Классы усилителей звука: особенности, преимущества и недостатки — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие существуют классы усилителей звука. Чем отличаются усилители класса А, АВ, B и D. Какой класс усилителя лучше выбрать для дома или автомобиля. Основные характеристики и особенности разных классов усилителей.

Содержание

Что такое усилитель звука и для чего он нужен

Усилитель звука — это электронное устройство, предназначенное для усиления амплитуды звукового сигнала. Основные задачи усилителя:

Увеличение мощности звукового сигнала
Согласование маломощного источника сигнала (например, CD-плеера) с акустическими системами
Коррекция частотных и динамических характеристик звука
Распределение сигнала по нескольким каналам (для многоканальных систем)

Усилители используются практически во всех аудиосистемах — домашних кинотеатрах, музыкальных центрах, автомобильных аудиосистемах, профессиональных звуковых комплексах и т.д. Без качественного усилителя невозможно получить мощный и чистый звук даже из самых дорогих акустических систем.

Основные классы усилителей звука

Существует несколько основных классов усилителей звука, которые отличаются принципом работы и характеристиками:

Класс A
Класс B
Класс AB
Класс D
Класс G и H

Рассмотрим особенности каждого класса подробнее.

Усилители класса A: максимальное качество звука

Усилители класса A считаются эталонными по качеству звучания. Их основные особенности:

Минимальные искажения сигнала
Очень высокая линейность усиления
Работа выходных транзисторов в активном режиме все время
Низкий КПД (15-30%)
Сильный нагрев и высокое энергопотребление

Из-за низкой эффективности усилители класса A имеют ограниченную мощность и большие габариты. Их используют преимущественно в высококачественных Hi-End системах для ценителей звука.

Усилители класса B: высокая эффективность, но с искажениями

Усилители класса B появились как попытка повысить КПД усилителей. Их отличительные черты:

Высокий КПД (до 70%)
Работа каждого выходного транзистора только половину периода сигнала
Заметные искажения на малых уровнях сигнала
Низкое качество звука

Из-за сильных искажений усилители чистого класса B практически не используются в аудиотехнике. Но их схемотехника легла в основу более совершенных усилителей класса AB.

Усилители класса AB: оптимальный компромисс

Усилители класса AB сочетают достоинства классов A и B. Это самый распространенный тип усилителей в современной аудиотехнике. Их особенности:

КПД около 50-60%
Хорошее качество звука
Умеренный нагрев
Работа выходных транзисторов в активном режиме при малых сигналах
Возможность получения большой выходной мощности

Усилители класса AB оптимально сочетают качество звука, эффективность и стоимость. Они широко применяются в домашних и автомобильных аудиосистемах среднего и высокого класса.

Усилители класса D: компактность и энергоэффективность

Усилители класса D используют принципиально иной способ усиления — широтно-импульсную модуляцию. Их главные преимущества:

Очень высокий КПД (до 90-95%)
Компактные размеры и малый вес
Низкое энергопотребление
Минимальный нагрев

Усилители класса D активно применяются в портативной технике, автомобильных аудиосистемах, профессиональном звуковом оборудовании. В последнее время появляются и высококачественные модели для домашних Hi-Fi систем.

Какой класс усилителя выбрать для дома

При выборе усилителя для домашней аудиосистемы стоит учитывать следующие факторы:

Бюджет
Требования к качеству звука
Мощность акустических систем
Размеры помещения

Для большинства домашних систем оптимальным выбором будут усилители класса AB. Они обеспечивают хорошее качество звука при умеренной стоимости. Для небольших помещений подойдут компактные усилители класса D. Любителям максимального качества звука стоит присмотреться к моделям класса A, но нужно учитывать их высокую стоимость и большие габариты.

Выбор усилителя для автомобиля

В автомобильных аудиосистемах наиболее распространены усилители классов AB и D. При выборе нужно учитывать:

Мощность и чувствительность акустики
Размеры для установки
Нагрузку на бортовую сеть автомобиля

Усилители класса AB обеспечивают хорошее качество звука, но занимают больше места и сильнее нагружают электрику. Компактные и энергоэффективные усилители класса D идеально подходят для большинства автомобильных систем, особенно с сабвуфером.

Сравнение основных классов усилителей

Сравним ключевые характеристики разных классов усилителей:

Характеристика	Класс A	Класс AB	Класс D
КПД	15-30%	50-60%	85-95%
Качество звука	Отличное	Хорошее	Хорошее
Нагрев	Сильный	Умеренный	Минимальный
Габариты	Большие	Средние	Компактные
Стоимость	Высокая	Средняя	Низкая

Заключение

Выбор класса усилителя зависит от конкретных требований и условий применения. Для большинства домашних и автомобильных аудиосистем оптимальны усилители классов AB и D. Они обеспечивают хороший баланс качества звука, эффективности и стоимости. При выборе стоит ориентироваться не только на класс, но и на характеристики конкретной модели и отзывы пользователей.

Классы усилителей

Усилитель мощности используется для управления громкоговорителями. Его задача — подавать высокое напряжение и большой ток на нагрузку с низким сопротивлением в широком диапазоне частот так, чтобы иметь минимальные искажения сигнала. Усилитель может быть выполнен в идее отдельного устройства, а может представлять собой функциональный блок в составе какого-либо устройства.

Ключевым показателем работы усилителя является его эффективность, но также важным критерием служит степень генерации тепла (чем меньше придется отводить тепла от усилителя, тем лучше) и связанное с этим энергопотребление.

Общие принципы устройства усилителя

Если в двух словах, то усилитель состоит из последовательности каскадов усиления, соединенных между собой. Хотя бывают и однокаскадные усилители. Каскад усиления представляет собой ступень усилителя, состоящую из одного или нескольких усилительных элементов, цепи нагрузки и связи с другими ступенями.

Усилительные элементы могут быть представлены электронными лампами, транзисторами и даже туннельными диодами.

Помимо прямых межкаскадных связей существуют и отрицательные обратные связи, позволяющие сделать работу усилителя более стабильной и снизить степень искажения сигнала. Для этой цели в усилителях используют, например, термисторы для стабилизации температуры во время работы усилителя или частотнозависимые составляющие, которые выравнивают частную характеристику.

Также между каскадами усилителя, во входных и выходных цепях могут использоваться аттенюаторы или потенциометры, чтобы регулировать степень усиления сигнала, и фильтры, чтобы регулировать и задавать частотную характеристику.

Усилители можно разделить на аналоговые и цифровые. Очевидно, в аналоговых устройствах входной сигнал усиливается аналоговыми каскадами и не подвергается дальнейшей оцифровке, оставаясь аналоговым на выходе. В цифровых усилителях аналоговый входной сигнал после аналогового усиления подвергается аналого-цифровым преобразованиям, и выходной сигнал оказывается уже цифровым.

Классы усилителей мощности

Класс усилителя – это характеристика, на которую большинство покупателей обращают вниманию в первую очередь, указывающая на режим работы усилительного элемента. Класс усилителя обозначается латинской буквой.

Класс А

Это самый простой класс усилителей. В них используется один транзистор, причем, всегда проводящий, благодаря чему почти исключаются нелинейные искажения сигнала. Практически никогда не применяется в выходных каскадах усилителя мощности, зато отлично подходит для входных каскадов. Именно в классе А работает первый каскад усилителей других классов, это связано с тем, что любые искажения и помехи от первого каскада будут усиливаться последующими.

Можно найти модели усилителей, где используются пары дополнительных выходных транзисторов с противоположной полярностью. При низком уровне сигнала они пропускают весь ток, который требуется для управления громкоговорителем на полной номинальной мощности.

Негативный момент в работе усилителей класса А заключается в том, что на транзисторе выделяется очень большое количество теплоты, что требует громоздких систем охлаждения и высокого потребления электроэнергии.

Несмотря на низкий КПД усилителей класса А, среди аудиофилов они считаются золотым стандартом качества, что связано с точным, почти неискаженным сигналом. Но низкая эффективность, существенные потери энергии и повышенное выделение тепла, высокий уровень тока покоя, КПД 15-35% — с эти не готовы мириться большинство пользователей.

Достоинства:

минимальные искажения сигнала и высокая точность воспроизведения

Недостатки:

низкая эффективность (КПД около 25%)
высокое потребление электроэнергии
повышенное выделение тепла
малая мощность.

Класс B

Усилители класса В — двухтактные, где каждый выходной транзистор проводит только половину волны. Эффективность усилителей этого класса существенно выше, чем класса А, но они сильно искажают сигнал (кроссоверное искажение), что очень неприятно для слуха, поэтому в чистом виде класс В не используется. Усилители данного класса теперь полностью вытеснены классом D.

Класс AB

Наиболее распространенный класс усилителей мощности, к которым можно отнеси большинство AV-ресиверов для домашних кинотеатров и стереоусилителей. Из названия видно, что данный класс усилителей представляет собой комбинацию усилителей классов А и В, когда КПД усилителя гораздо выше, чем в А-классе, но при этом искажения сигнала ниже, чем в В-классе. То есть, усилители класса АВ позволили прийти к компромиссу между качеством звука и нагреванием устройства. При этом используется простая схемотехника с невысокими требованиями к качеству компонентов, что сделало этот класс усилителей очень распространенным в различных моделях.

Достоинства:

КПД выше, чем в усилителях класса А
Искажения меньше, чем в усилителях класса В
Меньший нагрев, чем в усилителях класса А
Простая схемотехника

Недостатки:

Искажения выше, чем в усилителях класса А

Класс D

Развивающийся и совершенствующийся класс усилителей, за счет чего очень популярный и часто используемый в домашней аудиоаппаратуре, профессиональных и портативных устройствах. Одним словом, это самые эффективные усилители, КПД которых достигает 90%.

Транзистор имеет два стабильных состояния (открыт или закрыт), поэтому в нем не выделяется много тепла, как это происходит при переключении режимов. Качество усилителя класса D напрямую зависит от типа и частоты модуляции, что влечет за собой сложность схемотехники, соответствующее качество компонентов, а значит и образует цену устройства. Приходится платить за качество и результат.

Важным является тот факт, что для усилителей D-класса сохранятся низкий уровень искажений во всем рабочем диапазоне громкости, в отличие от класса АВ.

В дорогих и высококачественных усилителях класса D используется дельта-сигма-модуляция, которая выводит шумы в область ультразвука, благодаря чему ухом они не воспринимаются.

Усилители класса D малой мощности широко применяются в портативной технике, например, в Bluetooth-колонках. Состоят они их одной микросхемы, которая не требует дополнительных фильтров. Обратная связь компенсирует искажения сигнала в схеме а также пульсации питания. Высокая частота модуляции помогает фильтровать «лишние» высокие частоты.

Ценностью усилителей класса D является отсутствие необходимости прогревать даже очень мощные модели. Они сразу готовы к работе, в отличие от усилителей класса А, которым требуется прогрев для того, чтобы достичь паспортных характеристик.

Дальше – больше. Встроенные в усилитель конвертеры PCM в DSD, помогают избежать лишних преобразований аналого-цифрового сигнала. Цифровой сигнал проходит через усилитель до конечного транзистора, работающий в Hi-end устройствах на частотах около десятков мегагерц.

Также в цепь цифрового сигнала включают цифровой сигнальный процессор (DSP), он компенсирует фазово-частотные искажения, обусловленные самим динамиком и акустическими характеристиками помещения. Такое сочетание цифрового усилителя и цифрового процессора выдает максимально качественный звук, на который только способен динамик. А так как для профессионалов важен результат, то усилители класса D – именно их выбор!

Достоинства:

высокая эффективность
компактные размеры и вес
отсутствие фонового шума
низкая теплоотдача
готовность к работе сразу же после включения

Недостатки:

Классы G,H, E, F

Усилители классов G и H представляют собой, по сути, класс AB, в которых присутствуют дополнительные источники напряжения, подключающиеся в процессе к выходному каскаду (в Н-классе – один, в G-классе – два и более). Напряжение питания выходного каскада в таких устройствах изменяется в зависимости от уровня сигнала, что повышает КПД устройства. Класс Н идеально подходит для компактных усилителей высокой мощности, которые применяют в профессиональных туровых акустических системах.

Еще более высоким КПД могут похвастать усилители классов E и F, в которых транзистор переключается в тот момент, когда через него не проходит ток. При этом наблюдаются очень большие искажения, поэтому такие устройства не используют для усиления звука.

Достоинства:

Недостатки:

стоимость

Выводы

Если подытожить вышесказанное, то независимо от класса, любой усилитель может быть как плохим, так и хорошим. Результат зависит не от класса, а от конкретной схемотехники. КПД – важный показатель усилителя, и самый высокий он у D-класса.

При выборе усилителя, по большому счету, стоит обращать внимание на две вещи: выдаваемую мощность на заданное сопротивление нагрузки и цену. Наиболее популярны сейчас усилители А/В класса, что объясняется наилучшим соотношением вышеназванных критериев: работают они хорошо при относительно невысокой стоимости. Аудиофилы остаются поклонниками А-класса за их чистый звук. Профессионалы с деньгами всё чаще смотрят на D-класс, всё-таки его КПД существенно выше, а также в большинстве своем они имеют на борту дополнительную динамическую обработку – кроссовер, эквалайзер, лимитер и даже настройку задержки аудио сигнала, необходимую для крупных инсталляций, где акустические системы могут находиться от сцены на расстоянии порядка сотни метров. Нет предела совершенству, как и поискам новых решений. Поэтому экспериментируйте и ищите лучшее решение для своих задач.

Какие существуют классы усилителей звука, их особенности ― 130.com.ua

Усилитель звука — это сложное устройство, работающее чаще всего на основе транзисторов, способное усиливать электрические колебания на низких частотах, воспринимаемых человеческим ухом. Основной его задачей является корректировка звукового сигнала, чтобы получить необходимую мощность, и передача его на различные звуковоспроизводящие устройства. Именно благодаря использованию данных устройств можно расширить возможности любых аудиосистем и добиться более мощного и насыщенного звучания.

Особенности использования усилителей звука

Усилитель является завершающим элементом при создании системы звукоусиления. Эти устройства могут быть выполнены как в виде независимых блоков, с отдельной панелью управления, так и иметь внутренние элементы, помещенные внутрь гибридной микросхемы. Они имеются почти в каждом приборе, который воспроизводит звуковые сигналы: в магнитолах, динамиках, компьютерах, смартфонах, наушниках и даже в музыкальных игрушках.

Все усилители можно поделить на 2 основные группы: бытовые и профессиональные.

Бытовыми считаются те устройства, которые могут обеспечить лишь незначительный уровень усиления с малым искажением звука. Они, как правило, используются в домашних аудиосистемах, где важнее добиться максимального качества звучания, а не большой громкости.

Профессиональные усилители – это более мощные системы, которые обычно используются для осуществления студийной звукозаписи, на концертах, при озвучивании разнообразных мероприятий и т. д. Главное преимущество звукового оборудования данного типа — высокие показатели КПД, большая мощность и заметное усиление звука.

Конечно же, усилители используются и в автомобильных аудиосистемах, они необходимы для формирования оптимального звучания акустики в условиях автомобильного салона. При этом очень важно при выборе усилителя для автомобиля обращать внимание на основные технические параметры устройства: мощность, частотный диапазон, сопротивление, количество каналов и другие. Одним из таких важных параметров также является и класс усилителя.

Классификация звуковых усилителей

Данные устройства отличаются по принципу и режиму работы, поэтому делятся на несколько основных классов. Причем еще каких-то 20 лет назад можно было найти лишь 2-3 варианта усилителей звука. Сегодня же доступны самые разные разновидности в нескольких основных классах: «А», «АВ», «В», «С», «D» и другие. Такое разнообразие объясняется использованием новейших технологий в изготовлении полупроводниковых элементов. Именно они дали возможность увеличить качество звуковоспроизведения, минимизировать размеры и существенно снизить стоимость усилителей. Итак, давайте рассмотрим, какие же классы существуют и их основные особенности и отличия.

Класс А

Усилители этого класса характеризуются низкой эффективностью, но «чистым» сигналом. Этот класс принято считать аудиофильским, так как такие устройства обеспечивают минимальные показатели искажения звукового сигнала. КПД у них составляет около 20-30%. Они достаточно дорогие при низкой мощности, поэтому в автомобильных аудиосистемах такие устройства устанавливаются достаточно редко. Их иногда можно встретить в дорогих аудиосистемах.

Но есть у них и существенный недостаток — высокий ток покоя. Данная величина характеризует ток, который проходит через транзисторы, даже при условии, что входного сигнала нет. Это провоцирует нагревание усилителей, при это большая часть энергии от блока питания преобразуется в тепло, что и приводит к низким показателям КПД.

Класс В

У усилителей звука данного класса эффективность в сравнении с предыдущим значительно выше – примерно в два раза. КПД их составляет порядка 70%. Но у них выходной сигнал значительно больше искажается. Считается, что они выдают звук низкого качество, многие специалисты называют его «сухим». Именно поэтому данный тип усилителей считается непригодным для автомобильных аудиосистем и в машинах практически никогда не устанавливается.

Класс АВ

Это, как уже видно из названия, комбинированный вариант – среднее между первыми двумя типами. Характерно то, что усилители данного класса при сигнале высокого уровня могут работать, как усилители класса «В», а при сигнале низкого уровня – как усилители класса «А». То есть данный класс сочетает в себе чистый звук, свойственный устройствам типа А, и эффективность типа В. Это и делает их самыми распространенными на данный момент автомобильными усилителями.

Если говорить о производительности, то их КПД составляет около 60%. Этого достаточно для получения высокого качества звукопередачи и обеспечения чистого звука даже при большой громкости. Усилители класса АВ часто используются при формировании аудиосистем высокого класса.

Класс D

Этот класс усилителей появился относительно недавно. В устройствах подобного типа используется цифровая обработка аудио сигнала и специальные импульсные блоки питания. Усовершенствованная конструкция и самые современные технологии обработки звука позволили получить мощный усилитель звука в компактном размере и малом весе.

В классическом усилителе транзисторы на выходе подают непрерывный сигнал. При этом в них на линейных выходах отмечается довольно большое рассеивание мощности. А вот в устройствах класса D мощность почти не рассеивается, а значит и не теряется. Это свойство расширяет возможности использования усилителей этого типа. Объясняется это тем, что малое рассеивание мощности способствует тому, что схема почти не нагревается, а также дает возможность экономить место на плате. Все это не только снижает конечную стоимость продукта, но увеличивает время автономной работы. Также стоит отметить, что они могут усиливать цифровой сигнал без его преобразования в аналоговый. Эта технология применяется, если аудиосигнал уже подается на устройство в цифровом виде.

