Классы автомобильного усилителя — gadgetshelp,com

Все усилители мощности выполняют по существу одну и ту же функцию и работают по одним и тем же базовым принципам, но это не означает, что все  классы автомобильных усилителей созданы одинаковыми. Некоторые усилители лучше подходят для конкретных целей, чем другие, и самый простой способ определить, какой тип вам нужен, — взглянуть на класс. Каждый класс обозначается буквой алфавита и довольно четко обозначен, хотя существуют также комбинации и гибриды, которые включают характеристики более чем одного класса.

Руководитель класса

Валентинруссанов / E + / Getty Images

На самом базовом уровне есть только два типа усилителей мощности: аналоговые усилители и переключающие усилители. Эти основные типы далее разбиты на более десятка классов с буквами. Некоторые из этих классов, такие как T и Z, являются запатентованными, товарными знаками, а другие, такие как A и B, выпускаются различными производителями.

Из всех различных классов усилителей в автомобильных аудиосистемах обычно используются только четыре, и один из них представляет собой комбинированный тип. Эти четыре класса усилителей A, B, AB и D.

Сравнительная таблица классов усилителей

	Pros	Cons
Класс А	Чистый вывод, высокая точность и низкий уровень искажений.	Большой размер и создает много тепла.
Класс б	Эффективен, имеет меньшие размеры и создает меньше тепла.	Снижение качества звука и потенциальное искажение сигнала.
Класс A / B	Более эффективен, чем класс А, и меньше искажений, чем класс В.	Менее эффективен, чем класс B, и больше искажений, чем класс A.
Класс D	Чрезвычайно эффективный.	Искажение на высоких частотах .

 

Автомобильные усилители класса A

По определению усилители класса А «всегда включены». Эти усилители сгруппированы вместе из-за того, что они используют внутреннюю схему, которая рассчитана на то, чтобы ток всегда проходил через выходные транзисторы . Этот базовый дизайн имеет как преимущества, так и недостатки, которые делают усилители класса A хорошо подходящими для одних приложений и плохо подходящими для других. Самая большая проблема, когда дело доходит до усилителей класса А в автомобильных стереосистемах, это размер.

Автомобильные усилители класса B

В отличие от усилителей класса А, усилители мощности класса В коммутируются. Это означает, что они используют внутреннюю схему, которая позволяет им эффективно «отключать» свои выходные транзисторы, когда отсутствует звуковой сигнал для усиления. Это приводит к значительному повышению эффективности, что делает усилители класса B хорошо подходящими для автомобильных аудиоприложений , но при этом также снижает точность воспроизведения звука.

Автомобильные усилители класса AB

Эти усилители фактически являются гибридом традиционных классов усилителей A и B. Хотя их транзисторы всегда протекают через них, они используют схемы, которые способны уменьшить величину тока, когда сигнал отсутствует. Это приводит к гораздо более высокой степени эффективности, чем у усилителей чистого класса A, без таких искажений, как у усилителей класса B. Благодаря этим преимуществам усилители мощности класса AB являются наиболее часто используемыми усилителями полного диапазона в автомобильных аудиосистемах.

Автомобильные усилители класса D

Усилители классов A, B и AB являются примерами классов аналоговых усилителей, что делает класс D единственным «переключаемым» классом усилителей, обычно используемым в автомобильных аудиосистемах. В отличие от классов A, B и AB, усилители класса D работают за счет быстрого включения и отключения тока на их транзисторах. Это эффективно создает переключаемый или импульсный выходной сигнал, который отображается на аналоговый входной сигнал.

Несмотря на то, что автомобильные усилители класса D чрезвычайно эффективны, метод переключения / пульсации приводит к определенным искажениям на высоких частотах. Это часто устраняется с помощью фильтра нижних частот, поскольку более низкие частоты не страдают от того же искажения. Многие монофонические усилители сабвуфера относятся к классу D, но преимущества в размере и мощности делают их одним из наиболее популярных классов усилителей для широкополосных динамиков .

За пределами A, B и D

Большинство автомобильных аудио усилителей либо A / B, либо D, но также доступны варианты этих двух основных типов. Эти другие классы усилителей обычно выбирают характеристики из основных типов усилителей в попытке повысить производительность, не жертвуя при этом взамен.

Например, аналогично тому, как усилители AB сочетают в себе конструкции A и B, усилители класса BD спроектированы так, чтобы предлагать меньше искажений на высоких частотах, чем усилители класса D, с большей эффективностью, которую вы ожидаете от класса B.

Какой класс усилителя выбрать?

С появлением усилителей bD, GH и других типов выбор подходящего класса может показаться намного сложнее, чем когда-либо прежде. Если вы просто хотите получить хороший звук, не вдаваясь в слишком глубокие, основное эмпирическое правило заключается в том, что усилители A / B лучше всего подходят для широкополосных и большинства компонентных колонок, тогда как усилители класса D лучше подходят для управления сабвуферами. Вы можете сделать это намного сложнее, чем это, если хотите, но придерживаясь этого базового плана, вы попадете на правильный путь.

Усилители

• Главная
• Комфорт
• Усилители

Комфорт

Выберите бренд

• Комфорт
• Безопасность

Сортировать по:

по популярности

• по популярности
• по бренду
• по названию
• по цене

Ничего не найдено

Для многих основным элементом звуковой системы является, пожалуй, именно автомобильный усилитель. Принцип его работы – усиление напряжения и тока сигнала до уровня, необходимого для нормального функционирования динамиков.

