Классы AB и В работы двухтактного каскада
Нетрудно заметить, что, если точка покоя для каждого плеча выбрана вблизи нижнего загиба (в области малых токов), общая передаточная характеристика приобретает довольно протяженный линейный участок и в нем отсутствует плоский участок при малых UBX, порождающий нелинейные искажения типа «ступеньки» Это соответствует некоторому промежуточному классу АВ. Ток покоя в этом случае сравнительно мал, что повышает КПД каскада по сравнению с классом А.
Типовые схемы двухтактного усилителя: слева – схема с дополнительной симметрией и справа – схема с обратной связью.
Класс АВ широко используется при построении транзисторных усилителей мощности. При нем малые сигналы усиливаются как в классе А, т. е. совместно обоими плечами двухтактного каскада. Однако большие сигналы усиливаются раздельно для положительной и отрицательной полуволны, что характерно для работы усилителей в классе В.
В принципе, можно не вводить сдвиг характеристик и выбирать рабочую точку исходного состояния каскада при практически нулевом токе. Это соответствует классу В работы каскада. При этом каждое плечо усиливает входной сигнал лишь одной полярности, а суммарная передаточная характеристика каскада, будучи суммой передаточных характеристик двух плеч, имеет при малых U характерный плоский участок. Нетрудно показать, что временная зависимость выходного тока при этом имеет вид полупериодов синусоиды .
В трансформаторном каскаде трансформатор «собирает» выходной сигнал из двух его полупериодов, так что в первом приближении сигнал в нагрузке близок к синусоидальному. Разумеется, если при этом нет заметной асимметрии плеч. Временные диаграммы (за исключением учета ЭДС смещения в ламповых каскадах) практически идентичны для ламповых и транзисторных каскадов. Разумеется, для транзисторного каскада суммирование полуволн выходного тока разной полярности происходит автоматически без применения трансформатора.
Потребляемый ток каждого плеча при этом равен 1т/я, а амплитуда переменной составляющей тока Im. Так что при полной раскачке каскада (амплитуда напряжения на выходе Um равна напряжению питания каждого плеча Еп, мощность в нагрузке будетравнаРн=ит1т/2, а потребляемая мощность P0=2ImEn/7i. Таким образом, КПД каскада равен PH/P0=7i/4=0,78 (или 78%). КПД в рассмотренном ранее классе АВ, естественно, несколько меньше этого предельного значения.
Итак, работа усилителя в классе В дает заметно лучшие энергетические характеристики, чем работа в классе А. Полученные для трансформаторного каскада энергетические параметры справедливы и для транзисторного каскада Но с точки зрения получения высокого качества усиления сигналов звуковых частот ситуация в классе В выглядит не очень благополучно.
Прежде всего, надо отметить, что в середине суммарной передаточной характеристики появляется характерный изгиб . Это резко увеличивает нелинейные искажения даже при малых уровнях входного сигнала. Они получили название искажений типа «ступеньки».
Эти искажения очень коварны и хорошо заметны на слух. Если ток транзисторов падает до нуля, то дифференциальный коэффициент усиления усилителя с двухтактным каскадом падает до нуля. При этом отрицательная обратная связь, охватывающая усилитель с таким каскадом (если она есть), перестает функционировать и оказывается принципиально неспособной ликвидировать искажения типа «ступеньки».
Потребляемый ток в режиме В (немного в меньшей мере и в режиме АВ) сильно зависит от напряжения входного сигнала. Это ведет к изменению напряжения питания и возникновению характерных динамических искажений. В целом искажения в классе В заметно выше, чем в классе А или АВ. Поэтому для построения усилителей мощности для высококачественного воспроизведения используется класс АВ.
В классах АВ и В максимальная мощность рассеивается транзисторами вовсе не при максимальной выходной мощности, а при несколько меньшей. А броски потребляемого тока при усилении сигналов речи или музыки затрудняют построение источников электропитания и вынуждают применять в них громоздкие электролитические конденсаторы большой емкости (десятки тысяч микрофарад).
Двухтактные каскады строятся по самым различным схемам. Есть трансформаторные схемы (широко применяются при построении ламповых каскадов), но чаще применяются бестрансформаторные схемы с непосредственным подключением нагрузки. Последние находят преимущественное применение при построении усилителей на транзисторах. Наконец, такие оконечные каскады могут строиться и как усилители переменного тока с разделительным конденсатором на выходе. Последний надежно защищает динамики от попадания на них постоянного напряжения, но качество усилителей с непосредственной связью с нагрузкой обычно выше.
Простейшие транзисторные двухтактные каскады редко используются в классе А. Дело в том, что транзисторы более чувствительны к температуре, чем лампы. Сильный нагрев их в классе А может вызвать тепловую неустойчивость, а ее устранение — дело довольно сложное. Поэтому транзисторные каскады обычно используются в классе АВ или В.
В процессе работы транзисторного усилительного каскада напряжение и ток на его входе изменяются по закону изменения усиливаемого сигнала. Если транзистор все это время находится в активном режиме, то данные изменения передаются на выход и в усиленном виде повторяются в выходном сигнале каскада. Однако сами колебания входного сигнала (например, гармонического) могут периодически выводить транзистор из активного режима в режим насыщения или отсечки в зависимости от того, каков точный уровень напряжения и тока на входе в каждый конкретный момент времени. Может показаться, что указанные колебания режимов совершенно бесполезны в реальных схемах и их нужно всячески избегать, но это не так. Существуют схемы, в которых необходимо обеспечить усиление сигнала только при условии, что его мгновенное значение лежит выше или ниже некоторого порога. Иногда эти схемы комбинируются так, чтобы каждая отвечала за свой диапазон значений входного сигнала, а на выходе многокаскадного усилителя восстанавливается полный усиленный сигнал (например, двухтактные усилители мощности). За счет такого включения становится возможным существенно повысить общий КПД усилительной схемы. Чтобы различать динамику изменений режимов работы транзистора (а это имеет значение при расчете их энергопотребления и тепловыделения) вводится понятие класса усиления. Различают пять основных классов усиления, которые обозначаются прописными латинскими буквами: A, B, AB, C, D. Класс усиления A. При работе в данном классе усиления транзистор все время находится в активном режиме. Колебания переменного сигнала на его входе никогда не должны выводить транзистор в режим насыщения или отсечки, т.е. их амплитуда ограничена некоторой областью, определяемой электрическими характеристиками конкретного транзистора, напряжением питания и начальным постоянным смещением на входе каскада. Заметим, что постоянное протекание значительных токов через транзистор приводит, во-первых, к большому энергопотреблению, а во-вторых, к разогреву полупроводниковой структуры (итоговый КПД каскада усиления в классе A теоретически не может превышать 50%, а реальные его значения и того ниже). Это является неизбежной платой за высокую линейность усиления, достижимую в классе A. Класс усиления B. Предполагает, что транзистор находится в активном режиме, т.е. усиливает входной сигнал только половину периода его действия. Вторую половину периода изменения напряжения входного гармонического сигнала транзистор находится в режиме отсечки. Основными достоинствами класса B являются: высокий КПД (до 70%) и малая мощность тепловых потерь, рассеиваемых в транзисторе, что крайне важно для усилителей большой и средней мощности. Однако у усилителей в классе B есть и существенный недостаток — большой уровень нелинейных искажений, что вызвано повышенной нелинейностью усиления транзистора, когда он находится вблизи режима отсечки. Класс усиления C. В классе усиления C транзистор большую часть периода изменения напряжения входного сигнала находится в режиме отсечки, а в активном режиме — меньшую часть. Этот класс часто используется в выходных каскадах мощных резонансных усилителей (например, в радиопередатчиках). Класс усиления D. Предназначен для обозначения ключевого режима работы, при котором биполярный транзистор может находиться только в двух устойчивых состояниях: или полностью открытом (режим насыщения), или полностью закрытом (режим отсечки).
|
что такое классификация электронных устройств
Что такое классы усилителей и для чего их нужно знать? Когда вы будете покупать AV-ресивер или усилитель мощности, вы неизбежно встретите буквы, обозначающие тип используемого усилителя. Раньше существовало всего пара различных типов классов аудио усилителей, и один из них был чрезвычайно редким.
Какие бывают классы усилителей?
Но теперь на рынок вышло еще несколько классов, поэтому есть некоторые вещи, которые полезно знать в отношении классов усилителей и различные типы усилителей, используемых в современном оборудовании для домашнего кинотеатра.
Не вдаваясь в подробности, класс усилителя — это краткое описание того, как усилитель обрабатывает входной сигнал на пути к выходному каскаду усилителя. Принцип работы усилителя таков: он принимает сигнал с линейного входа и преобразует его в то, что может управлять громкоговорителем. Кстати, это «быстрое» и простое определение усилителя в целом. Я сразу перейду к конкретным примерам, потому что статья именно об этом.
Есть множество классов усилителей, но пять категорий действительно приходят на ум как наиболее распространенные. Это класс A, класс B, класс AB, класс G и H и класс D.
Усилители класса А
Аппараты класса А я обычно называю «постоянно включенными» усилителями. Такие УМЗЧ наименее эффективны, это означает, что они используют наибольшую мощность для выполнения своих задач. Они еще известны как «линейные» усилители, которые принимают входное напряжение и постоянно управляют транзисторами на протяжении прохождения всей формы волны сигнала.
Такой принцип работы воспроизводит весь сигнал в том виде, в котором он был получен на входе. Преимущество усилителей класса А состоит в том, что они обладают потенциалом для превосходного воспроизведения звука, но за счет потребляемой энергии и большого количества выделяемого тепла.
Усилители класса A сильно нагреваются (буквально на ощупь) и потребляют много энергии вне зависимости от того, работают они на воспроизведение звука или нет. В нем отсутствуют какие-либо режимы ожидания или энергосбережения. Положительной отличительной чертой усилителей «А» класса, это высокая точность воспроизведения и низкие искажения.
Аппараты такого типа хвалят за их качество звука и недооценивают их неэффективность, которое обычно составляет около 20% КПД. Это означает, что на каждые 20 ватт он выдает примерно 80-100 ватт тепла! Устройству этого класса требуется хорошая вентиляция со всех сторон, чтобы не перегреться.
Плюсы: очень точное воспроизведение звука.
Минусы: энергозатраты, перегревается, неэффективен.
Усилители класса B
Усилитель класса B отличается от усилителя класса A тем, что каждая половина формы волны (положительная и отрицательная) обрабатывается разными цепями. Это означает, что транзисторы включаются и выключаются в зависимости от того, какую часть сигнала они принимают. Для этого усилителю класса B также необходимы (как минимум) два выходных устройства (транзисторы и т.д.) на канал.
Каждое устройство вывода усиливает половину сигнала, и ни одно устройство вывода никогда не включается одновременно.
Из-за характера работы этих усилителей и того факта, что каждый набор выходных устройств может оставаться выключенным в течение 50% времени, они работают меньше. Однако качество звука может пострадать, поскольку вся форма волны не воспроизводится полностью за один раз. Поскольку сигнал разделяется на положительную и отрицательную формы волны, существует вероятность искажения, когда сигнал достигает точки, в которой он пересекается.
Классы усилителей, и в частности усилители класса B, из-за своей особенности в работе, также известны как «двухтактные» усилители. При желании вы можете самостоятельно изготовить усилитель класса B за небольшие деньги, поскольку в выходном каскаде можно использовать компоненты не высокого качества, потому как они не несут основной ответственности за полную нагрузку по усилению аудио сигнала.
Плюсы: более эффективная работа, чем у класса A
Минусы: пониженное качество звука, более высокие искажения.
Усилители класса AB
Усилитель класса AB — это комбинация обоих предыдущих классов, и он действительно сочетает в себе все лучшее из обоих аппаратов. Он поддерживает качество звука усилителя класса A, но стремится к эффективности усилителя класса B. Такое преимущество достигается за счет работы в режиме класса A при низких уровнях выходного сигнала. Поток напряжения, который течет в выходном каскаде (выходное смещение), также сохраняется немного дольше, так что двухтактный эффект сводит к минимуму любые искажения в точке, где форма волны переключается с положительного на отрицательный и обратно.
Это также делает усилитель «быстрее» и помогает каждой части процесса. Усилители класса AB практически устраняют нелинейные проблемы усилителей класса B, и они повышают эффективность до уровня класса B или выше (обычно около 50%). Однако, устройства такого типа, также значительно нагреваются, но это ничто по сравнению с усилителем класса А. Усилители класса AB — самая распространенная категория усилителей для домашних кинотеатров и даже автомобильных стерео систем.
Плюсы: более эффективная работа, чем у класса A, потенциал для высокого качества звука.
Минусы: пуристы стерео по-прежнему будут нуждаться в усилителе класса А.
Усилители класса G и усилители класса H
Усилитель класса G или класса H — это, по сути, усилитель класса AB на стероидах. И здесь мы начинаем говорить о шинах напряжения. Шина напряжения — это величина напряжения, допустимого или производимого источником питания. Обычно это что-то «установленное». Усилитель класса G — устройство, которое осознает необходимость дополнительной мощности для обеспечения сигнала.
Когда пики выходного сигнала превышают основную шину напряжения, усилитель переключает выходной аудиосигнал на вторичную шину с более высоким напряжением и управляет нагрузкой. Это позволяет усилителям класса G работать с более высоким КПД класса AB, но также обеспечивает при необходимости большие пики без необходимости поднимать шину напряжения по всей плате.
Усилитель класса H очень похож, но он контролирует напряжение на входе и при необходимости регулирует напряжение шины питания, позволяя обрабатывать пиковые значения.
Плюсы: изысканное качество в сочетании с эффективностью.
Минусы: трудно справиться с задачей.
Усилители класса D
Прежде всего: усилители класса D не обязательно являются цифровыми усилителями, хотя их иногда называют таковыми, поэтому лучше отказаться от этой терминологии, чтобы избежать путаницы. Основная привлекательность усилителей класса D — это эффективность. Другое название усилителя класса D — «переключающий» усилитель из-за того, что они быстро переключают выходные устройства, по крайней мере, дважды за цикл (форму волны).
Поскольку мы говорим о звуковых частотах (до 20 кГц), это может означать, что они могут включать и выключать преобразованный входной сигнал миллионы раз в секунду. В зависимости от конструкции, усилители класса D обычно имеют КПД 80% или более. Что вызывает сложность с классом D, так это такие вещи, как искажения и поддержание качества звука.
Из-за того, как работает усилитель класса D, выходной каскад прямо пропорционален (обычно в десять или более раз) этим мгновенным импульсам входного сигнала, но выходные импульсы включают гармонические искажения, которые необходимо фильтровать. Результирующий сигнал представляет собой усиленную версию входного сигнала.
Поэтому усилители класса D наиболее популярны, когда усиливаемые частоты намного ниже частоты коммутации. Вот почему класс D является основным выбором для сабвуферных усилителей. Тем не менее, лучшие фильтры и лучшие методы приводят к тому, что класс D обеспечивает более высокое качество, и, следовательно, они становятся все более популярными в настольных системах и даже в некоторых ресиверах и усилителях домашнего кинотеатра.
Усилители класса D могут иметь аналоговое или цифровое управление, но результат всегда аналоговый.
Плюсы: Высокоэффективный, основа конструкции усилителей для сабвуфера, недавние улучшения качества.
Минусы: высокие гармонические искажения на частоте переключения.
Классы усилителей — завершение
Во всяком случае, простое устранение некоторой путаницы было бы отличным результатом написания этой статьи. Очевидно, что усилители класса А остаются фаворитом аудиофилов — и не зря. Только не смотрите, как показывает ваш измеритель мощности, и не подсчитывайте, сколько вам стоит этот усилитель, пока он включен!
Класс AB, несомненно, является наиболее распространенным усилителем, используемым в домашнем кинотеатре, но новые технологии, такие как классы G и H, позволяют создавать привлекательные конструкции. Класс D всегда был отличным выбором для усилителей сабвуфера, но теперь я все больше перехожу от скептицизма к изумлению перед более совершенными конструкциями домашних кинотеатров.
Недорогой усилитель класса D, вероятно, будет ужасно звучать в домашнем кинотеатре или настольных аудио приложениях, но лидеры отрасли, первопроходцы новой технологии класса D (например, модели ICEpower от Bang & Olufsen, хотите верьте, хотите нет) дают классу D совершенно новую репутацию.
качество класса AB и экономичность D
Начало статьи.
Введение
Усилители, которые выпускает компания ICEpower, оптимизированы для определенных конечных изделий. Модели серий A и ASP можно использовать при построении мощных усилителей или активной акустики для концертных залов. Серия ASX2 оптимальна для стереофонических усилителей в потребительском сегменте Hi-Fi аудиотехники. Усилители серий 150ASH7 и ICEmatch подойдут для домашнего кинотеатра и других многоканальных решений.
Серия ASX2
Исключительная гибкость в применении — основная идея компании ICEpower, которая была реализована при разработке модульных усилителей серии ASX2 (рис. 1).
Рис. 1. Усилители серии ASX2
Серия ASX2 включает усилители с двумя полумостовыми каналами и встроенным источником питания. Два полумостовых выхода могут конфигурироваться в один мостовой (рис. 2). При этом на логический вход BTL sync подается низкий уровень для синхронизации частот в каналах. В двухканальном режиме частоты коммутации в каналах задаются так, чтобы они отличались друг от друга примерно на 40 кГц, для исключения интермодуляционных помех из диапазона слышимых частот. Исключение составляет усилитель ICEpower 50ASX2. Для этого изделия выпускаются две версии: полумостовая 50ASX2 SE и мостовая 50ASX2 BTL.
Рис. 2. Включение усилителя в мостовом режиме (BTL)
Вход усилителей серии ASX2 — однополярный (рис. 3), при включении в мостовом режиме он становится балансным. Во всех усилителях серии имеется логический вход отключения усилителя, а также логические выходы мониторов перегрева и перегрузки по току. Кроме того, есть выходы нестабилизированного напряжения ±24 В с нагрузочной способностью примерно 200 мА, этого достаточно для построения предварительного усилителя или ЦАП.
Рис. 3. Входные цепи усилителей серии ASX2
Интересной особенностью усилителей ASX2 является возможность перераспределения мощности между каналами путем включения асимметричной нагрузки. При включении симметричной нагрузки ее минимальное сопротивление должно быть не менее 3 Ом, однако если на одном из каналов сопротивление нагрузки не менее 6 Ом, то на другом можно включить нагрузку 2 Ом.
Усилители серии ASX2 обеспечивают высокое качество звучания и перекрывают диапазон выходной мощности от 25 до 630 Вт. Показатель удельной мощности для моделей этого семейства превышает 1 Вт/см3, при этом нет надобности в дополнительном теплоотводящем радиаторе и экранировании. Модули ASX2 можно выбрать при построении высококачественного стереоусилителя, активной акустики и студийного монитора (рис. 4).
Рис. 4. Примеры применения усилителей серии ASX2: а)мощный сабвуфер;
б) 3‐канальная активная акустическая система;
в) мощный стереоусилитель;
г) 8‐канальный усилитель
Основные характеристики усилителей серии ASX2 сведены в таблицу 1 и представлены на рис. 5, 6.