Одним из главных преимуществ усилителей звука класса D является высокий КПД – от 85 до 95% без потери качества. Этот показатель достигается благодаря тому, что амплитуда импульсов почти равна показателю напряжения питания, поэтому на выходных транзисторах утраты мощности очень незначительны. При этом помехи и искажения при передаче звука также относительно небольшие. Усилители этого класса – отличный вариант для установки в автомобиль.

Как видим, класс усилителя звука во многом определяет его рабочие характеристики и качество звуковоспроизведения. И его обязательно надо учитывать при выборе устройства, чтобы получить оптимальный результат в итоге, после подключения всего звукового оборудования. Если вы хотите купить автомобильный усилитель звука в Киеве, Одессе, Харькове, то магазин 130. com.ua предлагает очень большой выбор моделей от ведущих производителей профессиональной акустической аппаратуры.

ТОП-3 автоусилителей звука

Лучшие автоусилители

Ищете качественный и самый лучший автоусилитель? Данный рейтинг автоусилителей составляется на основании таких параметров как: высокий спрос с положительными отзывами от наших клиентов, качественное изготовление — отсутствие заводского брака и сервисных обращений, а также официальная гарантийная и пост гарантийная поддержка в Украине.

Одноканальный усилитель звука Swat M-1.500

Особенности:

★ Усилитель D класса
★ Уровень номинальной мощности 300 Вт при подключении с сопротивлением 4 Ом
★ Оснащен фильтром низких частот и фильтром Subsonic для ультранизких частот

Усилитель звука в авто Audison Prima Forza AP F8.9 bit

Особенности:

★ усилитель класса D
★ восьмиканальный
★ мощность на канал 85 Вт

Усилитель четырёхканальный Kicx AP 4.

120AB

Особенности:

★ Усилитель класса AB
★ Работает с сопротивлением — 1 Ом
★ С большой мощностью

Купить усилитель звука

Материалы по теме

Усилители – Классы аудио усилителей

Если вы решили покупать усилитель для своей аудио системы, необходимо понимать разницу между различными видами усилителей.

В наше время господства наушников и телефонного стерео, немногие, помимо аудиофилов, задумываются об усилителях. Но стоит убрать наушники из ушей и наполнить звуком комнату, усилитель станет необходимой частью музыки.

Аудио усилители отличаются друг от друга также как телевизоры. Например, светодиодный, жидкокристаллический и oled телевизор воспроизводят одно и то же изображение, но с разной степенью точности. Каждая технология имеет собственный характерный способ работы.

Один телевизор имеет больше общего света, доступного для работы. Другой может иметь больший размер экрана за те же деньги. Третий будет потреблять меньше энергии. Четвертый будет более устойчивым к изменениям в колебаниях напряжения переменного тока вашего дома. И так далее.

То же относится и к аудио усилителям. Усилители для домашних динамиков используют несколько различных технологий для выполнения своей работы, и, как с ТВ-технологиями, они все имеют свои плюсы и минусы.

Усилитель класса A

Эта технология усиления была одной из самых ранних, и практически закончила существование еще в 1970-х годах, когда транзисторы начали заменять лампы. Аудио «пуритане» остались с усилителями класса A, и сейчас можно найти ламповые усилители от таких компаний, как Conrad Johnson, VTL и Audio Research, а также твердотельные усилители класса high-end от таких компаний, как Pass Labs, Krell и Bedini.

Технология может быть лучше всего описана, говоря, что она анализирует и усиливает полные циклы в 360 градусов (с положительного на отрицательный) входящих аудио волн в абсолютном режиме реального времени. Чтобы иметь возможность делать это, усилитель работает на полную мощность все время. Независимо от того, слушаете вы музыку тихо или громко, усилитель использует доступную энергию 100% времени.

Плюсы:

Теоретически, возможность получения наиболее линейного (точного) звука.
При перегрузках на музыкальных пиках даже искажения остаются благозвучными.
Звуковая подпись без ошибок, часто называемое аналоговое звучание.
Удовлетворение от того, что владеете действительно изысканным аудио оборудованием.

Минусы:

Трудности с заменой ламп, ламповые усилители потребляют очень много электроэнергии.
Обычно низкая мощность, не практично для больших помещений и громкого звука.
Твердотельные усилители, как правило, большие и тяжелые; лампы часто хрупкие.
Как правило, дорогостоящие, хотя можно найти на удивление доступные небольшие ламповые усилители.

Усилитель класса B

Когда аудио инженеры и дизайнеры задумались о более эффективных способах создания звука, они разработали усилители класса B. Вместо того, чтобы постоянно работать с полным циклом аудио волны в 360 градусов (пики и падения), работа разделяется на 2 части: одна для положительной, а другая для отрицательной половины цикла сигнала. При такой конструкции инженеры выигрывали, но ценители аудио теряли. В усилителях класса B явно слышно искажение при переходе с положительного на отрицательный сигнал, и от такой конструкции быстро отказались. Однако, часть конструкции позаимствовали для создания наиболее популярной на сегодняшний день конструкции усилителей AB.

Усилитель класса АВ

В поисках баланса между великолепным звуком и доступностью инженеры разработали аудио усилитель класса AB. Это по большей части усилитель класса B, который имеет небольшое количество тока покоя, который все время течет через выходные транзисторы. Этот метод теоретически исключает искажение переключения усилителя класса B, потому что теперь всегда есть немного тока, сглаживающего переходы между положительным и отрицательным сигналом.

Усилители класса AB многие годы имели стандартный дизайн, и можно было выбрать подходящий, начиная от бюджетных вариантов от Onkyo, Sony и Harman Kardon, продолжая аудио-видео ресиверами от Denon, Yamaha и Pioneer, и заканчивая отдельно стоящими экземплярами от NAD, Bryston, Anthem, Mark Levinson и другими.

Плюсы:

Качество звука может быть превосходным; многие из лучших усилителей имеют класс усиления AB.
Эффективность; может быть использован очень широкий диапазон динамиков.
Экономичность; позволяет производителям размещать несколько каналов усиления в одной коробке.
Надежность; наименьшая вероятность отказа оборудования.

Минусы:

Качество звука значительно зависит от различных внешних факторов.
Усилитель может быть тяжелым и громоздким, вес некоторых экземпляров может достигать 35 кг.
Относительно небольшая разница в звуке между большинством моделей средней линии.
Устаревшая технология.

Усилитель класса D

Новейшей технологией являются усилители класса D. Часто ошибочно усилители класса D называют «цифровыми» (digital — цифровой). Не все усилители класса D являются полностью цифровыми, хотя, безусловно, с сигналом происходит много цифровой обработки.

Класс D — невероятно эффективный способ усиления звука. В сущности, эти усилители создают собственные волны (периодический сигнал прямоугольной формы), который разделяет часть частоты аудио спектра на звуки, которые можно услышать, и звуки, которые являются слишком высокими, чтобы их можно было услышать. Это по-прежнему положительно-отрицательный сигнал, однако отрицательная часть создается из неиспользуемых высокочастотных сигналов.

Таким образом, представляя половину формы волны как полную волну, усилитель позволяет получить чистый линейный звук и такую эффективность, которая дает возможность значительно уменьшить размеры и вес усилителя. Такие усилители практически не генерируют тепло, бич всей электроники.

Плюсы:

Супер эффективность, практически не производит тепло, нет потери энергии.
Возможность создавать компактные компоненты.
Экономичность.
Экологичность, очень низкое потребление энергии.

Минусы:

Пока что новая технология, существует множество вариаций.
Очень широкий диапазон производительности.
Меломаны замечают слабую динамику и поверхностный бас.
Развивающаяся технология, которая со временем должна стать лучше.

Если вам потребуется любая помощь в выборе акустических систем, их покупке или установке, вы всегда можете обратиться к нам, по телефону 8-499-391-72-14, пишите на почту [email protected] или на Whatsapp

какой лучше для дома и автомобиля

Современные звуковые усилители относят к нескольким классам. Если у человека нет опыта в настройке аудиоаппаратуры и работе с акустикой, обозначения классов ни о чем не скажут. А между тем, эти буквенные маркировки скрывают в себе конкретные характеристики и показатели, влияющие на качество работы звукового оборудования. Ниже будет подробнее рассказано о том, что такое классы усилителей звука, а также о методах подбора аппаратуры для конкретных задач.

Что такое класс усилителя

Класс усилителя – уровень выходного сигнала, формирующийся из входного сигнала в процессе работы акустической установки. В одном цикле этот сигнал меняется в некотором диапазоне.

Преобразователи частоты разделяются на категории в зависимости от показателей линейности той технологии, которая используется для усиления. Встречаются модели с нужной точностью воспроизведения начального сигнала НЧ и УНЧ, а также нелинейные схемы. Во втором случае звуковой сигнал воспроизводится с меньшей точностью, однако КПД оказывается выше.

A

У всего есть свое начало, и, если мы говорим о режимах работы усилителя, у истоков стоит конечно же класс А. Именно с него началась история усилителей в частности и электронного аудио в целом.
Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла Статья

Теория и практика Усилители Octave как работает усилитель

naumov 28 июня 2021 в 09:10

98 9

Классификация усилителей

Классификация усилителей звука по классам предусматривает разделение на две группы. В первую группу входят устройства A, B, AB и C. Обладают сходными показателями проводимости. Транзистор устанавливается в положении между включением и выключением.

ТОП лучших усилителей по качеству звука

Вторая группа включает в себя устройства с маркировками D, E, F, G, S, H и T. Эти приборы также называются переключающимися. Для работы тут используется принцип импульсной модуляции, а также современные цифровые методики для непрерывного прохода сигнала между положениями выключено и включено. В результате получают нужный выходной сигнал в диапазоне насыщения.

Ниже представлена таблица сравнения характеристик усилителей первой группы, включающей в себя модели A, B, AB и C. Они чаще берутся для рассмотрения, тогда как усилители второй группы представляют собой различные вариации со средними показателями для использования в конкретных условиях.

Характеристики	А	В	АВ	С
Теоретический КПД	50%	78%	Зависит от выбранного режима	100%
Реальный КПД	15-30%	50-60%	40-50%	80-100%
Нелинейные искажения	малые	высокие	средние	высокие
Потребляемая мощность	постоянная	зависит от выходных параметров	зависит от выходных параметров	зависит от выходных параметров
Термическая стабильность	низкая	высокая	средняя	высокая

Выводы

В чем отличие между классами усилителей

Для полного понимания классификации усилителей рекомендуется подробно изучить каждую категорию, рассмотрев особенности функционирования приборов, а также специфику применения в тех или иных случаях.

Класс А

Усилители категории А считаются распространенными и доступными для использования. Просты по конструкции, характеризуются линейностью, а также средними показателями искажения. Эти особенности помогают добиться нужного качества звучания при организации акустики.

Чаще в конструкции используется один вид транзисторов. Его подсоединяют так, чтобы ток на колонки шел даже тогда, когда основной входной сигнал не идет.

Отнести прибор к группе A можно в том случае, если ток нуля во время холостого хода будет идентичен току нагрузки во время работы.

Усилители категории A функционируют в ультралинейной частотной области, а значит, смещение требует правильной установки. Только так гарантируется работа с достижением необходимого звукового потока.

усилитель А класса

Так как оборудование на выходе отключено, оно проводит ток и вызывает мощностные потери. Выделяется тепло, а КПД снижается до 40%. Так что аппараты представляются непрактичными при организации высокомощных установок.

Чтобы оборудование могло правильно работать, блоку питания придаются необходимые габариты, а входной сигнал фильтруется перед подачей на усилитель. Иначе повышается вероятность появления постороннего гула во время работы.

Класс В

Для повышения КПД и уменьшения нагрева конструкции было решено разработать усилители группы B. Приборы оснащаются двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых усиливает только половину сигнала. Специфика конструкции обуславливает осуществление 50% цикла в положительном или отрицательном периоде.

Тока смещения тут не будет, потому что ток покоя прибора нулевой. Это привело к тому, что мощность аппаратуры невысока. КПД же выше, чем у аппаратов категории А.

Оборудование вдвое эффективнее приборов группы А. Но есть и минус, который представлен искажениями во время работы.

Искажения обусловлены наличием некоторого коридора в транзисторах. Часть сигнала в этом коридоре будет видоизменяться, что вносит корректировки в выходной сигнал.

Класс АВ

Объединив свойства приборов категорий А и B инженерам удалось получить функциональный аппарат, объединяющий положительные качества этих приборов. По конструкции больше похожи на усилители группы В. Главное отличие в том, что транзисторы одновременно проводят сигнал в непосредственной близости с точками пересечения осциллограмм. Смещающее напряжение тут составит 5-10% соответствующих показателей тока покоя.

Описанный подход помогает устранить проблемы больших искажений сигнала, характерных для устройств категории В.

Оборудование AB представляется компромиссом между минимальными искажениями и КПД. Эффективность преобразования составляет 50%.

Класс С

Установки класса C характеризуются эффективностью, но при этом нелинейны. Входной ток равен нулю и сохраняется на данной отметке половину времени цикла обработки сигнала. Транзистор в этот момент переключен в ожидание.

Подобный подход гарантирует КПД около 80%, однако во время использования прибора в сигнал вносятся изменения. Из-за этого усилители редко используют в акустике. Гораздо чаще встречаются в различных генераторах, радиоприборах, а также других преобразователях сигнала.

Класс D

Усилители класса D принято относить к группе нелинейных импульсных приборов, которые также называются ШИМ-усилителями.

Интегральные схемы отличаются мощным рассеиванием даже при идеальной реализации. Подход дает некоторые преимущества приборам за счет малого теплового выделения, легкости и компактных размеров. Приборы обходятся дешевле, а время самостоятельной работы больше.

Для правильного функционирования приборов потребуется высоковольтная плата в 10000 ватт.

Другие классы

Отдельно принято рассматривать другие классы работы усилителей, применяемые для решения специфических задач:

Класс F. Прогрессивные модели, КПД которых достигает 90%.
Класс G. Усовершенствованная высоколинейная вариация прибора AB. Автоматически переключаются по линиям питания, оценивая необходимые параметры входного сигнала. Такой подход сокращает энергопотребление, а также уменьшает потери энергии на нагрев.
Класс I. Расположение в двухтактной конфигурации непосредственно перед включением помогает быстро переключать механизм даже при отсутствии нужного напряжения на входном разъеме.
Класс S. Усилители нелинейного типа, по принципу работы больше напоминающие аппараты класса D. С помощью оборудования преобразовывается входной аналоговый сигнал в цифровой с нужным усилением. Повышается мощность на выходе, а КПД достигает 100%.
Класс T. Цифровые усилители, включающие специальные микросхемы для обработки и повышения частот входящих сигналов. Специально предусмотренные многоканальные компоненты 3D звучания гарантируют эффективность оборудования при создании полноценного домашнего кинотеатра или центра для прослушивания музыки.

Практика

Проверить все вышеописанные тезисы на живом примере мы решили с помощью Arcam HDA SA20. Во-первых, этот аппарат отлично демонстрирует все преимущества класса G, а во-вторых, реальный выбор устройств с такой схемотехникой довольно скуден, особенно на российском рынке.

Имея выходную мощность 90 Вт на канал при импедансе нагрузки 8 Ом, Arcam HDA SA20 демонстрирует скромные габаритные размеры с высотой корпуса в половину типичного интегрированного усилителя такой мощности. Радиаторы установлены внутри и имеют размеры, сравнимые с усилителем класса АВ в полтора-два раза меньшей мощности, наглядно демонстрируя преимущества класса G. В блоке питания используется двухступенчатая схема. Две пары обмоток трансформатора и два набора конденсаторов разной емкости формируют две шины питания: основную и дополнительную, подключаемую при возрастании нагрузки. Весьма показательным является значение гармонических искажений. При нагрузке 80% они составляют 0,002%.

Какой класс усилителей звука лучше

В зависимости от сферы использования и особенностей окружающих условий подходящими вариантами становятся усилители всех групп. Отдельно стоит рассматривать оборудование для дома и авто.

Для дома

Подбирая усилитель для домашней акустики, лучше вперед рассмотреть устройства категорий АВ и D с маркировками «sound». Первый тип представляет собой аналоговый прибор, который гарантирующий качественное звучание со средними искажениями.

Устройства категории D – цифровые модели, которые способны обладать любыми характеристиками в зависимости от установленных на схеме компонентов.

Для автомобиля

На автомобилях используют классы автоусилителей А, В, АВ и D. Модели разновидности А на практике встречаются редко из-за дороговизны и низкого КПД.

Стереоусилитили класса В характеризуются большим КПД, но проигрывают в плане искажений звучания. В автоакустике также применяются редко.

Распространенными среди автолюбителей считаются устройства категории АВ. Характеризуются средним качеством звучания, нужными показателями мощности, чистым звуком и повышенным КПД. Подходит для сабвуферов мощностью от 500 до 600 Вт.

Оборудование категории D используют для обработки цифровых сигналов. Приборы компактны, а также характеризуются повышенными показателями мощности. КПД на уровне 90-98% сводит к минимуму вероятность перегрева прибора, а значит, тут не требуется специальный радиатор охлаждения. Среди автомобилистов такие модели не распространены по причине дороговизны.

XD/XA

Нулевая точка — это самое уязвимое место в музыкальном сигнале, и, несмотря на все ухищрения со смещением, производимые в классе АВ, все же куда лучше, когда нулевую точку сигнала воспроизводит один транзистор, и его затвор не балансирует на грани открытия или закрытия.

Как работает усилитель класса XD и XA, или Немного экзотики Статья

Теория и практика Усилители Cambridge Audio как работает усилитель

naumov 09 августа 2021 в 09:10

24 5

Особенности

С точки зрения качества и характера звучания каждый тип ламп и каждый режим включения имеет свои особенности, настолько очевидные на слух, что даже ультралинейный режим, по факту, не стал золотой серединой. Триоды в чистом виде и триодное включение пентодов обеспечивают наиболее чистый и объемный звук до тех пор, пока дело не дойдет до энергичной музыки с быстрыми и значительными по амплитуде перепадами громкости. Иными словами — для спокойного джаза триоды подходят куда лучше, чем для прослушивания рока.