Разновидности усилителей

Усилители разделяются по количеству каналов: двух- или трехканальные рассчитаны на поддержку сабвуфера или колонок, могут работать в мост (это важно для сабвуфера), некоторые модели таких усилителей поддерживают расширенную регулировку при работе с сабвуфером, например, фильтр инфранизкой частоты или плавное усиление басов; четырехканальные – выполняют те же функции, ключевым отличием является возможность работы в tri-mode, то есть подключение 2 стереосистем и 1 моно к одному стереофоническому выходу, а также возможность использования второй пары линейного входа через выход первой пары; пятиканальные – аналог 4-канальных с отдельным пятым каналом для сабвуфера; моноблоки – многомощные басовые усилители. 

Кроме того, классификация автомобильных усилителей происходит в зависимости от уровня искажения выходного сигнала и КПД устройства.

Усилители А-класса отличаются наиболее чистым сигналом, но их КПД в среднем составляет 20%, то есть большая часть мощности теряется в электроцепях. Поэтому в автомобилях этот класс применяется не часто – дорого и маломощно. В-класс эффективнее по мощности, но сильно проигрывает в чистоте звука. Он также почти не применяется в автомобильной акустике – из-за искажений сигнала. С-класс усилителей отличается самым высоким КПД (75%), но при этом сигнал также сильно искажается, что мешает применить его в Hi-Fi-системах. Усредненные параметры усилителей класса А/В делают приборы оптимальными и наиболее распространенными. Менее востребованы в связи с высокой стоимостью усилители D-класса, которые обладают возможностями цифровой обработки сигнала, а также высоким КПД и низкими искажениями. 

Как выбрать?

Обратите внимание при выборе усилителя на некоторые основные параметры. 

THD – коэффициент гармонических искажений – показывает, насколько будет искажен звуковой сигнал, который пройдет через блоки усилителя. Для нескольких частотных диапазонов в спецификации указывается несколько THD. Звук будет тем чище, чем меньшим будет процент THD.

Stereo Separation – разделение каналов – показывает изолированность каналов усилителя один от другого. Измеряется этот показатель в децибелах, чем он выше, тем усилитель лучше. 

Damping Factor – демпфирующий фактор – показывает, насколько большую инерцию мембраны, генерирующей в обмотках обратный электроток, можно погасить, делая звук чище. 

Обратите внимание на систему регулировки усилителя, есть ли встроенные входы и фильтры. Фильтры напрямую влияют на чистоту сигнала. В простейших усилителях их может не быть или может быть встроен внешний фильтр – кроссовер. Усилители среднего класса оснащаются фильтрами без регулировок. В спецификации в герцах показываются частоты фильтров низких и высоких частот, а также крутизна среза фильтра – именно он показывает, насколько ослабится сигнал в выбранном диапазоне частот.

 

Классы усилителей

---

Усилители — класс эксплуатации

В большинстве мобильных усилителей для управления динамиками используются комплементарные пары транзисторов. В этой конфигурации есть транзистор (или группа транзисторов), который проводит ток от положительного напряжения источника питания для положительной половины звуковой волны, и другой транзистор (или группа транзисторов), который проводит ток от отрицательного напряжения питания для отрицательная половина сигнала. Есть некоторые усилители, которые используют один и тот же транзистор (транзисторы) для управления как положительной, так и отрицательной половинами сигнала.

ПРИМЕЧАНИЕ. Усилители
классов A, B и AB работают на своих выходных транзисторах в «линейном» режиме. Усилители класса «D» управляют своими выходами в режиме «переключателя».

---

Режимы работы усилителя

Линейный режим:
Представьте, что вы являетесь выходным устройством (устройствами) усилителя и должны выдерживать 10-фунтовый железный вес (нагрузка на динамик). Самый сложный метод (линейный режим) — держать вес прямо перед собой. Это очень грубо имитирует архитектуру линейного режима.

Ваши мышцы начнут болеть через короткий промежуток времени. Думайте об этой боли как о рассеиваемой мощности на выходных транзисторах.

Режим переключения:
В этом примере вы можете поддерживать вес в одном из двух положений. В первом положении вы можете держать утюг прямо над головой, зафиксировав локти, так что вы не прилагаете особых усилий для поддержания веса. Во втором положении вы позволили бы весу свисать сбоку. Это также потребует очень мало усилий от ваших мышц. Если вы держите его прямо над головой половину времени, а другую половину времени рядом с собой, его положение будет «в среднем» таким же, как если бы вы держали его прямо перед собой, как в предыдущем примере. (линейный режим) пример. Это примерно имитирует режим переключения, который мы обсудим позже на этой странице. Вы можете видеть, что с этим методом (режим переключения) также будет небольшая боль (рассеивание мощности), связанная с поддержанием веса.

---

Классы усилителей

КЛАСС ‘A’:
Многие усилители класса A используют одни и те же транзисторы для воспроизведения верхней и нижней половин звуковой волны.

В этой конфигурации через выходной транзистор (транзисторы) всегда протекает ток, даже если он не имеет звукового сигнала (выходные транзисторы никогда не «выключаются»). Ток, протекающий через него, является постоянным. Усилитель чистого класса «А» очень неэффективен и обычно сильно нагревается, даже когда нет аудиовыхода. Ток, протекающий через выходной транзистор(ы) (при отсутствии аудиосигнала), может быть таким же, как ток, который будет проходить через нагрузку динамика при ПОЛНОЙ выходной мощности аудио. Многие люди считают, что усилители класса «А» звучат лучше, чем другие конфигурации (и это могло быть правдой в какой-то момент времени), но хорошо спроектированный усилитель не будет иметь никакого «звука», и даже самый критичный «ухо» будет трудно отличить один дизайн от другого.

Примечание:
В некоторых усилителях класса A для выходного каскада используются дополнительные транзисторы (отдельные транзисторы для положительной и отрицательной половин сигнала).

