تقویت کننده توان Power Amplifier

امپلی فایر آخرین تجهیزی است که قبل از رسیدن سیگنال به بلندگو در مدار قرار می گیرد. تقویت کننده ها، سیگنال صوتی را به اندازه ای که برای رسیدن به بلندگوها مناسب باشد، تقویت می کنند. آنها دامنه ی سیگنال را از سطح لاین به بلندگو افزایش می دهند که این کار را با افزایش دامنه ولتاژ سیگنال انجام می­دهند.

سطح سیگنال بلندگو به نوع سیستم بستگی دارد، که به صورت زیر است:

• 4 ولت یا بیشتر در سیستم های صوتی معمولی
• 70 تا 100 ولت در سیستم های توزیع شده
• بیش از 100 ولت در سیستم های صوتی با ابعاد زیاد

بیشتر امپلی فایر ها تنها یک سوییچ توان و کنترلر حساسیت ورودی دارند. اما برخی از انواع جدیدتر، توانایی پردازش سیگنال دیجیتال و کنترل و مانیتورینگ شبکه را نیز دارا میباشند.

هر قدر توان تقویت کننده بیشتر باشد، تقویت سیگنال بیشتر خواهد بود و صدای بلندگوها، بلندتر خواهد شد. سطح ممقطع سیم هایی که جهت اتصال امپلی فایر به بلندگو استفاده می شود، معمولا بزرگ تر از سطح مقطع سیم میکروفون در سطح ولتاژ سیگنال خط است، چرا که ولتاژ سیم های امپلی فایر تا بلندگو بیشتر شده است و به تبع آن، جریان عبوری نیز افزایش می یابد.

کابل های اسپیکر ها بدون شیلد هستند و می توان کابل تابیده شده تا معمولی باشند.

کانکتورهای مختص به سیم کشی در بلندگو ها از نوع SPEAKON هستند. این اتصالات جهت اتصال مناسب و حرفه ای در سیستم های بلندگوها استفاده می شود. این اتصالات بسیار با دوام بوده و استفاده از آنها آسان است و به همین دلیل در سیستم های AV بسیار قابل استفاده و کاربردی هستند.

تقویت کننده های توزیعی

این نوع از تقویت کننده ها، یک سیگنال صوت یا تصویر را به چندین موقعیت مختلف ارسال کرده و در همین حین کیفیت سیگنال را هم حفظ می کنند. این تقویت کننده ها می توانند اجزای مختلفی داشته باشند نظیر میکسر و یا DSP

این آمپلی فایر ها در انواع مختلف و با ابعاد مختلف بر روی تعداد خروجی های متفاوتی وجود دارند. می توانند کانال توزیع سیگنال صوت داشته باشند تا همزمان توزیع صوت و تصویر را انجام دهند.

همچنین امپلی فایرهای توزیع تصویر هم موجود است، که برای ارسال تصاویر S-Video یا RGB ، RGBS و RGBHV استفاده میشود. در انواع بالانس و غیر بالانس هستند.

یک سیستم تقویت صدا در سخنرانی را درنظر بگیرید، که قرار است به 24 خط صدا را توزیع کند.

خروجی امپلی فایر بر اساس وات اندازه گیری میشود.

میکسر- امپلی فایر

زمانی که منبع سیگنال صوتی و مسیر آن مشخص باشد، میتوان تجهیزات ضروری جهت ارسال و پردازش سیگنال در مسیر را انتخاب و بررسی کرد. یکی از ضروری ترین این تجهیزات میکسر – امپلی فایر است. این تجهیزات فعالیت اصلی را در انتقال و تقویت سیگنال صوتی و تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی آکوستیکی را انجام می­ دهند.

