Что такое классы усилителей мощности?
Если вы когда-нибудь заглядывали в спецификации усилителя или смотрели обзоры аудио техники, вы могли заметить термин «класс усилителя». Обычно обозначаемые одной или двумя буквами, наиболее распространенные классы усилителей, используемые в настоящее время в бытовой аудиотехнике — это классы A, A / B, D, G и H. Эти классы не являются простыми системами оценки, а описывают топологию усилителя, т.е. режим работы усилительного элемента (транзистора или лампы) на базовом уровне. В то время как каждый класс усилителей имеет свой собственный набор сильных и слабых сторон, их работа (и то, как оценивается конечная производительность) остается прежней: усилить форму волны, отправляемую на него предусилителем, без внесения искажений или, по крайней мере с минимальными искажениями . Так что же означает этот алфавитный набор классов усилителей?
Весьма вероятно, что принцип работы классов окажется сложным для понимания, поэтому самое главное что нужно запомнить это:
- Класс А практически не используется в современных аудио устройствах.
Исключение составляют лишь экзотические Hi-End усилители. Главный минус класса А это низкая эффективность (КПД не более 25%). Такой усилитель потребляет много энергии, выделяет еще больше тепла но выдает мало мощности. Преимущество класса А это высокая точность воспроизведения и низкие искажения. - Класс B не используется в домашних аудио устройствах.
- Класс AB самый распространенный на сегодня класс среди усилителей мощности. Большинство AV-ресиверов для домашних кинотеатров и стереоусилителей относятся к классу AB.
- Класс D становится все лучше и лучше. Если вам интересен принцип его работы, мы покажем его ниже. Самое главное, что нужно знать, усилители класса D обладают очень высокой эффективностью (90%) и компактными размерами. Сегодня усилители этого класса все чаще используются в домашнем аудио и повсеместно в профессиональной аппаратуре и портативных устройствах. И класс D не означает цифровой, это была просто следующая буква в алфавите, потому что
- Классы G,H официально не признаны и представляют собой вариации на тему класса A / B.
Исключение составляют лишь экзотические Hi-End усилители. Главный минус класса А это низкая эффективность (КПД не более 25%). Такой усилитель потребляет много энергии, выделяет еще больше тепла но выдает мало мощности. Преимущество класса А это высокая точность воспроизведения и низкие искажения.
Вступление
Усилитель мощности звука предназначен для управления громкоговорителями. Для этого ему необходимо подавать большое количество вольт и большой ток на нагрузку с низким сопротивлением в широком диапазоне частот, от ниже 20 Гц до, возможно, 40-50 кГц, без слышимых искажений.
Для усилителя с номинальным среднеквадратичным значением 100 Вт, выдающего синусоидальную волну, пиковое выходное напряжение должно превышать +/- 40 В для резистивной нагрузки 8 Ом и пикового тока +/- 5 А. На практике может потребоваться гораздо больший ток, чтобы управлять настоящими громкоговорителями, импеданс которых на некоторых частотах значительно ниже 8 Ом; в приведенном выше примере типичным требованием будет +/- 8 ампер. Чтобы управлять сегодняшними нагрузками 4-8 Ом при 100 Вт, это значение следует увеличить до +/- 12 ампер или более.
В реальной жизни питание должно быть ближе к +/- 50 В, а не к теоретическому минимуму +/- 40 В, чтобы учесть внутрисхемные потери.
Такие высокие мощности означают, что большое количество тепла обычно рассеивается в самом усилителе, особенно в выходном каскаде. Это дорого, потому что требует физически больших массивов выходных транзисторов, массивных радиаторов и силового трансформатора подходящего номинала.
Таким образом, эффективность имеет значение, потому что более эффективные усилители генерируют меньше отходящего тепла и экономят как деньги, так и потребление энергии. Как мы увидим, различные классы усилителей, показанные ниже, сильно различаются по своей эффективности, сложности, стоимости и точности воспроизведения. Разработчики усилителей стараются найти лучший из них для требований рынка.
Класс А
Самые простые усилители звука — несимметричные и класса А; то есть они используют только один выходной транзистор, который всегда является проводящим, независимо от формы выходного сигнала. Класс A имеет линейность от хорошей до превосходной (и, следовательно, высокую точность воспроизведения / низкие искажения), но очень низкий КПД.
Он почти никогда не используется в выходных каскадах усилителя мощности, но идеально подходит для входных каскадов и каскадов высокого уровня усилителя мощности.
На потребительском рынке есть несколько примеров двухтактных усилителей класса А (Krell, Sugden и т. д.). В них используются пары дополнительных (противоположных полярностей) выходных транзисторов, которые при низких уровнях сигнала пропускают весь ток, необходимый для управления подключенным громкоговорителем на полной номинальной мощности. Для приведенного выше примера 100 Вт / 8 Ом будет означать, что транзисторы выходного каскада будут смещены на 2,5 А. При напряжении питания не менее +/- 40 В выходные каскады рассеивают 200 Вт при отсутствии вывода на громкоговоритель — и это только для одного канала!
Из-за положительных качеств, связанных с работой класса A, он считается золотым стандартом качества звука во многих кругах аудиофилов. Однако у этих конструкций есть один важный недостаток: эффективность. Требование к конструкциям класса А иметь все выходные устройства всегда проводящими приводит к значительным потерям энергии, которая в конечном итоге преобразуется в тепло.
Это еще больше усугубляется тем фактом, что конструкции класса A требуют относительно высоких уровней тока покоя, который представляет собой величину тока, протекающего через выходные устройства, когда усилитель производит нулевой выходной сигнал. Реальные показатели эффективности класса A могут составлять порядка 15-35% с потенциалом падения до однозначных цифр при использовании высокодинамичного исходного материала.
Класс B
В двухтактных усилителях класса B каждый выходной транзистор проводит только половину (180 градусов) формы сигнала. Когда нет сигнала, ни один из транзисторов не проводит ток — полная противоположность усилителю класса А. Верхний транзистор NPN пропускает только положительные части сигнала, оставляя нижний транзистор PNP выключенным. И наоборот, нижний транзистор проводит только отрицательные части сигнала, оставляя верхний транзистор выключенным. Усилители класса B намного более эффективны, чем усилители класса A, но они имеют высокие искажения из-за сильной нелинейности в области перехода, где два транзистора переходят из включенного состояния в выключенное.
