Efficiency - Gain – ενισχυτής Class D

[stefanos604]

Efficiency vs Gain ενισχυτή = Απόδοση έναντι Απολαβής (κέρδους).​

Περιγράφω περιληπτικά και το Gain γιατί πολλές φορές , λανθασμένα, οι όροι Efficiency - Gain θεωρούνται συνώνυμοι. (Παραδείγματα gain στο άρθρο: Οδηγός για τα db (decibels))

Ενισχυτές ως προς την τάξη (Class)​

Tι είναι Class A, Class B , Class AB, Class C, Class D και τι διαφορές υπάρχουν μεταξύ τους ;​

Δεν χρειάζεται να γράψω κάτι παραπάνω γιατί με καλύπτει σχεδόν στο σύνολο του, εκτός από μερικές μικρές τεχνικές λεπτομέρειες για την class D,ένα ωραίο με πολλές και διευκρινιστικές πληροφορίες άρθρο, στα Ελληνικά: εδώ:

Φυσικά υπάρχουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των διαφόρων τάξεων ενισχυτών, ιδιαίτερα όταν αναφερόμαστε στην efficiency τους και κατά συνέπεια στο όγκο και στο βάρος τους και άρα και στο κόστος τους .

[Πχ σήμερα ,σίγουρα ,αγορά ενισχυτή 600W Class A είναι κακή ιδέα , εκτός εάν θέλουμε να τον χρησιμοποιήσουμε και σαν φούρνο !!!! ].

Μπορεί ο class Α να είναι ο πλέον ‘’καθαρός’’ ,όμως καταναλώνει πολύ ενέργεια και απαιτεί μεγάλες ψύκτρες ή και ανεμιστήρα για την ψύξη του (ο τάξης Α είναι ο πιο γραμμικός απ’ όλες τις classes που σημαίνει ότι το σήμα εξόδου είναι ακριβές ενισχυμένο αντίγραφο του σήματος εισόδου). Ένα καλό άρθρο για Class D για τεχνικούς ΕΔΩ:

Οι πρώτης γενιάς ενισχυτές, όπως και οι υπολογιστές, χρησιμοποιούσαν τροφοδοτικό με βαρύ μετασχηματιστή υποβιβασμού.
Οι σύγχρονοι χρησιμοποιούν SMPS (Switched-Mode Power Supplies) με μετασχηματιστή υψηλής συχνότητας με πυρήνα φερρίτη . Έτσι το τροφοδοτικό είναι πολύ ελαφρύτερο και λιγότερο δαπανηρό αλλά και πολύ αποτελεσματικό , στην Class D, από ό, τι ένα ισοδύναμο γραμμικό τροφοδοτικό .

Πολλοί πιστεύουν ότι το ‘’Class D’’ σημαίνει Digital. Όπως όμως φαίνεται από την ανωτέρω απλή περιγραφή είναι απλά μια τοπολογία (συνέχεια των γραμμάτων Α,Β,C) που χρησιμοποιείται κατά κόρον στα Hi-Fi (ειδικά στους car audio subwoofer amplifiers).

Θεωρητικά η efficiency στην Class-D αγγίζει το 100% και στην πράξη σήμερα είναι εφικτή πάνω από 90 % ,δίνοντας μέχρι και 100άδες watts χωρίς ψύξη. Να προσθέσω ότι τα τροφοδοτικά τους είναι switching type (DC - DC converter / SMPS). Πχ τέτοια είναι στο σύνολο τους τα τροφοδοτικά των ενισχυτών αυτοκινήτων.
Σημειώστε ότι αυτή η efficiency (όπως δείχνει η ανωτέρω φωτογραφία) είναι υψηλή ,ξεκινώντας από πολύ μέτρια επίπεδα ισχύος μέχρι Clipping.
Ένας ενισχυτής Class D λειτουργεί λαμβάνοντας το αναλογικό σήμα εισόδου και δημιουργώντας ένα PWM αντίγραφο του ( Pulse Width Μodulation = Διαμόρφωση Πλάτους Παλμού). Η ανάλυση του PWM ξεφεύγει του άρθρου....

Άρα υψηλή efficiency μεταφράζεται σε λιγότερη κατανάλωση ενέργειας, για δεδομένη ισχύ εξόδου, όμως το πιο σημαντικό είναι ότι ελαχιστοποιεί δραστικά τις απαιτήσεις για τις γνωστές αλουμινένιες ψύκτρες απαγωγής θερμότητας που απαιτούνται για να κρατήσουν τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα δροσερά .
Επίσης το φορτίο στο μετασχηματιστή ισχύος μειώνεται κατά ένα σημαντικό ποσοστό , επιτρέποντας τη χρήση μικρότερου μετασχηματιστή για την ΙΔΙΑ ισχύ εξόδου .
Παρ’ όλη όμως την υψηλή efficiency σπάνια χρησιμοποιείται πχ στους ενισχυτές κιθάρας. Όταν δε χρησιμοποιείται, συνήθως τέτοιοι ενισχυτές είναι με λυχνίες ή hybrid.

(Συνήθως στους ενισχυτές κιθάρας χρησιμοποιείται Class AB με λυχνίες – το λεγόμενο “push-pull” configuration με 2 output tubes πχ 6L6).
Εδώ Class D για χρήση σε ενισχυτή μπάσων .)

Στα specs των κατασκευαστών ενισχυτών σπάνια θα βρείτε το χαρακτηριστικό efficiency που σημαίνει ότι δεν το θεωρούν σημαντικό να το αναφέρουν [(Ο λόγος είναι ότι είναι δύσκολο να διατυπώσουν ότι ένας ενισχυτής έχει μια συγκεκριμένη efficiency , καθώς η τιμή αυτή εξαρτάται από τη φύση του σήματος εξόδου. Στην πραγματικότητα ,η efficiency ενός ενισχυτή είναι διαφορετική σε κάθε χρονική στιγμή ( η μουσική πχ περιέχει κάθε χρονική στιγμή διαφορετικού πλάτους σήμα) ].

Συμπέρασμα:
Για ένα δεδομένο σήμα , ενισχυτές από διαφορετικές τάξεις και ίδια ονομαστική ισχύ εξόδου έχουν σαφώς διαφορετική efficiency.

Βέβαια μπορούμε σ’ ένα εργαστήριο να μετρήσουμε την efficiency εύκολα.

Ένα καλό Video που δίνει πολύ καλά επεξηγηματική μέθοδο προσδιορισμού της efficiency εδώ.

Σχετικά θέματα στο avsite.gr :​

Οδηγός για ενισχυτές: Hi-Fi , PA , Μουσικών Οργάνων
Οδηγός για Μεγάφωνα – Ηχεία - Παράμετροι αυτών

Σκιαθίτης Στέφανος
Ηλεκτρονικός (συνταξιούχος) – Μηχανικός Μικροκυμάτων​