Рис. 5. Амплитудно‐ и фазочастотные (внизу) характеристики усилителя 125ASX2 без нагрузки (красный), с нагрузкой 4 Ом (синий) и 8 Ом (зеленый)
Характеристки | 50ASX2 | 125ASX2 | 250ASX2 | |
Номинальная мощность (гармонические искажения + шум 1%, 4 Ом), Вт | Полумостовой режим | 2×50 | 2×125 | 2×250 |
Мостовой режим | 170 | 450 | – | |
Максимальная мощность (гармонические искажения + шум 10%, 4 Ом), Вт | Мостовой режим | 220 | 550 | – |
Номинальная мощность (гармонические искажения + шум 1%, 8 Ом), Вт | Полумостовой режим | 2×25 | 2×65 | 2×125 |
Мостовой режим | 100 | 250 | 500 | |
Максимальная мощность (гармонические искажения + шум 10%, 8 Ом), Вт | Мостовой режим | 130 | 300 | 630 |
Динамический диапазон, дБА | Полумостовой режим | 120 | 117 | 112 |
Мостовой режим | 125 | 121 | 121 | |
Полоса пропускания (–3 дБ, 8 Ом), кГц | Полумостовой режим | 130 | 120 | 130 |
Гармонические искажения + шум (1 Вт, 1 кГц), % | 0,002 | 0,003 | 0,008 | |
Неравномерность частотной характеристики (20 Гц – 20 кГц, нагрузка 2–8 Ом), дБ | ±0,5 | ±0,5 | ±0,5 | |
Коэффициент демпфирования (8 Ом, 100 Гц) | > 500 | > 500 | > 500 | |
Габаритные размеры, мм | 110×80×35 | 160×80×35 | 210×80×40 |
Рис. 6. Гармонические искажения + собственный шум усилителя 125ASX2 на частотах 100 Гц (синий), 1 кГц (зеленый) и 6,67 кГц (красный), нагрузка — 4 Ом, мостовой режим включения
Серия ICEmatch
Серия ICEmatch состоит из сетевого блока питания ICEpower 400SM мощностью 400 Вт (рис. 7, сверху) и двухканального усилителя ICEpower 80AM2. Один модуль 400SM может поддерживать до восьми модулей 80AM2. Таким образом, разработчик получает широкие возможности для построения разнообразных конечных устройств: от высококачественного стереофонического усилителя до многоканального студийного монитора.
Рис. 7. Серия ICEmatch
Серия ICEmatch обеспечивает расширенные возможности управления и мониторинга. Для этого модуль 400SM имеет две дополнительные шины. Одна из них создана непосредственно для модулей 80AM2, другая, дополнительная, предназначена для контроля предусилителей.
Область применения серии ICEmatch — многоканальные усилители, включая домашние кинотеатры, активные акустические системы и студийные мониторы (рис. 8).
Рис. 8. Примеры приложений на основе серии ICEmatch:
а) домашний кинотеатр;
б) 4‐полосная активная акустическая система
ICEpower 400SM является импульсным ZVS-ZCS блоком питания, который поддерживает основную шину питания и каналы вспомогательных выходных напряжений +5 В, ±12 В. Кроме того, имеется ряд дополнительных выводов для управления режимом работы блока питания и индикации его состояния. В режиме ожидания блок 400SM потребляет не более 0,2 Вт.
ICEpower 80AM2 — законченный компактный усилитель с выходной мощностью 2×80 Вт в полумостовом включении на нагрузке 4 Ом и до 160 Вт в мостовой схеме включения на нагрузке 8 Ом. Усилитель имеет балансный вход. Питание силового каскада — до ±36 В. Основные характеристики 80AM2 представлены в таблице 2 и на рис. 9.
Рис. 9. Гармонические искажения + собственный шум усилителя ICEmatch 80AM2 на частотах 100 Гц (синий), 1 кГц (зеленый) и 6,67 кГц (красный), нагрузка 8 Ом
Выходная мощность (гармонические искажения + + шум 0,1%, 20 Гц – 20 кГц), Вт | 2×80 (4 Ом) 1×160 (8 Ом) |
Выходная мощность | 2×100 (4 Ом) 1×200 (8 Ом) |
Минимальное сопротивление нагрузки, Ом | 3 |
КПД усилителя (max), % | 94 |
Выходной ток (пик.), А | 20 |
Полоса пропускания | 120 |
Динамический диапазон, дБА | 110 |
Гармонические искажения + шум | 0,002 |
Выходной шум (взвешенный), мкВ | 45 |
Габаритные размеры, мм | 140×30×33 |
ICEtheater7 — оптимальное решение для домашнего кинотеатра
ICEpower ICEtheater7 (рис. 10) — один из новых представителей высококачественной аудиотехники Hi-Fi класса для профессиональных и домашних аудиосистем, выпускаемых компанией ICEpower. Новый семиканальный усилитель ICEtheater7, выполненный на базе третьего поколения микросхем ICEpower, имеет ряд уникальных технических характеристик для усилителей класса D, например полосу пропускания 120 кГц, включая 20 кГц на полной выходной мощности, в сочетании с чрезвычайно низкими искажениями и шумами.
Рис. 10. 7‐канальный усилитель ICEtheater7
Новаторские технологии обеспечивают исключительную реалистичность воспроизведения звука. Встроенный сетевой источник питания гарантирует выходную мощность до 120 Вт на канал (все каналы включены). Усилитель имеет балансные входы с дополнительной защитой от электростатики. Характеристики ICEtheater7 представлены в таблице 3 и на рис. 11, 12.
Выходная мощность (гармонические искажения + шум 0,05%, 20 Гц – 20 кГц, 8 Ом), Вт Один канал, спецификация FTC | 150 |
Выходная мощность (гармонические искажения + шум 0,1%, 20 Гц – 20 кГц, 8 Ом), Вт Два канала, спецификация FTC | 150 |
Выходная мощность (гармонические искажения + шум 0,1%, 1 кГц, 8 Ом), Вт Семь каналов | 123 |
Выходная мощность (гармонические искажения + шум 0,1%, 20 Гц – 20 кГц, 8 Ом), ВтСемь каналов, спецификация FTC | 63 |
Полоса пропускания (–3 дБ, 8 Ом), кГц | 120 |
Динамический диапазон, дБА | 115 |
Гармонические искажения + шум (5 Вт, 1 кГц, 8 Ом), % | 0,003 |
Коэффициент усиления по напряжению (1 кГц), дБ | 29,7 |
Неравномерность частотной характеристики в полосе 7 Гц – 20 кГц (нагрузка 4–16 Ом), дБ | ±0,8 |
Коэффициент демпфирования (8 Ом, f < 8 кГц) | > 400 |
Габаритные размеры, мм | 295×171×45 |
Рис. 11. Гармонические искажения + собственный шум усилителя ICEpower 150ASH7 на частотах 100 Гц (красный), 1 кГц (зеленый) и 6,67 кГц (синий), нагрузка 8 Ом
Компактный низкопрофильный дизайн усилителя ICEpower 150ASH7 открывает новые возможности в области разработки малогабаритных домашних кинотеатров и многоканальных автомобильных аудиосистем класса Hi-Fi.
Рис. 12. БПФ, частота сигнала f = 5 кГц, выходная мощность — 100 мВт (нагрузка 8 Ом). 0 дБ соответствует 150 Вт
Общий КПД встроенного источника питания и канальных усилителей превышает 80%, таким образом, снимаются традиционные проблемы с утилизацией избыточного тепла при разработке мощных высококачественных многоканальных аудиосистем.
Заключение
На этом мы завершаем знакомство читателей с продукцией ICEpower. В будущем надеемся и далее сообщать о новых продуктах и технологиях компании. Дополнительную информацию об усилителях ICEpower, включая документацию, руководство пользователя, а также новости компании, можно найти на сайтах [2, 3].
Литература- Казакевич А. Усилители мощности компании ICEpower: качество класса AB и экономичность класса D. Часть 1 // Компоненты и технологии. 2013. № 8.
- www.sound-power.ru
- www.icepower.dk
Реально достижимая номинальная (максимальная) выходная мощность головного аппарата при напряжении питания 14.4 В | |||
---|---|---|---|
выходная мощность | обычная схема | мостовая схема | |
на нагрузке 4 Ом | 4.5 (8) Вт | 15 (24) Вт | |
на нагрузке 2 Ом | 8 (15) Вт | 25 (45) Вт* | |
* в головных аппаратах используется редко | |||
Помните, что использование акустики с импедансом меньше рекомендованного может вывести усилитель из строя, с большим — не принесет вреда, но выходная мощность пропорционально снизится. |
класс усилителя | A | B | AB |
---|---|---|---|
КПД | max.50% | max.78% | max.60-75% |
Искажения | малые | высокие | средние |
потребляемая мощность | постоянная | зависит от выходной | зависит от выходной |
термостабильность | низкая | высокая | средняя |
- В режиме A рабочая точка находится на середине линейного участка вольт-амперной характеристики транзисторов, поэтому нелинейные искажения сигнала минимальны. В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает значительный ток покоя, транзисторы в течение рабочего периода никогда не закрываются, т.е. каждый транзистор участвует в усилении обеих полуволн сигнала — и положительной, и отрицательной. Потребляемая мощность постоянна, а мощность рассеяния максимальна при малых сигналах. Термостабильность в этом режиме наихудшая.
- В режиме B рабочая точка выходного каскада смещена до критического значения коллекторного тока и каждую половину периода происходит переключение транзисторов — каждый из них усиливает свою "половинку" сигнала. В отсутствие сигнала транзисторы закрыты, ток покоя не протекает. Потребляемая мощность пропорциональна выходной, а мощность рассеяния приблизительно постоянна (максимально 22% от выходной). Термостабильность исключительно высокая. Самый главный недостаток, перечеркивающий все достоинства — при возбуждающих сигналах, близких к отсечке коллекторного тока транзисторов, возникают значительные переключательные искажения, с которыми не справляется никакая отрицательная обратная связь.
- Режим AB — попытка примирить волков и овец. Рабочая точка выбрана в начале линейного участка вольт-амперной характеристики транзисторов, поэтому при малых сигналах каскад работает фактически работает в режиме A, а в режим B переходит при достаточно сильном возбуждении. В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает некоторый ток покоя, иногда весьма значительный. КПД при этом снижается и появляется проблема стабилизации тока покоя. Термостабильность — удовлетворительная.
Характер искажений сильно зависит от режима работы выходного каскада, особенно при малых уровнях сигнала. Искажения при среднем уровне сигнала примерно одинаковы для всех усилителей. При больших уровнях сигнала начинается ограничение (клиппирование) сигнала в выходном каскаде и искажения возрастают во много раз. Вот почему помимо коэффициента нелинейных искажений важно знать, при какой мощности он измерялся. Искажения малого сигнала максимальны у каскадов в режиме B. Подробно об этом далее.
Другие классы усилителей
(A+, SuperA, G, DLD, H)
За все надо платить. Плата за малые искажения "чистого" класса A непомерна. В среднем три четверти потребляемой мощности превращается в тепло и рассеивается внушительными радиаторами. Стереоусилитель мощностью 100 Вт на канал превращается в скромный электрокамин мощностью 400 Вт, который чем тише звучит, тем больше греется. В квартире камин не помеха, но в машине нужен только зимой. А экономичные усилители класса B явно проигрывают по качеству звучания и не устроят придирчивого меломана. Компромиссные усилители в режиме AB мечутся в поисках "золотой середины" между экономичностью и качеством звучания. Замкнутый круг.
Выход был найден достаточно неожиданный — совместить два усилителя в одном так, чтобы и волки были сыты, и овцы целы. Так в начале 80-х появились усилители класса A+. По качеству звучания они приближаются к усилителям класса A, а по экономичности — к AB. Цена такого достижения немалая — усилитель стал практически вдвое сложнее (и существенно дороже).
Принцип работы усилителей класса A+ заключается в использовании управляемого источника питания. Выходной каскад класса A работает от "плавающего" (не связанного с "землей") источника низкого напряжения (обычно ±5 вольт), поэтому тепловые потери в этом каскаде невелики. Средняя точка "плавающего" источника питания управляется отдельным мощным усилителем класса B, питающемся от "нормального" источника достаточно высокого напряжения (несколько десятков вольт). За счет совместного использования двух усилителей достигается и качество, и экономичность. Коэффициент гармоник не превышает обычно 0,003%.
Поскольку основные искажения в усилителях классов AB и B возникают в моменты запирания-отпирания транзисторов (коммутационные искажения), существует и более простое решение — нужно запретить транзисторам запираться. Этим занимается специальная схема. Так появились усилители класса SuperA или non-switching. Качество звучания и экономичность практически такие же, как и у A+, но конструкция существенно проще, поэтому старый вариант быстро сошел со сцены.
Не думайте, что разнообразие классов усилителей на этом закончилось. Битва за КПД привела к рождению монстров с коммутируемым выходным каскадом и управляемым источником питания. Самый простой вариант — усилитель класса G. В нем используется сдвоенный выходной каскад в режиме AB или B и два источника питания разного напряжения. При малой мощности (до 25-30% максимальной) работает только малосигнальная половина выходного каскада с низким напряжением питания, на пиках сигнала она передает свои функции оставшейся половине с повышенным напряжением питания. Экономичность каскада выше, чем в режиме В, искажения несколько меньше.
Дальнейшим развитием этой схемы стал каскад с динамическим линейным возбуждением (DLD, Dynamic Linear Drive). Принцип его работы практически такой же, но для снижения переходных искажений мощный высоковольтный каскад вступает в работу до того, как исчерпает свои возможности маломощный. Для реализации этого режима используется специальная схема управления. Применялись также усилители с управляемым источником питания, напряжение которого зависело от уровня сигнала.
Сущность режима G в том, что два каскада работают при разных напряжениях питания. Пока амплитуда входного сигнала не превышает напряжение питания малосигнального каскада T1T1′, в работе участвует только он. Диоды D1D1′ защищают от пробоя обратным напряжением переход база-эмиттер транзисторов T2T2′. При дальнейшем росте входного напряжения они отпираются. При этом диоды D3D3′ защищают источник низковольтного питания от броска тока. Диоды D2D2′ запрещают транзисторам T1T1′ перейти в состояние насыщения раньше, чем откроются транзисторы T2T2′, что снижает возникающие при этом процессе переходные искажения. В этой схеме они возникают на фоне достаточно больших полезных сигналов, что позволяет эффективно бороться с ними при помощи отрицательной обратной связи.
Как уже стало понятно, все эти ухищрения достаточно сложны конструктивно и поэтому даже в пору расцвета встречались в домашних аудиосистемах редко. В автомобильных усилителях эти решения как-то не прижились — тогда было еще рано, а теперь уже поздно. Теперь особые надежды возлагаются на импульсные ("цифровые") усилители, о которых пойдет речь далее.
Но есть один класс усилителей, рожденный специально для автомобилей. Это класс H. Толчком для разработки этих усилителей послужило то, что реальный звуковой сигнал имеет импульсный характер и средняя мощность намного ниже пиковой. В основе схемы лежит обычный усилитель класса AB, включенный по мостовой схеме. Изюминка — применение специальной схемы удвоения напряжения питания. Основной элемент схемы удвоения — накопительный конденсатор большой емкости, который постоянно подзаряжается от основного источника питания. На пиках мощности этот конденсатор подключается схемой управления последовательно с основным источником питания. Напряжение питания выходного каскада усилителя на доли секунды удваивается, позволяя ему справиться с передачей пиков сигнала.
К сожалению, радоваться рано. Производители аппаратуры сообщают только эти цифры, умалчивая о главном. Максимальная мощность усилителей класса H зависит от емкости накопительных конденсаторов и частоты сигнала. Чем меньше емкость конденсаторов, тем меньше запас мощности на низких частотах, то есть как раз там, где она особенно нужна. Совершенно очевидно, что упрятать батарею конденсаторов внушительной емкости внутрь стандартного корпуса DIN практически невозможно, поэтому заявленная производителями мощность обеспечивается лишь на средних и высших частотах.
В качестве итога — сравнительные характеристики усилителей различных типов:
Цифровые усилители.
Строго говоря, правильно было бы называть их импульсными усилителями, но параллели "аналоговый-цифровой" уже сработали, и термин принят de facto, хотя и не признан официально.
В конце концов под натиском цифровой техники стали отступать даже усилители, традиционно работавшие только с аналоговыми сигналами. Идея, положенная в основу усилителей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) — иначе говоря, усилителей класса D, известна еще с конца 50-х годов. Однако создание действительно пригодных для высококачественного звуковоспроизведения конструкций стало возможным лишь в середине 80-х после появления соответствующей элементной базы.
В усилителях класса D возможен режим непосредственного усиления цифровых сигналов без их преобразования в аналоговую форму. Когда аудиосигнал уже представлен в цифровом виде, информацию о величине сигнала и необходимом для его усиления напряжении питания можно получить заранее. Это используется в некоторых конструкциях, так что идея управления напряжением питания получила вторую жизнь.
Принцип работы усилителей этого класса состоит в том, что выходной каскад возбуждается импульсами прямоугольной формы. Затем последовательность прямоугольных импульсов поступает на усилитель мощности, работающий в ключевом режиме. Фильтр НЧ на выходе выделяет полезный сигнал, подавляя при этом несущую частоту, ее гармоники и боковые полосы спектра модуляции. КПД этих усилителей доходит до фантастической цифры 92-95%. Это преимущество особенно проявляется при усилении сигналов малого уровня. Однако искажения сигналов малого уровня больше, чем среднего. Коэффициент нелинейных искажений обычно лежит в пределах от 0,01 до 0,1%.
Усилители класса D, подобно их аналоговым собратьям, тоже разделяются на классы. Основное разделение идет по количеству уровней выходных импульсов:
- два уровня (+U и — U) — режим AD
- три уровня (+U, 0 и -U) — режим BD
Усилители в режиме AD подобны аналоговым усилителям класса A — потребляют значительный ток покоя. В режиме BD ток покоя отсутствует. Что же касается искажений, то они при прочих равных условиях зависят от способа модуляции и вида модулирующего сигнала.
- односторонняя модуляция: смещается во времени только один фронт импульсов (передний или задний)
- двухсторонняя модуляция: смещаются во времени оба фронта импульсов симметрично относительно момента тактирования
Модулирующие сигналы могут быть двух видов:
- непосредственно аналоговый сигнал (случайная дискретизация). Дополнительные искажения не возникают.
- сигнал после схемы выборки-хранения (фиксированная дискретизация). Изменения формы импульсов приводят к дополнительным нелинейным искажениям сигнала.
В случае цифровых входных сигналов (от CD-проигрывателей, MD-магнитофонов, систем цифрового вещания, которых у нас пока нет) в работу вступает цифро-цифровой преобразователь "код — длительность". Такое преобразование выполняется путем многократной передискретизации и перехода от 16 разрядов к одному (BitStream). Полученный на его выходе сигнал подается на вход усилителя мощности, и далее — на фильтр НЧ. Возможно применение цифровой обратной связи.
В случае аналоговых входных сигналов преобразование амплитуды сигнала в длительность импульса происходит в широтно-импульсном модуляторе (ШИМ). Скважность (отношение длительности импульсов к периоду следования) пропорциональна амплитуде полезных сигналов. Входной сигнал сравнивается компаратором с опорным сигналом пилообразной (при односторонней модуляции) или треугольной формы (при двусторонней модуляции). Кроме того, двухсторонняя ШИМ может быть реализована при симметричном смещении фронтов относительно одного периода дискретизации (один отсчет) или по двум периодам (два отсчета), что позволяет вдвое снизить эффективную тактовую частоту. Частота опорного сигнала (частота дискретизации) должна, согласно теории, превышать максимальную частоту сигнала не менее, чем в 2 раза. Практически для облегчения фильтрации и снижения искажений частота дискретизации выбирается не ниже 500 килогерц, а в последних моделях измеряется уже многими мегагерцами. Сигнал на выходе компаратора имеет форму прямоугольных импульсов с частотой дискретизации, ширина которых пропорциональна мгновенным значениям входного сигнала. Для снижения искажений в усилителях с аналоговым входом обычно применяется отрицательная обратная связь по звуковому сигналу.