Эта форма искажения, называемая кроссоверным искажением, чрезвычайно неприятна для слуха, и поэтому ни в одной конструкции коммерческого усилителя не используется чистый класс B.
Класс AB
Комбинация класса A и класса B, усилитель класса AB имеет гораздо более высокий КПД, чем класс A, но гораздо меньше искажений, чем класс B. Это достигается за счет смещения точки перехода обоих транзисторов — точка. где усилители класса B вносят существенную нелинейность. Затем они переходят в класс B для больших сигнальных токов. Для любой данной конструкции усилителя будет оптимальный ток смещения, который минимизирует (но не устраняет полностью) кроссоверные искажения. Типичный ток смещения составляет 50 мА; таким образом, рассеиваемая мощность в нашем выходном каскаде мощностью 100 Вт составляет 80 В x 50 мА = 4 Вт, что составляет всего 2% от приведенного выше примера класса A. Большинство коммерческих усилителей мощности относятся к классу AB.
На практике ток смещения может отклоняться от оптимума со временем, температурой и уровнем сигнала, и это увеличивает остаточные искажения кроссовера.
Было вложено много изобретательности в попытки улучшить это с переменным успехом. Один хороший подход состоит в том, чтобы выключать непроводящий транзистор намного медленнее, чем в обычных конструкциях, используя сочетание положительной и отрицательной обратной связи в выходном каскаде, чтобы он мог работать почти в классе A с выходной мощностью около 10 Вт.
Легко понять, почему такие конструкции ограничены относительно низкой максимальной мощностью (20–50 Вт (среднекв.) На канал), перегреваются и являются чрезвычайно дорогими.
Класс D
В усилителях класса D используется другой метод, при котором выходные транзисторы (обычно полевые МОП-транзисторы) быстро включаются и выключаются с гораздо большей частотой, чем самый высокий звуковой сигнал, который необходимо воспроизвести. Звуковой сигнал используется для модуляции или изменения соотношения времени включения и выключения сигналов — отсюда и альтернативное название для класса D, класс широтно-импульсной модуляции или ШИМ.
Среднее значение этого выходного сигнала после фильтрации нижних частот соответствует фактической требуемой форме звукового сигнала. Обратите внимание, что это по-прежнему аналоговый усилитель — термин цифровой усилитель часто используется для обозначения класса D, но это просто неверно.
Преимуществом класса D является его высокий КПД (80-90%), поскольку выходные транзисторы либо полностью включены, либо полностью выключены во время работы. Его энергопотребление в режиме покоя сопоставимо с усилителем класса AB. К недостаткам относятся необходимость в дорогих выходных фильтрах, а также некоторая степень электромагнитного излучения / помех от усилителя и кабелей громкоговорителей из-за высоких частот переключения. В целом его качество звука не такое хорошее, как у приличного усилителя класса AB, хотя для лучших представителей класса D этот разрыв сокращается.
Углубляясь в мир класса D, вы также найдете упоминания об усилителях с аналоговым и цифровым управлением. Усилители класса D с аналоговым управлением имеют аналоговый входной сигнал и аналоговую систему управления, обычно с некоторой степенью коррекции ошибок обратной связи.
С другой стороны, усилители класса D с цифровым управлением используют сгенерированное цифровым способом управление, которое переключает силовой каскад без контроля ошибок (можно показать, что те, у которых есть контроль ошибок, топологически эквивалентны аналоговому управлению класса D с ЦАП впереди ). В целом, стоит отметить, что класс D с аналоговым управлением имеет тенденцию иметь преимущество в производительности по сравнению с цифровым аналогом, поскольку они обычно предлагают более низкий выходной импеданс и улучшенный профиль искажений.
Далее, есть небольшая проблема выходного фильтра: обычно это LC-цепь (катушка индуктивности и конденсатор), размещенная между усилителем и динамиками, чтобы уменьшить шум, связанный с работой класса D. Фильтр имеет большое значение: некачественный дизайн может поставить под угрозу эффективность, надежность и качество звука. Кроме того, обратная связь после выходного фильтра имеет свои преимущества. Хотя в конструкциях, которые не используют обратную связь на этом этапе отклик может быть настроен на конкретный импеданс, когда такие усилители работают со сложной нагрузкой (например, реальный громкоговоритель, а не резистор), частотная характеристика может значительно варьироваться в зависимости от того какую нагрузку на громкоговоритель он видит.
Обратная связь стабилизирует эту проблему, обеспечивая плавную реакцию на сложные нагрузки.
В конечном счете, сложность класса D имеет свои плюсы: эффективность и, как следствие, меньший вес. Поскольку относительно мало энергии расходуется в виде тепла, требуется гораздо меньший отвод тепла. Более того, многие усилители класса D используются вместе с импульсными источниками питания (SMPS). Как и выходной каскад, сам источник питания можно быстро включать и выключать для регулирования напряжения, что приводит к дальнейшему повышению эффективности и возможности снижения веса по сравнению с традиционными аналоговыми / линейными источниками питания. Даже очень мощные усилители класса D могут весить всего несколько килограммов. Недостатком источников питания SMPS по сравнению с традиционными линейными источниками является то, что первые обычно не имеют большого динамического запаса. Тестирование усилителей класса D с линейными источниками питания по сравнению с источниками SMPS показало, что это верно, когда два усилителя мощности с сопоставимым номиналом оба выдавали номинальную мощность, но один с линейным источником питания мог обеспечивать более высокие динамические уровни мощности.
Тем не менее, конструкции SMPS становятся все более обычным явлением, и вы можете ожидать увидеть более мощные усилители класса D следующего поколения, использующие их.
