Классы усилителей — чем отличаются и где применяются
Класс усилителя – это уровень выходного сигнала, который формируется из входного сигнала в процессе работы акустической установки. В одном цикле этот сигнал меняется в некотором диапазоне. Классификация усилителей по классам зависит от параметров линейности режима, применяемого для усиления поступающих сигналов от категорий с повышенной точностью при довольно сниженной эффективности до абсолютно нелинейных.
Усилители класса А используют только один выходной транзистор, который всегда является проводящим, независимо от формы выходного сигнала. Его подключают к базовой конфигурации эмиттера для двух половин сигнала так, что германиевый транзистор неизменно идет сквозь него даже в том случае, если фазовый сигнал отсутствует, то есть на выходе каскад не станет в полной мере проходить в область отсечки сигнала и насыщения. Он имеет собственную точку смещения примерно в центральной части линии нагрузки. Такая конструкция ведет к тому, что транзистор попросту не активируется, именно это считается одним из его основных недостатков.
Класс A имеет линейность от хорошей до превосходной, а значит и высокую точность воспроизведения, но при этом имеет очень низкий КПД (не более 25%). Усилители потребляют много энергии, выделяют много тепла и выдают мало мощности, поэтому класс А практически не используется в современных аудио устройствах. Исключение составляют лишь экзотические Hi-End усилители.
Усилители класса В
Для повышения КПД и уменьшения нагрева конструкции разработали усилители класса B. Усилители оснащены двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых усиливает только половину сигнала. Специфика конструкции обуславливает выполнение 50% цикла в положительном или отрицательном периоде. Мощностные параметры постоянного тока у класса В очень малы, следовательно мощность невысока. Усилители класса В вдвое эффективнее приборов группы А, но они имеют высокие искажения из-за сильной нелинейности в области перехода, где два транзистора переходят из включенного состояния в выключенное. Эта форма искажения называется кроссоверным искажением и она крайне неприятна для слуха.
Усилители класса B не используется в домашних аудио устройствах.
Усилители класса АВ
Класс АВ является гибридом усилителей класса А и В, в результате чего инженерам удалось получить функциональное устройство, объединяющее все положительные качества предыдущих групп усилителей. По конструкции класс АВ больше похожи на усилители группы В, но основное их отличие в том, что транзисторы одновременно проводят сигнал в непосредственной близости с точками пересечения осциллограмм. Смещающее напряжение составляет в среднем 5-10% соответствующих показателей тока покоя. Такой подход помогает устранить проблемы больших искажений сигнала, характерных для устройств категории В. Усилители класса AB являются компромиссом между минимальными искажениями и КПД. Эффективность преобразования составляет 50%. Класс AB самый популярный класс среди усилителей мощности. Большинство AV- ресиверов для домашних кинотеатров и стереоусилителей относятся к классу AB.
Рекомендуем обратить внимание на эти товары
Sale
~20%
НА СКЛАДЕ: Есть
127360 руб 159200 руб
АРТИКУЛ: F7297
Sale
~20%
НА СКЛАДЕ: Есть
70208 руб 87760 руб
АРТИКУЛ: F7291
Sale
~20%
НА СКЛАДЕ: Есть
79232 руб 99040 руб
АРТИКУЛ: F7293
Sale
~10%
НА СКЛАДЕ: Есть
125991 руб 139990 руб
АРТИКУЛ: 451142
НА СКЛАДЕ: Нет в наличии
386991 руб
АРТИКУЛ: 455377
НА СКЛАДЕ: Нет в наличии
332991 руб
АРТИКУЛ: 455307
НА СКЛАДЕ: Много
Цена по запросу
АРТИКУЛ: G8796
НА СКЛАДЕ: Много
Цена по запросу
АРТИКУЛ: G8797
НА СКЛАДЕ: Есть
107600 руб
АРТИКУЛ: G8783
Цена по запросу
АРТИКУЛ: G8798
НА СКЛАДЕ: Много
Цена по запросу
АРТИКУЛ: G8799
Усилители класса D
Усилители класса D принято относить к группе нелинейных импульсных устройств, которые также называются ШИМ-усилителями.