میکسرهای صوتی عمل اصلی و مهم ترکیب سطوح مختلف سیگنال صوتی و هدایت آن در مسیرهای مختلف را انجام می­ دهند. برخی میکسر ها تنها وظیفه میکس سطح سیگنال خط را دارند، بنابراین یکی از عملکردهای میکسرهای صوت، دریافت سیگنال با سطح ولتاژ میکروفون و تقویت آن سیگنال است، تا سطح آن را به سطح سیگنال خط رسانده و سپس عمل میکس را انجام دهند.

پیش از هر چیز، باید اطمینان حاصل کرد که سطح سیگنال در دسترس، یک سطح مناسب برای سیستم است. هنگامی که تعداد ورودی و خروجی های میکسر را تعیین می کنید، باید احتمال افزایش ورودی و خروجی ها و توسعه سیستم را در آینده درنظر بگیرید.

بیشتر بخوانید: انتخاب بهترین سیستم ویدئو کنفرانس برای هر اتاق جلسه

پارامترهای مهم در انتخاب آمپلی فایر مناسب

• تعداد کانال ها
• امپدانس بار روی کانال ها
• توان خروجی
• قابلیت اطمینان
• نویز

تعداد کانال های امپلی فایر ها

یک آمپلی فایر، میتواند تعدادی ورودی و خروجی داشته باشد، که به این ورودی و خروجی ها کانال می گویند. یک امچلی فایر تک کانال معمولا برای تقویت صدا در اتاق های کنفرانس استفاده می شود. امپلی فایرهای 2 کانال برای پلی بک استریو استفاده می شوند. امپلی فایر های چندکانال تقریبا برای تمام کاربردها قابل استفاده است اعم از : تقویت صدا در یک برنامه و همچنین به طور همزمان صدای پلی بک، میکس سیستم ها و پلی بک چند کانال.

طراحی هر چیزی که باشد، باید توجه شود که تعداد کانال های مناسب جهت توزیع درست صدا داشته باشیم.

امپدانس بار در هر کانال

مدارهای الکتریکی به شکل سری یا موازی از طریق کابل به هم وصل می شوند و گاهی ترکیب همزمان سری و موازی مورد نیاز است. بر اساس قوانین گفته شده در فصل الکترونیک، امپدانس کل مدار اسپیکر های متصل به امپلی فایر محاسبه می شود.

باید دقت شود که امپدانس مجموع اسیپیکر های متصل به هر کانال، بیشتر از امپدانس مجاز نباشد. بهترین حالت این است که امپدانس بار کل اسپیکر ها تقریبا برابر با امپدانس هر کانال امچلی فایر باشد، تا بیشترین تقسیم توان صورت گیرد.

توان خروجی

مشخصه ی توان خروجی، تاثیر بسیار مهم و غیرخطی ای روی قیمت دارد. هر قدر توان خروجی افزایش یابد، به نقطه ای می رسیم که دستگاه هایی که تنها یک خروجی دارند، توان مقاومت دربرابر تلفات حرارتی و گرمای ناشی از آن را نخواهند داشت، در این حالت جفت های موازی مورد نیاز است،دکه باعث افزایش شدید قیمت می شود. به طور مشابه، لایه های هسته ترانسفورماتور در سایزهای استاندارد موجود است، بنابراین در صورت بالا رفتن توان، سایز ترانس و قیمت نیز افزایش پیدا میکند.

امپلی فایرهای خانگی معمولا توان خروجی 20 تا 150 وات در مقاومت 8 اهم را ارائه می دهند. سیستم های صوت و پیجینگ معمولا در محدوده 50 وات هستند، برخی کاربردهای foldback تا 1 کیلو وات و بیشتر هم نیاز دارند. امپلی فایر های با توان بسیار بالا چندان معمول نیستند، از طرفی بحث قیمت و هزینه هاست، اما از یک طرف این کار بدین معنی است که تمام سرمایه گذاری را روی یک دستگاه انجام دادید و همه تخم مرغ ها را در یک سبد گذاشتید، که این یعنی خرابی آن دستکاه فاجعه بار خواهد بود.

