Классы усилителей | AVTOUSILOK

Всем привет!

В этой статье мы рассмотрим:

• Что такое класс усилителя звука;

• Какой класс усилителя лучше: A, B, AB, H, D;

• В чем их достоинства и недостатки;

• и многое другое.

Выбирая в магазине подходящий усилитель для аудиосистемы, обратите внимание на то, в каком классе они работают. Класс АВ можно назвать традиционным, в нем работает большинство усилителей. В последнее время все чаще встречаются усилки класса D, которые называют цифровыми, хотя это не совсем правильно, и скоро вы поймете почему.

Что предпочесть? Какой лучше? Как обычно, однозначного ответа нет, поскольку у каждого есть свои преимущества и недостатки. Но для начала пару слов о том, что и как там вообще происходит внутри.

Качнем току

Основные элементы практически любого усилителя — это транзисторы. Не будем вдаваться в суть построения различных схем, тем более, что их на самом деле далеко не одна, а выделим основное — сам принцип работы.

Для этого на время представим усилитель в виде, ну, скажем… водопровода. Неожиданно, правда? Тем не менее, аналогия налицо, и вы сейчас в этом убедитесь.

Во-первых, в усилителе есть блок питания, преобразующий однополярное напряжение бортовой сети („плюс» и „масса») в двухполярное („плюс»,„масса» и „минус»). Мы уже говорили, зачем он необходим, когда рассматривали, как измеряются мощности усилителей. Так вот, в такой системе двухполярный блок питания будет представлять собой не что иное, как два насоса (насос со стороны „+» будет как бы накачивающим, а насос со стороны „-» как бы откачивающим ток относительно массы). Наша задача — пустить эти потоки через нагрузку усилителя (нагрузка — это как раз подключенный к усилителю динамик). Для этого, понятное дело, нужны краны, которые будут управлять этими потоками.

Вот как раз роль этих кранов и играют транзисторы. Они могут открываться, пропуская через себя большой поток, или закрываться, уменьшая его. „Краны» эти по отношению друг к другу обратные: когда один начнет закрываться, другой будет открываться. Соответственно, поток от „насосов» будет направляться через нагрузку то в одну, то в другую сторону. А управляет всем этим открытием-закрытием как раз входной сигнал.

Усилители класса А

Но на самом деле просто открывать и закрывать транзистор еще мало, ведь нам нужно, чтобы сигнал усиливался без искажений, то есть, чтобы выходной сигнал по форме в точности повторял входной. Значит нам необходимо, чтобы транзисторы (эти самые краны) открывались и закрывались по строго линейному закону, строго пропорционально входному сигналу.

Но вот незадача, на самом деле транзистор может так работать не во всем своем диапазоне. Например, если входной сигнал слишком маленький, то транзистор на него почти не реагирует, зато при достижении определенного уровня резко открывается. Какая уж тут линейность?

А вот дальше этого момента реагирует на изменение управляющего сигнала вполне адекватно, почти что линейно. Значит, для того, чтобы искажений было как можно меньше, транзистор придется все время держать в приоткрытом состоянии. Это называется задать смещение транзистора или выбрать его рабочую точку.

В этом случае говорят, что усилитель работает в классе А. Такой класс усилителей по праву считается аудиофильским, поскольку обеспечивает очень маленькие искажения сигнала.

Но самый главный его недостаток — высокий ток покоя. Ток покоя — это ток, который будет течь через транзисторы, даже когда входного сигнала нет (ведь нам же пришлось задать транзисторам некоторое смещение). Из-за этого они довольно сильно нагреваются, и значительная часть энергии от блока питания уходит в тепло, а КПД усилителя составляет в лучшем случае всего лишь около 20-30%.

Усилители класса B

Но поскольку автомобильные усилители на самом деле делаются не на одном транзисторе, а строятся по так называемым двухтактным схемам, т.е. с 2 транзисторами, то возникает одна заманчивая идея. Что, если не держать их постоянно приоткрытыми? Пусть они оба при отсутствии входного сигнала будут закрытыми? Поскольку транзисторы по отношению друг к другу обратные, то получится, что один из них будет открываться, когда сигнал положительный, а другой — когда сигнал отрицательный. Иными словами, получится, что первый будет усиливать положительную полуволну сигнала, а другой — отрицательную, на нагрузке же эти половинки благополучно сложатся. Когда усилитель работает в таком режиме, то говорят, что это класс В.

Решение, несомненно, хорошее, ведь через транзисторы в такой схеме не течет бесполезный ток, когда сигнала нет, а значит и КПД усилителя получается гораздо выше. Однако все бы замечательно, но дело в том, что какие бы мы хорошие и качественные транзисторы не поставили, у них все равно будет присутствовать нелинейность в самом начале их открытия. А это значит, что в тот момент, когда один транзистор только закрывается, а второй только открывается, неизбежно появится искажение в виде ступеньки.

Когда уровень сигнала высокий, эта ступенька не выглядит очень уж большой, и если особо не придираться, то на нее еще можно и не обращать особого внимания. А вот на небольших уровнях сигнала она будет уже слишком заметна. Поэтому класс В в чистом виде в автомобильных усилителях не используется из-за больших искажений.

Так какой же режим лучше всего выбрать для усилителя? В классе А — маленькие искажения, но и КПД низкий, львиная доля мощности блока питания уйдет в тепло (вот почему усилители, работающие в этом классе, греются как утюги). Класс В обеспечит хороший КПД, но искажения будут такими, что о высоком качестве воспроизведения особо говорить не придется.

Усилители класса АB

Компромиссное решение — это смешанный режим, когда транзисторам обеспечивается лишь небольшое смещение, гораздо меньшее, чем в чистом классе А, но уже достаточное для того, чтобы избежать заметной ступеньки в выходном сигнале. При этом так и говорят — усилитель работает в классе АВ.

Выбирая рабочую точку транзисторов (ну или иными словами, выбирая насколько транзисторы будут приоткрыты в режиме покоя, то есть при отсутствии входного сигнала), можно сделать усилитель класса АВ ближе к классу А или к В. Например, в первом случае наиболее заметен тот эффект, что до достижения определенной мощности усилитель работает в классе А, а на высоких уровнях как бы автоматически переходит в класс АВ — решение, довольно часто применяемое в усилителях высокого класса (иногда в описаниях к таким усилителям можно встретить обозначение их класса как Real АВ).

Справедливости ради, нужно отметить, что классы А, В и АВ не единственные. Есть и другие, которые можно назвать производными от них, они представляют собой попытки совместить экономичность АВ-класса с качеством А-класса.

Усилители класса Super А

Например, класс А+ — симбиоз усилителей В-класса и А-класса (выход первого является средней точкой для второго). Или класс Super A (Non Switching) — в них специальная схема не дает транзисторам полностью запираться(ведь основные искажения, как вы уже знаете, как раз из-за нелинейности в самый начальный момент открытия транзисторов-„кранов»).

Усилители класса G

А усилители класса G вообще представляют собой два каскада усиления, работающих каждый от своего источника питания разного напряжения (на небольшой мощности работает каскад, питающийся от источника с небольшим напряжением, а на пиках к нему подключается второй, питающийся от источника с большим напряжением).

Впрочем, все это довольно сложные схемы, которые и в домашней то технике применяются все реже, а уж в автомобильных усилителях это, мягко говоря, и вовсе экзотика.

Усилители класса H

А вот усилители класса Н можно с уверенностью назвать чисто автомобильными. В этом классе делают усилители, встроенные в головное устройство. Понятное дело, в них нет никаких сложных блоков питания, преобразующих бортовые 12 Вольт в двухполярное питание с большим напряжением (впрочем, встроенный в ГУ усилитель все равно питается отдвухполярного напряжения, просто за среднюю точку для него принимается Uпит/2, то есть, условно говоря, 6 Вольт), поэтому мощность таких усилителей невелика.

Класс Н — это попытка в какой-то мере нивелировать основной недостаток маломощных усилителей — зажатость звучания. Так как же он работает?

На самом деле, усилитель класса Н — это практически то же самое, что и обычный усилитель класса АВ. Только в нем есть так называемая схема удвоения напряжения питания, основной элемент которой — конденсатор, накапливающий заряд, когда входной сигнал не очень большой. Ну а поскольку реальный музыкальный сигнал — это вам не синус, на котором по стандарту измеряется мощность, то для него характерны кратковременные пики.

Так вот, как раз в моменты таких пиков этот самый конденсатор специальной схемой добавляется последовательно к питающему напряжению, и оно как бы кратковременно удваивается, помогая усилителю воспроизвести эти пики с меньшими искажениями. Это, на самом деле, не особо сказывается на мощности усилителя, измеренной стандартно на синусоидальном сигнале, но на средних и высоких частотах звучание субъективно становится лучше.

Кстати!

Класс усилителя в первом приближении можно распознать по характеру зависимости КНИ от мощности. Смотрите, на малых уровнях сигнала класс А обеспечивает самые маленькие искажения. А вот класс В за счет „ступеньки» в сигнале на малых уровнях непременно будет иметь повышенные искажения (так называемая проблема первого Ватта). Класс АВ где-то между ними…

Усилители класса D

Классы А, В, АВ и прочие их производные — это все традиционные классы аналоговых усилителей, принципы построения у них схожие, разве что режимы работы транзисторов выбираются разные, да добавляются кое-какие примочки. Но есть и усилители, которые строятся изначально несколько иначе. Это импульсные усилители класса D (их, кстати, иногда называют цифровыми, хотя на самом деле технически это не очень корректно, в цифровую форму там ничего не переводится).

Давайте в общих чертах разберем, как работает усилитель D-класса.

Первым делом аналоговый входной сигнал (то есть обычный непрерывный сигнал с изменяющейся амплитудой) преобразуется в импульсный (сигнал с постоянной амплитудой, но прерывающийся). Причем длительности следующих друг за другом импульсов и пауз между ними будут разными, но самое главное — они будут в строгой зависимости от входного сигнала. Например, выше амплитуда входного сигнала — импульсы длиннее, ниже амплитуда — импульсы короче. Это называется широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Теперь полученный импульсный сигнал нужно усилить, и делается это точно так же, как и в обычных усилителях. И тут может возникнуть вопрос: а зачем вообще было преобразовывать сигнал в импульсный, если его все равно приходится усиливать, как и в обычном усилителе? Оказывается, смысл есть. Дело в том, что транзисторы в этом случае будут работать совершенно по-другому — в ключевом режиме. То есть они будут либо полностью открытыми, либо полностью закрытыми, без промежуточных вариантов. А ведь для такой работы, во-первых, нет необходимости подбирать транзисторы с линейной ВАХ и стараться попасть на линейный участок этой характеристики. Во-вторых (а это, собственно, следствие из первого), КПД таких усилителей может запросто вплотную приблизиться к идеалу в 100%. А ведь это показатель, недостижимый для обычных усилителей в принципе. Так что усиливаем импульсный сигнал, и радуемся, как у нас это легко получается.

Однако ж подавать такой усиленный импульсный сигнал на акустические системы, понятное дело, еще рано (как, позвольте спросить, под такой сигнал будет диффузор плясать?). Для этого нужно преобразовать его в обычную, аналоговую форму. Сделать это можно с помощью катушки индуктивности и конденсатора, которые вместе будут представлять собой LC-фильтр. Пропустив через них наш импульсный ШИМ-сигнал, на выходе мы получим усиленный сигнал, своей формой повторяющий входной.

Основное достоинство усилителей D-класса — высокий КПД. Однако есть и серьезный недостаток — частотный диапазон усилителя чаще всего бывает серьезно ограничен сверху. Именно это долгое время и было причиной применения этой технологии только в басовых моноблоках, рассчитанных исключительно на сабвуферное применение. Впрочем, с ее развитием и обычные, широкополосные усилители D-класса уже давно перестали быть экзотикой.

Преимущества усилителей класса D.

Задачей звуковых усилителей является передача входного звукового сигнала к системе воспроизведения звука с необходимыми громкостью и уровнем мощности — точно, эффективно и с малыми помехами. Звуковые частоты — это диапазон от 20 Гц до 20 кГц, соответственно усилитель должен обладать хорошей АЧХ во всем диапазоне (или же в более узкой области, если речь идет о динамике с ограниченной полосой воспроизведения, например о среднечастотном или высокочастотном динамике в многополосной системе).

Мощности могут быть разными (в зависимости от конкретного устройства): милливатты в наушниках, ватты в звуковых телевизионных системах и аудио для ПК, десятки ватт в домашних и автомобильных звуковых системах, сотни и более ватт в мощных домашних и концертных звуковых системах.

В обычных аналоговых звуковых усилителях транзисторы в линейном режиме применяются для генерации выходного напряжения, которое точно масштабирует входное. Коэффициент передачи по напряжению обычно достаточно велик (около 40 дБ). Если усиление в прямом направлении входит в цепь с обратной связью, то и коэффициент усиления всей цепи с обратной связью будет велик. Обратная связь в усилителях применяется часто, так как большой коэффициент передачи в сочетании с обратной связью улучшает качество усилителя: подавляет искажения, вызванные нелинейностями в прямой цепи, и снижает шумы от источника питания за счет того, что снижается коэффициент влияния источника питания (PSRR).

В обычном транзисторном усилителе транзисторы выходного каскада обеспечивают непрерывный сигнал на выходе. Существует множество различных инженерных решений для аудиосистем: усилители классов A, AB и B.

Во всех, даже в самых эффективных, линейных выходных каскадах рассеивание мощности больше, чем в усилителях класса D. Это свойство усилителей класса D обеспечивает им преимущество в различных системах, так как малое рассеивание мощности означает меньший нагрев схемы, позволяет экономить место на плате, снижает стоимость и продлевает срок автономной работы батарей в портативных устройствах.

 

Материал взят из свободного доступа в интернете, выражаю благодарность настоящему автору этого труда.

Как выбрать усилитель мощности в автомобиль

В этой статье я расскажу, что такое автомобильный усилитель мощности, для чего он нужен, чем они отличаются и как правильно его выбрать, а также установить в автомобиль.

---

Какие бывают усилители мощности.

В автомобильных системах среднего и высокого класса для достижения высокого качества звучания, большей громкости, а также для подключения сабвуфера становится недостаточно мощности встроенного усилителя автомагнитолы. Для решение этой проблемы предназначены автомобильные усилители мощности. Рассмотрим основные виды автомобильных усилителей мощности, их характеристики, а также принципы на которых надо основываться их выбирая.

Усилители бывают 1-канальные (моноблоки), 2-х канальные, 3-х канальные, 4-х канальные, 5-ти канальные, 6-ти канальные. Так же усилители делятся на класс AB (аналоговые, с высоким качеством усиления и не высоким КПД и соответственно мощностью) и D (цифровые, высокий КПД, большая мощность, низкое качество).

1-канальные усилители (моноблоки) используются в автомобильных системах как правило для сабвуферов. Слово моноблок при выборе усилителя для сабвуфера обозначает только то, что усилитель может работать на низкоомную нагрузку (1-2 Ом), если сабвуфер рассчитан на 4-8 Ом, то искать моноблок для него не принципиально, будет достаточно и 2-х канального усилителя, подключенного мостовой схемой. Моноблоки в основном все идут класса D, т.к. рассчитаны на подключения сабвуфера в автомобиле, а для саба самое главное хорошая мощность, а не качество звука. Также имеют развитый кроссовер в низкочастотном диапазоне и выносной регулятор громкости, что очень удобно при подключении к штатной автомагнитоле, в которой нет встроенной регулировки громкости сабвуфера.

Примеры достойных моноблоков:

2-канальные усилители мощности используются как для пары динамиков, так и для подключения сабвуфера используя мостовое соединение, либо по катушке/сабвуферу на канал усилителя, если позволяет мощность.

Примеры достойных 2-канальников:

3-канальные усилители сейчас используюся очень редко, т.к. все современные 4-канальные усилители имеют возможность мостового подключения и работы в режиме 2 каналов на акустику + 1 на сабвуфер.

4-канальные усилители — самые распространенные автомобильные усилители мощности. Могут быть использованы как для четырех динамиков, так для двух динамиков и сабвуфера, а также и для двух сабвуферов. Наиболее часто продаваемые и устанавливаемые усилители.

Примеры достойных 4-канальных усилителей:

5-канальные усилители используются в автомобильной системе для усиления четырех динамиков и сабвуфера. Как правило служат удешевленной альтернативой для более качественной компоновки системы, когда ставится отдельно усилитель для акустики и отдельно для сабвуфера. Также экономит место.

Примеры достойных 5-канальных усилителей:

6-канальные усилители мощности используются и распространены крайне редко за своей не востребованностью. Редкая автозвуковая система в них нуждается.

Но все же они есть:

Особняком можно выделить усилители со встроенным процессором звука. Очень часто установка усилителя в систему с штатным головным устройством сталкивается с такой проблемой, как отсутствие полноценной составляющей сигнала (штатная «поканалка»), фон, плохой качество сигнала. В такой системе для выделения качественного сигнала необходим процессор звука. Есть модели усилителей, в которых такой процессор встроенный:

---

Термины и обозначения которые нужно знать и использовать выбирая усилитель.

