3، تقویت کننده قدرت
تقویت کننده قدرت که به عنوان تقویت کننده سیگنال نیز شناخته می شود، عملکرد اصلی آن تقویت سیگنال های صوتی برای هدایت بلندگوها برای پخش مجدد صدا است. به طور کلی، هاست دارای یک تقویت کننده توان داخلی است، اما دامنه تقویت قدرت آن نسبتاً کوچک است، بنابراین نمی تواند سطح بالایی از الزامات گوش دادن را برآورده کند، چه رسد به اینکه با یک تقویت کننده قدرت خارجی مقایسه شود. علاوه بر این، واحد باس باید توسط یک تقویت کننده قدرت هدایت شود و میزبان توانایی هدایت چنین توان بزرگ واحد باس را ندارد. تقویت کننده سیگنال بخش مهمی از کل سیستم صوتی خودرو است.
ولتاژ تقویت کننده برق خودرو 12 ولت DC است که با ولتاژ منبع تغذیه داخل خودرو مطابقت دارد. به منظور گسترش دامنه دینامیکی سیگنال و افزایش توان خروجی، به طور کلی از فناوری تقویت اینورتر در تقویت کننده های قدرت استفاده می شود، به این معنی که ولتاژ از 12 ولت به 35-40 ولت افزایش می یابد. یکی دیگر از مزایای تقویت اینورتر این است که وقتی نوسانی در ولتاژ منبع تغذیه وجود دارد، مدار تغذیه تقویت کننده برق به طور خودکار ولتاژ را تنظیم می کند تا از پایداری توان خروجی اطمینان حاصل کند. در حال حاضر، این فناوری به طور گسترده در تقویت کننده های قدرت خودرو استفاده می شود.
(1) اتلاف حرارت تقویت کننده های قدرت
دو نوع اتلاف گرما برای تقویت‌کننده‌های برق نصب‌شده در خودرو وجود دارد: اتلاف حرارت طبیعی و اتلاف حرارت فن. اتلاف حرارت فن به طور کلی در تقویت کننده های توان بالا استفاده می شود. اتلاف گرما خوب تأثیر قابل توجهی بر توان خروجی دارد.
(2) طبقه بندی تقویت کننده های قدرت
① تقویت کننده های قدرت خودرو بر اساس روش های مختلف رسانا طبقه بندی می شوند: کلاس A، کلاس B، کلاس AB و دیجیتال.
کلاس A: تقویت کننده قدرت کلاس A خالص، همچنین به عنوان تقویت کننده قدرت کلاس A شناخته می شود، یک فرم تقویت کننده کاملا خطی از تقویت کننده است. هنگام کار در یک تقویت کننده توان کلاس A خالص، کانال های مثبت و منفی ترانزیستور در حالت عادی با یا بدون سیگنال در حالت باز هستند، به این معنی که انرژی بیشتری به عنوان گرما مصرف می شود، اما نرخ اعوجاج بسیار کم است. تقویت‌کننده‌های قدرت کلاس A خالص در برنامه‌های صوتی خودرو نسبتاً نادر هستند زیرا راندمان آنها بسیار پایین است، معمولاً فقط 20-30%. با این حال، علاقه مندان به صدا در مورد اجرای صدای خود پرشور هستند.
کلاس B: تقویت کننده قدرت کلاس B، همچنین به عنوان تقویت کننده قدرت کلاس B، همچنین به عنوان تقویت کننده خطی شناخته می شود، اما اصل کار آن کاملاً با تقویت کننده برق کلاس A خالص متفاوت است. هنگامی که تقویت کننده های قدرت کلاس B در حال کار هستند، کانال های مثبت و منفی ترانزیستور معمولا در حالت بسته هستند مگر اینکه سیگنال ورودی وجود داشته باشد. یعنی وقتی سیگنال فاز مثبت می آید فقط کانال فاز مثبت کار می کند در حالی که کانال فاز منفی بسته است و این دو کانال هرگز به طور همزمان کار نمی کنند. بنابراین، در صورت عدم وجود سیگنال، به هیچ وجه تلفات برق وجود ندارد. با این حال، هنگامی که کانال های مثبت و منفی روشن و خاموش می شوند، اغلب اعوجاج متقاطع رخ می دهد، به خصوص در سطوح پایین، بنابراین تقویت کننده های قدرت کلاس B واقعا تقویت کننده های توان با وفاداری بالا نیستند. در کاربردهای عملی، بسیاری از تقویت‌کننده‌های صوتی اولیه خودرو به دلیل کارایی بالا، تقویت‌کننده‌های کلاس B بودند.