Класс G и H
Еще одна пара конструкций, разработанных с целью повышения эффективности, технически говоря, усилители класса G и H официально не признаны. Эти термины относятся к классам усилителей, в которых в интересах более высокого КПД, чем у класса AB, напряжения питания выходного каскада меняются в зависимости от уровня сигнала. Это связано с тем, что отношение максимальной амплитуды к средней амплитуде музыки довольно велико — обычно 3 к 1 — поэтому полное напряжение источника питания требуется редко. Если вышеупомянутый выходной каскад мощностью 100 Вт обычно работает только при, скажем, +/- 20 В, а не +/- 40 В (теоретическое минимальное значение), то при воспроизведении музыки он будет в среднем намного холоднее. Конечно, сейчас необходимы дополнительные источники питания, но эти затраты могут быть в значительной степени компенсированы меньшим тепловыделением (и меньшими размерами) всей системы.
Термины G и H часто путают — здесь мы используем термин класс G для обозначения усилителей, у которых есть две (или более) пары шин питания, доступных для выходных транзисторов. Они могут переключаться жестко при заданном уровне сигнала или мягко, при этом более высокие шины, представленные на выходном каскаде, модулируются в соответствии с уровнем выходного сигнала. Это соответствует форме выходного сигнала вверх и вниз, чтобы поддерживать небольшое постоянное напряжение около 5 В на выходных транзисторах при высоких уровнях сигнала.
Усилители класса H используют только один источник питания для выходных каскадов, который можно изменять либо дискретно, либо непрерывно. Он требует более сложной схемы для прогнозирования и управления напряжением питания и отлично подходит для компактных усилителей очень большой мощности, используемых в профессиональных туровых акустических системах (PA).
Так в чем же здесь недостаток? Одним словом: стоимость. В оригинальных схемах переключения шин использовались биполярные транзисторы для управления выходными шинами, что увеличивало сложность и стоимость.
В наши дни это часто сокращается за счет использования сильноточных полевых МОП-транзисторов. Использование полевых МОП-транзисторов не только дополнительно повышает эффективность и снижает нагрев, но и требует меньшего количества деталей. Помимо стоимости самой коммутации шины / модуляции шины, также стоит отметить, что в некоторых усилителях класса G используется больше устройств вывода, чем в типичной конструкции класса A / B. Одна пара устройств будет работать в обычном режиме A / B, питаясь от низковольтных шин; Между тем, другая пара остается в резерве, чтобы действовать как усилитель напряжения, и активируется только по мере необходимости. В конце дня, из-за этих дополнительных затрат вы обычно увидите только усилители класса G и H, связанные с мощными усилителями, где повышенная эффективность делает это целесообразным. Компактные конструкции также могут использовать топологии класса G / H в отличие от класса A / B, учитывая, что возможность переключения в режим низкого энергопотребления означает, что они могут обойтись немного меньшим радиатором.
Один усилитель на все случаи жизни?
При правильной реализации любая из вышеперечисленных схем, помимо чистого класса B, может стать основой высококачественного усилителя. Неубедительно? Тогда давайте посмотрим на относительные сильные и слабые стороны каждой схемы:
| Класс усилителя | Типичная эффективность | Плюсы | Минусы |
| А | ~ 15-35% | Нет кроссоверного искажения. | Неэффективность = нагрев Несимметричные конструкции подвержены гудению и более высокому уровню искажений. |
| B | ~ 70% | Сравнительно высокий КПД. | Возможность значительного кроссоверного искажения и ухудшения качества воспроизведения |
| А / B | ~ 50-70% | Более эффективен, чем класс А. Относительно недорогой. Кроссоверные искажения являются спорным вопросом. | КПД хороший, но небольшой. |
| G и H | ~ 50-70% | Повышенная эффективность по сравнению с классом A / B. | Дороже, чем класс A / B, но более высокие уровни мощности достижимы в меньшем форм-факторе. |
| D | Наилучшая эффективность Легкий вес. | Широтно-импульсные модуляторы, работающие на относительно низких частотах, могут поставить под угрозу воспроизведение высокочастотного звука. Некоторые конструкции обеспечивают разное качество звука в зависимости от нагрузки на динамик. |
Помимо потенциальных проблем с производительностью (которые в первую очередь являются следствием проектных решений, а не присущи классу), выбор класса усилителя в значительной степени является вопросом стоимости или эффективности. На сегодняшнем рынке преобладает класс A / B, и по уважительной причине: они работают очень хорошо, относительно дешевы, а их эффективность вполне достаточна для устройств с низким энергопотреблением (> 200 Вт).
Конечно, поскольку производители усилителей пытаются раздвинуть границы мощности с помощью таких усилителей, как 1000-ваттный моноблок Emotiva XPR-1, они обращаются к конструкциям класса G / H и класса D, чтобы их усилители не использовались в качестве обогревателей. Между тем, на другом конце рынка находятся поклонники класса A, которые могут простить недостаток эффективности в надежде на более чистый звук.
Резюме
В конце концов, классы усилителей не так важны, как некоторые могут подумать. Да, есть важные различия, особенно когда дело касается стоимости, эффективности усилителя и, следовательно, веса. Безусловно, усилитель класса A мощностью 500 Вт — плохая идея, если только вы не собираетесь использовать его в качестве духовки. С другой стороны, различия между классами на самом деле не определяют качество звука. В итоге все сводится к проектированию и реализации конечного продукта.
Обзор импульсных (ключевых) усилителей мощности классов D, T, UcD, PurePath
Информация для начинающих УНЧ-строителей и не только:
принцип работы, схемотехника, модификации и сравнительные характеристики
различных типов импульсных (ключевых) усилителей.
1).
Рис.1 Функциональная схема усилителя класса D с внешним ГЛИН треугольного напряжения
Механизм преобразования аналогового звукового сигнала в импульсное напряжение с изменяемой скважностью приведён на Рис.2.
Рис.2 Механизм формирования ШИМ сигнала в цифровом усилителе
Далее ШИМ сигнал, имеющий форму импульсов равной амплитуды, но разной длительности, усиливается с помощью
пары симметрично включённых быстродействующих MOSFET транзисторов, после чего поступает на простейший LC-фильтр, который демодулирует
усиленный сигнал, отсекая несущую частоту и сопутствующий высокочастотный шум.
Поскольку выходные транзисторы работают в импульсном режиме, т. е. выступают в роли ключей, находясь либо в закрытом, либо в открытом
состоянии, КПД цифровых усилителей при практической реализации достигает значений порядка 90–95%. А это означает, что лишь единицы процентов
энергии расходуются на нагрев полупроводников, поэтому радиаторы для них можно использовать крайне малого размера.
