Versterker, amp, amplifier, klassen

Een audio versterker (geluidsversterker) versterkt een elektrisch signaal. Hiervan versterkt hij de spanning, de stroomsterkte of beide tegelijk. Hiervoor werden (en worden soms nog) buizen gebruikt, of transistors.

Technici maken onderscheid tussen een voorversterker, die meteen na de signaalbron (microfoon, keyboard of wat dan ook) en een eindversterker, die na de voorversterker het signaal zo sterk maakt dat er luidsprekers mee aan te sturen zijn. Hier onder een poging om in begrijpelijke termen de verschillen tussen de belangrijkste typen eindversterkers uit te leggen en de eigenschappen te beschrijven.

Buizenversterker

Klassen eindversterkers

In welke klasse een eindversterker wordt ingedeeld (amplifier class) wordt bepaald door de constructie van de uitgangstrap ervan. De klassificatie is gebaseerd op het deel van de tijd dat de uitgangscomponenten (buizen of transistors) actief zijn gedurende een volledige cyclus (van 0 naar + naar 0 naar - en weer naar 0) van het signaal. Ook wel in termen van bias (=ruststroom, het stroomverbruik zonder signaal). We gaan bij deze bespreking uit van zogenaamde balanseindtrappen, Daarbij hebben de positieve en de negatieve signaalhelft ieder hun eigen versterkingscomponent (buis of transistor). Vrijwel alle audio vermogensversterkers hebben deze constructie.

Class A (klasse A)

In een klasse A eindtrap geleiden beide versterkerhelften continu gedurende de hele signaal cyclus. Er loopt dus een constante ruststroom. Beide uitgangscomponenten zijn dus continu ingeschakeld, geleidend. Dit leidt uiteraard tot een hoog stroomverbruik en een laag rendement, van rond de 20%. Klasse A versterkers zijn dus ook vaak groot, zwaar en worden erg warm. Positieve eigenschap is de lage vervorming. Ze worden vooral gebruikt voor relatief kleine vermogens (tot enkele tientallen Watts) en voor HiFi koptelefoon versterkers en dergelijke.

Class B (klasse B)

Tegenovergestelde van klasse A. Er is altijd maar één van de uitgangscomponenten (buizen of transistors) geleidend, afhankelijk van de polariteit van het audio signaal, nooit beide tegelijk. De ruststroom is zó ingesteld dat altijd maar één helft van de uitgangstrap geleidend is. Elke helft verwerkt dus maar één helft van de signaal cyclus. Resultaat is een hoog rendement, maar meer vervorming rond het cross-overpunt (overnamevervorming waar de ene helft stopt met geleiden en de andere helft begint met geleiden). Pure klasse B ontwerpen worden daarom alleen gebruikt in bijvoorbeeld batterij-gevoede apparaten, waar stroomverbruik een kritische factor is (walkie talkie, draagbare radio). Rendement is rond de 75%.

Class AB (klasse AB)

In een klasse AB eindtrap zijn beide uitgangscomponenten tegelijk ingeschakeld op het cross-overpunt, dus niet gedurende de hele cyclus zoals bij klasse A. De ruststroom is wat hoger dan bij klasse B, maar lager dan bij klasse A. Zodoende zijn de helften niet om de beurt uitgeschakeld, maar steeds voldoende in geleiding om een versterking zonder cross-over vervorming mogelijk te maken. Rendement is rond de 50%. Dit is het meest populaire audioversterker ontwerp.

Klasse AB plus B bevat twee paren uitgangscomponenten: een paar werkt in AB instelling en een in klasse B voor meer rendement.

Class C (klasse C)

Deze klasse versterkers wordt alleen in de hoogfrequent techniek gebruikt, niet in audio.

Class D (klasse D)

Klasse D versterkers, ook wel digitale versterkers genoemd, zijn schakelende versterkers (switching amplifiers). De uitgang wordt snel in en uitgeschakeld via pulsbreedtemodulatie (Pulse Width Modulation, PWM), tenminste enkele malen per cyclus. Aangezien de uitgang of compleet aan staat, of compleet uit, wordt er in theorie geen vermogen verspild. Omdat er helaas geen verliesvrije en oneindig snelle schakelaars bestaan, is er toch altijd wel wat verlies. Rendement ligt rond de 90% en hoger.

Tegenwoordig kunnen zeer goed klinkende klasse D versterker worden gebouwd. Je vindt ze oa. in hoog vermogen autoradio-versterkers, P.A. eindtrappen, basgitaarversterkers ed. Als ook in de voeding van de versterker gebruik wordt gemaakt van een switching power supply (schakelende voeding) kan de versterker erg licht gebouwd worden omdat er geen zware transformatoren nodig zijn zoals bij klassieke ontwerpen. Ook de warmteproductie is laag, waardoor minder zware koellichamen en ventilators nodig zijn.

Hoge kwaliteit klasse D versterkers. Links: de NCore NC1200 van Hypex Electronics, 1200W bij 2 Ohm bij 0.001% vervorming. Afmetingen: 130x79x42,8 mm. Rechts: Eigentakt 1ET400 levert 450W bij 4 Ohm bij een vervorming van 0.00017 % bij 100W over het hele audiobereik van 20Hz-20KHz.

Class E/F (klasse E en klasse F)

Deze versterkertypes worden alleen gebruikt in HF (HoogFrequent) toepassingen, niet in audio.

Class G (klasse G)

Bij een klasse G versterker wordt de voedingsspanning verhoogd of verlaagd naar gelang de gevraagde uitgangsspanning. Hiervoor zijn verschillende technieken in gebruik:

• Een klasse AB eindtrap die met een voedingsspanning is verbonden dmv. een schakelende diode of transistor. Het ontwerp is dan zó gemaakt, dat bij een laag signaal de eindtrap is verbonden met een lagere voedingsspanning. Als het signaal groter wordt, wordt die automatisch met een hogere voedingsspanning verbonden.
• Twee klasse AB eindtrappen, elk verbonden met een verschillende voedingsspanning. De signaalsterkte bepaalt naar welk van de twee eindtrappen het signaal gaat.

Het gebruik van twee voedingsspanningen verbetert het rendement, zodat de versterker lichter en kleiner kan zijn dan normaal. Klasse G vind je steeds vaker is professionele audio, actieve P.A. boxen, actieve monitors ed. Het rendement van een klasse G versterker ligt tussen dat van een klasse AB en een klasse D in.

Class H (Klasse H)

Klasse H gaat nog een stap verder dan klasse G: hier wordt de hogere voedingsspanning gemoduleerd door het ingangssignaal. Hierdoor volgt de voedingsspanning het ingangssignaal en zorgt zo voor een optimale werking van de eindtrap. Rendement is ongeveer zoals bij klasse G.

Overige typen

Sommige fabrikanten noemen in hun reclames nog andere typen, meestal varianten van de bovengenoemde. Ze hebben meer marketing betekenis dan technische betekenis.

Donatie

Dit is een gratis site, die al sinds 2003 voortdurend wordt uitgebreid en geactualiseerd. Als jij ook wilt dat dat zo blijft, doe dan een donatie aan Popschool Maastricht >>

Bijgewerkt op: 5 November, 2023