Усилитель класса D — мал, да удал

Функция звукового усилителя заключается в воспроизведении входного сигнала элементами выходной цепи, с необходимой громкостью и мощностью, точно, с минимальным рассеянием энергии и малыми искажениями. Усилитель должен обладать хорошими характеристиками в диапазоне звуковых частот, который находится в области 20–20 000 Гц (для узкополосных динамиков, таких как сабвуфер или высокочастотная головка, диапазон может быть уже). Выходная мощность варьируется в широких пределах в зависимости от назначения усилителя — от милливатт в головных телефонах до нескольких ватт в телевизоре и персональном компьютере (ПК), десятки ватт в домашней или автомобильной стереосистеме; наконец, сотни ватт в наиболее мощных домашних или коммерческих аудиосистемах для театров и концертных залов.

Простейший вариант реализации усилителя звука — использование транзисторов в линейном режиме, что позволяет получить на выходе увеличенное входное напряжение. Усиление в данном случае обычно велико (по меньшей мере, 40 дБ). Часто используется отрицательная обратная связь, так как она улучшает качество усиления, снижая вызванные нелинейностью усилительных каскадов искажения и подавляя помехи от источника питания.

В обычном усилителе выходной каскад содержит транзисторы, обеспечивающие необходимое мгновенное значение выходного тока. Во многих аудиосистемах выходные каскады работают в классах A, B и AB. В сравнении с выходным каскадом, работающим в D классе, мощность рассеяния в линейных каскадах велика даже в случае их идеальной реализации. Это обеспечивает D классу значимое преимущество во многих приложениях вследствие меньшего тепловыделения, уменьшения размеров и соответственно стоимости изделий, увеличения времени работы автономных устройств.

Выходные каскады линейных усилителей соединяются непосредственно с громкоговорителем (в некоторых случаях через емкости). Биполярные транзисторы в выходном каскаде обычно работают в линейном (активном) режиме при достаточно больших напряжениях между коллектором и эмиттером. Выходной каскад может также строиться на полевых транзисторах.

Энергия рассеивается во всех линейных выходных каскадах, поскольку при обеспечении выходного напряжения, по крайней мере, в одном транзисторе каскада неизбежно возникает отличный от нуля ток и напряжение. Мощность рассеяния сильно зависит от начального смещения выходных транзисторов.

В выходном каскаде, выполненном в классе A, один транзистор служит источником постоянного тока, протекающего через громкоговоритель даже в отсутствие сигнала. В данном классе можно получить хорошее качество звука, однако мощность рассеяния очень велика из-за большого постоянного тока, протекающего через выходные транзисторы (там, где ток нежелателен), даже в отсутствие тока в громкоговорителе (там, где ток собственно и нужен).

Построение выходного каскада в классе B практически исключает постоянный ток через транзисторы и существенно уменьшает мощность рассеяния. Выходные транзисторы в этом случае работают по двухтактной схеме, верхнее плечо обеспечивает положительные токи через громкоговоритель, нижнее плечо — отрицательные. Мощность рассеяния уменьшается потому, что через транзисторы протекает только связанный с сигналом ток, постоянная составляющая практически отсутствует. Однако выходной каскад класса B дает худшее качество звука вследствие нелинейного характера выходного тока при переходе через ноль (переходные искажения), что имеет место из-за особенностей включения/выключения выходных транзисторов.

В классе AB, являющемся компромиссом между A и B классами, постоянный ток смещения существует, однако гораздо меньший, чем в классе A. Небольшого постоянного тока смещения оказывается достаточно для устранения переходных искажений и обеспечения тем самым хорошего качества звучания. Мощность рассеяния в данном случае оказывается больше, чем в классе B, и меньше, чем в A классе, но все же количественно ближе к классу B. В этом случае, как и в классе B, необходимо управление выходными транзисторами для обеспечения больших положительных и отрицательных выходных токов.

Тем не менее, даже хорошо спроектированный усилитель класса AB характеризуется значительной мощностью рассеяния, так как средние значения выходных напряжений обычно далеки от напряжений на шинах питания. Большое падение напряжения между стоком и истоком приводит, таким образом, к рассеянию энергии.