Пентодный и ультралинейный режимы, напротив, больше подходят для энергичной музыки, но в ряде случаев звучат недостаточно чисто, точно и детально. Особенно часто эти претензии относятся к пентодному режиму, а в целом характер звучания и пентодного, и ультралинейного режимов нередко сравнивают с транзисторными усилителями.

История

Радиолампы, как и другие электронные компоненты, имеют богатую историю, в ходе которой произошла заметная эволюция. Началось все в нулевых годах прошлого века, а закатом ламповой эры можно считать шестидесятые годы, когда свет увидела последняя фундаментальная разработка — миниатюрные радиолампы нувисторы, а транзисторы уже начали активно завоевывать рынок. Но из всей истории нас интересует лишь ключевые этапы, когда были созданы основные типы радиоламп и разработаны основные схемы их включения.

Первый в мире триод изобретателя Ли де Фореста, 1908 год
Первой разновидностью радиоламп, разработанной для создания усилителей, были триоды. Цифра 3 слышится в названии не случайно — именно столько активных выводов имеет триод. Принцип работы триода предельно прост. Между анодом и катодом лампы последовательно включаются источник питания и первичная обмотка выходного трансформатора (ко вторичной обмотке которого подключается акустика). Полезный сигнал подается на сетку лампы. При подаче напряжения в схему усилителя между катодом и анодом протекает поток электронов, а расположенная между ними сетка модулирует этот поток соответственно изменениям уровня входящего сигнала.

В ходе использования триодов в различных отраслях промышленности потребовалось улучшить их характеристики. Одной из таких характеристик была проходная емкость, величина которой ограничивала максимальную рабочую частоту лампы. В процессе решения этой проблемы появились тетроды — радиолампы, имеющие внутри не три, а четыре электрода. Четвертым стала экранирующая сетка, установленная между управляющей сеткой и анодом. Задачу повышения рабочей частоты это решало в полной мере, что вполне удовлетворило создателей технологии, разрабатывавших тетроды для того, чтобы радиостанции и радиоприемники работали в коротковолновом диапазоне, имеющим более высокие несущие частоты нежели средне- и длинноволновый.

Строение триода

С точки зрения качества воспроизведения звука тетрод не превзошел триод принципиально, поэтому другая группа ученых, озадаченная вопросами воспроизведения звуковых частот, усовершенствовала тетрод, используя, по сути, тот же подход — просто добавив в конструкцию лампы еще одну дополнительную сетку, располагающуюся между экранирующей сеткой и анодом. Это было необходимо для того, чтобы подавить динатронный эффект — обратную эмиссию электронов от анода к экранирующей сетке. Подключение дополнительной сетки к катоду препятствовало этому процессу, делая выходную характеристику лампы более линейной и повышая выходную мощность. Так появился новый тип ламп: пентод.

ЛАМПА!

Классы усиления — вполне логичный и понятный способ отличить одну типовую схему от другой. Однако, применительно к ламповой схемотехнике такого подхода оказалось недостаточно.

Как работают ламповые усилители, или Особенности теплого звука Статья

Усилители Теория и практика Cayin как работает усилитель

naumov 06 сентября 2021 в 09:10

20 5

Подборка подготовлена при поддержке , тестирование усилителей проходило в залах прослушивания салона

Усилители класса G — как они работают. Плюсы и минусы подхода

Класс работы усилительных каскадов не имеет ничего общего со степенью совершенства вашего усилителя. Потому именуются эти классы не привычными с советских времен терминами «высший», «первый» или «второй», а безликими литерами латинского алфавита. Что скрывается за ними? Давайте разбираться.

Класс, в котором работает каскад усиления, определяет принцип, на котором базируется схемотехническое решение этого каскада. В то время как конкретная реализация и используемые комплектующие будут серьезно влиять как на инструментальные параметры конкретной модели усилителя, так и, что более важно, на качество его звучания. Но, при этом, общие характерные особенности внутри класса будут сохраняться.

Сначала была буква A

Впервые принцип усиления электрического сигнала был запатентован компанией General Electric более ста лет назад, в далеком 1916 году. Для реализации этого принципа, в дальнейшем получившим название «класс A», достаточно одного усилительного элемента – транзистора или лампы. Понятно, что в то время транзисторов ещё не было, потому будем говорить о лампе, хотя ровно те же подходы реализуются и с использованием транзисторов. Итак, вакуумный триод имеет три элемента, заключенных в колбу с сильно разреженным газом – катод, анод и управляющая сетка. Если приложить напряжение к катоду и аноду, то между ними возникает поток электронов. Управляющая сетка располагается между этими электродами и, в зависимости от приложенного к ней потенциала, регулирует этот поток, подобно вентилю на водопроводной трубе. Чем выше приложенный к сетке потенциал – тем меньше электронов попадает от катода к аноду. Вплоть до полного прекращения потока – этот момент называется закрытием лампы. Подключив нагрузку, в качестве которой может выступать динамик или акустическая система, к аноду и катоду, и подав на управляющую сетку входной сигнал от источника, получаем простейший усилительный каскад, работающий в классе A.

Правда, здесь есть один нюанс – усилители звука работают с переменными сигналами звуковых частот, имеющими положительную и отрицательную составляющие. И если при прохождении положительной полуволны лампа будет корректно отрабатывать её форму на выходе, то когда подойдет очередь отрицательной полуволны – триод будет в закрытом состоянии, а на выходе будет гробовая тишина. Чтобы этого не происходило «нулевой» уровень входного сигнала смещают в середину рабочего диапазона лампы. Таким образом, обрабатывая положительную полуволну лампа открывается сильнее, а при работе с отрицательной полуволной триод начинает закрываться от средней точки, но не доходит до состояния полного закрытия. Именно это смещение обуславливает характерные особенности усилительных каскадов, работающих в классе A.

Неоспоримыми плюсом такого решения является то, что усилительный элемент всегда работает в середине своего рабочего диапазона, то есть, всегда готов незамедлительно реагировать на изменения входного напряжения. Кроме того, этот элемент в схеме работает автономно, то есть, отсутствует проблема тщательного подбора комплектующих для совместной работы.

Обратной стороной медали стал невысокий КПД таких каскадов, достигающий в лучших своих реализациях 25-30%. Дело в том, что при отсутствии сигнала на входе триод полуоткрыт и фактически расходует энергию впустую. Эта энергия (70 – 75%!) преобразуется в тепло, что, во-первых, заставляет реализовывать громоздкие системы охлаждения, а, во-вторых, ведет к ускоренному износу элементов схемы. Кроме того, каскад в классе A отлично работает на малых уровнях громкости, когда амплитуда выходного сигнала с запасом укладывается в рабочий диапазон триода. При увеличении громкости, по мере приближения амплитуды выходного сигнала к границам рабочего диапазона усилительного элемента, начинают расти искажения. Причем, при приближении к полностью открытому или полностью закрытому состоянию, искажения растут экспоненциально.

Сказал A – говори B

При разработке усилительных каскадов класса B решили обойтись без смещения, обуславливающего проблемы класса A – для обработки каждой полуволны входного сигнала предложили использовать разные усилительные элементы, включенные зеркально. Обе таких лампы или транзистора работают с нулевым смещением – пока один из пары обрабатывает свою полуволну, второй находится в полностью закрытом состоянии. Когда подходит очередь полуволны с обратным знаком, их роли меняются. Кроме очевидно большей энергоэффективности такого подхода (нет смещения, а значит при отсутствии полезного сигнала на входе оба элемента каскада находятся в закрытом состоянии и практически не потребляют энергию), на каждую полуволну входного сигнала приходится весь рабочий диапазон усилительного элемента. То есть, при использовании однотипных ламп или транзисторов можно получить существенно более высокую выходную мощность.

Но именно здесь кроется и самая большая проблема усилителей класса B, которая не позволила найти им широкое применение в аудио – дело в том, что переходные процессы из закрытого состояния усилительного элемента в открытое всегда требуют некоторого времени, что вызывает временные задержки. К сожалению, подобные искажения фатальным образом влияют на звук.

Класс AB – впрягаем коня и трепетную лань

Название этого класса отражает его суть – это гибридное решение, опирающееся на принципы усиления, реализованные в классах A и B, и призванное решить присущие этим классам проблемы. Прежде всего, нужно было избавиться от задержек, вызванных переходными процессами при работе усилительных элементов в классе B. Для этого оба транзистора были включены со смещением, что не позволило элементам в процессе работы полностью закрываться, а значит – устранило связанные с этим задержки. Но величина этого смещения была выбрана существенно меньшей, чем в классе A. Кроме того, введение такого смещения позволило на малых уровнях сигнала (определяемых величиной выбранного смещения) усилительному каскаду работать в чистом классе A, а в класс AB переходить только по мере роста выходной мощности.

По энергоэффективности класс AB гораздо ближе к классу B, хотя и уступает ему. Тем не менее, КПД лучших реализаций усилителей, работающих в классе AB, может достигать 70-75%. При этом, класс AB способен обеспечить ощутимо большую выходную мощность, чем каскады, работающие в классе A, практически не уступая им по качеству звучания на малых уровнях громкости, но сильно опережая по качеству звучания на тихой музыке усилители класса B.

Класс G – эволюция класса AB

При разработке класса G инженеры успешно решили задачу дальнейшего повышения энергоэффективности усилительных каскадов, работающих в классе AB. То есть, класс G по сути стал эволюционным развитием класса AB с большим КПД, что позволило делать усилители компактнее и легче.

Принцип, заложенный в усилители класса G, использует неравномерность уровня музыкального сигнала. Зачастую, большую часть времени музыка звучит на средних и низких уровнях громкости, для которых не требуется большая выходная мощность. Появилась идея использования для усилительных каскадов не одной, а нескольких шин питания разной мощности, которые бы переключались в зависимости от уровня входного сигнала. То есть, фактически речь идет о реализации следящего питания. Впервые подобные решения разработал инженер NASA Мануэль Крамер в далеком 1964 году, а уже в 1977 году японская корпорация Hitachi поставила на конвейер усилители, базирующиеся на этом принципе.

При этом, схемотехника самих каскадов усиления повторяет принципы, заложенные в классе AB. Более того, подобно тому, как на малых уровнях громкости усилители класса AB работают в чистом классе A, так и усилители класса G работают с тихими сигналами как усилители класса AB. Отличие состоит в блоке питания, способном не только формировать несколько шин разной мощности, но и переключать их в зависимости от уровня входного сигнала. Таким образом, усилитель обеспечивает повышенную выходную мощность только в те моменты, когда это действительно необходимо. Причем, таких ступеней управления питанием (и мощностью) может быть несколько. Учитывая, что энергичные всплески в музыкальных произведениях происходят сравнительно редко, в среднем усилитель большее время работает на малой мощности.

Вывод:

Усилители класса G обеспечивают лучшую энергоэффективность, сохраняя классические принципы усиления, реализованные в классе AB. Да, усилительные модули, работающие в классе D, ещё более эффективны в этом отношении, но если вам по каким-то причинам они не подходят (к примеру, привычнее характер звучания классических каскадов усиления), то на аппараты, базирующиеся на классе G, стоит обратить самое пристальное внимание.

Денис Репин

7 сентября 2021 года

Редакция Hi-Fi.ru

Теги: усилитель, усилитель мощности, класс G

что такое классификация электронных устройств

Что такое классы усилителей и для чего их нужно знать? Когда вы будете покупать AV-ресивер или усилитель мощности, вы неизбежно встретите буквы, обозначающие тип используемого усилителя. Раньше существовало всего пара различных типов классов аудио усилителей, и один из них был чрезвычайно редким.

Но теперь на рынок вышло еще несколько классов, поэтому есть некоторые вещи, которые полезно знать в отношении классов усилителей и различные типы усилителей, используемых в современном оборудовании для домашнего кинотеатра.

Не вдаваясь в подробности, класс усилителя — это краткое описание того, как усилитель обрабатывает входной сигнал на пути к выходному каскаду усилителя. Принцип работы усилителя таков: он принимает сигнал с линейного входа и преобразует его в то, что может управлять громкоговорителем. Кстати, это «быстрое» и простое определение усилителя в целом. Я сразу перейду к конкретным примерам, потому что статья именно об этом.

Есть множество классов усилителей, но пять категорий действительно приходят на ум как наиболее распространенные. Это класс A, класс B, класс AB, класс G и H и класс D.

Усилители класса А

Аппараты класса А я обычно называю «постоянно включенными» усилителями. Такие УМЗЧ наименее эффективны, это означает, что они используют наибольшую мощность для выполнения своих задач. Они еще известны как «линейные» усилители, которые принимают входное напряжение и постоянно управляют транзисторами на протяжении прохождения всей формы волны сигнала.

Такой принцип работы воспроизводит весь сигнал в том виде, в котором он был получен на входе. Преимущество усилителей класса А состоит в том, что они обладают потенциалом для превосходного воспроизведения звука, но за счет потребляемой энергии и большого количества выделяемого тепла.

Усилители класса A сильно нагреваются (буквально на ощупь) и потребляют много энергии вне зависимости от того, работают они на воспроизведение звука или нет. В нем отсутствуют какие-либо режимы ожидания или энергосбережения. Положительной отличительной чертой усилителей «А» класса, это высокая точность воспроизведения и низкие искажения.

Аппараты такого типа хвалят за их качество звука и недооценивают их неэффективность, которое обычно составляет около 20% КПД. Это означает, что на каждые 20 ватт он выдает примерно 80-100 ватт тепла! Устройству этого класса требуется хорошая вентиляция со всех сторон, чтобы не перегреться.

Плюсы: очень точное воспроизведение звука.
Минусы: энергозатраты, перегревается, неэффективен.

Усилители класса B

Усилитель класса B отличается от усилителя класса A тем, что каждая половина формы волны (положительная и отрицательная) обрабатывается разными цепями. Это означает, что транзисторы включаются и выключаются в зависимости от того, какую часть сигнала они принимают. Для этого усилителю класса B также необходимы (как минимум) два выходных устройства (транзисторы и т.д.) на канал.
Каждое устройство вывода усиливает половину сигнала, и ни одно устройство вывода никогда не включается одновременно.

Из-за характера работы этих усилителей и того факта, что каждый набор выходных устройств может оставаться выключенным в течение 50% времени, они работают меньше. Однако качество звука может пострадать, поскольку вся форма волны не воспроизводится полностью за один раз. Поскольку сигнал разделяется на положительную и отрицательную формы волны, существует вероятность искажения, когда сигнал достигает точки, в которой он пересекается.

Классы усилителей, и в частности усилители класса B, из-за своей особенности в работе, также известны как «двухтактные» усилители. При желании вы можете самостоятельно изготовить усилитель класса B за небольшие деньги, поскольку в выходном каскаде можно использовать компоненты не высокого качества, потому как они не несут основной ответственности за полную нагрузку по усилению аудио сигнала.

Плюсы: более эффективная работа, чем у класса A
Минусы: пониженное качество звука, более высокие искажения.

Усилители класса AB

Усилитель класса AB — это комбинация обоих предыдущих классов, и он действительно сочетает в себе все лучшее из обоих аппаратов. Он поддерживает качество звука усилителя класса A, но стремится к эффективности усилителя класса B. Такое преимущество достигается за счет работы в режиме класса A при низких уровнях выходного сигнала. Поток напряжения, который течет в выходном каскаде (выходное смещение), также сохраняется немного дольше, так что двухтактный эффект сводит к минимуму любые искажения в точке, где форма волны переключается с положительного на отрицательный и обратно.

Это также делает усилитель «быстрее» и помогает каждой части процесса. Усилители класса AB практически устраняют нелинейные проблемы усилителей класса B, и они повышают эффективность до уровня класса B или выше (обычно около 50%). Однако, устройства такого типа, также значительно нагреваются, но это ничто по сравнению с усилителем класса А. Усилители класса AB — самая распространенная категория усилителей для домашних кинотеатров и даже автомобильных стерео систем.

Плюсы: более эффективная работа, чем у класса A, потенциал для высокого качества звука.
Минусы: пуристы стерео по-прежнему будут нуждаться в усилителе класса А.

Усилители класса G и усилители класса H

Усилитель класса G или класса H — это, по сути, усилитель класса AB на стероидах. И здесь мы начинаем говорить о шинах напряжения. Шина напряжения — это величина напряжения, допустимого или производимого источником питания. Обычно это что-то «установленное». Усилитель класса G — устройство, которое осознает необходимость дополнительной мощности для обеспечения сигнала.

Когда пики выходного сигнала превышают основную шину напряжения, усилитель переключает выходной аудиосигнал на вторичную шину с более высоким напряжением и управляет нагрузкой. Это позволяет усилителям класса G работать с более высоким КПД класса AB, но также обеспечивает при необходимости большие пики без необходимости поднимать шину напряжения по всей плате.

Усилитель класса H очень похож, но он контролирует напряжение на входе и при необходимости регулирует напряжение шины питания, позволяя обрабатывать пиковые значения.

Плюсы: изысканное качество в сочетании с эффективностью.
Минусы: трудно справиться с задачей.

Усилители класса D

Прежде всего: усилители класса D не обязательно являются цифровыми усилителями, хотя их иногда называют таковыми, поэтому лучше отказаться от этой терминологии, чтобы избежать путаницы. Основная привлекательность усилителей класса D — это эффективность. Другое название усилителя класса D — «переключающий» усилитель из-за того, что они быстро переключают выходные устройства, по крайней мере, дважды за цикл (форму волны).

Поскольку мы говорим о звуковых частотах (до 20 кГц), это может означать, что они могут включать и выключать преобразованный входной сигнал миллионы раз в секунду. В зависимости от конструкции, усилители класса D обычно имеют КПД 80% или более. Что вызывает сложность с классом D, так это такие вещи, как искажения и поддержание качества звука.

Из-за того, как работает усилитель класса D, выходной каскад прямо пропорционален (обычно в десять или более раз) этим мгновенным импульсам входного сигнала, но выходные импульсы включают гармонические искажения, которые необходимо фильтровать. Результирующий сигнал представляет собой усиленную версию входного сигнала.