В целом выводы таковы:
- В режиме AD искажения меньше, чем в режиме BD.
- В режиме AD КПД хуже, чем в BD.
- Двухсторонняя модуляция лучше односторонней, поскольку при этом отсутствуют четные гармоники.
- Повышение частоты дискретизации уменьшает нелинейные искажения.
Помимо усилителей класса D к группе цифровых относится и новая разработка фирмы Tripath Technology — усилители класса T. Алгоритм их работы аналогичен, но частота дискретизации не постоянна, а зависит от частоты и уровня входных сигналов. Поскольку изменяется как частота, так и период следования выходных импульсов, можно предположить, что используется одна из разновидностей дельта-модуляции.
Можно сказать: Да здг’авствуют цифг’овые усилители — за ними будущее !!!.
Автор: А.И.Шихатов 2002, Источник: «Мастер 12вольт» №39 (февраль-март 2002)
PA-6336 усилитель мощности — Усилители мощности
Трансляционный усилитель мощности, 360 Вт
Назначение: усилитель мощности предназначен для работы в системах оповещения и трансляции. Устройство усиливает сигнал линейного уровня до напряжения 70 или 100В. Предусмотрена возможность подключения к усилителю низкоомной нагрузки.
Основные особенности PA-6336:
- Выходной каскад усилителя мощности работает в классе AB. Это обеспечивает высокую номинальную мощность при низком коэффициенте нелинейных искажений, что является для аналоговых усилителей хорошим показателем коэффициента полезного действия.
- Трансляционный усилитель имеет развитую и эффективную защиту от перегрузки по входу и по выходу, от короткого замыкания на линии, от превышения допустимой температуры.
- Блок рассчитан на круглосуточную работу и обладает высокой надежностью.
- В устройстве предусмотрены симметричный линейный вход для подключения источников аудио сигнала и симметричный линейный выход для возможности каскадного включения нескольких усилителей. С помощью регулятора на задней панели устанавливается необходимый уровень входного сигнала. Это позволяет избежать искажений, связанных с ограничением сигнала. За счет того, что вход является балансным с разъемом типа XLR, обеспечивается подавление помех, которые наводятся на соединительном кабеле.
- Питание блока осуществляется от сети 220 В 50 Гц. Дополнительно предусмотрены клеммы для подключения внешних аккумуляторных батарей резервного питания. При пропадании напряжения в сети, усилители автоматически переключается на резервное питание.
Основные функции:
- Усилители обеспечивают 120, 240, 360 Вт номинальной выходной мощности, соответственно, при коэффициенте нелинейных искажений менее 1%. Усилитель PA-6348 обеспечивает 480 Вт номинальной выходной мощности при коэффициенте нелинейных искажений менее 5%.
- В устройстве предусмотрена возможность подключения аккумуляторных батарей напряжением 24 В для резервирования питания. В случае пропадания напряжения в сети 220 В 50 Гц, усилитель автоматически переключится на резервное питание.
- В усилителях предусмотрены симметричные балансные вход и выход с разъемом типа XLR, что позволяет обеспечить эффективное подавление электромагнитных помех, наводимых на соединительных кордах.
- С помощью регулятора на задней панели устройства возможно управление уровнем входного сигнала, позволяющее избежать искажений, вызванных перегрузкой по входу и появления искажений, связанных с ограничением входного сигнала.
- Отключаемый фильтр высоких частот обеспечивает эффективное подавление сетевых частот. Частота среза составляет 400 Гц.
- В зависимости от температуры внутри усилителя, ступенчато изменяется скорость вращения вентилятора системы охлаждения.
- Усилитель имеет развитую систему защиты от превышения температуры и от перегрузки по входу и выходу.
Технические характеристики:
Резервное питание от АКБ |
есть |
Назначение |
усилитель мощности |
Тип усилителя |
аналоговый (класс AB) |
Количество установочных мест |
3 U |
Количество каналов |
1 |
Диапазон частот |
70 — 18000 Гц (-3 дБ) |
Коэффициент нелинейных искажений |
менее 1% |
Отношение сигнал/шум |
более 95 дБ дБ |
Частота и крутизна среза фильтра высоких частот |
400 Гц, 18 дБ/октава |
Потребляемая мощность в дежурном режиме (24 В) |
8,2 Вт |
Максимальная потребляемая мощность (24 В) |
757,4 Вт |
Потребляемая мощность (при 1/8 от номинальной выходной мощности) |
238,2 Вт |
Габаритные размеры упаковки (Ш×В×Г) |
570×230×460 мм |
Масса оборудования с упаковкой |
18.28 кг |
Уровень входного сигнала / входное сопротивление |
0 дБ / 10 кОм |
Вес (нетто) |
16,78 кг |
Максимальная выходная мощность |
360 Вт |
Габаритные размеры (Ш×В×Г) |
482×132×330 мм |
Параметры выхода усилителя |
100 В / 70 В / 4 Ом |
Напряжение питания |
220 В 50 Гц или 24 В пост. тока |
Потребляемая мощность в дежурном режиме (230 В) |
28,6 Вт |
Максимальная потребляемая мощность (230 В) |
1143 Вт |
Характеристики PA-6336:
- Тип усилителя: Усилитель
- Номинальная мощность на канал (Вт): 360
- Производитель: Inter-M
- Кол-во каналов оповещения: 1
- Полоса частот (Гц) >: 70
- Полоса частот (Гц) 18000
- Класс усилителя мощности: Аналоговый (класс AB)
- Радиотюнер: Нет
- Стандарт линии оповещения: 100 В, 70 В, 4 Ом
- Формат аудио: Нет
- Формат звуковых носителей: Нет
Задайте вопрос специалисту о PA-6336 усилитель мощности
Самовывоз из офиса: Пункт выдачи:* Доставка курьером:* Транспортные компании: Почта России:** Срок доставки указан для товара в наличии на складе в Москве
Отзывы о PA-6336: Оставить отзывВаш отзыв может быть первым!
Путаница между усилителями класса B и класса AB
Класс A = оба транзистора включены.
Класс AB = оба транзистора включены на холостом ходу, затем до определенного выходного тока. Когда выходной ток выше определенного предела, один из транзисторов отключается.
Класс B = один транзистор или другой включен, но не оба. Включенный транзистор определяется полярностью выходного тока.
Класс C = либо один транзистор включен, либо другой включен, либо оба выключены. то есть, во время части цикла они оба выключены и выходной ток не протекает. Это можно использовать, если нагрузка представляет собой настроенную цепь (которая возбуждается основной и отклоняет гармоники) или двигатель, соленоид и т. Д. Использование этого режима преднамеренно, целью является высокая эффективность. Термин «класс C» также применяется к усилителю мощности с одним транзистором, если транзистор проводит менее половины (180 °) цикла.
Обратите внимание, что класс B на самом деле не существует. Поскольку пороговые напряжения транзисторов меняются в зависимости от процесса и температуры, на практике вы никогда не сможете достаточно точно отрегулировать напряжения смещения, чтобы получить класс B. Вы также получите класс AB, если смещение затвора немного велико, и произойдет некоторое перекрытие проводимости. или, если смещение затвора немного низкое, вы получите класс C, когда оба транзистора отключены во время части цикла.
Класс C значительно увеличивает искажения кроссовера, поэтому не рекомендуется, если вы заботитесь об искажении. Однако у него есть преимущество: ток не теряется, и оба транзистора не работают. Так что, если приложение не заботится о перекрёстном искажении, это хороший выбор.
Кроме того, когда один считает транзистор быть «выключен» немного спорно, он выключен, когда ток 1мА? или 1 мкА? или ток утечки? Или незначительный ток относительно выходного тока? …
Так или иначе. Последняя схема (без источников напряжения для смещения ворот) зависит от порогового напряжения вашего FET.
Например, это может быть класс AB, если вы используете JFET, которые включены, когда Vgs = 0V.
Если вы используете МОП-транзисторы, для которых требуется включение Vgs нескольких вольт (Vgsth), чтобы начать включение, то на холостом ходу оба полевых транзистора выключены, и вам нужно переместить входное напряжение как минимум на один Vgsth вверх или вниз, чтобы включить один полевой транзистор. Так что это класс C.
Добавление источников напряжения смещения затвора (как в первой схеме) сделало бы его классом AB, если смещение достаточно велико, чтобы включить оба транзистора на холостом ходу (нулевой выходной ток).
Усилителькласса AB и смещение класса AB
Назначение любого усилителя — создать выходной сигнал, соответствующий характеристикам входного сигнала, но достаточно большой, чтобы удовлетворить потребности подключенной к нему нагрузки.
Мы видели, что выходная мощность усилителя является произведением напряжения и тока (P = V * I), приложенного к нагрузке, в то время как потребляемая мощность — это произведение напряжения постоянного тока и тока, взятого из источника питания. .
Хотя усиление усилителя класса A (где выходной транзистор проводит 100% времени) может быть высоким, эффективность преобразования из источника питания постоянного тока в выходную мощность переменного тока обычно низка и составляет менее 50%.
Однако, если мы модифицируем схему усилителя класса A для работы в режиме класса B (где каждый транзистор проводит только 50% времени), ток коллектора течет в каждом транзисторе только в течение 180 — цикла. Преимущество здесь состоит в том, что эффективность преобразования постоянного тока в переменный намного выше и составляет около 75%, но эта конфигурация класса B приводит к перекрестным искажениям выходного сигнала, которые могут быть неприемлемыми.
Одним из способов создания усилителя с высокоэффективным выходом конфигурации класса B и низким уровнем искажений конфигурации класса A является создание схемы усилителя, которая представляет собой комбинацию двух предыдущих классов, что приводит к новому типу схемы усилителя. называется Class AB Amplifier .
Тогда выходной каскад усилителя класса AB сочетает в себе преимущества усилителя класса A и усилителя класса B, сводя к минимуму проблемы низкого КПД и связанных с ними искажений.
Как мы уже говорили выше, усилитель класса AB представляет собой комбинацию классов A и B в том смысле, что для выходов малой мощности усилитель работает как усилитель класса A, но заменяется усилителем класса B для выходов большего тока. Это достигается предварительным смещением двух транзисторов в выходном каскаде усилителя.
Таким образом, каждый транзистор будет проводить от 180 до до 360 до времени в зависимости от величины выходного тока и предварительного смещения. Таким образом, выходной каскад усилителя работает как усилитель класса AB.
Сначала давайте посмотрим на сравнение выходных сигналов для разных классов работы усилителя.
Сравнение различных классов усилителей
Тогда классы усилителя всегда определяются следующим образом:
- Класс A: — Один выходной транзистор усилителя проводит все 360 — цикла входной формы волны.
- Класс B: — Усилители с двумя выходными транзисторами проводят только половину, то есть 180 o входного сигнала.
- Class AB: — Усилители с двумя выходными транзисторами проводят где-то между 180 o и 360 o входного сигнала.
Работа усилителя класса A
Для работы усилителя класса A точка Q переключающего транзистора расположена рядом с центром выходной характеристической линии нагрузки транзистора и в пределах линейной области.Это позволяет транзистору проводить полные 360 o , поэтому выходной сигнал изменяется в течение полного цикла входного сигнала.
Основным преимуществом класса A является то, что выходной сигнал всегда будет точным воспроизведением входного сигнала, уменьшая искажения. Однако он страдает низким КПД, потому что для смещения транзистора в центре линии нагрузки всегда должен протекать подходящий постоянный ток покоя, протекающий через переключающий транзистор, даже если нет входного сигнала для усиления.
Работа усилителя класса B
Для работы усилителя класса B используются два дополнительных переключающих транзистора с точкой Q (то есть точкой смещения) каждого транзистора, расположенной в его точке отсечки.
Это позволяет одному транзистору усиливать сигнал на одной половине входной формы волны, в то время как другой транзистор усиливает другую половину. Эти две усиленные половины затем объединяются вместе в нагрузке для создания одного полного цикла формы волны. Эта дополнительная пара NPN-PNP также известна как двухтактная конфигурация.
Из-за смещения отсечки ток покоя равен нулю при отсутствии входного сигнала, поэтому мощность не рассеивается или не расходуется, когда транзисторы находятся в состоянии покоя, что увеличивает общую эффективность усилителя класса B по сравнению с классом. А.
Однако, поскольку усилитель класса B смещен так, что выходной ток течет через каждый транзистор только в течение половины входного цикла, форма выходного сигнала, следовательно, не является точной копией формы входного сигнала, поскольку выходной сигнал искажен.Это искажение происходит при каждом переходе через нуль входного сигнала, вызывая то, что обычно называется переходным искажением, когда два транзистора переключаются между собой.
Эту проблему искажения можно легко преодолеть, расположив точку смещения транзистора немного выше точки отсечки. Смещая транзистор немного выше его точки отсечки, но намного ниже центральной точки Q усилителя класса A, мы можем создать схему усилителя класса AB. Основная цель усилителя класса AB — сохранить базовую конфигурацию класса B и в то же время улучшить его линейность путем смещения каждого переключающего транзистора немного выше порогового значения.
Усилитель класса AB с смещением A
Итак, как нам это сделать. Усилитель класса AB может быть изготовлен из стандартного двухтактного каскада класса B путем смещения обоих переключающих транзисторов до слабой проводимости, даже если входной сигнал отсутствует. Такое небольшое смещение гарантирует, что оба транзистора проводят одновременно в течение очень небольшой части входного сигнала, более чем на 50 процентов входного цикла, но менее чем на 100 процентов.
Мертвая зона от 0,6 до 0,7 В (одно прямое падение напряжения на диоде), которая вызывает эффект кроссоверного искажения в усилителях класса B, значительно уменьшается за счет использования подходящего смещения.Предварительное смещение транзисторных устройств может быть достигнуто несколькими различными способами, используя либо заранее установленное смещение напряжения, либо схему делителя напряжения, либо используя последовательно соединенные диоды.
Смещение напряжения усилителя класса AB
Здесь смещение транзисторов достигается за счет использования подходящего фиксированного напряжения смещения, приложенного к базам TR1 и TR2. Затем есть область, где оба транзистора являются проводящими, и небольшой ток покоя коллектора, протекающий через TR1, сочетается с небольшим током покоя коллектора, протекающим через TR2 в нагрузку.
Когда входной сигнал становится положительным, напряжение на базе TR1 увеличивается, создавая положительный выходной сигнал аналогичной величины, что увеличивает ток коллектора, протекающий через TR1, подающий ток к нагрузке, R L . Однако, поскольку напряжение между двумя основаниями является фиксированным и постоянным, любое увеличение проводимости TR1 вызовет равное и противоположное уменьшение проводимости TR2 в течение положительного полупериода.
В результате транзистор TR2 в конечном итоге выключается, оставляя транзистор TR1 с прямым смещением для передачи всего усиления по току на нагрузку.Точно так же для отрицательной половины входного напряжения происходит обратное. То есть TR2 проводит сток тока нагрузки, в то время как TR1 отключается, когда входной сигнал становится более отрицательным.
Затем мы можем видеть, что когда входное напряжение V IN равно нулю, оба транзистора имеют слабую проводимость из-за их смещения напряжения, но когда входное напряжение становится более положительным или отрицательным, один из двух транзисторов проводит больше либо понижение источник тока нагрузки.
Поскольку переключение между двумя транзисторами происходит почти мгновенно и происходит плавно, перекрестные искажения, влияющие на конфигурацию класса B, значительно уменьшаются.Однако неправильное смещение может вызвать резкие скачки искажения кроссовера при переключении двух транзисторов.
Использование фиксированного напряжения смещения позволяет каждому транзистору проводить более половины входного цикла (работа класса AB). Однако иметь дополнительные батареи в конструкции выходного каскада усилителя не очень практично. Один очень простой и легкий способ получения двух фиксированных напряжений смещения для установки стабильной точки Q рядом с точкой отсечки транзистора — это использование цепи резистивного делителя напряжения.
Смещение резистора усилителя класса AB
Когда через резистор проходит ток, на резисторе возникает падение напряжения в соответствии с законом Ома. Таким образом, поместив два или более резистора последовательно через напряжение питания, мы можем создать сеть делителей напряжения, которая выдает набор фиксированных напряжений с выбранными нами значениями.
Базовая схема аналогична указанной выше схеме смещения напряжения в том, что транзисторы TR1 и TR2 проводят ток в течение противоположных полупериодов входного сигнала.То есть, когда V IN in положительный, TR1 проводит, а когда V IN отрицательный, TR2 проводит.
Четыре сопротивления с R1 по R4 подключены к источнику питания Vcc, чтобы обеспечить необходимое резистивное смещение. Два резистора, R1 и R4, выбраны для установки точки Q немного выше точки отсечки с правильным значением V BE , установленным примерно на 0,6 В, так что падение напряжения в резистивной сети приводит к тому, что база TR1 достигает значения. около 0,6 В, а TR2 — примерно до –0.6В.
Тогда полное падение напряжения на резисторах смещения R2 и R3 составляет примерно 1,2 В, что чуть ниже значения, необходимого для полного включения каждого транзистора. При смещении транзисторов чуть выше точки отсечки значение тока покоя коллектора I CQ должно быть равно нулю. Кроме того, поскольку оба переключающих транзистора эффективно соединены последовательно через источник питания, падение напряжения V CEQ на каждом транзисторе будет примерно вдвое меньше Vcc.
В то время как резистивное смещение усилителя класса AB работает теоретически, ток коллектора транзисторов очень чувствителен к изменениям его базового напряжения смещения, V BE .Кроме того, точка отсечки двух комплементарных транзисторов может не совпадать, поэтому поиск правильной комбинации резисторов в сети делителя напряжения может быть проблематичным. Один из способов преодолеть это — использовать регулируемый резистор для установки правильной точки Q, как показано.
Регулируемое смещение усилителя
Регулируемый резистор или потенциометр можно использовать для смещения обоих транзисторов на границу проводимости. Затем транзисторы TR1 и TR2 смещаются через R B1 -VR1-R B2 , так что их выходы сбалансированы, и нулевой ток покоя течет в нагрузку.
Входной сигнал, который подается через конденсаторы C1 и C2, накладывается на напряжения смещения и подается на базы обоих транзисторов. Обратите внимание, что оба сигнала, подаваемые на каждую базу, имеют ту же частоту и амплитуду, что и исходящие от V IN .
Преимущество этого регулируемого устройства смещения состоит в том, что для базовой схемы усилителя не требуется использование дополнительных транзисторов с точно подобранными электрическими характеристиками или точным соотношением резисторов в сети делителя напряжения, поскольку потенциометр можно регулировать для компенсации.
Поскольку резисторы являются пассивными устройствами, которые преобразуют электрическую энергию в тепло из-за своей номинальной мощности, резистивное смещение усилителя класса AB, фиксированное или регулируемое, может быть очень чувствительным к изменениям температуры. Любые небольшие изменения рабочей температуры резисторов смещения (или транзисторов) могут повлиять на их значение, вызывая нежелательные изменения в токе покоя коллектора каждого транзистора. Одним из способов решения этой проблемы, связанной с температурой, является замена резисторов диодами для использования диодного смещения.
