Luokan AB äänivahvistimet: suunnittelu, tehokkuus ja sovellukset

AB-luokan audiovahvistimet ovat A- ja B-luokan vahvistimien hybridirakenne. Asettamalla lepotilan toimintapisteen pitämään transistorit hieman päällä (esijännitettynä katkaisupisteen yläpuolella) koko signaalijakson ajan, ne ratkaisevat tehokkaasti luokan B vahvistimien jakovääristymisongelman. Sen ydinominaisuus on, että kaksi komplementaarista transistoria (NPN/PNP tai NMOS/PMOS) vuorottelevat tulosignaalin positiivisen ja negatiivisen puolijakson välillä, jolloin saavutetaan tasainen siirtyminen nollan ylitysalueen yli.

Luokan A vahvistimet ylläpitävät vakiolähtötransistorin päällä koko signaalijakson ajan. Tämä johtaa erinomaiseen äänenlaatuun, koska signaali on katkeamaton, mutta hyötysuhde on erittäin alhainen, ja suurin osa energiasta hajoaa lämmön muodossa.

Luokan B vahvistimet puolestaan ​​käyttävät kahta transistoria: yksi positiiviselle puoliaaltolle ja toinen negatiiviselle puoliaaltolle. Jokainen transistori johtaa vain 180° signaalin puolijaksosta. Tämä parantaa merkittävästi tehokkuutta, mutta haittana on, että kaksi transistoria kytkeytyvät päälle ja pois päältä signaalin nollapisteessä, mikä voi helposti aiheuttaa jakohäiriösäröä ja vaikuttaa äänenlaatuun.

Luokan AB vahvistimet on suunniteltu ratkaisemaan B-luokan vahvistimien jakohäiriösäröongelma säilyttäen samalla suhteellisen korkea hyötysuhde.

Suunnittelun perusperiaatteet ovat:

Biasing: Luokan AB vahvistimet kohdistavat pienen bias-virran lähtötransistoreihin, mikä saa ne johtamaan hieman, vaikka signaalia ei tulekaan. Tällä tavalla, kun signaali ylittää nollan, molemmat transistorit pysyvät hieman päällä eivätkä kokonaan pois päältä. Tämä välttää tehokkaasti crossover-särön.

Push-pull: Push-pull-mallissa käytetään tyypillisesti paria komplementaarisia transistoreita (kuten NPN ja PNP) vahvistamaan signaalin positiivisia ja negatiivisia puolijaksoja. Kun signaali on positiivinen, yksi transistori johtaa ja vahvistaa; kun signaali on negatiivinen, toinen transistori johtaa ja vahvistaa. Bias-virran vuoksi molemmat transistorit johtavat lyhyen ajan (yleensä yli 180°, mutta alle 360°) signaalin lähestyessä nollaa, mikä varmistaa sujuvan siirtymän.

Luokan AB äänivahvistimen tehokkuus
Luokan AB vahvistimien tehokkuus on luokan A ja luokan B välillä.
Luokan AB vahvistimet ovat tehokkaampia kuin luokan A vahvistimet. Luokan A vahvistimet kuluttavat edelleen merkittävästi tehoa, vaikka signaalia ei olisikaan. Kuitenkin, luokan AB vahvistimet kuluttavat bias-virran vuoksi paljon vähemmän tehoa lepotilassa kuin luokan A vahvistimet. Niiden tehokkuus paranee edelleen signaalitason noustessa.

Verrattuna luokan B vahvistimiin, luokan AB vahvistimet tuovat bias-virran, mikä johtaa tietyn määrän lepotilan virrankulutukseen, mikä tekee niistä hieman vähemmän tehokkaita kuin puhtaat B-luokan vahvistimet. Luokan AB vahvistimien hyötysuhde on tyypillisesti 60-70 %. Vaikka luokan AB vahvistimet eivät ole yhtä tehokkaita kuin D-luokan vahvistimet (jotka saavuttavat yleensä yli 90 %), ne tarjoavat merkittäviä etuja äänenlaadussa.

Luokan AB äänivahvistimien sovellukset
Luokan AB vahvistimet ovat suosittuja useissa äänisovelluksissa erinomaisen äänenlaadunsa ja suhteellisen kohtuullisen tehokkuutensa ansiosta:

Kodin äänijärjestelmät: Näitä ovat vahvistimet, vastaanottimet ja hifi-järjestelmät. Luokan AB vahvistimet tuottavat selkeän, vähäsäröisen äänen, joka täyttää audiofiilien korkealaatuiset vaatimukset.

Autoääni: Autoympäristö vaatii sekä äänenlaatua että tehoa. Luokan AB vahvistimia käytetään laajalti autovahvistimissa, mikä tarjoaa tehokkaan ja selkeän äänikokemuksen.

TV- ja multimediajärjestelmät: Nämä vahvistimet on integroitu kulutuselektroniikkaan, kuten televisioihin ja tietokoneen kaiuttimiin, ohjaamaan sisäänrakennettuja kaiuttimia tai tuottamaan äänilähtöä.

Kuulokevahvistimet: Monet korkean suorituskyvyn kuulokevahvistimet käyttävät AB-luokan rakennetta varmistaakseen kuulokkeiden ohjaamisen edellyttämän äänenlaadun ja dynaamisen alueen.

Ammattimaiset audiolaitteet: Luokan AB vahvistimia käytetään yleisesti myös studiomonitoreissa, instrumenttivahvistimissa ja PA-järjestelmissä niiden luotettavuuden ja äänenlaadun vuoksi.