اگر یک امپلی فایر در امپدانس 8 اهم یک توان مشخص داشته باشد، بدین معنی نیست که به یک بار 4 اهم دقیقا 2 برابر آن توان را ارائه کند، بلکه احتمالا توان بسیار کمتری به آن بار بدهد، که این بدلیل تلفات شدید در عملکرد در 4 اهم و ارتباط توان با مربع ولتاژ است. معمولا یک امپلی فایر که توان 180 وات در 8 اهم ارائه میدهد، احتمالا در 4 اهم توان 260 وات و در 2 اهم توان 350 وات ارائه میدهد؛ البته به شرطی که بتواند بارهای با امپدانس پایین را نیز تغذیه نماید.

معمولا در سیستم های خانگی، اسپیکر های 8 اهم مورد استفاده قرار می گیرند. البته 8 اهم مقدار نامی است، زیرا امپدانس تجهیزات از جمله این اسپیکر ها در فرکانس های مختلف متغیر است، و مثلا در برخی از فرکانس ها ممکن است امپدانس بلندگوهای فوق به 6 اهم برسد. بدلیل غلبه بر این مشکل، تمام امپلی فایرهای 8 اهم، در 4 اهم هم عمل می کنند. این باعث میشود برای اسپیکرهای 8 اهم مشکلی ایجاد نشود، اما در اسپیکرهای 4 اهم که امچدانس شان ممکن است به 3 اهم و کمتر هم برسد، حاشیه امنی نخواهند داشت. از طرفی اگر قرار باشد امپلی فایر 8 اهم ، برای مدت طولانی بار 4 اهم را تغذیه کند، باعث افزایش قیمت زیادی میشود، زیرا روی شرایط ترانسفورماتور و همچنین دستگاه های خنک کننده هم تاثیر زیادی دارد، که در نهایت منجر به بالا رفتن قیمت خواهد شد.

نکته ای که در تعیین توان خروجی باید در نظر داشت این است که باید آن را به شکل وحشتناکی افزایش داد تا صدای امپلی فایر بلندتر شود. بعنوان کثال افزایش توان از 25 وات به 30 وات باعث افزایش قابل توجه و قابل شنیدن در صدا نخواهد بود.

توان موردنیاز، بر اساس توان مصرفی هر اسپیکر، توان مصرفی کل اسپیکر های متصل به هر کانال امپلی فایر محاسبه می شود، که باید دقت شود که از توان نامی هر کانال بیشتر نباشد، تا از وقوع اضافه بار و آسیب به امپلی فایر جلوگیری شود.

قابلیت اطمینان

اگر در صنعت ساخت هستید، باید از تداوم کار قابل قبول دستگاه های مورد ساخت اطمینان داشته باشید، تا بتوانید در صنعت به کار خود ادامه دهید. معمولا قابلیت اطمینان در امپلی فایرها به خصوص امپلی فایرها در توان بالا، نسبت به سایر تجهیزات الکترونیکی پایین تر است.

نویز

نویز تا حد امکان باید کم باشد، تا روی سایر پارامترها تاثیر منفی نگذارد.

کلاس امپلی فایر

امپلی فایر ها در کلاس های مختلف دسته بندی می شوند، که این تقسیم بندی بر اساس توپولوژی آنها و عملکردشان میباشد. هر یک از این کلاس ها مزایا و معایب مربوط به خود را دارند، اما وظیفه تمامی آنها یکسان است:

تقویت شکل موج دربافتی بدون اعوجاج و اتلاف یا حداقل با کمترین میزان اعوجاج

کلاس های مختلف امپلی فایر ها به شرح زیر است :

