Mi érkezik az erősítő bemenetére?

Az analóg kábelen egy folyamatosan változó feszültség jut az erősítőbe. A dob, az ének és a gitár együtt rajzolja ki ezt a változást. A jel alakja hordozza, milyen zenét kell majd megszólaltatnia a hangszórónak.

Egyetlen tiszta hangnál ez a rajz szabályos hullámvonal: a szinusz. Elindul a nulláról, felfelé tér ki, visszaér középre, lefelé tér ki, majd újra visszatér. A felső része pozitív, az alsó negatív. A zenéd ennél jóval összetettebb hullám, de az erősítőnek ugyanúgy követnie kell minden változását.

Ha feljebb tekered a hangerőt, nagyobb jelet kérsz a kimenetre. A hullám magasabbra és mélyebbre nyúlik, a hangszórón pedig nagyobb áram folyhat. Egy jól működő erősítő közben megőrzi a jel alakját: a dobütés, az ének és a gitár továbbra is azt a mintát követi, amely a bemenetre érkezett.

Mi dolgozik a fedél alatt?

A jel először a bemenetre érkezik. A hangerőszabályzó beállítja, mekkora része menjen tovább. Ezért halkabb állásban a következő fokozatok kisebb mintával dolgoznak, feljebb tekerve pedig nagyobbal.

A feszültségerősítő fokozat ezt a mintát nagyobb feszültségváltozássá alakítja. A tranzisztort képzeld el úgy, mint egy elektromosan vezérelt szelepet. A bemeneti jel szabályozza, mennyi áramot engedjen át. Egy kis vezérlőváltozás nagyobb áramváltozást hozhat létre, amelyből a környező alkatrészek nagyobb feszültségváltozást alakítanak ki. Az energiát ehhez is a tápegység biztosítja. ^{2, 7}

Ezután a meghajtó fokozat megfelelő vezérlést ad a nagy teljesítménytranzisztoroknak. A végfok feladata már az, hogy a jelet a hangszóró terhelése mellett is követni tudja, a szükséges árammal együtt. Innen érkezik az a teljesítmény, amely a hangszórót ténylegesen megmozgatja. ^{3, 4}

A készülékben tehát több rész dolgozik ugyanazon a feladaton. Az alábbi rajzon megmutatom a szerepüket: kattints a részekre, vagy haladj a Következő gombbal. A folytonos vonal a zenei jelet követi, a szaggatott azt mutatja, honnan érkezik a működéshez szükséges energia.

Mit keres itt a + és a − táp?

A rajzon a végfok két tápágat kap. A + táp a közös nullához képest pozitív feszültséget ad, a − táp negatívat. Ezek biztosítják azt a feszültségtartományt, amelyben a kimenet követheti a hullámot. ¹

Például +20 és −20 voltos táp mellett a kimenet változhat +5 voltig, visszatérhet nullára, majd elérheti a −5 voltot. A tápágak közben állandó támaszpontok maradnak. A kimeneti fokozat a bemeneti jelhez igazítja a köztük kialakuló kimeneti feszültséget.

Az animációban a pozitív félhullámhoz kifelé, a negatívhoz befelé mozgó membránt rendelek. Ezzel az oda-vissza mozgást szemléltetem. A valódi hangszóró mozgása ennél összetettebb: a hangszóró és a doboz tulajdonságai is beleszólnak.

A szinusz mozgó pontja megmutatja, hol tart éppen a jel. A kapcsolás ugyanebben a pillanatban megmutatja, melyik ág mennyire vezet. Innen lesz érthető az A és az AB közötti különbség.

AB: két ág, egyetlen hullám

Az AB végfokban két kimeneti ág osztozik a munkán. A pozitív félhullám nagyobb részén a felső ág dolgozik: a pozitív táp felől áramot ad a hangszórónak. A negatív félhullám nagyobb részén az alsó ág kerül előtérbe: a hangszóró ágából áramot vesz fel a negatív táp felé. ^{1, 6}

Képzelj el egy kis kocsit, amelyet két ember mozgat oda-vissza. Az egyik az egyik irányért felel, a másik az ellenkezőért. Amikor irányt vált a kocsi, pontosan össze kell hangolniuk a mozdulatukat. Egy pillanatnyi bizonytalanság is megtörhetné a sima mozgást.

Az AB végfok a nulla környékén ezért egy rövid tartományban mindkét ágat vezetésben tartja. Ehhez már jel nélkül is beállít egy kis alapáramot. Ez a nyugalmi áram. Az átadás így folyamatosabb lehet, és csökkenthető a hullám alakjának megtörése. ^{4, 6, 9}

Ahogy a jel távolodik a nullától, az egyik ág egyre nagyobb szerepet kap, a másik pedig lezárhat. A két ág együtt állítja elő a teljes hullámot. Az ábrán a közös kimenetet figyeld: annak az átadás közben is folyamatosan kell követnie a jelet.

Single-ended A: ugyanaz az ág végig dolgozik

A single-ended A fokozatnál ugyanaz a jelerősítő ág követi a teljes hullámot. Folyamatosan vezet, és egy előre beállított alapállapot körül változik az árama. Ez az alapállapot a munkapont. A jel hatására az ág hol erősebben, hol gyengébben vezet, de a tiszta A működés tartományában végig munkában marad. ^{2, 5}

Single-ended erősítőben is lehet + és − táp. A single-ended elnevezés a teljes hullámot követő jelerősítő ágra utal; a tápegység kialakítása külön kérdés. Az itt bemutatott A kapcsolás is két tápágat használ. ⁸

A kocsis példánál maradva: az egyik oldalról állandó húzóerő hat a kocsira, a másik oldalon pedig egy ember tartja a kötelet. Ha erősebben húz, a kocsi az ő irányába indul. Ha enged a húzásból, az állandó ellenirányú erő mozdítja vissza. A kötelet közben végig tartja.