Благодаря совершенно иному принципу, мощность рассеяния усилителя класса D гораздо меньше, чем в вышеперечисленных случаях. Ключи выходного каскада такого усилителя коммутируют выход с отрицательной и положительной шиной питания, создавая тем самым серии положительных и отрицательных импульсов. Такая форма выходного сигнала существенно уменьшает мощность рассеяния, так как при наличии напряжения ток через выходные транзисторы практически не идет (транзистор «закрыт»), либо, когда транзистор открыт и протекает ток, на нем падает небольшое напряжение. Мгновенная мощность рассеяния в этом случае минимальна.

Поскольку звуковые сигналы заметно отличаются от последовательности импульсов, для преобразования входного сигнала в набор импульсов необходим модулятор.

Частотный спектр сигнала модулятора содержит как звуковую составляющую, так и высокочастотную компоненту, которая появляется в процессе модуляции. Поэтому для уменьшения высокочастотной составляющей между выходным каскадом и громкоговорителем часто включается фильтр низких частот. Фильтр должен обеспечивать минимальные потери, чтобы не растерять преимущество экономичности импульсного режима работы выходного каскада. Фильтр обычно строится из емкостных и индуктивных элементов.

Таким образом, основное достоинство усилителей D-класса — высокий КПД. Однако есть и серьезный недостаток — частотный диапазон усилителя чаще всего бывает серьезно ограничен сверху. Именно это долгое время и было причиной применения этой технологии только в басовых моноблоках, рассчитанных исключительно на сабвуферное применение. Но, конечно же, с ее развитием и обычные, широкополосные усилители D-класса уже давно перестали быть экзотикой и активно используются для построения домашних и автомобильных звуковоспроизводящих систем.

 

Компания Мастер Кит предлагает испытать преимущества таких усилителей. Рассмотрим некоторые усилители D-класса из ассортимента, предлагаемого в разделе Мультимедиа на сайте Мастер Кит.

 

1. MP3116mini — усилитель НЧ D-класс 2х50Вт с регулировкой тембра (TPA3116)

Модуль построен на базе звуковой микросхемы D-класса TPA3116. Драйверы микросхемы имеют мостовое включение. Таким образом, достигается 50Вт выходной мощности на канал с малыми интермодуляционными помехами и низким коэффициентом искажений. Благодаря высокому КПД микросхемы, более 90%, не требуется массивных радиаторов и систем активного охлаждения. На плате установлен регулятор громкости и регуляторы тембра ВЧ и НЧ частот, что делает усилитель боле удобным в применении.

 

 Технические характеристики

Напряжение питания однополярное, В	5-24
Подключаемое сопротивление акустики, Ом	4-16
Входное сопротивление, кОм	30
Максимальный ток потребления, А	4
КПД более, %	90
Диапазон воспроизводимых частот, Гц	20…22000
Максимальная выходная мощность, Вт	2х50
Рабочая температура, C	-40…+85
Габариты модуля (д/ш/в), мм	60х32х15
Вес	150

 

Особенности:

— широкий диапазон питающего напряжения 5В-24В;

— защита от превышения температуры корпуса микросхемы;

— защита от короткого замыкания в нагрузке;

— высокая частота преобразования 400 кГц-1,2 МГц, что позволяет получить качественный сигнал без применения громоздких фильтров для очистки ШИМ;

— высокий КПД более 90%;

— возможность подключения к линейному входу без предварительных усилителей и цепей согласования;

— применение замкнутой обратной связи обеспечивает отличный уровень подавления помех источников питания;

— на плате установлен регулятор громкости и регуляторы тембра ВЧ и НЧ частот.

 

2. MP3116 — усилитель НЧ D-класса 2х100Вт (TPA3116)

 

Модуль построен на базе звуковой микросхемы D-класса. В модуле используются две отдельные микросхемы TPA3116, включенные в мостовом режиме. Таким образом, достигается 100Вт выходной мощности на канал с малыми интермодуляционными помехами и низким коэффициентом искажений. Благодаря высокому КПД микросхемы, более 90%, не требуется массивных радиаторов и систем активного охлаждения. На плате установлен регулятор громкости, что делает усилитель боле удобным в применении.