Поэтому усилители класса D наиболее популярны, когда усиливаемые частоты намного ниже частоты коммутации. Вот почему класс D является основным выбором для сабвуферных усилителей. Тем не менее, лучшие фильтры и лучшие методы приводят к тому, что класс D обеспечивает более высокое качество, и, следовательно, они становятся все более популярными в настольных системах и даже в некоторых ресиверах и усилителях домашнего кинотеатра.

Усилители класса D могут иметь аналоговое или цифровое управление, но результат всегда аналоговый.

Плюсы: Высокоэффективный, основа конструкции усилителей для сабвуфера, недавние улучшения качества.
Минусы: высокие гармонические искажения на частоте переключения.

Классы усилителей — завершение

Во всяком случае, простое устранение некоторой путаницы было бы отличным результатом написания этой статьи. Очевидно, что усилители класса А остаются фаворитом аудиофилов — и не зря. Только не смотрите, как показывает ваш измеритель мощности, и не подсчитывайте, сколько вам стоит этот усилитель, пока он включен!

Класс AB, несомненно, является наиболее распространенным усилителем, используемым в домашнем кинотеатре, но новые технологии, такие как классы G и H, позволяют создавать привлекательные конструкции. Класс D всегда был отличным выбором для усилителей сабвуфера, но теперь я все больше перехожу от скептицизма к изумлению перед более совершенными конструкциями домашних кинотеатров.

Недорогой усилитель класса D, вероятно, будет ужасно звучать в домашнем кинотеатре или настольных аудио приложениях, но лидеры отрасли, первопроходцы новой технологии класса D (например, модели ICEpower от Bang & Olufsen, хотите верьте, хотите нет) дают классу D совершенно новую репутацию.

Какой класс усилителя лучше? Чем технология усилителей класса D отличается от технологий класса A и AB

Я принадлежу к культуре прекрасного изображения и звука, и мне нравится распространять информацию.

Я с детства возился с электроникой, начиная с разборки и сборки телевизоров и радиоприемников. Я всегда снова собирал их вместе и работал. Подростком я прошел курсы радио и электроники и стал радиолюбителем. Я работал в школьной постановочной бригаде, управляя звуком, светом и кинопроектором. После колледжа я присоединился к рок-н-ролльной группе в качестве звукорежиссера и научился таскать с собой и управлять оборудованием, благодаря которому музыка звучит хорошо и громко.

Работая в музыкальном магазине в Остине, штат Техас, я несколько лет занимался производством, установкой, ремонтом и эксплуатацией звуковых систем. Нашими клиентами были студии звукозаписи, ночные клубы и гастролирующие группы. В конце концов я вернулся в Шарлоттсвилль, штат Вирджиния, и открыл небольшую студию звукозаписи. В 2006 году я, наконец, пришел в себя и устроился на эту работу в Crutchfield. На самом деле они платят мне за то, чтобы я болтал, разглагольствовал и объяснял, что мне нравится в музыке, электронике и хорошем звуке.

Учитывая мой опыт, меня заставили писать о некоторых из самых сложных электронных продуктов, которые продает Кратчфилд: автомобильные усилители, процессоры цифровых сигналов, электропроводка, профессиональные звуковые микшеры и акустические системы.

Подробнее о Buck

Начал работу в компании Crutchfield в 2006 г.
Прошел тщательное обучение внутренних консультантов, изучив все тонкости различных продуктов
Разработал и организовал электрические схемы сабвуферов Crutchfield
Получает актуальную информацию, посещая тренинги для поставщиков по новым продуктам
Получение сертификата MECP (сертифицированный профессионал в области мобильной электроники)
Автор десятков статей о Crutchfield и сотен презентаций продуктов, в основном посвященных автомобильным аудиоусилителям и профессиональному аудиооборудованию
Отвечает на многие вопросы клиентов, размещенные в комментариях к его статьям
Звукорежиссер на пенсии с многолетним опытом создания хорошего звука для других людей
С 1999 по 2018 год также работал оператором видеокамеры на футбольных и баскетбольных матчах Университета Вирджинии.
Лучшие 4-канальные автомобильные усилители 2022 года
Лучшие монофонические усилители 2022 года
Лучшие многоканальные автомобильные усилители 2022 года
Схемы подключения сабвуфера
Esquemas de cableado para subwoofers
Что такое класс усилителя? То, как усилитель сочетает мощность и сигнал , определяет его класс. Какой класс лучше, зависит от ваших потребностей:
- Конструкция класса А наименее эффективна, но обеспечивает высочайшее качество звука.
- Конструкция класса B немного более эффективна, но полна искажений.
- Конструкция класса AB обеспечивает энергоэффективность и хороший звук.
- Конструкция класса D отличается высочайшей эффективностью и минимальной занимаемой площадью. Это современное чудо усиления звука.
И обязательно посмотрите наше видео ниже.
Ниже мы используем несколько ссылок на автомобильные аудиосистемы, но принципы проектирования усилителей одинаковы для всех аудиоусилителей — автомобильных, домашних и переносных устройств.
Основы работы с усилителем
Как правило, автомобильный усилитель работает за счет преобразования 12-вольтового постоянного тока, поступающего в усилитель, в переменный ток и повышения напряжения с помощью трансформатора. Затем он объединяет эту мощность высокого напряжения с аудиосигналом, поступающим из стереосистемы, чтобы создать выходную версию слабого входного сигнала с высоким напряжением и высоким током.
Усилитель класса представляет собой систему для объединения мощности и сигнала. Класс усилителя отличается от усилителя к усилителю, а эффективность и качество звука зависят от используемой конструкции. Во всех конструкциях группы выходных транзисторов, каждая из которых представляет собой небольшой усилитель, добавляют свою общую мощность вместе, чтобы обеспечить конечный выходной сигнал усилителя.
Внутри Rockford Fosgate T500-1bdCP показаны трансформатор (катушка красного и зеленого проводов) и выходные транзисторы (черные прямоугольники, приклеенные к радиатору белой термопастой).
Тепло — враг
Усилители всегда производят меньше энергии, чем потребляют. Эффективность усилителя — это отношение того, что он выдает, к тому, что он потребляет от электрической системы. Ни один усилитель не эффективен на 100%, выдавая именно то, что потребляет, и усилитель не может выдавать больше мощности, чем потребляет. Энергия, которая не доходит до выходных клемм, является потраченной впустую энергией, которая превращается в тепло. Слишком большое количество тепла разрушит выходной сигнал усилителя и его внутренние компоненты.
Различные классы усилителей выделяют разное количество тепла. См. описание каждого класса ниже.
Посмотреть видео классов усилителей
Классы усилителей — в чем разница?
Усилитель можно сконструировать по-разному, но тепло — враг. Понятно. Теперь давайте поговорим о различных классах дизайна усилителей.
Усилители класса А — источник тепла высокой точности
Выходные транзисторы усилителя класса А работают с «постоянным смещением», то есть они всегда работают на полную мощность независимо от наличия входного сигнала или его отсутствия. При отсутствии сигнала мощность транзисторов превращается в тепло. Когда есть сигнал, питание отключается от клемм динамика. Кроме того, каждый выходной транзистор класса A усиливает как отрицательную, так и положительную часть напряжения переменного тока сигнала, увеличивая рабочую нагрузку и выделяя больше тепла. Усилители класса А обычно работают с КПД около 25%. Это означает, что 75% их энергии превращается в тепло.
Усилитель высочайшего качества Класс
Поскольку каждый транзистор выходного каскада всегда включен, отсутствуют циклы включения, выключения, прогрева или охлаждения, влияющие на прохождение сигнала. Фактически, в этих условиях транзисторы работают наиболее линейно, без искажений. И поскольку переключения не происходит, нет и наведенных высокочастотных помех. Усилители чистого класса А редки, дороги и никогда не используются в автомобильной аудиосистеме. Иногда вы найдете их в домашнем аудио и гитарных усилителях.
Усилители класса B — двухтранзисторное решение
Усилители класса B облегчают работу каждого выходного каскада, заменяя один транзистор двумя транзисторами, установленными в так называемой «двухтактной» схеме. Один транзистор усиливает части отрицательного напряжения сигнала переменного тока, а другой заботится о положительном напряжении, а затем они объединяются в единый выход. Каждый транзистор включен половину времени и выключен другую половину.
Эффективность с низкой точностью воспроизведения
Усилители класса B намного более эффективны, чем усилители класса A — примерно на 50% — но создают искажения при включении и выключении двух транзисторов. Это «кроссоверное искажение» настолько плохо, что очень немногие производители предлагают или производят усилители чисто класса B.
Усилители класса AB — более высокая точность воспроизведения
и эффективность
Каждая из двухтактных пар выходных транзисторов усилителя класса AB открыта более половины времени, и они также не включаются и не выключаются внезапно. Это придает усилителю характеристики усилителя класса А, когда сигнал маломощный и проходит через оба транзистора, и усилителя класса В, когда мощность высока. Для каждого усилителя существует оптимальный ток смещения, т. е. время, в течение которого оба транзистора пропускают ток, что сводит к минимуму перекрестные искажения конструкции класса B.
Усилители класса AB повсюду
Результатом такой конструкции является то, что усилители класса AB имеют гораздо более высокий КПД, чем усилители класса A, примерно до 60%, и намного меньше искажений, чем усилители класса B. Большинство усилителей для домашних кинотеатров и стереосистем, а также многие автомобильные усилители относятся к классу AB.
До недавнего времени использование усилителя AB было единственным практичным выбором для достижения высококачественного полнодиапазонного усиления, но сейчас создаются усилители класса D, обладающие такой же точностью. (Однако класс A по-прежнему является победителем по точности.)
Усилители класса D — популярные короли эффективности
Усилители класса D работают уникальным образом. Бортовая схема создает очень высокочастотные (часто более 100 кГц) импульсы постоянного тока. Затем ширина каждого импульса изменяется входным сигналом — чем шире импульс, тем громче сигнал. Это называется широтно-импульсной модуляцией или ШИМ. Эти импульсы постоянного тока проходят через усилительные выходные транзисторы, создавая выходную мощность высокой мощности. Поскольку они получают импульсы постоянного тока, а не аналоговые сигналы, транзисторы, также называемые полевыми МОП-транзисторами, либо работают на полную мощность, либо выключены без питания. Это самый эффективный способ запуска этих транзисторов — целых 90% эффективности в некоторых случаях.
Эффективно… и плавно
После усиления фильтр нижних частот сглаживает выходной сигнал, поэтому усилитель выдает не импульсы мощности, а непрерывный аналоговый выходной сигнал. Он также устраняет помехи, создаваемые этими высокочастотными импульсами постоянного тока.
D не означает цифровой
Хотя создание сигнала путем быстрого включения и выключения транзисторов напоминает цифровую обработку с использованием нулей и единиц, усилители класса D не являются цифровыми устройствами. Некоторые из них могут иметь цифровые схемы управления, но схемы усилителей будут строго аналоговыми.
Класс D стал лучшим выбором
Когда они впервые появились на рынке, усилители класса D использовались только для баса из-за большого количества шума, который они создавали. Но это определенно изменилось за эти годы.
Современные усилители класса D популярны, потому что они меньше, легче и меньше нагреваются, чем усилители других классов с такой же мощностью. Это большие преимущества, когда вам нужно установить усилитель в транспортное средство или возить его с собой на концерты. Вы даже найдете усилители класса D в высококачественном домашнем аудиооборудовании, где они настроены на невероятное воспроизведение звука.
Небольшой размер, очень мало тепла и много энергии. Класс D — это место действия.
Другие классы усилителей
Существуют и другие технологии, используемые в выходных каскадах усилителей, обычно усовершенствования конструкции класса AB, такие как Class G, Class H, Rockford Fosgate Boosted Rail и Alpine Dynamic Peak Power. Обычно они различными способами манипулируют собственным источником питания усилителя, чтобы более эффективно добавлять мощность по запросу. Гибридные комбинации всех этих технологий можно найти во многих усилителях, выпускаемых сегодня.
Два усилителя 50 Вт RMS x 4: Alpine KTA-450 класса D (слева) и Rockford Fosgate 50×4 класса AB (справа). И это веб-редактор Car A/V Роберт Ф.В. поделился своим опытом.
Запутались и ищете усилитель? Позвоните нам.
В современных автомобильных усилителях вы, вероятно, не услышите различий между усилителями разных классов, особенно во время вождения. Но полезно знать, в чем заключаются эти различия, чтобы вы могли принять обоснованное решение о том, какой усилитель подойдет вам лучше всего.
Ознакомьтесь со всем ассортиментом автомобильных усилителей Crutchfield. Оказавшись там, вы можете сузить свой фокус, отфильтровав выбор для каждого класса усилителя. А если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна помощь, свяжитесь с нашими экспертами-консультантами по телефону или в чате.
В чем разница между усилителями класса A, AB и класса D — Ooberpad
В чем разница между усилителями класса A, AB и класса D — Ooberpad
Делиться:
28 февраля 2022 г. Мани Сирохи
То, как усилитель сочетает мощность и сигнал, определяет его класс. Двигаясь дальше, вам интересно, что означают такие термины, как Class A, AB, G/H или Class D в аудиоусилителях?
Кроме того, в чем разница между усилителями классов A, AB и D?
В этом блоге мы рассмотрим различные классы усилителей, подробно расскажем об их сильных и слабых сторонах, а также об отличиях технологий, чтобы помочь вам принять более взвешенное решение о покупке.
Каждый класс приносит что-то уникальное
Во-первых, это не системы классификации для оценки качества усилителя, а точное описание топологии усилителя. Каждый класс привносит что-то уникальное в таблицу, но цель всегда одна и та же: усиление входного сигнала без внесения искажений.
Класс усилителя объединяет мощность и сигнал
Класс усилителя отличается от усилителя эффективностью и точностью звука в зависимости от используемой конструкции. Во всех конструкциях группы выходных транзисторов, каждая из которых представляет собой небольшой усилитель, добавляют свою общую мощность вместе, чтобы обеспечить конечный выходной сигнал усилителя.
Важно помнить, что разные классы усилителей выделяют разное количество тепла. Слишком сильный нагрев может повредить выходной сигнал усилителя и его внутренние компоненты.
Подробнее о классе усилителя
- Усилители класса А
Это класс усилителей высокой точности воспроизведения. Выходные транзисторы усилителя класса А работают на полную мощность независимо от того, есть входной сигнал или нет. При отсутствии сигнала мощность транзисторов превращается в тепло. Когда есть сигнал, питание отключается от клемм динамика.
Кроме того, каждый выходной транзистор класса A усиливает части отрицательного и положительного напряжения сигнала переменного тока, увеличивая рабочую нагрузку и нагреваясь. Усилители класса А работают с КПД 25%, а остальные 75% их мощности превращаются в тепло.
Нет циклов включения, выключения, нагрева или охлаждения, которые могли бы повлиять на прохождение сигнала. В этом классе вы получаете звук без искажений. Кроме того, не происходит переключения, то есть нет наведенных высокочастотных помех. Усилители чистого класса А редки и дороги.
- Усилители класса B
Они облегчают нагрузку на каждый выходной каскад, заменяя там один транзистор двумя транзисторами, установленными по схеме, обычно называемой «двухтактной». Из двух транзисторов один из них усиливает части отрицательного напряжения сигнала переменного тока, а другой управляет положительным напряжением.
Оба объединяются в единый продукт. Усилители класса B более эффективны с низкой точностью воспроизведения, но производят гораздо больше искажений.
- Усилители класса AB
Эти усилители обеспечивают более высокую точность и эффективность. Каждая из двухтактных пар выходных транзисторов в усилителе класса AB работает более половины времени, и они не включаются и не выключаются резко. Для каждого усилителя существует оптимальный ток смещения, который снижает кроссоверные искажения конструкции класса B.
Усилители класса AB имеют гораздо более высокий КПД, чем усилители класса A, до 60% и меньше искажений, чем усилители класса B. Усилители класса AB — это практичный и удачный выбор для домашнего кинотеатра и стереофонических усилителей.
- Усилители класса D
Усилители класса D не являются цифровыми устройствами. Большинство схем усилителя будут строго аналоговыми. Они наносят удар с почти 90-процентной эффективностью. Бортовая схема создает очень высокочастотные (часто более 100 кГц) импульсы постоянного тока. ИТ оснащен широтно-импульсной модуляцией или ШИМ.
Эти импульсы постоянного тока проходят через усилительные выходные транзисторы, что приводит к высокому выходному сигналу. Это самый эффективный способ запуска этих транзисторов — целых 90% эффективности в некоторых случаях. Однако большинство аудиофилов не будут использовать усилители класса D в своих системах, заявив о необходимости фильтрации генерируемых искажений.
Они обеспечивают повышенную эффективность по сравнению с усилителями класса AB. Они функционируют на участке электропитания. Для высокой выходной мощности требуется высоковольтный источник питания. Класс G использует более одной стабильной шины питания. В то время как класс H на ступеньку выше класса G, поскольку он постоянно меняет напряжение питания в любое время.
Однако они оба требуют значительно более сложных источников питания, что приводит к более высокой стоимости реализации этих функций.
Ключи на вынос
Конструкция класса А
наименее эффективна, но обеспечивает высочайшее качество звука.

Конструкция
класса B немного эффективнее, но имеет много искажений.

Конструкция
класса AB сочетает в себе энергоэффективность и превосходный звук.

Конструкция
класса D обеспечивает высочайшую эффективность, но не столь точное воспроизведение.

Надеюсь, этот блог был вам полезен, и, получив информацию об этих различиях, вы сможете сузить свое внимание и принять обоснованное решение о том, какой из них выбрать. А если у вас есть какие-либо вопросы или вам нужна помощь, свяжитесь с нашими экспертами в Ooberpad.

Поданный в: #Класс усилителя, #усилители, #Класс А, АБ, Класс DУсилители

Делиться:

Классы усилителей мощности

Эллиот Саунд Продактс

Классы усилителей

Основной индекс

Указатель статей

Классы усилителей

В Сети уже есть много статей, освещающих эту тему, некоторые довольно хорошо (но часто без достаточной информации), некоторые плохо, а некоторые в значительной степени ошибочны. Обычно неверны не описания, а комментарии о предполагаемом качестве звука. Например, некоторые усилители класса А действительно очень хороши, а другие ужасны. Не только класс работы делает усилитель хорошим, плохим или безразличным, но и то, как спроектирована схема и сколько усилий было затрачено на минимизацию проблем. Многие производители «бутиковых» усилителей будут делать нелепые заявления о выбранной ими топологии, но рекламная шумиха не является фактом, и ее следует игнорировать.

