Tìm hiểu về cấu tạo của power ampli

Có thể nói amplifier là một thiết bị quen thuộc và không thể thiếu trong một dàn âm thanh. Nhìn bên ngoài có vẻ nó rất đơn giản, nhưng để hiểu rõ về cấu tạo và nguyên lý làm việc của ampli thì không phải ai cũng biết.

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều thương hiệu sản xuất amplifier lớn nhỏ khác nhau trên thế giới. Nhưng về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của amplifier thì hầu như tất cả các hãng sản xuất đều tuân theo một cơ chế chuẩn. Ampli có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau như Class A, AB, B, D... tùy theo từng bản thiết kế mạch.

Một số dạng ampli sử dụng cho sân khấu

Ampli có nhiều loại, sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, tùy theo chức năng của từng loại mà người ta đặt tên theo đó cho dễ nhớ. Hiện tại có 5 dạng phổ biến:

Pre-ampli: ampli tiền khuếch đại có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu nhỏ từ nguồn phát (đầu CD, đầu đĩa than, DAC…) lên mức tín hiệu cao hơn vào ampli công suất.

Một bảng mạch của pre-ampli tiền khuếch đại

Power ampli: ampli công suất có nhiệm vụ khuyếch đại tín hiệu ở mức vừa từ ampli lên mức tín hiệu lớn ra loa.

Integrated ampli: ampli tích hợp có kết cấu khối tiền khuyếch đại và khối khuyếch đại công suất chung một vỏ máy với nhau.

Dual mono ampli: Một dạng ampli tích hợp có kết cấu đối xứng cho hai kênh L & R độc lập riêng biệt (từ phần nguồn cho tới phần khuyếch đại).

Monoblock ampli: Thiết kế khối tách biệt từng ampli cho mỗi kênh trái phải.

Dưới đây loa một vài tính năng và thông số cơ bản của ampli:

1. Công suất của ampli

Công suất ampli phát ra được tính theo đơn vị RMS(Root Mean Square). Bạn cần phân biệt công suất đỉnh PMPO (Peak Music Power Output) lớn hơn rất nhiều so với công suất hoạt động của ampli. PMPO là một thuật ngữ mà các nhà sản xuất  thiết bị âm thanh dùng để chỉ công suất âm thanh phát ra lớn nhất mà hệ thống của họ có thể đạt được trong một thời gian rất ngắn, trong những điều kiện lý tưởng của phòng thí nghiệm nhưng không đạt được trong thực tế sử dụng. Một số nhà sản xuất thường quảng cáo rằng công suất PMPO rất lớn lên tới hàng nghìn W để thu hút người dùng ít biết về ampli. Nói chung PMPO là một thuật ngữ phóng đại, không có ý nghĩa gì ngoài việc quảng cáo, marketing. Vì thế bạn chỉ cần quan tâm vào công suất RMS khi muốn mua một loại ampli nào đó.

2. Độ lợi công suất (Gain) ampli

Đây là tỷ số được tính theo hàm logarit giữa công suất đầu vào và công suất đầu ra của ampli có đơn vị là dB. Độ lợi cho biết khả năng khuyếch đại của ampli sẽ lớn như thế nào khi trình diễn âm thanh.

3. Đáp ứng tần số (Frequency Response) cho phép của ampli

Khoảng tần số tín hiệu đầu vào mà ampli hoạt động ổn định tuyến tính. Thông thường các ampli tốt có đáp ứng tần số trong từ 20Hz đến 20kHz là khoảng âm thanh tai người có thể cảm nhận được. Đáp ứng tần số càng “phẳng” sẽ thể hiện khả năng tái tạo âm thanh càng tốt.

