Zesilovače jsou elektrická zařízení, která slouží k zesilování a úpravě elektrických signálů. Patří do kategorie dvojbranů, tj. obvodů, které mají dvě vstupní a dvě výstupní svorky. V praxi zesilovače v autě používáme pro vyšší výkon, hlasitost a nižší zkreslení reproduktorů, které tovární nebo aftermarket autorádio neumí vzhledem ke svému nižšímu výkonu dostatečně vybudit. Z elektrotechnického hlediska můžeme dělit zesilovače dle použitého zesilovacího prvku a to na tranzistorové, elektronkové a integrované. V tomto článku si ale spíše vysvětlíme jednotlivé třídy zesilovačů určených do vozidel a jejich nejdůležitější vlastnosti a nastavení.
Rozdělení zesilovačů dle polohy pracovního bodu (dle třídy)
Třída A - v zesilovači třídy A pracují výstupní tranzistory (nebo elektronky) stále v lineární části své charakteristiky. To má za následek zejména velmi malé zkreslení zesilovače, vysoký stálý příkon a nižší výstupní výkon. Mezi nevýhody patří zejména malá účinnost a přehřívání zesilovačů, s čímž souvisí i vyšší náchylnost použitých součástek. Proto je vhodné zesilovače třídy A umístit na dobře větraná místa a vybírat zejména kvalitní výrobce, které mají s těmito zesilovači bohaté zkušenosti. K těm patří například italský výrobce Steg, jehož zesilovače patří dlouhodobě k absolutní špičce.
Třída AB - v autohifi stále nejpoužívanější třída zesilovačů, kterou charakterizuje větší účinnost a poměrně přijatelné zkreslení (ve srovnání s třídou A). Za vše může jednoduchý posun pracovního bodu obou tranzistorů tak, aby vedly i v oblasti minimálních amplitud. V praxi to znamená aktivitu obou tranzistorů i v případě malých signálů (třída A). Při větších amplitudách je jeden z tranzistorů po část periody zcela uzavřen. Zvukově jsou zesilovače třídy AB ideální volbou a i v dnešní době předčí kvalitu zvuku i těch nejmodernějších digitálních zesilovačů. Pokud uvažujete o ozvučení velmi vysoké úrovně, doporučujeme se rozhodnout pro kvalitní zesilovač právě třídy AB.Třída D - Zesilovače třídy D pracují v pulsním režimu podobně jako spínané napájecí zdroje - velmi rychle (s kmitočtem mnohonásobně vyšším než je maximální přenášený kmitočet) přepínají výstup mezi maximálním a nulovým napětím. Běžný reproduktor nestačí sledovat rychlé změny, takže okamžitá výchylka membrány závisí na poměru doby vypnutí a doby zapnutí. Obvykle se nespoléhá na vlastnosti reproduktoru, ale je použita dolní propust, která složky s vysokými kmitočty odfiltruje. Spínaný signál pro koncový stupeň se získá pomocí pulzně šířkové modulace nebo delta modulace. Hlavní výhodou celé konstrukce je účinnost, která často přesáhne i 90 %, protože výstupní tranzistory jsou během své činnosti buď zcela sepnuty, nebo úplně nevodivé. Tímto způsobem se vyloučí situace, kdy tranzistor vede částečně, kdy při poměrně velkém proudu na něm vzniká velký úbytek napětí, takže se velké množství energie musí proměnit na teplo. Moderní zesilovače třídy D poskytují věrnou reprodukci jako zesilovače třídy AB, i když k dokonalosti a srovnatelné kvalitě zvuku jim stále ještě něco chybí. Vynikají však nízkým zahříváním a velmi malými rozměry, zesilovače lze umístit prakticky kamkoliv.
Třída G - se velmi podobá zesilovacím strukturám třídy AB, snad jen s tím rozdílem, že s radostí využije dvě nebo i více napájecích hladin. Pokud potřebujeme zpracovat malé signálové úrovně, zesilovač zvolí nižší napájení. Porostou‑li amplitudy, pomůže si celá struktura vyšší hladinou napájecího napětí. Zesilovače třídy G tak mohou ve srovnání s třídou AB mít větší účinnost, protože maximální velikost napájecího napětí využijí jen v případě skutečné potřeby, zatímco zesilovače třídy AB poběží z plného napájení neustále.
Třída H - Zesilovače třídy H regulují své napájecí napětí s cílem minimalizovat napěťové úbytky na koncovém stupni. Praktické provedení pak zahrnuje větší počet diskrétních úrovní, nebo dokonce plynule nastavitelnou velikost napájecího napětí. Ačkoli se na první pohled může velmi podobat způsobu, kterým snižuje výkonové ztráty třída G, nebudeme v případě třídy H nutně vyžadovat více napájecích zdrojů. Tento přístup je při obecném srovnání s jinými návrhy komplexnější, protože vyžaduje speciální struktury, kterými zajistí předvídatelnost změn i následné řízení napájení.
Hlavní vlastnosti zesilovačů do auta
Frekvenční charakteristika - udává se v hertzích, u nízkofrekvenčních zesilovačů se jejich frekvenční charakteristika pohybuje v rozmezí slyšitelného pásma, t.j. od cca 20 Hz do 20000 Hz. Tato hodnota se může lišit podle konkrétního typu a konstrukčního provedení.