Многие усилители класса AB намного лучше, чем подавляющее большинство усилителей класса A, несмотря на то, что они гораздо более эффективны и лишены авторитета, чтобы называться «классом A». Есть также некоторые неясные классы, некоторые из которых не определены, а другие можно использовать только с (некоторыми) радиочастотными сигналами. Есть и другие, для которых нет «официального» определения, поэтому часто возникает путаница в отношении того, является ли усилитель одним или другим (класс G и класс H являются основными примерами этого).

Классы усилителей, которые используются исключительно с радиочастотами, здесь не рассматриваются, только классы, непосредственно связанные со звуком.

Хотя класс C обычно считается чисто радиочастотной техникой, он (по крайней мере, технически, и если довести его до предела обычных определений) использовался Quad в их усилителях с «демпингом тока». Проводимость выходного транзистора была , а не на 180°, как требуется для класса B. Разница действительно академическая, поэтому выходной каскад можно так же легко назвать классом B, потому что угол проводимости действительно очень близок к полным 180° для каждого устройства при нормальной работе. Тщательный анализ системы Quad показывает, что она в значительной степени ведет себя как более «традиционный» усилитель, но с неожиданно низкими искажениями, особенно с учетом относительно плохих мощных транзисторов, доступных в то время.

Усилители всех классов (кроме класса D) могут быть изготовлены с использованием биполярных транзисторов, полевых МОП-транзисторов или ламп (вакуумных ламп). При использовании в линейной схеме полевые МОП-транзисторы должны быть «боковыми» типами, которые имеют более низкий коэффициент усиления, но являются более линейными, чем «вертикальные» МОП-транзисторы (наиболее распространенные типы обычно известны как «МОП-транзисторы» из-за их внутренней структуры). Эти типы предназначены для переключения приложений, и даже производители не рекомендуют их для линейного использования. МОП-транзисторы и другие типы переключения не являются линейными. Хотя это возможно сделать линейные усилители с использованием МОП-транзисторных транзисторов, необходимо тщательное согласование устройств, и есть несколько интересных ловушек, которые подстерегают неосторожных. Естественно, вертикальные МОП-транзисторы идеально подходят для усилителей класса D, где они используются исключительно.

также могут быть гибридными, что означает, что они используют комбинацию ламп, транзисторов и/или полевых МОП-транзисторов. Когда мы говорим о гибридных усилителях, обычно подразумевают комбинацию ламп и полупроводников. Гибридные усилители могут быть любого класса, но чаще всего это класс A или класс AB. Хотя нет никакой реальной причины, по которой ламповый передний конец нельзя использовать с усилителем класса D, это довольно маловероятная комбинация и не служит никакой полезной цели. Есть много комбинаций, которые не служат никакой полезной цели, но это не мешает рекламным людям превозносить их (предполагаемые) достоинства.

В усилителях, в которых для коррекции и повышения линейности не используется отрицательная обратная связь, создаваемые искажения будут влиять на звук. Создаются продукты гармонических и интермодуляционных искажений, которые могут серьезно снизить производительность усилителя. Это применимо независимо от усилительного устройства, класса эксплуатации или топологии. Несмотря на утверждения некоторых, отрицательная обратная связь не является злом, и правильно примененная в грамотно спроектированном усилителе с использованием любого из доступных устройств (лампового, транзисторного или полевого МОП-транзистора) она почти всегда улучшит качество звука в целом. Очень немногие усилители без отрицательной обратной связи можно квалифицировать как Hi-Fi. Есть исключения, но дополнительная сложность такова, что общей выгоды мало или совсем нет.

Резюме

Класс A Устройство(а) вывода для полного звукового цикла (360°)
Класс B Выходные устройства проводят для 180° входного цикла
Класс AB Выходные устройства проводят более 180°, но менее 360° входного цикла
Класс-C Устройство(а) вывода проводят менее 180° входного цикла (только RF)
Класс-E, F Подклассы Класса-C, только RF
Класс D Устройства вывода переключаются с высокой частотой и используют методы ШИМ (широтно-импульсной модуляции)
Class-G Используйте переключаемые шины питания с усилителями, обычно имеющими несколько шин питания
Class-H Используйте модулированные шины питания, в которых напряжение питания поддерживается на уровне, несколько превышающем требуемое для подаваемой мощности
Class-I Запатентованный вариант Class-D (похоже, официально не признанный)
Class-T Еще один фирменный усилитель класса, а также вариант Class-D (официально тоже не признается)
BTL Мостовая нагрузка. Не класс эксплуатации, но иногда таковым считается. Может применяться к усилителю любого класса .

Выше приведено очень общее описание различных классов усилителей, и все классы (не связанные с ВЧ) рассматриваются ниже. Обратите внимание, что классы G и H страдают от большой путаницы, поскольку термины часто используются как взаимозаменяемые. Это совершенно разные техники, и к ним следует относиться соответственно. Похоже, никто не предпринимал никаких усилий для их классификации, несмотря на их популярность, особенно для мощных приложений громкой связи (звукоусиления).

Новой (и тревожной) тенденцией многих производителей усилителей (и особенно интегральных схем класса D) является определение выходной мощности при 10% искажений. Единственная причина сделать это — раздуть фигуру. Усилитель, который может выдавать 120 Вт с искажениями менее 1%, будет производить более 160 Вт при 10%, но такое количество искажений недопустимо. По причинам, которые ускользают от меня, единственное, что имеет значение, — это сила. Аудио , а не , все дело в мощности, речь идет о точном воспроизведении музыки. Многие люди обнаружат (если они когда-либо измеряли), что их системы выдают менее 20 Вт на канал с обычным программным материалом при реалистичных уровнях звука — усилитель мощностью 20 Вт может давать пики почти в 100 дБ (при достаточно низкой эффективности 85 дБ/Вт/м). ). Средняя мощность, скорее всего, будет не более 1 Вт.

Класс А

Термин «Класс-А» означает, что усилительное устройство (транзистор, полевой МОП-транзистор или вентиль) работает в течение всего аудиоцикла (360°). Он не выключается при любом выходном напряжении или токе ниже ограничения, где в противном случае выходное напряжение превысило бы напряжение питания. Поскольку устройство не может оставаться линейным, если усилительное устройство выключено или полностью проводит ток, выходной уровень должен быть достаточно низким, чтобы гарантировать, что ни один из крайних значений не будет достигнут. В случае усилителей, использующих выходной трансформатор или катушку индуктивности, верхний предел фактически удваивает напряжение питания, поскольку индуктивный элемент добавляет дополнительное напряжение, которое в противном случае было бы недоступно. Обратите внимание, что схема смещения не показана на рисунке ниже. Постоянный ток, протекающий в катушке индуктивности или обмотке трансформатора, вызывает дополнительные проблемы, и они связаны с некоторыми проблемами, с которыми сталкиваются несимметричные конструкции.

По определению все несимметричные аудиоусилители относятся к классу А. Они могут использовать катушки индуктивности, трансформаторы, резисторы, активные источники тока, сам громкоговоритель (плохая идея) или даже лампочку в качестве источника тока. Для всех усилителей класса А ток усилителя должен быть немного больше, чем пиковый выходной ток. Например, если нагрузка (громкоговоритель) может потреблять до 4 ампер, для усилительного устройства требуется ток покоя (без сигнала) чуть более 4 А. Когда громкоговоритель используется в качестве «источника тока», выходная мощность будет ограничена несколькими милливаттами, поскольку в звуковой катушке протекает постоянный ток.

Рис. 1. Выходные каскады с односторонним дросселем и трансформатором

Обратите внимание, что в двух показанных примерах напряжение на усилительном устройстве приближается к удвоенному напряжению питания. Хотя это может показаться маловероятным, это вполне нормально и связано с запасенной энергией в катушке индуктивности/трансформаторе. Он добавляется и высвобождается под управлением транзистора или лампы. Постоянный ток, протекающий через индуктивный элемент, должен быть как минимум таким же, как пиковый ток, требуемый нагрузкой громкоговорителя (но уменьшенный из-за действия трансформатора в примере с лампой).

Без обратной связи выходной импеданс усилителей класса А как с трансформатором, так и с катушкой индуктивности, как правило, выше, чем обычно, и это может также относиться к другим конструкциям, в которых обратная связь устранена или сведена к минимуму. Там, где используются трансформаторы или катушки индуктивности, величина обратной связи, которую можно использовать, обычно весьма скромна из-за высокочастотного фазового сдвига в индуктивной составляющей. Повышенный выходной импеданс вызывает окрашивание в большинстве динамиков, особенно увеличение видимых басов и экстремальных высоких частот. это , а не из-за класса А, это происходит с любым усилителем любого класса, если выходное сопротивление больше (близко) к нулю. Большинство усилителей рассчитаны на выходное сопротивление менее 100 мОм (0,1 Ом), но конструкции с «низкой» и «нулевой» обратной связью могут иметь выходное сопротивление до нескольких Ом. Акустические системы неизменно разрабатываются для усилителей с очень низким выходным сопротивлением.

могут быть однотактными, как показано выше, или двухтактными. Однотактный ламповый усилитель класса A популярен в некоторых кругах как так называемый SET (однотактный триодный) усилитель, как показано на рис. 1. Несмотря на то, что они относятся к классу A, эти усилители обычно имеют низкую мощность (как и ожидалось) и часто высокие искажения. Это искажение (как простое гармоническое, так и интермодуляционное) происходит из-за основной нелинейности всех ламп, а также частично из-за выходного трансформатора. Двухтактный режим улучшает ситуацию и более подробно описан ниже.

Существуют также однотактные транзисторные (или MOSFET) усилители. Те, у которых была индукторная нагрузка, раньше были обычным явлением в ранних автомобильных радиоприемниках на транзисторах (почти всегда с использованием германиевого транзистора PNP), но сегодня они очень редки. Примерами более традиционных однотактных усилителей (по сегодняшним меркам) являются Zen (от Nelson Pass) и «Death of Zen» (DoZ), описанные на веб-сайте ESP. Эти усилители очень неэффективны, обычно в лучшем случае они обеспечивают 25% (это означает, что 75% всей мощности, подаваемой на усилитель, рассеивается в виде тепла).

используются два усилительных устройства, и если одно проводит больше, то другое меньше (и, конечно, наоборот). Ни транзистор, ни вентиль никогда полностью не выключаются и не насыщаются (полностью включаются). По определению, они должны проводить (надеюсь, но редко линейно) для полных 360° каждого цикла звука, который они усиливают. Эффективность по-прежнему низкая, но искажения резко уменьшаются, поскольку устройства дополняют друг друга, и, в частности, устраняются искажения второй гармоники. На самом деле все гармоник четного порядка подавляются, оставляя только относительно низкие уровни гармоник нечетного порядка. Между двухтактными усилителями любого класса нет принципиальной разницы, кроме тока смещения. Для класса A ток через усилительные устройства никогда не падает до нуля в любой точке сигнала или при любом уровне мощности.

Хотя часто утверждается, что уровни искажений класса A всегда ниже, чем у усилителей класса AB, это не всегда так. Хорошо спроектированный усилитель класса AB часто может обеспечить меньшие искажения и лучшую частотную характеристику в целом, чем многие конструкции класса A, особенно те, которые претендуют на «низкую» или «отсутствующую» обратную связь. Несмотря на заявления об обратном, нет никакого внутреннего улучшения качества звука по сравнению с классом A в любой форме. Воспринимаемые различия часто возникают из-за выходного импеданса или, возможно, из-за того, что слушатель предпочитает «стену звука», создаваемую более высокими, чем обычно, искажениями. Существует бесчисленное количество заявлений о том, что класс А звучит «лучше», чем другие классы, но это не обязательно так.

До того, как операционные усилители стали широко использоваться в слабосигнальных приложениях, низкоуровневые каскады всегда относились к классу А, и это относится и к конструкциям ламповых предусилителей. В хорошо спроектированных схемах возможны очень низкие искажения, но, как и в случае с усилителями мощности, здесь нет «волшебства». Это не общепринято, но в целом любые два предусилителя с одинаковыми характеристиками (с одинаково низкими искажениями и шумом и с одинаковой полосой пропускания) будут звучать одинаково, независимо от используемой технологии, но только при тестировании с использованием надлежащих двойных слепых методов .

Рис. 2. Рабочий ток устройства питания и типичный коэффициент усиления по сравнению с номинальным значением. Текущий

На приведенном выше (левом графике) очевидно, что ток никогда не падает до нуля, но очень важно понимать, что он непостоянен. Поскольку ток меняется (от 56 мА до 4,7 А), меняется и коэффициент усиления усилительного устройства, также показанного (справа). Лампы и транзисторы способны к очень линейному выходному сигналу, если ток остается постоянным, но их коэффициент усиления всегда меняется в зависимости от тока, а это приводит к искажениям. График коэффициента усиления по отношению к току взят из таблицы данных для 2N3055, но почти все устройства имеют одинаковую проблему. Обратите внимание, что типичный коэффициент усиления 2N3055 варьируется от более 100 при 200 мА до менее 30 при 5 А. Есть некоторые биполярные транзисторы, которые имеют поразительно плоские графики коэффициента усиления по отношению к току, и они обеспечивают более высокую производительность (и меньшие искажения) в своем рабочем диапазоне, но очень немногие из них имеют полезный коэффициент усиления всего в несколько миллиампер. Обратите внимание, что большинство клапанов в этом отношении ведут себя гораздо хуже — заявления о том, что они «линейны по своей сути», необоснованны.

Может показаться, что это не так, но форма волны, показанная на рисунке 2, имеет более 7% THD . Вторая гармоника доминирует, но и третья не сильно отстает. Как всегда, есть полный спектр гармоник, которые плавно уменьшаются с увеличением частоты.

Класс B

На самом деле, «настоящих» усилителей класса B очень и очень мало. Термин «Класс-B» означает, что каждое усилительное устройство проводит ровно 180° формы волны сигнала, что означает, что они вообще не будут проводить, если нет сигнала. Хотя это, безусловно, можно сделать, штрафом является искажение, которое всегда будет наихудшим на низких уровнях. Приведенный выше график, показывающий коэффициент усиления 2N3055, показывает, что он падает с уменьшением тока. Что такое , а не , заключается в том, что при очень низком токе (несколько миллиампер) коэффициент усиления падает почти до нуля. Хотя некоторые силовые устройства немного лучше, нереально ожидать, что любое устройство, способное рассеивать 100-200 Вт, будет иметь приемлемое усиление, возможно, при токе 20 мА. Это относится ко всем известным усилительным устройствам — в том числе и к ламповым.

Низкий коэффициент усиления при малом токе означает, что в усилителе должна быть область низкого общего коэффициента усиления, а это означает, что отрицательная обратная связь не может устранить искажения, поскольку коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя очень низок, а обратная связь практически невозможна. В результате возникает так называемое перекрестное искажение, поскольку оно возникает при переходе сигнала от одного выходного устройства к другому.

Рис. 3. Искажение кроссовера с усилителем класса B

В приведенном выше примере кроссоверное искажение вокруг точки нуля вольт намеренно преувеличено, чтобы его было легко увидеть. На самом деле он может быть довольно тонким, но почти всегда его слышно, даже если измеритель искажений показывает, что общее искажение довольно низкое. Общее гармоническое искажение усилителя, который я использовал для имитации вышеописанного, составляло около 1,4% при полной мощности (120 Вт), но из-за характера искажения любой достаточно компетентный слушатель оценил бы его (совершенно справедливо) как «чертовски ужасное». . Истинный класс B практически невозможен с лампами, потому что их усиление слишком низкое при очень низком токе. Почти все без исключения ламповые усилители относятся к классу AB, даже если описываются как класс B.

Поскольку «настоящий» класс B обычно не считается жизнеспособным вариантом, он не будет обсуждаться далее. Однако должно быть очевидно, что класс B может использоваться только для с двухтактной топологией.

Тем не менее, есть один момент, который необходимо сделать, и он редко обсуждается. В «настоящем» усилителе класса B, когда оба выходных транзистора выключены, усилитель должен иметь отсутствие усиления . Чтобы иметь усиление, транзисторы (или вентили) должны находиться в своей активной области, а не быть полностью включенными или выключенными. Если усилитель без сигнала не имеет усиления, то у него нет и обратной связи! Обратная связь зависит от коэффициента усиления усилителя без обратной связи и коэффициента обратной связи, установленного цепью обратной связи. Если какая-либо схема не имеет усиления и обратной связи, то она фактически перестает делать что-либо полезное. Только когда подается сигнал и выходные транзисторы работают, усилитель (и цепь обратной связи) может работать нормально. Вот почему никакая обратная связь или усиление без обратной связи не могут устранить кроссоверные искажения, потому что в жизненно важной точке пересечения нуля усиление равно нулю.

Класс AB

Для устранения нежелательных кроссоверных искажений почти все усилители (будь то ламповые или полупроводниковые) используют класс AB. Небольшой ток покоя протекает в выходных устройствах, когда нет сигнала, и гарантирует, что выходные устройства всегда имеют некоторое перекрытие, когда оба проводят часть сигнала. Некоторые производители заявляют, что их усилитель работает как класс А до определенной мощности, и это, безусловно, может быть правдой. Однако большинство усилителей работают только при очень небольшом токе покоя (без сигнала), часто всего лишь 20 мА. Для нагрузки 8 Ом это соответствует паре милливатт «класса А» — вряд ли стоит волноваться.

Стоит отметить, что ламповые усилители делятся на две подкатегории: Class-AB¹ и Class-AB². Общепринято, что класс AB¹ означает, что ток сети управления выходным клапаном не течет в любое время, а класс AB² имеет некоторый ток сети — обычно только при максимальной мощности. Это означает, что управляющая сетка становится положительной по отношению к катоду. Как и в случае с классом B, двухтактный режим является требованием для класса AB, который не может работать линейно в любом другом режиме.