В усилителях класса D применяется метод, при котором выходные транзисторы (обычно полевые МОП-транзисторы) быстро включаются и выключаются с гораздо большей частотой, чем самый высокий звуковой сигнал, который необходимо воспроизвести. Звуковой сигнал используется для модуляции или изменения соотношения времени включения и выключения сигналов — отсюда и альтернативное название для класса D, класс широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Главным преимуществом класса D является его высокий КПД (80-90%) и компактные размеры, поскольку выходные транзисторы или полностью включены, или полностью выключены во время работы. Его энергопотребление в режиме покоя соизмеримо с усилителем класса AB. К недостаткам можно отнести необходимость в дорогих выходных фильтрах, а также у них имеется небольшая степень электромагнитного излучения/помех от усилителя и кабелей громкоговорителей из-за высоких частот переключения. Усилители этого класса чаще всего встречаются в домашнем аудио, а также в профессиональной аппаратуре и портативных устройствах.
Рекомендуем к прочтению
Сотрудники интернет-магазина Discount Music Supply уже долгое время представляют музыкальную продукцию на российском рынке. Наша задача — сделать покупки наших клиентов быстрыми и удобными. Если Вам нужно выбрать подходящий усилитель — обращайтесь в наш интернет-магазин. Опытные сотрудники помогут разобраться в многообразии моделей и подберут именно тот инструмент, который вам подходит, в нужном для вас ценовом диапазоне. У нас вы можете купить усилители мощности D-класса различных брендов. Если у вас остались какие — либо вопросы, вы всегда можете связаться с нами по телефонам указанным на сайте, через форму обратной связи или при помощи онлайн — чата.
Теги
- усилитель
- класс d. класс усилителя
- звукоусиление
Ультралинейный усилитель класса «А»
Вариант усилителя на отечественных транзисторах
Автор: АКА КАСЬЯН
По сути я ничего нового не придумал, просто давно хотел собрать данный усилитель, но на многих ресурсах отзывы о нем были не очень хорошие.
К сожалению, мне не удалось найти фотографии доделанных усилителей. Как правило, на страницах форума были только обсуждения и мне не оставалось ничего, кроме как повторить конструкцию.
О схеме очень мало отзывов, в основном только негативные. Жалобы в основном о малом потреблении тока, слишком искаженный выходной сигнал и т.п.
Сначала были найдены все оптимальные замены транзисторам. Все транзисторы использовались отечественного производства. Травить плату не было возможности, поэтому как всегда на помощь пришла макетка.
На плате была собрана вся схема, а выходные транзисторы через провода припаяны к основной плате.
Схема планировалась для стандартной колонки на 4 Ом, поэтому некоторые номиналы схемы нужно подобрать под свои нужды.
Выходной конденсатор на 3300 мкФ с напряжением 16-50вольт, входной по вкусу (от 0,1 до 1мкФ).
Для питания использовал аккумулятор от бесперебойника, с ним усилитель развивает до 8 ватт, это уже чистейшая мощность, без хрипов, искажений и гулов.
За свою практику собрал немало усилителей мощности. Еще год назад, эталоном звука для меня были микросхемы СТК, затем была повторена схема ланзара и она долго не уступала свои позиции, но несколько дней назад этот усилитель вышел на первое место, оставив позади знаменитого ланзара.
Широкий диапазон воспроизводящих частот — еще одно достоинство этой схемы, хотя частоты ниже 30 Гц усилитель не сможет воспроизвести. Усилитель предназначен для широкополосной акустики, и для качественного звучания в первую очередь нужны качественные колонки. Хотя многие могут не согласится, но очень советую использовать отечественные головки 5 — 10 ГДШ с бумажным или поролоновым подвесом. После чистого класса «А» даже музыкальный центр будет звучать не так хорошо, как раньше.
Выходные транзисторы усилителя греются не так страшно, как говорилось в некоторых форумах, лично у меня без теплоотвода они поработали 10 минут на максимальной громкости, температура не превышала 70-80 градусов.