Cấu tạo đặc trưng của các dạng ampli  hiện nay

4. Hiệu suất (Efficiency)

Khả năng đưa ra công suất âm thanh theo công suất đầu vào của ampli. Khi cung cấp công suất điện cho ampli, chỉ một phần được khuyếch đại ra công suất âm thanh. Các ampli có thiết kế nguyên lý classA có hiệu suất thấp từ 10% đến 25% (điều đó có nghĩa khi bạn cung cấp 100W điện tới ampli chỉ có 25W công suất âm thanh được phát ra), class AB có hiệu suất 35 đến 50%, còn class D có hiệu suất 85-90%.

5. Méo hài tổng (THD)

So sánh tổng hài các tần số giữa tín hiệu đầu vào và âm thanh đầu ra sau khi qua ampli. Các hài bậc cao sẽ gây méo và làm giảm tính trung thực của âm thanh. Vì vậy THD càng thấp thì ampli càng tái tạo âm thanh trung thực, thông thường THD phải nhỏ hơn 0,5%.

6. Trở kháng ra (Output Impedance)

Trở kháng ra của ngõ ampli ra loa. Khi ghép nối ampli phải cùng trở kháng của loa, thông thường khi trở kháng loa giảm một nửa thì công suất ampli cần tăng gấp đôi nếu ghép nối lệch trở kháng.

Về chế độ hoạt động, ampli có thể hoạt động ở các chế độ khác nhau như Class A, AB, B, D... tùy theo nguyên lý thiết kế mạch. Một số dạng mạch cơ bản thường hay sử dụng hiện nay là Class A Single-End và Class AB Push-Pull.

Chế độ ampli Class A Single End

Thiết kế cho hiệu suât thấp chỉ khoảng 25% (tức là nếu 100W công suất cung cấp đầu vào chỉ có 25W công suất phát ra ở loa, 75W bị tổn hao dưới dạng tỏa nhiệt trên sò hoặc đèn điện tử trong khi đó hiệu suất Class AB khoảng 35 đến 50% (100W đầu vào cho ra 50W đầu ra loa). Do đó kích thước và chi phí về vấn đề tản nhiệt cho sò công suất của ClassA cũng vì thế mà lớn hơn so với ClassAB. Điểm làm việc nằm ngay tại trung điểm của đặc tuyến tải. Tại trung điểm đặc tuyến tải các tín hiệu của ngõ vào sẽ được khuyếch đại 100% và chỉ cần một sò là đảm nhiệm được công việc này, vì vậy có tên gọi là single-end (SE).

Ampli đèn được thiết kế dạng Single End

Ưu điểm của ampli ClassA Single-End là không có miền phi tuyến (nonlinearities) và méo xuyên tâm (cross distortion, turn on/off delay) do chỉ một sò duy nhất hoạt động. Âm thanh các ampli ClassA theo đó được đánh giá là ngọt ngào, trung thực. Một điểm cần lưu ý thêm là các ampli có tên gọi “thuần” A (pure ClassA) sẽ hoạt động hoàn toàn ở chế độ A. Cần chú ý một số ampli có quảng cáo ClassA nhưng thực chất chỉ hoạt động ở chế độ A ở miền công suất thấp, khi ampli bị yêu cầu hoạt động cho ra công suất lớn điểm làm việc sẽ chuyển sang chế độ AB.

Chế độ ampli Class AB Push-Pull (đẩy-kéo)

Thiết kế đẩy-kéo (push-pull) của class AB có hiệu suất cao nhằm cho công suất ra loa lớn. Vấn đề là ở chỗ các ampli đẩy-kéo có điểm làm việc tại khu vực ngưng (cutoff) của đường đặc tuyến tải. Tại điểm làm việc cutoff này chỉ 50% tín hiệu ngõ vào được khuyếch đại, chính vì vậy người ta phải dùng 2 sò công suất hoạt động, một sò sẽ khuyếch đại phần tín hiệu dương và một sò khuyếch đại phần tín hiệu âm (đẩy-kéo), vì vậy có tên gọi là Push-Pull. Ưu điểm của Class AB Push-Pull theo đánh giá chung là có không gian rộng, hoành tráng và độ động tốt.