КЛАСС «В»:
В усилителе класса «В» используются два транзистора (или две группы транзисторов). Один транзистор (или группа транзисторов) используется для воспроизведения верхней половины сигнала. Второй транзистор (или группа транзисторов) используется для воспроизведения нижней половины сигнала. В усилителе класса «В» через выходные транзисторы, как правило, не протекает ток холостого хода/смещения при отсутствии звука. В большинстве случаев, если усилитель не имеет потенциометров смещения и это не усилитель класса D, это усилитель класса «В».

КЛАСС «АВ»:
Усилители класса «АВ» используют две группы транзисторов, как и усилители класса «В». Во многих отношениях усилители классов «AB» и «B» очень похожи. Как мы уже говорили ранее, усилитель класса «А» очень неэффективен. Это не хорошо для автомобильного усилителя звука. Некоторые люди считают, что усилитель класса «В» никогда не сможет воспроизвести чистый звук, потому что его выходные транзисторы не включены. Усилитель класса «АВ» обычно считается лучшим компромиссом. Усилитель класса «АВ» — это усилитель класса «В», который имеет небольшая величина тока смещения, протекающего через выходные транзисторы все время. Это устраняет практически все кроссоверные искажения, которые возможны с усилителями класса «В». Ток смещения течет, потому что выходные транзисторы всегда проводят ток (даже без звукового сигнала). Он отличается от усилителя чистого класса «А» величиной протекающего тока. Усилитель чистого класса «А», как правило, имеет огромное количество тока, протекающего через его выходные транзисторы при ОТСУТСТВИИ звукового сигнала. Усилитель чистого класса «В» не имеет тока, протекающего через его выходы без звукового сигнала. Усилитель класса «AB» намного эффективнее, чем усилитель класса «A», но без возможных искажений класса «B». МНОГИЕ автомобильные усилители, которые претендуют на звание усилителей класса «А», на самом деле являются усилителями класса «АВ» с большим смещением. Эти усилители относятся только к классу «А» при очень низком уровне выходной мощности. При более высоких уровнях мощности один из выходных транзисторов отключается, в то время как другой выходной транзистор работает. Я не хочу, чтобы вы думали, будто я говорю вам, что усилителей класса «А» не существует. Есть несколько высококачественных мобильных усилителей , которые представляют собой настоящий дизайн класса «А».

КЛАСС ‘D’:
Мы сказали, что усилители класса ‘А’ ОЧЕНЬ неэффективны. Усилители класса «AB» также неэффективны, но более эффективны, чем усилители класса «A». Мобильные усилители класса AB обычно имеют КПД 60% при нагрузке 4 Ом при максимальной мощности (непосредственно перед ограничением). Причина того, что эти конфигурации усилителя неэффективны, заключается в том, что существует разница потенциалов (напряжений) на выходных транзисторах и тока, протекающего через выходные транзисторы. Когда у вас есть напряжение на устройстве и ток, протекающий через устройство, будет рассеиваться мощность в виде тепла. Формула закона Ома P=I*E ясно выражает это. Энергия, необходимая для производства этого тепла, является потраченной впустую мощностью. Когда на устройстве (практически) нет падения напряжения (будь то большой кусок провода или транзистор), через устройство может протекать значительный ток без (практически) рассеиваемой мощности. Это означает, что тепло практически не выделяется (высокий КПД). Верно и обратное. Если у вас есть значительное количество НАПРЯЖЕНИЯ на устройстве (транзистор, провод …), но через устройство не протекает ток, опять же, не будет потерянной мощности. Если вы снова посмотрите на формулу P=I*E, то ясно увидите, что если вы уменьшите либо I, либо E (I — ток, E — напряжение) до значения, близкого к 0, рассеиваемая мощность будет очень низкой.

Хорошо, теперь к делу. Усилитель класса «D», который также может быть известен как импульсный усилитель или цифровой усилитель, использует выходные транзисторы, которые либо полностью включены, либо полностью выключены (они работают в режиме переключения). Это означает, что когда транзисторы находятся в состоянии проводимости (включены), напряжение на транзисторе практически отсутствует, а когда на транзисторе имеется значительное напряжение (выключено), ток через транзистор не течет. Это очень похоже на работу импульсного источника питания, который очень эффективен.

Переключение выходного транзистора:
На приведенной ниже диаграмме показаны 3 формы сигнала. Точка «X» — это точка, где транзистор будет полностью «включен», он будет проводить полное напряжение питания. Это то же самое, что взять кусок провода и подключить напряжение шины к выходу динамика усилителя. Точка «Y» показывает, что транзистор полностью «закрыт», а выходное напряжение фактически равно 0 вольт. Это то же самое, что полностью отключить динамик от усилителя. «Рабочий цикл» сигнала «А» составляет приблизительно 10%. Если вы усредните напряжение по времени, эффективное выходное напряжение будет составлять примерно 10% от напряжения источника питания. Форма сигнала «B» имеет рабочий цикл 50%. Форма волны «C» имеет 90% рабочий цикл.

---

Примечание:
На этой диаграмме (ниже) показан эффективный выходной сигнал постоянного тока соответствующей формы сигнала. Пожалуйста, имейте в виду, что эффективное выходное напряжение представлено таким, каким оно было бы при наличии «нагрузки» на выходных транзисторах усилителя. Если бы не было нагрузки, выходное напряжение оставалось бы на полном напряжении источника питания, потому что ничто не тянуло бы напряжение обратно к эталону (земле).

