z systemów mikrokontrolerowych, zwiększają jego moc i przesyłają go do silników prądu stałego lub siłowników.
Types of Power Amplifiers
- Klasa A: ciągła praca tranzystora, wysoka jakość, niska sprawność (~25–50%).
- Klasa B: dwa tranzystory, wyższa sprawność (~75%), zniekształcenia przejścia.
- Klasa AB: kompromis pomiędzy jakością a sprawnością (~60%).
- Klasa C: bardzo wysoka sprawność, duże zniekształcenia, nie do audio.
- Klasy D/E/F/G: przełączające wzmacniacze dla sygnałów cyfrowych PWM (do 100% efektywności).
Istnieje wiele metod projektowania obwodów wzmacniaczy mocy. Sposób działania i charakterystyka wyjściowa każdego z nich różni się w zależności od zastosowanej konstrukcji.
Aby rozróżnić cechy i zachowanie poszczególnych układów wzmacniających, stosuje się oznaczenia literowe, które definiują klasę pracy wzmacniacza.
Wzmacniacze dzieli się na dwie główne kategorie:
- wzmacniacze zaprojektowane do wzmocnienia sygnałów analogowych – klasy A, B, AB, C
- wzmacniacze do sygnałów cyfrowych PWM – klasy D, E, F itd.
Najczęściej stosowanymi wzmacniaczami są te używane w torach audio, czyli należące do klas A, B, AB lub C.
Wzmacniacz klasy A
Analogowe przebiegi sygnału składają się z dodatnich szczytów i ujemnych dolin. W tej klasie wzmacniaczy cały przebieg sygnału wejściowego jest wykorzystywany w procesie wzmocnienia.
Do wzmocnienia zarówno dodatniej, jak i ujemnej części sygnału używa się jednego tranzystora. Taka konstrukcja jest prosta, co sprawia, że wzmacniacze klasy A należą do najczęściej stosowanych typów wzmacniaczy mocy.
Chociaż wzmacniacze tej klasy zostały z czasem wyparte przez bardziej zaawansowane rozwiązania, nadal cieszą się dużą popularnością wśród hobbystów.
W tej klasie wzmacniaczy element aktywny (czyli komponent elektroniczny odpowiedzialny za wzmocnienie — w tym przypadku tranzystor) działa nieprzerwanie, nawet wtedy, gdy nie ma sygnału wejściowego. Powoduje to znaczne wydzielanie ciepła i obniża sprawność wzmacniaczy klasy A do około 25% w standardowej konfiguracji oraz do 50% w konfiguracji z transformatorem sprzęgającym.
Kąt przewodzenia (czyli część przebiegu sygnału, która jest wykorzystywana do wzmocnienia, z całych 360°) we wzmacniaczach klasy A wynosi 360°. Oznacza to, że poziom zniekształceń sygnału jest bardzo niski, co przekłada się na lepsze odwzorowanie wysokich częstotliwości.
Wzmacniacz klasy B
Wzmacniacze klasy B zostały zaprojektowane, aby rozwiązać problemy związane z niską sprawnością i przegrzewaniem się występujące w klasie A.
Zamiast jednego tranzystora wzmacniającego cały sygnał, w tej klasie stosuje się dwa tranzystory komplementarne.
Jeden z nich wzmacnia dodatnią połowę przebiegu sygnału, a drugi — ujemną. Oznacza to, że każdy z tranzystorów przewodzi przez połowę cyklu (180°), a razem tworzą pełne wzmocnienie całego sygnału.
Sprawność wzmacniaczy klasy B jest znacznie wyższa niż w przypadku wzmacniaczy klasy A, dzięki zastosowaniu dwóch tranzystorów. Mogą one osiągać teoretyczną sprawność na poziomie około 75%. Wzmacniacze tej klasy są często wykorzystywane w urządzeniach zasilanych bateryjnie, takich jak radia FM czy radia tranzystorowe.
Ze względu na sumowanie dwóch połówek sygnału (dodatniej i ujemnej), w punkcie ich styku może pojawić się niewielkie zniekształcenie – tzw. zniekształcenie przejścia (crossover distortion).
Aby je zredukować, opracowano wzmacniacze klasy AB.
Wzmacniacz klasy AB
Wzmacniacze klasy AB łączą cechy klasy A i klasy B. Zaprojektowano je w celu eliminacji niskiej sprawności charakterystycznej dla klasy A oraz zmniejszenia zniekształceń przejścia, występujących w klasie B.
Zachowuje odpowiedź częstotliwościową na wysokich pasmach, podobnie jak wzmacniacze klasy A, a jednocześnie oferuje dobrą sprawność, jak w klasie B.
