Trong kỳ này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về một loại méo tín hiệu khá đặc biệt, đó là méo giao điểm (crossover distortion).
Nếu như ở ampli class A, các điện trở trên tầng đầu ra phải xử lý cả hai bán kỳ âm dương, dẫn đến việc dù tín hiệu rất tuyến tính nhưng công suất thì ở ampli class B, với thiết kế mạch push/pull, tín hiệu đầu vào sẽ được chia thành hai bán kỳ âm dương, một nửa số thiết bị khuếch đại (transistor hoặc đèn) của tầng đầu ra sẽ khuếch đại bán kỳ dương trong khi nửa còn lại có nhiệm vụ khuếch đại bán kỳ âm, sau đó ghép hai bán kỳ đã được khuếch đại lại để tạo thành tín hiệu âm thanh hoàn chỉnh.
Công suất của ampli class B khá lớn, thế nhưng vì sao ampli class B ngày nay lại không phổ biến? Đó là vì hiện tượng méo giao điểm. Méo giao điểm tạo ra điện áp bằng 0 trên sóng đầu ra khi chuyển từ bán kỳ tín hiệu này sang bán kỳ tín hiệu kia. Nguyên nhân là vì khi ở điểm chuyển giao bán kỳ, hai thiết bị không hoạt động ăn khớp với nhau, dẫn đến tình trạng xuất hiện độ trễ rất nhỏ trước khi một thiết bị chuyển sang trạng thái ngắt hoàn toàn và thiết bị còn lại chuyển sang mở. Độ trễ này khiến cho cả hai đều ở trạng thái ngắt cùng lúc, khiến cho sóng tín hiệu có hình dạng như dưới đây.
Thiết kế mạch class A sở dĩ không có hiện tượng méo giao điểm là vì các thiết bị ở tầng đầu ra luôn phải giữ ở trạng thái mở để duy trì toàn bộ chu kỳ của sóng âm. Do đó, class A sẽ không được nhắc đến trong bài viết này.
Đối với những thiết kế còn lại, câu hỏi được đặt ra là méo giao điểm có ảnh hưởng thế nào đến chất âm của ampli? Nếu có méo giao điểm, liệu âm thanh của méo giao điểm có giống nhau không? Nhìn chung là không. Ở mặt méo giao điểm, ampli đèn có phần trội hơn so với ampli bán dẫn (ít nhất trong điều kiện có vòng lặp mở). Trong mạch push/phull, khi đèn chuyển từ thiết bị này sang thiết bị kia do chuyển bán kỳ, cấu trúc hài âm sẽ bị tác động chủ yếu bởi hài âm lẻ bậc thấp. Sẽ có một chút méo hài bậc 3, và một lượng méo hài bậc 5 nhưng ít hơn.
Ampli bán dẫn thường sẽ tạo ra hài âm lẻ bậc cao hơn, vì thế sẽ có hài âm bậc 3, bậc 5 và cứ thế kéo dài cho đến khi hết băng thông luôn. Ampli sử dụng transistor bipolar và MOSFET thường có độ lợi vòng lặp mở rất cao và sử dụng hồi tiếp để giảm méo tín hiệu. Trong mọi trường hợp, méo giáo điểm xuất hiện là vì thiết bị ở tầng đầu ra không hoạt động tuyến tính. Với dòng thấp nơi chuyển giao xuất hiện, hiện tượng phi tuyến tính càng trầm trọng hơn vì thiết bị có độ lợi thấp hơn ở những dòng này.
Điều này có hai ảnh hưởng. Thứ nhất, độ lợi của vòng lặp mở ở ampli sẽ giảm vì độ lợi của thiết bị tại tầng đầu ra thấp hơn, vì thế khi cần có hồi tiếp âm thì lượng hồi tiếp âm lại bị ít đi. Thứ hai, hồi tiếp âm cần phải bù lại cho độ lợi thấp hơn (đồng thời phải loại bỏ cả méo giao điểm), nhưng hồi tiếp âm bị hạn chế vì tốc độ của mạch bên trong ampli. Điều đó dẫn đến hiện tượng chuyển giao tức thời ở miền giao điểm, và bất cứ chuyển giao tức thời nào cũng sẽ sinh ra hài âm bậc cao (điều may mắn là lượng hài âm này khá ít)
Một giải pháp có thể giảm thiểu tối đa hiện tượng này là tăng dòng tĩnh (quiescent current, tức dòng không có tín hiệu) lên thiết bị ở tầng đầu ra. Với một tầng đầu ra tuyến tính trên một ampli được thiết kế cẩn thận, méo giao điểm sẽ không xuất hiện với bất cứ dòng nào trong khoảng 50 -100mA (nhưng cần lưu ý rằng dòng tĩnh quá nhiều sẽ khiến méo tín hiệu nói chung trở nên tệ hơn). Đồ hình dưới đây diễn tả méo giao điểm (giữa tâm của đường màu đỏ) và phần dư (đường màu xanh, được khuếch đại lên 10 lần để có thể thấy rõ). Đây là kết quả từ một thiết bị đo méo trên một ampli có méo giao điểm khá nổi bật. Nếu đo chính xác, độ méo có thể được thể hiện bằng đồ hình rất rõ dù rằng không phải lúc nào cũng nghe thấy được.
Nếu như méo hài tổng được nhắc đến nhưng chưa cho biết về hàm lượng hài âm, có thể hai ampli đều cùng cho kết quả giống nhau về mức độ méo, nhưng một chiếc nghe sẽ tệ hơn chiếc còn lại. Đúng ra, trong thông số của ampli nên nhắc đến độ méo ở mức 1 watt cũng như hình dạng của bước sóng. Một khi đã thấy được bước sóng thì việc đánh giá chất âm của ampli đó có dễ nghe hay không sẽ rất dễ dàng, thậm chí chúng ta có thể phán đoán được chất âm của ampli như thế nào. Quá trình nghe lại sau đó sẽ là để xác nhận lại kết qua đo được có chính xác hay không. Dù vậy, người kiểm tra cần hiểu rằng quá trình nghe là một quá trình nặng tính chủ quan, và mô tả sau quá trình nghe rất đa dạng, chưa chắc đã chỉ ra được vấn đề thật sự.
(Hết kỳ 4)
Xem:
Ampli – Điều gì làm nên sự khác biệt về chất âm (phần 1)
Ampli – Điều gì làm nên sự khác biệt về chất âm (phần 2)
Ampli – Điều gì làm nên sự khác biệt về chất âm (phần 3)
Ampli – Điều gì làm nên sự khác biệt về chất âm (phần 5)
Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây
Bách Diệp