Мощность

Одна из основных характеристик всех автомобильных усилителей мощности. Бывает номинальная (RMS) и максимальная (PMPO). Также как правило на всех усилителях есть цифра на корпусе. То что указано на корпусе усилителя как правило из области фантастики — это общая максимальная мощность всех каналов с искажениями, верить этой цифре нельзя, т.к. это не что иное, как рекламный ход производителя для завлеченная покупателя. В паспорте или на коробке в характеристиках указана номинальная мощность — мощность которой следует верить, если она указана с должным КНИ (

Кроссовер

На сегодня практически в любом усилителе мощности есть встроенный кроссовер. Он позволяет обрезать частоты, усиливаемые усилителем снизу (HPF — High Pass Filter — Фильтр высоких частот) и оставить только верхние частоты или сверху (LPF — Low Pass Filter — Фильтр низких частот) и оставить только низкие частоты. В большинстве современных усилителей есть плавная регулировка частоты среза. Также существуют переключатели, которые позволяют умножать частоту на 10 (X10) и благодаря этому осуществлять по-канальное усиление без использования внешнего кроссовера акустики. Например Eton ECC 500.4, Audison SR 4. Также очень круто, когда можно изменить крутизну спада среза — 6, 12, 24 дБ.

Grand Bass, Bass, Bass Boost

Так обычно обозначается регулировка, которая позволяет усилить басовую составляющую звука. Актуальная для подключения сабвуферов. Хорошо когда такой фильтр позволяет выбрать частоту на которой можно усиливать бас и не просто его усилить, а плавно в децибелах.

High Level, High Input

Вход сигнала высокого уровня. Используется в системах с штатным головным устройством или когда автомагнитола не имеет линейных выходов. Подключение по нему не самый лучший вариант, т.к. Вы будете получать на громкости в аудиотракте искажения усилителя головного устройства. Используется только тогда, когда нет другого выхода. Есть усилители, которые могут начинать работать по наличию сигнала на таком входе, то есть для них не надо искать Remote в штатной системе автомобиля.

Bridge

Мостовое подключение. Обычно обозначено скобочкой на клеммах подключения акустики к усилителю. Дает суммированное усиление мощности 2-х каналов усилителя. Используется как правило для подключения сабвуфера.

Line Input

Вход для подключения линейных проводов по которым на усилитель подается сигнал с автомагнитолы.

---

Полезные советы и рекомендации при выборе усилителя.

При выборе усилителя в первую очередь рекомендую обращать внимание на производителя. Есть много уже легендарных фирм, которые производят усилители в автомобиль уже не одно десятилетие и завоевали на этом поприще заслуженную славу. Помните что неизвестный бренд вряд ли когда то Вас чем то удивит, как бы его не хвалили при продаже. А дать послушать усилитель в автомобиле вряд ли какой магазин Автозвука согласится.

Для усилителя на акустику обращайте большее внимание на качество звука, выбирая усилитель на сабвуфер более важна мощность. Очень хорошо когда у мощного моноблока есть встроенный вентилятор и выносной регулятор уровня громкости, в также вход высокого уровня — очень удобно при подключении к штатной голове или автомагнитоле в которой нет регулировки громкости сабвуфера.

---

Куда чаще всего устанавливаются (инсталлируются) усилители мощности в автомобиль.

Усилители мощности чаще всего ставятся в багажник — на спинку заднего сидения, под сидения автомобиля, на заднюю полку, в подпол, на фальш-панель в угол багажного отсека. За установкой усилителя не стоит обращаться к тем инсталляторам, которые не могут его настроить. Настройка усилителя — процедура не сложная, но обязательно нужная и если установщик не может настроить усилитель, то есть большая вероятность что и установит он его не правильно, в результате Вы не получите от него должный эффект.

---

Надеюсь все вышесказанное поможет Вам правильно выбрать с виду простой, но в то же время сложный компонент Вашей аудиосистемы в автомобиль.

С Уважением, Иванов Евгений.

© Auto-HiFi.ru — При перепечатывании материалов сайта ссылка на источник обязательна.

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:

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.

пятерка усилителей класса D, выбираем кто лучше – hifi-audio.ru

Сегодня многих людей увлеченных музыкой заинтересовало появление в продаже большого количества китайских цифровых усилителей в классе Д. Я не собираюсь делать противостояние между разными классами усиления, но понять хотя-бы, чего они стоят в плане звучания относительно друг друга – это под силу, потому что.
Достаточно большое количество новых цифровых усилителей, что попали в мои руки за последнее время дали возможность сделать какие-то выводы относительно их возможностей. На прослушивании у меня довольно долго были (и частично есть) такие аппараты, как FX-Audio D802, FX-Audio FX-502SPRO, I.AM.D v200, Popu D5N, SMSL A6, TPA3116D2, TPA3255, SMSL AD18.

В общем перебрал и послушал большинство популярных сейчас моделей усилителей в классе Д.
Основа данного обзора – это прошедшее сравнении нескольких моделей усилителей в классе Д (и не только), о звучании которых вкратце я и хочу рассказать.
Прежде всего ознакомьтесь с видео запечатлевшем сравнение:

Запись велась на стерео-рекордер ZOOM h2. На записи без проблем можно услышать характер звука, но ряд важных нюансов к сожалению не слышен, поэтому и возникла необходимость в обзоре, чтобы объяснить что же именно было слышно в этом сравнении.
В тесте участвовали усилители:

1. FX-Audio D802 (FDA, class D)
2. FX-Audio FX-502SPRO (class D)
3. Popu D5N +цап Inntak Sabre ES9018 +2x Muses8920 + 2x AD797 + 2 трансформатора (FDA, class D)
4. Popu D5N, как FDA по коаксиалу (class D)
5. I.AM.D v200 (class D )

Для контраста были использованы и классические усилители в классе AB Kenwood KA-7090 (class AB, транзисторы TRAITR) и Breeze Audio SA1969 (class A, современная реинкарнация схемы Худа), которые скорее всего вами будут оценены, как более благозвучные и воздушные (и это так и есть), но значительно более дорогие.

Итак, первый участник – FX-Audio D802.

Этот усилитель на чипе STA326 настоящий FDA (Full Digital Amplifier) -то есть ему не нужен ЦАП, он получает на вход только чистую цифру и после обработки выдает на колонки. Это кратчайший путь сигнала и это ощутимо.
FX-Audio D802 – один из самых продуманных по эргономике и приятных усилителей. Вы получаете намного больше, чем ожидаете от него. Многих непродвинутых слушателей просто шокирует его очень высокое музыкальное разрешение – многие слушатели бюджетных компонентов никогда ранее не слышали такой ясности, четкости звучания. Аудиофильный ли это звук – да, но для начинающего аудиофила. Продвинутый слушатель отметит упрощенную, чуть огрубленную структуру звука. Если не считать упрощенности (в сравнении с предтоповым и топовым Hi-Fi) вокал подается прекрасно, детально, но хочется больших после-ахов и продолжительных слабо затихающих вздохов. Коротковаты послезвучия. Что касается озвучивания жанра хэви или трэш-метал – то совершенно замечательно – сумасшедше быстрый звук.

Я считаю идеальная модель по сумме параметров звук/цена/эргономика. Главный конек – очень высокое, хоть внутри и выполненное широкими мазками, музыкальное разрешение. Изначально звук мне показался присветленным, с некоторым дефицитом низких частот, но позже, спустя пару-тройку недель аппарат разыгрался (как мне показалось) выровняв тональный баланс. Он не стал басить, но и на дефицит низких частот уже не жалуюсь. Например на усилителе Breeze Audio SA1969 количество низких частот примерно такое же.

Следующий в тесте на видео – усилитель FX-Audio FX-502SPRO.

Он построен на новом чипе TPA3250. Он не является FDA, ему требуется подавать на вход аналоговый звук, которым потом усилитель превращает по своим алгоритмам в цифру и усиливает. На видео совершенно не слышно его главной особенности – микродинамики. Аппарат с совершенно сумасшедшей отработкой микродинамики – вибрации внутри основного тона толкаются друг с другом, создают незабываемую музыкальную картину. Микродинамика реально шикарна. Второй момент – это музыкальное разрешение – оно просто безумное, высочайшее. Вы не поверите, но когда после довольно высокого класса аппарата (и достаточно дорогого) Yamaha A-S1000 я включил FX-Audio FX-502SPRO, то было совершенно ясно, что цифровой усилитель выигрывает как по музыкальному разрешению, так и по микродинамике.

Yamaha A-S1000 очень приятный мягкий усилитель, с гладкой подачей, который можно слушать не уставая довольно долго. FX-Audio FX-502SPRO по описанным параметрам (микродинамика, разрешение) кажется явно лучшим кандидатом, но у него есть ахилесова пята, а именно звук FX-Audio FX-502SPRO при всей своей крутости (явная заявка на предтоповый уровень звучания) резковат и от того не то, чтобы утомляет, но желание его долго слушать, после вау-эффекта, быстро исчезает. Этот аппарат я довольно часто включаю – проникаюсь его микродинамикой, изумительным разрешением, но в нем, к сожалению совершенно нет сладости и гладкости звучания.

Он такой какой он есть, очень крутой в звуке, но для повседневного прослушивания Yamaha A-S1000 подарит удовольствия больше, хотя и покажется после него несколько мутноватой.
Что касается точности вокала, инструментов – все очень хорошо. Метал, как и все, наверное, современные усилители класса Д играет отлично, по чумовому быстро. В качестве источника использовался компьютер + внешняя плата Amanero с SPDIF на WM8805 и цапом Inntak Sabre ES9018 +2x Muses8920 + 2x AD797 + 2 трансформатора. Акустика Diatone DS-1000.

Popu D5N может быть, как FDA, так и получать звук по аналогу.

Сперва использовался аналоговый вход с ЦАП Inntak Sabre ES9018 +2x Muses8920 + 2x AD797 + 2 трансформатора, потому что по нему звучание лучше, чем через FDA-алгоритмы этого усилителя. Усилитель использует чип Intersil и мосфет-транзисторы на выходе, работающие в ключевом режиме.
Главная особенность этого красивого усилителя (и это слышно на видео) – небольшая и колоритная сладость звучания ласкающая уши. Скажем так, я люблю еще послаже. Разрешение достаточно высокое, но не как у FX-Audio FX-502SPRO. Этот аппарат можно слушать долго, он приятный, но каких то выдающихся черт в нем все же нет.

Popu D5N, как FDA. Здесь к сожалению имеется потеря музыкального разрешения до некомфортного для аудиофила уровня. В таком режиме усилитель не очень интересно использовать, хотя если у вас нет внешнего ЦАП, то звучит достаточно все правильно, спокойно, но не эмоционально.

Небольшой налет сладости на звуке так же присутствует. С внешним цапом (хорошим) разрешение вырастает, т.е. это не ограничение возможностей усилителя, а просто возможности микросхемы Intersil D2-41051 не тянут в сравнении с используемым мной внешним цапом.

I.AM.D v200 – усилитель на чипе TAS5548 + TAS5614LA.

Усилитель по звучанию сразу тонально сбалансированный, довольно густые низкие частоты подчеркивают телесность всего звукового диапазона. Из перечисленных выше усилителей мне I.AM.D v200 понравился меньше всего из-за невысокого музыкального разрешения.

Так же не понравилась эргономика – ужасный пульт из 90х, громкость на пульте, которую надо прибавлять бесконечным числом тычков (нажать и держать не получится). Смотреть видео-аудио с ютуб – хорошее решение, мощное, полновесное, но для аудиофила не интересное.

Итак, отметим ключевые моменты прослушанных аппаратов, их плюсы и минусы:

FX-Audio D802
Плюсы:
довольно серьезное даже по меркам Hi-Fi музыкальное разрешение
Ясность, четкость звучания
Натуральность вокала, струнных и духовых инструментов
Очень быстрый и сочный для прослушивания хэви-трэш-метал
Прекрасная эргономика
Минусы
Немного скромное звучание в нижнем регистре
Немного примитивная фактура звука
Короткие послезвучия

FX-Audio FX-502SPRO (class D)
Плюсы:
Очень высокое аудиофильное музыкальное разрешение
Ярко выраженная микродинамика
Прекрасно звучит вокал, струнные и духовые инструменты
Минусы:
Резковат по звучанию
При долгом прослушивании утомляет
Ручка громкости прибавляет слишком быстро

Popu D5N
Плюсы:
Чуть сладковатое звучание
С внешним ЦАП достаточно хорошее (до среднего уровня Hi-Fi) музыкальное разрешение.
Минусы:
Внутренний алгоритм, как FDA не имеет высокого музыкального разрешения

I.AM.D v200
Плюсы:
Правильный тональный баланс
Минусы:
Низкое музыкальное разрешение

Итак, суммируем и резюмируем выводы.
Из 5 конфигураций я расставлю усилители по местам в следующей последовательности (1 – лучше, чем больше цифра, тем хуже).

1. FX-Audio FX-502SPRO
2. Popu D5N с внешним ЦАП
3. FX-Audio D802
4. Popu D5N, как FDA
5. I.AM.D v200

Если вас интересует мнение, что из прослушанных усилителей относится к категории Hi-Fi, то мое мнение следующее:
FX-Audio FX-502SPRO – безусловно Hi-Fi с предтоповыми амбициями.
Popu D5N с внешним ЦАП – это Hi-Fi
Popu D5N FDA – не Hi-Fi.
FX-Audio D802 – можно отнести к начальному Hi-Fi, а по музыкальному разрешению иногда достигает среднего Hi-Fi класса, но ему недостает элегантности, он страдает легким примитивизмом.

I.AM.D v200 – не Hi-Fi, просто хороший домашний усилитель, если вы используете в качестве усилителя какую-то старую советскую технику не нулевого класса с шаркающими ручками громкости и тд, то это станет достойной современной заменой.

Что касается звучания усилителей класса AB, оно очень похожее, но другое, вы это вполне можете оценить по видео. В видео эти аппараты были лакмусовой бумажкой. FX-Audio FX-502SPRO и SA1969 играли в одной лиге, но усилитель в чистом классе А (SA1969) был воздушнее, изящнее, деликатнее. Вокал был ближе к естественному по ряду аспектов послезвучий. А FX-Audio FX-502SPRO имел еще большее музыкальное разрешение вплоть до анатомических подробностей, но не импонировал долгому прослушиванию, может быть слишком много информации, или может он резковат, я так и не понял.

Мои личные ощущения от всей связки аппаратов, что меня впечатлило, что бы я выделил. Это в первую очередь FX-Audio FX-502SPRO – невероятный аппарат с ультрадетализацией, роскошной микродинамикой. При выборе из этих моделей на него внимание в первую очередь – он вырывается ощутимо вперед по сравнению со всеми остальными усилителями класса D из этого теста.

На второе место поставлю отточенный FX-Audio D802 за его идеальное отношение цена/качество звука/эргономика. Эргономика использования отличная, пульт удобный, множество режимов эквалайзера включая прямое включение (режим Hi-Fi), грубоватое, но реально высокое разрешение, четкость, ясность, скорость. Я слушал на нем Judas Priest с таким же ощущением восторга, как это было давным давно, когда я только познавал аудио. Очень быстро, барабаны, гитары жгучие, вокал суперчеткий, все сочно, звонко, молотушка лупит без тени замешательства.

В заключение пару слов скажу о всех моделях класса Д, что были у меня – как именно их стоит рассматривать, ранжировать относительно друг друга.
Я их расставляю в таком порядке, от лучшего к попроще (потому что в общем все аппараты звучат хорошо).

1. SMSL A6 (IcePower 50ASX2)- очень взрослый аппарат на уровне предтовых или некоторых топовых классических усилителей. Очень хороший по звучанию встроенный ЦАП. Претензия только к пульту, мой работал на небольшом расстоянии от аппарата, примерно 1,5-1,8 метра с новой батарейкой.

2. FX-Audio FX-502SPRO (TPA3250)
3. Плата усилителя TPA3255 – отличная микродинамика, разрешение, воздух, но едкие сибилянты в ряде записей, где есть хриплый вокал, который превращается в какой то шарж.
4. FX-Audio D-802 (STA326) – заслуженный любимец начинающих домашних слушателей стремящихся к Hi-Fi звучанию.
5. Popu D5N (Intersil D2-41051 + MOSFET) – в целом он послаже, получше при внешнем ЦАП, чем D802, но его более высокая цена делает его не таким привлекательным.
6. SMSL AD-18 – очень богатый функционально усилитель (блютуз, FDA, выход на наушники, эквалайзер), сбалансированный тонально, но музыкальное разрешение низкое.