Странно то, что усилитель настолько качественный, что без подачи входного сигнала в колонках нет никакого шума или гула, словно усилитель выключен и включается только при подаче сигнала на вход.
Не советуется поднимать напряжение питания более 20 вольт, при 18 вольт усилитель показал 14 ватт — чистой синусоидальной мощи, но потреблял при этом 60 ватт… для класса «А» это вполне нормально.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| T1 | Биполярный транзистор | КТ361Г | 1 | 2N3906 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| T2 | Биполярный транзистор | КТ801А | 1 | КТ630Д, КТ602А, 2N697 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Т3, Т4 | Биполярный транзистор | КТ803А | 2 | MJ480 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| С1 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| Конденсатор | 0. 22 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| С3 | Электролитический конденсатор | 220 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| С4 | Электролитический конденсатор | 470 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| С5 | Электролитический конденсатор | 3300 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| С6 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R1 | Резистор | 39 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R2 | Переменный резистор | 100 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R3 | 100 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R4 | Резистор | 220 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R5 | Резистор | 2. | 1 | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | |
| R6 | Резистор | 8.2 кОм | Поиск в магазине Отрон | В блокнот | ||
| R7 | Резистор | 47 Ом | 1 | 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R8 | Резистор | 180 Ом | 1 | 1 Вт | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R9 | Резистор | 2.2 кОм | 1 | 0.5 Вт | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| R10 | Резистор | 10 Ом | 1 | 1 Вт | Поиск в магазине Отрон | В блокнот |
| Добавить все | ||||||
7 кОмСкачать список элементов (PDF)
Теги:
- УНЧ
- Sprint-Layout
Pass LabsSingle-Ended Class A — Pass Labs
Однотактные усилители класса A, безусловно, добились больших успехов за четыре года, прошедшие с тех пор, как мы начали тестировать первый Aleph 0.
Так это просто еще одна звуковая причуда, или в этом есть что-то фундаментальное? такой дизайн, оправдывающий возрождение старых подходов к усилению?
Когда двадцать пять лет назад я начал разрабатывать усилители, полупроводниковые усилители только что прочно закрепились на рынке. Важными были показатели мощности и гармонических искажений, и крупнейший аудиожурнал писал, что усилители с одинаковыми характеристиками звучат одинаково.
Мы слышали триоды, пентоды, биполярные, VFET, Mosfet, TFET клапаны, IGBT, гибриды, искажения THD, искажения IM, искажения TIM, фазовые искажения, квантование, обратная связь, вложенная обратная связь, отсутствие обратной связи, прямая связь, стазис, гармоника выравнивание по времени, высокая скорость поворота, класс AB, класс A, чистый класс A, класс AA, класс A/AB, класс D, класс H, постоянное смещение, динамическое смещение, оптическое смещение, реальное смещение, устойчивое смещение плато, большие расходные материалы, интеллектуальные источники питания, регулируемые источники питания, отдельные источники питания, импульсные источники питания, динамический запас мощности, высокий ток, симметричные входы и симметричные выходы.
Должен признаться, что я сам несу ответственность за пару из них.
Если не считать исходного материала, записанного в цифровом виде, ничего особо не изменилось. Твердотельные усилители по-прежнему доминируют на рынке, крупнейший аудиожурнал до сих пор не слышит разницы, а многие аудиофилы до сих пор цепляются за свои лампы. Оставляя в стороне примеры маркетинговой шумихи, мы имеем большое количество попыток улучшить звук усилителей, каждая из которых направлена на устранение предполагаемого недостатка в характеристиках.
Попытка использовать спецификации для характеристики тонких звуковых характеристик потерпела неудачу. Усилители с аналогичными параметрами не равны, и продукты с более высокой мощностью, более широкой полосой пропускания и меньшими искажениями не обязательно звучат лучше. Исторически так сложилось, что усилитель, предлагающий наибольшую мощность, или самые низкие интермодуляционные искажения, или самый низкий THD, или самую высокую скорость нарастания, или самый низкий уровень шума, не стал классикой и даже не имел более чем скромного успеха.