Смещение диода усилителя класса AB
Хотя использование смещающих резисторов может не решить температурную проблему, один из способов компенсации любых связанных с температурой колебаний напряжения база-эмиттер (V BE ) состоит в использовании пары нормальных смещенных в прямом направлении диодов внутри усилителей, смещающих расположение, как показано.
Небольшой постоянный ток течет через последовательную цепь R1-D1-D2-R2, создавая падения напряжения, симметричные по обе стороны от входа.При отсутствии напряжения входного сигнала точка между двумя диодами равна нулю вольт. По мере протекания тока по цепи на диодах возникает падение напряжения прямого смещения примерно 0,7 В, которое прикладывается к переходам база-эмиттер переключающих транзисторов.
Следовательно, падение напряжения на диодах смещает базу транзистора TR1 примерно до 0,7 В, а базу транзистора TR2 примерно до –0,7 В. Таким образом, два кремниевых диода обеспечивают постоянное падение напряжения примерно на 1 Ом.4 вольта между двумя базами, смещая их выше точки отсечки.
С повышением температуры схемы повышается и температура диодов, поскольку они расположены рядом с транзисторами. Таким образом, напряжение на PN-переходе диода уменьшает отклонение некоторого тока базы транзистора, стабилизируя ток коллектора транзистора.
Если электрические характеристики диодов близко совпадают с характеристиками перехода база-эмиттер транзисторов, ток, протекающий в диодах, и ток в транзисторах будут одинаковыми, создавая то, что называется токовым зеркалом.Эффект этого токового зеркала компенсирует колебания температуры, обеспечивая требуемую работу класса AB, тем самым устраняя любые перекрестные искажения.
На практике диодное смещение легко выполняется в современных усилителях на интегральных схемах, поскольку и диод, и переключающий транзистор изготавливаются на одной микросхеме, например, в популярной микросхеме усилителя мощности LM386. Это означает, что они оба имеют одинаковые кривые характеристик при широком изменении температуры, обеспечивая термостабилизацию тока покоя.
Смещение выходного каскада усилителя класса AB обычно регулируется в соответствии с конкретным применением усилителя. Ток покоя усилителей устанавливается на ноль для минимизации энергопотребления, как в работе класса B, или регулируется для протекания очень небольшого тока покоя, который сводит к минимуму перекрестные искажения, обеспечивающие работу усилителя класса AB.
В приведенных выше примерах смещения класса AB входной сигнал подается непосредственно на базы переключающих транзисторов с помощью конденсаторов.Но мы можем немного улучшить выходной каскад усилителя класса AB, добавив простой каскад драйвера с общим эмиттером, как показано на рисунке.
Каскад усилителя усилителя класса AB
Транзистор TR3 действует как источник тока, который устанавливает требуемый постоянный ток смещения, протекающий через диоды. Это устанавливает выходное напряжение покоя как Vcc / 2. Поскольку входной сигнал управляет базой TR3, он действует как каскад усилителя, управляя базами TR1 и TR2 с положительной половиной цикла ввода, управляющей TR1, в то время как TR2 выключен, а отрицательная половина цикла ввода управляет TR2, в то время как TR1 выкл, как и раньше.
Как и в случае с большинством электронных схем, существует множество различных способов проектирования выходного каскада усилителя мощности, поскольку в базовую выходную схему усилителя можно внести множество вариаций и модификаций.
Задача усилителя мощности — подавать заметный уровень выходной мощности (как тока, так и напряжения) на подключенную нагрузку с разумной степенью эффективности. Это может быть достигнуто путем работы транзистора (ов) в одном из двух основных режимов работы: Класс A или Класс B.
Одним из способов работы усилителя с разумным уровнем эффективности является использование симметричного выходного каскада класса B на основе комплементарных транзисторов NPN и PNP. При подходящем уровне прямого смещения можно уменьшить любые перекрестные искажения в результате того, что оба транзистора отключены на короткий период каждого цикла, и, как мы видели выше, такая схема известна как класс AB. усилитель звука.
Затем, сложив все это вместе, мы можем разработать простую схему усилителя мощности класса AB, как показано на рисунке, производящую около одного ватта на нагрузке 16 Ом с частотной характеристикой от 20 Гц до 20 кГц.
Усилитель класса AB
Обзор усилителякласса AB
Мы видели здесь, что усилитель класса AB смещен так, что выходной ток протекает менее одного полного цикла формы входного сигнала, но более чем на половину цикла. Реализация усилителей класса AB очень похожа на стандартные конфигурации класса B в том, что в нем используются два переключающих транзистора как часть дополнительного выходного каскада, при этом каждый транзистор проводит на противоположных полупериодах входного сигнала перед объединением на нагрузке.
Таким образом, позволяя обоим переключающим транзисторам проводить ток одновременно в течение очень короткого периода, можно существенно сгладить форму выходного сигнала во время нулевого периода кроссовера, уменьшая перекрестные искажения, связанные с конструкцией усилителя класса B. Тогда угол проводимости больше 180 o , но намного меньше 360 o .
Мы также видели, что конфигурация усилителя класса AB более эффективна, чем усилитель класса A, но немного менее эффективна, чем усилитель класса B, из-за небольшого тока покоя, необходимого для смещения транзисторов чуть выше точки отсечки.Однако использование неправильного смещения может вызвать скачки кроссоверных искажений, ухудшающие состояние.
При этом усилители класса AB являются одной из наиболее предпочтительных конструкций усилителей мощности звука из-за их комбинации достаточно хорошей эффективности и высокого качества вывода, поскольку они имеют низкие кроссоверные искажения и высокую линейность, аналогичную конструкции усилителя класса A.
Усилители класса AB— Лаборатория электроники.com
Введение
Усилителикласса A обеспечивают очень хорошую линейность выходного сигнала, что означает, что сигнал воспроизводится точно, однако их эффективность очень низкая, в большинстве случаев около 20-30%. С другой стороны, усилители класса B имеют очень высокий КПД до 78,5% , но не могут точно воспроизводить выходной сигнал. Действительно, в двухтактной конфигурации появляется кроссоверное искажение, и для ограничения этого эффекта требуется использование отрицательной обратной связи.
Чтобы объединить превосходную линейность класса A и высокую эффективность класса B, был разработан class AB . В самом первом разделе мы представим общее функционирование и характеристики усилителей класса AB . После этого мы обсудим эффективность конфигураций класса AB. В следующем разделе будут представлены некоторые возможные методы смещения, и мы подчеркнем, что смещение диода является наиболее подходящим. Наконец, мы увидим, что даже метод диодного смещения должен быть улучшен, чтобы конфигурация класса AB правильно усиливала сигнал без перекрестных искажений.
Презентация усилителя класса AB
Как следует из названия, класс AB находится на полпути между усилителями класса A и класса B. Рисунок 1 ниже показывает рабочую зону усилителей класса AB на характеристическом графике (V из , I из ).
рис 1: Рабочая зона усилителей класса ABУсилители класса AB можно смещать, выбирая рабочую точку вдоль этой синей линии, исключая точки смещения класса A и класса B.Выбор его местоположения зависит от желаемого уровня эффективности и линейности. Если рабочая точка класса AB ближе к рабочей точке класса A (соответственно классу B), чем рабочая точка класса B (соответственно класс A), схема будет вести себя как усилитель класса A (соответственно класс B) за счет имеющий более высокую линейность, но меньшую эффективность (соответственно более высокую эффективность, но более низкую линейность).
Угол проводимости усилителей класса AB находится в диапазоне] 180 °, 360 ° [. Усилитель этого типа проводит сигнал более 50% времени, но менее 100%, как показано на Рисунок 2 ниже:
Рис. 2: Угол проводимости усилителя класса AB на основе NPN и PNPПредставлены режимы поведения NPN и на основе PNP класса AB, поскольку необходима двухтактная конфигурация, например, для усилителя класса B, для объединения положительных и отрицательные полуволны для воспроизведения полного сигнала.
Можно отметить, что небольшая часть сигнала проходит одновременно через NPN и PNP транзисторы. Это гарантирует отсутствие перекрестных искажений во время усиления, выполняемого усилителями класса AB .
Эффективность класса AB
Формула КПД (η) для усилителей класса AB аналогична конфигурации класса B и определяется следующим уравнением:
уравнение 1: Эффективность двухтактной конфигурации класса ABГде V AC представляет колебания переменного тока выходного сигнала.Максимальная эффективность здесь зависит не только от максимального значения V AC , , но и от положения рабочей точки вдоль рабочей зоны (см. Рисунок 1 ):
- Если усилитель класса AB смещен на пределе точки отсечки, V AC , макс. = V подает и, таким образом, η max = π / 4 = 78,5%.
- Если усилитель класса AB смещен на пределе рабочей точки класса A, V AC , макс. = V , питание /2 и, следовательно, η max = π / 8 = 39.3%.
- В остальных случаях максимальный КПД усилителя класса AB будет в ] 39,3%; 78,5% [диапазон .
Методы смещения
Есть много способов смещения усилителя класса AB , чтобы создать интервал напряжения, в котором дополнительные транзисторы проводят одновременно. В этом разделе мы кратко представим некоторые из возможных методов смещения, выделив их преимущества и недостатки.Методы будут отсортированы по степени их актуальности, мы действительно начнем с самых неподходящих, а закончим самыми распространенными, простыми в реализации и эффективными.
Смещение напряжения
Очень простой и интуитивно понятный метод — это прямое и независимое смещение оснований транзисторов NPN и PNP. Это питание может осуществляться от батарей или через генератор постоянного тока. Выходной каскад двухтактной конфигурации, которая включает этот метод смещения, показан на Рис. 3 ниже:
рис 3: Метод смещения напряженияЭтот метод заслуживает того, чтобы работать, но он совершенно не адаптирован для реальных схем.Действительно, из-за ограничений по упаковке и стоимости ни один производитель не внедряет это решение.
Делитель напряжения сетевой
Этот метод был представлен много раз во время обучающих программ по усилителю BJT и включает только пассивные компоненты. Рисунок 4 ниже представляет двухтактную конфигурацию, связанную с двумя цепями делителей напряжения для смещения базы обоих транзисторов.
рис. 4: Метод сети с делителем напряженияВ этой конфигурации падение напряжения на двух базах (на общем сопротивлении R 2 + R 3 ) составляет 1.От 2 до 1,4 В. Это значение соответствует 2 × V BE , где V BE представляет собой пороговое напряжение транзисторов. Это падение напряжения поднимет оба транзистора выше состояния отсечки, поэтому они оба будут проводить одновременно часть входного сигнала.
Основная причина, по которой эту конфигурацию нельзя использовать для усилителей класса AB, заключается в том, что набор значений резисторов будет работать только для конкретной двухтактной конфигурации .Более того, набор значений нужно выбирать очень тщательно, особенно если комплементарные транзисторы разные.
Потенциометр смещения
Этот метод очень похож на сетевой делитель напряжения. Единственное отличие состоит в том, что между двумя цепями находится регулируемое сопротивление (или потенциометр). Преимущество этого решения заключается в точном согласовании смещения двух дополнительных транзисторов с контролируемым сопротивлением, даже если транзисторы имеют разные электрические свойства.
Однако это решение, а также схема делителя напряжения включают резистор, который выделяет тепло за счет эффекта Джоуля. Поскольку усилители класса AB часто смещены немного выше точки отсечки, чтобы обеспечить максимальную эффективность, любое изменение температуры, вызванное этим явлением, может привести к неправильному поведению двухтактной конфигурации. Это причина, по которой смещение диода часто предпочитают, как мы увидим в следующем абзаце.
Смещение диода
При превышении определенного значения тока диоды имеют свойство генерировать постоянное падение напряжения ∼0.7 В. Именно эта функция используется для обеспечения постоянного потенциала 1,4 В между базами двух транзисторов, как показано на рисунке 5 ниже:
рис. 5: Метод смещения диодовЕще одно преимущество этой конфигурации состоит в том, что падение напряжения на диодах саморегулируется при любом изменении температуры. Повышение температуры действительно приведет к снижению порогового значения диодов, что уменьшит смещение транзисторов и, следовательно, ограничит возможное тепловое отклонение.
Диодная сеть и источник тока
Схема смещения диодов, как мы только что представили, наиболее адаптирована для смещения усилителей класса AB . Однако прямое смещение диодов с сопротивлениями, такими как показано в , рис. 5, , также приводит к некоторым проблемам.
Основным ограничением являются сопротивления R 1 и R 2 , которые смещают диоды. Действительно, если требуется высокий выходной сигнал, базы транзистора будут собирать весь ток с сопротивлений, поэтому ток в диодах будет равен нулю.Поскольку диоды не получают тока, в двухтактную конфигурацию не будет подаваться смещение, и снова будет наблюдаться перекрестное искажение. Это явление усиливается тем фактом, что при увеличении выходного напряжения ток на сопротивлениях R 1 и R 2 уменьшается.
Для решения этой проблемы вместо сопротивлений используются усилители с общим эмиттером, которые действуют как источники тока, такие как показано на , рис. 6, . В этом случае источники тока могут предвидеть изменения выходного сигнала, обеспечивая постоянный ток в противовес сопротивлениям.Таким образом, как базы, так и диоды могут питаться током.
рис. 6: Метод диодной сети и источника токаРаспределение мощности для усилителя класса AB
рис 7: Распределение мощности усилителя класса ABВывод
Мы видели, что усилители класса AB контрастируют с усилителями класса A и класса B, поскольку у них нет уникальной рабочей точки, а скорее рабочая зона, ограниченная точкой покоя класса A и точкой отсечки (рабочая точка класса B).Расположение рабочей точки вдоль этой зоны будет определять как угол проводимости, так и эффективность усилителя.
Действительно, если рабочая точка класса AB расположена ближе к рабочей точке класса A, усилитель будет иметь угол проводимости [270 °; 360 ° [ диапазон, следовательно, проводит более трех четвертей сигнала. Причем КПД у ] 39,3%; 58.9%] будет соблюдаться интервал .
С другой стороны, если рабочая точка расположена ближе к рабочей точке класса B, усилитель с большей вероятностью будет вести себя как класс B, представляя более низкий угол проводимости в интервале ] 180 °; 270 °] , что увеличит его эффективность между 58.9% и 78,5% .
Мы видели, что существует множество различных методов для смещения оснований двухтактной конфигурации. Мы специально сосредоточились на смещении напряжения, резистивном смещении и диодном смещении. Первый состоит в прямом смещении оснований с помощью генератора напряжения или батарей, но он не реализован из-за затрат и проблем с упаковкой, которые возникают с ним. Второй и третий методы используют сети делителей напряжения и модифицированные сети с потенциометром.Однако эти схемы смещения состоят из множества сопротивлений и поэтому вызывают рассеивание тепла, которое напрямую влияет на поведение транзисторов.
Последний представленный метод может решить эту проблему за счет использования схемы диодного делителя. Мы действительно видели, что эта структура создает постоянное падение напряжения 1,4 В между базами двух транзисторов, чего достаточно для создания интервала, в котором транзисторы NPN и PNP проводят одновременно. Кроме того, диоды обладают преимуществом перед резистором в том, что они смягчают колебания температуры.
Наконец, мы увидели, что диодная цепь должна быть смещена с помощью источников тока, чтобы обеспечить постоянное смещение для баз двухтактной конфигурации, несмотря на изменения выходного сигнала.
Конфигурация , класс AB, в настоящее время является наиболее распространенной в электронных схемах, поскольку она сочетает в себе преимущества усилителей класса A и класса B без их недостатков.
Классы усилителей мощности Классы усилителей мощностиElliott Sound Products | Классы усилителей |
Род Эллиотт — Авторские права © 2014
верхнийОсновной индекс Указатель статей
Классы усилителей
В сети уже есть много статей, освещающих эту тему, некоторые довольно хорошо (но часто без достаточной информации), некоторые плохо, а некоторые в значительной степени ошибочны.Обычно неверны не описания, а комментарии о предполагаемом качестве звука. Например, некоторые усилители класса А действительно очень хороши, а другие — ужасны. Хороший, плохой или безразличный усилитель делает не только класс работы, но и то, как спроектирована схема и сколько усилий было затрачено на минимизацию проблем. Многие производители усилителей-бутиков будут делать диковинные заявления о выбранной топологии, но рекламная шумиха не является фактом, и ее следует игнорировать.
Многие усилители класса AB намного лучше, чем подавляющее большинство усилителей класса A, несмотря на то, что они намного более эффективны и лишены серьезности называться «Class-A». Есть также несколько малоизвестных классов, некоторые из которых не определены, а другие могут использоваться только с (некоторыми) радиочастотными сигналами. Есть и другие, для которых нет «официального» определения, поэтому часто возникает путаница относительно того, является ли усилитель тем или иным (главными примерами этого являются классы G и H).
Классы усилителей, которые используются исключительно с радиочастотами, здесь не рассматриваются, только классы, непосредственно связанные со звуком.
В то время как Class-C обычно считается чисто радиочастотной техникой, он (по крайней мере, технически и если довести до крайности нормального определения) использовался Quad в их усилителях с «демпфированием тока». Проводимость выходного транзистора составляла , а не 180 °, как требуется для класса B. Разница действительно академическая, поэтому выходной каскад можно так же легко назвать классом B, потому что угол проводимости действительно очень близок к полным 180 ° для каждого устройства при нормальной работе.Тщательный анализ системы Quad показывает, что она в значительной степени ведет себя как более «традиционный» усилитель, но с неожиданно низким уровнем искажений — особенно с учетом относительно слабых мощных транзисторов, доступных в то время.
Усилители всех классов (кроме класса D) могут быть изготовлены на биполярных транзисторах, полевых МОП-транзисторах или лампах (вакуумных лампах). При использовании в линейной схеме полевые МОП-транзисторы должны быть «бокового» типа, которые имеют меньшее усиление, но более линейны, чем «вертикальные» МОП-транзисторы (наиболее распространенные типы обычно известны как «полевые МОП-транзисторы» из-за их внутренней структуры).Эти типы предназначены для коммутации приложений, и даже производители не рекомендуют их для линейного использования. Полевые транзисторы HEXFET и другие типы переключения не являются линейными. Хотя возможно сделать линейные усилители с использованием полевых транзисторов HEXFET, необходимо тщательное согласование устройств, и есть несколько интересных ловушек, которые поджидают неосторожных. Естественно, вертикальные полевые МОП-транзисторы идеально подходят для усилителей класса D, где они используются исключительно.
Усилителитакже могут быть гибридами, что означает, что они используют комбинацию вентилей, транзисторов и / или полевых МОП-транзисторов.Когда мы говорим о гибридных усилителях, обычно подразумевают комбинацию ламп и полупроводников. Гибридные усилители могут быть любого класса, но чаще всего это либо класс A, либо класс AB. Хотя нет реальной причины, по которой вентильный передний конец нельзя использовать с усилителем класса D, это довольно маловероятная комбинация и бесполезной цели. Есть много комбинаций, которые не служат никакой полезной цели, но это не мешает рекламистам превозносить свои (предполагаемые) достоинства.
В усилителях, где отрицательная обратная связь не используется для коррекции и увеличения линейности, возникающие искажения влияют на звук.Возникают гармонические и интермодуляционные искажения, которые могут серьезно снизить производительность усилителя. Это применимо независимо от усилительного устройства, класса работы или топологии. Несмотря на утверждения некоторых, отрицательная обратная связь не является злом, и ее правильное применение в грамотно спроектированном усилителе с использованием любого из доступных устройств (вентиль, транзистор или полевой МОП-транзистор) почти всегда улучшает качество звука в целом. Очень немногие усилители без отрицательной обратной связи можно квалифицировать как Hi-Fi. Бывают исключения, но дополнительная сложность такова, что в целом выгода практически отсутствует.