 

 Технические характеристики

Напряжение питания однополярное, В	5-24
Сопротивление подключаемой акустики, Ом	4-16
Максимальный ток потребления, А	8
КПД более, %	90
Диапазон воспроизводимых частот, Гц	20…22000
Максимальная выходная мощность, Вт	2х100
Рабочая температура, C	-40… 85
Габариты модуля, мм	120х80х40
Вес	150

 

3. MP3116btl — усилитель НЧ D-класса 1х150Вт для сабвуфера (TPA3116)

 

Модуль представляет собой мощный одноканальный усилитель для сабвуфера с фильтром для среза высоких частот. Универсальное питание позволяет его использовать в качестве готового усилителя для сабвуфера в машине или дома. Устройство можно использовать в качестве усилителя сабвуфера домашнего кинотеатра. Данный усилитель НЧ обладает минимальными: коэффициентом нелинейных искажений, уровнем собственных шумов и широким диапазоном питающих напряжений и сопротивлений нагрузки. Для отключения фильтра и использования устройства в качестве обычного мощного монофонического усилителя необходимо удалить конденсатор C29.

 

 Технические характеристики

Напряжение питания однополярное, В	5-24
Сопротивление подключаемой акустики, Ом	4-16
Максимальный ток потребления, А	6
КПД более, %	90
Диапазон воспроизводимых частот, Гц	20…20000
Максимальная выходная мощность, Вт	1х150
Рабочая температура, C	-40… 85
Габариты модуля, мм	73х77х20
Вес	200

 

4. MP3117box — усилитель НЧ D-класс 2. 1, 2х50Вт, 1x100Вт (TPA3116)

Устройство представляет собой качественный усилитель низкой частоты D-класса в DIY корпусе из прозрачного пластика. Благодаря применению отлично зарекомендовавшей себя микросхемы TPA3116 усилитель обладает минимальным  коэффициентом нелинейных искажений, уровнем собственных шумов и широким диапазоном питающих напряжений. Он способен работать с любыми акустическими системами сопротивлением от 4 Ом до 16 Ом. В модуле имеется выделенный канал для сабвуфера мощностью 100Вт.  Усилитель мощности можно использовать как на открытом воздухе для проведения различных мероприятий, так и дома при изготовлении музыкального аудиокомплекса своими руками. Отлично подойдет для компьютерной акустики или домашнего кинотеатра. В модуле используются две отдельные микросхемы TPA3116. Одна из них используется в стереоканале, вторая, включенная в мостовом режиме, в канале сабвуфера. Таким образом, достигается 100Вт выходной мощности на канал с малыми интермодуляционными помехами и низким коэффициентом искажений. Благодаря высокому КПД микросхемы, более 90%, не требуется массивных радиаторов и систем активного охлаждения. На плате установлен регулятор громкости, что делает усилитель боле удобным в применении.

 

 Технические характеристики

Напряжение питания однополярное, В	5-24
Сопротивление подключаемой акустики, Ом	4-16
Максимальный ток потребления, А	9
КПД более, %	90
Диапазон воспроизводимых частот, Гц	14…40000
Частота среза канала сабвуфера, Гц	90
Коэффициент усиления, дБ	26
Максимальная выходная мощность фронт. , Вт	2×50
Максимальная выходная мощность саб., Вт	1×100
Рабочая температура, C	0…+50
Габариты модуля в корпусе, мм	65х135х110
Вес	20

 

Предлагаем ознакомиться с другими материалами по теме усиления звука и построения домашних и автомобильных звукоусилительных систем на нашем сайте, например:

Обзор усилителей звуковой частоты BM2043M и BM2043Pro

Обзор темброблока BM2112 на микросхеме XR1075 BBE

Обзор ФНЧ для сабвуфера

Обзор темброблока BM2112 на микросхеме XR1075 BBE

Обзор усилителей звуковой частоты BM2043M и BM2043Pro

BM2114dsp — Цифровой процессор звука

Усилитель НЧ D-класс 2х50Вт с регулировкой тембра

 

Наш каталог постоянно обновляется и пополняется новыми товарами, поэтому подписывайтесь на наши новости,  чтобы всегда быть всегда в курсе новинок и специальных предложения на сайте компании Мастер Кит.

Усилители. Классификация усилителей

• Главная страница
• Усилители
• Усилители. Классификация усилителей

Усилители в каталоге

Интегральные усилители

Усилители мощности

Предварительные усилители

 

Классификация усилителей

По способу работы с входным сигналом и принципу построения усилительных каскадов усилители мощности звуковой частоты разделяются на:

1. Аналоговые, класс А
2. Аналоговые, класс В
3. Аналоговые, класс АВ
4. Аналоговые, класс H
5. Импульсные и цифровые, класс D
6. Аналоговые, класс G

Необходимо отметить, что существует еще множество классов усилителей, таких как C, A+, SuperA, G, DLD и др.