В настоящее время промышленно выпускается довольно большое количество специализированных и недорогих ИМС, предназначенных для работы в качестве усилителей класса D. Одна только компания «Texas Instruments» производит линейку цифровых усилителей (номенклатурой — около 50-ти наименований) с широкими диапазонами питающих напряжений: 2,5…50 В и мощностей — 3…300 Вт. Поэтому интерес отдельной радиолюбительской братвы к построению цифровых усилителей на ШИМ-контроллерах, предназначенных для блоков питания (типа TL494 или подобных), мы здесь ни приветствовать, ни обсуждать не станем ввиду их весьма скромных качественных характеристик.
Отдельным подклассом усилителей звуковой частоты класса D являются устройства, не содержащие генератора треугольного напряжения, а
работающие в режиме самовозбуждения или, иначе говоря — самоосцилляции (Self-Oscillating Amplifier). Самоосцилляция возникает вследствие
введения положительной обратной связи.
Однако и в данном типе усилителей также возможны варианты:
1. Усилители класса D с самовозбуждением, разработанные компанией Philips Electronics по UcD-технологии (Universal Class D) в 2005 году (Рис.3).
Рис.3 Структурная схема UcD-усилителя
Как видно из схемы, усилитель охвачен общей отрицательной обратной связью, поступающей с выхода ключевого усилителя через
выходной фильтр (L1, C3) и цепь обратной связи (R1…R3, C1) на вход компаратора. Параметры фильтра и цепи обратной определяют частоту
на которой фазовый сдвиг составляет 180 градусов, в результате чего и возникает автоколебательный процесс.
В описании демонстрационной версии UcD усилителя Philips UM10155 содержатся: принципиальные схемы и печатные
платы изделия. При выходной мощности 200 Вт усилитель обеспечивает КПД — не менее 92% и коэффициент гармоник — не более 0.03%.
Ознакомиться с описанием можно по ссылке —
Philips UM10155.
Теоретически, в усилителе UcD, благодаря введению общей отрицательной обратной, появляется
возможность реализовать более линейный режим его работы и получить меньшее (чем у усилителей с ГЛИН) значение уровней гармонических
составляющих.
К тому же ООС компенсирует активное сопротивление выходного дросселя, в результате чего коэффициент демпфирования получается
очень высоким, что особенно важно при использовании усилителя с мощными сабвуферами.
С учётом необходимости иметь частоту среза выходного фильтра в районе 30 кГц, весьма сложно даётся увод частоты
осцилляции на необходимые и стабильные 300…400 кГц, при которых искажения имеют приемлемый уровень. Именно поэтому данный тип усилителей и не нашёл широкого интереса массовых производителей электроники и ограничился не самой крупной компанией Hypex Electronics, выпускающей несколько серий модулей UcD усилителей, предназначенных в основном для активных сабвуферов.
Несколько по-другому обстоят дела с другим видом самоосциллирующих усилителей:
2. Усилители «PurePath™ HD» класса D с самовозбуждением, разработанные компанией Texas Instruments (Рис.4).
Рис.
4 Структурная схема усилителя PurePath™ HDС
В отличие от UcD устройств, в усилителях PurePath™ HD сигнал обратной связи снимается до выходного фильтра нижних частот. В связи с этим
фазовый сдвиг, необходимый для устойчивой осцилляции, определяется, прежде всего, номиналами элементов петлевого фильтра, что делает
работу усилителя более устойчивой и предсказуемой.
О характеристиках таких усилителей можно судить по ИМС типа TAS5615 и TAS5616 (мощностью 150 Вт) и TAS5630 и TAS5631, представляющих
собой стереофонические усилители с интегрированной цепью ОС и максимальной выходной мощностью 300 Вт на канал. Усилители обеспечивает
коэффициент гармоник (Кг) 0.03% при выходной мощности 1 Вт на нагрузке 4 Ом. В мостовом включении TAS5630 и TAS5631 выдают
400 Вт максимальной мощности при 10% искажений.
Микросхемы выпускаются в 44 выводных или 64 выводных корпусах, стоят у наших китайских друзей 8…10$, но гораздо более
предпочтительным я бы посчитал не покупку ИМС и самостоятельное её паяние (со всеми вытекающими последствиями), а приобретение готового
модуля, который на том же Али стоит вполне адекватных денег (Рис.
5 слева).
Рис.5 Модуль 2×300 Вт TAS5630 и зависимость нелинейных искажений от вых. мощности
На диаграмме зависимости коэффициента гармоник от выходной мощности, взятой из Datasheet-а на TAS5630 (Рис.5 справа), видно, что картина с нелинейностью микросхемы не такая уж и радужная. Коэффициент гармоник 0.03%, приведённый в характеристиках для выходной мощности 1Вт начинает прилично расти как при понижении, так и при повышении мощности. На 10 ваттах он уже превышает 0,1%, а при мощностях свыше 100 ватт начинается лавинный рост, вплоть до 10%.
Если всё ж таки сильно хочется поэкспериментировать с PurePath осцилляцией, то я бы предложил популярную и недорогую микросхему
компании International Rectifier — IRS2092, которая представляет собой основу звукового усилителя класса D.
В сочетании с внешними МОП-транзисторами IRS2092 образует полный усилитель класса D с защитой от перегрузки и сквозных токов выходных
транзисторов.
Универсальная структура узла аналогового входа с усилителем ошибок и ШИМ-компаратором обладает гибкостью в реализации различных
типов схем модуляции ШИМ, однако типовой областью применения ИМС являются усилители с автоколебательной технологией ШИМ PurePath.
Рис.6 Типовая схема включения IRS2092 с автоколебательной технологией ШИМ
Основные параметры усилителя D-класса на базе ИМС IRS2092:
Максимальное напряжение питания ±100 В;
Максимальный ток драйвера: ON — 1А, OFF — 1,2 А;
DEADTIME — 25/40/65/105 nS;
Время реакции защиты от перегрузки — 500 nS;
Постоянное напряжение на выходе — менее 20 мВ;
Максимальная частота ШИМ — 800 кГц;
Коэффициент усиления без ООС — более 60 дБ;
THD на нагрузке 4 Ω при вых мощности 50 Вт, 1 кГц — 0,01%;
Уровень шума — 200 мкВ.