Сводка
Класс-A Выходное устройство (устройства) для полного аудио цикла (360 °) Класс-B Выходные устройства проводят на 180 ° входного цикла Class-AB Выходные устройства проводят более 180 °, но менее 360 ° входного цикла Class-C Выходные устройства работают менее чем на 180 ° входного цикла (только RF) Class-E, F Подклассы Class-C, только РФ Класс-D Выходные устройства переключаются на высокой частоте и используют методы ШИМ (широтно-импульсной модуляции) (обратите внимание, что класс D НЕ означает «цифровой») Class-G Используйте переключаемые шины питания с усилителями, обычно имеющими несколько шин питания Class-H Используйте модулированные шины питания, при которых напряжение питания поддерживается на уровне, немного превышающем требуемое для подаваемой мощности Class-I Собственный вариант Class-D (кажется, что это официально не признано) Class-T Другой проприетарный класс усилителя, а также вариант Class-D (он также официально не признан) BTL Мостовая нагрузка.Не класс работы, но иногда думается. Может быть применен к усилителю любого класса
Выше приведены очень общие сведения о различных классах усилителей, и все классы (не связанные с РЧ) описаны ниже. Обратите внимание, что классы G и H страдают от большой путаницы, поскольку термины обычно используются как взаимозаменяемые. Это совершенно разные техники, и к ним следует относиться соответственно. Похоже, что никто не предпринял никаких попыток классифицировать их, несмотря на их популярность, особенно для приложений громкой связи (звукоусиления).
Новая (и тревожная) тенденция многих производителей усилителей (и особенно микросхем класса D) оценивать выходную мощность как 10% искажений. Единственная причина для этого — раздуть фигуру. Усилитель, который может выдавать 120 Вт при менее 1% искажений, будет давать более 160 Вт при 10%, но такое количество искажений недопустимо. По причинам, которые ускользают от меня, единственное, что кажется важным, — это сила. Аудио — это , а не , все дело в мощности, дело в точном воспроизведении музыки.Многие люди обнаружат (если они когда-либо измерили это), что их системы выдают менее 20 Вт / канал с обычным программным материалом при реалистичных уровнях звука — усилитель на 20 Вт может давать пики почти 100 дБ (при довольно низкой эффективности 85 дБ / Вт / м). ). Средняя мощность скорее всего будет не более 1 Вт.
Класс-A
Термин «класс A» означает, что усилительное устройство (транзистор, полевой МОП-транзистор или вентиль) проводит полный звуковой цикл (360 °). Он не отключается при любом выходном напряжении или токе ниже ограничения, когда выходное напряжение в противном случае превысило бы напряжение питания.Поскольку устройство не может оставаться линейным, если усилительное устройство выключено или полностью проводящее, выходной уровень должен быть достаточно низким, чтобы гарантировать, что ни один из крайних значений не будет достигнут. В случае усилителей, которые используют выходной трансформатор или катушку индуктивности, верхний предел фактически вдвое превышает напряжение питания, поскольку индуктивный элемент добавляет дополнительное напряжение, которое в противном случае было бы недоступно. Обратите внимание, что схема смещения не показана на рисунке ниже. Постоянный ток, протекающий в индукторе или обмотке трансформатора, вызывает дополнительные проблемы, и они связаны с некоторыми проблемами, с которыми сталкиваются несимметричные конструкции.
По определению все несимметричные аудиоусилители относятся к Классу А. Они могут использовать индукторы, трансформаторы, резисторы, активные источники тока, сам громкоговоритель (плохая идея) или даже лампочку в качестве источника тока. Для всех усилителей класса A ток усилительного устройства должен быть немного больше, чем пиковый выходной ток. Например, если нагрузка (громкоговоритель) может потреблять до 4 ампер, усилительному устройству требуется ток покоя (без сигнала) чуть более 4 А.Если громкоговоритель используется в качестве «источника тока», выходная мощность будет ограничена несколькими милливаттами, поскольку в звуковой катушке протекает постоянный ток.
Рисунок 1 — Несимметричные выходные каскады индуктора и трансформатора
Обратите внимание, что в двух показанных примерах напряжение на усилительном устройстве приближается к удвоенному напряжению питания. Хотя это может показаться маловероятным, это вполне нормально и связано с накопленной энергией в катушке индуктивности / трансформаторе. Он добавляется и выпускается под управлением транзистора или клапана.Постоянный ток, протекающий через индуктивный элемент, должен быть как минимум равным пиковому току, требуемому нагрузкой громкоговорителя (но уменьшаться из-за действия трансформатора, например, клапана).
Без обратной связи усилители класса А с выходом как трансформатора, так и катушки индуктивности имеют тенденцию иметь более высокое выходное сопротивление, чем обычно, и это также может относиться к другим конструкциям, в которых обратная связь устранена или минимизирована. При использовании трансформаторов или катушек индуктивности количество обратной связи, которую можно использовать, обычно довольно скромно из-за высокого сдвига фазы в индуктивной составляющей.Повышенное выходное сопротивление вызывает окрашивание большинства динамиков, особенно усиление явных басов и экстремальных высоких частот. Это , а не из-за класса A, это случается с любым усилителем любого класса, если выходной импеданс больше (близок к нулю). Большинство усилителей имеют выходное сопротивление менее 100 мОм (0,1 Ом), но конструкции с «низкой» и «нулевой» обратной связью могут иметь выходное сопротивление до нескольких Ом. Акустические системы неизменно проектируются для усилителей с очень низким выходным сопротивлением.
Усилителимогут быть несимметричными, как показано выше, или двухтактными. Несимметричный вентиль класса A популярен в некоторых кругах как так называемый усилитель SET (несимметричный триод), как показано на рисунке 1. Несмотря на класс A, эти усилители обычно имеют низкую мощность (как и ожидалось) и часто очень высокие искажения. Это искажение (как простая гармоника, так и интермодуляция) происходит из-за основной нелинейности всех вентилей, а также частично из-за выходного трансформатора. Двухтактный режим улучшает ситуацию и более подробно описан ниже.
Существуют также усилители на несимметричных транзисторах (или MOSFET). Те, которые имели индуктивную нагрузку, были обычным явлением в ранних транзисторных автомобильных радиоприемниках (почти всегда с использованием германиевого транзистора PNP), но сегодня они очень редки. Примерами более обычных несимметричных усилителей (по сегодняшним меркам) являются Zen (от Nelson Pass) и Death of Zen (DoZ), описанные на веб-сайте ESP. Эти усилители очень неэффективны, обычно в лучшем случае они составляют 25% (это означает, что 75% всей мощности, подаваемой на усилитель, рассеивается в виде тепла).
В двухтактных усилителях класса Aиспользуются два усилительных устройства, и, поскольку одно проводит больше, другое — меньше (и, конечно, наоборот). Ни в коем случае ни транзистор, ни вентиль не отключаются полностью и не насыщаются (не включаются полностью). По определению, они должны проводить (надеюсь, но редко линейно) на все 360 ° каждого цикла звука, который они усиливают. Эффективность все еще низкая, но искажения резко уменьшаются, поскольку устройства дополняют друг друга, и, в частности, устраняются искажения второй гармоники.Фактически, все гармоник четного порядка подавляются, оставляя только относительно низкие уровни гармоник нечетного порядка. Принципиальной разницы между двухтактными усилителями любого класса, кроме тока смещения, нет. Для класса A ток через усилительные устройства никогда не падает до нуля ни в одной точке формы сигнала или при любом уровне мощности.
Хотя часто утверждается, что уровни искажений класса A всегда ниже, чем у усилителей класса AB, это не всегда так.Хорошо спроектированный усилитель класса AB часто может обеспечить более низкие искажения и лучшую частотную характеристику в целом, чем многие конструкции класса A, особенно те, которые заявляют о «низкой» или «нулевой» обратной связи. Несмотря на утверждения об обратном, внутреннего улучшения качества звука по сравнению с классом A нет ни в какой форме. Воспринимаемые различия часто возникают из-за выходного сопротивления или, возможно, слушателя, предпочитающего «стену звука», созданную более сильным, чем обычно, искажением. Существует бесчисленное количество утверждений, что класс A звучит «лучше», чем другие классы, но это не обязательно так.
До широкого использования операционных усилителей в приложениях с малым сигналом каскады низкого уровня всегда относились к Классу A, и это остается верным для конструкций ламповых предусилителей. Очень низкие искажения возможны в хорошо спроектированных схемах, но, как и в усилителях мощности, здесь нет «волшебства». Это не является общепринятым, но в целом любые два предусилителя с эквивалентной производительностью (с одинаково низкими искажениями и шумом и с одинаковой полосой пропускания) будут звучать одинаково, независимо от используемой технологии, но только при тестировании с использованием надлежащего двойного усилителя. Слепая техника .
Рисунок 2 — Рабочий ток силового устройства и типичное усиление устройства по сравнению с Текущий
На приведенном выше графике (левый график) очевидно, что ток никогда не падает до нуля, но очень важно понимать, что он не является постоянным. Поскольку ток варьируется (от 56 мА до 4,7 А), изменяется и коэффициент усиления усилительного устройства, также показанного (справа). Клапаны и транзисторы способны выдавать очень линейный выходной сигнал, если ток остается постоянным, но их коэффициент усиления всегда изменяется в зависимости от тока, и это приводит к искажениям.График зависимости усиления от тока взят из таблицы данных для 2N3055, но почти все устройства имеют ту же проблему. Обратите внимание, что типичное усиление 2N3055 варьируется от более 100 при 200 мА до менее 30 при 5 А. Есть некоторые биполярные транзисторы, которые имеют удивительно ровные графики зависимости коэффициента усиления от тока, и они обеспечивают более высокую производительность (и меньшие искажения) во всем рабочем диапазоне, но очень немногие из них имеют полезный коэффициент усиления всего в несколько миллиампер. Обратите внимание, что большинство клапанов в этом отношении ведут себя гораздо хуже — утверждения о том, что они «по своей природе линейны», необоснованны.
Может показаться, что это не так, но форма волны, показанная на рисунке 2, имеет более 7% THD . Вторая гармоника доминирует, но третья не отстает. Как всегда, есть полный спектр гармоник, которые плавно затухают с увеличением частоты.
Класс-B
На самом деле существует очень и очень мало «настоящих» усилителей класса B. Термин «класс B» означает, что каждое усилительное устройство проводит точно на 180 ° формы сигнала, что означает, что они не будут проводить вообще, если сигнал отсутствует.Хотя это, безусловно, можно сделать, наказание — искажение, которое всегда будет наихудшим на низких уровнях. График выше, показывающий коэффициент усиления 2N3055, показывает, что он падает с уменьшением тока. Что не показывает , так это то, что при очень низком токе (несколько миллиампер) усиление падает почти до нуля. Хотя некоторые устройства питания немного лучше, нереально ожидать, что любое устройство, способное рассеивать 100-200 Вт, будет иметь приемлемый коэффициент усиления, возможно, в 20 мА. Это касается всех известных усилительных устройств, включая клапаны.
Низкое усиление при низком токе означает, что должна существовать область с низким общим коэффициентом усиления через усилитель, а это означает, что отрицательная обратная связь не может устранить искажения, потому что усиление разомкнутого контура усилителя очень низкое и фактически имеется небольшая обратная связь. Результатом является так называемое «кроссоверное» искажение, потому что оно возникает при переходе сигнала от одного устройства вывода к другому.
Рисунок 3 — Разделительные искажения с усилителем класса B
Вышеупомянутое искажение кроссовера вокруг нулевой точки было намеренно преувеличено, чтобы его легко увидеть.На самом деле это может быть довольно незаметно, но почти всегда слышно, даже если измеритель искажений показывает, что общее искажение довольно низкое. Суммарные гармонические искажения усилителя, который я использовал для имитации вышеупомянутого, составляли около 1,4% при полной мощности (120 Вт), но из-за характера искажения он был бы оценен (совершенно справедливо) как «чертовски ужасный» любым достаточно компетентным слушателем. . Истинный класс B практически невозможен с клапанами, потому что их коэффициент усиления слишком мал при очень низком токе. Почти все без исключения ламповые усилители относятся к Классу AB, даже если описываются как Класс B.
Поскольку «истинный» класс B обычно не считается жизнеспособным вариантом, он не будет обсуждаться далее. Однако должно быть очевидно, что класс B может использоваться только с двухтактной топологией.
Однако есть один момент, который необходимо отметить, и он редко обсуждается. В «настоящем» усилителе класса B, когда оба выходных транзистора выключены, усилитель должен иметь без усиления . Чтобы получить усиление, транзисторы (или клапаны) должны находиться в своей активной области, а не должны быть ни полностью включены, ни выключены.Если у усилителя нет усиления при отсутствии сигнала, значит, у него также нет обратной связи! Обратная связь зависит от коэффициента усиления усилителя без обратной связи и коэффициента обратной связи, установленного цепью обратной связи. Если какая-либо схема не имеет усиления и обратной связи, она фактически перестает делать что-либо полезное. Усилитель (и цепь обратной связи) могут нормально работать только тогда, когда подается сигнал и выходные транзисторы проводят ток. Вот почему никакая обратная связь или усиление без обратной связи никогда не могут устранить искажения кроссовера, потому что в жизненно важной точке пересечения нуля усиление нулевое.
Класс AB
Чтобы устранить нежелательные кроссоверные искажения, почти все усилители (как ламповые, так и «твердотельные») используют класс AB. Небольшой ток покоя протекает в выходных устройствах, когда нет сигнала, и гарантирует, что выходные устройства всегда имеют некоторое перекрытие, где оба проводят часть сигнала. Некоторые производители заявляют, что их усилители работают как Class-A до определенной мощности, и это, безусловно, может быть правдой. Однако большинство усилителей работают только при очень умеренном токе покоя (без сигнала), часто всего 20 мА.Для нагрузки 8 Ом это равняется паре милливатт «работы класса A» — вряд ли стоит волноваться.
Стоит отметить, что ламповые усилители делятся на две подкатегории: Class-AB¹ и Class-AB². Общепринято, что Class-AB¹ означает, что ток в сети управления выходным клапаном не течет в любое время, а с Class-AB² есть некоторый ток сети — обычно только при максимальной мощности. Это означает, что управляющая сетка становится положительной по отношению к катоду.Как и в случае с классом B, двухтактная операция является требованием для класса AB, который не может работать линейно ни в каком другом режиме.
Рисунок 4 — Базовые двухтактные выходные каскады
Вышеупомянутые этапы сильно упрощены, но в равной степени подходят для Класса-A, Класса-B или Класса-AB. Единственная разница между режимами работы — это ток покоя (Iq), который может варьироваться от нуля (класс B) до 50% максимального пикового тока динамика (класс A). Выходной каскад клапана требует, чтобы каждое устройство приводилось в действие с противоположной полярностью, поэтому при включении одного устройства другое выключается.Клапаны не имеют комплемента (устройства противоположной полярности), поэтому они требуют, чтобы каждый приводился в действие сигналом противоположной полярности. Ток через каждый клапан должен быть одинаковым, чтобы предотвратить протекание чистого постоянного тока в обмотках трансформатора, поскольку это приведет к преждевременному насыщению сердечника. В транзисторном каскаде используется сигнал одной полярности, потому что сами транзисторы являются комплементарными (NPN и PNP), так что один включается, другой автоматически выключается.
Транзисторы(или полевые МОП-транзисторы) также могут использоваться с трансформаторным выходом таким же образом, как и показанные клапаны, но сегодня это очень редко.Его все еще можно использовать для некоторых специализированных приложений, но это далеко не массовая технология. В некоторых ранних транзисторных усилителях мощности действительно использовались выходные трансформаторы.
Во всех случаях и независимо от класса эксплуатации (кроме класса B) ток покоя должен тщательно контролироваться с учетом колебаний температуры. Показанные схемы управления смещением в большинстве случаев необходимо настраивать, и необходимо принимать дополнительные меры для предотвращения явления, называемого «тепловым разгоном».Это происходит, когда транзисторы нагреваются и потребляют больше тока, чем следовало бы. Это заставляет их нагреваться еще больше, поэтому они потребляют еще больше тока и становятся еще горячее … до тех пор, пока выходной каскад не выйдет из строя. Температурный разгон также возможен (но редко) для каскадов клапана, особенно если резисторы смещения управляющей сети (не показаны) имеют более высокое значение, чем рекомендуется.
Рисунок 5 — Идеализированный ток в выходных устройствах для класса AB
Вышеуказанное является типичным для тока, измеренного через каждый выходной транзистор для работы класса AB.Мы видим, что ток транзистора изменяется от нуля до полного выхода в течение одного ½ цикла, затем сделайте то же самое в другом транзисторе в течение второго. Каждый транзистор включен на чуть более половины сигнала, и нагрузка распределяется между ними. Верхняя часть формы волны тока обеспечивается транзистором NPN (см. Рисунок 4), а отрицательная часть обеспечивается транзистором PNP. Любое нарушение непрерывности при передаче сигнала от одного устройства к другому проявляется как перекрестное искажение, поэтому ток смещения (Iq) должен быть достаточно высоким, чтобы избежать проблем, но не настолько высоким, чтобы снизить эффективность или вызвать чрезмерное нагревание.
Только на очень низких уровнях мы можем видеть, что есть небольшая область, где усилитель работает в классе A. Как отмечалось выше, это обычно всего несколько милливатт. Ток через выходные устройства по-прежнему меняется, но в ограниченном диапазоне. На стадии клапана происходит то же самое, но там, где они работают в классе A, есть большая область «перекрытия». Это не потому, что клапаны «лучше», а потому, что они гораздо менее линейны, чем транзисторы, и требуют большей площади класса A, иначе искажения будут недопустимыми.
Классы C, E и F
Class-C используется только для ВЧ (радиочастот) приложений, потому что он основан на настроенной цепи (индуктор / конденсатор (LC) «бак») для минимизации искажений формы сигнала. Работа возможна только в очень ограниченном диапазоне частот, где контур резервуара является резонансным. Время проводимости выходного устройства составляет менее 180 °, но управляющий сигнал является (более или менее) линейным во всем диапазоне проводимости.
Классы E и F аналогичны классу C, а также используют топологию РЧ-усилителя, основанную на схемах резервуара LC.Там, где усилители класса C распространены ниже 100 МГц, усилители класса E более популярны в диапазонах частот ОВЧ и СВЧ. Разница между усилителями класса E и класса C заключается в том, что активное устройство используется в качестве переключателя с классом E, а не работает в линейной части своей передаточной характеристики.
Усилителикласса F напоминают усилители класса E, но обычно используют более сложную сеть нагрузки. Частично эта сеть улучшает согласование импеданса между нагрузкой и переключателем.Класс F предназначен для устранения четных гармоник входного сигнала, поэтому сигнал переключения близок к прямоугольной. Это повышает эффективность, поскольку переключатель либо находится в состоянии насыщения, либо выключен. [5] .