Некоторые из них, такие как C (угол отсечки менее 90 градусов) в УМЗЧ не применяются. Другие же оказались слишком сложными и дорогостоящими, поэтому «сошли со сцены» или были вытеснены более перспективными.

Аналоговые усилители, по сути, отличаются только углом отсечки входного сигнала, т.е. выбором так называемой «рабочей точки».

Класс А

Углы отсечки для усилительных каскадов классов А, В, АВ и С.

Усилители класса А работают без отсечки сигнала на наиболее линейном участке вольтамперной характеристики усилительных элементов. Это обеспечивает минимум нелинейных искажений (THD и IMD), причем как на номинальной мощности, так и на малых мощностях.

За этот минимум приходится расплачиваться внушительными потребляемой мощностью, размерами и массой. В среднем КПД усилителя класса А составляет 15-30%, а потребляемая мощность не зависит от величины выходной мощности. Мощность рассеяния максимальна при малых сигналах на выходе.

Интересными представителями усилителей класса А являются транзисторный Pass Labs XA 200. 5 и ламповый Unison Research Sinfonia, сравнительные характеристики которых приведены в таблице:

Характеристики	Pass Labs XA 200.5	Unison Research Sinfonia
Номинальная мощность	200 Вт	25Вт
Коэффициент гармонических искажений	1% (400Вт)	не указывается
Диапазон воспроизводимых частот	1.5 – 100000 Гц	20 – 30000 Гц
Потребляемая мощность	700 Вт	500 Вт
Масса	81 кг	25 кг

Представитель усилителей класса А – Unison Research Sinfonia

Класс В

Принцип работы усилителей, классов А, В и С.

Усилительные элементы работают с отсечкой 90 градусов. Для обеспечения такого режима работы усилителя используется двухтактная схема, когда каждая часть схемы усиливает свою «половинку» сигнала. Основная проблема усилителей в классе В — это наличие искажений из-за ступенчатого перехода от одной полуволны к другой. Поэтому, при малых уровнях входного сигнала нелинейные искажения достигают своего максимума.

Искажения типа ступенька в усилителях класса В.

Достоинством усилителя класса В можно считать высокий КПД, который теоретически может достигнуть 78%. Потребляемая мощность усилителя пропорциональна выходной мощности, и при отсутствии сигнала на входе она вообще равна нулю. Несмотря на высокий КПД, обнаружить среди современных моделей усилители класса В вряд ли кому-то удастся.

Класс АВ

Как следует из названия усилители класса АВ – это попытка объединить достоинства усилителей А и В класса, т.е. добиться высокого КПД и приемлемого уровня нелинейных искажений. Для того чтобы избавиться от ступенчатого перехода при переключении усилительных элементов используется угол отсечки более 90 градусов, т.е. рабочая точка выбирается в начале линейного участка вольтамперной характеристики. За счет этого при отсутствии сигнала на входе усилительные элементы не запираются, и через них протекает некоторый ток покоя, иногда значительный. Из-за этого уменьшается коэффициент полезного действия и возникает незначительная проблема стабилизации тока покоя, но зато существенно уменьшаются нелинейные искажения.

Среди аналоговых усилителей данный режим работы встречается чаще всего.

Графики зависимости коэффициентов нелинейных искажений от выходной мощности усилителя для классов А, В и АВ.

Минимизация искажения типа «ступенька» в усилителях класса АВ.

 

Сравнительная таблица усилителей, работающих в режимах А, В, АВ:

Характеристики	A	B	AB
Теоретический КПД	50%	78%	Зависит от режима
Реальный КПД	15-30%	50-60%	40-50%
Нелинейные искажения	малые	Высокие	средние)
Потребляемая мощность	постоянная	зависит от выходной	зависит от выходной
Термостабильность	низкая	высокая	средняя

Представитель усилителей класса АВ – AudioLab 6000A

Класс H

Данный класс усилителей был разработан специально для автомобилей, в которых имеется ограничение напряжения, питающего выходные каскады. Стимулом к созданию усилителей класса Н послужило то, что реальный звуковой сигнал имеет импульсный характер и его 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. Однако накопительный конденсатор должен быть достаточной емкости, иначе заявленная выходная мощность будет обеспечиваться только на средних и высоких частотах.