Ценность данной микросхемы состоит в том, что при увеличении количества выходных транзисторов (в параллельном включении), появляется
бонус в виде достижения в нагрузке значительных (вплоть до киловаттных) мощностей.
Естественно, что в этом случае придётся поднапрячься и
позаботиться об умощнении драйверных выходов.
Ознакомиться с подробным функциональным описанием микросхемы IRS2092 на русском языке можно по ссылке — IRS2092.
3. Усилители класса T, разработанные фирмой Power Acoustic в 2000 году.
Усилители класса Т были анонсированы, как альтернатива ключевым усилителям других классов.
Если в усилителях класса D используется ШИМ-модуляция с фиксированной частотой ГЛИН, то в усилителях класса T выходные
транзисторы коммутируются с изменяющейся по псевдослучайному закону (Dithering of the Switching Frequency) частотой, значение которой,
помимо прочего, зависит и от уровня входного сигнала.
Dithering (дизеринг) представляет собой подмешивание в первичный коммутирующий сигнал псевдослучайного шума со специально подобранным
спектром, что размазывает шум квантования в широкой полосе частот, в результате чего — спектральная плотность гармоник информационного
сигнала и комбинационных искажений значительно снижаются при сохранении высокого параметра КПД.
В связи со сложностью алгоритма — все эти манипуляции удобнее производить в цифровом виде при помощи специализированного сигнального
процессора (Рис.6).
Рис.7 Структурная схема стереофонического усилителя класса T
В 2000г. при финансовой поддержке компаний Cisco, Intel и Texas Instruments была создана фирма Tripath для разработок и производства
полностью цифровых усилителей звука класса Т на базе собственной технологии DPP (Digital Power Processing).
На сегодняшний день можно отметить одного из флагманов линейки, выпускаемой компанией Cisco — ИМС TDA2500.
Микросхема представляет собой драйвер стереоусилителя класса Т, выполненный по технологии Digital Power Processing (DPP).
При подключении микросхемы к источнику напряжением ±90В и внешним полевым транзисторам в соответствии с Datasheet-ом,
производитель гарантирует следующие характеристики каждого канала при 4-омной нагрузке:
TDN + N (искажения + шумы) = 0,02% при 50 W;
TDN + N (искажения + шумы) = 0,1% при 650 W;
TDN + N (искажения + шумы) = 1% при 800 W;
TDN + N (искажения + шумы) = 10% при 1100 W;
КПД при 500 W — 79% .
..
Стоимость микросхемы TDA2500 у наших китайских друзей составляет немногим менее 1000$ за единицу продукции.
Однако не стоит хоронить класс D, всё дело в комплектующих — продекларировали гарны хлопцы из датской компании Lars Clausen Technologies и выдали на-гора свой класс усилителей под названием NewClassD.
4. Усилители класса NewClassD, выпускаемые компанией Lars Clausen Technologies с 2006 г.
На сегодняшний день компания Ларса Клаузена выпускает два модуля усилителей «Singularity 3» класса NewClassD мощностью 900 и 1200 Вт
(при работе на 4-омную нагрузку).
Вот, что датчане пишут про основные отличия своих изделий от обычного D-класса и причины, по которым их можно считать «одними из лучших
усилителей звука в мире»:
1. Использование высокоскоростных SiCFET транзисторов на 600 В, которые работают примерно в 10 раз быстрее MOSFET-ов,
обеспечивая лучшее разрешение в верхней части диапазона и меньший коммутационный шум;
2.
Высокая частота дискретизации 850 кГц;
3. Качественные и сверхмалошумящие дискретные полупроводники от компании Rohm Semiconductor;
4. Тонкоплёночные прецизионные резисторы
5. Танталовые резисторы от Audio Note UK в цепи обратной связи;
6. Выходные фильтры из посеребрённого провода с тефлоновой изоляцией;
7. 6-слойная посеребрённая печатная плата с полной плоскостью GND;
8. Тщательная настройка каждого модуля для достижения идеальной производительности
Характеристики на 1200-ваттный агрегат приводятся следующие:
Максимальная выходная мощность на 4 Ом — 900 Вт RMS
Максимальная выходная мощность на 3,2 Ом — 1200 Вт RMS
Диапазон воспроизводимых частот по уровню -3 дБ (4 Ом) — 2…180000 Гц
THD + N при 1Вт (8 Ом) — 0,00033%
THD + N при 40Вт (8 Ом) — 0,01%
Динамический диапазон — 146 дБ
Цена — 1456,88$
Рис.
8 «Singularity 3» — 1200 Вт. Зависимость Кг от частоты при мощности 1Вт (8Ом)
Красивая картинка, но, как говорится — «Грустно, девицы!». Мы же с вами видим (судя по приведённым характеристикам), что уже при 40 ваттах
искажения выросли в 30 раз! А что будет при 100, 200-ваттных и т. д. мощностях? А об этом шибко лукавый датский производитель предпочёл
сильно не распространяться.
Хотя, чего греха таить, качественных комплектующих и тщательной настройки, как и большой и чистой любви — много не бывает!