کلاس AB: تقویت کننده های قدرت کلاس A و B که به عنوان تقویت کننده های قدرت کلاس AB نیز شناخته می شوند، طرحی هستند که با مزایای تقویت کننده های برق کلاس A و کلاس B سازگار هستند. هنگامی که سیگنال وجود ندارد یا سیگنال بسیار کوچک است، هر دو کانال مثبت و منفی ترانزیستور به طور معمول باز هستند و در نتیجه باعث کاهش توان می شوند، اما نه به شدت تقویت کننده های کلاس A. هنگامی که سیگنال مثبت است، کانال منفی تا زمانی که سیگنال قوی تر شود باز می ماند، اما زمانی که سیگنال قوی تر می شود، کانال منفی بسته می شود. هنگامی که سیگنال در فاز منفی است، عملکرد کانال های مثبت و منفی دقیقا برعکس است. عیب تقویت کننده های قدرت کلاس AB این است که اعوجاج متقاطع جزئی ایجاد می کنند، اما در مقایسه با کارایی و وفاداری آنها نسبت به تقویت کننده های کلاس A و کلاس B برتری دارند. آمپلی فایرهای کلاس AB در حال حاضر پرکاربردترین طراحی در صدای خودرو هستند.
کلاس D: برخلاف تقویت کننده های کلاس A، B یا AB که در بالا ذکر شد، تقویت کننده های کلاس D بر اساس ترانزیستورهای سوئیچینگ کار می کنند و می توانند در مدت زمان بسیار کوتاهی به طور کامل هدایت یا قطع شوند. دو ترانزیستور به طور همزمان رسانا نیستند، بنابراین گرمای بسیار کمی تولید می کنند. این نوع تقویت کننده دارای راندمان بسیار بالایی (حدود 90٪) است که در شرایط ایده آل به 100٪ می رسد، در حالی که تقویت کننده های کلاس AB فقط می توانند در مقایسه با 78.5٪ به دست آورند. از طرف دیگر حالت عملکرد سوئیچ باعث افزایش اعوجاج سیگنال خروجی نیز می شود. مدار تقویت کننده کلاس D به سه مرحله تقسیم می شود: مرحله سوئیچینگ ورودی، مرحله تقویت توان و مرحله فیلتر خروجی. تقویت کننده های کلاس D می توانند در حالت مدولاسیون عرض پالس (PWM) در حالت روشن/خاموش کار کنند. با استفاده از PWM، سیگنال ورودی صدا را می توان به سیگنال سوئیچینگ فرکانس بالا تبدیل کرد. سیگنال صوتی با یک موج مثلثی فرکانس بالا از طریق مقایسه کننده مقایسه می شود. هنگامی که ولتاژ در انتهای معکوس بالاتر از ولتاژ در انتهای فاز باشد، خروجی در سطح پایینی است. وقتی ولتاژ ترمینال معکوس کمتر از همان ولتاژ ترمینال فاز باشد، خروجی در سطح بالایی قرار دارد.
در تقویت‌کننده‌های کلاس D، خروجی مقایسه‌کننده به مدار تقویت‌کننده قدرت متصل می‌شود که از ترانزیستورهای اثر میدانی اکسید فلزی (MOSFET) به جای ترانزیستورهای دوقطبی (BJT) استفاده می‌کند. این به این دلیل است که اولی زمان پاسخگویی سریع تری دارد و برای حالت های کاری با فرکانس بالا مناسب است. تقویت کننده های کلاس D به دو ماسفت نیاز دارند که می توانند در مدت زمان بسیار کوتاهی به طور کامل روشن یا خاموش شوند. هنگامی که ماسفت کاملا رسانا است، افت ولتاژ آن بسیار کم است. هنگامی که ماسفت به طور کامل قطع می شود، جریان عبوری از لوله صفر می شود. سرعت سوئیچینگ دو ماسفت که به طور متناوب در حالت روشن و خاموش کار می کنند بسیار سریع است و در نتیجه راندمان بسیار بالا و تولید حرارت کم را به همراه دارد. بنابراین، تقویت کننده های کلاس D نیازی به یک هیت سینک بزرگ ندارند.
② با توجه به نوع لوله تقویت کننده در تقویت کننده، می توان آن را به دستگاه های صفراوی و سنگ تقسیم کرد:
③ ماشین سنگ (ترانزیستور): پویا و سریع، دارای قدرت تحلیلی قوی، سلسله مراتب و روشنایی در موسیقی بزرگ پویا
④ کیسه صفرا (لوله الکترونیکی): صدا ملایم است، تریبل صاف است و فضای کافی وجود دارد (موسیقی خالص، آواز).