Идея коммутирования напряжения питания нашла применение не только в автомобильных усилителях мощности. Усилитель с двух- трехуровневым питанием фактически представляет собой импульсный усилитель с последовательным аналоговым каналом, который лишнюю энергию импульсов переводит в тепло. Чем больше ступенек у напряжения питания, тем более приближенная к синусоиде получается лестница на выходе импульсной части усилителя и тем меньше выделяется тепла на аналоговом канале.

Усилители, построенные по подобной схемотехнике, сочетают в себе дискретные методы усиления с аналоговыми и, соответственно, занимают промежуточное положение между аналоговыми и импульсными усилителями по КПД и тепловыделению. В данном усилителе для повышения КПД, и соответственно, снижения тепловыделения применено дискретное приближение уровня напряжения питания аналогового канала к его выходному напряжению. Повышение КПД происходит за счет уменьшения падения напряжения на активном плече по сравнению с усилителями с одноуровневым питанием. Отличительная особенность подобных усилителей состоит в том, что коммутация ключевых элементов происходит с частотой сигнала. Фильтрация высших гармоник осуществляется аналоговой частью усилителя путем преобразования энергии гармоник в тепло в усилителями с высокой тактовой частотой, когда частота коммутации ключевых элементов многократно выше верхней граничной частоты сигнала, а фильтрация осуществляется LC фильтром. Тепловые потери аналоговой части усилителя получаются довольно низкими, но их в достаточной мере восполняют коммутационные потери и потери в фильтре при высокой тактовой частоте. Существует оптимальное количество ступенек напряжения питания, при котором усложнение схемы оправдывается повышением КПД и удешевлением мощных транзисторов аналоговой части усилителя. КПД усилителей класса H достигает 83% при коэффициенте гармонических искажений 0,1%.

Класс D

Строго говоря, класс D — это не только схема построения или режим работы выходного каскада — это отдельный класс усилителей. Более логично было бы назвать их импульсными, но историческое название «цифровой» за ними уже прочно закрепилось. Рассмотрим общую структурную схему усилителя.

Блок схема цифрового усилителя

Оцифрованный сигнал поступает на аудио процессор, который в свою очередь с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM — Pulse Width Modulation) управляет силовыми полупроводниковыми ключами. Можно добавить, что ШИМ-сигнал можно получить и без аналого-цифрового преобразования с помощью компаратора и генератора, например, пилообразного сигнала. Такой метод в усилителях класса D также широко применяется, но благодаря развитию цифровой техники постепенно уходит в прошлое. Аналого-цифровое преобразование обеспечивает дополнительные возможности по обработке звука: от регулировки уровня громкости и тембра до реализации цифровых эффектов, таких как реверберация, шумоподавление, подавление акустической обратной связи и др.

В отличие от аналоговых усилителей, выходной сигнал усилителей класса D представляет собой импульсы прямоугольной формы. Их амплитуда постоянна, а длительность («ширина») изменяется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя. Частота импульсов (частота дискретизации) постоянна и в зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, составляет от нескольких десятков до сотен килогерц. После формирования импульсы усиливаются оконечными транзисторами, работающими в ключевом режиме. Преобразование импульсного сигнала в аналоговый происходит в фильтре низких частот на выходе усилителя или непосредственно в нагрузке.

График зависимости КПД аналоговых и цифровых усилителей от выходной мощности.

В целом, принцип работы усилителя класса D очень напоминает принцип работы импульсного блока питания, но в отличие от него, на выходе, за счет широтно-импульсной модуляции, формируется не постоянное напряжение, а переменное, по форме соответствующее входному сигналу.

Теоретически, КПД подобных усилителей должен достигать 100%, но, к сожалению, сопротивление канала транзистора хоть и маленькое, но все же ненулевое. Но, тем не менее, в зависимости от сопротивления нагрузки, КПД усилителей этого типа может достигать 90%-95%. Разумеется, при такой эффективности нагрев выходных транзисторов практически отсутствует, что позволяет создавать очень маленькие и экономичные усилители. Коэффициент гармонических искажений при грамотном построении выходного фильтра можно довести до 0,01%, что является прекрасным результатом. Искажения возрастают при увеличении частоты сигнала и снижении частоты дискретизации. Косвенным образом от частоты дискретизации зависит и выходная мощность — с ростом частоты уменьшаются индуктивность катушек и снижаются потери в выходном фильтре.