Среднее напряжение постоянного тока:
. Следует заметить, что чем дольше выходные транзисторы включены, тем выше эффективное выходное напряжение. С чисто математической точки зрения, выход верхней формы сигнала составляет 100 % выходного напряжения источника питания в течение 10 % времени и 0 % (0 вольт) в течение 90% времени. Если предположить, что напряжение на шине усилителя составляет 40 вольт, выходное напряжение составляет 40 вольт в течение 10 % времени и 0 вольт в течение 90 % времени. Это даст вам ((10*40)+(90*0))/100 или 4 вольта среднего выходного напряжения.

---

На приведенной ниже диаграмме форма волны «A» представляет собой широтно-импульсную модуляцию аудиосигнала. Обратите внимание, что он переключается между желтой эталонной линией (земля) и напряжением на шине (белая линия).

---

Форма сигнала «B» показывает, как напряжение увеличивается по мере увеличения ширины (времени включения) импульса. Эта часть сигнала реально не присутствует ни в одной точке усилителя. Он просто включен для ясности. Вы должны заметить, как действующее напряжение увеличивается по мере увеличения ширины импульса.

---

Форма сигнала «C» представляет собой часть выходного синусоидального сигнала после прохождения через фильтр нижних частот. Имейте в виду, что импульсы представляют собой прямоугольную волну высокой частоты, она может достигать 500 000 герц. Фильтр нижних частот, пропускающий сигнал частотой 20 000 герц (самая высокая частота, необходимая для воспроизведения звукового спектра), практически не повлияет на выходной звуковой сигнал и полностью отфильтрует импульсы переключения.

---

На приведенной ниже диаграмме обратите внимание на кружок на синусоиде в нижней части рисунка. Он показывает часть синусоиды, которая воспроизводится в примере.

---

Следующая анимация показывает, как ширина импульса сравнивается с синусоидальным эквивалентом и угловым эквивалентом (обсуждается на странице подключения усилителя). Следует отметить, что горизонтальная шкала прямоугольных импульсов неточна. В действительности может быть 1000-10000 импульсов для одного полного цикла синусоиды (в зависимости от частоты коммутации усилителя и частоты синусоиды). Вы можете видеть, что ширина импульса имеет большую длительность, чтобы создать часть сигнала с более высоким напряжением, и малую длительность, когда напряжение находится в самой низкой точке.

Темно-синие переключающие транзисторы показаны в полупрозрачном усилителе. Они производят прямоугольные импульсы. Затем импульсы отправляются на фильтр нижних частот, который позволяет только демодулированному звуковому сигналу проходить к разъемам динамика усилителя.

—— Критически важный ——

Adobe считает, что Flash-контент на веб-страницах слишком опасен для обычного пользователя Интернета. Практически для всех современных браузеров поддержка Flash была прекращена 1 января 2021 года. Это означает, что эти браузеры не будут отображать какие-либо интерактивные Flash-демонстрации/калькуляторы/графику на этом (или любом другом) сайте.

Самое простое (не самое лучшее) решение на данный момент — загрузить расширение Ruffle для вашего браузера. Он отобразит файлы Flash там, где они были ранее заблокированы. В некоторых браузерах вам придется нажать на большую кнопку «воспроизведение», чтобы сделать апплеты/графику Flash видимыми.

Альтернативой Ruffle для просмотра Flash-контента является использование альтернативного браузера, такого как старая портативная версия Chrome (Chromium), старая версия Safari для Windows или один из нескольких других браузеров. Дополнительную информацию о браузерах с поддержкой Flash можно найти ЗДЕСЬ. Это не так просто, как Ruffle, но любой, даже немного знакомый с панелью управления Windows и установкой программного обеспечения, может использовать Flash так, как это было задумано.

Какой класс усилителя лучше?

Содержание

• 1 Какой класс автомобильного усилителя лучше?
  • 1.1 Different classes of amplifiers
  • 1.2 Class A Amplifier
  • 1.3 Class B Amplifier
  • 1.4 Class AB Amplifier
  • 1.5 Class C Amplifier
  • 1.6 Class D Amplifier
  • 1.7 Other Common Amplifier Classes
    • 1.7.1 Class Усилитель F
    • 1.7.2 Усилитель класса G
    • 1.7.3 Усилитель класса I
    • 1.7.4 Усилитель класса S
    • 1.7.5 Усилитель класса T
  • 1.8 Сводка классов усилителей

Что такое автомобильный усилитель? Усилитель — это электронное устройство, которое усиливает звуковой сигнал от источника. Звуковой сигнал обычно недостаточно силен для воспроизведения через динамики. Многие аудиоустройства имеют встроенный усилитель, например портативные колонки, телефоны, радиосистемы и телевизоры. Это можно узнать по наличию кнопки громкости на динамике или головном устройстве аудиосистемы. Однако, если у вас есть высококачественные динамики, вы, естественно, захотите, чтобы они воспроизводили все ваши аудиофайлы с высокой громкостью и качеством. Предусилитель или интегральный усилитель решают эти проблемы.

Многие автомобильные аудиосистемы работают в паре с автомобильным усилителем-4 канала, поскольку они обычно подключаются к четырем выходным динамикам. Большинству автомобильных аудиоустановок вторичного рынка требуется внешний источник питания из-за повышенной нагрузки и потребности в мощности. Поэтому автовладелец обязан проверить рынок автомобильных усилителей в продаже. Установщики автомобильной аудиосистемы быстро порекомендуют внешний усилитель для установок, связанных с автомобильными усилителями с сабвуферами, потому что сабвуферам требуется больше питания для лучшего звучания звука в салоне автомобиля.