Рис. 4. Основные двухтактные выходные каскады

Вышеупомянутые этапы сильно упрощены, но в равной степени подходят для классов A, B и AB. Единственная разница между рабочим режимом заключается в токе покоя (Iq), который может варьироваться от нуля (класс B) до 50% от максимального пикового тока динамика (класс A). Выходной каскад клапана требует, чтобы каждое устройство управлялось с противоположной полярностью, поэтому, когда одно устройство включается, другое выключается. Клапаны не имеют дополнения (устройство противоположной полярности), поэтому они требуют, чтобы каждый приводился в действие сигналом противоположной полярности. Ток через каждый клапан должен быть одинаковым, чтобы предотвратить протекание чистого постоянного тока в обмотках трансформатора, поскольку это вызовет преждевременное насыщение сердечника. В транзисторном каскаде используется сигнал одной полярности, поскольку сами транзисторы комплементарны (NPN и PNP), поэтому при включении одного транзистора другой автоматически выключается.

(или МОП-транзисторы) также можно использовать с трансформаторным выходом так же, как показанные лампы, но сегодня это очень редко. Он все еще может использоваться для некоторых специализированных приложений, но это далеко не основная технология. В нескольких ранних транзисторных усилителях мощности действительно использовались выходные трансформаторы.

Во всех случаях и независимо от класса эксплуатации (кроме класса B) необходимо тщательно контролировать ток покоя, чтобы учитывать колебания температуры. Показанные сети управления смещением в большинстве случаев должны быть регулируемыми, а также должны быть приняты дополнительные меры для предотвращения явления, называемого «тепловым разгоном». Это происходит, когда транзисторы нагреваются и потребляют больше тока, чем должны. Это заставляет их нагреваться еще больше, поэтому они потребляют еще больше тока и нагреваются еще больше … до тех пор, пока выходной каскад не выйдет из строя. Тепловой разгон также возможен (но нечасто) для клапанных ступеней, особенно если резисторы смещения управляющей сетки (не показаны) имеют более высокое значение, чем рекомендуется.

Рис. 5. Идеализированный ток в выходных устройствах для класса AB

Приведенное выше является типичным значением тока, измеренного через каждый выходной транзистор для работы в классе AB. Мы видим, что ток транзистора изменяется от нуля до полного выхода в течение одного ½ цикла, затем делаем то же самое на другом транзисторе в течение второго. Каждый транзистор включен чуть более чем на половину формы волны, и нагрузка распределяется между ними. Верхняя часть кривой тока обеспечивается транзистором NPN (см. рис. 4), а отрицательная часть обеспечивается транзистором PNP. Любая неоднородность при передаче сигнала от одного устройства к другому проявляется как перекрестное искажение, поэтому ток смещения (Iq) должен быть достаточно высоким, чтобы избежать проблем, но не настолько высоким, чтобы снижать эффективность или вызывать чрезмерный нагрев.

Только на очень низких уровнях мы можем видеть небольшую область, где усилитель работает в классе А. Как отмечалось выше, обычно это всего несколько милливатт. Ток через выходные устройства по-прежнему меняется, но в ограниченном диапазоне. В клапанной ступени происходит то же самое, но есть большая область «перекрытия», где они работают в классе А. Это не потому, что лампы «лучше» — на самом деле это потому, что они гораздо менее линейны, чем транзисторы, и требуют большей площади класса А, иначе искажения будут недопустимыми.

Классы C, E и F

Class-C используется только для ВЧ (радиочастотных) приложений, поскольку он основан на настроенной схеме (индуктивность/конденсатор (LC) «резервуар») для минимизации искажения формы волны. Работа возможна только в очень ограниченном диапазоне частот, где контур резервуара является резонансным. Время проводимости выходного устройства меньше 180°, но управляющий сигнал является (более или менее) линейным во всем диапазоне проводимости.

Классы E и F аналогичны Классу-C, а также используют топологии ВЧ-усилителей, основанные на цепях резервуара LC. Там, где усилители класса C распространены ниже 100 МГц, усилители класса E более популярны в диапазонах УКВ и СВЧ. Разница между усилителями класса E и класса C заключается в том, что активное устройство используется в качестве переключателя с классом E, а не работает на линейной части своей передаточной характеристики.

похожи на усилители класса E, но обычно используют более сложную схему нагрузки. Частично эта схема улучшает согласование импеданса между нагрузкой и коммутатором. Класс F предназначен для устранения четных гармоник входного сигнала, поэтому сигнал переключения близок к прямоугольному. Это повышает эффективность, поскольку переключатель либо насыщается, либо выключается. ^[ 5 ] .

Класс D

Прежде всего, класс D не означает цифровой. Существует несколько усилителей класса D, которые принимают цифровой вход (например, S/PDIF), но обозначение класса было просто следующим в очереди после A, B и C. Первый коммерческий аудиоусилитель класса D был произведен Sinclair Radionics. Ltd. в Великобритании в 1964 году, но в то время это был провал из-за радиочастотных помех и отсутствия переключающих устройств, достаточно быстрых для правильной работы. Это было до того, как стали доступны быстродействующие МОП-транзисторы, а биполярные транзисторы того времени были слишком медленными. Хотя МОП-транзистор был изобретен в 1962, потребовалось некоторое время, прежде чем они стали коммерчески доступными, а МОП-транзисторные полевые транзисторы появились только в 1978 году. Самое раннее упоминание о чем-то, напоминающем класс D, которое я нашел, было предметом патента США 2 821 639 в 1954 году, но это была сервосистема для управления двигателем. и был слишком медленным для звука. В 1967 году также был получен патент на усилитель класса D [4], за которым последовали многие другие.

Для получения дополнительной информации и подробного описания усилителей класса D см. статью ESP Class-D, в которой содержится гораздо больше подробностей, чем может быть включено здесь.

Нефильтрованный выходной сигнал усилителя класса D внешне напоминает цифровой (включенный-выключенный) сигнал, но он является чисто аналоговым и требует высокоскоростных аналоговых методов проектирования, чтобы получить хорошо работающую конструкцию. Он так же далек от традиционных логических микросхем TTL или CMOS, как и дизайн лампового усилителя! Выходной сигнал усилителя класса D должен быть отфильтрован (с использованием катушки индуктивности и конденсатора), чтобы убрать высокую частоту переключения с выводов динамика и (надеюсь) устранить радиочастотные помехи. Многие микросхемы усилителей класса D работают в режиме «полного моста», и ни один провод динамика не может быть заземлен. См. описание BTL (мостовая нагрузка) ниже.

используется ШИМ (широтно-импульсная модуляция) с идеальным прямоугольным сигналом (ровно 50% рабочего цикла), представляющим нулевой выходной сигнал. Представление создания ШИМ-сигнала показано ниже. Используется компаратор (буквально микросхема, сравнивающая два сигнала), на один вход которого подается желаемый сигнал, а на другой — высокочастотный треугольный сигнал. Если показанную синюю кривую отфильтровать с помощью фильтра нижних частот, исходная синусоида будет восстановлена.

На самом деле выходной фильтр не требуется для усилителя класса D для воспроизведения звука в динамике, а сигнал переключения с высокой амплитудой (обычно!) не «поджаривает» звуковую катушку динамика, поскольку импеданс на частоте переключения очень высок. Однако без фильтра гармоники сигнала ШИМ будут создавать существенные радиопомехи в широком диапазоне частот. Это, очевидно, неприемлемо, так как это может легко заглушить широковещательное радио (особенно AM) и вызвать хаос в других диапазонах радиочастот.

Рис. 6. Генерация сигнала ШИМ для усилителя класса D

Обратите внимание, что для правильного представления сигнала частота опорного сигнала ШИМ должна быть намного выше, чем максимальная входная частота, обычно принимаемая равной 20 кГц. Следуя теореме Найквиста, нам нужна как минимум вдвое большая частота, но в конструкциях с низким уровнем искажений используются более высокие коэффициенты (обычно от 5 до 30 — от 100 кГц до 600 кГц). Затем ШИМ-сигнал должен управлять схемой преобразования импульсной мощности, чтобы вырабатывался мощный ШИМ-сигнал, переключающийся с +ve на -ve шины питания (при условии топологии с двойным питанием). Использование BTL позволяет работать с однополярным питанием без разделительного конденсатора на выходе, что упрощает блок питания.

Спектр ШИМ-сигнала имеет низкочастотную составляющую, являющуюся усиленной копией входного сигнала, но также содержит составляющие на частоте переключения и ее гармоники, которые удаляются для восстановления исходного (но усиленного) модулирующего сигнала. Для этого необходим мощный фильтр нижних частот. Обычно используется пассивный LC-фильтр, потому что он (почти) без потерь и практически не рассеивает. Хотя всегда должны быть какие-то потери, на практике они обычно минимальны.

Class-D и его производные являются наиболее эффективными из всех технологий усилителей при средней и высокой выходной мощности. Коммутационные потери означают, что класс D может быть на 90 243 менее 90 246 эффективнее, чем класс AB при малой мощности. Ранние попытки имели ограниченную частотную характеристику, поскольку добиться очень быстрого переключения было непросто. Доступность специализированных ШИМ-преобразователей и микросхем драйверов полевых МОП-транзисторов привела к значительному увеличению количества доступных продуктов с выходной мощностью от нескольких ватт до нескольких киловатт.

Как и в отношении всех типов усилителей, к усилителям класса D предъявляется множество требований. Описания варьируются от «как ламповый (ламповый) усилитель» до «жесткий и безжизненный» и почти все, что вы можете придумать между ними. Некоторые утверждают, что у них прекрасный бас, в то время как другие жалуются, что бас отсутствует, плоский, дряблый и т. д. и т. д. Очень немногие из этих сравнений были проведены должным образом (двойное слепое), и большинство из них можно не принимать во внимание как предвзятые или просто недостоверные.

Я тестировал и слушал довольно много усилителей класса D (а также «класса-T» — см. ниже), и большинство из тех, что я пробовал, по крайней мере приемлемы — воспроизведение баса даже в самых дешевых реализациях обычно очень действительно хорошо, некоторые могут легко добраться до округа Колумбия. Могут быть случаи, когда сопротивление постоянному току катушки индуктивности выходного фильтра приводит к более низкому, чем ожидалось, коэффициенту демпфирования, но это маловероятно для большинства лучших конструкций.

У некоторых определенно есть проблемы с крайними верхами — я больше не слышу выше 15 кГц, но я могу легко это измерить. Выходной фильтр должен быть спроектирован с учетом определенного импеданса, потому что это необходимо для пассивных фильтров. В результате, если импеданс громкоговорителя отличается от расчетной частоты выше 10 кГц, то отклик фильтра никогда не может быть плоским. Существует тенденция к использованию более высоких частот модуляции, чем когда-либо прежде, поэтому фильтр можно настроить на более высокую частоту, но некоторый эффект все равно будет.

Рис. 7. Эффект выходного фильтра при различных импедансах

Все усилители класса D нуждаются в выходном фильтре — он необходим для предотвращения радио- и телевизионных помех. Мы знаем, что пассивный фильтр должен быть рассчитан на определенный импеданс, но каков идеал? Проблема в том, что идеала не существует, и производители громкоговорителей не пытаются стандартизировать заданный импеданс, скажем, на частоте 20 кГц. Номинальный 8-омный динамик вполне может иметь сопротивление 32 Ом (или более) на частоте 20 кГц из-за полуиндуктивности звуковой катушки динамика (максимальный импеданс обычно несколько меньше для твитеров и рупорных компрессионных драйверов, потому что полуиндуктивность обычно довольно низкая). ).

На приведенном выше графике я показал более или менее типичную схему фильтра, а также отклик при различных импедансах нагрузки. Если динамик обозревателя (или покупателя) имеет сопротивление 16 Ом на частоте 20 кГц, то с показанным фильтром будет усиление на 3 дБ на частоте 20 кГц. Отклик сделан не специально, чтобы выглядеть плохо — это простой фильтр, довольно типичный для тех, которые используются в коммерческих усилителях класса D. Некоторые слушатели сообщат, что у усилителя «искрящиеся» высокие частоты, а другие будут жаловаться, что они «резкие» и/или «пронзительные». Это не так, это просто вопрос несоответствия импеданса. Некоторые усилители класса D используют цепь Цобеля на выходе, пытаясь обеспечить предсказуемый импеданс нагрузки на частоте 20 кГц и выше.

В прошлом нам никогда не приходилось слишком беспокоиться об импедансе. Усилитель мощности имеет очень низкий импеданс, динамики имеют переменный импеданс, который имеет номинальное значение, и больше ничего не нужно говорить. Класс D изменил это, но никто этого не замечает. Если бы производители динамиков добавили сеть, обеспечивающую определенный и стандартизированный импеданс на частоте 20 кГц и выше, многие пренебрежительные заявления об усилителях класса D могли бы просто исчезнуть. Это также гарантировало бы, что некоторые эзотерические акустические кабели (IMO «сумасшедшие») не будут вызывать колебания усилителей (но это уже другая история, описанная в разделе «Сопротивление кабеля»). Не задерживайте дыхание.

В последнее время многие конструкции класса D включают выходной фильтр в общий контур обратной связи, поэтому выходной уровень остается постоянным независимо от импеданса нагрузки и частоты (сигнала). В некоторых случаях фазовый сдвиг фильтра используется для установки частоты колебаний (т. Е. По сути, это «автоколебательная» конструкция). Хотя это должно остановить рецензентов от ворчания, почти наверняка ничего подобного не произойдет. Существует множество конструкций класса D, которые измеряют (и звучат) так же хорошо, как усилители класса AB, но очень трудно устранить предвзятость при любом зрительном (т. е. не слепом) прослушивании.

Класс G

Этот тип усилителя в настоящее время очень распространен для мощных усилителей, используемых в приложениях звукоусиления. Усилители часто бывают очень мощными (в некоторых случаях 2 кВт и более), но они более эффективны, чем класс AB. При малой мощности усилитель класса G работает от шин питания с относительно низким напряжением, что сводит к минимуму рассеяние на выходных транзисторах. При необходимости сигнал потребляет ток от высоковольтных шин питания, используя второй набор транзисторов для обеспечения пиков сигнала. Дополнительную информацию см. в статье ESP, в которой подробно описаны усилители класса G.

могут иметь от 4 до 8 шин питания (половина используется для положительной стороны, а половина — для отрицательной). Четыре шины довольно распространены и могут обеспечивать питание усилителя мощности ± 55 В и ± 110 В, как показано ниже.

Рис. 8. Напряжение усилителя класса G 4-канального блока питания

В приведенном выше примере видно, что верхние (с более высоким напряжением) источники питания используются только в том случае, если выходной сигнал превышает нижние шины питания (в данном примере ± 55 В). Меньшее рассеивание означает, что радиаторы и трансформатор могут быть меньше, чем в конструкции класса AB с той же пиковой выходной мощностью. Выходной сигнал показан пунктиром, если он обеспечивается шинами питания более высокого напряжения и добавленными выходными транзисторами.

Class-G достаточно прост в реализации (менее сложен, чем Class-D, но более сложен, чем Class-AB), и из-за повышенной эффективности необходимые радиаторы и силовые трансформаторы несколько меньше, чем можно было бы ожидать для усилителя указанная номинальная мощность.

Есть опасения (высказанные по всей сети), что будут возникать шумы переключения при включении и выключении дополнительных шин питания, но нет никаких доказательств того, что это слышно с программным материалом в каких-либо компетентных коммерческих продуктах. Хотя некоторый шум может быть слышен (или, по крайней мере, измерен) при тестировании синусоиды, сомнительно, что он вызовет какое-либо идентифицируемое искажение речи или музыки. Во многом это связано с тем, что дополнительные источники питания не включаются, пока выходная мощность уже достаточно высока, и любые эффекты будут незначительными по сравнению с уровнем звука сигнала. Это не то, что я имел возможность протестировать, но крупные производители получат много жалоб, если их усилители издают «неприятный» шум, в отличие от эквивалентных усилителей.

Класс Н

Граница между классом G и классом H становится все более размытой по мере того, как публикуется больше статей и создается больше дизайнов. Первоначальный усилитель класса H (который в то время назывался классом G) использовал большой конденсатор, который заряжался, а затем включался в цепь, когда это необходимо, для создания более высокого напряжения питания для обработки переходных процессов. В других вариантах используется внешний модулированный источник питания (обычно переключаемый), который обеспечивает напряжение, достаточное для предотвращения ограничения, или источник, который при необходимости «жестко» переключается на более высокое напряжение.

Когда усилитель класса H использует импульсный источник питания, он не отслеживает вход, а переключается на более высокое напряжение для компенсации пиков сигнала, которые превышают нормальные (низковольтные) шины питания (это показано светло-зеленым и светло-голубые следы ниже). Могут быть ситуации, когда выходной сигнал довольно постоянный (например, сильно сжатый звук) и чуть выше порога переключения. В этом случае усилитель может предположительно рассеивать большую мощность, но кажется, что это не является серьезной проблемой, поскольку используются тысячи усилителей, а отказы случаются довольно редко. Из-за переключения более высокое напряжение на выходные транзисторы подается только при необходимости, поэтому выходные устройства большую часть времени подвергаются воздействию относительно низкого напряжения и получают полное напряжение только при необходимости. Это снижает среднюю рассеиваемую мощность и повышает общую эффективность.

Некоторые внешние источники питания являются «отслеживающими», то есть они используют звуковой сигнал для модуляции напряжения питания в «реальном времени», поэтому он точно следует за звуковым сигналом. В другой системе используется переключение, поэтому напряжение питания повышается (от низкого до высокого напряжения), когда это необходимо для воспроизведения пикового сигнала. Сам усилительный каскад линейный — обычно класса АВ. Хотя использование одной или нескольких отдельных шин питания для каждой полярности увеличивает общее рассеивание выходного каскада при переходном напряжении (для некоторых сигналов это может быть значительным), теоретически это происходит лишь изредка.

Когда используется принцип модуляции питания, это часто делается с помощью импульсных источников питания, а их два — по одному для каждой полярности напряжения питания. Напряжение питания в состоянии покоя составляет всего ±12 В, но может увеличиваться до ±110 В в зависимости от выходного сигнала. Источник отслеживания показан ниже темно-зеленым и темно-синим цветом.

Рис. 9. Отслеживание напряжения усилителя блока питания класса H

Квалифицируется ли вышеуказанное как класс H или класс G? Согласно моей системе классификации, это класс H, но если вы предпочитаете думать о нем как о классе G, то будьте моим гостем. В любом случае, это может быть сложной схемой для реализации, но она может обеспечить «качество звука» класса AB и эффективность, близкую к классу D. Большинство устройств отслеживания режима переключения преднамеренно медленные, поэтому они отслеживают звук конверт , а не отдельные циклы. Это снижает эффективность, но значительно упрощает реализацию предложения.

