Stiprintuvas: kas tai? Elektroniniai ir mechaniniai tipai bei veikimo principas

Sužinokite, kas yra stiprintuvas: elektroniniai ir mechaniniai tipai, veikimo principai, klasifikacija bei taikymai audio ir automobilių sistemose.

Stiprintuvas paprastai reiškia įrenginį, kuris priima silpną elektrinį signalą ir perduoda stipresnį signalą garsiakalbiui ar kitam apkrovos elementui. Elektroniniai stiprintuvai padidina, pavyzdžiui, radijo arba elektrinio muzikos instrumento (pvz., elektrinės gitaros ar elektrinės bosinės gitaros) signalą, kad jis būtų girdimas stipresniu garsumu. Stiprintuvas taip pat yra kiekviename elektroniniame prietaise, kuriame garso signalas skleidžiamas per garsiakalbius: tai gali būti televizoriai, radijo imtuvai, kompiuteriai, MP3 grotuvai ir kt.

Kas yra stiprintuvas ir kaip jis veikia

Elektroninis stiprintuvas susideda iš kelių pagrindinių dalių: įėjimo (prekampas), stiprinimo pakopų ir išėjimo (galios stiprintuvas). Įėjimo dalis priima silpną signalą ir dažnai koreguoja jo dažninį spekt­rą (tono reguliavimas), prekamp suteikia pagrindinį įgyjimą, o galios pakopa paruošia pakankamai srovės ir įtampos, kad galėtų valdyti garsiakalbį ar kitą apkrovą. Dažnai naudojami komponentai: tranzistoriai (BJT, MOSFET), vakuuminės lempos (vamzdeliai) arba skaitmeniniai jungikliai klasės D stiprintuvuose.

Elektroniniai tipai

• Vamzdiniai (tube) stiprintuvai – naudoja vakuumines lempas. Dažnai vertinami už „šiltesnį“ garsą ir harmoningus iškraipymus, mėgstami gitaristų ir audiophilų. Jie paprastai turi didesnį šilumos sklaidymą ir reikalauja priežiūros (vamzdelių keitimas).
• Tranzistoriniai (solid-state) – naudodami BJT ar MOSFET komponentus, šie stiprintuvai yra patikimesni, mažiau jautrūs mechaniniam pažeidimui ir dažnai ekonomiškesni.
• Skaitmeniniai / klasės D stiprintuvai – veikia kaip impulsiniai keitikliai (PWM), pasižymi dideliu efektyvumu ir mažu šiluminio nuostolio kiekiu, todėl tinka nešiojamoms kolonėlėms bei automobilių įrangai.
• Hybrydiniai – derina vamzdelių prekampą su tranzistoriniu galios stiprintuvu, siekiant suderinti vamzdelių tono charakteristikas su moderniu patikimumu.

Mechaniniai stiprintuvai

Mechanikos inžinerijoje taip pat naudojami „stiprintuvai“ — įtaisai, kurie daugina žmogaus arba kito šaltinio jėgą. Pavyzdžiui, automobilio vairo ir stabdžių stiprintuvai (hidrauliniai, pneumatiniai arba elektriniai) sumažina vairuotojo reikalingą pastangą ir padidina sistemų efektyvumą. Šių mechaninių stiprintuvų principas pagrįstas jėgos perdavimu per svirtis, sraigtus, hidraulinį slėgį ar pavaras.

Stiprintuvų klasės ir energijos nuostoliai

Stiprintuvai pagal veikimą ir nuostolius dažnai skirstomi į klases: A, B, AB, D, taip pat G, H ir kt. Svarbiausi bruožai:

• A klasė – tranzistoriai dirba visą laiką, net kai nėra signalo, todėl vartojama daug srovės (didesni nuostoliai be signalo), bet iškraipymai mažiausi, atsakas ypač linijinis.
• B klasė – kiekvienas tranzistorius atlieka savo pusę bangos; aukštesni iškraipymai, bet mažesnis energijos švaistymas nei A klasėje.
• AB klasė – kompromisas tarp A ir B: mažiau nuostolių nei A klasėje, bet mažesni kryžminių (crossover) iškraipymai nei B klasėje.
• D klasė – impulsinis stiprinimas su dideliu efektyvumu; reikalauja žemo išėjimo filtravimo ir tinkamo valdymo, gali turėti specifinių triukšmo arba spinduliavimo klausimų.