7.I.AM.D v200 – сбалансированное тонально звучание, но низкое музыкальное разрешение, нет эквалайзера, эргономика не на 5 балов.
8. плата усилителя на TPA3116D2 – в ее цену, без вариантов, все очень хорошо – вокал, акустические инструменты и тд. Музыкальное разрешение низкое.
Это пока все, что я хотел сказать о данном сравнении.

Возможно вы отметили некоторое затишье в появлении новых материалов на сайте, но это затишье, надеюсь, перед бурей – готовиться огромный материал по компании Diatone. Из планируемого объема он давно вышел и разросся до титанических размеров. Поэтому оставайтесь в ожидании познавательной и очень редкой информации об японском аудио.

Как обычно, оставляйте комментарии и ваше мнение ниже, под статьей.

Какой усилитель или ресивер приобрести

Что такое усилитель, знают все. А вот AV-ресиверы и AV-усилители, обязанные своим появлением распространению технологии DVD и домашним кинотеатрам, требуют некоторого пояснения.

Что такое AV-ресивер

Приставка AV расшифровывается как Аудио-Видео. Что скрывается под буквой «А» (Аудио) понятно – это способность усиливать многоканальный звук. Возможности в области видео при этом весьма скромны: через AV-технику можно подключить несколько источников видеосигнала к одному телевизору. Такой подход не только избавляет от необходимости все время перетыкать видеокабели, но и позволяет переключать видеоисточники с того же самого пульта ДУ, которым управляется звук. Ресивер от усилителя отличается наличием встроенного радиоприемника (слово «ресивер» с английского так и переводится – «приемник»).

С чего начать выбор усилителя

Выбор усилителя или AV-ресивера – дело, на первый взгляд, нехитрое. В первую очередь внимательно изучаете имеющийся в наличии источник сигнала (DVD-проигрыватель, например): находите цифровой выход и определяете его возможности по инструкции к плееру. Затем, обращаете свой взор в сторону имеющейся акустики и изучаете ее мощность – примерно такая мощность и должна быть у усилителя.

Окрыленные полученными знаниями, вы приходите в магазин – и тут вас ждет холодный душ в виде вопроса «Как выбрать?», встающего с новой силой. Дело в том, что моделей с удовлетворяющими вас параметрами бесконечное множество, а по цене они могут различаться в сотни раз!

Что значит класс усилителя?

В чем же причина подобного разнообразия? Ответ очень простой – в разном качестве звука. В советские времена выбрать усилитель было просто: разных моделей было мало, и каждой присваивался определенный класс качества (наивысший – нулевой). Сейчас в обиходе буквенные обозначения классов: А, В, D и т.п. На самом деле, эти обозначения говорят не столько о самом качестве, сколько о принципе работы электронной схемы усилителя.

• Самое высокое качество обеспечивает класс А. Но за качество приходится расплачиваться повышенным энергопотреблением. Усилители этого класса можно определить по массивным радиаторам охлаждения (а что поделать – три четверти энергии переводится в тепло).
• Класс В отличается более разумными цифрами потребляемого электричества, но и качество звука бескомпромиссным уже не назовешь. Большинство современных усилителей работают в классе АВ, промежуточном между классами А и В.
• Цифровые усилители класса D наиболее энергоэкономны. Микросхемы, работающие в этом классе, могут работать совсем без радиатора охлаждения, а КПД приближается к ста процентам. К сожалению, качеством усилители D класса не отличаются. Их удел – портативные устройства (например, MP3 плееры), встроенные усилители (например, в плазменных панелях) и мощные усилители для сабвуферов.

К сожалению, знать класс усилителя мало – модели в одном и том же классе могут звучать очень по-разному. Более того, разные усилители, построенные на одной и той же усилительной микросхеме, могут кардинально по-разному играть (как, впрочем, и стоить). От качества проектирования и примененных компонентов зависит очень многое. Единственный способ не ошибиться при выборе – послушать претендентов на покупку в каком-нибудь салоне или поверить тесту в каком-нибудь журнале.

Вес усилителя

Некоторые предположения о качестве изготовления можно сделать и «заочно». Как это многим не покажется странным, один из важнейших параметров – вес усилителя. Если приглядеться к прайс-листам, то можно заметить, что чем тяжелее усилитель – тем он дороже. Подобная мистика объясняется очень просто: у более тяжелого усилителя массивные радиаторы охлаждения и большой трансформатор питания.

Чем лучше охлаждаются «внутренности» усилителя, тем меньше искажений из-за перегрева. А массивный трансформатор обеспечит минимум помех, в отличие от импульсных источников, поголовно применяющихся в дешевых моделях. Надо ли говорить, что большой вес соседствует с немаленькими габаритами? Если перед вами современная супертонкая модель – ни о каком трансформаторном блоке питания или, тем более, классе А говорить не приходится.

Что касается стоимости, более дорогие модели ресиверов уже не дают особого прироста в функциональности, все увеличение цены уходит в прирост качества звука (и, отчасти, во внешний вид). В дорогом ценовом сегменте кандидатов на покупку надо не только сравнивать по параметрам, но и слушать и сравнивать звучание собственными ушами – другого пути нет!

Некоторые параметры усилителей и ресиверов

Мощность

Считается, что чем больше мощность усилителя, тем лучше. И это правда! Дело в том, что с ростом громкости растут и искажения, но у более мощных усилителей искажения начинают сказываться при большем уровне громкости (при прочих равных). Но не следует забывать, что мощный усилитель может буквально «порвать» колонки недостаточной мощности, если установить слишком высокий уровень громкости.

Громкость звука зависит не только от мощности усилителя, но и от чувствительности колонок. Так, чувствительные колонки с ламповым усилителем в несколько ватт могут играть громче, чем малочувствительные современные колонки с транзисторным усилителем мощностью десятки ватт.

Многоканальные форматы звука ресивера

Среди форматов многоканального 5.1-звука (два фронта, два тыла, центр и сабвуфер) за стандарт приняты Dolby Digital и DTS. Все большее распространение среди одноименных семейств технологий получают DTS-HD Master Audio и Dolby TrueHD, поддерживающие до 7.1 аудиоканалов и сжимающие звук без потерь для HD DVD и Blu-ray.

Отметим, что в условиях обычной квартиры, конфигурации 5.1 более чем достаточно. Но бескомпромиссные любители кино могут подумать и о семи- или восьмиканальной конфигурации – на случай, если попадется фильм, не снабженный обычной, пятиканальной звуковой дорожкой. При этом не обязательно покупать семиканальный ресивер. Всегда можно будет докупить в будущем качественный стереоусилитель и подключить через него фронты, как наиболее чувствительные к качеству колонки. Вместе с уже имеющимся пятиканальным ресивером как раз получится семиканальная конфигурация.

Тюнер (встроенный радиоприемник)

Наличие тюнера превращает AV-усилитель в AV-ресивер. Помимо наличия необходимых диапазонов (чаще всего это AM и FM), стоит обратить внимание на присутствие системы цифровой настройки станций и возможность использования текстовой информации RDS, отображаемой в виде бегущей строки. Современные ресиверы могут принимать спутниковое радио при наличии соответственного модуля, а также воспроизводить потоковое интернет-вещание, соответственно, при наличии модуля Wi-Fi или сетевой карты.

Общие гармонические искажения

Чем уровень искажений ниже – тем лучше. Но всецело полагаться на этот параметр ресивера тоже не стоит, так как искажения замеряются на одном-единственном, строго стандартизированном сигнале. И совершенно не обязательно, что на сложном, постоянно меняющемся музыкальном сигнале будут достигнуты столь же впечатляющие параметры.

Диапазон воспроизводимых частот усилителя

Хотя, на практике, диапазон слышимых человеком частот от 20 до 20000 герц, более широкий диапазон косвенно свидетельствует о высоком качестве усилительного тракта.

Выбирая усилитель, можно изучить стопки рекламных проспектов и тонны специализированных журналов с обзорами, но при этом не стоит забывать о главном критерии: звук вашего избранника должен приносить вам радость. Кому-то для этого не жалко нескольких тысяч долларов, а другого порадует «бюджетник» за несколько сотен. При этом сэкономленные средства можно будет вложить в покупку плазменной панели, мощной акустики или даже в аудиофильскую отделку комнаты (и еще неизвестно, что даст больший вклад в качество комплекса домашнего кинотеатра). Тут готовых рецептов нет – выбирайте, слушайте!

Классы усилителей мощности. Усилители классов А, В, АВ, С



Принцип разбиения усилителей по классам.

Усилители мощности применяются в огромном количестве электронных приборов: звуковых системах, электродвигателях, устройствах с беспроводной передачей энергии и т.д. При этом существует несколько разновидностей усилителей и при проектировании схемы зачастую встаёт вопрос о том, который из существующих типов лучше всего подходит для данного случая.

Основными характеристиками усилителя мощности являются: линейность, коэффициент усиления, эффективность и выходная мощность. В действительности (в реальных условиях) первоочередными для рассмотрения являются эффективность усилителя и линейность получаемого сигнала. При проектировании реального усилителя все эти характеристики вывести на высокий уровень не получается, приходится искать компромиссный вариант.

Существует несколько вариантов классификации усилителей мощности, но наиболее часто используют разделения на классы. Класс усилителя определяется режимом работы активного элемента (усилительного каскада из транзистора/транзисторов) и параметрами схемы и входящих в неё элементов. Среди классов можно найти схемы с полностью линейным режимом работы, но с низкой эффективностью, и абсолютно нелинейным режимом, эффективность которых намного выше.

Таким образом, усилители мощности можно разделить на 2 группы. К первой можно отнести усилители, у которых режим работы зависит от выбранного угла проводимости транзистора. К этой группе относятся достаточно распространённые классы А, В, АВ и С, в которых характер работы транзисторов можно описать как среднее между полностью открытым и закрытым состояниями. Значение угла проводимости для транзисторов таких усилителей варьируется от 360° (полностью открытый транзистор в течение всего периода) до 90° (пропускается только четверть сигнала, остальное время транзистор закрыт). В аудиосистемах используются эти классы усилителей и именно о них речь пойдёт в этой статье.

Ко второй же группе относятся усилители, в которых транзисторы работают в ключевом режиме. К этой группе усилителей классы D, E, G, S, T и т.д.

Усилитель мощности класса А.

Усилители класса А (рисунок 1) из-за своей конструкции являются самыми простыми из всех перечисленных раннее. По сути усилитель класса А — это биполярный транзистор с общим эмиттером (или полевой транзистор с общим истоком) с углом проводимости сигнала 360º. Стоит отметить что транзистор всегда открыт и через него постоянно течёт ток. Чтобы транзистор был всегда открытым, задаётся ток смещения на базе. Значение тока смещения подбирается таким образом, чтобы транзистор работал в области линейного усиления с минимальными (полностью отсутствующими в идеальном случае) искажениями. Это его главное преимущество и недостаток одновременно, так как выходной сигнал получается практически неискажённым, но потери энергии при использовании такого усилителя самые большие (в сравнении с другими классами). [1, c. 385-387]

Эффективность усилителей класса А из-за непрерывной работы крайне низкая и может падать до значений в 25 % [1, c. 387], что делает такие модели непригодными для усиления сигналов высоких мощностей. Также данный класс предъявляет большие требования к источнику питания: сигнал от источника питания должен быть отфильтрован, потому что транзистор находится в открытом состоянии постоянно и любые помехи от источника питания усиливаются и передаются на выход.

Рис. 1. Схема усилителя класса А и выбор рабочей точки транзистора [5]

Усилитель мощности класса В.

При создании усилителя класса В (рисунок 2) конструкторы старались избежать проблем с тепловыми потерями и низкой эффективностью. Самая простая схема класса В включает в себя 2 дополняющих друг друга биполярных (полевых) транзистора, каждый из которых усиливает только половину выходного сигнала. В усилителе класса В постоянный ток смещения на базе отсутствует, транзисторы проводят ток только при наличии соответствующего управляющего сигнала, а ток покоя на этих транзисторах крайне мал. Эти факторы приводят к большему значению эффективности усилителя, чем у класса А, но выходной сигнал при этом имеет нелинейные искажения.

Данная схема состоит из пары последовательно соединённых транзисторов одного типа, но разной полярности. Эта пара транзисторов управляется от одного источника напряжения, генерирующего гармонический сигнал. Таким образом, они работают поочерёдно, по половине периода каждый. Если подаётся положительный сигнал, то транзистор NPN (n-канальный) открыт и наоборот. На выходе результаты работы обоих транзисторов складываются в единый линейный сигнал при угле проводимости каждого из транзисторов 180°. Такая двухтактная конструкция существенно увеличивает среднюю эффективность усилителя, примерно до 50 %, но вместе с этим и добавляет нелинейное искажение в выходной сигнал в момент пересечения нулевого значения напряжения. [2, c. 643-644]

Поскольку для каждого транзистора существует своё напряжение насыщения базы-эмиттера (как правило, положительное для NPN и отрицательное для PNP), то в момент, когда управляющее напряжение находится в интервале между этими значениями, оба транзистора закрыты, поэтому часть усиливаемого сигнала пропадает.

Рис. 2. Схема усилителя класса В и выбор рабочей точки транзистора [5]

Усилитель класса АВ.

Усилитель класса В в значительной мере снижает тепловые потери и повышает эффективность, но уступает при этом по параметру линейности выходного сигнала классу А. С целью решить обе проблемы был разработан усилитель класса АВ (усилитель класса АВ), который совмещает в себе оба этих режима и является наиболее распространённым классом линейного усилителя. [3, c. 34-35]

В усилителе класса АВ рабочая точка транзисторов выбирается таким образом, чтобы угол проводимости транзисторов был в пределах от 180° до 360° (в большинстве случаев угол незначительно превышает 180°). Таким образом каждый транзистор усиливает не ровно половину сигнала до пересечения нулевого значения, а чуть больше, и искажение выходного сигнала сглаживается, поскольку сигнал усиливается целиком без скачков и провалов, связанных с переключением транзисторов. Для того чтобы добиться включения необходимого режима транзисторов к базам (затворам) подключаются несколько диодов и/или резисторов. [4, c. 396]

Среднее значение эффективности таких усилителей примерно такое же, как и у класса В — порядка 50 %, но они сильно выигрывают по качеству и чистоте выходного сигнала. Благодаря этим свойствам, а также относительной простоте конструкции и отладки, данный класс линейных усилителей используется наиболее часто. Наиболее широкое применение усилители АВ находят в аудиоусилителях, поскольку при достаточно высоких показателях эффективности они могут дать на выходе неискажённый сигнал.

Рис. 3. Схема усилителя класса АВ и выбор рабочей точки транзистора [5]

Усилитель класса С.

Усилители А, В и АВ иногда называют линейными потому, что их амплитуда и фаза их выходного сигнала связана линейной зависимостью с амплитудой и фазой входного сигнала Класс С в свою очередь нельзя назвать линейным согласно приведённому выше критерию, но в ключевом режиме он также не работает. Метод же управления транзистором в классе С такой же: выбор нужной рабочей точки транзистора с помощью установки смещения на базе (затворе). Таким образом усилитель класса С относится к той же подгруппе, что и описанные ранее классы.

Из всех усилителей этой подгруппы класс С достигает наивысших значений эффективности, однако при этом выходной сигнал очень сильно искажается. На базе транзистора класса С задаётся такое смещение, чтобы он был закрыт больше половины периода входного сигнала. Иными словами угол проводимости транзистора в классе С задаётся в интервале от 0° до 180°. Поскольку большую часть времени транзистор закрыт, то и потери на нём минимизированы, а эффективность благодаря этому может достигать 100 % в идеальном случае. [1, c. 403, 405]

Из-за сильного искажения выходного сигнала усилители класса С не используются в аудиоусилителях, но они находят широкое применение в высокочастотных генераторах синусоидальных сигналов и некоторых типах радиочастотных усилителей, где импульсы тока, создаваемые на выходе усилителя, могут быть преобразованы в полный синусоидальный сигнал определённой частоты за счёт резонансного L-C контура, подключённого к выходу усилителя. [4, c. 106-107]

Рис. 4. Схема усилителя класса С и выбор рабочей точки транзистора [5]

Заключение.

При классификации усилителей по режиму работы транзистора выделяют две основные большие группы: управляемые смещением на базе/затворе и ключевые усилители. В первой группе класс определяется выбором угла проводимости через установку рабочей точки транзистора. Для усилителей класса А угол проводимости равен 360° и характерны крайне низкая эффективность (может падать до 25 %) и линейное усиление без искажений выходного сигнала. Усилители класса В имеют угол проводимости 180°, эффективность порядка 50 % за счёт двухтактной системы усиления сигнала. Однако, такая система вносит нелинейные искажения в сигнал в области пересечения нулевого значения. В усилителях класса АВ угол проводимости берётся несколько больше 180° (конкретное значение зависит от параметров схемы), эффективность порядка 50-60 %, а нелинейные искажения в области нуля, характерные для класса В, полностью отсутствуют (для идеального случая). Усилители класса С определяются углом проводимости транзистора от 0° до 180°, эффективность в среднем 70-80 %, но сигнал претерпевает сильные нелинейные искажения.