Одним из первых усилителей, которые можно было отнести к классу H, был Carver (так называемый) «усилитель магнитного поля». При этом использовалось переключение в сети переменного тока для изменения напряжения на основном силовом трансформаторе. Конструкция была подведена использованием трансформатора и радиаторов, которые были слишком малы, поэтому постоянная высокая мощность могла привести к выходу «волшебного дыма», и усилитель больше не работал.

Техники и инженеры обычно считают, что все электронные устройства полагаются на «волшебный дым», содержащийся в их оболочке.
Если по какой-либо причине этот дым выходит наружу, это означает, что устройство больше не может работать. Да, это шутка, но принцип здравый.

Поскольку границы, отделяющие класс G от класса H, очень размыты (на самом деле их не существует), вероятно, можно использовать любой термин для любого типа усилителя. Тем не менее, было бы неплохо, если бы применялось какое-то соглашение, чтобы мы точно знали, какая технология используется в том или ином усилителе. Я предпочитаю классифицировать класс H как любую конструкцию, в которой напряжение питания составляет 9 В.0243 с внешней модуляцией , например, импульсным блоком питания слежения. Однако нигде нет согласия относительно истинного различия между ними, так что это действительно спорный вопрос. Не стесняйтесь рассматривать их иначе, чем мое описание, или считать их одним и тем же с разными именами.

Класс I (он же BCA ^®)

Принадлежность Crown Audio, BCA (симметричный усилитель тока) представляет собой запатентованную форму класса D ^[ 2 ] . Он использует выходной каскад BTL (мостовая нагрузка) с двумя ШИМ-сигналами в фазе друг с другом. При нулевом сигнале два коммутационных выхода компенсируются, чтобы дать нулевой выход, а при сигнале каждый из них модулируется так, что одна часть схемы переключения обрабатывает положительную часть сигнала, а другая обрабатывает отрицательную часть (предположительно!). Утверждается, что выходные сигналы переключения «чередуются» (симметричный чередующийся ШИМ), следовательно, класс I.

Также утверждалось, что выходная фильтрация практически не используется или не требуется, но это кажется маловероятным из-за проблем с радиопомехами. Делаются великолепные и блестящие (но в значительной степени необоснованные) заявления о том, чем он превосходит «обычные» усилители класса D, но документация скудна и совершенно бесполезна с технической точки зрения. Есть и другие утверждения, которые также не выдерживают критики, но я не собираюсь описывать их более подробно.

Любопытно, что в китайской публикации ^[ 3 ] также описан усилитель класса I, который полностью отличается от того, который используется компанией Crown. Это усилитель класса AB с «адаптивным» источником питания, что действительно делает его классом H (хотя это зависит от описания класса H, которое вы можете счесть наименее неуместным).

Класс-Т ^®

Объект патентов, зарегистрированная торговая марка и много шума, класс-T просто немного отличается от класса-D и по-прежнему квалифицируется как класс-D, независимо от альтернативных пунктов формулы изобретения. Tripath был первоначальным производителем усилителей класса T и специализированных одиночных ИС, для которых обычно требовалось всего несколько внешних пассивных компонентов. Несмотря на все заявленные преимущества и довольно широкую клиентскую базу, Tripath объявила о банкротстве и была куплена Cirrus Logic в 2007 году. Класс-T отличается от «классического» класса-D, как описано выше, тем, что в методе модуляции не используется компаратор. , а частота переключения зависит от амплитуды сигнала. Когда усилитель приближается к отсечению, частота падает. Утверждается, что он «отличается» от других модуляторов, но, похоже, не так много доказательств того, что разница значительна, несмотря на заявления об обратном. Схема модуляции иногда описывается как сигма-дельта (Σ-Δ).

Class-T и несколько других производителей усилителей класса D используют схожие методы модуляции, которые в простейшем случае просто означают добавление положительной обратной связи вокруг усилителя, чтобы он колебался в диапазоне от 200 кГц до 600 кГц или около того. Естественно, если бы вы применили положительную обратную связь к обычному усилителю класса AB, он бы очень быстро вышел из строя. Выходные устройства недостаточно быстры, а остальная часть схемы не оптимизирована для переключения. Это означает, что реальная схема сильно отличается от обычного усилителя, но принцип тот же.

Когда усилитель работает на «полной мощности» без входного сигнала, при подаче сигнала рабочий цикл сигнала переключения изменится. По мере его изменения усилитель производит ШИМ сам по себе, без необходимости использования генератора треугольной формы или компаратора сигналов. Делается очень много заявлений — особенно ныне несуществующей компанией Tripath и приверженцами — что этот метод предположительно намного лучше, чем любое фиксированное переключение частоты, и блестящие отчеты о качестве звука можно найти по всей сети.

Несмотря на то, что Cirrus Logic, похоже, вообще ничего не сделала с технологией Tripath, ИС класса T легко доступны по всему миру, а источником ИС является Китай. Являются ли они «настоящими» или нет, неизвестно, но можно подумать, что любой существующий запас был бы исчерпан за годы, прошедшие с тех пор, как они прекратили производство. Кажется вероятным, что эти ИС, доступные в настоящее время, являются , а не «подлинными» устройствами Tripath, но они, кажется, работают достаточно хорошо (да, я опробовал пару).

В целом, я сомневаюсь, что существует большая реальная разница между приличным «традиционным» усилителем класса D и классом T, и большинство комментариев о «сладости» высоких частот (например) являются просто результатом выходного сигнала. фильтр, взаимодействующий с нагрузкой громкоговорителя. Как всегда, если сравнения не проводятся с использованием двойного слепого метода и не являются статистически значимыми, «результаты» не имеют никакой ценности и бессмысленны.

BTL — Мостовая нагрузка

Это не класс усилителя, а метод использования двух усилителей (любого класса) для эффективного удвоения доступного напряжения питания. Почти все автомобильные звуковые системы используют усилители BTL в головном устройстве, и каждый усилитель может выдавать около 18 Вт на 4 Ом при номинальном напряжении питания 12 В. Один усилитель в тех же условиях способен выдавать только немногим более 4 Вт. Единственная причина, по которой BTL включена сюда, состоит в том, чтобы развеять миф о том, что это класс операций.

Многие коммерческие усилители используют подключение BTL как обычно, в то время как другие (особенно профессиональное оборудование) предлагают BTL в качестве переключаемой опции для получения максимально возможной мощности (часто намного большей, чем может выдержать любой известный громкоговоритель без возможного (или даже немедленного) отказа. Базовая схема усилителя BTL показана ниже, в данном случае это пара тех же усилителей, что и на Рисунке 1 — Индуктивная нагрузка класса А. Я использовал этот усилитель, потому что это маловероятно — исключительно для подтверждения своей точки зрения.

Рис. 10. Подключение BTL на основе усилителей класса А

Как уже объяснялось, использование катушки индуктивности дает размах напряжения, почти вдвое превышающий напряжение питания. Пиковое напряжение каждого усилителя составляет 56 В (среднеквадратичное значение 19,8 В), но при мостовом подключении выходное напряжение составляет 39,6 В среднеквадратичного значения. Мощность на нагрузке 8 Ом составляет 196 Вт, но каждый усилитель воспринимает эквивалентное сопротивление нагрузки, равное половине импеданса динамика. Если отдельные усилители рассчитаны только на нагрузку 8 Ом, то громкоговоритель должен быть 16 Ом, а мощность будет 9 Ом.8 Вт.

Здесь главное помнить, что BTL — это не класс усилителя, его можно использовать с любым классом усилителя.

Каталожные номера

Понимание классов усилителей — Дон Туите, Electronic Design
Белая книга Crown Class-I
Высокоэффективный аудиоусилитель мощности класса I с одним адаптивным источником питания — Vol. 33, № 9 Journal of Semiconductors, сентябрь 2012 г. (китайское издание)
Двухуровневый усилитель мощности с переходной обратной связью (US 3336538A) — N Crowhurst (1967)
Понимание операционных «классов» усилителей — электронный дизайн

Основной индекс

Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторскими правами © 2014. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве.

Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Разбираемся с усилителями классов AB и D

Работа усилителей очень тяжелая. Они должны взять сигнал очень низкого напряжения и увеличить его амплитуду, чтобы он мог управлять динамиком. В этом преобразовании мы ожидаем, что сигнал останется чистым — не нужно добавлять никаких искажений или шума. Мы также хотим, чтобы наши динамики потребляли значительное количество энергии, даже несмотря на то, что мы питаем наши усилители только от 12 до 14 вольт электричества. Законы физики, кажется, хотят работать против нас на каждом шагу, но мы побеждаем! Современные автомобильные усилители звука — это удивительные достижения инженерной мысли и дизайна. В этой статье рассматриваются два основных типа классов усилителей, используемых в автомобильной аудиоиндустрии, а также преимущества и недостатки каждого из них. Добро пожаловать в класс AB против класса D.

Математика того, как усилители создают мощность

Независимо от того, как мы конфигурируем компоненты внутри усилителя, цель одна и та же: увеличить напряжение аудиосигнала предусилителя, чтобы он мог управлять динамиком. Поскольку динамики, которые мы используем, имеют низкий импеданс (2 или 4 Ом для большинства среднечастотных динамиков), мы также должны иметь возможность подавать на динамик значительный ток. Подача тока на динамик — вторая задача, которую должен выполнять усилитель.

При помощи быстрых вычислений, если 4-омный динамик получает среднеквадратичное значение 12 В, мы можем сделать несколько расчетов. Чтобы рассчитать ток, протекающий через динамик, мы делим подаваемое напряжение на импеданс динамика. В этом примере у нас есть 12, деленное на 4, поэтому по проводам динамика и звуковой катушке протекает ток силой 3 ампера. Простой способ рассчитать мощность, поступающую на динамик, — умножить подаваемое напряжение на подаваемый ток. Произведение 12, умноженное на 3, равно 36. Этот динамик получает мощность 36 Вт.

Давайте рассмотрим тот же пример, как если бы это был усилитель сабвуфера. Во втором примере мы предположим, что у нас есть сабвуфер с двойной звуковой катушкой на 2 Ом, в котором обе катушки подключены параллельно для получения нагрузки 1 Ом. Если мы подадим на этот динамик сигнал 12 В (среднеквадратичное значение), то через провод динамика и сабвуфер будет протекать ток 12 ампер. Чтобы рассчитать мощность, мы умножаем 12 на 12, чтобы получить 144 Вт. 144 ватта это на много больше мощности и тока на при той же величине напряжения.

Общий обзор функций усилителя

Большинство усилителей состоят из трех или четырех основных секций (или каскадов), в зависимости от их конструкции и сложности. Входной каскад — это часть усилителя, где низкоуровневый аудиосигнал предусилителя поступает в усилитель и подвергается любой обработке в виде выравнивания или фильтрации.

У усилителя есть блок питания. Блок питания преобразует подаваемые 12–14 В постоянного тока в положительное и отрицательное напряжения шины. Допустим, например, что теоретический усилитель имеет шины +25 и -25 В относительно нашего эталона земли. В зависимости от размера усилителя будет каскад драйвера. Каскад драйвера отвечает за усиление низкоуровневого аудиосигнала до более высокого напряжения. Насколько каскад драйвера увеличивает напряжение, зависит от того, какую мощность будет производить усилитель.

Наконец, у нас есть выходной каскад. Выходной каскад относительно прост — он существенно не изменяет сигнал, поступающий от каскада драйвера, но устройства (МОП-транзисторы или транзисторы), используемые для обеспечения выходного сигнала током, требуемым нагрузкой. Блок питания и выходной каскад — это две части усилителя, которые выполняют наиболее «тяжелую работу». Другими словами, это этапы, через которые проходит большой ток.

Почти во всех усилителях на рынке мы используем специальные устройства для положительной половины сигнала и отдельные устройства для отрицательной половины сигнала. Чтобы уточнить, если мы измерим выходной сигнал усилителя относительно земли автомобиля, мы увидим, что он колеблется взад и вперед выше и ниже 0 В. Вспомните наши шины питания +25 В и -25 В. Динамики не заботятся о ценности посылаемого им сигнала; все, что их волнует, это разница в напряжении от одного конца звуковой катушки до другого конца.

Усилители класса AB

В этой статье мы собираемся обобщить усилители класса AB в модель аналогового усилителя. В нашем аналоговом усилителе у нас есть большие транзисторы в выходном каскаде усилителя. Когда нам нужна половина напряжения положительной шины на выходе, мы подаем половину напряжения на положительное выходное устройство. Когда сигнал становится отрицательным, мы отключаем положительное устройство и начинаем использовать только отрицательное устройство. С другой стороны, аудиосигнал от драйвера управляет сопротивлением выходных устройств и, следовательно, тем, какой ток может протекать через динамик.

В аналоговом усилителе устройства вывода могут быть «включены» в разной степени относительно аудиосигнала. Это означает, что выходные устройства часто действуют как резисторы. Энергия теряется в виде тепла, когда мы пропускаем ток через резистор. Имейте это в виду как часть нашего сравнения позже в статье.

Усилители класса D

В усилителях класса D выходные устройства получают управление от интегральной схемы контроллера (IC). Этот контроллер посылает прямоугольную волну с переменным рабочим циклом. Амплитуда прямоугольной волны достаточно высока, чтобы полностью включать или выключать выходные устройства. Выходные устройства очень мало времени работают как резисторы и больше действуют как переключатели.

Логичный вопрос: как же нам получить музыку из прямоугольной волны? Если вы так подумали, хорошо для вас! Частота прямоугольной волны намного выше, чем максимальная частота нашей музыки. На самом деле, некоторые современные усилители класса D переключают выходные устройства на частотах до 600 кГц. Дополнительным преимуществом усилителей класса D является чрезвычайно компактный размер.

Для воссоздания музыки контроллер класса D посылает сигнал с широтно-импульсной модуляцией. Количество времени «включено» относительно времени «выключено» определяет выходной уровень сигнала. В качестве очень общей аналогии, если на устройства с положительным выходом посылается прямоугольная волна с рабочим циклом 50% (включен столько же времени, сколько он был выключен), то среднее значение выходного сигнала будет 50% от напряжения положительной шины. Если прямоугольная волна включена в течение 75% времени, а затем выключена в течение 25%, то мы получим на выходе 75% напряжения на шине.

Как вы понимаете, сигнал от контроллера класса D довольно сложный. Он должен достаточно быстро модулировать рабочий цикл прямоугольной волны, идущей к положительным и отрицательным устройствам, чтобы точно воссоздать звуковой сигнал. Он также должен управлять как положительными, так и отрицательными выходными устройствами отдельно.

Преимущества и недостатки аналоговых усилителей

Поскольку звуковой сигнал в аналоговом усилителе никогда не разбивается на мелкие кусочки, аналоговые усилители могут оставаться верными исходному сигналу. Аналоговые усилители с лучшим звучанием в индустрии мобильной электроники. Исторически сложилось так, что аналоговые усилители имеют репутацию точных высокочастотных характеристик.

Недостатком аналогового усилителя является его эффективность. Эффективность описывает, сколько энергии теряется в виде тепла по сравнению с энергией, передаваемой динамику. Поскольку выходные устройства в аналоговом усилителе работают как переменные резисторы, они нагреваются. Типичные аналоговые усилители работают в диапазоне эффективности 70-80% относительно общей эффективности при работе на полной мощности. Недостающие 20-30% выделяются в виде тепла. При более низком уровне выходного сигнала эффективность падает еще больше.

Преимущества и недостатки цифровых усилителей

Современные цифровые усилители переключаются на чрезвычайно высоких частотах. Мы видим усилители, способные воспроизводить звуковые частоты выше 50 кГц, а некоторые даже выше 70 кГц. Эти характеристики далеки от первых усилителей класса D, которые предназначались только для сабвуферов и с трудом воспроизводили звук выше 5 кГц. Тем не менее, поскольку цифровые усилители требуют сети фильтров в конце выходного каскада, они все еще не могут полностью соответствовать характеристикам аналогового усилителя премиум-класса. Имея в виду эту информацию, примите во внимание, что есть хорошие цифровые усилители, которые звучат лучше, чем многие плохо спроектированные аналоговые усилители.

Поскольку выходные устройства цифрового усилителя редко работают в своем резистивном диапазоне, эти усилители могут быть очень эффективными. Хорошо спроектированный усилитель класса D может иметь КПД около 92%.

Другой проблемой усилителей класса D является шум. Поскольку выходные устройства управляются прямоугольной волной, в выходном сигнале много высокочастотной энергии. Сеть фильтров, о которой мы говорили, удаляет большую часть этого из выходного сигнала, но эта энергия все еще может оказывать пагубное воздействие на другие системы автомобиля. К сожалению, общей чертой многих усилителей класса D является то, что они создают помехи радиоприему во время работы.

Выбор между классами усилителей

Было бы неплохо, если бы мы могли сформулировать набор жестких и быстрых правил для выбора правильного усилителя для вашей системы. С таким количеством вариаций каждого типа усилителя в столь разных ценовых категориях это действительно невозможно. Мы настоятельно рекомендуем, чтобы единственный способ выбрать усилитель — сравнить его с другим в контролируемых условиях: использовать одну и ту же музыку и одни и те же динамики и слушать с одинаковой громкостью. Вы услышите различия в частотных характеристиках и существенные различия в возможностях визуализации и постановки.

Один вид усилителя лучше другого? Для установки, посвященной исключительно качеству звука, выбор очевиден. Для установки, где подача энергии ограничена или требуется большое количество энергии, выбор очевиден. В середине, это зависит от вашего приложения и бюджета.

Загляните в местный специализированный магазин мобильной электроники, чтобы узнать о новейших усилителях на рынке. Они будут рады помочь вам выбрать тот, который соответствует вашим требованиям и работает с вашим бюджетом.

Классы эксплуатации усилителей — транзисторы с биполярным переходом

Транзисторы с биполярным переходом

В предыдущих обсуждениях мы предполагали, что для каждой части входных данных сигнал был на выходе с усилителя. Это не всегда так с усилителями. Может быть желательно, чтобы транзистор был проводящим для только часть входного сигнала. Часть ввода, для которой существует выход определяет класс работы усилителя. Есть четыре основных класса операций усилителя. Это класс А, класс АВ, класс В и класса С.