Kombinacja diod i rezystorów dostarcza niewielkiego napięcia polaryzującego, które zmniejsza zniekształcenia przebiegu w okolicach punktu przejścia (tzw. crossover distortion).
Z tego powodu sprawność spada nieznacznie – do około 60%.
Wzmacniacz klasy C
Konstrukcja wzmacniaczy mocy klasy C pozwala na uzyskanie wyższej sprawności, jednak odbywa się to kosztem liniowości i kąta przewodzenia, który wynosi mniej niż 90°. Innymi słowy, jakość wzmocnienia zostaje poświęcona na rzecz zwiększenia efektywności.
Mniejszy kąt przewodzenia oznacza większe zniekształcenia, dlatego wzmacniacze tej klasy nie nadają się do zastosowań audio. Stosowane są głównie w oscylatorach wysokiej częstotliwości oraz do wzmacniania sygnałów radiowych (RF).
Wzmacniacze klasy C zazwyczaj zawierają obciążenie rezonansowe, które filtruje i wzmacnia sygnały o określonej częstotliwości, tłumiąc jednocześnie przebiegi o innych częstotliwościach.
W tego typu wzmacniaczu mocy element aktywny przewodzi tylko wtedy, gdy napięcie wejściowe przekracza określony próg, co ogranicza straty mocy i zwiększa sprawność.
Inne klasy wzmacniaczy mocy
Wzmacniacze mocy klas D, E, F, G itd. są przeznaczone do wzmacniania cyfrowych sygnałów modulowanych szerokością impulsu (PWM). Zaliczają się do kategorii wzmacniaczy przełączających (ang. switching amplifiers), których wyjście pracuje wyłącznie w dwóch stanach: pełne włączenie (ON) lub pełne wyłączenie (OFF) – bez żadnych poziomów pośrednich.
Dzięki tej uproszczonej zasadzie działania, wzmacniacze tych klas mogą osiągać teoretyczną sprawność rzędu 90–100%.
Zastosowania wzmacniaczy mocy
- Elektronika użytkowa:
Wzmacniacze mocy audio wykorzystywane są praktycznie we wszystkich urządzeniach codziennego użytku – od kuchenek mikrofalowych, przez wzmacniacze słuchawkowe, telewizory, telefony komórkowe, po systemy kina domowego oraz instalacje nagłośnieniowe w teatrach i podczas koncertów.
- Przemysł:
Wzmacniacze mocy typu przełączającego znajdują zastosowanie w sterowaniu większością przemysłowych układów wykonawczych, takich jak serwomechanizmy i silniki prądu stałego (DC).
- Łączność bezprzewodowa:
Wzmacniacze dużej mocy odgrywają kluczową rolę w transmisji sygnałów komórkowych oraz radiowych (FM). Dzięki nim możliwe jest zwiększenie mocy sygnału, co przekłada się na wyższe prędkości transmisji danych oraz lepszą jakość i zasięg połączenia. Wzmacniacze te stosowane są również w sprzęcie do komunikacji satelitarnej.
5 najważniejszych parametrów przy wyborze wzmacniacza
1. Moc wyjściowa (Power output):
Moc wyjściowa w dużym uproszczeniu określa, jak głośno możesz odtwarzać muzykę. Im większe masz głośniki lub pomieszczenie, tym więcej mocy zazwyczaj potrzebujesz (ku niezadowoleniu sąsiadów i domowników!).
W praktyce jednak nie potrzebujesz aż tak dużej mocy, jak może się wydawać. Dla standardowego odsłuchu 10 W to już całkiem głośno, a 100 W wystarczy, żeby „zdmuchnąć dach” podczas imprezy.
Wskazówka: Zwróć uwagę na czułość głośników – ma ona duży wpływ na głośność całego systemu.
2. THD+N (Total Harmonic Distortion + Noise):
Całkowite zniekształcenia harmoniczne plus szum (THD+N) to wskaźnik pokazujący, w jakim stopniu wzmacniacz wpływa na oryginalny sygnał dźwiękowy.
Więcej zniekształceń oznacza więcej koloryzacji dźwięku, czyli odejście od tego, co zostało zarejestrowane. Im niższa wartość THD+N, tym bardziej wyjściowy dźwięk przypomina oryginalne nagranie.
Oczywiście największy wpływ na brzmienie mają same głośniki – dlatego wybierz takie, które odpowiadają Twoim preferencjom odsłuchowym.
Wskazówka: Im niższa wartość THD+N – tym lepiej.
3. SNR (Signal to Noise Ratio) – Stosunek sygnału do szumu:
Wyobraź sobie, że stoisz w cichym pomieszczeniu, gdzieś na wsi, z dala od zgiełku miasta – zaczynasz słyszeć dźwięki, na które normalnie nie zwracasz uwagi: szum kaloryfera albo odgłos przejeżdżających w oddali samochodów. Gdy w domu gra głośno telewizor i dzieci biegają po pokoju, te dźwięki znikają w tle – ale wciąż tam są.