Подобно аналоговым усилителям, импульсные усилители разделяются на подклассы AD и BD, причем их достоинства и недостатки тоже подобны. В усилителях класса AD в отсутствие входного сигнала выходной каскад продолжает работу, выдавая в нагрузку разнополярные импульсы одинаковой длительности. Это позволяет улучшить качество передачи слабых сигналов, но значительно снижает экономичность и порождает ряд технических проблем. В частности, приходится бороться с так называемым сквозным током, который возникает при одновременном переключении выходных транзисторов. Для устранения сквозного тока в выходном каскаде вводится мертвое время между закрыванием одного транзистора и открыванием другого.

Практическое применение находят более простые по конструкции: усилители класса BD, выходной каскад которых в отсутствие сигнала генерирует импульсы очень малой длительности или находится в состоянии покоя. Однако в усилителях этого типа наиболее сильно проявляется основной недостаток — зависимость уровня нелинейных искажений от частоты дискретизации и частоты сигнала. Кроме того, искажения возрастают при малых входных сигналах. Чаще всего, усилители класса D, как и класса АВ, выпускаются в интегральном исполнении.

Такие усилители применяются в системах оповещения и трансляции, в которых, как известно, не уделяется большого внимания вопросам достижения особенного качества звучания. В профессиональных системах звуковоспроизведения в классе D реализуются в основном усилители для сабвуферов, так как на низких частотах ухо наименее чувствительно к нелинейным искажениям сигнала.

Если раньше от усилителя требовалась просто надежная работа и гарантированное качество звука, то современные модели дополняются рядом сервисных функций, таких как компьютерное управление усилителем, программирование встроенного лимитера, а также наличие цифрового входа. С удешевлением цифровых интерфейсов для передачи аудиосигналов можно ожидать рост рынка усилителей с дистанционно управляемыми параметрами и автоматической диагностикой, что, безусловно, расширит возможности в создании звукоусилительных комплексов. Учитывая стремительное развитие цифровой техники и элементной базы сложно даже предположить, к каким вершинам приведет нас дальнейшее совершенствование принципов построения усилителей мощности.

Представитель усилителей класса D – Cambridge Audio EVO75

Класс G

Подобно гибридному автомобильному двигателю, класс G использует несколько источников напряжения питания, а не один. Если получен динамический сигнал, выходящий за пределы возможностей этого первого источника питания, вторичный источник постепенно доводится до полной номинальной выходной мощности по мере необходимости. Это дает очень эффективную конструкцию в качестве дополнительной мощности и используется только при необходимости. Такой тип усиления спокойно относится к акустике с низкой чувствительностью или если необходимость в высокой подводимой мощности. Это позволяет расширить выбор колонок и избежать нагромождения усилителей мощности в системе.

Первый блок питания имеет меньшую мощность, и в этом диапазоне мы работаем в чистом классе A, в котором нет кроссоверных искажений. Поскольку вторичный источник используется только при необходимости, возможны экстремальные уровни мощности, потому что очень мало энергии теряется в усилителе в виде тепла, когда он не используется.

Плюсы:
высокая эффективность;
низкая теплоотдача;
компактность.

Минусы:
стоимость.

Представитель усилителей класса G — ARCAM HDA SA30

Что такое усилитель класса D и для чего они нужны?

JV Korotkova/Shutterstock.com

Если вы покупали компоненты для домашнего кинотеатра, возможно, вы видели упоминания об усилителях класса D. Но что они собой представляют и для чего они нужны? Давайте углубимся в эти высокоэффективные чудеса.

Введение в усиление

На самом базовом уровне традиционный усилитель представляет собой усилитель сигнала. Подайте на него входной сигнал, и он использует электричество и различные каскады усиления для увеличения амплитуды, пока вы не получите намного более высокий сигнал, чем тот, который пришел. Конечный результат: более громкий сигнал, чем входной сигнал.

Существует несколько типов усилителей, таких как класс A, класс B и класс AB. Классы A и B имеют свои преимущества и недостатки, в то время как усилители класса AB сочетают в себе элементы каждого из них, чтобы максимизировать преимущества и свести к минимуму недостатки каждого из них. В течение многих лет подавляющее большинство бытовой электроники, такой как A/V-ресиверы и системы домашнего кинотеатра, использовали усилители класса AB.

Почему мы тратим так много времени на разговоры о других усилителях, если эта статья посвящена усилителям класса D? Потому что они работают очень по-разному.