Работа усилителя класса А

Усилители класса А смещены таким образом, что вариации полярности входного сигнала происходят в пределах отсечки и насыщения . В ПНП транзистора, например, если база становится положительной по отношению к эмиттер, дырки будут отталкиваться от PN-перехода, и ток не сможет течь в коллекторном контуре. Это состояние известно как отсечка. Насыщенность происходит, когда база становится настолько отрицательной по отношению к эмиттеру, что изменения сигнала не отражаются на протекании коллекторного тока.

Смещение усилителя таким образом помещает рабочую точку постоянного тока между отсечка и насыщение и позволяет току коллектора течь во время полный цикл (360 градусов) входного сигнала, что обеспечивает выход который является копией ввода. Базовый транзисторный усилитель (обсуждалось ранее) является примером усилителя класса А. Хотя выход этого усилителя не совпадает по фазе с входом на 180 градусов, выходной ток все еще течет в течение всего времени на входе.

Усилитель класса А используется в качестве аудио- и радиочастотного усилитель в радио, радаре и звуковых системах, и это лишь несколько примеров.

Для сравнения выходных сигналов усилителей разных классов операции, обратитесь к рисунку ниже во время последующего обсуждения.

Сравнение выходных сигналов для различных классов работы усилителя.

Работа усилителя класса AB

Усилители, предназначенные для работы в классе AB, смещены так, что коллектор ток равен нулю (отсечка) на участке одного чередования входного сигнала. Это достигается за счет того, что напряжение прямого смещения меньше пикового значение входного сигнала. При этом переход база-эмиттер будет обратное смещение в течение одного чередования в течение времени, в течение которого вход напряжение сигнала противодействует и превышает значение напряжения прямого смещения. Следовательно, ток коллектора будет течь более чем на 180 градусов, но меньше чем 360 градусов входного сигнала, как показано на рисунке выше (вид B). По сравнению с усилителем класса А рабочая точка постоянного тока для класса Усилитель AB ближе к отсечке.

Усилитель класса AB обычно используется в качестве двухтактного усилителя. для преодоления побочного эффекта работы класса B, называемого перекрестным искажением.

Работа усилителя класса B

Усилители смещены так, что ток коллектора отключается в течение половины входной сигнал классифицируется как класс B. Рабочая точка постоянного тока для этого класса Усилитель настроен так, что базовый ток равен нулю при отсутствии входного сигнала. Когда подается сигнал, один полупериод будет смещать базу-эмиттер в прямом направлении. развязка и I _C потечет. Другой полупериод будет обратным сместит переход база-эмиттер и I _C будет отрезан. Таким образом, для работы класса B ток коллектора будет протекать примерно 180 градусов (половина) входного сигнала, как показано на рисунке выше (вид C).

Усилитель класса B широко используется для аудиоусилителей, требуют мощного выхода. Он также используется в качестве драйвера и усилителя мощности. каскады передатчиков.

Работа усилителя класса C

В режиме класса C ток коллектора протекает менее чем за один полупериод. входной сигнал, как показано на рисунке выше (вид D). Операция класса C достигается путем обратного смещения перехода эмиттер-база, который устанавливает Рабочая точка постоянного тока ниже отсечки и разрешает только ту часть входного сигнала, которая преодолевает обратное смещение, вызывая протекание тока коллектора.

Усилитель класса C используется в качестве усилителя радиочастоты в передатчиках.

Из предыдущего обсуждения можно сделать вывод, что два основных элемента определяют класс работы усилителя — (1) величина смещения и (2) амплитуда входного сигнала. При заданном входном сигнале и уровне смещения вы можете изменить перевод усилителя из класса А в класс В, просто убрав прямое смещение. Также усилитель класса А можно поменять на класс АВ, увеличив входной сигнал амплитуда. Однако, если амплитуда входного сигнала увеличивается до такой степени, что транзистор переходит в режим насыщения и отсечки, тогда он называется перегруженный усилитель .

Вы должны быть знакомы с двумя терминами, используемыми в связи с усилителями: верность и эффективность . Верность — это точное воспроизведение сигнала. Другими словами, если выход усилителя такой же, как и вход, за исключением амплитуды, усилитель имеет высокую степень достоверности. Противоположность верности — это термин, который мы упомянутое ранее — искажение. Таким образом, схема с высокой точностью имеет низкие искажения. В заключение, усилитель класса А имеет высокую степень точности. Усилитель класса AB имеет меньшую точность воспроизведения, а усилители класса B и класса C имеют низкая или «плохая» достоверность.

КПД усилителя относится к соотношению мощности выходного сигнала по сравнению с к полной входной мощности. Усилитель имеет два источника входного питания: один от сигнала, и один от блока питания. Поскольку каждое устройство требует энергии для работы, усилитель который работает на 360 градусов входного сигнала, потребляет больше энергии, чем если бы он работал на 180 градусов входного сигнала. Используя большую мощность, усилитель имеет меньшую мощность доступен для выходного сигнала; таким образом, эффективность усилителя низкая. Этот так обстоит дело с усилителем класса А. Работает на 360 градусов входного сигнала и требует относительно большой входной мощности от источника питания. Даже при отсутствии входного сигнала, усилитель класса А по-прежнему использует питание от источника питания. Следовательно, вывод от усилителя класса А относительно мала по сравнению с общей входной мощностью. Это приводит к низкому КПД, приемлемому для усилителей класса А, поскольку они используются там, где эффективность не так важна, как точность.

Усилители класса AB смещены так, что ток коллектора отсекается на части одного чередования входного сигнала, в результате чего общая входная мощность меньше, чем усилитель класса А. Это приводит к лучшей эффективности.

Усилители класса B смещены с небольшим или отсутствующим током коллектора на постоянном токе. рабочая точка. При отсутствии входного сигнала мало тратится мощность. Следовательно, КПД усилителей класса В еще выше.

Эффективность класса C является самой высокой из четырех классов работы усилителя.

Теперь, когда мы проанализировали базовый транзисторный усилитель с точки зрения конфигурации схемы, класса операции и предвзятости, давайте применим то, что было рассмотрено к этот усилитель. Репродукция этого усилителя показана ниже для вашего удобства.

Эта иллюстрация не просто базовый транзисторный усилитель, показанный ранее. но усилитель класса А, настроенный как общий эмиттер с фиксированным смещением. Из это, вы должны быть в состоянии заключить следующее:

Из-за фиксированного смещения усилитель термически нестабилен.
Из-за работы в классе А усилитель имеет низкий КПД, но хороший верность.
Поскольку он сконфигурирован как общий эмиттер, усилитель имеет хорошее напряжение, ток и прирост мощности.

В заключение, конфигурация схемы, класс работы и тип смещения все ключи к функции и возможному применению усилителя.

Классы усилителей — Electronics-Lab.com

Введение

Усилители обычно классифицируются в зависимости от структуры выходного каскада. Действительно, на этом этапе действительно происходит усиление мощности, поэтому качество и эффективность выходного сигнала диктуются архитектурой выхода усилителя. Классификация состоит из алфавитного расположения A, B, AB и C, которое относится к историческому появлению усилителей. В этой статье мы дадим краткую презентацию каждого класса усилителей. Каждый класс обозначает качество усиления в основном по двум критериям: КПД и угол проводимости .

КПД η усилителя определяется по следующей формуле:

P _out – это мощность на выходе, подаваемая на нагрузку, тогда как P _abs мощность, потребляемая усилителем.

Угол проводимости является мерой того, какая часть входного сигнала используется для реализации усиления. Это значение колеблется между 360° или 2π рад от до 0° или 0 рад . Верхний предел 360° означает, что 100% входного сигнала используется для процесса усиления, а нижний предел 0° означает, что сигнал не принимается. Мы уточним это далее.

Примечание о смещении

Прежде чем представить различные классы усилителей, мы кратко говорим о смещении. Действительно, если действительно есть что вспомнить об этом руководстве, так это то, что класс усилителя полностью определяется смещением, применяемым к транзистору 9.0050 .

Схема, представленная в Рис. 1 уже должна быть вам знакома:

рис. 1: Сеть делителя напряжения
В Рисунок 1 транзистор BJT с коэффициентом усиления по току β смещен сетью делителя напряжения, которая состоит из двух параллельных сопротивлений R ₁ и R ₂, подключенных к базовой ветви. Например, как мы объясняем в руководстве «Смещение биполярного транзистора», ток коллектора и напряжения при отсутствии сигнала переменного тока (I _C0, V _C0 ) устанавливает рабочую точку или точку покоя усилителя. Точка покоя очень важна, потому что ее положение на выходной характеристике определяет значение угла проводимости и, следовательно, класс усилителя.
Набор значений (I _C0 ,V _C0 ) можно настроить с помощью значений сопротивления смещения и сопротивления эмиттера. Действительно, ток коллектора I _C0 определяется как:
eq 2 : Ток коллектора смещения
Мы можем уточнить два параметра в Уравнение 2 : 0,7 В соответствует напряжению V _BE , которое является пороговым напряжением кремниевых транзисторов. Сопротивление R ₁ //R ₂ представляет собой параллельное эквивалентное сопротивление цепи смещения и определяется соотношением (R ₁ ×R ₂ )/(R ₁ +R ₂ ) .
И напряжение коллектора V _C0 удовлетворяет :
eq 3 : Напряжение смещения коллектора
Обратите внимание, что в дальнейшем в этом руководстве мы всегда будем рассматривать биполярные транзисторы, но все, что мы говорим, применимо и к другим типам транзисторов, таким как МОП-транзисторы. . Кроме того, для упрощения мы используем усилитель с общим эмиттером в качестве исследуемой конфигурации, поэтому выходные сигналы, показанные на рисунках, будут инвертированы.
Усилитель класса А

Усилитель класса А характеризуется углом проводимости 360° . Для реализации этой функции точка покоя усилителя класса А выбирается посередине линии нагрузки, как показано на рис. 2 :

Точка покоя удовлетворяет I _C0 =V _{питание} /2R _C и V _C0 =V _{питание} /2 . Эти формулы вместе с Уравнение 2 и Уравнение 3 позволяют выбрать правильные значения сопротивлений смещения, чтобы получить усилитель класса А.

Потребляемая мощность усилителя класса А является постоянной величиной и равна P _абс =V _{питание} ×I _C0 . Выходная мощность является произведением среднеквадратичного значения выходного тока и напряжения: P _вых =V _{вых, действующее значение} × I _{вых, действующее значение} . Максимальное значение P _из задается, когда выходной ток достигает верхнего предела I _C ₀ и выходное напряжение достигает источника питания V _{питания} : P _out,max =(V _{питания} ×I _C0 )/2 . Таким образом, максимальный КПД составляет:

В действительности КПД составляет от 20 до 30 %, а 50 % может быть достигнуто при использовании двухтранзисторной конфигурации. Этот низкий КПД подчеркивает тот факт, что усилители класса А потребляют мощность даже при отсутствии входных сигналов переменного тока.

Усилитель класса B

Усилители класса B были разработаны как ответ на низкую эффективность усилителей класса A. Этот класс усилителей характеризуется углом проводимости 180° , то есть они используют только половину входного сигнала для реализации процесса усиления. Для достижения усиления класса B необходимо сместить цепь соответственно с помощью . Рисунок 3 :

_C0

V _C0 =V _{питание}

Совершенно очевидно, что надежное усиление невозможно с помощью усилителя класса B. Чтобы решить эту проблему, одним из наиболее распространенных решений является использование двух транзисторов (один NPN и один PNP) в так называемой «двухтактной» конфигурации:

Транзистор NPN обеспечивает усиления положительного сигнала входа, а PNP усиливает отрицательный сигнал. Комбинация приводит к добавлению двух независимых усилений, которые воспроизводят форму входного сигнала.

Однако существует явление, называемое перекрестным искажением , которое не позволяет усилителям класса B, даже в двухтактной конфигурации, обеспечить 100 % достоверное усиление. Причина кроется в пороговом напряжении транзисторов (+0,7 В для NPN и -0,7 В для PNP), создающем интервал 1,4 В, при котором вообще не выполняется усиление ни от NPN, ни от PNP транзистора. Следствием этого является искажение сигнала вокруг точки 0 В выходного сигнала, хорошо известное меломанам.

Тем не менее, усилитель класса B имеет преимущество перед усилителем класса A в том, что он более эффективен с теоретическим максимальным КПД η _max =78,5 % . Однако КПД, наблюдаемый на реальных конфигурациях, не превышает 70 %.

Усилитель класса AB

Как видно из названия, усилитель класса AB представляет собой комбинацию усилителей классов A и B. Он был разработан для преодоления низкой эффективности усилителей класса A и искажений класса B. Усилители класса AB характеризуются угол проводимости в интервале ]180°;360°[ . Рабочая точка, заданная схемой смещения, находится между точкой покоя класса А и точкой отсечки:

Рабочая точка усилителя класса AB удовлетворяет: 0 C0 питание /2R _C и V _{питание} /2 C0 питание .

Когда рабочая точка находится ближе к точке отсечки, усилитель «становится» больше похожим на класс B, чем на класс A: сигнал становится более искаженным, но эффективность увеличивается. Наоборот, когда рабочая точка приближается к точке покоя в середине линии нагрузки, усилитель ведет себя больше как класс А, чем класс В: выходной сигнал воспроизводится более точно, но эффективность снижается.

Поскольку усилители класса AB предлагают хороший компромисс между преимуществами линейности класса A и хорошей эффективностью класса B, они сегодня широко используются во многих приложениях. Они обычно находятся в двухтактной конфигурации, такой как представленная в рис. 4 , и они даже устраняют кроссоверные искажения во время добавления двух усиленных выходов от транзисторов NPN и PNP.

Усилитель класса C

Последним наиболее распространенным классом усилителей является класс C. Он характеризуется малым углом проводимости, который находится в интервале ]0°;90°[ . Рабочая точка класса C находится за точкой отсечки, совмещена с линией нагрузки, но находится в области отрицательных токов смещения:

рис. 6: Условия смещения класса C
На самом деле, рабочая точка класса C удовлетворяет: I _C0 <0 и V _C0 >V _дают (что имеет смысл из уравнения 3 , если I _C0 <0).
Высокие искажения, создаваемые усилителями класса C, могут быть обработаны параллельным резонансным контуром L//C, состоящим из индуктивности (L) и емкости (C). Эта схема действительно может преобразовывать выходные импульсы в полные синусоидальные волны. По этой причине усилители класса C используются в высокая частота приложений.
Самым большим преимуществом усилителя класса C является его КПД, который превышает 78,5 % и может приближаться к 100 % в зависимости от того, насколько далеко рабочая точка находится от точки отсечки.
Заключение
Во время этого введения в классы усилителей мы видели, что для данной конфигурации (MOSFET, общий эмиттер…) схема смещения сильно влияет на поведение усилителя. Способ смещения усилителей можно разделить на четыре основных класса:
Класс A : Рабочая точка находится посередине грузовой марки. Он имеет самую высокую линейность, но самый низкий КПД около 20-30 %. Этот класс очень ценят аудиофилы, которые считают, что он воспроизводит наиболее чистый звук.
Класс B : Рабочая точка совпадает с точкой отсечки грузовой марки. Он имеет хороший КПД около 70 %, но создает перекрестные искажения при использовании в двухтактной конфигурации.
Класс AB : Рабочая точка находится между серединой и точкой отсечки грузовой марки. Он сочетает в себе преимущества классов A и B, имея приемлемый КПД выше 50 % и хорошую линейность при использовании в двухтактной конфигурации. Поэтому класс AB обычно используется в выходных каскадах многих приложений: аудиоусилители, функциональные генераторы…
Класс C : Рабочая точка находится за точкой отсечки. Он имеет самый высокий КПД выше 80 %, но самую низкую линейность. Усилители класса C ограничены для использования в высокочастотных приложениях.
Позже, после развития этих технологий, были разработаны другие классы усилителей для решения конкретных задач, в основном для высокочастотных применений. Например:
Класс D: Это нелинейные усилители с очень высоким КПД (близким к 100%).

Что такое усилитель звука и для чего он нужен

Основные классы усилителей звука

Усилители класса A: максимальное качество звука

Усилители класса B: высокая эффективность, но с искажениями

Усилители класса AB: оптимальный компромисс

Усилители класса D: компактность и энергоэффективность

Какой класс усилителя выбрать для дома

Выбор усилителя для автомобиля

Сравнение основных классов усилителей

Заключение

Классы усилителей

Общие принципы устройства усилителя

Классы усилителей мощности

Класс А

Класс B

Класс AB

Класс D

Классы G,H, E, F

Выводы

Какие существуют классы усилителей звука, их особенности ― 130.com.ua

Особенности использования усилителей звука

Классификация звуковых усилителей

Класс А

Класс В

Класс АВ

Класс D

Лучшие автоусилители

Одноканальный усилитель звука Swat M-1.500

Усилитель звука в авто Audison Prima Forza AP F8.9 bit

Усилитель четырёхканальный Kicx AP 4.

Материалы по теме

Усилители – Классы аудио усилителей

какой лучше для дома и автомобиля

Что такое класс усилителя

A

Классификация усилителей

Выводы

В чем отличие между классами усилителей

Класс А

Класс В

Класс АВ

Класс С

Класс D

Другие классы

Практика

Какой класс усилителей звука лучше

Для дома

Для автомобиля

XD/XA

Особенности

История

ЛАМПА!

Усилители класса G — как они работают. Плюсы и минусы подхода

Сначала была буква A

Сказал A – говори B

Класс AB – впрягаем коня и трепетную лань

Класс G – эволюция класса AB

что такое классификация электронных устройств

Усилители класса А

Усилители класса B

Усилители класса AB

Усилители класса G и усилители класса H

Усилители класса D

Классы усилителей — завершение

Какой класс усилителя лучше? Чем технология усилителей класса D отличается от технологий класса A и AB

Подробнее о Buck

Основы работы с усилителем

Тепло — враг

Посмотреть видео классов усилителей

Классы усилителей — в чем разница?

Усилители класса А — источник тепла высокой точности

Усилитель высочайшего качества Класс

Усилители класса B — двухтранзисторное решение

Эффективность с низкой точностью воспроизведения

Усилители класса AB — более высокая точность воспроизведения

Усилители класса AB повсюду

Усилители класса D — популярные короли эффективности

Эффективно… и плавно

D не означает цифровой

Класс D стал лучшим выбором