Класс-D
Прежде всего, Class-D не означает цифровой. Есть несколько усилителей класса D, которые принимают цифровой вход (например, S / PDIF), но обозначение класса было просто следующим в строке после A, B и C. Первый коммерческий аудиоусилитель класса D был произведен Sinclair Radionics. ОООв Великобритании в 1964 году, но в то время он потерпел неудачу из-за радиопомех и отсутствия коммутационных устройств, которые были достаточно быстрыми для правильной работы. Это было до того, как стали доступны высокоскоростные переключаемые полевые МОП-транзисторы, а биполярные транзисторы того времени были слишком медленными. Хотя полевой МОП-транзистор был изобретен в 1962 году, потребовалось некоторое время, прежде чем он стал коммерчески доступным, и полевые транзисторы HEXFET появились только в 1978 году. Самая ранняя ссылка, которую я нашел на нечто, напоминающее класс D, была предметом патента США 2821639 в 1954 году, но это было не так. сервосистема для управления двигателем и была слишком медленной для звука.В 1967 году был также получен патент на усилитель класса D [4], за которым последовали многие другие.
Для получения дополнительной информации и подробного описания усилителей класса D см. Статью ESP Class-D, в которой гораздо больше деталей, чем можно здесь включить.
Нефильтрованный выход усилителя класса D внешне напоминает цифровой (двухпозиционный) сигнал, но он является чисто аналоговым и требует высокоскоростных аналоговых методов проектирования для получения хорошо работающей конструкции. Он так же далек от традиционных логических ИС TTL или CMOS, как и конструкция лампового усилителя! Выход усилителя класса D должен быть отфильтрован (с использованием катушки индуктивности и конденсатора), чтобы убрать высокую частоту переключения с проводов динамика и (надеюсь) устранить радиочастотные помехи.Многие микросхемы усилителей класса D работают в режиме «полного моста», и ни один из выводов динамика не может быть заземлен. См. Описание BTL (нагрузка, связанная с мостом) ниже.
В усилителяхкласса D используется ШИМ (широтно-импульсная модуляция) с идеальной прямоугольной формой волны (точно 50% рабочего цикла), представляющей нулевой выходной сигнал. Представление создания сигнала ШИМ показано ниже. Используется компаратор (буквально ИС, которая сравнивает два сигнала), причем на один вход подается полезный сигнал, а на другой — высокочастотный треугольный сигнал.Если показанная синяя кривая отфильтрована с использованием фильтра нижних частот, исходная синусоида будет восстановлена.
Выходной фильтр на самом деле не нужен усилителю класса D для воспроизведения звука в динамике, и форма волны переключения с высокой амплитудой (обычно!) Не будет « жарить » звуковую катушку динамика, потому что сопротивление на частоте переключения очень велико. Однако без фильтра гармоники сигнала ШИМ будут создавать существенные радиочастотные помехи в широком диапазоне частот.Это, очевидно, неприемлемо, так как это может легко заглушить радиовещание (особенно AM), а также нанесет ущерб другим радиодиапазонам.
Рисунок 6 — Генерация сигнала ШИМ для усилителя класса D
Обратите внимание, что для правильного представления сигнала частота опорного сигнала ШИМ должна быть намного выше, чем максимальная входная частота — обычно принимаемая равной 20 кГц. Следуя теореме Найквиста, нам нужна как минимум вдвое большая частота, но в конструкциях с низким уровнем искажений используются более высокие коэффициенты (обычно от 5 до 30 — от 100 кГц до 600 кГц).Затем сигнал ШИМ должен управлять схемой преобразования импульсной мощности, чтобы формировался мощный ШИМ-сигнал, переключаясь с шин питания с положительной на отрицательную (при условии топологии с двумя источниками питания). Использование BTL позволяет работать с однополярным источником питания без выходного разделительного конденсатора, что упрощает подачу питания.
Спектр сигнала ШИМ имеет низкочастотную составляющую, которая является усиленной копией входного сигнала, но также содержит компоненты на частоте переключения и ее гармоники, которые удаляются для восстановления исходного (но усиленного) модулирующего сигнала.Для этого необходим мощный фильтр нижних частот. Обычно используется пассивный LC-фильтр, потому что он (почти) без потерь и имеет небольшое рассеяние или вообще не имеет его. Хотя всегда должны быть какие-то потери, на практике они обычно минимальны.
Class-D и его производные являются наиболее эффективными из всех технологий усилителей при средней и высокой выходной мощности. Коммутационные потери означают, что класс D может быть на менее эффективен на , чем класс AB при малой мощности. Ранние попытки имели ограниченную частотную характеристику, потому что было нелегко добиться очень быстрого переключения.Доступность специализированных ШИМ-преобразователей и микросхем драйверов MOSFET привела к огромному увеличению количества доступных продуктов, выходная мощность которых варьируется от нескольких ватт до нескольких киловатт.
Как и в случае со всеми типами усилителей, к усилителям класса D предъявляется много заявлений. Описания варьируются от «как ламповый (ламповый) усилитель» до «твердый и безжизненный» и почти все, что вы можете придумать между ними. Некоторые утверждают, что у них прекрасные басы, в то время как другие жалуются, что басы отсутствуют, плоские, дряблые и т. Д.и т. д. Очень немногие из этих сравнений были проведены должным образом (двойным слепым методом), и большинство из них можно отбросить как предвзятые или просто апокрифические.
Я тестировал и слушал довольно много усилителей класса D (а также «Class-T» — см. Ниже), и большинство из тех, что я пробовал, по крайней мере приемлемы — качество низких частот даже в самых дешевых реализациях обычно очень низкое. действительно хорошо, с некоторыми из них легко добраться до Вашингтона. Могут быть случаи, когда сопротивление постоянному току катушки индуктивности выходного фильтра вызывает более низкий, чем ожидалось, коэффициент демпфирования, но это кажется довольно маловероятным для большинства лучших конструкций.
У некоторых определенно есть проблемы с крайними верхними частотами — я больше не слышу выше 15 кГц, но я могу легко их измерить. Выходной фильтр должен быть разработан с учетом конкретного импеданса, поскольку это необходимо для пассивных фильтров. В результате, если импеданс громкоговорителя отличается от проектной частоты выше 10 кГц, то характеристика фильтра никогда не может быть ровной. Существует тенденция к использованию более высоких частот модуляции, чем когда-либо прежде, поэтому фильтр можно настроить на более высокую частоту, но некоторый эффект все равно будет.
Рисунок 7 — Влияние выходного фильтра при различных импедансах
Всем усилителям класса D требуется выходной фильтр — он необходим для предотвращения помех радио и телевидению. Мы знаем, что пассивный фильтр должен быть разработан с учетом конкретного импеданса , но что является идеальным? Проблема в том, что не существует идеала, и производители громкоговорителей не пытаются стандартизировать назначенный импеданс на (скажем) 20 кГц. Динамик с номинальным сопротивлением 8 Ом вполне может иметь сопротивление 32 Ом (или более) на частоте 20 кГц из-за полуиндуктивности звуковой катушки динамика (максимальное сопротивление обычно несколько меньше для высокочастотных динамиков и драйверов сжатия рупора, поскольку полуиндуктивность обычно довольно низкая. ).
На приведенном выше графике я показал более или менее типичную схему фильтра, а также отклик с различными сопротивлениями нагрузки. Если динамик обозревателя (или клиента) имеет сопротивление 16 Ом на частоте 20 кГц, то с показанным фильтром будет усиление на 3 дБ на частоте 20 кГц. Отклик не сделан специально для того, чтобы выглядеть плохо — это простой фильтр, довольно типичный для тех, что используются в коммерческих усилителях класса D. Некоторые слушатели сообщают, что усилитель имеет «искрящиеся» высокие частоты, а другие жалуются, что он «резкий» и / или «прокалывает уши».Нет, это просто несоответствие импеданса. Некоторые усилители класса D используют на выходе сеть Zobel в попытке обеспечить предсказуемый импеданс нагрузки на частоте 20 кГц и выше.
В прошлом нам никогда не приходилось слишком беспокоиться об импедансе. Усилитель мощности имеет очень низкий импеданс, динамики имеют переменный импеданс, который имеет номинальное указанное значение, и больше ничего не нужно говорить. Класс D изменил это, но никто этого не замечает. Если бы производители динамиков добавили сеть, которая обеспечивала бы определенный и стандартизированный импеданс на частоте 20 кГц и выше, многие пренебрежительные претензии к усилителям класса D просто исчезли бы.Это также гарантирует, что некоторые из эзотерических акустических кабелей (IMO ‘lunatic fringe’) не вызывают колебания усилителей (но это уже другая история, описанная в разделе «Импеданс кабеля»). Не задерживайте дыхание.
В последнее время многие конструкции класса D включают выходной фильтр в общий контур обратной связи, поэтому выходной уровень остается постоянным независимо от импеданса нагрузки и частоты (сигнала). В некоторых случаях фазовый сдвиг фильтра используется для установки частоты колебаний (т. Е. По сути «автоколебательная» конструкция).Хотя это должно остановить рецензентов, но почти наверняка этого не произойдет. Существует множество конструкций класса D, которые измеряют (и звучат) так же хорошо, как усилители класса AB, но очень сложно избавиться от предубеждений в любом тесте на зрение (т. Е. Неслепой).
Класс-G
Этот тип усилителя сейчас очень распространен среди мощных усилителей, используемых в системах звукоусиления. Усилители часто бывают очень мощными (в некоторых случаях 2 кВт или больше), но они более эффективны, чем Class-AB.При малой мощности усилитель класса G работает от шин питания с относительно низким напряжением, что сводит к минимуму рассеяние на выходных транзисторах. При необходимости сигнал потребляет ток от шин питания высокого напряжения, используя второй набор транзисторов для обеспечения пиков сигнала. См. Статью ESP, в которой подробно описаны усилители класса G, для получения дополнительной информации.
Усилителикласса G могут иметь от 4 до 8 шин питания (половина используется для положительной стороны, а половина — для отрицательной). Четыре рельса довольно распространены и могут подавать на усилитель мощности ± 55 В и ± 110 В, как показано ниже.
Рисунок 8 — Напряжение усилителя класса G для 4-контактного блока питания
Из приведенного выше вы можете видеть, что верхние (более высокое напряжение) источники питания используются только в том случае, если выходной сигнал превышает нижние шины питания (± 55 В в этом примере). Меньшее рассеивание означает, что радиаторы и трансформатор могут быть меньше, чем для конструкции класса AB с такой же пиковой выходной мощностью. Выходной сигнал показан пунктирной линией, когда он обеспечивается шинами питания с более высоким напряжением и добавленными выходными транзисторами.
Class-G довольно легко реализовать (менее сложный, чем Class-D, но более сложный, чем Class-AB), а из-за повышенной эффективности необходимые радиаторы и силовые трансформаторы несколько меньше, чем можно было бы ожидать от усилителя указанная номинальная мощность.
Есть опасения (высказанные по всей сети), что будут шумы переключения при включении и выключении дополнительных шин питания, но нет никаких доказательств того, что это слышно с программным материалом в каких-либо компетентных коммерческих продуктах.Хотя некоторый шум может быть слышен (или, по крайней мере, измерен) при тестировании синусоиды, сомнительно, что он вызовет какие-либо идентифицируемые искажения с речью или музыкой. Это в значительной степени связано с тем, что дополнительные источники питания не включаются до тех пор, пока выходная мощность не станет достаточно высокой, и любые эффекты будут незначительными по сравнению с уровнем звука сигнала. Это не то, что я имел возможность тестировать, но крупные производители получат много жалоб, если их усилители будут издавать «нежелательные» шумы, в отличие от аналогичных усилителей.
Класс-H
Граница между классом G и классом H становится все более размытой по мере того, как публикуется больше статей и создается больше дизайнов. В оригинальном усилителе класса H (который в то время назывался Class-G) использовался большой конденсатор, который заряжался, а затем включался в схему, когда это было необходимо, чтобы генерировать более высокое напряжение питания для обработки переходных процессов. В других вариантах используется внешний модулированный источник питания (обычно переключаемый), который обеспечивает напряжение, достаточное для предотвращения ограничения, или источник, который «жестко» переключается на более высокое напряжение, когда это необходимо.
Когда усилитель класса H использует переключаемый источник питания, он не отслеживает вход, а переключается на более высокое напряжение, чтобы приспособиться к пикам сигнала, которые превышают нормальные (низковольтные) шины питания (это показано светло-зеленым и светло-голубые следы внизу). Могут быть ситуации, когда выходной сигнал довольно постоянный (например, сильно сжатый звук) и чуть выше порога переключения. В этом случае усилитель предположительно может рассеивать большое количество энергии, но кажется, что это не является серьезной проблемой, потому что тысячи используются, а отказы довольно редки.Из-за переключения более высокое напряжение на выходные транзисторы подается только при необходимости, поэтому выходные устройства подвергаются только относительно низкому напряжению в течение большей части времени и получают полное напряжение только в случае необходимости. Это снижает среднюю рассеиваемую мощность и увеличивает общую эффективность.
Некоторые внешние источники питания являются «отслеживающими», то есть они используют аудиосигнал для модуляции напряжения питания в «реальном времени», поэтому он точно следует за аудиосигналом.Другая система использует переключение, поэтому напряжение питания повышается (с низкого напряжения на высокое), когда это необходимо для воспроизведения пикового сигнала. Сам каскад усилителя линейный — обычно класса АВ. Хотя использование одной или нескольких отдельных шин питания для каждой полярности действительно увеличивает общую рассеиваемую мощность выходного каскада при переходном напряжении (это может быть значительным для некоторых сигналов), теоретически это будет происходить только изредка.
Когда используется принцип модуляции источника питания, это часто делается с использованием импульсных источников питания, и их два — по одному для каждой полярности напряжения питания.Напряжение покоя составляет всего ± 12 В, но может увеличиваться до ± 110 В в зависимости от выходного сигнала. Источник слежения показан ниже темно-зеленым и темно-синим цветом.
Рисунок 9 — Отслеживание напряжений усилителя класса H источника питания
Относится ли вышеперечисленное к классу H или G? Согласно моей системе классификации это класс H, но если вы предпочитаете думать о нем как о классе G, тогда будь моим гостем. В любом случае, это может быть сложная для реализации схема, но она может обеспечить «качество звука» класса AB и близкое по эффективности к классу D.Большинство расходных материалов слежения за переключением режимов намеренно медленные, поэтому они отслеживают конверт аудио , а не отдельные циклы. Это снижает эффективность, но значительно упрощает реализацию поставки.
Одним из первых усилителей, которые можно было отнести к классу H, был так называемый «усилитель магнитного поля» Carver. При этом использовалось переключение в сеть переменного тока для изменения напряжения на основном силовом трансформаторе. Дизайн был разочарован использованием трансформатора и радиаторов, которые были слишком маленькими, поэтому длительная высокая мощность могла вызвать улетучивание «волшебного дыма», и усилитель больше не работал.
Техники и инженеры обычно считают, что все электронные устройства полагаются на «волшебный дым», заключенный в их оболочку.
Если что-то вызывает выход дыма, это означает, что устройство больше не может работать. Да, это шутка, но принцип верен.
Поскольку линии, отделяющие Class-G от Class-H, настолько размыты (их действительно нет), вероятно, можно использовать любой термин для любого типа усилителя. Однако было бы неплохо, если бы применялось какое-то соглашение, чтобы мы точно знали, какая технология используется в каждом конкретном усилителе.Я предпочитаю классифицировать Class-H как любую конструкцию, в которой напряжение источника питания составляет , внешняя модуляция , например, с импульсным источником питания с отслеживанием. Однако нигде нет согласия относительно истинного различия между ними, так что это действительно спорный вопрос. Не стесняйтесь рассматривать их иначе, чем мое описание, или считать их одним и тем же предметом с разными названиями.
Класс I (также известный как BCA ® )
BCA (симметричный усилитель тока), являющийся собственностью Crown Audio, представляет собой запатентованную форму класса D [2] .Он использует выходной каскад BTL (мостовая нагрузка) с двумя синфазными сигналами ШИМ. При нулевом сигнале два переключающих выхода отменяются, чтобы дать нулевой выход, а при сигнале каждый модулируется так, что одна часть схемы переключения обрабатывает положительную часть сигнала, а другая обрабатывает отрицательную часть (предположительно!). Утверждается, что выходные переключающие сигналы «чередуются» (симметрично чередующиеся ШИМ), отсюда — класс I.
Также было заявлено, что фильтрация выходного сигнала практически не используется или не требуется, но это кажется маловероятным из-за проблем с радиочастотными помехами.Делаются большие и восторженные (но в значительной степени необоснованные) заявления о том, что он превосходит «обычные» усилители класса D, но документация скудна и совершенно бесполезна с технической точки зрения. Есть и другие утверждения, которые на самом деле не выдерживают критики, но я не собираюсь останавливаться на этом более подробно.
Интересно, что в китайской публикации [3] также описан усилитель класса I, который полностью отличается от усилителя, используемого Crown.Это усилитель класса AB с «адаптивным» источником питания, что действительно делает его классом H (хотя это зависит от описания класса H, которое вы можете счесть наименее неподходящим).
Класс T ®
Объект патентов, зарегистрированный товарный знак и многое другое, класс T — это просто немного другая форма класса D, который по-прежнему квалифицируется как класс D, независимо от альтернативных формул. Tripath был первым производителем усилителей класса T и специализированных одиночных микросхем, которым обычно требовалось всего несколько внешних пассивных компонентов.Несмотря на все заявленные преимущества и довольно широкую клиентскую базу, Tripath объявила о банкротстве и была куплена Cirrus Logic в 2007 году. Класс-T отличается от «классического» класса-D, как описано выше, поскольку в методе модуляции не используется компаратор. , а частота переключения зависит от амплитуды сигнала. Когда усилитель приближается к ограничению, частота падает. Утверждается, что он «отличается» от других модуляторов, но, похоже, нет достаточных доказательств того, что разница значительна, несмотря на утверждения об обратном.Схема модуляции иногда описывается как сигма-дельта (Σ-Δ).
Class-T и несколько других производителей усилителей класса D используют аналогичные методы модуляции, которые в простейшем случае просто означают добавление положительной обратной связи вокруг усилителя, чтобы он колебался в диапазоне от 200 кГц до 600 кГц или около того. Естественно, если вы примените положительную обратную связь к обычному усилителю класса AB, он очень быстро выйдет из строя. Устройства вывода недостаточно быстродействующие, а остальная часть схемы не оптимизирована для переключения.Это означает, что реальная схема сильно отличается от обычного усилителя, но принцип тот же.
Когда усилитель настроен на «полную мощность» без входного сигнала, при подаче сигнала рабочий цикл формы волны переключения изменится. По мере его изменения усилитель сам производит ШИМ, без необходимости использования генератора треугольных сигналов или компаратора сигналов. Делается очень много заявлений — особенно от ныне несуществующего Tripath и его приверженцев — что этот метод якобы намного лучше, чем любое переключение с фиксированной частотой, и яркие отчеты о качестве звука можно найти по всей сети.
Несмотря на то, что Cirrus Logic, похоже, вообще ничего не сделала с технологией Tripath, микросхемы класса T легко доступны по всему миру, причем источником микросхем является Китай. Являются ли они «подлинными» или нет, неизвестно, но можно подумать, что любые существующие запасы были бы истощены за годы, прошедшие после прекращения производства. Кажется вероятным, что доступные в настоящее время микросхемы , а не «настоящие» устройства Tripath, но, похоже, работают достаточно хорошо (да, я пробовал пару).
В целом, я сомневаюсь, что есть действительно большая разница между приличным «традиционным» усилителем класса D и классом-T, и большинство комментариев о «сладости» высоких частот (например) являются просто результатом выходного сигнала. фильтр, взаимодействующий с нагрузкой громкоговорителя. Как всегда, если сравнения не производятся с использованием методологии двойного слепого анализа и не являются статистически значимыми, тогда «результаты» не имеют значения и бессмысленны.
