Trong kỳ này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về class A/B và hai biến thể của nó – class G và class H. Có thể nói với ưu điểm của mình, class A/B là một trong những phân lớp được dùng phổ biến nhất hiện nay.
Class A/B
Class A/B, đúng như cái tên của nó đã nói ra, là sự kết hợp giữa các ưu điểm của mạch khuếch đại class A và mạch khuếch đại class B để từ đó cho ra một chiếc ampli không chứa nhược điểm của cả hai. Nhờ vào sự kết hợp giữa ưu điểm của hai loại phân lớp này mà hiện tại, ampli mang mạch khuếch đại class A/B đang thống lĩnh trên thị trường. Vậy, nguyên lý hoạt động của class A/B như thế nào? Trên lý thuyết, điều này rất đơn giản. Nếu như mạch khuếch đại class B sử dụng cấu trúc push/pull, chia tín hiệu thành hai bán kỳ với mỗi bán kỳ là 180 độ thì class A/B cũng làm tương tự như như vậy, chỉ có điều mỗi bán kỳ sẽ lên tới 181 – 200 độ. Làm như vậy là để tạo thành vùng chồng lấn, từ đó khả năng xuất hiện “điểm trống” giữa hai bán kỳ sẽ thấp hơn nhiều. Như vậy, hiện tượng méo giao điểm sẽ bị giảm đi đáng kể, đến mức không còn phát hiện ra được nữa.
Đó là về nguyên tắc hoạt động của mạch khuếch đại class A/B, còn về mức độ hiệu của thì sao? Class A/B là một trường hợp đầy hứa hẹn, bỏ xa mức độ hiệu quả của thiết kế mạch class A khi độ hiệu quả thực tế có thể lên đến 50 – 70%. Mức độ hiệu quả thực tế còn phụ thuộc rất nhiều vào cách ampli được phân cực (bias), đặc điểm của tín hiệu đầu vào cùng nhiều yếu tố khác. Cũng cần phải nói thêm rằng một vài thiết kế mạch class A/B còn tiến xa hơn trong nhiệm vụ loại bỏ méo giao điểm, hoạt động ở chế độ thuần class A với những watt điện đầu tiên. Tất nhiên, những thiết kế như vậy sẽ phải hy sinh đáng kể mức độ hiệu quả, khiến công suất có phần thấp đi đôi chút, nhưng tất nhiên công suất đầu ra vẫn lớn hơn hẳn so với thiết kế class A, đủ để phối ghép với những cặp loa có độ nhạy trung bình trên thị trường hiện nay.
Class G và H
Đây là một cặp đôi thiết kế mạch khuếch đại khác, với định hướng tập trung vào cải thiện khả năng hoạt động hiệu quả, vì thế, xét về mặt kỹ thuật, chính thức không có cái gọi là mạch khuếch đại class G hay class H. Thay vào đó, chúng có thể gọi là biến thể dựa trên thiết kế của mạch khuếch đại class A/B, hoạt động theo nguyên tắc chuyển thang điện thế (voltage rail switching) và điều biến thang điện thế (voltage rail modultation). Dù hoạt động theo nguyên tắc nào, nếu như trong điều kiện hoạt động đòi hỏi ít năng lượng, hệ thống sẽ áp dụng thang điện thế với mức thấp hơn mức của ampli mạch class A/B, từ đó giảm đi đáng kể năng lượng tiêu thụ. Cũng tương tự như vậy, khi nhu cầu sử dụng năng lượng tăng cao, hệ thống sẽ bắt đầu tăng thang điện thế hoặc chuyển sang thang điện thế cao hơn để có thể xử lý các tín hiệu tức thời có biên độ cao một cách hiệu quả hơn.
So sánh giữa thiết kế mạch class B và mạch class G. Có thể thấy mạch class G phức tạp hơn hẳn.
Xét về mặt thiết kế, có thể thấy mạch khuếch đại class G và class H ưu việt hơn hẳn do công suất đầu ra tăng lên đáng kể. Vậy, nhược điểm lớn nhất của hai thiết kế này là gì? Câu trả lời rất đơn giản: Chi phí. Thiết kế chuyển thang điện thế ban đầu sử dụng điện trở lưỡng cực (bipolar transistor) để kiểm soát thang điện thế đầu ra, vì vậy độ phức tạp khá cao, kéo theo chi phí cũng tăng lên rất nhiều. Ngày nay, để có thể giảm thiểu chi phí sản xuất xuống một mức nhất định, người ta sẽ sử dụng sò MOSFET dòng cao để lựa chọn hoặc tạo biến thiên cho thang điện thế. Việc sử dụng sò MOSFET không chỉ tăng độ hiệu quả mà còn giảm hẳn nhiệt lượng toả ra, đồng thường lượng linh kiện cần sử dụng cũng ít đi hẳn (chỉ cần một thiết bị cho mỗi thang điện thế).
Bên cạnh chi phí cho bản thân thiết kế chuyển / điều biến thang điện thế, chúng ta cũng cần lưu ý rằng một số thiết kế mạch class G sử dụng số lượng thiết bị đầu ra nhiều hơn so với thiết kế mạch class A/B thông thường. Đối với mạch class A/B, sẽ có một cặp thiết bị đầu ra được cấp thang điện thế mức thấp, trong khi đó một cặp khác được dự phòng để tăng cường cho điện thế, chỉ bắt đầu hoạt động khi thiết bị có nhu cầu sử dụng năng lượng mức cao. Cũng chính vì yếu tố chi phí nên hiện nay chúng ta chỉ có thể tìm thấy mạch khuếch đại class G và class H ở những ampli có công suất lớn, với chi phí khá đắt đỏ. So về mặt thiết kế, cấu trúc mạch của class G và class H cũng khiến cho ampli nhỏ gọn hơn rất nhiều, vì với khả năng hoạt động tạo mức năng lượng thấp, chúng có thể sử dụng tản nhiệt với kích thước nhỏ hơn, và chắc chắn khi so với mạch class A, khối lượng của tấm tản nhiệt giữa hai thiết bị này khác xa nhau đến một trời một vực.
(Hết kỳ 2)
Xem:
Phân lớp của ampli – Điều gì làm nên khác biệt? (Phần 1)
Phân lớp của ampli – Điều gì làm nên khác biệt? (Phần 3)
Các bạn có thể tham khảo các sản phẩm khác tại đây
Lịch sử hình thành Pylon Audio
Nguyễn Hào