Az A animációban ezt a változó húzást a jelerősítő tranzisztor adja. Vele szemben egy állandóáramú terhelő ág dolgozik. A két ág áramának különbsége jut a hangszóróra. Amikor a jelerősítő ág többet ad, mint amennyit a terhelő ág felvesz, a különbség a hangszóró felé folyik. Amikor kevesebbet ad, a különbség a hangszóró ágából érkezik. Így fordulhat meg a hangszóró árama, miközben a jelerősítő tranzisztor továbbra is vezet.

A single-ended tehát egy jelerősítő ág feladatát írja le. A terhelő ágban és a tápegységben további tranzisztorok is lehetnek. A folyamatos vezetésnek pedig jól érezhető ára van: az erősítő akkor is fogyaszt és melegszik, amikor éppen csend van. ⁵

Állítsd meg a hullámot, és nézd meg, mi történik

Indítsd el az animációt, majd állítsd meg a pozitív félhullámnál. Aztán húzd a csúszkát a nullához és a negatív félhullámhoz. A mozgó pont, a két ág és a hangszóró mindig ugyanazt a pillanatot mutatja.

AB állásban azt figyeld, hogyan kerül át a nagyobb szerep az egyik ágról a másikra. A nulla környékén mindkettő vezet. Ezután válts single-ended A állásra: a jelerősítő ág árama változik, a terhelő ágé állandó marad. A hangszóró itt is ugyanannak a hullámnak megfelelően mozog.

A membrán mozgását szándékosan lassítva és felnagyítva mutatom, hogy követni tudd. A valódi kitérés pontos alakját és időbeli viselkedését a hangszóró mechanikája és a doboz is befolyásolja.

Mit nyersz az A-val, és mit az AB-vel?

A single-ended A egyik előnye, hogy ugyanaz a jelerősítő ág dolgozik végig. Így elkerüli a két jelerősítő ág közötti átadásból eredő keresztezési torzítást, és viszonylag egyszerű kapcsolás is építhető vele. A tranzisztor és a többi alkatrész ettől még okozhat torzítást. Az A osztály önmagában nem jelent hibátlan erősítést. ^{5, 6}

Az ára főleg a fogyasztás és a hő. Jelentős áram folyik benne akkor is, amikor halk zenét hallgatsz, vagy csend van. Azonos kimenő teljesítményhez ezért általában nagyobb tápegység és komolyabb hűtés kell. Ez a készülék méretén, tömegén és árán is meglátszhat. Nagy teljesítmény A osztályban is elérhető, de annak energia- és hűtési igénye is nagy. ⁵

Az AB egyik legkézzelfoghatóbb előnye a jobb energiahasznosítás. A munkamegosztás miatt általában kisebb a nyugalmi fogyasztása, és azonos kimenő teljesítménynél kevesebb hőt termel. Adott tápegységből és hűtésből rendszerint több kimenő teljesítményt lehet kihozni. Ez jól jöhet nagyobb hangerőn vagy több áramot kérő hangsugárzó mellett. ^{5, 6}

Az AB-nél az átadásra kell különösen figyelni. A rosszul beállított nyugalmi áram vagy a melegedés közben elcsúszó működés megtörheti a hullámot a nulla közelében. Kis jelnél ez a hiba arányaiban nagyobb lehet. Egy jól megtervezett AB végfok viszont nagyon alacsony szinten tarthatja ezt a torzítást. Hűtésre természetesen itt is szükség van. ^{4, 6, 9}

Ebből már látszik, miért kevés annyi, hogy „az A zeneibb”, vagy „az AB keményebben szól”. A működési osztály azt írja le, hogyan dolgozik a végfok. A hangminőséghez azt is tudni kell, mennyire pontosan követi a jelet, mekkora a torzítása és a zaja, illetve hogyan viselkedik a rákötött hangszóró terhelése mellett. Az A vagy AB feliratból önmagában nem derül ki, melyik készülék szól jobban.

És amikor már túl sokat kérsz az erősítőtől?

Felhangosítod a zenét, a következő dobütéshez pedig már nagyobb kimeneti feszültség és áram kell. Az erősítő addig tudja pontosan követni a jelet, amíg belefér a saját feszültség-, áram- és hőterhelési határaiba.

Ha például a jel csúcsához nagyobb feszültség kellene, mint amekkorát a végfok elő tud állítani, a hullám teteje ellaposodik. Ezt hívják clippingnek, vagyis a jelcsúcs levágásának. A jel alakja megváltozik, ezért a hang is torzulhat. Ez A és AB végfoknál egyaránt előfordulhat. ^{1, 4}

Ezért számít a teljesítménytartalék és az is, milyen hangsugárzót kötöttél az erősítőre. A működési osztály mellett ezeket is érdemes nézni, amikor azt szeretnéd megérteni, mire képes a készüléked.

Most már tudod, mi dolgozik a zenéden

Legközelebb, amikor feljebb tekered a hangerőt, már tudod, mi történik a fedél alatt: a fokozatok nagyobb kimeneti jelet állítanak elő, a tápegység energiájából, a hangszóró pedig ebből hoz létre mozgást és hangot.

Az AB két ága megosztja a munkát, a single-ended A jelerősítő ága végig vezet. Mindkettőnek megvannak az előnyei és a kompromisszumai. A jó erősítő végül attól jó, hogy a rákötött hangsugárzót a zenei jelnek megfelelően, kellő tartalékkal és kis hibával tudja meghajtani.