Усилитель класса А используется редко ввиду малой эффективности, но простота его реализации может сделать его выбор оправданным для схем с малыми мощностями. Классы В и АВ очень широко применяются в звуковых усилителях из-за одновременно хороших показателей эффективности и линейности сигнала. Усилитель класса С применяется в высокочастотных генераторах или радиоусилителях с использованием резонансного L-C контура.

Рис. 5. Классы усилителей и соответствующие им средние значения эффективности и угла проводимости [5]

Литература:

1. Malvino A., Bates D. J. Electronic Principles. — 7-е изд.: McGraw-Hill Science, 2007. — 1116 p.
2. V. Paidi, S. Xie, R. Coffie, B. Moran, S. Heikman, S. Keller, A, Chini, S. P. DenBars, U. K. Mishra, S. Long, M. J. W. Rodwell. High Linearity and High Efficiency of Class-B Power Amplifiers in GaN HEMT Technology // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. — 2003. — vol. 51, NO. 2. — p. 643-652.
3. Douglas Self. Audio Power Amplifier Design Handbook. — 3-е изд.: Newnes, 2002. — 427 p.
4. Schuylenbergh K. V., Puers R. Inductive Powering. Basic Theory and Application to Biomedical Systems.: Springer Science + Business Media, 2009. — 233 p.
5. Amplifier Classes and Classification of Amplifiers // Electronic tutorials. URL: http://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amplifier-classes.html (дата обращения 24.04. 2017).

Основные термины (генерируются автоматически): выходной сигнал, транзистор, угол проводимости, усилитель класса АВ, L-C, NPN, класс В, класс С, усилитель класса А, усилитель класса С.

I’ve got the power — Усилитель: происхождение видов.

ВСТУПЛЕНИЕ

Сегодня не будет обзора. Сегодня будет ликбез. Уверен, не все из нас уделяли физике в средней школе какое-то особое внимание. Вот ваш покорный слуга как раз из таких. Конечно, мое понимание физики и ее законов не превращает окружающие процессы в чудеса и волшебство. Но все же многие вещи я воспринимаю в плоскости “как этим пользоваться”, а не “как это работает”. Усилитель мощности — ведь не так важно, за счет чего он работает, как то, как именно он работает. Надеюсь, я вас не запутал.

А что есть звук как не часть физики? Акустика как часть механики как раз таки изучает поведение звука как волны. А также все, что связано с ним: формирование, взаимодействие, преобразование и применение.

Сегодня мы рассмотрим несколько вопросов. Что есть звук, как происходит его трансформация в ток и как, собственно, осуществляется его усиление. Но не волнуйтесь. Я постараюсь сделать чтение интересным и нескучным. Как бы то ни было сложно.

ЧТО ТАКОЕ ЗВУК

Звук представляет собой упругие колебания воздуха вокруг нас. Сами колебания представляют собой волну. Волна обладает основным характеристиками — частотой и амплитудой. Они определяют тон (высоту звука) и уровень звукового давления. Другими словами, громкость. 

Волна имеет форму синусоиды, идеально симметричной, которая затухает по мере падения интенсивности сигнала, если он дискретный, а не постоянный. Длина волны синусоиды определяет частоту. Чем ниже частота, тем длиннее волна. И наоборот. 

Амплитуда — это “размах” волны синусоиды. Чем дальше друг от друга крайние точки синусоиды, тем звук громче. Если не вдаваться в подробности, то все предельно просто и понятно. 

“Но есть еще тембр звука!” — скажете вы. И будете правы, но про “окрас” стоит поговорить отдельно, если что-то выгорит из этого текста. Поэтому пока будем оперировать двумя основными характеристиками — тоном и громкостью, говоря простыми словами. 

ПРИНЦИП РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЯ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ

Конечно, дома мы не снимаем звук, если только не занимаемся музыкой. В быту мы имеем уже готовый аналоговый сигнал. Будь то сигнал, преобразованный цифро-аналоговым преобразователем из “цифры” или чистый аналоговый сигнал с соответствующих носителей — ленты или винила. 

В данном случае усилитель это “мэджик бокс”, который “превращает” 2В выходного напряжения ЦАПа в 40/100/500 Вт мощности на вашей акустической системе. Или в несколько Ватт на 32-омной нагрузке ваших наушников. 

Но никакой магии тут нет. Усилитель мощности “делится” частью мощности своего источника питания с акустической системой или наушниками. Разумеется, это не происходит напрямую путем деления и распределениях в лучших традициях марксизма-ленинизма. Тут задействован сложный (на первый взгляд) механизм каскадного усиления мощности звуково частоты. 

Сам же усилитель не определяет основные параметры звука — частоту и амплитуду. Он лишь копирует и усиливает сигнал, подаваемый источником напряжения. Например, ЦАПом. ЦАП задает амплитуду и тон. А усилитель лишь должен предельно точно повторить, многократно усилив сигнал на выходе. И тут вмешиваются такие понятия как шум и искажения. Но об этом дальше.

Усилитель, помимо задачи выдать заявленную по паспорту мощность, обязан сделать это прежде всего качественно. То есть с минимумов шума и искажений. И вариант взять входящее напряжение и сходу усилить его в десятки раз нежизнеспособен. Поэтому в классических усилителях используется каскад усилителей. Это цепь из нескольких последовательно подключенных усилительных узлов. Например, если их будет 3 и каждый усиливает сигнал в 2 раза, то на выходе мы получим из одного Ватта 1*2*2*2=8 Вт. То есть зависимость мультипликативна. Обычно последний из каскадов называется “выходным” и имеет единичное усиление. 

ШУМ И ИСКАЖЕНИЯ

Шумы и искажения. Это неразлучные спутники воспроизведения звуковой волны, сопровождаемые преобразованием и усилением. В современной технике искажения настолько малы и “отодвинуты” за пределы слышимости, что мы едва ли можем их поймать. Но, “благодаря” AliExpress, даже сегодня можно разжиться “мощным усилителем Hi-Fi Hi-Res супер-бас 1000Вт”, который заставит наши уши кровоточить, а колонки изрыгать нечто, не имеющего ничего общего с воспроизводимой фонограммой. 

Искажения тоже бывают разные — линейные и нелинейные. Линейные связаны с амплитудой и фазой сигнала. При прохождении сигнала через каскады усилителя может сместиться фаза. Но едва ли заметно, если только усилитель неисправен и не собран в подвале Уханя. Также случаются искажения амплитуды. В этом случае сигналы определенных частот получают коэффициент итогового усиления ниже (или выше), чем сигналы других частот. В результате амплитуда одного сигнала отличается от задуманной и той, что на входном сигнале. 

Нелинейные искажения вносят в звучание системы специфические артефакты, не связанные с амплитудой и фазой. Грубо говоря, это звуковая информация, которой нет на самой записи. 

Шум — не меньший враг, чем искажения. Шум — это паразитный сигнал, усиливающийся вместе с полезным сигналом. И шуметь может все. От источника сигнала и аварийной электропроводки в доме до элементов самого усилителя. К сожалению, если современная схемотехника помогает “увести” шумы самого усилителя за пределы досягаемости нашего слуха, то вот влияние внешних факторов снизить сложно.

Существует масса решений вроде гальванических развязок, кондиционеров питания и прочая, прочая. Но не всегда такие решения рациональны относительно системы. Стоит хотя бы избегать тех помех и наводок, которых вы можете избежать бесплатно. Когда-то я писал обзор Alo Audio Continental Dual Mono и сетовал на то, что не могу пользоваться Hiby-link на R3. Потому что при включении bluetooth усилитель ловил сильные наводки и ощутимо “шумел”. Оказалось, было достаточно перенести плеер на обратную сторону усилителя — и проблема решилась. 

КЛАССЫ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

Разумеется, в предыдущем разделе мы коснулись только базовых моментов в работе усилителя мощности. Они могут иметь разные принципы работы с входным сигналом и способы построения усилительных каскадов. Существует достаточно большое количество классов усилителей. Это A, B, AB, C, D, H, G, A+, DLD etc. А также индивидуальные запатентованные производителями решения вроде технологии ADH, про которую я писал в обзоре малышей от Devialet. 

Часть из перечисленных классов не применяется в аудио вовсе или применяется лишь точечно. Поэтому мы рассмотрим только те классы, которые явственно присутствуют в жизни аудиофилов. И начнем с истоков.

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ КЛАССА A

С появления первого усилителя можно вести отсчет истории “электрического” звука. Ведь до того, как в 1916 году швед из General Electric Эрнст Александерсон запатентовал первую схему усилителя, аудио имело сугубо акустическую природу. Представьте себе, классу A уже более ста лет. А родина патента делает понятнее природу обилия металл-групп в Швеции и Скандинавии в целом. Как не брать в руки гитару, ламповый “комбик” и не шпарить MDM, когда твоя страна дала миру первый усилитель?

Для рассмотрения принципа работы усилителя, возьмем и лампу, и транзистор. Лампа усиливает звуковой сигнал при помощи трех основных компонентов: анода, катода и сетки. При подаче сигнала анод и катод ведут себя привычно — анод отдает электроны, катод принимает. Сетка выступает в роли “клапана”, регулируя поток. 

Электрический потенциал сетки регулирует “свободу” прохождения электронов. То есть при определенном уровне потенциала лампу можно “закрыть” для их движения. Полезная нагрузка на сетку позволяет работать лампе как усилителю мощности. 

Как вы помните, звуковая волна имеет форму синусоиды с симметричными положительной и отрицательной частями. В базовой концепции схема усиления сталкивалась с проблемой. Если при подаче положительной части полуволны сетка будет полностью открыта, то в момент подачи сигнала отрицательной ее части, сетка полностью закрывается и препятствует прохождению сигнала в принципе. 

Для решения этой проблемы Александерсон сместил нулевую точку сигнала относительно состояния полного закрытия лампы примерно на середину ее рабочего диапазона. То есть точка середины полуволны, нулевая точка, соответствовала не закрытому состоянию сетки, а полуоткрытому. При этом при прохождении сигнала положительной полуволны сетка открывалась еще сильнее. 

Лампа лампой, а что транзистор? Транзистор работает примерно по тому же принципу, но иначе. Транзистор изготовлен из полупроводниковых материалов, которые отличаются наличием носителей как положительных, так и отрицательных зарядов. Отрицательные заряды — это электроны, которые высвобождаются из кристаллических решеток. Положительные — это “пустые” места кристаллических решеток. Эти места могут быть заняты электронами. 

Биполярный транзистор состоит из трех зон: из эмиттера, базы и коллектора. Когда на базу транзистора подается напряжение, электромагнитное поле вырывает электроны из кристаллических решеток базы и переносит их в эмиттер. Аналогичная ситуация происходит с коллектором. Это поле переносит электроны коллектора по направлению базы. Но, так как база очень тонкая относительно коллектора и эмиттера, происходит переход электронов коллектора в сам эмиттер. 

Если отключить напряжение от базы, то транзистор “закрывается” подобно лампе. Поэтому путем подачи и регулировки низкого напряжения на базе можно управлять превосходящим его напряжением эмиттера и коллектора. База в данном случае это та же сетка, которая выступает «запорным клапаном» лампы.

ОТСЕЧКА СИГНАЛА

Помните, мы говорили о волнах и полуволнах? Так вот. Усилитель в классе А не имеет отсечки сигнала на наиболее линейном участке сигнала. Это значит, что через усилительный каскад ток протекает непрерывно. А это в свою очередь говорит о низком КПД и большом количестве выделяемого тепла. Но в итоге обеспечивает минимум нелинейных искажений на любом уровне мощности. 

*Отсечка — переход полуволнами между тактами.

Для лучшего понимания отсечки сигнала рассмотрим, как это реализовано в классах B и AB. В классе B точка отсечки — это середина, граница полуволн. Отсечка происходит под углом 90 градусов. В этом режиме используется двухтактная схема, при которой каждая часть схемы усиливает свою полуволну. В результате возникают существенные искажения при переключении схем и переходе полуволн. Зато при такой отсечке сигнала достигается заметно более  высокий КПД.

Угол отсечки в классе AB больше 90 градусов. А рабочая точка перехода между схемами усиления находится не по центру линейного участка вольтамперной характеристики, а в его начале. В результате при переходе не происходит “запирания” каскада, через него проходит ток покоя. Сама же синусоида, хоть и не сохраняет идеальную форму класса A, имеет куда меньшее искажение, нежели при работе каскада класса B. В итоге появляется проблема стабилизации тока покоя и сопутствующих искажений, но это — меньшее зло. КПД при этом выше, чем при работе в классе A, но ниже, чем в B. 

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ КЛАССА A

Главное достоинство класса A — это минимальные искажения. Это достигается простотой схемы и лаконичным трактом. А также тем, что каскад находится постоянно в рабочем состоянии. Таким образом, реагируя мгновенно на изменении входного сигнала. 

Но в реальности мы имеем дело и с недостатками. Прежде всего, это самый низкий КПД из всех классов. Реальный КПД в классе A может быть разным, но колеблется от 15 до 30%. 

Как следствие, усилители в классе A могут “похвастаться” большим количеством рассеиваемого тепла. У вас есть кот? А ламповый усилитель? Наверняка, кот имеет нездоровую тягу к этой “батарее”. 

Кроме того, нагрев влияет как на стабильность работы лампы или транзистора, так и на срок его службы. Хорошо помню тепло CDM за пазухой осенними вечерами. И то, как летом Dacportable жарил сквозь тонкую ткань шорт.

Мощность. Класс A — не про нее. Если у вас монструозные “бивни” или чего похлеще, то раскачать их классом A потребует серьезных инвестиций в усилитель. Кроме того, может шокировать платежкой за электроэнергию. А в противном случае “наваливание” громкости выкручиванием до предела ручки регулировки приведет к тем самым искажениям, отсутствием которых и славится класс A. Ведь середина рабочего диапазона — точка максимальной эффективности работы усилителя — у класса A находится достаточно низко по мощности. Этого нельзя забывать, планируя покупку такого усилителя.

Еще упомяну размеры. Кроме довольно крупных габаритов, такой усилитель потребует действительно качественный блок питания для обеспечения точности звучания и динамики. Сегодня производители научились частично решать проблему КПД путем добавления энергоэффективных режимов работы. Но все равно ультимативное качество воспроизведения обеспечивает лишь самый горячий и прожорливый режим.

О ЛАМПАХ И ТРАНЗИСТОРАХ

Тема, которой лучше не касаться, дабы не быть обруганным и оплеванным. Я не буду превозносить лампу и хаять транзистор или наоборот. Я лишь расскажу о причинах, ПОЧЕМУ они звучат по-разному. И как следствие имеют своих фанатов, иногда чересчур преданных. 

Как мы уже говорили, работа усилительной аппаратуры сопряжена с нелинейными искажениями. Их причин может быть масса. В частности не качественная элементная база, плохое питание в сети, самовозбуждение транзисторов, недостаточность обратной связи. И прочая, прочая, прочая. 

Поэтому гармоники — это реальность, которую нельзя отрицать. Но можно подправить. Современная высококлассная аппаратура дает возможность сделать их незаметными для человеческого уха. Более того, профессиональные решения даже позволяют управлять гармониками для придания желаемого окраса и характера звуку.

И тут мы подходим к принципиальным отличиям между лампой и транзистором. Лампа вносит бархат и плавность в звучание, давая те самые четные гармоники. Вторая (то есть любая четная) гармоника это по своей сути та же нота, но на октаву выше. Соответственно, четвертая — на две октавы выше.  Таким образом, чётные гармоники придают звуку объем, делают его сочнее. Так как звучат слитно с основным тоном и его подчеркивают. 

Транзистор же дает нечетные гармоники. Они ощущаются ухом не столь естественно и комфортно, как четные. Но психоакустически это воспринимается как более выраженная ясность, четкость. Нередко лампу называют “медленной”, а транзистор “быстрым”. Повторюсь, высококлассная техника позволяет получить характер того или иного типа усиления, оставив за скобками их хрестоматийные эпитеты вроде “не натуральности” и “смазанности”. 

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ КЛАССА AB

Как можно догадаться, класс AB — это гибрид классов A и B. Поэтому еще раз коснемся коренного отличия класса В от класса A. Класс A реализован на однотактной схеме, что подразумевает постоянное питание усилителя и максимальную линейность синусоиды на участке перехода одной полуволны в другую. В свою очередь класс B построен на двухтактной схеме. При которой две “половинки” усилителя усиливают каждый свою полуволну. В результате, образуется точка перехода, отсечка, о которой мы говорили выше. 90 градусов этого угла да еще в самом “тонком” месте — и в результате из-за этой ступенчатости прут искажения. 