BTL — мостовая нагрузка
Это не класс усилителя , а метод использования двух усилителей (любого класса) для эффективного удвоения доступного напряжения питания.Почти все автомобильные аудиосистемы используют усилители BTL в головном устройстве, и каждый усилитель может выдавать около 18 Вт на 4 Ом при номинальном напряжении питания 12 В. Одиночный усилитель способен выдавать лишь немногим более 4 Вт при тех же условиях. Единственная причина, по которой здесь включен BTL, — развеять миф о том, что это класс операций.
Многие коммерческие усилители используют соединение BTL как обычно, в то время как другие (особенно профессиональное оборудование) предлагают BTL в качестве переключаемой опции для получения максимально возможной мощности (часто намного большей, чем любой известный громкоговоритель может фактически обработать без возможного (или даже немедленного) отказа.Базовая схема усилителя BTL показана ниже, в данном случае это пара таких же усилителей, которые были показаны на Рисунке 1 — Нагрузка индуктора класса А. Я использовал этот усилитель, потому что это маловероятно — исключительно для того, чтобы доказать свою точку зрения.
Рисунок 10 — BTL-соединение на основе усилителей класса A
Как уже объяснялось, использование катушки индуктивности дает размах напряжения почти в два раза превышающий напряжение питания. Размах напряжения от каждого усилителя составляет 56 В (19,8 В RMS), но при подключении мостом на выходе будет 39.6В RMS. Мощность на нагрузку 8 Ом составляет 196 Вт, но каждый усилитель видит эквивалентное сопротивление нагрузки, равное половине импеданса динамика. Если отдельные усилители рассчитаны только на нагрузку 8 Ом, то динамик должен быть 16 Ом, а мощность будет 98 Вт.
Здесь главное помнить, что BTL не относится к классу усилителей, его можно использовать с усилителями любого класса.
Список литературы
- Понимание классов усилителей — Дон Туйт, Electronic Design
- Официальный документ Crown Class-I
- Высокоэффективный усилитель мощности звука класса I с одним адаптивным источником питания — Vol.33, No. 9 Journal of Semiconductors, сентябрь 2012 г. (публикация на китайском языке)
- Двухпозиционный усилитель мощности с переходной обратной связью (US 3336538A) — Н. Кроухерст (1967)
- Общие сведения о рабочих «классах» усилителя — Электронный дизайн
Основной индекс Указатель статей
Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторскими правами © 2014.Воспроизведение или переиздание любыми средствами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с международными законами об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только для личного использования, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта. |
Страница создана в апреле 2014 г., все права защищены. / Обновлено в январе 2019 г. — включена дополнительная информация о классе D.
Классы и классификация усилителей и их применение
Раньше, до изобретения электронных усилителей, связанные угольные микрофоны использовались в качестве грубых усилителей в телефонных ретрансляторах. Первым электронным устройством, которое практически усиливает звук, была электронная лампа Audion, изобретенная Ли Де Форестом в 1906 году. Термин «усилитель» и «усиление» происходит от латинского слова «ampificare», означающего «расширять» или «увеличивать». Электронная лампа была единственным упрощающим устройством в течение 40 лет и доминировала в электронике до 1947 года.Когда на рынке появился первый BJT, он произвел еще одну революцию в электронике, и это первое портативное электронное устройство, такое как транзисторный радиоприемник, разработанное в 1954 году. В этой статье обсуждаются классы и классификация усилителей.
Что такое усилитель и классификация усилителей?
Просто усилители называются усилком. Усилитель — это электронное устройство, используемое для увеличения сигнала тока, напряжения и мощности. Функция усилителя заключается в использовании энергии от источника питания и большей высоте над уровнем моря, он управляет выходным сигналом с помощью входного сигнала.Усилитель модулирует выход из источника питания в зависимости от свойств входного сигнала. Усилитель полностью противоположен аттенюатору, если усилитель обеспечивает усиление, следовательно, аттенюатор обеспечивает потери. Усилитель также является дискретной частью электрической цепи, которая продолжается с другим устройством.
УсилительУсилитель используется во всем электронном оборудовании. Усилители можно разделить на разные типы. Первый — улучшением частоты электронного сигнала.Следующий — аудиоусилитель, который усиливает сигнал в диапазоне менее 20 кГц, а РЧ-усилитель усиливает радиочастотный диапазон от 20 кГц до 300 кГц. Последний — качество тока и усиление напряжения
Существуют различные типы усилителей, включая усилитель тока, усилитель напряжения или усилитель крутизны и усилитель сопротивления. В настоящее время большинство усилителей, используемых на рынке, являются транзисторами, но в некоторых приложениях также используются электронные лампы.
Классификация усилителей
Классификация усилителей представлена в следующем
- Входная и выходная переменная
- Общая клемма
- Односторонний и двусторонний
- Инвертирующий и неинвертирующий
- Метод межкаскадного соединения
- Диапазон частот
- Функция
Входная и выходная переменная
Электронный усилитель использует только одну переменную, то есть ток или напряжение.Это может быть ток или напряжение, может использоваться на входе или на выходе. Есть четыре типа усилителей, которые зависят от источника, используемого для линейного анализа.
Ввод | выход | Зависимый источник | Тип усилителя | Единицы усиления |
Я | Я | Источник тока с регулируемым током CCCS | Усилитель тока | Безразмерный |
Я | В | Источник напряжения с регулируемым током CCVS | Усилитель сопротивления трансмиссии | Ом |
В | Я | Источник тока с регулируемым напряжением VCCS | Усилитель проводимости Trans | Сименс |
В | В | Источник напряжения с регулируемым напряжением VCVS | Усилитель напряжения | Безразмерный |
Общая клемма
Классификация усилителя основана на выводе устройства, который является общим как для входной, так и для выходной цепи.В биполярном переходном транзисторе есть три класса, а именно. общий эмиттер, общая база и общий коллектор. В случае полевого транзистора он имеет соответствующие конфигурации, такие как общий исток, общий затвор и общий сток. Общий эмиттер чаще всего обеспечивает усиление напряжения, приложенного между базой и эмиттером. Входной сигнал между коллектором и эмиттером инвертирован относительно входа. Схема с общим коллектором называется эмиттерным повторителем, истоковым повторителем и катодным повторителем.
Односторонний и двусторонний
Усилитель, на выходе которого нет обратной связи со стороны входа, называется односторонним. Односторонний усилитель входного импеданса не зависит от нагрузки, а выходное сопротивление не зависит от импеданса источника сигнала.
Усилитель, который использует обратную связь для соединения части выхода обратно со входом, называется двусторонним усилителем. Входное сопротивление двустороннего усилителя зависит от нагрузки и выходного сопротивления источника.Линейные односторонние и двусторонние усилители обозначены как двухпортовые сети.
Инвертирующий и не инвертирующий
В этой классификации усилитель использует соотношение фаз входного и выходного сигналов. Инвертирующий усилитель дает выход на 180 градусов, сдвинутый по фазе с входным сигналом.
Неинвертирующий усилитель поддерживает фазу формы волны входного сигнала, а эмиттер — неинвертирующий усилитель. Повторитель напряжения называется неинвертирующим усилителем и имеет единичное усиление.
Метод межкаскадной муфты
Этот тип усилителя классифицируется по методу объединения сигнала на входе, выходе и между каскадами. В усилителе межкаскадной связи используются разные методы.
- Усилитель резистивно-емкостной связи
- Усилитель индуктивно-емкостной связи
- Усилитель трансформированной связи
- Усилитель с прямой связью
Классы усилителей
В следующем
упоминаются разные типы усилителей.- Усилитель класса A
- Усилитель класса B
- Усилитель класса C
- Усилитель класса D
- Усилитель класса AB
- Усилитель класса F
- Усилитель класса S
- Усилитель класса R
Усилитель класса A
Усилители класса A представляют собой усилители простой конструкции, и этот усилитель является наиболее часто используемыми усилителями.По сути, усилители класса А являются лучшими усилителями класса из-за их низкого уровня искажений. Этот усилитель является лучшим в звуковой аудиосистеме, и в большинстве звуковых систем используется усилитель класса А. Усилители класса A образованы устройствами выходного каскада, которые смещены для работы класса A. По сравнению с усилителями других классов, усилитель класса A имеет самую высокую линейность.
Усилитель класса AЧтобы получить высокую линейность и усиление в усилителе класса A, выход усилителя класса A должен быть постоянно включен.Следовательно, усилитель считается усилителем класса А. Идеальный ток нулевого сигнала в выходном каскаде должен быть равен или превышать максимальный ток нагрузки, необходимый для получения большего количества сигнала.
Преимущества
- Устраняет нелинейные искажения
- Имеет низкую пульсацию напряжения
- Не требует частотной компенсации
- Нет перекрестных и коммутационных перекосов
- Усилитель напряжения и тока с низким уровнем гармонических искажений
Недостатки
- Трансформаторы, используемые в этом усилителе, большие и дорогие.
- Требование двух одинаковых транзисторов
Усилитель класса B
Усилители класса B представляют собой положительную и отрицательную половины сигналов, которые распределяются между различными частями цепей, а выходное устройство постоянно включается и выключается.Базовые усилители класса B используются в двух дополнительных транзисторах, которые являются полевыми транзисторами и биполярными. Эти два транзистора каждой половины формы сигнала со своим выходом имеют конфигурацию двухтактного типа. Следовательно, каждый усилитель только половина формы выходного сигнала.
Усилитель класса BВ усилителе класса B, если входной сигнал положительный, то транзистор с положительным смещением проводит, а отрицательный транзистор отключается. Если входной сигнал отрицательный, то положительный транзистор выключается, а транзистор с отрицательным смещением включается.Следовательно, транзистор проводит половину времени, что бы это ни было как положительный или отрицательный полупериод входного сигнала.
Преимущества
- Некоторое количество искажений в цепи дает больший выход на одно устройство из-за отсутствия четных гармоник
- Использование двухтактной системы в усилителе класса B устраняет четную гармонику
Недостатки
- В усилителе класса B высокие гармонические искажения
- В этом усилителе нет необходимости в самосмещении
Приложения
- Усилители класса В используются в недорогой конструкции
- Этот усилитель более значим, чем усилитель класса А
- Усилитель класса B страдает от сильных искажений при низком уровне сигнала
Усилитель класса AB
Класс AB — это комбинация усилителя класса A и класса B.Усилители класса AB обычно используются в усилителях мощности звука. Как видно из диаграммы, два транзистора имеют небольшое напряжение, которое составляет от 5 до 10% тока покоя, и смещение транзистора чуть выше точки отсечки. Тогда устройство может быть на полевом транзисторе или биполярное устройство будет включено больше половины цикла, но меньше одного полного цикла входного сигнала. Следовательно, в конструкции усилителя класса AB каждый из двухтактных транзисторов проводит немного больше, чем полупериод проводимости в классе B, но намного меньше, чем полный цикл проводимости класса A.
Усилитель класса ABУгол проводимости усилителя класса AB находится в пределах от 1800 до 3600, что зависит от точки смещения. Преимущество небольшого напряжения смещения состоит в том, что оно дает последовательное сопротивление и диод.
Преимущества
- Класс AB имеет линейное поведение
- Конструкция этого усилителя очень проста
- Искажения данного усилителя менее 0,1%
- Качество звука у этого звука очень высокое
Недостатки
- Рассеиваемая мощность этого усилителя выделяет тепло и требует большого радиатора
- Этот усилитель имеет низкий КПД и средний КПД менее 50%.
Приложения
Усилители класса AB используются в Hi-Fi системах.
Усилитель класса C
Конструкция усилителя класса C имеет высокий КПД и плохую линейность. В предыдущих усилителях мы обсуждали классы A, B и AB — это линейные усилители. Усилитель класса C имеет сильное смещение, поэтому выходной ток равен нулю более чем для половины входного сигнала, а транзистор работает на холостом ходу в точке отсечки. Из-за серьезных искажений звука усилители класса C представляют собой высокочастотные синусоидальные колебания.
Усилитель класса CПреимущества
- КПД усилителя класса C высокий
- В усилителе класса C физические габариты малы для данной выходной мощности
Недостатки
- Линейность усилителя класса C низкая
- Усилители класса C не используются в усилителях звука
- Уменьшен динамический диапазон усилителя класса c
- Усилитель класса C будет производить больше ВЧ-интерфейсов
Приложения
Этот усилитель используется в усилителях РЧ
.Усилитель класса D
Усилитель класса D — это усилители с нелинейной коммутацией или усилители с ШИМ.Этот усилитель может достичь 100% эффективности теоретически, и в течение цикла нет периода. Формы сигналов напряжения и тока перекрываются, ток выводится только с помощью транзистора, который находится в состоянии ВКЛ. Эти усилители также называются цифровыми усилителями.
Усилитель класса DПреимущества
- Усилитель класса D имеет КПД более 90%
- В усилителях класса D низкая рассеиваемая мощность
Недостатки
Конструкция усилителя класса D сложнее, чем у усилителя класса AB.
Приложения
- Этот усилитель используется в звуковых картах мобильных устройств и персональных компьютеров
- Эти усилители используются в автомобильных усилителях аудиосистемы сабвуфера.
- В настоящее время в большинстве приложений используются эти усилители.
Усилитель класса F
Усилители F используются для увеличения эффективности и вывода гармонических резонаторов в форме выходной цепи и для формирования формы выходного сигнала в виде прямоугольной волны.Усилители класса F имеют КПД более 90% при использовании бесконечной настройки гармоник.
Усилитель класса FУсилитель класса S
Усилители класса S работают аналогично усилителям класса D. Эти усилители представляют собой усилители с нелинейным переключением режимов. Он преобразует аналоговые входные сигналы в цифровые прямоугольные импульсы с использованием дельта-сигма модуляции. Он усиливает их, чтобы увеличить выходную мощность с помощью полосового фильтра. Цифровой сигнал коммутирующего усилителя полностью находится в состоянии ВКЛ или ВЫКЛ, а его КПД может достигать 100%.
Усилитель класса SУсилитель класса T
Усилители класса Т спроектированы как усилители с цифровой коммутацией. В настоящее время эти усилители стали более популярными в качестве звуковых усилителей из-за расширения микросхемы DSP и многоканального усилителя звука. Этот усилитель преобразует сигнал из аналогового сигнала в сигнал с цифровой широтно-импульсной модуляцией, а усиление увеличивает эффективность усилителей. Усилители класса T представляют собой комбинацию сигнала с низким уровнем искажений усилителя класса AB, а другой — эффективность усилителя класса D.
Усилитель класса TУсилитель класса G
Усовершенствование усилителя класса G является основой усилителя класса AB. Усилитель класса G используется в нескольких шинах питания разного напряжения. Автоматически переключается между шинами питания при изменении входного сигнала. Переключение контактов снижает среднее энергопотребление, следовательно, потери мощности вызваны потерянным теплом. На приведенной ниже принципиальной схеме показан усилитель класса G.
Усилитель класса GВ этой статье описывается классификация усилителей.Кроме того, любые запросы, вы чувствуете, что что-то упущено, вы хотите знать любую информацию по какой-либо конкретной теме, пожалуйста, дайте мне знать, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Каковы функции разных типов усилителей?
Фото:
успешно пройдены лабораторными работами, оставив класс A — успешно пройдены лабораторные работы
Измерители на наших усилителях разные. Они отражают потребление тока усилителем, и когда усилитель работает, они не опускаются до нуля, как измерители на других усилителях.Это связано с тем, что потребление электрического тока в наших цепях всегда имеет довольно высокое значение — свойство, называемое смещением. Ток смещения проходит через усилители с минимальным значением, определяющим класс работы
— класс B, класс AB или класс A.
Класс B не имеет тока смещения, класс AB имеет умеренный ток смещения, а класс A имеет высокий ток смещения. Двухтактные усилители класса AB представляют собой гибриды между классом B и классом A. Класс AB работает с классом A на низких уровнях мощности и становится усилителем класса B при выходных токах, определяемых смещением.
В течение нескольких лет Pass Labs определяла номинальную мощность, при которой наши усилители выходят из двухтактного режима работы класса A при нагрузке 8 Ом.
Вот текущее резюме этой информации:
У нас много вопросов по этому поводу. Типичное электронное письмо гласит: «Я не могу спать по ночам — я все время беспокоюсь о том, где мой усилитель перестанет соответствовать классу А. Когда я слушаю свою систему, мне кажется, что я слышу Klunk как особую часть усилителя класса А. и из!»
Во-первых, нет специальной схемы класса A, которая включается и выключается, и в этом отношении, конечно, нет Klunk.Есть только двухтактный выходной каскад усилителя, который работает при постоянном токе холостого хода, известном как смещение. В этом отношении наши усилители мощности похожи на другие усилители, представленные на рынке. Подавляющее большинство усилителей — двухтактные с определенным током смещения.
Двухтактные усилителиобычно работают в режиме класса A до точки, когда выходной ток в два раза превышает значение тока смещения. В области класса A обе половины схемы совместно используют сигнал одновременно.Кроме того, сигнал обрабатывается только положительной (+) половиной усилителя или натяжной (-) половиной.
Давайте рассмотрим это подробнее. Упрощенная схема такого выходного каскада выглядит так:
Здесь мы видим два силовых транзистора, работающих как «повторители», где выходное напряжение равно входному напряжению. Q1 подключен к положительному источнику питания, а Q2 подключен к отрицательному источнику питания. Обычно общий выход этих двух транзисторов подключается к громкоговорителю.Когда входное напряжение положительное, равно как и выходное напряжение, и мы будем смотреть на Q1 для подачи тока на громкоговоритель от положительного источника питания. Когда входное напряжение отрицательное, мы обращаем внимание на Q2 для подачи тока на громкоговоритель от отрицательного источника питания.
Аудиосигнал имеет как положительную, так и отрицательную составляющие напряжения, и мы увидим точку при нулевом напряжении, где встречаются две половины. К сожалению, все известные нам устройства усиления имеют серьезную нелинейность (искажение) около нуля, и это дает нам очень плохой переход от Q1 к Q2 и наоборот.
Решением для этого является подача некоторого холостого тока в схему с помощью механизма источника напряжения смещения, который вы видите на рис. 1. Это напряжение установлено так, что в режиме ожидания ток течет через Q1 и Q2 в равной степени от источника V + к источнику V- и создает более линейную область в точке кроссовера.
Если это неясно, возможно, поможет аналогия: представьте, что два транзистора участвуют в эстафетной гонке, а сигнал — это дубинка, которую они несут. В настоящей эстафете бегун, получивший жезл, начинает бежать до передачи, которая выполняется бегунами на скорости.Бегуны, которые передают эстафету в упор, окажутся в очень невыгодном положении.
Так обстоит дело с двухтактными силовыми транзисторами. Чем выше смещение, тем плавнее и плавнее переход.
Ключевым моментом является величина тока смещения. Рисунок 2 показывает это с точки зрения
Q1.
На рис. 2а показан Q1, проводящий ток на положительной половине сигнала и испытывающий резкую отсечку, когда сигнал становится отрицательным. 2b показано влияние небольшого тока смещения класса AB — ток имеет плавную отсечку с меньшими искажениями.2c показывает достаточное смещение, чтобы удерживать транзистор в области класса A, где он всегда проводит ток и имеет еще меньше искажений.