Долгое время в техническом сообществе существовала вера в то, что в конечном итоге какой-то объективный анализ позволит согласовать субъективный опыт критического слушателя с лабораторными измерениями. Возможно, это произойдет, но тем временем аудиофилы в значительной степени отвергают технические характеристики стенда как показатель качества звука. Это уместно. Восприятие звука — это полностью субъективный человеческий опыт. Мы должны позволять цифрам определять качество звука не больше, чем позволить химическому анализу быть арбитром хороших вин. Измерения могут обеспечить меру понимания, но не могут заменить человеческое суждение.
Почему мы так или иначе стремимся свести субъективный опыт к объективным критериям? Тонкости воспроизведения музыки и звука — для тех, кто это ценит. Дифференциация по номерам — для тех, кто этого не делает.
Как и в искусстве, классические аудиокомпоненты являются результатом индивидуальных усилий и отражают последовательную основополагающую философию.
Они делают субъективное и объективное заявление о качестве, которое должно быть оценено по достоинству. Очень важно, чтобы схема аудиокомпонента отражала философию, которая в первую очередь касается субъективной природы его работы.
Не имея возможности полностью объективно охарактеризовать производительность, мы должны сделать шаг назад от полученного сигнала и принять во внимание процесс, с помощью которого он был получен. История того, что было сделано с музыкой, важна и должна рассматриваться как часть результата. Все, что было сделано с сигналом, встроено в него, пусть и неуловимо.
Опыт соотнесения того, что звучит хорошо, со знанием дизайна компонентов дает некоторые общие рекомендации относительно того, что будет звучать хорошо, а что нет.
Простота и минимальное количество компонентов являются ключевыми элементами, что хорошо отражается на качестве конструкций труб. Чем меньше штук последовательно с сигнальным трактом, тем лучше. В целом это верно, даже если добавление еще одного каскада усиления улучшит измеренные характеристики.
Важны характеристики устройств усиления и их конкретное использование. Индивидуальные различия в производительности между подобными устройствами важны, как и различия в топологическом использовании. Все устройства, несущие сигнал, вносят свой вклад в деградацию, но есть несколько характеристик, заслуживающих внимания. Нелинейности низкого порядка в значительной степени аддитивны по качеству, привнося ложную теплоту и окраску, в то время как резкие нелинейности высокого порядка являются аддитивными и субтрактивными, добавляя резкости при потере информации из-за интермодуляции.
Требуется максимальная собственная линейность. Это производительность каскадов усиления до применения обратной связи. Опыт показывает, что обратная связь — это вычитающий процесс; он убирает искажения из сигнала, но видимо и некоторую информацию тоже. Во многих старых проектах плохая внутренняя линейность была исправлена за счет большого применения обратной связи, что привело к потере тепла, пространства и деталей.
Высокий ток холостого хода, или смещение, очень желателен как средство максимизации линейности и дает эффект, который не только легко измерить, но и легко продемонстрировать: Возьмите усилитель класса А или другой усилитель с большим смещением и сравните звук при полном смещении. и с уменьшенным уклоном. (Настройка смещения выполняется легко, так как практически каждый усилитель имеет потенциометр для регулировки смещения, но это следует делать очень осторожно). Достоинством эксперимента является только изменение предубеждений и ожиданий экспериментатора.
По мере уменьшения смещения восприятие глубины сцены и атмосферы обычно снижается. На это восприятие глубины влияет необработанная величина тока смещения.
Если вы продолжаете увеличивать ток смещения далеко за пределы рабочей точки, кажется, что улучшения происходят с токами смещения, которые намного превышают уровень сигнала. Обычно уровни, используемые при наиболее критическом прослушивании, составляют всего несколько ватт, но усилитель со смещением в десять раз больше будет звучать лучше, чем усилитель со смещением на несколько ватт.
По этой причине конструкции, работающие в так называемом «чистом» классе А, предпочтительнее, поскольку их токи смещения большую часть времени намного больше, чем сигнал. Как уже упоминалось, каскады усиления предусилителя и входные каскады усилителей мощности обычно являются несимметричными «чистого» класса А, и, поскольку уровни сигналов составляют небольшие доли ватта, эффективность схемы не важна.