Режим B

С одной стороны класс В дал неоспоримые преимущества. Это заметно более высокий КПД, большая мощность и меньшее выделение тепла. Ведь при нулевом сигнале (воспроизводится первая полуволна) ток через усилитель не идет. Но в момент включения транзистора (а вот и вторая полуволна) после его закрытого состояния имеет место задержка. Как правило, это отражается в низкой динамике и выразительности звучания на малых уровнях громкости.

Поэтому был предложен вариант, объединивший принципы класса A и B. Основополагающих принципа два: смещение включения и ток покоя. Этого мы коснулись, говоря об отсечке сигнала. Смещение позволяет нивелировать ступенчатость перехода. А ток покоя не дает полностью закрыться транзистору, воспроизводящему отрицательную часть полуволны. Более того, при установленных разработчиком уровнях амплитуды волны (достаточно малых) такой усилитель может работать в чистом классе A. 

В целом класс AB практически лишен недостатков. КПД, хоть и ниже, чем у класса B, но все еще достаточно высоко (70-80%). С искажениями при грамотной реализации тоже полный порядок. На малых уровнях громкости может хотя бы на бумаге не уступать классу A. Питание также не будет головной болью проектировщика. Обеспечить качественное питание такого усилителя проще и дешевле. А тепловыделение при этом будет просто смешным на фоне класса A.  При этом класс AB обеспечивает высокую мощность и может работать с любой акустикой. В том числе с низкой чувствительностью и многополосным кроссовером. 

Самая главная задача тут у производителя — это подбор транзисторов в двухтактные каскады. Так как это не однотактная схема, она требует максимальной идентичности транзисторов. Поэтому подбор наиболее идентичных пар транзисторов — первостепенная задача производителя. Чем выше класс техники, тем выше требования к допускам для полупроводников.

Последние десятилетия бытовые усилители преимущественно были в классе AB. Класс A остался чем-то вроде удела самых отъявленных аудиофилов и меломанов. Но последние годы другой класс усилителей стал уверенно и планомерно отвоевывать свое место под солнцем на стойках в наших гостинных. Это “цифровой” усилитель класса D. 

УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ КЛАССА D

Такие усилители ошибочно часто именуют “цифровыми”. Что в принципе верно, но отчасти. Да, есть технология подачи PCM-сигнала напрямую в усилитель (NAD Direct Digital). Да и сам принцип обработки сигнала усилителем класса D напоминает принципы работы цифровой техники. 

Технология довольно старая. Еще в 1951 году эта схемотехника была описана советским инженером Дмитрием Агеевым и британцем Алексом Ривзом. Проблема в том, что качество элементной базы и возможности полупроводниковой отрасли плоть до 80-х не позволяли реализовать потенциал очень перспективной технологии. Ведь КПД на бумаге вырисовывался едва ли не 100-процентный! Осталось только добиться качественного усиления исходного сигнала. А вот с этим были проблемы у всех, кто бы ни брался за класс D. 

Поэтому за классом D долгое время был закреплен негласный статус усилителей для теле/видео техники и для промышленности. А в работе со звуком им отводилась важная, но недостаточно весомая роль концертных усилителей. Когда нужна прежде всего высокая мощность и минимум сложностей с питанием. А про качество особо не думают.

Сегодня класс D — не приговор. Напротив, как гиганты отрасли в своих масс-маркет решениях, так и разработчики хай-энд аппаратуры не гнушаются применять в своих изделиях именно класс D. 

Рассмотрим принцип работы усилителя мощности класса D. В основе его работы лежит ШИМ — широтно-импульсная модуляция. ШИМ — процесс управления мощностью методом пульсирующего включения и выключения потребителя энергии. Само по себе это определение нам мало что говорит в контексте этой темы. Поэтому, чтоб понять, как это работает, идем дальше.

Сигнал, поступающий на усилитель, поддается модуляции. Это старый и распространенный метод хранения и передачи данных. Суть его заключается в том, чтобы модулировать полезным сигналом некую несущую частоту. Процесс воспроизведения подразумевает обратную последовательность: выделение полезного сигнала из модулированной несущей частоты.

При этом ЩИМ-сигнал может быть как оцифрован посредством АЦП и промодулирован, так и получен с помощью компаратора и СВЧ-генератора пилообразной частоты. Причем частота может варьироваться от десятков до сотен МГц. Первый метод более тонок и гибок. Так как обработка цифрового сигнала до его модуляции позволяет вносить изменения в сигнал ДО его усиления. И речь уже не о банальном тембр-блоке. А о более глубоких изменениях, начиная от выравнивания громкости, заканчивая добавлений эффектов эха и ревербераций. 

Усилители классов A и AB работают с синусоидальным входящих сигналом. Класс D — с импульсами прямоугольной формы. Усилителю не нужно “реагировать” на изменением амплитуды. Амплитуда ШИМ-сигнала постоянна, а длительность сигнала (его “ширина”) как раз-таки и определяет амплитуду аналогового сигнала. Таким образом, усилитель работает предельно просто. Модулированный сигнал усиливается каскадом оконечных транзисторов. А преобразование импульсного сигнала в привычный аналоговый происходит уже на самом выходе. Проще говоря, практически у клемм усилителя. Это происходит помощи фильтра низких частот, который отсекает несущую частоту генератора и шумы.

Все сводится к тому, чтобы транзистор работал с сигналом со стабильной амплитудой. Это снижает возможную “ошибку” транзистора. Сигнал в данном случае дискретен и меняется на полную амплитуду. Сам же транзистор работает в бинарном режиме, если так можно выразиться. “0” или “1”, ВКЛ или ВЫКЛ. 

Главные достоинства класса D это простота и энергоэффективность. С простотой все ясно. А в чем же причина высокого КПД, компактности и малого количества рассеиваемого тепла? Дело в том, что транзистор работает в ключевом режиме (0 или 1, ВКЛ или ВЫКЛ). Следовательно, половину времени он находится в выключенном состоянии. В теории КПД такого усилителя должен стремиться к 100%, но на практике ограничивается 80-95%. Not bad. 

Отсюда и компактность. Плата усилителя достаточно небольшая, серьезное охлаждение не требуется. Питание обеспечивается импульсным БП. Просто и экономично. Активные акустические системы преимущественно построены на классе D. За очень редкими исключениями. Их мы тоже коснемся. 

При этом питание является одним из недостатков класса D. Импульсный БП создает шум, который негативно сказывается на выходном сигнале. Тут и разработчики, и пользователи класса D едины. Импульсник по-хорошему должен быть заменен классическим линейным БП с тороидальным трансформатором. Или малошумящим импульсным БП, которые сегодня нередко встречаются на рынке. Но надо принимать во внимание стоимость таких решений. Другой вопрос отдача — замена обычного импульсного БП на малошумящий или трансформаторный зачастую заметна сразу. Куда сильнее замены проводов. 

Если решить проблему питания, то класс D видится едва ли наиболее перспективным на ближайшие годы. Такие усилители обеспечивают жанровую универсальность, отличную динамику (у транзистора нет тока покоя, он включается на полную мощность), четкость звучания и прозрачность. Нередко слышал такие эпитеты в адрес класса D, как безжизненность и ненатуральность. Оставим это адептам лампы и чистого класса A. 

КЛАССЫ G, H И ПРОЧАЯ ЭКЗОТИКА

Классов на самом деле намного больше. Стоит упомянуть некоторые, а также чуть коснуться отдельных запатентованных технологий, которые можно найти только в устройствах держателя патента.

Классы G и H возникли как результат поиска способа повысить КПД усилителей. В 1964 инженер NASA Мануэль Крамер разработал схемотехнику с разделением шин питания по напряжению и управлением переключением шин в зависимости от амплитуды входного сигнала. Впоследствии в 1977 Hitachi выпустили первый усилитель по этой схеме и дали ему имя “Класс G”. 

Классу H дал дорогу в жизнь известный новатор, разработчик и дизайнер Боб Карвер. Принцип работы у этих классов предельно похож, отличается лишь подход и исполнение. Оба эти класса работают в классе AB и по замыслу Крамера. То есть блок питания имеет возможность “реагировать” на изменение амплитуды сигнала. При этом сам БП имеет две шины питания с разным напряжением. При поступлении сигнала амплитуды выше заданной разработчиком включается вторая шина с повышенным напряжением. 

Все отличие лишь в процедуре переклчюения шин. Если в классе G это происходит ступенчато, то есть напряжение повышается дискретно (V1 -> V2 ->V1+V2), то в классе H блок питания имеет несколько шин, и может включать их в зависимости от амплитуды, плавно повышая уровни напряжения от минимального к максимальному. В остальном — это тот же класс AB со всеми вытекающими. Лишь с вариациями на тему питания.

Говоря о классах, которые встречаются в устройствах отдельных производителей, можно упомянуть, например, Cambridge Audio с их классами XA и XD. За основу их работы взят класс AB. Но точка переключения между “зеркалами” каскадов перемещена ниже нулевой. То есть первый транзистор из пары воспроизводит полностью положительную полуволну и часть отрицательной. Разница между XA и XD лишь в степени смещения точки переключения и части отрицательной полуволны, которую воспроизводит первый транзистор из пары. 

Уже упомянутые NAD с их Direct Digital используют вариации на тему класса D. PCM-поток преобразуется в ШИМ-сигнал без цифро-аналогового преобразования. Это позволяет усовершенствовать оптимизацию и тонкую настройку звучания. Так, NAD очень плотно сотрудничает с Dirac и успешно применяет их технологию настройки звучания аппаратуры. 

Не совсем из области «большого» звука, но также приходит на ум Questyle с их запатентованной технологией усиления по току. В этом случае транзистор имеет два входа, второй, инвертирующий, вход используется для отрицательной обратной связи и управляется не напряжением, а током. Преимуществом этой технологии принято считать большую скорость работы. 

Небезызвестные норвежцы из Hegel используют похожую в общем схему. Но разделяют усилитель фактически на две секции. Одна работает по напряжению, вторая — по току. Благодаря чему удается оградить чувствительные элементы секции, отвечающей за усиление по напряжению, от высоких токов, отдаваемых акустическими системами в выходной каскад, т.е. обратная связь между этими каскадами отсутствует.

Недавно у меня на обзоре побывали малыши (по размеру, не по стоимости) от французской компании Devialet, активные моно-колонки Phantom II. Я обещал исключения, когда активная акустика работает не в классе D — вот оно это исключение. Не буду еще раз описывать, как работает запатентованная Пьером-Эммануэлем Калмелем технология ADH. Приглашаю вас отдельно почитать про “призраки”. Но тут реализован интересный замысел, при котором управляет напряжением усилитель в классе A. А ток модуля ADH задает кластер, работающий в классе D. В результате мы имеем предельно линейный синус и в то же время высокие КПД, мощность и отличную динамику. Даже в не очень малом помещении. Звук, несмотря на всю несерьезность габаритов акустики, вовсе не теряется в помещении, а напротив — пытается заполнить все углы и щели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

То, что планировалось как мини-ликбез сперва обросло подготовительной частью, а затем ушло в дебри всякой усилительной экзотики. Зато теперь вы, дорогие мои, чуть лучше понимаете, как устроен волшебный ящик, питающий вашу акустику. 

Какой главный вывод из этой статьи? Любой усилитель, на каскадах какого бы класса он не был сделан, может звучать отлично. Можно испортить класс A, а класс D можно сделать превосходно звучащим. Вопрос реализации и степени вовлеченности разработчика в процесс и в конечный результат. И под конечным результатом я понимаю не деньги. Или не только деньги.  

Какой класс усилителей лучше?

Аудиоусилители доступны в различных классах, которые различаются с точки зрения конфигурации и электрических компонентов, причем усилители класса A являются наиболее распространенными из-за их заметной простоты. Усилители класса А, как известно, обеспечивают максимальную амплитуду и высокую линейность.

Но чем этот класс отличается от других классов усилителей, таких как B, AB, C и D? Кроме того, для каких сценариев использования они наиболее оптимальны? В этой статье делается попытка пролить свет на классы усилителей, уделяя особое внимание усилителям класса А.К концу этой статьи вы сможете определить, подходит ли усилитель класса A для ваших нужд.

Что такое класс усилителя?

Обычно обозначаемые одной или двумя буквами классы усилителя, такие как класс A, AB, C и D, помогают описать топологию усилителя мощности, от его рабочих характеристик до его характеристик. Это не система оценок, как вы могли догадаться. Тот факт, что усилитель мощности имеет оценку A, не означает, что он по своей сути выше по качеству, чем другой усилитель, которому присвоена другая оценка.

Классификация усилителей важно учитывать перед принятием решения о покупке, потому что каждый класс дает различный отклик, когда через него проходит ток. На рынке доступно множество классов усилителей, но наиболее популярными являются классы A, B, AB, C и D. Современные усилители, использующие топологию переключения и технологию PWM, относятся к другим классам.

Также следует иметь в виду, что некоторые классы усилителей являются просто улучшенными вариантами традиционных классов.Например, усилители класса G в значительной степени являются усилителями класса B или класса AB, но с некоторыми модификациями.

Как именно классифицируются усилители? Что ж, все сводится к их пропорции входного цикла, когда через них проходит электрический ток. Если вы не знаете, что такое входной цикл, это производный угол синусоидальной волновой проводимости на входе усилителя. Этому углу уделяется много внимания, потому что он прямо пропорционален времени работы усилителя в течение полного цикла.

Например, если у вас есть усилитель, который всегда включен на протяжении всего цикла, его угол проводимости будет составлять 360 градусов, что означает, что усилитель использовал весь входной сигнал.Это также означает, что активный элемент последовательно проводит в течение всего периода синусоидальной волновой проводимости на входе.

Какие бывают классы усилителей?

Теперь, когда у вас есть базовое представление о том, как классифицируются усилители мощности, давайте прольем свет на некоторые из наиболее известных традиционных классов усилителей, чтобы вы полностью осознали различия между ними

Класс A

Усилители мощности класса A представляют собой модели с углом проводимости 360 градусов, что означает, что они используют весь входной сигнал и остаются активными в течение всего цикла.Эти усилители отличаются высокой линейностью и высоким коэффициентом усиления. Поскольку усилители класса A всегда включены, они отлично справляются с передачей высоких частот, а также с образцовой стабильностью контура обратной связи.

С точки зрения конструкции усилители класса A являются одними из самых простых в изготовлении, поскольку в них используется минимальное количество компонентов. Означает ли это, что усилители класса А идеальны? Нисколько. У каждого класса усилителей есть свои плюсы и минусы. В случае усилителей класса A основным недостатком является то, что они способствуют значительным потерям мощности, поскольку они постоянно проводят ток.

Высокие потери мощности означают повышенное нагревание, а это означает, что усилителям класса A требуется больший объем радиатора для предотвращения повреждений. КПД усилителей класса A составляет от 25% до 30% при использовании обычной конфигурации, поэтому он относительно низок по сравнению с другими классами. Однако вы можете повысить эффективность до 50%, используя конфигурацию с индуктивной связью.

Более того, поскольку усилители класса A демонстрируют высокую линейность, они обязательно должны вносить некоторый уровень искажений и шумов.Если вы хотите минимизировать искажения и шум, вы должны особенно критически относиться к конструкции смещения усилителя. Проще говоря, усилители класса A оптимальны для усиления слабого сигнала.

Класс B

Вместо использования одного активного устройства, такого как усилители класса A, усилители класса B используют два устройства для обеспечения комбинированного управления током и 180 градусов цикла проводимости. Каждый привод активен только в течение половины цикла проводимости, что помогает значительно повысить эффективность.Точнее говоря, теоретически эффективность усилителей класса B составляет около 60%.

Повышение эффективности усилителей класса B помогает минимизировать рассеивание тепла, что означает, что вам не нужно много места для радиатора. Основной недостаток использования усилителя класса B — кроссоверные искажения. Этот кроссовер является результатом того, что каждое активное устройство отвечает за обеспечение половины синусоидальных волн, которые в конечном итоге объединяются на выходе.

В то время как искажения можно минимизировать в случае усилителя класса A, его сложно минимизировать с помощью усилителя класса B, потому что, когда одно из устройств активно, другое устройство остается полностью неактивным.Усилители класса B идеальны для большинства сценариев, за исключением тех, которые полагаются на прецизионное усиление звука.

Class AB

Усилители класса AB разработаны специально для преодоления кроссоверных искажений, характерных для усилителей класса B. Как следует из названия, в этих моделях используется промежуточный угол проводимости усилителей A и B. Этот класс в основном сочетает в себе лучшее от усилителей A и B. Он имеет ту же конфигурацию, что и усилители класса B, в том смысле, что в нем используются два активных элемента.

Каждый элемент отвечает за проводимость на протяжении половины каждого цикла, но они смещены таким образом, что они не полностью неактивны в момент перехода. Вместо того, чтобы быть полностью неактивным после завершения своей половины цикла, каждый элемент выполняет очень небольшой ввод. Это помогает значительно уменьшить кроссовер в мертвой зоне.