Šios klasės skiriasi tuo, kiek srovės yra išleidžiama be signalo (nuliniu režimu), kaip veikia iškraipymai ir koks efektyvumas. A klasės stiprintuvas be signalo išties suvartoja žymiai daugiau galios nei B arba D klasės.

Iškraipymai ir garso kokybė

Yra keli pagrindiniai iškraipymų tipai:

• Harmoniniai iškraipymai – atsiranda dėl netiesinės stiprinimo charakteristikos; gali būti periodiniai (sudaro papildomus harmonikus).
• Tarpmoduliaciniai iškraipymai – atsiranda kai keli dažniai sąveikauja išlinkus sistemos linijinei charakteristikai; dažnai girdimi kaip „nelygūs“ ar „purvini“ tonai.
• Crossover iškraipymai – būdingi B klasės stiprintuvams, kuriuose yra perėjimo sritis tarp tranzistorių veikimo sričių.

Garsui vertinti naudojami rodikliai: THD (bendras harmoninių iškraipymų procentas), SNR (signal-to-noise ratio), dinamika, dažnių atsakas. Kartais mažesnis THD nėra vienintelis gero garso kriterijus — kai kurie muzikantai pageidauja tam tikro vamzdelių harmoninio „šilumos“ nustatymo.

Techninės charakteristikos ir garsiakalbių varža

Stiprintuvo ir garsiakalbio varža (impedansas) turi būti suderinta. Dažniausiai naudojami garsiakalbiai turi 4, 8 arba 16 omų varžą; tipinė namų hi‑fi varža yra 8 omai. Kai stiprintuvas skirtas mažesnei varžai, jis turi tiekti didesnę srovę — ne visi stiprintuvai to gali saugiai daryti. Svarbios charakteristikos:

• Išėjimo galia (W) — nurodo, kiek galios stiprintuvas gali tiekti tam tikram apkrovos impedansui.
• Damping factor — apibūdina stiprintuvo gebėjimą valdyti garsiakalbio judėjimą, ypač žemųjų dažnių atveju; aukštesnis faktoriumi reiškia geresnę kontrolę.
• Dažnių atsakas — diapazonas, kurį stiprintuvas perduoda be reikšmingo susilpnėjimo.
• THD ir SNR — kokybės ir triukšmo matavimai.

Praktiniai patarimai renkantis ir naudojant

• Rinkitės stiprintuvą pagal numatomą naudojimą: gitaros stiprintuvai turi kitokį charakterį nei hi‑fi ar kolonėlių stiprintuvai.
• Pasitikrinkite, ar garsiakalbio varža atitinka stiprintuvo išėjimo parametrus (pavyzdžiui, 8 Ω garsiakalbis su stiprintuvu, skirtu 8 Ω). Kai kurie stiprintuvai palaiko kelias varžas (4/8/16 Ω).
• Atkreipkite dėmesį į klasę: jei jums svarbus energijos vartojimas ir nepertraukiamas darbas — verta rinktis efektyvesnę klasę (pvz., D); jei svarbiausia garso „tekstūra“, gali būti pageidaujamas vamzdinis sprendimas.
• Saugokite įrenginį nuo perkaitimo — užtikrinkite gerą vėdinimą ir, jei reikia, papildomus aušinimo sprendimus.

Priežiūra ir apsauga

Įprasta stiprintuvų priežiūra apima ventiliacijos angų valymą nuo dulkių, vamzdelių patikrinimą (vamzdiniuose amp), saugaus maitinimo šaltinio naudojimą ir apsaugos nuo perkrovų bei trumpųjų jungimų užtikrinimą. Daugelis modernių stiprintuvų turi įmontuotas apsaugas: terminius išjungtuvus, srovės ribotuvus ir galios apribojimus.

Apibendrinant: stiprintuvas gali būti labai paprastas arba sudėtingas įrenginys, priklausomai nuo paskirties. Supratimas apie jo klasę, išėjimo parametrus ir iškraipymus padės pasirinkti tinkamiausią sprendimą tiek muzikos grojimui, tiek garso atkūrimui ar mechaninio jėgos daugiklio uždaviniams.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra stiprintuvas?

K: Kokia stiprintuvo paskirtis?

K: Kokie elektroniniai prietaisai turi stiprintuvus?

K: Kas yra varža?

K: Kokia yra tipinė stiprintuvo varža?

K: Kaip galima klasifikuoti stiprintuvus?

K: Kuo skiriasi A ir B klasės stiprintuvai?

Paieška pagal raidę