Как работают усилители класса D

Усилитель класса D также известен как импульсный усилитель. Вместо усиления входного сигнала с помощью каскадов линейного усиления усилитель класса D использует концепцию, известную как широтно-импульсная модуляция.

Это сложная тема, но она преобразует входной сигнал в импульсы. Затем выходной каскад переключается туда и обратно с высокой частотой, соответствующей импульсам, в которые был преобразован сигнал. Затем этот усиленный сигнал обрабатывается и проходит через фильтр нижних частот, чтобы вернуть ему исходную форму волны и удалить высокочастотный шум.

Это преобразование в сигнал другого типа и из него несколько похоже на то, как работает цифро-аналоговое и обратное преобразование, но оно гораздо менее сложное. Тем не менее, процесс (вероятно, в сочетании с «D» в классе-d) приводит к тому, что люди иногда ошибочно называют усилители класса-D «цифровыми» усилителями.

Что делает усилители класса D особенными?

Поскольку широтно-импульсная модуляция позволяет усиливать звук на гораздо более высоких частотах, чем обычно, для усилителей класса D требуются гораздо меньшие силовые трансформаторы, чем для усилителей класса AB. Это означает, что вы можете упаковать гораздо больше усиления в меньшее пространство.

Эти высокоэффективные усилители обеспечивают больший объем при меньшем потреблении энергии. Усилители класса D часто имеют максимально возможные значения эффективности 90 процентов или более, в то время как усилители класса AB редко превышают 60 процентов эффективности.

Конечно, усилители класса D не идеальны. Из-за фильтра нижних частот, который предназначен для фильтрации неприятных шумов, могут пострадать высокие частоты, поэтому они не подходят для аудиофилов. Некоторые усилители класса D также могут давать искажения, и некоторые люди, особенно аудиофилы, просто не являются поклонниками звука этих усилителей в целом.

Несмотря на недостатки, такое сочетание высокой эффективности и небольшого размера делает усилители класса D идеальными для определенных приложений.

Обычное использование усилителей класса D

Как вы понимаете, усилители класса D — отличный вариант для любого аудиопроекта, где важны размер и энергоэффективность — подумайте о сроке службы батареи. Из-за этого вы часто будете видеть усилители класса D, используемые внутри динамиков Bluetooth.

Наушники Bluetooth также являются хорошими кандидатами для усилителей класса D, хотя, поскольку требования к громкости довольно низкие, другие типы усилителей также подходят для этого конкретного случая. Вы также найдете усилители класса D во многих других продуктах, включая портативные усилители для наушников и даже стереоусилители.

Kris Wouk / How-To Geek

Одной из основных областей, где часто используются усилители класса D, являются сабвуферы. Глядя на плюсы и минусы усилителей класса D, кажется, будто они созданы для сабвуферов. Это связано с тем, что проблемы со звуком практически исчезают, когда усилитель используется только для низких частот, а небольшой размер и эффективность позволяют вкладывать в сабвуфер огромную мощность.

Взгляните на наш список лучших сабвуферов, которые вы можете купить, и если он с питанием, есть большая вероятность, что сабвуфер использует усилитель класса D.

Лучшие сабвуферы 2023 года

Лучший сабвуфер в целом

Беспроводной сабвуфер Bluesound Pulse SUB+

Лучший бюджетный сабвуфер

Активный сабвуфер Monoprice мощностью 60 Вт

Лучший сабвуфер для домашних кинотеатров

MartinLogan Dynamo 600 X

Лучший сабвуфер для автомобиля/Лучший сабвуфер для мелкой установки

Rockford Fosgate Punch P3SD2-12

Лучший 12-дюймовый сабвуфер

Клипш Р-12SWI

Best Soundbar with Subwoofer

Klipsch Cinema 600 Sound Bar 3.1

В чем разница между усилителями класса A, AB и класса D — Ooberpad

В чем разница между усилителями класса A, AB и класса D — Ooberpad

Поделиться:

28 февраля 2022 г. Мани Сирохи

То, как усилитель сочетает мощность и сигнал, определяет его класс. Двигаясь дальше, вам интересно, что означают такие термины, как Class A, AB, G/H или Class D в аудиоусилителях?

Кроме того, в чем разница между усилителями классов A, AB и D?

В этом блоге мы рассмотрим различные классы усилителей, подробно расскажем об их сильных и слабых сторонах, а также об отличиях технологий, чтобы помочь вам принять более взвешенное решение о покупке.