В такой конфигурации усилители класса AB должны быть безупречными, верно? Неправильный. Линейность усилителей AB довольно посредственная, поэтому их эффективность значительно снижается.Это по-прежнему больше, чем эффективность усилителей класса A, но меньше, чем у усилителей класса B. Некоторые усилители AB имеют резисторы малой стоимости, которые помогают стабилизировать ток покоя для минимизации искажений.

Class C

Class C — еще один традиционный класс усилителей, который сильно отличается от всех других классов усилителей с точки зрения работы. На самом деле он демонстрирует два разных режима работы: настроенный и ненастроенный.

Он демонстрирует гораздо больший КПД, чем вышеупомянутые классы, достигая максимума 80%.Такой высокой эффективности можно достичь при усилении радиочастоты. Для случаев использования, отличных от радиочастотного усиления, ожидайте КПД 60% -70%.

Что касается угла проводимости, то он меньше 180 градусов. При работе без настройки усилитель класса C исключает свой тюнер из процесса усиления. Однако этот режим сопровождается большим количеством искажений, которые могут отпугнуть некоторых людей.

С другой стороны, в случае воздействия на схему настроенной нагрузки уровень выходного смещения ограничивается средним выходным напряжением.Вот почему это называется «зажимной операцией». Сигнал в этом режиме не загроможден искажениями, потому что он сохраняет свою правильную форму.

Какой класс усилителей лучше?

Выбор лучшего класса полностью зависит от ваших потребностей. Если вы ищете высочайшее качество звука, лучше всего подходят усилители класса A, но они наименее эффективны. Усилители класса B — это шаг вперед по сравнению с усилителями класса A с точки зрения эффективности, но их главный недостаток — искажения.

Class AB обеспечивает превосходный баланс между эффективностью и качеством, однако они немного дороги. Если вы ищете максимально возможную эффективность, мы советуем выбрать усилитель класса D. Однако высокая точность воспроизведения — не один из сильных сторон этого класса.

Класс A против класса D

Мы исключили усилители класса D из нашего обсуждения различных классов усилителей, потому что мы хотели иметь равные возможности между ними и усилителями класса A. Как мы уже установили, усилители класса A являются лучшими моделями, когда дело доходит до качества звука, тогда как усилители класса D являются лучшими с точки зрения эффективности.Их эффективность в некоторых случаях может доходить до 90%!

Усилители класса D уникальны по сравнению с другими классами в том смысле, что их бортовая схема способна генерировать сверхвысокочастотные импульсы, которые могут превышать 100 кГц. Более того, каждый импульс модифицируется входным сигналом. Как правило, чем шире пульс, тем громче должен быть сигнал. Это технология, которая называется широтно-импульсной модуляцией или сокращенно ШИМ.

Когда эти импульсы проходят через выходные транзисторы (MOSFET), создается невероятно высокий выходной сигнал.Транзисторы либо работают на полном газу, либо вообще не работают, поскольку получают импульсы постоянного тока. Это помогает обеспечить максимальную эффективность до 90%, как мы только что упомянули.

Фильтр нижних частот помогает сгладить выходной сигнал после усиления, чтобы обеспечить непрерывную аналоговую выходную мощность. Фильтр также помогает устранить помехи, возникающие из-за высокочастотных импульсов постоянного тока. Это, к сожалению, вызывает заметные искажения, поэтому аудиофилы не очень любят использовать усилители класса D и предпочитают использовать усилители класса A или класса AB.

Усилители

класса D предпочтительнее для целей усиления звука и профессиональных систем PA, потому что точность воспроизведения в таких ситуациях не так важна. Кроме того, если вы цените компактность, вам понравятся усилители класса D, потому что они маленькие и легкие. Кроме того, они работают намного холоднее, чем усилители других классов, при том же уровне мощности.

Расчет КПД усилителя класса A

Чтобы определить КПД усилителя мощности, вы должны знать входную и выходную мощность усилителя.Чтобы определить входную мощность вашего усилителя, используйте формулу P = V * I , где V — это напряжение усилителя, а I — ток, протекающий через него. Для измерения этих значений вам понадобится мультиметр или осциллограф.

После этого необходимо определить выходную мощность по формуле P = V 2 / R , где V2 — выходное напряжение, а R — сопротивление. Поскольку у вас уже есть ток, вы можете определить сопротивление, разделив напряжение на ток ( R = V / I ).

Наконец, чтобы определить КПД вашего усилителя, используйте формулу η max = (Pout / Pin) * 100 , где η max — это КПД, Pout — выходная мощность, Вывод — входная мощность. Все просто, правда?

Плюсы и минусы усилителя класса А

Не существует такой вещи, как универсальный идеальный усилитель звука. У каждого есть свои преимущества и недостатки. В следующих параграфах освещаются плюсы и минусы усилителей класса А.

Преимущества:

• High Fidelity — усилители класса A способны выдавать выходные сигналы, которые точно соответствуют входному сигналу, что гарантирует высокое качество звука.
• Простая конструкция — в усилителях класса A используется один активный элемент, а их общая конструкция довольно проста и понятна.
• Отличная высокочастотная характеристика — усилители класса A содержат одно активное устройство, которое всегда включено, а это означает, что ему не требуется время для включения активного устройства.Это помогает обеспечить превосходный отклик на высоких частотах.
• Отсутствие кроссоверных искажений — усилители класса A полагаются на одно активное устройство, выполняющее весь цикл входного сигнала, поэтому кроссоверные искажения отсутствуют.

Недостатки:

• Громоздкая конструкция — даже несмотря на несложную конструкцию, усилители класса A, как правило, имеют громоздкую конструкцию из-за необходимости в большом радиаторе и источнике питания. Это также влечет за собой более высокую стоимость эксплуатации.
• Наименьшая эффективность — усилители класса A имеют диапазон эффективности 25% -30%, что немного по сравнению с другими классами.

Заключительные мысли

Надеюсь, информация, представленная в этой статье, дала вам твердое представление о мире классов усилителей и помогла вам определить, какой класс подходит для ваших требований. Если у вас есть какие-либо вопросы, дайте нам знать.

Усилители класса AB VS класса D || Какой мне подходит?

Когда дело доходит до усилителей для автомобильной аудиосистемы, можно выбрать один из нескольких различных классов.Двумя наиболее популярными вариантами являются усилители класса AB и класса D. Чтобы сравнить эти два, мы быстро поместим их в контекст двух других типов, а затем сосредоточим внимание и поможем вам выбрать правильный тип усилителя, соответствующий вашим желаниям, потребностям и целям звука.

А как насчет класса А? Класс B?

Мы не будем углубляться в детали, когда дело доходит до усилителей A и B, но давайте быстро рассмотрим основы. Усилители класса A не подходят для автомобильной аудиосистемы.Их выходные транзисторы всегда включены и получают питание, что выделяет много дополнительного тепла.

Хотя усилители класса A могут предложить чистый Hi-Fi звук, если взвесить все за и против, становится логичным, что усилители AB или даже D являются наиболее часто используемыми усилителями для автомобилей. Класс B не такой горячий, как A, но он также не обеспечивает такое же качество звука.

Разобравшись с этим, давайте расчистим путь для звезд шоу…

Об усилителях класса AB

Усилители

класса AB берут лучшие черты каждого из своих однофамильцев (A + B), пытаясь свести к минимуму отрицательные. Усилители класса AB, как и класс A, позволяют току всегда течь через выходные транзисторы, однако ключевое отличие состоит в том, что усилители AB допускают гораздо более низкий уровень электричества только тогда, когда они не используются. Таким образом, усилители класса AB могут поддерживать более высокий уровень качества звука, близкий к усилителям класса A, оставаясь при этом более холодными и более эффективными, чем усилители класса B.

Об усилителях класса D

Усилители

класса D делают шаг вперед, они даже более эффективны и менее горячие, чем их аналоги AB. Транзисторы в усилителях класса D быстро переключаются с получения питания и включения на отсутствие питания и выключение.

Высокая эффективность — большой плюс, когда дело доходит до автомобильной аудиосистемы, особенно если это означает разницу между необходимостью модернизации электрической системы вашего автомобиля или нет.

Вся эта дополнительная эффективность имеет свою цену. Постоянное включение и выключение создает больше искажений, чем другие типы усилителей. С другой стороны, это искажение происходит на очень высокой частоте, и его часто можно устранить с помощью фильтра нижних частот.

Выбор усилителя, подходящего для вашего автомобиля

Современные усилители класса D за эти годы добились огромных успехов и значительно улучшились, хотя некоторые отказываются от них на основании неисправностей ушедшей эпохи усилителей.Вы найдете людей, которые будут ругаться, что звук усилителя класса D делает их музыку почти неслышимой, а также других людей, которые обещают вам, что не слышат никакой разницы.

Для обычного слушателя и даже тех, кто считает себя энтузиастами, маловероятно, что наличие класса D оставит вас разочарованным. Есть причина, по которой усилители класса D быстро становятся стандартом в автомобильной аудиосистеме. Тем не менее, вы должны быть уверены, что получаете высококачественный усилитель D, если вы идете по этому пути, поскольку дополнительный потенциал шума будет более значительным в более дешевых и недорогих моделях.

Усилители

AB основаны на более старых технологиях, но не в устаревшем виде, а скорее в испытанном виде. Они обошли стороной, они проявили себя, и есть причина, по которой люди все еще используют их по прошествии многих десятилетий. Если вас не устраивает меньшая эффективность или потенциально более сложная установка и вы хотите, чтобы ваш звук был настолько чистым, насколько это возможно, но при этом оставался хотя бы полупрактичным, и вы тот, кто услышит разницу, то вы, вероятно, Вы уже определились с выбором усилителя.

Независимо от того, какой путь вы выберете, вам будет много чего ждать, потому что правильное усиление может оживить ваши динамики (и ваши любимые песни).

Как выбрать усилитель Hi-Fi

Размещено 7 июня 2017 г., среда
Автор: Даниэль

Как выбрать Hi-Fi усилитель? Это один из самых распространенных вопросов, которые задают те, кто только начинает свой путь к Hi-Fi. В этом блоге мы рассмотрим, что такое усилитель, различные доступные типы и ключевые моменты, которые следует учитывать перед покупкой усилителя.

Что такое усилитель?

При создании домашней системы Hi-Fi очень важно убедиться, что у вас есть все необходимые компоненты, чтобы ваша система пела с самого начала. Усилитель — одно из таких устройств.

Проще говоря, усилитель Hi-Fi увеличивает мощность сигнала. Усилитель можно найти как отдельную часть оборудования или найти в электрической цепи в другом устройстве. Этот блог будет посвящен автономным усилителям.

Усилитель имеет решающее значение для системы Hi-Fi, поскольку без него мы не смогли бы усилить слабые сигналы от CD и проигрывателей.Усилители усиливают (конечно) и значительно улучшают качество прослушивания. Короче говоря, без них Hi-Fi просто не существовало бы.

Существует множество различных типов и классов усилителей, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. В этом блоге мы рассмотрим наиболее популярные типы, которые помогут обосновать ваше решение и помогут вам ориентироваться в терминологии.

Классы усилителей

Усилители

можно в целом различать по их классам.Наиболее распространенными типами классов являются класс A, класс AB, класс D и класс G.

Класс A

Усилители

класса A обычно считаются лучшим типом усилителей, отсюда и название класса A. Это потому, что они используют 100% входного сигнала, что создает лучший звук из-за низкого уровня искажений.

Интегрированный усилитель Sugden A21SE, в настоящее время доступен на Audio Affair. Щелкните изображение для получения дополнительной информации.

Несмотря на то, что они считаются лучшими по звуковым характеристикам, усилители класса А обладают некоторыми недостатками, которые вы, возможно, захотите принять во внимание.Они ограничены выходной мощностью, а также выделяют много тепла. Из-за большого размера они также довольно дороги. Также полезно отметить, что усилители класса A могут быть транзисторными или ламповыми (подробнее об этих условиях читайте далее).

В настоящее время на сайте Audio Affair доступен интегрированный вентильный усилитель Icon Audio Stereo 30SE. Нажмите на изображение, чтобы купить сейчас.

Класс AB

Более доступный вариант, чем усилители класса A, усилители класса AB сочетают в себе усиление классов A и B и в настоящее время являются наиболее часто используемыми конструкциями усиления.Класс AB представляет собой удобный компромисс между неэффективностью класса A и сильным искажением класса B. Он работает, когда первые несколько ватт входного сигнала обрабатываются через класс A, а затем он переключается на класс B для любых дополнительных потребностей в усилении.

Класс D

В отличие от A и B, этот класс становится все более популярным благодаря своим небольшим размерам и низкой тепловой мощности. Это можно увидеть на многих современных конструкциях усилителей и даже на гибридных усилителях класса A / D!

Класс G

AV-ресивер Arcam AVR850, щелкните изображение, чтобы купить в Audio Affair

Класс G предлагает обновленную версию стандартного класса AB.Постоянное переключение между источниками питания снижает среднее энергопотребление, а также потери мощности из-за потерь тепла.

Типы усилителей

Усилители

можно разделить на интегрированные модели и модели с предварительным питанием, давайте подробнее рассмотрим, что означают эти термины.

Интегральный усилитель

Этот термин относится к универсальному коробочному решению, которое объединяет предварительный и силовой каскады в одном удобном блоке. Вы можете просто подключить к устройству любой источник и динамики и наслаждаться готовой Hi-Fi системой.Преимущества интегрированного усилителя заключаются в экономии места, поскольку они, как правило, небольшие и эргономичные. Кроме того, они часто имеют соотношение цены и качества, поскольку содержат несколько машин в одной.

Интегрированный усилитель Arcam FMJ A29, один из самых популярных интегрированных усилителей. Щелкните изображение для получения дополнительной информации.

Однако с другой стороны, некоторые могут рассматривать интегрированный усилитель как компромисс по качеству, поскольку в идеальной системе Hi-Fi у вас были бы отдельные предварительный каскад и каскад мощности.В интегрированном усилителе, где каждый компонент находится в непосредственной близости, качество звука может быть ухудшено из-за малейшего препятствия.

Предварительные усилители и усилители мощности

Разделение предварительного и силового каскадов и предоставление им отдельного источника питания дает очевидные преимущества. Разделение этих стадий устраняет риск возникновения звуковых помех. Вы можете подключить несколько усилителей мощности к громкоговорителю, что поможет гарантировать, что у вас есть достаточные возможности для управления массивным громкоговорителем. В результате вы можете легко воссоздать любой заданный источник.

Щелкните изображение, чтобы узнать больше о стереоусилителе мощности Primare A34.2

Выбор усилителя

Теперь, когда мы рассмотрели разнообразие предлагаемых усилителей, давайте рассмотрим наиболее общие моменты, которые советует команда Audio Affair, помогая клиентам выбрать усилитель.

Мощность

Часто возникает вопрос: сколько ватт мне нужно? Ватты — это просто стандартизированный термин для обозначения выходной мощности.С точки зрения того, как это влияет на ваш выбор усилителя, вы должны убедиться, что ваш усилитель получает достаточное питание для управления вашим громкоговорителем.

Идеально иметь усилитель более мощный, чем громкоговоритель, но мы советуем применять в этой области здравый смысл. Мы также советуем сочетать усилитель малой мощности с динамиком с высокой чувствительностью, а усилитель высокой мощности — с динамиком с низкой чувствительностью.

Инвестиции

Покупка усилителя, как и любого другого Hi-Fi оборудования, является серьезным вложением средств.Какую бы модель вы ни выбрали, она станет частью вашего дома, поэтому вам нужно убедиться, что вы приняли правильное решение.

Задайте себе несколько ключевых вопросов, например, что вы хотите получить от своего нового усилителя? Обдумайте остальную часть вашей установки и то, как в нее впишется ваш новый усилитель. Это хороший матч? Команда Audio Affair всегда просит потенциальных покупателей разбить их комплект, чтобы убедиться, что ваш новый усилитель идеально подходит.

Клапан V Транзистор

Еще один ключевой момент, над которым стоит задуматься, — выбрали ли вы тип усилителя, который лучше всего подходит для вас, ваших потребностей и вашей настройки.Мы уже рассмотрели различные классы и типы предлагаемых усилителей, но часто возникает эмоциональный выбор между ламповым или транзисторным усилителем.

Все усилители были ламповыми до изобретения транзистора в 1940-х годах. С появлением транзисторов, которые стали меньше и дешевле, большинство усилителей были основаны на транзисторах. Однако усилители Valve упорно держатся, и некоторые люди предпочитают их из-за их теплого аналогового звука, который кажется более неосязаемым для человека.

Несмотря на то, что ламповые усилители славятся своим ностальгическим качеством, они все равно остаются на высоте.

Мы советуем попробовать их оба, прежде чем принимать решение. В конце концов, выбор усилителя — это эмоциональная покупка, поскольку каждого человека привлекают разные факторы. Если вы хотите послушать избранные усилители, загляните в наш выставочный зал, где команда Audio Affair с радостью вам поможет.