• کلاس A
• کلاس B
• کلاس A/B
• کلاس C
• کلاس D
• کلاس G
• کلاس H

 نوع  A

در مقایسه با دیگر کلاس های آمپلی فایر، کلاس A دارای دستگاه های به نسبت ساده تری از بقیه است. برای تعریف آمپلی فایر کلاس A، باید گفت در این کلاس، تمام دستگاه های خروجی آمپلی فایر باید چرخه کاملی از یک شکل موج، به عبارتی یعنی چرخه ۳۶۰ درجه ای انجام دهند. کلاس های آمپلی فایر از نوع A، در میان سایر کلاس ها، بالاترین کیفیت را دارا می باشند؛ اما به علت بازدهی بسیار پایینی که دارند، عملکرد آنها دچار محدودیت شده است. به عبارت دیگر، بازدهی پایین ترانزیستور یعنی ایجاد تلفات بیشتر، نیاز به هیستینگ بزرگتر و همچنین نیاز به تغذیه ی بزرگتر.

در این نوع از کلاس های آمپلی فایر، ترانزیستور یا ترانزیستورهای خروجی، طوری بایاس می شوند که همیشه در حالت فعال قرار بگیرند، به همین علت، حتی موقعی که هیچ سیگنال ورودی وجود ندارد، آمپلی فایر از منبع تغذیه جریان الکتریکی دریافت می کند و گرم می شود. بازده کلاس A در شرایط ایده آل کمتر از ۳۰ درصد است. همین موضوع سبب شده است تا در توان های بالا کمتر کسی از این نوع کلاس آمپلی فایر استفاده کند. لامپ های خلا، یکی از انواع آمپلی فایرهای کلاس A می باشند. در آمپلی فایرهای کلاس A، کیفیت بالا؛ به خصوص در صورت استفاده از ترانزیستورهای مناسب و خوب از نقاط مثبت آن محسوب می شود.

بیشتر بخوانید: چگونگی طراحی سیستم سینمایی خانگی

این کلاس، بهترین انتخاب برای آمپلی فایر هدفون و بعضی از اسپیکرهای مانیتورینگ است. همچنین، پاسخ فرکانسی کلاس A، خطی است و نسبت به فرکانس های با دامنه ضعیف تر، نیز حساسیت دارد و موجب تقویت آنها می شود. آمپلی فایر کلاس A، نسب به دیگر کلاس های آمپلی فایر به سرعت داغ می شود و حرارت آن بالا می رود؛ به گونه ای که گرمای زیادی ایجاد می کند و مخصوصا اگر این گرمای زیاد در توان های بالا تولید شود، برطرف کردن آن، خیلی دشوار است. برای مثال، ترانزیستور و لامپ خلا، هنگام گرم شدن از نظر الکتریکی حساس تر شده و بر اثر یک اشتباه کوچک مثل کوتاه کردن اتصال خروجی، به سرعت می سوزند

نوع  B

در کلاس های آمپلی فایر نوع A، تمام دستگاه های خروجی، به طور همزمان از صددرصد ظرفیت خود استفاده می کنند، اما در آمپلی فایرها یا تقویت کننده های کلاس B، از یک ترانزیشن فشار/کشیدن استفاده می شود، به گونه ای که در هر زمان، فقط نصف دستگاه های خروجی از ظرفیت خود استفاده می کنند.

این کلاس کاری آمپلی فایرها به صورت تئوری ۸۰% و در عمل تا ۷۰% بازدهی دارند که بالاتر از بازدهی کلاس A می باشد. اما به علت اعوجاج زیاد، کیفیت صدای پایینی دارد، و برای همین، کمتر کسی از آن استفاده می کند. این کلاس بازده خوبی داشته ولی کیفیت پایینی دارد. همچنین، در آمپلی فایرهای کلاس B، به علت استفاده از ترانسفورماتورهای با سر وسط موجب شده قیمت مدار بالا رود.

نوع  A/B

این نوع از کلاس های آمپلی فایر، ترکیبی از کلاس A و کلاس B بدون داشتن معایب این دو کلاس، می باشد و بنابراین، دارای نتیجه ای ایده آل است. این کلاس به گونه ای طراحی شده که نه مانند کلاس A همیشه ترانزیستورهای آن روشن و فعال باشند و نه مانند کلاس B همیشه خاموش باشند و درنتیجه دچار پدیده اعوجاج گردند.