ЛИТЕРАТУРА
1. Philips Semiconductors — User manual UM10155 Discrete Class D High Power Audio Amplifier
2. Lars Clausen Technologies IVS — NewClassD
3. V. Makarenko — The comparative analysis of characteristics of key amplifiers of sound signals
Великий джазовый гитарист Барни Кессел скончался от неоперабельного рака мозга в возрасте 80 лет, когда я работал над этим обзором. 83-летняя легенда джазовой гитары Тихоокеанского Северо-Запада Джон Ла Шапель одолжил мне свой августовский номер Just Jazz Guitar , чтобы я прочитал, когда я зашел на свой обычный урок джазовой гитары в четверг вечером. В августовском номере есть отличная серия статей о Барни, его жизни и музыке, которые обязательно нужно прочитать, если вы поклонник Барни. Хотя я знал о творчестве Барни и слушал его музыку, я понял, как много я упустил, не обращая больше внимания. Чтобы вспомнить и пожелать Барни посмертного «Удачи!», я достал свою копию Kessel Plays Standards [Contemporary OJCCD-238-2] и прослушал воспроизведение своего альбома через комбинацию Toshiba/Sonic Impact/Omega Super 3 трижды , прежде чем выйти в эфир. | |||||||||||||||||
Во время прослушивания я поймал себя на том, что думаю только о том, как сильно я наслаждаюсь музыкой и как сильно я уже скучаю по Барни, вместо того, чтобы суетиться из-за обычной аудиофильской одержимости звуковыми мелочами. На самом деле, я даже не мог думать о звуке, не заставляя себя сосредоточиться. Когда я сосредоточился, я подумал, что Sonic Impact T-amp представляет музыку как чистую, детальную, немного теплую, с несколько округлым характером и, возможно, немного слабым в области басов, возможно, из-за питания от батареи. . Он разрешал достаточно деталей, чтобы довольно легко услышать даже слабое жужжание моторов магнитофона Amperex, тихо работающее на заднем плане, и легкое шипение мастер-ленты, скользящей по головкам. Темп, ритм и тайминг, казалось, были примерно в середине спектра — не в той же лиге, что и у лидера класса Naim, но и не усердный и медленный. | |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
| Big Rig против T-rex Ну получается там больше — о чем говорить.  Может показаться более чем несправедливым ставить Т-усилитель за 39 долларов в высокопроизводительную аудиосистему за 30 тысяч долларов и больше, чтобы посмотреть, на что он способен. Единственное дешевле в моем Big Rig of Nirvana провода, колонки Avantgarde Duo, моноусилители Fi 2A3, предусилитель Tom Evans Audio Design Vibe, Audio Logic DAC и Meridian 508.20 используемый в качестве транспорта — это компакт-диск, крутящийся в транспорте . Абсурд говоришь? Может быть, но что может быть лучше, чтобы в полной мере оценить возможности маленького тираннозавра — упс, Т- и — может сделать? С чувствительностью 103 дБ большого Avantgarde Duos и полнодиапазонным откликом активных низкочастотных динамиков маленький T-rex мог работать в своих лучших проявлениях, не беспокоясь о своей низкой выходной мощности. Вы, вероятно, подумали бы, что это в высшей степени нечестный и легкомысленный матч, но вы бы не подумали, если бы услышали об этом. Друзья по звуку Пит Риггл и Билл Ван Винкль заглянули в гости и послушали. | |||||||||||||||||
| А теперь вот в чем дело: если бы я завязал вам глаза и попросил вас послушать усилители из моей коллекции прямо сейчас — стерео Almarro EL84 SEP, интегрированное с его напористым темпом и ритмом и слегка темной и теплой, но естественно детализированной звуковой сценой; эмоциональные и музыкальные моноблоки Fi 2A3 SET с их открытым, расслабленным, динамичным и детальным звучанием; и стереоусилитель Yamamoto 45 SET с его чистым, ясным, объемным, сверхдетализированным и искусно музыкальным звуком — и если после этого я подсуну Т-усилитель в микс и попрошу вас прокомментировать его звук… что как вы думаете, вы бы сказали? Я думаю, это было бы близко к тому, что сказал Билл: «Его звуковой почерк больше всего напоминает мне Yamamoto 45.  Он чистый, с большим количеством деталей и приличным ритмом и темпом. Не такой плавный и музыкальный, но очень хороший». Когда я сказал Биллу и Питу, что T-amp стоит всего 39 долларов, они были ошеломлены. После того, как я дал Т-усилитель Биллу в руки, чтобы он мог «посмотреть» на него, он разразился чудесным смехом над его сочетанием легкого веса, небольшого размера и мощной производительности. | |||||||||||||||||
| T-amp действительно хороший маленький усилитель, но он не идеален — и я не ожидал, что он будет по своей цене или любая цена в этом отношении. На альбоме Джиллиан Уэлч Soul Journey [Acony Records 0305] я заметил, что T-amp воспроизводит изображение не так хорошо, как мои однотактные ламповые усилители.  Изображения не такие цельные и трехмерные. Пространство вокруг инструментов и между ними тоже не такое черное — скорее темно-серое, если вы понимаете, о чем я. Ноты не расцветают и не затухают с той же естественностью звучания, что и в однотактных усилителях — они немного усечены, чуть меньше 9.0015 ароматный . Нет такой же n-й степени «жизни», которую наполняют лучшие SET. Это также не создает их вздымающегося ощущения дыхания естественного пространства и не столь динамично ни в микро-, ни в макродинамическом плане. Но мне очень нравится и думаю | |||||||||||||||||
, что он отлично справляется со своей работой, не настолько сильно уступая по производительности лучшим SET, что это сразу бросается в глаза. Самая большая похвала, которую я могу похвалить T-amp, заключается в том, что когда он играет музыку, я забываю о нем как об аудиоустройстве и погружаюсь в наслаждение музыкой. Это действительно высшая похвала, которую можно дать любому оборудованию. Тот факт, что эта штука всего за 39 долларов делает вещи довольно ошеломляющими. Итог Almarro, Fi и Yamamoto прекрасно воспроизводят музыку, потрясающе звучат и относительно дороги. Fi стоит почти в 100 раз больше, чем вы можете купить T-amp через Интернет. Тем не менее ни один из них не уступает маленькому T-amp по качеству звука и способности воспроизводить музыку. Доказательство, однако, в прослушивании. И здесь Sonic Impact T-amp — абсолютно блестящее оборудование, которое революционизирует качество звука по действительно бюджетной цене. До T-amp о великолепно звучащем усилителе за 39 долларов никто не слышал. Это делает Sonic Impact непревзойденным. Черт возьми, даже за 390 долларов он был бы непревзойденным — это просто отличный маленький усилитель. Маленький Sonic Impact T-rex только что откусил большой кусок от пухлой попки High-End. | |||||||||||||||||
| Gaincard был, пожалуй, моим любимым твердотельным усилителем всех времен, за ним последовал снятый с производства Pass Aleph 3 .  Оба были/были намного дороже, чем Т-усилитель, а также более мощные. Я думаю, что Т-усилитель может звучать лучше, чем они оба, но здесь я немного расслабился, так как я исхожу из памяти. T-amp звучит более детально и чисто, чем Pass, и немного теплее и музыкальнее, чем Gaincard, но без впечатляющих басовых способностей Gaincard. Т-усилитель — это ответ на вопрос, заданный Хербом Райхертом, когда он рецензировал 47 Labs Gaincard в Listener (том 5, номер 2): «Но я действительно хотел бы знать, как те же девять компонентов и Шалтай будут работать, если они были втиснуты в одну использованную банку из-под тунца и одну маленькую банку из-под супа. Я серьезно. Что, если следующим шагом в исследовании Джунджи будет выяснить, насколько музыкальную целостность он сможет сохранить, сведя к минимуму дорогостоящую упаковку?» | |||||||||||||||||