Возможности подключения

Последний фактор, который следует учитывать, — это тип подключения, который вам нужен от вашего усилителя.Это будет зависеть от того, что вы собираетесь к нему подключать.

Цифровые входы — наиболее распространенный тип, позволяющий подключать усилитель к цифровым источникам, таким как телевизор, проигрыватель компакт-дисков и компьютер. Если вы подключаетесь к компьютеру, обратите внимание на возможность подключения USB, в то время как вход для фонокорректора потребуется, если вы собираетесь подключить проигрыватель винила.

Регуляторы тембра

заслуживают внимания, хотя сейчас они не слишком распространены, так как усилители созданы их производителями, чтобы звучать определенным образом.Еще один момент, который следует учитывать, — хотите ли вы устройство с возможностью подключения Bluetooth.

Выходы на динамики также важны. В конце концов, весь смысл усилителя в том, чтобы управлять динамиками. Сколько динамиков вы подключите к своему усилителю? Некоторые усилители, например Yamaha AS501, позволяют подключать более одной пары.

Не стесняйтесь позвонить команде Audio Affair или заглянуть в наш выставочный зал, если вы хотите получить больше рекомендаций по выбору усилителя или у вас есть сердце, которое настроено на модель, которую вы хотели бы купить.Какой бы усилитель вы ни выбрали, приятного прослушивания!

Какие усилители лучше для сабвуферов? — BishopSound

Каждый день в BishopSound HQ поступает много звонков, чтобы спросить, какой усилитель лучше для сабвуферов. Некоторые спрашивают, какой усилитель лучше для среднечастотных динамиков или активный динамик звучит лучше, чем пассивный?

Разрешите подсказать, какие усилители нужны для колонок.

Усилители для пассивных сабвуферов:

• Самый лучший усилитель для сабвуфера — это усилитель класса AB или класса H.
Усилители
• класса D слишком медленные и не могут справиться с повторяющимися басами.
• Класс AB имеет тороидальный трансформатор и конденсаторы для коксования, поэтому при ударе бас-барабана низкочастотный динамик реагирует мгновенно.
• Купите усилитель мощности, соответствующий сабвуферу. Позвоните Эндрю по телефону 01765 698233, чтобы получить конкретный совет.
• Пассивные сабвуферы всегда звучат лучше активных сабвуферов и намного надежнее. Читай ниже.

Усилители для пассивных средних и высоких частот:

• Класс D подходит для средних и высоких частот, поскольку драйверы потребляют меньше энергии для правильной работы.
• Class H работают одинаково хорошо, но могут быть дороже.
• Некоторые компании не приводят настоящие рейтинги RMS (их нужно копать), поэтому всегда звоните Эндрю в BishopSound, чтобы узнать факты. Вот пример:

Behringer EP4000 — это не усилитель на 4000 Вт RMS, он обеспечивает пиковую мощность 4000 Вт.

Технические характеристики: • Выходная мощность (20 Гц — 20 кГц при 0,1% THD, задействованы оба канала) на канал в стереорежиме: 550 Вт RMS при 8 Ом, 950 Вт RMS при 4 Ом, 1250 Вт при 2 Ом

Выходная мощность (1% THD, синусоидальная волна) в мостовом моно режиме: 1750 Вт RMS на 8 Ом, 2400 Вт RMS на 4 Ом

Выходная мощность (пиковая мощность) в мостовом режиме: 2800 Вт при 8 Ом, 4000 Вт при 4 Ом

• Усилители класса D удобны при максимальных настройках и не нагреваются.
• Убедитесь, что источник питания в помещении стабильный, и проверьте тестером Мартиндейл, чтобы убедиться, что у вас есть заземление.

Каждое приложение индивидуально, и бесплатный беспристрастный совет — на расстоянии одного телефонного звонка. Деньги зарабатываются тяжелым трудом и должны быть потрачены с умом, чтобы избежать неудач во время концерта или важного мероприятия. Позвоните сегодня по телефону 01765 698233 и сделайте правильный выбор.

Что такое усиление класса D?

Если у вас сложилось впечатление, что усилители класса D всего на две буквы хуже, чем модели класса A, подумайте еще раз: технология класса D оказывает все большее влияние на мир живого звука, предлагая большую мощность при меньшем весе чем когда-либо.Узнаем, как и почему …

У каждого звукорежиссера есть свое мнение о микрофонах. И громкоговорители, безусловно, все звучат по-разному. Микшерные пульты? Отличия заключаются в удобствах и удобстве эксплуатации. А усилители мощности? Кто, кроме «больше — лучше», может быть в восторге от усилителя? Усилитель мощности, возможно несколько из них для живого выступления, находится в стойке и продолжает свою работу. Технология отработана, и между усилителями мощности не так уж много разницы, поэтому вы просто выбираете надежного производителя и требуемую мощность.Поднимитесь, и все готово.

Мы должны быть благодарны за то, что усилители мощности настолько неинтересны, потому что если они неинтересны, это означает, что они работают хорошо. Действительно, усилитель мощности является одним из наиболее эффективных компонентов всей звуковой системы с точки зрения частотной характеристики, искажений и шума. Современные усилители мощности тоже вообще довольно надежная связка. Старые усилители регулярно умирали из-за самопроизвольного возгорания транзисторов. Но теперь, благодаря эффективным схемам охлаждения и защиты, выход из строя усилителя мощности — сравнительно редкое событие.(Если вам это не удается, обратите внимание на систему охлаждения — свободный воздушный поток необходим).

И все же производители не любят отдыхать. Им необходимо постоянно улучшать свои продукты, надеясь получить преимущество перед своими конкурентами и побудить нас покупать больше того, что они производят. Как бы то ни было, в области усилителей мощности еще есть возможности для улучшения. Больше ватт за доллар — это один из способов их улучшения. Просто больше ватт в одном усилителе — другое. Третья потенциальная область для развития? Сделай их светлее! Если вы когда-либо проводили время, монтируя усилители и стойки усилителей, вы все об этом знаете.

Crest Audio CD3000 — это усилитель класса D, способный выдавать 1500 Вт на канал при нагрузке 2 Ом. Удивительно для такого грубого человека, но CD3000 занимает всего 2U в стойке и весит всего (для усилителя мощности) 21 кг. Вот хороший вопрос: почему усилители мощности такие тяжелые? Электричество ничего не весит, так почему же усилители имеют такую ​​массу? На это есть два ответа. Один из них — трансформатор, который преобразует сетевое напряжение в более низкое напряжение, подходящее для схемы усилителя.Например, если усилитель рассчитан на 500 Вт, трансформатор должен обеспечивать всю эту мощность и многое другое. Поэтому ему нужны солидные медные обмотки и громоздкий сердечник; это обязательно будет тяжело. Другой потенциально массивный элемент — это радиатор. Не все электричество, подаваемое в схему усилителя, преобразуется в полезную мощность, подаваемую на громкоговорители. Некоторое количество тратится как тепло, и это тепло необходимо рассеивать, иначе усилитель будет готовиться. Таким образом, выходные транзисторы прикреплены болтами к большому ребристому радиатору с большой площадью поверхности, которая может легко терять тепло, особенно при использовании вместе с вентилятором.Верно, что радиаторы могут быть изготовлены из легкого металла, такого как алюминий, а продуманная конструкция может сделать радиатор частью конструкции усилителя. Тем не менее, все складывается, и типичный усилитель мощности — довольно увесистый зверь.

Чтобы уменьшить вес усилителя, есть простое решение: не тратьте слишком много энергии. Если бы энергия не тратилась впустую, трансформатор мог бы быть намного меньше и не требовался бы радиатор. Ясно, что «безотходного» усилителя никогда не будет, но чем эффективнее усилитель, тем легче и меньше он может быть.Таким образом, для живого звука, когда усилители мощности используются в большом количестве, эффективность усилителя является очень желательным качеством. В других областях, где используются усилители мощности, таких как домашний Hi-Fi и студийный мониторинг, эффективность не является такой проблемой.

Это подводит меня к теме этой статьи: усилители класса D. Вся причина существования класса D — эффективность. Ясно, что также должны быть классы-A, класс-B и класс-C, и можно было бы ожидать, что это будут более ранние разработки, поскольку они стоят перед D в алфавите.Я собираюсь объяснить, как работает Class-D и почему он подходит для живого звука. Но сначала мне нужно объяснить, как работают все эти классы.

Если вы ничего не разбираетесь в электронике, не волнуйтесь. Что ж, не беспокойтесь сильно — я не собираюсь углубляться в существующее понимание того, как работают батарея и лампочка. (Конечно, немного знаний об аудиосигналах не помешает.)

Рисунок 1: Простой несимметричный усилитель класса A. Вначале был несимметричный усилитель класса A, как показано на рисунке 1.Я упростил схему, чтобы показать только устройство вывода, в котором определены различия между классами. В простом усилителе, подобном этому, входной аудиосигнал — небольшой переменный ток (AC), протекающий в базу транзистора (‘b’), управляет большим постоянным током (DC), протекающим с выхода источника питания усилителя через коллектор (‘c’) и эмиттер (‘e’) на землю. Части схемы, которые я не упомянул, «смещают» транзистор, так что при отсутствии входного сигнала выходное напряжение (т. Е.напряжение на коллекторе) составляет половину от общего напряжения питания. Это позволяет выходному напряжению изменяться как вверх, так и вниз в равной степени, чтобы воссоздать форму волны переменного тока на входе. Если бы напряжение при отсутствии входного сигнала было чем-то иным, кроме как на полпути между нулем и полным напряжением источника питания, то неизбежно, что одна половина формы волны исчерпала бы напряжение раньше другой, ограничивая величину усиления, доступную до форма волны будет обрезана.

Давайте посмотрим, что происходит, когда напряжение входного сигнала на транзистор низкое.Транзистор пропускает лишь крошечный ток между коллектором и эмиттером, поэтому напряжение на коллекторе будет почти таким же, как полное напряжение на шине питания. Таким образом, нагрузка (громкоговоритель) приводится в действие высоким напряжением и сильным током — закон Ома, V = IR (вольт = ток x сопротивление), диктует, что ток всегда пропорционален приложенному напряжению и сопротивлению в цепи. И наоборот, когда входное напряжение транзистора высокое, коллектор-эмиттерная часть транзистора будет проводить.Напряжение на коллекторе станет низким, поэтому нагрузка (динамик) приводится в действие низким напряжением и только небольшим током (снова закон Ома; сопротивление динамика остается тем же, но приложенное напряжение теперь низкое, поэтому текущий расход низкий). По мере того, как форма входного сигнала, поступающего в транзистор, изменяется вверх и вниз, изменяется и выходное напряжение. Выходное напряжение — это большая версия входного напряжения, что, конечно же, и есть смысл усиления.

Это вызывает некоторые вопросы.Во-первых, почему нагрузка (громкоговоритель) не подключается просто между питающей шиной и коллектором? Ответ заключается в том, что в противном случае через громкоговоритель всегда протекал бы ток, даже если входного сигнала не было. Это было бы а) расточительно и б) сместите конус громкоговорителя из его исходного положения, даже если нет сигнала. Второй вопрос: почему между коллектором и громкоговорителем стоит конденсатор (С1)? Ответ заключается в том, чтобы не допустить, чтобы фактический (постоянный) ток источника питания достигал динамика, поскольку нас интересуют только изменения напряжения, а постоянное приложенное напряжение, как и выше, смещает конус из его положения покоя.(Для простоты я опущу описание резистора.)

Этот простой усилитель известен как «несимметричный, класс A». Он имеет только одно выходное устройство, и когда нет сигнала, ток через выходной транзистор, по крайней мере, не меньше или больше максимального тока, который когда-либо протекает через громкоговоритель. Таким образом, усилитель класса A работает безупречно даже при отсутствии сигнала! Согласно математике, усилитель класса A может иметь КПД только 25%.Таким образом, даже при оптимальной работе три четверти потребляемой мощности тратятся впустую.

Мечта любого дизайнера усилителей — придумать дизайн, который однажды будет описан как «класс». Эти классы фактически далеко продвинулись за пределы классов A, B, AB и D. Классы E и F используются в радиопередаче, поэтому мы можем игнорировать их. Но класс G и класс H относятся к аудио.

Мы знаем, что класс AB неэффективен или, по крайней мере, не так эффективен, как хотелось бы, учитывая, что на уровнях усилителя мощности теряется много энергии.Причина его неэффективности в том, что мгновенный уровень сигнала контролируется транзисторами, которые сопротивляются протеканию тока, по сути, рассеивая его в виде тепла. Итак, говоря простым языком, когда транзистор пропускает только половину тока, который мог бы, другая половина должна куда-то уходить — и это « где-то » является небольшим, но значительным вкладом во второй закон термодинамики и в конечном итоге смерть Вселенной. . Кто бы мог подумать, что усилитель может это сделать?

Но вот идея: что, если бы слабые сигналы могли быть доставлены маленьким усилителем, а большие сигналы — большим усилителем? Маленький усилитель не должен рассеивать слишком много энергии, как и большой усилитель, поскольку при вызове он будет передавать свою мощность на громкоговоритель.На практике это может быть достигнуто за счет использования двух или более пар шин питания. Одна пара шин подает низкое напряжение для слабых сигналов. При приближении к точке перегиба этих шин усилитель переключается на пару шин питания с более высоким напряжением. И не нужно останавливаться на двух парах рельсов. Ясно, что переключение может быть проблемой и потенциальным источником слышимых дефектов, но повышение эффективности может перевесить проблемы в определенных приложениях.

Class-H — это развитие Class-G (честно говоря, они оба являются лишь развитием Class-AB, но давайте не будем слишком придирчивы к этому).В классе H сигнал используется для изменения напряжения на шине источника питания. Таким образом, когда сигнал находится на высоком уровне, шины питания также находятся под высоким напряжением и готовы к работе. Это позволяет избежать переключения, связанного с классом G. Интересно, что для генерации напряжения на шине используются схемы, очень похожие по своей природе на класс D.

Рисунок 2: Двухтактный усилитель класса B. На рисунке 2 показана альтернативная стратегия в виде выходного каскада двухтактного усилителя. Один транзистор «подтягивает» напряжение на положительном полупериоде сигнала.Другой транзистор «понижает» напряжение на отрицательном полупериоде. Ну, это детсадовское объяснение. Давайте рассмотрим чуть подробнее …

В этой версии я показал как положительную, так и отрицательную шины питания, а также землю точно между ними по напряжению; фактически ноль вольт. Можно использовать несимметричный (только положительный или отрицательный) источник питания, но лучше использовать двухканальный источник питания, так как выходной конденсатор блокировки постоянного тока не требуется. Это связано с тем, что при отсутствии сигнала оба вывода громкоговорителя находятся под нулевым напряжением, поэтому ток не течет и постоянный ток не блокируется.Вы заметите, что транзисторы немного отличаются друг от друга. Верхний транзистор (Q1) — это то, что мы называем npn, что означает, что он будет проводить между коллектором и эмиттером для положительного напряжения на базе. Нижний транзистор (Q2) — pnp, что означает, что он будет проводить между коллектором и эмиттером при отрицательном напряжении на базе. Если вы уже увлекаетесь электроникой, вы заметите, что есть еще одно различие между этим и рис. 1. На рис. 2 громкоговоритель подключен к эмиттерам транзистора, а не к коллектору транзистора на рис. 1.Это означает, что все усиление напряжения должно предшествовать этому этапу. Эта часть схемы отвечает за подачу сильного тока на громкоговоритель. Но не беспокойтесь об этом слишком сильно; это не влияет на мое объяснение классов усилителей.

Рисунок 3: Кроссовер искажения.

В этой конфигурации высокое входное напряжение вызовет проводимость Q1, в результате чего выходное напряжение будет близко к положительному напряжению шины питания. При нулевом входном напряжении ни один из транзисторов не будет проводить.На выходе нулевое напряжение. Очевидно, что без проводимости ни одного транзистора в громкоговорителе нет тока. Но поскольку на выводах громкоговорителя нет напряжения, оно и не нужно! (Удобное совпадение.) Когда входное напряжение низкое, Q2 проводит, позволяя выходному напряжению упасть почти до уровня отрицательной шины питания. Из этого вы можете видеть, что Q1 обрабатывает положительные полупериоды сигнала, а Q2 обрабатывает отрицательные полупериоды. Это класс Б.

Рисунок 4: Усилитель класса AB (упрощенный). Прелесть этой схемы в том, что она намного более эффективна. Когда входной сигнал равен нулю, ток не течет ни через громкоговоритель, ни через транзисторы. Максимальный теоретический КПД для синусоидального входа составляет 78,5% — значительное улучшение по сравнению с классом A.