بیشتر بخوانید: نصب سیستم صوتی در مراکز آموزشی

در این کلاس، ترانزیستورها در آستانه روشن شدن قرار گرفته اند؛ به طوری که نه می توان گفت خاموش و نه می توان گفت روشن هستند. این بهترین حالت برای یک دستگاه تقویت کننده سیگنال است؛ به این دلیل که تا زمانی که سیگنال نیامده خاموش است و بنابراین، تلفات ندارد و زمانی هم که سیگنال دریافت شد، روشن شده و سیگنال را تقویت می کند. این کلاس ها، کیفیت بالا و بازده مناسب (بالاتر از کلاس A و پایین تر از کلاس B) در حدود ۶۰-۵۰% دارند. به همین دلیل، یکی از پرکاربردترین کلاس آمپلیفایر محسوب می شوند.

نوع  C

این نوع از آمپلی فایرها، بازده بالایی دارند اما فقط بخش کوچکی از سیگنال ورودی را تقویت می کنند و برای مدارهای مخابراتی کاربرد مناسبی دارند، ولی در مدارات صوتی به هیچ وجه مناسب نیستند.

یکی از بهترین پروژه ها در زمینه سیستم صوتی، سیستم صوت مسجد مروی می باشد.

نوع D

کلاس از آمپلی فایرها، از نوع سویچینگ هستند؛ به این علت که ترانزیستور های قدرت آنها مثل کلید عمل می کنند، به عبارتی یا کاملا باز هستند یا کاملا بسته. این آمپلی فایرها بازدهی بسیار بالایی دارند و اگر طراحی آنها اصولی باشد، کیفیت خوبی نیز به همراه دارند. کلاس D، به دلیل سویچینگ بودن، از بالاترین بازدهی برخوردار است.

نوع  G 

یکی دیگر از کلاس های آمپلی فایر طراحی شده که به سمت بهره وری بیشتر بهبود یافته، کلاس های G می باشد. این نوع از کلاس آمپلیفایر در توان های بالا کاربرد دارند. آمپلی فایر کلاس G شبیه آمپلی فایر کلاس A/B است؛ با این تفاوت که کلاس G، از دو یا چند ولتاژ منبع تغذیه استفاده می کند. زمانی که سیگنال ورودی پایین است، از ولتاژ پایین منبع تغذیه استفاده می کند. با افزایش سطح سیگنال، تقویت کننده کلاس G به طور خودکار ولتاژ مناسبی را برای عملکرد خود انتخاب می کند. تقویت کننده کلاس G در مقایسه با تقویت کننده کلاس A/B موثرتر است. به این دلیل که کلاس G از در مواقع نیاز، از حداکثر توان خود، استفاده می کند، ولی کلاس A/B، همیشه در حال استفاده از حداکثر توان خود می باشد.

با آوادیس گروپ، صدای شفاف و قدرتمند را با بهترین تجهیزات صوتی حرفه‌ای تجربه کنید.

نوع  H

یکی دیگر از انواع کلاس های آمپلی فایر، کلاس H است که ولتاژ منبع تغذیه را برای دستگاه های متصل به خروجی تقویت کننده متناسب می کنند. این کار، برای پشتیبانی از نوسان سیگنال، ولتاژ منبع تغذیه را همیشه کمتر از حد لازم کرده و به کاهش اتلاف دستگاههای خروجی متصل به منبع تغذیه کمک می کند. بنابراین، تقویت کننده بدون توجه به سطح توان خروجی، با راندمان معادل راندمان بهینه سازی شده کلاس A/B کار خواهد کرد. آمپلی فایر کلاس H معمولاً نسبت به سایر کلاس های تقویت کننده از پیچیدگی بیشتری برخوردار است. به این دلیل که کلاس H برای پیش بینی و کنترل ولتاژ منبع تغذیه، نیاز به مدارهای کنترل بیشتری دارد.