Одним из определяющих факторов при выборе автомобильного усилителя звука является цена автомобильного усилителя. Это дает вам приблизительное представление о том, сколько необходимо для покупки одного. Если вы считаете, что новый усилитель слишком дорог, вы можете рассмотреть автомобильный усилитель с пробегом, который может стать отличной сделкой и выгодным вложением. Некоторые автомобили поставляются с усилителем эквалайзера, в то время как другие их эквалайзер уже откалиброван в соответствии с дизайном производителя. Лучше всего использовать усилитель-эквалайзер, поскольку владелец автомобиля может настроить качество звука по своему вкусу и предпочтению.

Усилители различных классов

На рынке аудиотехники доступны усилители различных классов. Классы A, B, AB и C являются основными классами усилителей. Существуют и другие типы менее популярных усилителей классов D, E, F, G, I, S и T. Классы A, B, AB и C составляют основную группу аудиоусилителей. Они определяются как классически управляемые усилители угла проводимости, которые определяются их продолжительностью состояния проводимости на некоторой части формы выходного сигнала, так что работа транзистора выходного каскада находится где-то между «полностью включенным» и «полностью выключенным».

Второй набор усилителей — это более новые версии, которые называются «переключающими» усилителями классов D, E, F, G, I, S и T, которые используют цифровые схемы и широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для постоянного переключения. сигнал между «полностью включен» и «полностью выключен», следовательно, выходной сигнал сильно попадает в области насыщения и отсечки транзисторов.

Следует отметить, что не все усилители одинаковы по конструкции, и существует четкое различие между конфигурацией их выходных каскадов и их работой. Основными рабочими характеристиками идеального усилителя являются линейность, усиление сигнала, эффективность и выходная мощность, но в реальных усилителях всегда существует компромисс между этими различными характеристиками.

Классы представляют технику, используемую для усиления слабого сигнала, чтобы он мог исходить из динамиков. Обычный источник, такой как автомобильный проигрыватель Blu-ray, выдает слабый сигнал для воспроизведения непосредственно через динамики. Вашим автомобильным динамикам потребуется питание, чтобы они могли вибрировать, поэтому звук — это не что иное, как вибрация. Чем громче музыка, тем больше воздуха должно быть приведено в движение, следовательно, требуется больше мощности.

Типичный автомобильный динамик имеет импеданс от 4 Ом до 8 Ом, поэтому усилитель мощности должен обеспечивать высокие пиковые токи, необходимые для работы низкоомного динамика. Поэтому вы, как правило, обнаружите, что большие усилители сигнала или мощности используются в выходных каскадах систем аудиоусилителей для управления нагрузкой громкоговорителей.

Усилители можно отличить по их электрическим характеристикам, таким как конфигурация схемы и способ работы. Этот метод классификации позволяет получить «класс усилителя», отсюда и термин, используемый для различения типов усилителей. Технически класс усилителя rep представляет собой количество выходного сигнала, которое изменяется в пределах схемы усилителя в течение одного рабочего цикла при возбуждении синусоидальным входным сигналом.

Диапазон классификации усилителей основан либо на полностью линейной работе с очень низкой эффективностью для использования в усилении сигнала высокой точности, либо на полностью нелинейной работе, но с гораздо большей эффективностью, когда точный сигнал не так важен. Вы обнаружите, что некоторые усилители представляют собой компромисс между двумя диапазонами классификации.

Наиболее распространенные классы усилителей — это те, которые используются в качестве усилителей звука, в основном это классы A, B, AB и C. В этой статье мы подробно остановимся на этих усилителях, поскольку они наиболее часто используются в автомобиле. рынок усилителей.

Усилитель класса A

Усилители класса A являются наиболее распространенными типами топологии усилителей, поскольку в них используется один выходной переключающий транзистор Bipolar, FET, IGBT в конструкции усилителя. Его транзистор никогда не выключается, что является одним из его основных недостатков, хотя в целом он обеспечивает наилучшие результаты. Этот единственный выходной транзистор смещен вокруг точки Q в середине его линии нагрузки, поэтому он никогда не переходит в области отсечки или насыщения, что позволяет ему проводить электрический ток на протяжении полных 360 градусов входного цикла.

Усилитель класса А обеспечивает идеальную линейную обработку, высокий коэффициент усиления и низкий уровень искажения сигнала при правильном проектировании. Для достижения высокого коэффициента линейности выходной каскад усилителя класса А постоянно включен. Это означает, что входной сигнал идеально усиливается во всех точках до более высокой мощности, поэтому считается лучшим классом конструкции усилителя, следовательно, имеет лучшее звучание из всех классов усилителей, поэтому используется в конструкциях аудиоусилителей высокой точности. Они редко используются в усилителях большой мощности из-за проблем с теплоснабжением.

Для того чтобы усилитель был отнесен к классу A, ток холостого хода при нулевом сигнале в выходном каскаде должен быть равен или превышать максимальный ток нагрузки, при котором громкоговоритель должен воспроизводить максимальный выходной сигнал. Усилитель класса А эквивалентен источнику тока, когда он работает на линейной части своих характеристических кривых. Из-за того, что он работает в линейной области, напряжение смещения постоянного тока на базе транзистора или затворе должно быть выбрано правильно, чтобы обеспечить правильную работу и низкий уровень искажений. Однако, поскольку выходное устройство всегда находится во включенном состоянии, оно постоянно пропускает ток, что представляет собой постоянную потерю мощности в усилителе.

Эта непрерывная потеря мощности создает огромное количество тепла, что приводит к низкой эффективности работы примерно на 25-30%, когда 70-75% мощности превращается в тепловую энергию. Это делает усилители класса А непрактичными для усилителей большой мощности. Когда этот усилитель не выключен, он потребляет больше энергии, как усилитель под большой нагрузкой. Это делает их крайне неэффективными с точки зрения энергопотребления. Если вы слушаете музыку мощностью 100 Вт на канал, вам потребуется 1000 Вт электроэнергии на канал, что может удвоиться при прослушивании стерео музыки, поскольку два канала будут использоваться.