Výstupní výkon - udává se ve wattech a může mít příponu RMS nebo MAX, kde udávaný výkon RMS je hodnota možného trvalého výkonu a hodnota MAX je špičkový výkon, který se může objevovat impulzivně na výstupnich svorkách. V praxi nás zajímá téměř výhradně výkob hodnotě RMS. Výkon zesilovače se může dále měnit na výstupní zátěži, která je daná impedancí reproduktoru, tzn., že pokud máme na konkrétní zesilovač připojený reproduktor s hodnotou 4 Ohmy, tak výstupní výkon bude nižší, jako v případě použití reproduktoru s impedancí 2 Ohmy.
Zatížitelnost - tato hodnota se udává v Ohmech a znamená nejnižší možné připojení impedancí reproduktoru, kde se zesilovač chová stabilně a nedojde k jeho poškození. Doporučuje se tyto hodnoty nepřekračovat. Obvykle jsou zesilovače stabilní do 2 Ohmů, v případě monobloků i do 1 Ohmu.
Harmonické zkreslení - tato hodnota se udavá v procentech a jedná se o schopnost zesilovače přenést vstupní signál beze změny, pouze s navýšením amplitudy (výkonu) ze vstupních na výstupní svorky. Hodnota uvádí jaké procento signálu se změní (zkreslí) při maximálním výkonu. Tato hodnota by samozrejmě měla být co nejmenší .
Odstup signál/šum - hodnota odstupu se udává v decibelech (dB) a vyjadřuje konstrukční stav zesilovače. Uvádí nám hodnotu rozdílu signálu zesíleného od signálu rušivého, který je způsobený konstrukcí a vzniká přímo v zesilovači.
Vestavěný HP, LP, BP filtry - tyto filtry, které jsou vestavěné v předzesilovači, umožňují změnu nastavení přenášeného pásma a lepší přizpůsobení k připojeným reproduktorům. Lze tak nastavit například v jakých frekvencích mají reproduktory nebo subwoofer hrát.
A jak vybrat ten správný zesilovač do auta?
Pro basový reproduktor budeme vybírat nejčastěji 2kanálový zesilovač s možností zapojení do můstku, díky kterému získáme vyšší výkon. To se však týká především subwooferů s impedancí 4 Ohmy. Pro subwoofery s nižší impedancí, případně pro zapojení dvou subwooferů zvolíme 1kanálový zesilovač (monoblok), který při nižší impedance poskytuje vyšší výkon. V případě posílení výkonu pro reproduktory osazené ve dveřích, nebo umístěné jinde ve vozidle, budeme sahat po zesilovači se dvěma a více kanály, opět podle typu využití, ať už budeme systém provozovat v pasivnim zapojení (reproduktory budu mít pasívní výhybky), nebo v zapojeni aktivním, kdy je potřeba pro každý reproduktor jeden kanál zesilovače. V takovém případě nás dále bude zajímat, jestli má zesilovač vestavěné pásmové propustě nebo DSP procesor.
Při výběru se dále zaměříme na impedanci reproduktorů, které chceme k danému zesilovači připojit. Zesilovač nám vždy udává nějaké rozmezí zatížitelnosti, a proto by se i naše reproduktory měly nacházet v tomto rozmezí. Pokud máme reproduktory s impedancí 1 Ohm, není možné je připojit k zesilovači, který má zatížitelnost 2 až 4 Ohmy, protože by došlo k nenávratnému poškození výkonových stupňů.
Při výběru zesilovače dbejte také na hodnotu odstupu signalu od šumu. V tomto případě je pro spravný výběr důležité vědět, že pro basovu složku není problém odstup signal/šum někde okolo hodnoty 80 dB, zatímco pro reproduktory, které nam pokrývají velkou část slyšitelného pásma, budeme spíš vybírat zesilovač s hodnotou co nejvyšší (třeba 100 a vic dB). Tyto hodnoty nám mohou hodně napovědět o konstrukci zesilovače, protože levnější modely ve svém zapojeni používají levnější součástky a hodnota odstupu bude spíš nižší, zatímco drahé modely používají špičkové součástky. V některých případech používají dokonce párované, aby všechny kanály zesilovače byly v co největší míře stejné.
Nyní se dostaváme k hodnotě frekvenčního rozsahu, tady opět v případě basových reproduktorů můžeme sáhnout po zesilovači, kde je přenášené pásmo užší, to se týká například 1kanálových zesilovačů, které jsou již z výroby k tomuto účelu zkonstruované. Mají tedy vestavěný filtr - pásmovou propust, která je sice přeladitelná, ale pouze v malém rozsahu. Tato hodnota by měla začínat co nejníže, tzn. cca 20 Hz nebo i méně (tato hodnota může začínat u 5 Hz), tyto hodnoty mohou končit třeba u 400-500 Hz. Ve většině případů lze toto upravit vestavěnými LP nebo DSP. Při výběru zesilovače pro posílení komponentů, zvolíme zesilovač, který bude mít frekvenční rozsah alespoň v oblasi slyšitelného pásma, a to 20 - 20000 Hz nebo i širším.
Nakonec se dostáváme k výběru podle výstupního výkonu. Pokud chceme využít maximální potenciál konponentů nebo basového reproduktoru, měl by výkon RMS dosahovat alespoň hodnoty udávané výrobcem reproduktoru, nebo vyšší, a to hlavně proto, aby se co nejvíce eliminovalo zkresleni signálu. V případě, kdy je výkon zesilovače nižší než RMS hodnota reproduktoru, může docházet k situaci, kdy je zařízení provozováno na svém maximu a dochází tak k limitaci koncových stupňů. Narůstá zkresleni a zvuk ztrácí na věrnosti, pokud ale zvolime správný výkon a celý systém je správně naladěný, můžeme naplno využívat reproduktory bez obav z poškození a je možno docílit velmi dobrých vysledků ve zvukovém projevu.