В последние несколько лет «чистота» конструкций класса А была под вопросом, при этом «чистый» класс А в общих чертах определяется как рассеивание тепла в режиме холостого хода, более чем в два раза превышающее максимальную выходную мощность усилителя. Для 100-ваттного усилителя это будет 200 ватт из стены на постоянной основе. Конструкции, которые изменяют смещение в зависимости от музыкального сигнала, обычно имеют токи смещения на уровне сигнала или ниже него. Это, безусловно, улучшение с точки зрения энергоэффективности, но звук отражает меньшую точку смещения.
Учитывая предположение, что каждый процесс, который мы выполняем с сигналом, будет слышен, лучшие усилители должны использовать те процессы, которые наиболее естественны.
В цепи есть один элемент, который мы не можем изменить или улучшить, и это воздух. Воздух определяет звук и служит естественным эталоном.
Практически все усилители на рынке основаны на двухтактной модели симметрии. Топология двухтактной симметрии не имеет особой основы в природе.
Можно ли использовать характеристики воздуха в качестве модели для проектирования усилителя? Если вы согласны с тем, что любая обработка оставляет свой след в музыке, ответ — да.
Одной из самых интересных характеристик воздуха является его несимметричный характер. Звук, распространяющийся по воздуху, является результатом уравнения газа:
PV1.4 = 1,26 X 104
, где P — давление, а V — объем. Небольшая нелинейность, являющаяся результатом характеристик воздуха, обычно не считается существенной при нормальных уровнях звука и сравнима с коэффициентом искажения точных усилителей. Это искажение обычно становится проблемой только в горле валторны, где уровни интенсивного давления во много раз выше, чем во рту, и где гармоническая составляющая может достигать нескольких процентов.
Мы можем нагнетать воздух и повышать давление на произвольную величину, но не можем его тянуть. Мы можем только позволить ему расслабиться и заполнить пространство, как он хочет, и давление никогда не опустится ниже «0». Когда мы толкаем воздух, увеличение давления больше, чем соответствующее уменьшение, когда мы позволяем воздуху расширяться. Это означает, что при заданном движении диафрагмы, действующей на воздух, положительные возмущения давления будут несколько больше отрицательных. Отсюда мы видим, что воздух чувствителен к фазе.
Из-за несимметричного характера эфира содержание гармоник в основном 2-го порядка, и большая часть искажений одиночного тона приходится на вторую гармонику. Характеристика искажения воздуха монотонна, то есть его продукты искажения плавно уменьшаются по мере снижения акустического уровня. Это важный элемент, который часто упускают из виду при проектировании аудиосистемы и который отражается в низком качестве первых полупроводниковых усилителей и цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.
Они не монотонны: искажения увеличиваются по мере снижения уровня.
Обычная электрическая картина аудиосигнала представляет собой сигнал переменного тока без составляющей постоянного тока. Аудио представлено как переменное напряжение и ток, где положительное напряжение и ток чередуются с отрицательным обратным и симметричным образом. Эта фикция удобна, потому что она позволяет использовать энергоэффективную конструкцию силовых каскадов усилителя, известную как двухтактная, где «плюсовая» сторона усилителя чередует работу с «минусовой». Каждая сторона двухтактного усилителя поочередно обрабатывает аудиосигнал; сторона «плюс» подает положительное напряжение и ток на громкоговоритель, а сторона «минус» подает отрицательное напряжение и ток.
Проблемы двухтактных усилителей, связанные с перекрестными искажениями, подробно обсуждались в другом месте, и одним из основных результатов является немонотонность. Класс B и многие конструкции AB имеют продукты искажения, которые резко возрастают с уменьшением сигнала.
Это значительно снижается в режиме класса A, но искажение кроссовера остается в виде разрыва более низкого порядка на кривой передачи.
Для максимально естественного воспроизведения музыки двухтактный симметричный режим не лучший подход. Воздух несимметричен и не имеет двухтактной характеристики. Звук в воздухе — это возмущение вокруг точки положительного давления. Есть только положительное давление, более положительное давление и менее положительное давление.