Усилитель имеет высокий ток холостого хода, поэтому источник питания должен иметь соответствующую мощность и хорошо фильтроваться, чтобы избежать шума усилителя. Когда сигнал не передается, мощность, подаваемая на транзисторы, превращается в тепло, а если сигнал передается, он поступает на клеммы питания. Каждый выходной транзистор класса А усиливает как части отрицательного, так и положительного напряжения сигнала переменного тока, увеличивая рабочую нагрузку и выделяя больше тепла.

Усилители класса A представляют собой усилители высокой точности, поэтому каждый выходной каскад транзисторов всегда включен, где нет циклов включения, выключения, нагревания и охлаждения, которые влияют на прохождение сигнала. В этих условиях транзисторы усилителей класса А работают наиболее линейно и без искажений. Это связано с отсутствием переключения и высокочастотных помех. Усилители класса А редки, дороги и никогда не используются в автомобильных аудиосистемах. Из-за низкой эффективности и проблем с перегревом усилителей класса А были разработаны более эффективные классы усилителей.

Усилитель класса B

Усилители класса B были изобретены как решение проблем эффективности и нагрева, связанных с предыдущими усилителями класса A, что было серьезной проблемой, требующей адекватного решения. В базовом усилителе класса B используются два комплементарных транзистора, либо биполярные, либо полевые транзисторы, полевые транзисторы для каждой половины формы волны, а его выходной каскад сконфигурирован по принципу «двухтактного» типа, так что каждое транзисторное устройство усиливает только половину формы выходного сигнала. . Таким образом, звуковой сигнал делится на отрицательную и положительную полуволны. Для охлаждения усилителя вводится небольшой стабилизатор.

Полуволны генерируются двумя отдельными электрическими устройствами, где их необходимо объединить, чтобы сформировать полную синусоиду. Точка пересечения при нулевом вольте представляет собой проблему при попытке объединить эти полуволны, что, вероятно, приведет к искажению, обычно называемому «перекрестным искажением». Это делает их подходящими для целей усиления речи. В этом усилителе отсутствует постоянный ток смещения базы, так как его ток покоя равен нулю, поэтому небольшая мощность постоянного тока по сравнению с усилителями класса А намного эффективнее. Усовершенствованным устройством в этом усилителе является коммутационный аппарат, обладающий высокой линейностью КПД.

Когда входной сигнал становится положительным, транзистор с положительным смещением открыт, в то время как отрицательный транзистор выключен. Точно так же, когда входной сигнал становится отрицательным, положительный транзистор выключается, а транзистор с отрицательным смещением включается и проводит отрицательную часть сигнала. Это гарантирует, что транзистор проводит только половину времени, будь то положительный или отрицательный полупериод входного сигнала.

Усилитель класса B более эффективен, чем усилитель класса A с КПД 50%. Основная проблема конструкции усилителя класса B заключается в том, что он может создавать искажения в точке пересечения нуля формы сигнала из-за зоны нечувствительности транзисторов при входных базовых напряжениях от -0,7 В до +0,7. Это означает, что часть сигнала, попадающая в это окно 0,7 В, не будет воспроизводиться точно, что делает усилитель класса B непригодным для применения в прецизионных аудиоусилителях.

Усилители класса B эффективны при низкой точности воспроизведения. Очень немногие производители производят усилители чистого класса B, поэтому для преодоления этого искажения перехода через нуль были разработаны усилители класса AB.

Усилитель класса AB

Как следует из названия, усилитель класса AB представляет собой комбинацию усилителей «класса A» и «класса B», которые мы рассматривали ранее. Усилитель класса AB в настоящее время является одним из наиболее часто используемых типов усилителей мощности звука. Усилитель класса AB является разновидностью усилителя класса B, за исключением того, что оба транзисторных устройства могут одновременно работать в точке пересечения сигнала, что устраняет проблемы искажения при переходе через ноль, характерные для предыдущего усилителя класса B.

Два транзистора имеют очень маленькое напряжение смещения, обычно от 5 до 10% от тока покоя, чтобы смещать транзисторы чуть выше точки отсечки. Тогда проводящее устройство, будь то биполярный или полевой транзистор (FET), будет «включено» более чем на один полупериод, но намного меньше, чем на один полный период входного сигнала. Таким образом, в усилителе класса АВ конструкция каждого из двухтактных транзисторов обеспечивает передачу мощности чуть больше полупериода проводимости в классе В, но намного меньше полного цикла проводимости класса А9.0006

Проще говоря, угол проводимости усилителя класса AB находится где-то между 180° и 360° в зависимости от точки смещения, выбранной разработчиками. Каждый двухтактный выходной транзистор работает более половины времени, и они также не включаются и не выключаются внезапно. Это придает усилителю характеристики усилителя класса А, когда сигнал имеет низкую мощность и проходит через оба транзистора, и усилителя класса В, когда мощность высока.

Для каждого усилителя существует оптимальный ток смещения, при котором количество времени, в течение которого оба транзистора пропускают ток, минимизирует перекрестные искажения конструкции класса B. Усилитель класса AB является гибким вариантом, следовательно, временным решением. Когда требуется меньшая мощность, выходной каскад переключается на класс А при относительно малой мощности и на класс В, когда требуется больше мощности. Это поддерживает низкие уровни температуры, в то время как производительность увеличивается. Преимущество заключается в низком энергопотреблении, что делает усилитель более долговечным, чем усилитель класса А.

