Trong hai kỳ trước, chúng ta đã cùng tìm hiểu hoạt động của power-amp ở phần mạch nguồn. Bài viết này sẽ đi sâu vào cơ chế của thiết bị tại ba tầng cuối cùng là tầng đầu vào, tầng lái và tầng đầu ra.
Tầng đầu vào và tầng lái
Tín hiệu đầu vào của power-amp trước hết sẽ được đệm và khuếch đại tại tầng đầu vào của thiết bị. Ở tầng đầu vào, trở kháng đầu vào khá cao trong khi trở kháng đầu ra lại thấp, nhờ thế power-amp sẽ dễ phối ghép cùng preamp hơn. Cũng chính tầng đầu vào này sẽ quyết định trở kháng của power-amp. Trước hết, cần nhớ rằng trở kháng đầu vào (đơn vị: Ohm) là khả năng cản trở dòng điện từ preamp. Trở kháng đầu vào 47k Ohm được xem là tiêu chuẩn cho cổng unbalanced RCA.
Theo sau tầng đầu vào này là tầng lái, mạch điện có tác dụng khuếch đại tín hiệu và lái sang tầng đầu ra. Tầng lái có nhiệm vụ tạo ra dòng tín hiệu với mức điện áp cao mà transistor đầu ra yêu cầu. Ở ampli class A/B, tầng lái còn hoạt động giống như bộ chia pha, tạo ra tín hiệu giống với tín hiệu gốc nhiều chiều của bán kỳ âm dương ngược lại, từ đó làm cơ sở cho hoạt động kéo/đẩy ở tầng đầu ra.
Rất nhiều ampli sử dụng tụ nối giữa hai tụ này. Tụ nối, hay còn gọi là tụ chặn dòng một chiều là chướng ngại vật cản trở dòng một chiều nhưng vẫn cho phép tín hiệu audio dưới dạng dòng xoay chiều đi sang tầng tiếp theo. Tuy nhiê, việc tụ này có thể làm giảm chất lượng âm thanh đã khiến nhiều người quyết định loại nó khỏi thiết kế đường tín hiệu. Ampli không sử dụng tụ nối được gọi là ampli nối tầng trực tiếp (direct-coupled). Ampli nối tầng trực tiếp dĩ nhiên gặp phải rủi ro khuếch đại dòng một chiều ở tầng đầu vào và để nó chạy thằng vào loa. Vì dòng một chiều có khả năng làm cháy loa dù chỉ với một lượng vô cùng nhỏ, một vài ampli sử dụng mạch DC servo để ngăn dòng một chiều xuất hiện ở cổng đầu ra. Mạch DC servo này giám sát mức độ của dòng một chiều và điều chỉnh mạch để giảm lượng dòng một chiều xuống mức thấp nhất. Người dùng có thể dùng volt kế để đo dòng một chiều ở cọc loa. Thông thường, ngưỡng an toàn sẽ nằm ở mức dưới 200mV.
Hầu hết power-amp cao cấp sẽ làm mạch riêng biệc cho tầng đầu vào và tầng lái. Một mạch riêng biệt được cấu thành từ một transistor riêng chứ không dùng op-amp tích hợp mạch. Mạch riêng biệt thường sẽ tốt hơn các thiết kế sử dụng op-amp. Các sò FET (Field Effect Transistors) thường được sử dụng ở tầng đầu vào của power-amp vì trở kháng cao. Tuy nhiên, công suất dòng thấp là một hạn chế, khiến chúng khó có tác dụng hoàn toàn với các tín hiệu có mức điện áp thấp ở tầng đầu vào. Tầng đầu vào và tầng lái thường hoạt động ở chế độ class A, như vậy transistor ở tầng đầu vào sẽ khuếch đại cả hai bán kỳ của tín hiệu âm nhạc.
Hầu như power-amp đều sử dụng hồi tiếp. Đây là công nghệ chuyển một phần tín hiệu đầu ra trở về mạch đầu vào. Điều này sẽ khiến cho mạch trở nên tuyến tính hơn (tức có tín hiệu đầu vào và đầu ra giống nhau hơn nhiều), đồng thời nhiễu ồn cũng sẽ thấp hơn. Tuy nhiên, quá nhiều hồi tiếp sẽ làm âm thanh trở nên khó nghe. Nhiều ampli sử dụng thiết kế ít hồi tiếp. Cho dù độ méo tiếng của chúng sẽ cao hơn nhưng ít nhất âm thanh vẫn dễ nghe do lượng hồi tiếp không nhiều.
Có hai loại hồi tiếp ở ampli là hồi tiếp cục bộ (local feedback) và hồi tiếp toàn cục (global feedback). Hồi tiếp cục bộ là hồi tiếp chỉ xuất hiện ở một tầng của ampli, hồi tiếp toàn cục là hồi tiếp xuất hiện từ tầng đầu ra quay trở lại tầng đầu vào. Cuối cùng, tầng đầu vào và tầng lái hoạt động ở class A, như vậy là toàn bộ tín hiệu âm nhạc sẽ được khuếch đại chỉ bằng một transistor.
Tầng đầu ra
Khi nghiên cứu về power-amp, thường điều người ta bàn luận nhiều nhất là tầng đầu ra. Tầng đầu ra sử dụng nhiều transistor, thường là loại bipolar, ít phổ biến hơn thì có sò MOSFET. Các transistor này chính là bộ phận tạo nên sức mạnh của power-amp bởi dòng điện khiến nón loa di chuyển chính là được hoàn thiện nhờ vào transistor đầu ra. Như vậy, càng thêm nhiều transistor thì công suất đầu ra của ampli sẽ càng cao. Tuy nhiên, thêm nhiều transistor thì cũng đồng nghĩa với việc phải có mạch nguồn lớn hơn. Bên cạnh đó, các transistor này tỏa ra rất nhiều nhiệt, do đó chúng cần phải được lắp trực tiếp lên tấm tản nhiệt để xả nhiệt nhanh, hiệu quả hơn.
Khi tầng đầu ra bị ép làm việc quá tải để tạo ra công suất lớn hơn, đỉnh và đáy của sóng âm sẽ bị làm phẳng, tức là xén ngọn. Nếu power-amp rơi vào tình trạng xén ngọn, tín hiệu đầu ra sẽ bị méo rất nặng, đến mức nghe thấy được. Nếu xén ngọn diễn ra một cách nhanh chóng, chỉ ở vài đỉnh và đáy thì người nghe có thể không phát hiện ra. Ampli bị xén ngọn nặng có thể làm hỏng loa do dòng điện đưa vào quá lớn trong thời gian dài làm cháy voice coil.
Một vài power-amp sử dụng sò MOSFET ở tầng đầu ra thay thế cho transistor bipolar. Cách hoạt động của sò MOSFET rất khác với bình thường, Chúng được mở (bias) bằng điện áp chứ không phải dòng điện giống như transistor bipolar. Về mặt này thì chúng giống như đèn điện tử chân không vậy. Sò MOSFET có một vài đặc tính kỹ thuật khác và bản thân ampli MOSFET cũng có chất âm rất đặc trưng, thường là có treble khá mượt. Tuy nhiên, âm trường của ampli MOSFET thường bị đục mờ một chút với treble hơi thiếu tập trung.
Các bạn có thể xem thêm phần khác tại đây
Power-amp hoạt động như thế nào (phần 1)
Power-amp hoạt động như thế nào (phần 2)
Bạn có thể tham khảo sản phẩm khác tại đây
Những điều cần biết về bóng đèn điện tử NOS cho ampli đèn
Thanh Tùng