| T-amp — это весело.  Пахнет лучше, чем банка с тунцом. Это дешево. Выглядит лучше, чем консервная банка. Это звучит здорово. Он играет музыку со страстью. Чего же ты ждешь? | |||||||||||||||||
| Предварительный просмотр PS/Части 2: Что, если с помощью нескольких хитрых трюков можно было бы улучшить минор Т-ампа — и я подчеркиваю незначительные — недостатки? Что, если бы можно было получить немного больше басового удара? Как бы это звучало, если бы отказаться от дешевого регулятора громкости, добавить более мощный блок питания, несколько хороших входов RCA и приличные клеммы для перемычек? Даст ли это более глубокую звуковую сцену и цветение ламп ? Что, если вы добавите потрясающее деревянное шасси Cain & Cain? О, Терри, у меня есть идея! Следите за обновлениями. Читатель 6Moons Дэвид Дай Комментарии о T-amp » Привет, Шраджан, 9 лет0019 Вы, ребята, должны провести много времени, скрываясь в Asylum и Audio Circles, чтобы найти этот удивительный маленький усилитель [Sonic Impact — Ed . ]. Что бы это ни стоило, у меня есть несколько предложений, которые, я надеюсь, вы передадите рецензенту, чтобы максимизировать качество звука от этого маленького хаммера. Прежде всего, дешевый регулятор громкости — самая слабая часть этого усилителя, который звучит много. лучше, если вы просто выкрутите его до упора и будете использовать как базовый усилитель с хорошим предусилителем. У меня были хорошие результаты при использовании качественного пассивного предусилителя (недорогого, изготовленного на заказ Скоттом Никсоном) и еще лучших результатов с несколькими ламповыми предусилителями, особенно без катодного повторителя/буферного каскада. | |||||||||||||||||
| Хотя усилитель хорошо работает от 8 батареек типа АА, вы можете улучшить звук, используя недорогой усилитель на 12 В в качестве источника питания (я использую усилитель от Target за 30 долларов, который также сочетается по цвету с усилителем).  ). Другим вариантом является использование регулируемого линейного источника питания CB 13,8 В / 3-5 А, который даст вам дополнительный ватт или два. Опубликованное Tripath максимальное напряжение для этого чипа составляет 13,2 В, но они сказали мне, что жестко регулируемое питание 13,8 В нормально, и у меня не было проблем с настройкой усилителя на этот уровень. Некоторые участники Audio Circle используют линейный блок питания Pyramid за 20 долларов, полученный от Parts Express. Тем не менее, я рекомендую более качественный блок питания производства Astron, который стоит примерно на 10 долларов дороже. Как вы понимаете, я из тех, кто не жалеет средств. Я не рекомендую использовать импульсный блок питания, поскольку чипы Tripath производят здоровую дозу радиочастотного хэша, который не нужно усугублять его блоком питания. Продолжая тему удивительных сделок, я предлагаю обозревателю попробовать использовать Home Depot 14. наружный удлинитель калибра (оранжево-черный) для провода динамика (рекомендация Audio Critic из нескольких выпусков назад). Просто плотно скрутите оголенный провод и вставьте его в дешевые пружинные разъемы (осторожно, иначе вы сломаете пластиковые рычаги, если будете слишком сильно нажимать на них). Преобразователь стерео mini-RCA Radio Shack за 4 доллара позволит использовать приличные межсоединения (в моем случае Nordost Solar Wind).Динамики Loth-X BS-1 мощностью 3 дБ. Sonic Impact позиционирует этот усилитель как 15-ваттный, но он выдает только около шести ватт на 8 Ом, поэтому эффективные динамики просто необходимы. Тем не менее, я также добился хороших результатов, используя два таких присоска в конфигурации с двойным усилением, чтобы раскачать мои 83,5 дБ LS3/5A. В этой установке я использую блок питания переменного тока Astron для управления среднечастотными драйверами и усилитель батареи для питания высокочастотных динамиков, что уменьшает высокочастотный системный шум. Очевидно, что вы не можете настроить этот усилитель на территории Bel Canto eVo, но Небольшая недорогая установка, сделанная своими руками, может дать замечательные результаты в системе небольшого помещения. Черт, мне нравится слушать его на моей основной системе, но я не фанат хедбенга и не фанат басов. Чтобы получить самую недорогую систему, просто добавьте DVD-плеер Toshiba 1350 или 1360 для воспроизведения RedBook, и вы получите очень музыкальную и дешевую систему. Кстати, вы можете приобрести этот усилитель в Target Online всего за 19 долларов.0,95. Это великая страна или что? Спасибо, что читаете эти бредни. Я ценю, что вы достаточно непредубеждены, чтобы сделать обзор чего-то столь необычного, как этот усилитель. Это, безусловно, повысило мой интерес к вашему веб-журналу, и я предсказываю, что это поможет расширить вашу читательскую аудиторию». | |||||||||||||||||
| Дэвид Дай Bethesda, MD » Привет, Дэвид,Джефф Дэй — муни, ответственный за вылов этого улова, и сегодня утром я переслал ему вашу записку с советами. Большое спасибо. Это именно такой обмен типа «аудиофильского сообщества» мне нравится больше всего.  Андерграундный элемент любителей — это то, что создавало практическое возбуждение в «старые» дни HiEnd. Возможно, по мере развития мейнстрима некоторые из них отступили или, в крайнем случае, по крайней мере, потеряли известность в основной прессе. Мы так же виноваты, как и все остальные, за то, что не знаем о некоторых текущих тенденциях в DIY, и поэтому действительно ценим таких людей, как вы, работающих с нами, предоставляя советы, которые в противном случае мы могли бы никогда не встретить. Спасибо за предоставленную нам возможность!»Cheers, Шраджан | |||||||||||||||||
Сайт производителя | |||||||||||||||||
Чувствую себя подавленным? Включите Tears и послушайте. Я гарантирую, что это поднимет вам настроение, просто узнав, что есть кто-то еще более запутанный, чем вы себя чувствуете. На каждой системе, на которой я слушал первую версию Tears, голос Люсинды в «Fruits of My Labors» немного резкий и становится резким, когда она наклоняется к нему. Sonic Impact не стал исключением. Но я люблю голос Люсинды и угрюмую и сладкую тьму, которую он вызывает, в окружении бестелесных духов искаженных гитар на этом альбоме, игры на губной гармошке, искусной игры на барабанах и драйвовой басовой партии. Это страстная музыка. Т-усилитель позволял передать эмоциональные аспекты музыки почти так же, как однотактный триодный усилитель, даже если он не звучал как таковой. Я думаю, что его эмоциональная способность — один из главных факторов, сделавших этот усилитель таким популярным среди хипстеров андеграунда. Он играет музыку со страстью. Звучит тоже хорошо. Это очень дешево для загрузки. Что еще есть ? 