Но есть ложка дегтя. Транзистор почти не будет проводить, если напряжение на базе меньше 0,6 В (минус 0,6 В для транзистора pnp).Таким образом, входные напряжения от 0,6 до +0,6 вольт не приведут ни к одному транзистору в состояние проводимости. На рисунке 3 показаны последствия. Это плоское пятно в середине сигнала называется «кроссоверным искажением» и является неотъемлемой чертой класса B. К счастью, ответ есть, и он заключается в «смещении» входа на два транзистора, как показано на рисунке 4. Эти два новых компонента между базами транзисторов — диоды. Их действие заключается в разделении стоячих напряжений на базах на 1,2 вольт, тем самым преодолевая внутреннюю «инерцию» транзисторов.Входной сигнал теперь должен только дергаться, и транзисторы среагируют. Это упрощение реальной схемы, но лишь незначительное. В реальной схеме напряжения на базах транзисторов должны быть немного дальше друг от друга и регулироваться для установки «тока покоя» (постоянного тока при отсутствии входного сигнала).

Преимущество заключается в том, что кроссоверные искажения практически устраняются за счет небольшого постоянного тока, когда сигнал находится на нулевом уровне.Интересно отметить, что смещение может быть устроено так, чтобы транзисторы пропускали очень высокий ток при нулевом входном сигнале. Когда вход перемещается, этот ток будет отводиться через нагрузку. Угадай, что? Это снова класс А. Это двухтактный выходной каскад класса A, не более эффективный, чем несимметричный класс A, но более практичный в реализации и полностью лишенный кроссоверных искажений, поэтому он восхищается энтузиастами высокого класса Hi-Fi. Компромиссная ситуация смещения выходных транзисторов так, чтобы они находились в состоянии проводимости, называется классом AB.Класс AB — безусловно, самый распространенный тип усилителей. Он достаточно эффективен, а качество звука превосходно, превосходит только усилители класса A, которые работают так же тепло, как Aga, и стоят недешево — как для покупки, так и для эксплуатации.

Рис. 5: Простой усилитель класса C, который управляет резонансной нагрузкой и очень эффективен на резонансной частоте нагрузки.

В завершение этого раздела на Рисунке 5 показан простой усилитель класса C. Он приводит в действие резонансную нагрузку и, таким образом, очень эффективен на резонансной частоте нагрузки — более 90 процентов.Однако, поскольку он работает только в узком диапазоне частот, он совершенно не подходит для звука. Усиление класса C фактически используется в радиопередаче.

Теперь, когда мы знаем, как работают классы A, B, AB и C, мы можем взглянуть на класс D. Ясно, что все классы от A до C относятся к одному семейству, но класс D совершенно другой. В классах A, B и AB проблема заключается в неэффективности. Некоторая мощность тратится впустую, и мы бы предпочли, чтобы ее можно было разумно использовать для приведения громкоговорителей к еще более высоким уровням звукового давления — или, по крайней мере, не преобразовывать в тепло.Там, где энергия тратится впустую, транзистор находится в частичной проводимости. Когда транзистор полностью проводящий, это как кусок провода, и кусок провода почти не теряет мощность. Когда транзистор полностью выключен, он вообще не проводит, а если он вообще не проводит, нет энергии, которую нужно тратить. Проблема заключается в промежуточных этапах, когда транзистор тратит энергию и нагревается. Так что, если бы мы могли найти способ использовать транзисторы только в полностью открытом или полностью выключенном состоянии.Если бы это было возможно, никакая сила не пропала бы. Но возможно ли это …?

Рисунок 6: Усилитель класса D. Это так, и решение — это то, что мы называем классом D. На рисунке 6 показан упрощенный усилитель класса D. Во-первых, давайте посмотрим на сходство между этим и тем, что мы уже обсуждали. Вы можете видеть два транзистора в двухтактной конфигурации, как и раньше. Транзисторы выглядят немного иначе, потому что они представляют собой МОП-транзисторы (полевые транзисторы с металлическим оксидом и полупроводником), а не «обычные» транзисторы.Выходные транзисторы должны быть быстрыми, чтобы они могли очень быстро переключаться между полностью включенным и полностью выключенным. Это также помогает, чтобы состояния включения и выключения были «действительно» включены и выключены. Чем ближе транзисторы могут достичь полной проводимости или полного непроводимости, тем выше будет эффективность усилителя. Ясно, однако, что помимо сходства есть и некоторые отличия.

Начнем с вывода. Чего не произойдет, так это того, что транзисторы создадут высоковольтную версию входного сигнала.Что — это , так это то, что они переключаются поочередно, чтобы поднять выход полностью до положительной шины питания, а затем полностью вниз до отрицательной шины питания, как можно быстрее, без промежуточных напряжений. Очевидно, это будет импульсный сигнал. А теперь хитрый момент: если ширину импульсов можно сделать пропорциональной мгновенному уровню входного сигнала, мощность, подаваемая на громкоговоритель, усредненная по времени, будет такой же, как если бы входной сигнал был усилен обычным способом. .Задумайтесь об этом на мгновение, потому что это ключ к работе усилителя класса D.

Далее, если выходной сигнал фильтруется для удаления высоких частот и острых углов формы импульса, исходный входной сигнал будет реконструирован, точно такой же формы, как и был, но большего размера. Конечный результат — усиленный сигнал, который невозможно отличить от сигнала, производимого обычным усилителем мощности класса AB.

Рисунок 7: Компаратор усилителя класса D, генерирующий сигнал с широтно-импульсной модуляцией.Но как формируется импульсный сигнал? Хорошо, это непросто, но это и не ракетостроение. Сначала нам нужен строительный блок схемы, известный как компаратор. Компаратор имеет два входа: назовем их Вход A и Вход B. Когда на входе A напряжение выше, чем на входе B, на выходе компаратора будет максимальное положительное напряжение. Когда на входе A ниже напряжение, чем на входе B, на выходе компаратора будет максимальное отрицательное напряжение. На рисунке 7 показано, как компаратор работает в усилителе класса D.На один вход (вход A в моем примере) подается сигнал, который нужно усилить. Другой вход (Вход B) снабжен точно сгенерированной треугольной волной. Когда уровень сигнала мгновенно превышает уровень треугольной волны, выходной сигнал становится положительным. Когда уровень сигнала мгновенно ниже, чем уровень треугольной волны, выходной сигнал становится отрицательным. В результате получается цепочка импульсов, ширина которой пропорциональна мгновенному уровню сигнала. Волшебно просто! Мы называем это «широтно-импульсной модуляцией» или ШИМ.Вот и все. Теперь вы понимаете, как работает усилитель класса D, и если кто-то попытается заткнуть вам глаза и убедить вас, что буква «D» означает «цифровой», вы можете с уверенностью сказать им, насколько они ошибаются. Класс D не является цифровым.

Если бы класс D был идеальным, он бы охватил весь мир, и не было бы никакого другого класса в общепринятом смысле. Я сейчас расскажу вам о трех основных проблемах усилителей класса D, но сначала задам вопрос: как сделать эффективный радиопередатчик? Ответ: начните с аудиоусилителя класса D.Да, высокие частоты, участвующие в усилении класса D, легко распространяются как радиоволны, потенциально вызывая помехи для радиоприемников и другого оборудования. Вы могли подумать, что решением будет заключить усилитель в прочный стальной корпус. Но проблема не в этом, а в кабелях. Фильтр, который должен удалять высокочастотные компоненты и оставлять только аудиосигнал, имеет довольно небольшой наклон — 6 дБ или 12 дБ на октаву, поэтому довольно много радиочастотной энергии все еще выходит.Понятно, что производители стараются улучшить ситуацию и оставаться в допустимых пределах, но это проблема, присущая классу D.

Класс D без фильтра. Технология Class TD от Lab Gruppen расширяет класс D с заявленными звуковыми характеристиками, эквивалентными классу AB, но с превосходными характеристиками класса D с точки зрения эффективности и малого веса. Вторая проблема класса D заключается в том, что сигнал воспринимается в последнюю очередь. он достигает громкоговорителя — это фильтр. Пассивный фильтр, состоящий из конденсаторов и катушек индуктивности, ожидает увидеть на своем выходе определенную нагрузку.Даже просто глядя на сопротивление громкоговорителя и игнорируя его емкость и индуктивность, громкоговорители бывают с номинальным сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 8 Ом, и фильтр будет работать по-разному в зависимости от импеданса громкоговорителя. Принимая во внимание емкость и индуктивность, импеданс будет варьироваться в зависимости от частоты. Таким образом, конструкция фильтра внезапно становится намного более сложной: усилитель, который работает по-разному для разных динамиков, может стать проблемой.

В-третьих — не окончательно, но на данный момент достаточно — усилитель класса D имеет относительно низкий коэффициент демпфирования.Коэффициент демпфирования — это отношение импеданса громкоговорителя к выходному сопротивлению усилителя (это немного сложнее, чем это, но давайте не будем увлекаться деталями). Проще говоря, это мера того, насколько хорошо усилитель может контролировать движение диафрагмы громкоговорителя. Хороший усилитель не просто дает толчок и надеется на лучшее; он определяет, где находится диафрагма, и контролирует ее положение. Для этого желателен высокий коэффициент демпфирования, и, как упоминалось выше, простой усилитель класса D имеет низкий коэффициент демпфирования.

Очевидно, что для решения этих проблем можно применить передовые технологии, но из-за них усиление класса D используется в основном в приложениях, где важны эффективность, вес и малые размеры. К ним относятся живой звук, автомобильная аудиосистема и компактные портативные системы.

Не ограничиваясь усилителями мощности PA, Yamaha использует выходной каскад класса D в своей басовой головке BBT 500H мощностью 500 Вт и весом менее 5 кг! Очевидно, есть еще кое-что, что нужно знать. Например, важно знать, что частота переключения должна быть очень высокой для достижения необходимого разрешения.Типичная частота переключения составляет около 300 кГц, что примерно в 15 раз выше самой высокой звуковой частоты, представляющей общий интерес. Динамический диапазон и отношение сигнал / шум усилителя класса D регулируются частотой переключения — чем выше, тем лучше. Очевидно, что чем выше скорость генерации импульсов, тем точнее ширина импульса будет пропорциональна мгновенному уровню сигнала. Однако недостатком увеличения частоты переключения является то, что усилитель будет менее эффективным.Оптимальный КПД был бы достигнут, если бы транзисторы могли переключаться мгновенно, так что они находились либо в полностью включенном, либо в полностью выключенном состоянии, при котором почти не потреблялась мощность. Но в реальном мире для того, чтобы напряжение качнулось, требуется немного времени, и в течение этого времени некоторая мощность рассеивается. Таким образом, чем чаще происходят качели, тем больше возможностей для расточительства. Даже в этом случае эффективность практического усилителя класса D может быть выше 90 процентов, что значительно лучше, чем у усилителя класса AB (78.В лучшем случае 5 процентов и обычно ближе к 50 процентам).

Замыкает круг, поскольку усилитель класса D более эффективен, чем обычный усилитель класса AB, он может быть легче. И это, вкратце, причина существования класса D. Более легкое также ведет к меньшему размеру, а для достижения необходимых высоких скоростей переключения схема должна быть физически маленькой. Загляните внутрь усилителя класса D, и вы найдете трансформатор. Посмотрите достаточно внимательно, и где-то там вы тоже найдете схему!

Определение классов усилителей | PCMag

Аналоговые усилители каталогизируются по величине тока, протекающей в течение каждого волнового цикла.360º в градусах означает, что ток течет в 100% случаев. Чем больше ток, тем меньше эффективность и выделяется больше тепла. См. Усилитель.

Аналог

Класс A
Усилитель проводит ток на протяжении всего цикла (360º). Конструкция класса A является наиболее неэффективной и используется в приложениях с низким энергопотреблением, а также в стереосистеме очень высокого уровня. Такие устройства могут иметь КПД всего 15%, при этом 85% энергии теряется в виде тепла.

Class B
Ток протекает только на 180º в течение половины цикла, или два транзистора могут использоваться в двухтактном режиме, каждый из которых работает на 180º.Более эффективный, чем класс A, он обычно используется в недорогих продуктах.

Класс AB
Объединяет классы A и B и токи от 180 ° до 200 °. Конструкции класса AB наиболее широко используются для аудиоприложений. Усилители класса AB обычно имеют КПД около 50%.

Class C
Работая менее половины одного волнового цикла (от 100º до 150º), усилители класса C являются наиболее эффективными, но не используются для аудио приложений из-за их чрезмерных искажений.

Class G
Вариант конструкции класса AB, повышающий эффективность за счет переключения на различные фиксированные напряжения по мере приближения к ним сигнала.

Class H
Расширение усилителя класса G, в котором напряжение источника питания модулируется и всегда немного выше входного сигнала.

Текущий

Красный цвет указывает, сколько времени ток проходит через один волновой цикл.

Цифровой

Класс D
Класс D — это цифровой усилитель, который работает путем полного включения или выключения транзистора, но технически «D» не означает цифру. См. Усилитель класса D.

Class T
Вариант техники класса D от Tripath. Класс T модулирует импульсы на основе индивидуальных характеристик выходных транзисторов.

Разница между усилителями классов A, B, AB и C

Усилители, используемые в звуковом оборудовании, радио, телевидении и компьютерах, представляют собой компоненты, которые увеличивают или усиливают напряжение, ток или мощность электрического сигнала.Почти во всех электронных схемах и системах используется хотя бы один каскад усиления. Как инженеры и техники, мы должны уметь определять разные классы усилителей.

В этом блоге мы обсудим различия между четырьмя классами усилителей: Класс A, B, AB и C. Это наиболее распространенные типы усилителей для линейных схем.

Усилитель класса A

Усилитель этого класса обеспечивает очень хорошее воспроизведение сигнала. Одна из основных причин этого заключается в том, что точка Q (или рабочая точка) находится на полпути между отсечкой и насыщением.Это означает, что он смещен на полпути через его активную область, обеспечивая полное усиление на 360 градусов, несмотря на характерную 180-градусную инверсию выходного сигнала. Несмотря на то, что эта функция Q-точки со средним смещением полезна для точности сигнала, она является причиной одного из основных недостатков использования усилителя класса A. Транзистор всегда наполовину включен, и всегда течет ток. В результате усилитель класса A имеет тенденцию выделять много тепла, что приводит к низкой эффективности (примерно 25%).Он используется в устройствах с низким энергопотреблением, таких как радиоприемники и наружные звуковые системы, и больше подходят для усиления слабого сигнала. С добавлением байпасного конденсатора усилитель класса A способен обеспечить значительное усиление сигнала переменного тока для маломощных устройств.

Хорошее качество сигнала на усилителе класса A

Усилитель класса B

В отличие от усилителя класса A, усилитель класса B не дает хорошего воспроизведения сигнала. Он использует дополнительные пары транзисторов, которые проводят полупериоды входного сигнала.Положительный смещенный транзистор будет проводить положительный сигнал, в то время как другой транзистор выключен. Когда приходит отрицательный сигнал, транзистор с отрицательным смещением включается, а положительный транзистор выключается. Помните, что транзисторам требуется примерно 0,7 В для включения, а некоторые части сигнала имеют менее 0,7 В. Это попеременное переключение пары транзисторов вызывает перекрестное искажение выходного сигнала. Однако это альтернативное переключение будет генерировать меньше тепла, увеличивая эффективность усилителя класса B до 78%.Это повышение эффективности делает усилитель класса B идеальным для устройств с батарейным питанием.

Разделительные искажения усилителя класса B

Усилитель класса AB

Усилитель класса AB сочетает в себе сильные стороны усилителей класса A и класса B. Усилитель класса AB имеет хорошее воспроизведение сигнала усилителя класса A и комплементарной пары транзисторов усилителя класса B, что приводит к более высокой эффективности. Чтобы устранить перекрестные искажения, характерные для усилителя класса B, мы смещаем усилитель так, чтобы пара дополнительных транзисторов проводила одновременно.Это означает, что оба транзистора проводят больше полупериода входного сигнала. Некоторые методы смещения напряжения смещения, смещения диодов и смещения потенциометра имеют свои преимущества и недостатки. Усилитель класса AB используется в аудиосистемах высокого качества благодаря хорошему воспроизведению сигнала и эффективности.

Искажение кроссовера устранено в усилителе класса AB

Усилитель класса C

По сравнению с тремя вышеперечисленными усилителями, усилитель класса C обеспечивает наилучший КПД с рейтингом примерно 80%.Выходной сигнал сильно искажен, поскольку транзистор сильно смещен и включен только менее чем на половину входного цикла. Поскольку он проводит менее половины входного цикла, он будет иметь меньшее тепловыделение и, следовательно, более высокий КПД, чем другие усилители. Из-за создаваемого им выходного импульса усилитель класса C не подходит для аудио приложений, скорее он идеален для генераторов радиочастоты.

Усилитель класса C выводит менее половины входного цикла

В заключение, классы усилителей имеют разные характеристики и применения.Каждый класс определяется двумя основными характеристиками: эффективностью и воспроизведением сигнала. Основываясь на этих характеристиках, профессионалы в области электроники могут использовать эти усилители в различных сценариях, таких как источник питания с одной или двумя полярностями, а также приложения.