Преимущество этого небольшого напряжения смещения, обеспечиваемого серией диодов или резисторов, заключается в том, что перекрестное искажение, создаваемое характеристиками усилителя класса B, преодолевается без неэффективности конструкции усилителя класса A. Усилитель класса AB имеет эффективность от 50% до 60%, где практически вы обнаружите, что при нормальном уровне прослушивания вы слушаете в классах A и B для запаса по запасу. Результатом такой конструкции является то, что усилители класса AB имеют гораздо более высокий КПД, чем усилители класса A, примерно до 60%, и намного меньше искажений, чем усилители класса B. Большинство домашних кинотеатров и стереоусилителей относятся к классу AB.

До недавних усовершенствований в технологии усилителей использование усилителя AB было единственным практичным выбором для достижения высококачественного полнодиапазонного усиления, но теперь создаются усилители класса D, обладающие такой же точностью.

Усилитель класса C

Конструкция усилителя класса C имеет наибольшую эффективность, но наихудшую линейность среди классов усилителей, упомянутых в этой статье. Предыдущие классы A, B и AB считаются линейными усилителями, поскольку амплитуда и фаза выходных сигналов линейно связаны с амплитудой и фазой входных сигналов.

Однако усилитель класса C имеет сильное смещение, так что выходной ток равен нулю в течение более чем половины цикла входного синусоидального сигнала, когда транзистор находится в состоянии холостого хода в точке отсечки. В основном угол проводимости транзистора значительно меньше 180 градусов и обычно составляет около 90 градусов.

Несмотря на то, что эта форма смещения транзистора дает значительно улучшенный КПД усилителя, составляющий около 80%, она вносит очень сильное искажение выходного сигнала. Поэтому усилители класса C не подходят для использования в качестве аудиоусилителей.

Из-за сильных искажений звука усилители класса C обычно используются в высокочастотных синусоидальных генераторах и некоторых типах радиочастотных усилителей, где импульсы тока, создаваемые на выходе усилителя, могут быть преобразованы в полные синусоидальные волны определенной частоты. за счет использования LC-резонансных цепей в его коллекторной цепи.

Усилители класса C имеют более высокий КПД, чем усилители класса A, B или AB. Однако их угол проводимости очень мал, от 0° до 180°, а это означает, что они проводят только часть сигнала. Этот факт приводит к плохой линейности усилителя, выходы напряжения и тока сильно искажены из-за большого количества гармоник.

Чтобы решить эту проблему, выходной каскад усилителя класса C должен быть подключен к стопорной цепи. Этот фильтр состоит из параллельных резисторов, индукторов и конденсаторов (RLC), которые выбирают только желаемую гармонику для усиления. Если требуется точное усиление, схема RLC согласуется с основной частотой входного сигнала. Индуктивность обычно заменяется трансформатором, чтобы должным образом изолировать нагрузку от источника питания и согласовать импеданс.

Могут появиться два режима работы, если схема стопора не соответствует какой-либо конкретной гармонике исходного сигнала, выходные сигналы импульсные, что является ненастроенным режимом. Второй режим работы: если схема стопора настроена на основную частоту или любую гармонику, усилитель класса C становится линейным, а выходные сигналы представляют собой синусоидальные волны, следовательно, он становится настроенным режимом.

Наконец, мы заключаем, что усилители класса C могут быть настроены на любую высшую гармонику входного сигнала, чтобы реализовать схему умножения частоты. По этой причине усилители класса C подходят для разработки синтезаторов частоты и телекоммуникационных приложений.

Усилитель класса D

Следующим логическим шагом от усилителя класса C будет усилитель класса D. Следовательно, следующая буква в алфавите — «Д». Усилители класса D работают с коммутацией. Это также известно как режим переключения или широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Из-за существования цифровых усилителей часто думают, что буква «D» означает «цифровой». Однако усилитель класса D — это не что иное, как импульсный аналоговый усилитель. Это переключение осуществляется с помощью элемента управления, работающего на основе поступающего сигнала. Это управление может быть цифровым, что может сбивать с толку.

Усилители класса D все чаще используются в высококачественных аудиоустройствах и оборудовании. Сверхбыстрое переключение делает эти усилители чрезвычайно практичными. Если провести сравнительный анализ классов усилителей, где эффективность усилителя класса А составляет от 10% до 30%, то с усилителем класса D этот КПД увеличивается до 90% или даже 95%. Это означает, что усилители этого класса не греются, а размеры остаются компактными. Эти усилители питаются импульсами постоянного тока, а не аналоговыми сигналами, транзисторами, также называемыми металлооксидно-полупроводниковыми полевыми транзисторами (MOSFET), которые либо работают на полной мощности, либо выключены без питания. Это самый эффективный способ довести эти транзисторы до 90% эффективности в некоторых случаях.

Характеристики усилителей класса D претерпели огромные изменения в секторе, где усилители класса A традиционно обеспечивали наилучшие характеристики. Сегодня практически нет никакой разницы между этими двумя усилителями. Усилители класса D работают уникальным образом. Бортовая схема создает очень высокочастотные (часто более 100 кГц) импульсы постоянного тока. Затем ширина каждого импульса изменяется входным сигналом, при этом чем шире импульс, тем громче сигнал. Это называется широтно-импульсной модуляцией (PMW), когда импульсы постоянного тока проходят через усилительные выходные транзисторы, создавая выходную мощность высокой мощности.