Более высокое смещение не просто перемещает переход класса A на более высокую землю — оно оказывает глубокое влияние на усилитель на всех уровнях мощности. Он снижает искажения как на низких, так и на высоких уровнях, что видно на кривых зависимости искажения от мощности для усилителя с смещением, установленным на разных уровнях.
На рис. 3 мы видим искажение выходного каскада, работающего без обратной связи, управляющего сопротивлением 8 Ом от 0.От 10 Вт до 20 Вт. Верхняя кривая с наибольшим искажением имеет смещение 0,016 ампер. Следующее значение ниже 0,08 А, за ним следуют 0,16 А, 0,32 А, 0,64 А, 1,28 А и самая низкая кривая искажений при 2,56 А. Мы ясно видим, что более высокое смещение снижает искажения на всех уровнях мощности и что искажение обратно пропорционально току смещения.
Дело не только в том, что число искажений ниже, но и в улучшении характеристик искажения с точки зрения отношения гармоник более низкого порядка (2-я и 3-я) к гармоникам более высокого порядка (4-я, 5-я, 6-я и т. Д.)
На рисунке 4A показано искажение на уровне 1 Вт при смещении выходного каскада на 0.08 ампер. Слева вы можете увидеть форму сигнала синим цветом и кривую искажения красным цветом. Измерение искажений составляет 0,67%, и вы можете увидеть распределение гармоник справа, где видны гармоники со 2-й по 10-ю.
На рис. 4B показаны те же испытательная и выходная схема, но с повышенным в 4 раза значением смещения — 0,32 ампера. Суммарное искажение упало до 0,11%, но, что более интересно, высшие гармоники были резко уменьшены, оставив доминирующую гармонику 2-го порядка.
При четырехкратном увеличении смещения на рис. 4C, продолжает падать до 0,004% (помните, это без отрицательной обратной связи), не оставляя ничего, на что можно было бы смотреть на нашей форме сигнала искажения, и только 2-ю и 3-ю гармоники в спектральном анализе.
Преимущества высокого тока смещения выходят за рамки простых измерений гармонических искажений — вы также получаете уменьшение интермодуляционных искажений (что, возможно, более важно) и более низкий, более стабильный выходной импеданс. Как следствие, тяжелое оборудование, необходимое для поддержки работы класса A, будет демонстрировать лучшую термическую стабильность и обеспечивать лучшую производительность при сложных нагрузках.
Так в чем же обратная сторона работы с большим смещением? В двух словах: низкая эффективность.
Для данной схемы усилителя рассеяние на холостом ходу пропорционально току смещения. Двойной ток смещения дает вдвое больше тепла. Обычно это также означает вдвое больше оборудования и вдвое больший вес.
Многие продукты, представленные на рынке, потребляют мощность в холостом режиме, составляющую небольшую часть номинальной мощности. Канал усилителя мощностью 150 Вт класса AB со смещением 0,1 А будет работать в режиме ожидания примерно при 10 Вт.Напротив, канал X150.5 имеет такую же номинальную мощность, но в холостом режиме он составляет около 100 Вт. Высокая производительность X150.5 имеет свою цену.
До сих пор мы говорили только о двухтактном смещении класса А. Применяются ли эффекты высокого смещения также к несимметричному смещению класса A? Да, но немного по-другому.
Несимметричное смещение класса A — это когда один каскад усиления работает против некоторого разнообразия источников тока, по сравнению с двухтактным классом A, где два дополнительных каскада работают против друг друга.Несимметричный класс A часто рассматривается пуристами как «король класса A», потому что он обеспечивает самый низкий порядок гармонических искажений, 2-ю гармонику, вместо 3-й гармоники двухтактной.
Это также наименее эффективная конфигурация класса A с показателем эффективности порядка 20%, иногда меньше. Ограничение несимметричного режима работы класса A состоит в том, что пиковый выходной ток ограничен значением тока смещения. Для сравнения, двухтактный класс A может обеспечивать вдвое больший ток смещения, чем пиковый выход в классе A, и, как правило, намного больше, чем в классе AB
.В 1991 году компания Pass Labs разработала топологию гибридного класса, в которой параллельно двухтактному выходному каскаду класса A был подключен источник тока, который смещал его в несимметричный класс A.Усилитель Aleph 0 работал как несимметричный усилитель класса A с выходной мощностью 75 Вт на 8 Ом, а при токах выше этого он продолжал подавать ток как двухтактная схема класса A.
Впоследствии в усилителях серии X мы сохранили небольшое количество несимметричного смещения класса A на нашем выходном каскаде как средство управления величиной и характером искажений на самых низких уровнях мощности — это важнейший первый ватт.
Установив значение и направление несимметричного тока смещения в двухтактном силовом каскаде, вы можете уменьшить искажения, отменив природу второй гармоники несовершенных половин Q1 и Q2, или вы можете произвольно выбрать желаемое соотношение секунд к третья гармоника в зависимости от субъективной оценки получаемого звука.На рисунке 5 показан простой пример такой схемы.
Мы применяем несимметричное смещение класса A примерно на 10% от двухтактного смещения класса A. Этого достаточно для повышения производительности примерно на 1 Вт и ниже. На рис. 6 показаны искажения плюс шум (опять же без обратной связи) выходного каскада из предыдущего примера с двухтактным смещением 2,56 А, а также добавленным несимметричным смещением 0,5 А. Вы можете увидеть улучшение искажений примерно в 2 раза в области низкой мощности. Ниже 0,5 Вт вы также можете увидеть одинаковый шум в обеих схемах.
Как и все решения смещения, величина несимметричного смещения и двухтактного смещения является балансом между производительностью и эффективностью. Смещение обычно устанавливается на уровне, соответствующем теплоотдаче оборудования. В Pass Labs смещение установлено на значение, при котором теплоотводы поднимаются на 25–30 ° C выше температуры окружающей среды. В результате получается радиатор, на который можно положить руку примерно 10 секунд.
На практике это означает, что наши усилители X (класса AB) смещены для рассеивания примерно половины своей номинальной выходной мощности.Усилители XA (класс A) смещены для рассеивания примерно в три раза превышающей номинальную выходную мощность.
Весь смысл этой проблемы — создать усилитель, который звучит как можно лучше. Мы обнаружили, что это достигается за счет создания простого усилителя, который по своей сути не содержит искажений. Это зависит от большой предвзятости.
Измерения помогают проиллюстрировать различия между подходами к проектированию, но они, конечно, не последнее слово в аудио.Если бы это было так, то многие другие подходы звучали бы так же хорошо или лучше.
Вы, конечно, можете представить себе усилитель, который работает с низким током смещения, но имеет необходимое количество отрицательной обратной связи и / или сложность схемы, чтобы гарантировать, что он также измеряет. Вообще-то не нужно — такие усилители продаются.
Они лучше звучат? Мы так не думаем. Наши счетчики не до нуля.
© 2008 Нельсон Пасс
Что такое усилитель класса AB? Давайте разберемся! — Звук штампа
В чудесном мире усилителей доступно так много возможностей.В этой статье я расскажу о различиях между разными классами усилителей.
Усилитель класса AB или класса A / B представляет собой комбинацию конструкции и технологии усилителя класса A и класса B, которая имеет преимущества обоих, но не имеет недостатков. Усилители класса AB имеют низкие искажения по сравнению с устройствами класса B и более эффективны, чем усилители класса A.
Задача усилителя состоит в том, чтобы усилить сигналы, полученные от предусилителя, практически без искажений, добавленных к сигналу.
Вы увидите «класс усилителя», упомянутый в названии продукта или в спецификации.Это обозначает топологию (функцию) усилителя. Это не просто система маркировки или выставления оценок.
«Класс усилителя» относится к конструкции усилителя и обозначается буквой или двумя, такими как Class A, Class B, Class A / B, и так далее. Хотя существует множество типов конструкций и классов, классы A, A / B и D являются наиболее часто встречающимися типами в бытовом домашнем аудиооборудовании.
У каждого класса есть свои преимущества и недостатки, и в этом посте мы рассмотрим усилители класса A / B вместе с кратким обзором других классов и их сравнения.
Усилители A / B: схемы, звуки и применение
Усилителикласса A имеют отличное усиление, но их эффективность составляет менее 50%, т. Е. Преобразование источника питания переменного тока в выходное напряжение переменного тока плохое. Усилители класса B имеют гораздо лучший КПД (от 70 до 75%), но они склонны к искажению выходного сигнала.
Хороший усилитель должен обладать обеими этими характеристиками без минусов. С этой целью усилители класса A / B были разработаны, чтобы устранить недостатки своих предшественников, объединив их характеристики для обеспечения большей эффективности (преобразование постоянного тока в переменное) и относительно меньшего искажения.
Проще говоря, для слабого сигнала усилитель класса AB будет действовать как усилитель класса A, и оба транзистора будут активны. В то время как для больших сигналов они действуют как усилители класса B, используя только один транзистор для половины формы волны.
Они достигают последнего с помощью двух транзисторов, которые были предварительно смещены в выходном каскаде усилителя, чтобы проводить между 180 o и 360 o входного сигнала, который зависит от величины выходного тока и вышеупомянутой предварительной -смещение.
Класс усилителя: что это значит?
Классы усилителей— это «рабочие классы», которые не являются просто системой маркировки.
Это номенклатура, которая представляет систему или схему и смещение устройств / транзисторов. Обозначение класса было предназначено для обозначения линейности по сравнению с эффективностью и когда новый класс был представлен на рынке. Классы усилителей разделены на 2 группы:
- a) Обычные или традиционные усилители с углом проводимости, такие как Class A, B и AB
- б) Современные «переключающие» усилители, такие как Класс D, F, G и т. Д.
В новых усилителях (класса D и выше) используются цифровые схемы наряду с технологией ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Это означает, что они постоянно переключают сигнал между включением и выключением. Однако классы A, B и AB являются наиболее часто используемыми типами в усилителях звука, и мы рассмотрим их более подробно.
Посмотрите это отличное видео от PS Audio, в котором обсуждаются усилители класса AB.
Усилитель
класса A: обзор
Усилителикласса A (также называемые несимметричными усилителями) являются простейшими из всех типов усилителей.
Они являются «несимметричными» в отличие от двухтактных аналогов класса –AB и –B. В них используются постоянно включенные выходные транзисторы, которые никогда не выключаются независимо от формы выходного сигнала. Это означает, что усилитель проводит ток во всем диапазоне входного цикла.
Это вызывает особую особенность усилителей класса A, заключающуюся в том, что они очень сильно нагреваются. Это означает, что они рассеивают много тепла (энергии), что приводит к потере мощности. Несмотря на то, что они имеют низкий КПД и в основном малый выход, их ценят за высокую линейность звука, поскольку они используют 100% входного сигнала.
В данном контексте линейность — это способность усилителя воспроизводить точные копии входного сигнала.
Усилители класса A известны своими кремовыми средними частотами и отличной детализацией. Однако они не используются в коммерческих целях из-за недостаточной мощности. К тому же они, как правило, дороги. Однако есть определенные типы / стили / жанры музыки, где они могут быть актуальными и предпочтительными.
Усилителикласса A были популярны и распространены в конструкциях гитарных усилителей 1940-х и 50-х годов.
Это была эпоха Vox AC4 и Fender Champ. Gibson Gibsonette, популярный усилитель класса А конца 50-х, популярен на винтажном рынке. Он высоко ценится коллекционерами гитар и аудиофилами за его ранний распад и винтажный тон.
Другие новые модели и инновационные разработки, хотя и не так популярны, все еще доступны на текущем рынке. Reisong A10 EL34 — хороший пример для домашнего использования. Douk U3 также является популярным усилителем Hi-Fi для наушников, который популярен для домашнего использования.
Ознакомьтесь с популярным Reisong A10 EL34 здесь, на Amazon.
Усилителькласса B: обзор
Усилители класса B также известны как двухтактные усилители, потому что они имеют два устройства (транзисторы), каждое из которых смещено, чтобы проводить в течение половины периода волны. Проще говоря, усилитель двух согласующих транзисторов проводит входной сигнал на 180 градусов цикла в двухтактном цикле непрерывного тока нагрузки.
Обычно, если бы в конструкции был только один элемент (например, усилитель класса A), это вызвало бы слишком сильные искажения.Эта конструкция превосходит класс A за счет более эффективного использования энергии и меньшего тепловыделения. Это означает, что они могут быть до 50% более эффективными, чем усилители класса А.
Вот почему эта конструкция была предпочтительнее усилителей класса A в коммерческих системах PA и мощных приложениях. К сожалению, они печально известны кроссоверным искажением и не идеальны для прослушивания аудио. На самом деле, в вы вряд ли найдете какое-либо устройство, которое является «усилителем чистого класса B».
Усилитель
класса D: обзор
Люди часто ошибочно принимают усилители класса D за цифровые усилители, хотя это лишь следующий алфавит в серии разработок. Если вам интересно, почему мы пропустили класс C, этот термин используется для неаудиоусилителей с приложениями в радиочастотных (RF) передатчиках.
В усилителяхкласса D используется импульсная модификация и несколько выходных устройств, которые всегда активны, даже когда усилитель находится в режиме ожидания. В них используются полевые МОП-транзисторы (полевой транзистор , металлический, оксид, , полевой, , , , ffect ) или вакуумные лампы, и в реальных приложениях они имеют КПД не менее 90%.
Их высокая энергоэффективность и малый вес делают их наиболее популярным типом усилителей мощности и сабвуферов в автомобилях.В последнее десятилетие они свергли усилители класса AB как самый популярный выбор усилителей для музыкальных инструментов
.Класс усилителя: Таблица сравнения:
Класс усилителя | Плюсы | Минусы | КПД |
Класс A | Кремовые средние частоты, без искажений | Очень неэффективно и выделяет много тепла | от 15% до 35% |
Класс B | Хороший КПД | Верность и искажения — проблема | 70% |
Класс A / B | Хорошая эффективность, дешево в изготовлении, устранимы искажения | Ничего особенного, кроме того, что они имеют более низкий КПД по сравнению с классом D | от 50% до 70% |
Класс D | Легкие агрегаты с отличной эффективностью | Качество зависит от нагрузки на динамик. | 90% или более |
Связанные вопросы: FAQ по классам усилителей
Чем наиболее известны усилители класса А?
Усилители класса A использовались в качестве тренировочных усилителей для студентов 50-х и 60-х годов.
Сегодня это коллекционные или «нишевые усилители», которые можно купить (подержанные или новые) за их отчетливые средне-богатые тона и высокую точность воспроизведения. Они стали популярными в гитарном мире в конце 80-х с появлением «бутик-усилителей», выпускаемых такими компаниями, как Matchless Amplifiers.
Какой усилитель лучше? Класс A, класс B или класс AB?Для большинства пользователей усилитель класса AB является самым дешевым, широко доступным и наиболее практичным вариантом.
Усилителикласса AB на 60% эффективнее, чем класса A, а также имеют низкий уровень шума по сравнению с классом B. Класс A может быть уместен в очень специфических приложениях, где качество передачи сигнала особенно важно.
Лучше ли усилители класса AB, чем усилители класса D?
Class D и Class AB — два наиболее распространенных класса на современном рынке.
Плюсы усилителей класса D в том, что они дешевы, легки и высокоэффективны. . Тем не менее, он не такой качественный, как усилитель класса A / B, даже несмотря на то, что маркетинговая шумиха вокруг усилителей класса D может сбить вас с толку, чтобы вы поверили в обратное.
Помимо упомянутых плюсов и минусов, я бы порекомендовал класс D для сабвуферов и класс AB для всех других целей.
Что делает усилитель отличным? На что обращать внимание при покупке усилителя?
Линейность, энергоэффективность и усиление сигнала — главные характеристики хорошего усилителя.
Однако одному классу усилителя очень сложно обеспечить лучшее из всех этих характеристик. В реальном мире вы увидите компромисс между ними, поэтому разные классы усилителей будут лучше подходить и практичнее в определенных ситуациях, то есть в зависимости от контекста.
Последние мысли:
Таким образом, усилитель класса AB, часто обозначаемый как класс A / B, представляет собой комбинацию конструкций класса A и класса B для создания третьего варианта, обладающего всеми преимуществами без каких-либо недостатков.
Тем не менее, важно отметить, что инженерия, дизайн и конструкция играют не менее важную роль в качестве усилителя, в то время как класс вторичен.
Во многих случаях, когда дело доходит до определенных применений усилителя, этот класс является спорным.
Например, усилитель класса A мощностью 500 Вт будет более полезен для обогрева комнаты, чем любое звуковое приложение. Различные классы могут играть небольшую роль, но они не влияют на качество звука. Основное различие проявится в эффективности (производительности), весе агрегата и стоимости.
Я написал статью, в которой обсуждаются различия между гитарными и клавишными усилителями. Вы можете прочитать это здесь.
Я надеюсь, что это устранит путаницу между классами усилителей.
Счастливого творчества!
Усилителькласса AB — SoundBridge
Что такое усилитель класса AB?Как следует из названия, усилитель класса AB представляет собой комбинацию усилителей типа «Class A» и «Class B». Классификация усилителя AB в настоящее время является одним из наиболее часто используемых типов конструкции усилителя мощности звука.Усилитель класса AB является разновидностью усилителя класса B. Однако оба устройства одновременно проводят вокруг точки пересечения сигналов. Это устраняет проблемы с кроссоверными искажениями предыдущего усилителя класса B.
Два транзистораДва транзистора имеют минимальное напряжение смещения, обычно от 5 до 10% от тока покоя для смещения транзисторов чуть выше точки отсечки. Тогда проводящее устройство, либо биполярное, либо полевой транзистор, будет «включено» более чем на половину цикла.Однако намного меньше, чем один полный цикл входного сигнала. Следовательно, в конструкции усилителя класса AB каждый из двухтактных транзисторов проводит чуть больше половины цикла проводимости в классе B. Однако намного меньше, чем полный цикл проводимости класса A. Другими словами, угол проводимости усилителя класса AB составляет где-то между 180o и 360o в зависимости от выбранной точки смещения, как показано.
Преимущество этого небольшого напряжения смещения состоит в том, что оно преодолевает искажение кроссовера, создаваемое характеристиками усилителя класса B.Ему также не хватает неэффективности конструкции усилителя класса А. Таким образом, усилитель класса AB является хорошим компромиссом между классом A и классом B с точки зрения эффективности и линейности. Эффективность преобразования достигает от 50% до 60%.
Преодоление перекрестных искаженийАльтернативный подход к преодолению перекрестных искажений — использование усилителя AB. Усилитель класса AB использует промежуточный угол проводимости как классов A, так и B.Таким образом; мы можем видеть свойство усилителя как класса A, так и класса B в этой топологии усилителя класса AB. Как и класс B, он имеет ту же конфигурацию с двумя активными устройствами, которые проводят половину цикла индивидуально. Тем не менее, каждое устройство смещено по-разному, поэтому они не выключаются полностью в момент непригодности (момент перехода). Каждое устройство не покидает проводимость сразу после завершения половины синусоидальной формы волны. Вместо этого они проводят небольшой ввод в течение другого полупериода.Этот метод смещения резко снижает рассогласование кроссовера во время мертвой зоны.
Однако в этой конфигурации эффективность снижается из-за нарушения линейности устройств. КПД по-прежнему превышает КПД типичного усилителя класса А. Но это меньше, чем у системы усилителя класса B. Также диоды должны иметь одинаковый номинал. Более того, они должны быть как можно ближе к устройству вывода. В некоторых схемах конструкторы обычно добавляют резистор небольшого номинала.