Wzmacniacz działa podobnie – w jego wnętrzu zawsze generowana jest niewielka ilość szumu przez przemieszczające się elektrony. Celem dobrego projektu jest sprawienie, by ten szum był jak najmniej słyszalny, dzięki czemu odbierasz więcej muzyki, a mniej zakłóceń.
Wskazówka: Im wyższy stosunek sygnału do szumu (SNR), tym lepiej!
4. Crosstalk (Przesłuch kanałów)
Lewy to lewy, prawy to prawy – a przesłuch to miara tego, ile niepożądanego sygnału z lewego kanału „przecieka” do prawego wyjścia. Ponieważ wzmacniacze zwykle znajdują się w jednej obudowie, muszą się bardzo starać, aby działać jak dwa oddzielne urządzenia – po jednym na kanał. Dzięki temu sygnały są odseparowane i gdy trafiają do głośników, możesz usłyszeć, że wokalista stoi lekko po lewej stronie sceny, a skrzypce grają po prawej.
Im większy przesłuch, tym trudniej zlokalizować pozycje instrumentów, ponieważ separacja stereo zostaje zaburzona.
Wskazówka: W przypadku przesłuchu – im większa liczba po znaku minus (np. –100 dB jest lepsze niż –60 dB), tym lepsza separacja kanałów stereo.
5. Wejścia / złącza
Czy możesz podłączyć wszystko, co chcesz? Upewnij się, że wzmacniacz ma wystarczającą liczbę wejść do wszystkich urządzeń, które planujesz podłączyć. Pamiętaj, że różne typy połączeń mają różne zastosowania – na przykład gniazdo 3,5 mm dla odtwarzaczy iPod, wejście Phono dla gramofonów oraz USB dla laptopów i komputerów kina domowego. Każde z nich ma swoje zalety, a jeśli masz do wyboru kilka opcji, wybierz to, które zapewni najlepszą jakość dźwięku.
Wskazówka: W produktach marki NSP stosowane są osobne stopnie phono, aby zagwarantować najwyższą jakość – sygnały z gramofonów są bardzo słabe i łatwo podatne na zakłócenia.
Wzmacniacze NEW SOUND POWER CO., LTD. – oferta Kera-Audio
- 60W, pasmo 60 Hz – 15 kHz, 100V/70V, 4–16Ω.
- Bluetooth, FM, USB/SD, pilot IR.
- XLR z phantomem, Jack 6.3 mm, RCA.
- Funkcja EVAC, CHIME, zasilanie 230V/24V DC.
- Dedykowany do mniejszych przestrzeni jak klasy, biura, lokale.
- 120W, pasmo 60 Hz – 15 kHz, 100V/70V, 4–16Ω.
- Bluetooth, FM, USB/SD, pilot IR.
- XLR z phantomem, Jack 6.3 mm, RCA.
- Funkcja EVAC, CHIME, zasilanie 230V/24V DC.
- Dedykowany do średnich i większych przestrzeni jak sale konferencyjne, sklepy, szkoły, biura i świątynie.
- 240W, szerokie pasmo, niskie THD <0,5%.
- Bluetooth, FM, USB/SD, pilot IR.
- Regulacje tonów, wejścia XLR, Jack, RCA.
- Systemy zabezpieczeń i solidna konstrukcja.
- Wyjścia 100V, 70V, 4Ω–16Ω.
- Dedykowany do systemów nagłośnienia ogólnego w szkołach, hotelach, restauracjach, biurach i obiektach komercyjnych.
- Sprawdzi się tam, gdzie potrzebna jest prosta obsługa i niezawodne działanie w jednej strefie.
- 2x240W mocy, obsługa 100V i 8–16Ω.
- Bluetooth, FM, MP3, USB/SD, RJ45 dla mikrofonu zdalnego i panelu sterującego.
- Wejścia XLR +48V, AUX, RCA. Niezależna kontrola dwóch stref.
- Zabezpieczenia: zwarcie, przegrzanie, przeciążenie.
- Montaż rack 19".
- Dedykowany do zaawansowanych instalacji dwustrefowych w obiektach wymagających niezależnej kontroli nagłośnienia w dwóch przestrzeniach (np. recepcja + sala, sklep + magazyn).
- Idealny do profesjonalnych zastosowań komercyjnych.
Wszystkie modele objęte są 24-miesięczną gwarancją, posiadają certyfikat CE, a ich producentem jest marka NSP – NEW SOUND POWER CO., LTD.