Хотя создание сигнала путем быстрого включения и выключения транзисторов напоминает цифровую обработку с использованием нулей и единиц, усилители класса D не являются цифровыми устройствами. Некоторые из них могут иметь цифровые схемы управления, но схемы усилителей будут строго аналоговыми. После усиления фильтр нижних частот сглаживает выходной сигнал, поэтому усилитель будет выдавать не импульсы мощности, а скорее непрерывную аналоговую выходную мощность. Он также устраняет помехи, создаваемые этими высокочастотными импульсами постоянного тока. Из-за этого большинство аудиофилов будут использовать в своих системах усилители класса D, ссылаясь на необходимость фильтрации генерируемых искажений.

Другим недостатком может быть трудность правильной настройки усилителей класса D. Электропитание должно быть качественным, а после арматурного люка должны быть установлены фильтры для устранения высокочастотных помех, создаваемых управлением. Однако это не означает, что с усилителем класса D невозможно получить звук абсолютного качества. Это решение может увеличить цену, так что оно не зарезервировано для динамиков нижнего сегмента.

С другой стороны, в профессиональных системах громкой связи (PA) и автомобильных аудиосистемах, где точность воспроизведения не имеет большого значения, усилители класса D гораздо более популярны, поскольку они меньше, легче и меньше нагреваются, чем усилители других классов. усилители с такой же мощностью самый популярный автомобильный усилитель в продаже. И это большие преимущества, когда вам нужно установить усилитель в транспортное средство или возить его с собой на концерты.

Многие люди выбирают усилитель класса D из-за эффективности и экономии средств. Важно знать, что существуют разные качества усилителей класса D. Немаловажную роль в этом играет блок питания. Хороший усилитель стоит или падает вместе с блоком питания. Он должен быть достаточно мощным, но и стабильным. Каждый лучший автомобильный усилитель должен быть усилителем класса D, выбранным поклонником автомобильного аудио. 0138

Усилители класса F повышают как эффективность, так и выходную мощность за счет использования гармонических резонаторов в выходной цепи для преобразования формы выходного сигнала в прямоугольную. Усилители класса F способны обеспечить высокий КПД более 90%, если используется бесконечная настройка гармоник.

Усилитель класса G

Усилитель класса G предлагает усовершенствования базовой конструкции усилителя класса AB. Он использует несколько шин питания с различным напряжением и автоматически переключается между этими шинами питания при изменении входного сигнала. Это постоянное переключение снижает среднее энергопотребление и, следовательно, потери мощности, вызванные потерями тепла.

Усилитель класса I

Усилитель класса I состоит из двух наборов взаимодополняющих выходных переключающих устройств, расположенных в параллельной двухтактной конфигурации, при этом оба набора переключающих устройств дискретизируют одинаковую форму входного сигнала. Одно устройство переключает положительную половину сигнала, а другое переключает отрицательную половину, аналогично функциональности усилителя класса B. При отсутствии входного сигнала или когда сигнал достигает точки пересечения нуля, переключающие устройства включаются и выключаются одновременно с 50-процентным рабочим циклом ШИМ, компенсирующим любые высокочастотные сигналы.

Для получения положительной половины выходного сигнала выход положительного переключающего устройства увеличивается в рабочем цикле, в то время как отрицательное переключающее устройство уменьшается на то же самое, и наоборот. Говорят, что два тока сигнала переключения чередуются на выходе, что дает усилителю класса I название: «усилитель с чередованием ШИМ», работающий на частотах переключения более 250 кГц.

Усилитель класса S

Усилитель мощности класса S представляет собой усилитель с нелинейным переключением, аналогичный по принципу действия усилителю класса D. Усилитель класса S преобразует аналоговые входные сигналы в цифровые прямоугольные импульсы с помощью дельта-сигма модулятора и усиливает их для увеличения выходной мощности перед окончательной демодуляцией полосовым фильтром. Поскольку цифровой сигнал этого коммутационного усилителя всегда либо полностью включен, либо выключен, что соответствует теоретическому нулевому рассеиванию мощности, можно достичь эффективности 100%.

Усилитель класса T

Усилитель класса T представляет собой еще один тип цифровых переключающих усилителей. Усилители класса T сегодня становятся все более популярными в качестве усилителей звука из-за существования микросхем цифровой обработки сигналов (DSP) и многоканальных усилителей объемного звука, поскольку они преобразуют аналоговые сигналы в цифровые сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) для усиления, увеличивая КПД усилителей. Их конструкции усилителей сочетают в себе низкий уровень искажений усилителей класса AB и энергоэффективность усилителей класса D.

Здесь мы рассмотрели ряд классификаций усилителей, начиная от линейных усилителей мощности и заканчивая нелинейными импульсными усилителями, и увидели, как классы усилителей различаются по линии нагрузки усилителей. Усилители класса AB, B и C можно определить по углу проводимости

Сводка классов усилителей

Как правило, автомобильный усилитель работает, получая 12-вольтовую мощность постоянного тока, поступающую в усилитель, и превращая ее в переменный ток. и повышение напряжения через трансформатор. Затем он объединяет эту мощность высокого напряжения с аудиосигналом, поступающим из стереосистемы, чтобы создать выходную версию слабого входного сигнала с высоким напряжением и высоким током.

Классы C, E и F используются в технике радиопередачи. Затем мы увидели, что статическая рабочая точка постоянного тока (Q-точка) усилителя определяет классификацию усилителя. Установив положение точки Q посередине линии нагрузки на кривой характеристик усилителя, усилитель будет работать как усилитель класса А. Перемещение точки Q ниже по линии нагрузки превращает усилитель в усилитель класса AB, B или C.

В усилителях некоторых классов используются резонаторы RLC или различные напряжения питания для снижения потерь мощности, или это усилители типа цифровой обработки сигналов (DSP), которые используют методы переключения широтно-импульсной модуляции (ШИМ).