Каждый класс приносит что-то уникальное

Во-первых, это не системы классификации для оценки качества усилителя, а точное описание топологии усилителя. Каждый класс привносит что-то уникальное в таблицу, но цель всегда одна и та же: усиление входного сигнала без внесения искажений.

Класс усилителя объединяет мощность и сигнал

Класс усилителя отличается от усилителя эффективностью и точностью звука в зависимости от используемой конструкции. Во всех конструкциях группы выходных транзисторов, каждая из которых представляет собой небольшой усилитель, добавляют свою общую мощность вместе, чтобы обеспечить конечный выходной сигнал усилителя.

Важно помнить, что разные классы усилителей выделяют разное количество тепла. Слишком сильный нагрев может повредить выходной сигнал усилителя и его внутренние компоненты.

Подробнее о классе усилителя

• Усилители класса А

Это класс усилителей высокой точности воспроизведения. Выходные транзисторы усилителя класса А работают на полную мощность независимо от того, есть входной сигнал или нет. При отсутствии сигнала мощность транзисторов превращается в тепло. Когда есть сигнал, питание отключается от клемм динамика.

Кроме того, каждый выходной транзистор класса A усиливает части отрицательного и положительного напряжения сигнала переменного тока, увеличивая рабочую нагрузку и нагреваясь. Усилители класса А работают с КПД 25%, а остальные 75% их мощности превращаются в тепло.

Нет циклов включения, выключения, нагрева или охлаждения, которые могли бы повлиять на прохождение сигнала. В этом классе вы получаете звук без искажений. Кроме того, не происходит переключения, то есть нет наведенных высокочастотных помех. Усилители чистого класса А редки и дороги.

• Усилители класса B

Они облегчают нагрузку на каждый выходной каскад, заменяя там один транзистор двумя транзисторами, установленными по схеме, обычно называемой «двухтактной». Из двух транзисторов один из них усиливает части отрицательного напряжения сигнала переменного тока, а другой управляет положительным напряжением.

Оба объединяются в единый продукт. Усилители класса B более эффективны с низкой точностью воспроизведения, но производят гораздо больше искажений.

• Усилители класса AB

Эти усилители обеспечивают более высокую точность и эффективность. Каждая из двухтактных пар выходных транзисторов в усилителе класса AB работает более половины времени, и они не включаются и не выключаются резко. Для каждого усилителя существует оптимальный ток смещения, который снижает кроссоверные искажения конструкции класса B.

Усилители класса AB имеют гораздо более высокий КПД, чем усилители класса A, до 60% и меньше искажений, чем усилители класса B. Усилители класса AB — это практичный и удачный выбор для домашнего кинотеатра и стереофонических усилителей.

• Усилители класса D

Усилители класса D не являются цифровыми устройствами. Большинство схем усилителя будут строго аналоговыми. Они наносят удар с почти 90-процентной эффективностью. Бортовая схема создает очень высокочастотные (часто более 100 кГц) импульсы постоянного тока. ИТ оснащен широтно-импульсной модуляцией или ШИМ.

Эти импульсы постоянного тока проходят через усилительные выходные транзисторы, что приводит к высокому выходному сигналу. Это самый эффективный способ запуска этих транзисторов — целых 90% эффективности в некоторых случаях. Однако большинство аудиофилов не будут использовать усилители класса D в своих системах, заявив о необходимости фильтрации генерируемых искажений.

Они обеспечивают повышенную эффективность по сравнению с усилителями класса AB. Они функционируют на участке электропитания. Для высокой выходной мощности требуется высоковольтный источник питания. Класс G использует более одной стабильной шины питания. В то время как класс H на ступеньку выше класса G, поскольку он постоянно меняет напряжение питания в любое время.

Однако они оба требуют значительно более сложных источников питания, что приводит к более высокой стоимости реализации этих функций.

Ключи на вынос Конструкция класса А

наименее эффективна, но обеспечивает высочайшее качество звука.

Конструкция

класса B немного более эффективна, но имеет много искажений.

Конструкция

класса AB сочетает в себе энергоэффективность и превосходный звук.

Конструкция

класса D обеспечивает высочайшую эффективность, но не столь высокую точность воспроизведения.

Надеюсь, этот блог был вам полезен, и, получив информацию об этих различиях, вы сможете сузить свое внимание и принять обоснованное решение о том, какой из них выбрать.