Пит и Билл, как и TASmanian Devil Стефан Харрелл (и я), являются поклонниками несимметричного усиления с рупорными громкоговорителями. Пит чертовски хорошо собирает усилители SET, и его интегрированный в 845 SET Guilty Pleasure звучит чрезвычайно хорошо с его одиночными валторнами Cain & Cain и великолепным винтажным проигрывателем Thorens 124. Билл — слепой мастер-реставратор пианино, который живет абсолютным звуком. В настоящее время Билл работает над восстановлением красивого столетнего рояля из орехового дерева, который настолько великолепен, что соблазняет меня потратить все свои сбережения, чтобы купить его, а я даже не играю на пианино! Вы знаете, такой парень, как Билл, правильно расставляет приоритеты, когда у него больше пианино, чем аудиокомпонентов — и, боже мой, аудиокомпонентов у него действительно есть! Как насчет двойных валторн Cain & Cain, валторн Брюса Эдгара и Omega Super 3 с одним динамиком, чтобы подогреть ваш аппетит? 
Я почти не решаюсь признаться в этом, потому что предсказываю, что некоторым людям будет трудно глотать. Но так оно и есть. T-amp не идеален и, с его дешевым пластиковым корпусом и бюджетной реализацией чипа Tripath, сильно отличается от качества сборки Almarro, Fi или Yamamoto. Пружинные разъемы хлипкие, и наличие только одного 1/8-дюймового стереовхода является неприятностью для аудиофилов.Усилитель класса T по сравнению с усилителем класса T.
Класс D: какой из них лучше?Джефф Делия
Содержание
- 1 Различия между усилителем класса T и классом D
- 1.1 Класс D
- 1.2 Класс T
- 315 2.2 Производительность
- 2.3 Стоимость
Различия между усилителем класса T и усилителем класса D
Чтобы решить, какой из усилителей класса T лучше, чем усилитель класса D , крайне важно понять их конструкцию.
Класс D
В усилителях класса D усилительные устройства работают как электронные переключатели вместо электронных устройств линейного усиления. прямое отличие от электронных усилителей других классов. Учитывая тот факт, что пары выходных транзисторов никогда не проводят ток одновременно, ток не имеет другого пути, кроме ФНЧ/громкоговорителя. Вот почему КПД усилителей класса D часто превышает 90%, а тепловыделение практически равно нулю в большинстве моделей. Поскольку радиатор не нужен, усилители класса D обычно имеют довольно легкий вес.
Класс Т
Хотя многие люди считают, что класс T является независимым классом усилителей, это просто товарный знак для конкретного усилителя класса D, используемого для усилителей Tripath. Компания Tripath создает усилители класса T, комбинируя базовые усилители класса D с запатентованными технологиями регулирования широтно-импульсной модуляции.
Tripath утверждает, что эта комбинация делает усилители класса T превосходящими усилители класса D в отношении общей производительности в большинстве случаев.
Пара соображений об усилителе класса T и усилителе класса D
Доступность
Поскольку компания Tripath уже подала заявление о банкротстве еще в 2007 году, наличие оригинальных усилителей Tripath класса T далеко не идеально. Хотя время от времени люди все еще могли получить в свои руки усилители класса T, кажется, что запасы могут быть исчерпаны в любой момент. Поэтому для обеспечения бесперебойного производства многие производители предпочитают использовать усилители класса D вместо усилителей класса T. Излишне говорить, что если вы покупаете продукты, в которых используются усилители класса T, имейте в виду, что запасные части для усилителей могут внезапно иссякнуть.
Производительность
В целом, усилители класса T обладают всеми преимуществами усилителей класса D, но превосходный контроль над широтно-импульсной модуляцией дает конструкции Tripath преимущество в производительности.
Следовательно, если вам нужны высокопроизводительные усилители, выбирайте класс T.
Стоимость
В зависимости от производителя цена на усилители класса D часто сильно различается между моделями. При этом вы сможете приобрести качественные и доступные усилители класса D, выполнив поиск по рынку. В случае класса T, поскольку компания Tripath прекратила свою деятельность, в большинстве случаев вы можете приобрести усилители этого класса по низким ценам.
Вывод: все дело в предпочтениях усилителя класса T по сравнению с усилителем класса D
Поскольку у разных людей разные вкусы, невозможно определить победителя, говоря о усилителе класса T по сравнению с усилителем класса D , без учета предпочтений.
Вообще говоря, если производительность является вашим главным приоритетом при выборе усилителей, то лучшим выбором будут усилители класса T. Хотя сегодня большинство усилителей класса T немного устарели, они по-прежнему могут предложить множество преимуществ.