Описание операции «тяни-толкай» часто иллюстрирует этот тип операции изображением двух мужчин, распиливающих дерево вручную, по одному с каждой стороны пилы. Конечно, это эффективный способ рубить деревья, но можете ли вы представить себе двух мужчин, играющих на скрипке?
Аналогия со скрипкой или подобным струнным инструментом прекрасно иллюстрирует однотактную работу и указывает на контроль и точность, которые могут быть достигнуты, когда только одно устройство усиления управляет работой каскада усиления.
Двухтактные схемы класса А, напротив, имеют два противоположных устройства усиления, создающих выходной сигнал, и, хотя это промышленно эффективный и действенный способ, это не самый деликатный способ усиления сигнала. Двухтактные схемы порождают гармоники нечетного порядка, где фазовая синхронизация отражает сжатие как на положительных, так и на отрицательных пиках и нелинейность кроссовера вблизи нулевой точки.
Только одна топология линейной схемы обеспечивает соответствующую характеристику, и это несимметричный усилитель. Несимметричное усиление относится только к чистому классу А и является наименее эффективной формой силового каскада, которую вы можете разумно создать, обычно в режиме холостого хода в три-пять раз превышающей номинальную выходную мощность.
Несимметричный режим не нов. Он обычно встречается в схемах низкого уровня лучших каскадов предварительного усиления и во входных схемах лучших усилителей мощности. Первые ламповые усилители мощности представляли собой несимметричные схемы, в которых использовалась одна лампа, управляющая первичной обмоткой трансформатора.
В 1977 году я разработал и опубликовал в журнале Audio Magazine несимметричный усилитель класса А, использующий биполярные повторители, смещенные от источника постоянного тока. Значительное количество любителей построили устройство с выходной мощностью 20 Вт, и многие отметили его уникальную звуковую характеристику. Это один из очень немногих доступных твердотельных несимметричных выходных каскадов.
Несимметричный режим класса А менее эффективен, чем двухтактный. Однотактные усилители, как правило, больше и дороже, чем двухтактные, но они имеют более естественную кривую передачи.
Очень важным соображением при попытке создать усилитель с естественной характеристикой является выбор устройств усиления. Подходит несимметричная топология класса А, и нам нужна характеристика, в которой положительная амплитуда очень, очень немного больше отрицательной. Для устройства с усилением по току это будет означать усиление, плавно увеличивающееся с ростом тока, а для лампового или полевого устройства — крутизна, плавно возрастающая с ростом тока.
Триоды и МОП-транзисторы имеют общую полезную характеристику: их крутизна имеет тенденцию увеличиваться с ростом тока. Биполярные силовые устройства имеют небольшое увеличение усиления, пока они не достигают примерно ампера или около того, а затем они снижаются при более высоких токах. В общем, использование биполярного в однотактной схеме не подходит.
Еще одним преимуществом ламп и полевых транзисторов является высокая производительность, которую они обеспечивают в простых цепях класса А. Представленные на рынке биполярные конструкции имеют от четырех до семи каскадов усиления, связанных с сигнальным трактом, но с лампами и МОП-транзисторами хорошие объективные характеристики достигаются только при наличии 2 или 3 усилительных устройств на сигнальном тракте.
Третье преимущество ламп и МОП-транзисторов перед биполярными устройствами заключается в их большей надежности при более высоких температурах. Однотактные усилители мощности рассеивают сравнительно большую мощность и сильно нагреваются.
При выборе между триодами и полевыми МОП-транзисторами преимущество МОП-транзисторов заключается в том, что они естественным образом работают при напряжениях и токах, которые мы хотим подать на громкоговоритель. Попытки создать несимметричный триодный усилитель мощности с прямой связью были сильно ограничены высокими напряжениями и низкими токами анода, которые характерны для ламп.
Мощные МОП-транзисторы имеют интересный характер, поскольку они имеют относительно высокие искажения, пока через них не будет пропущен достаточно большой ток. Это делает их очень подходящими для работы в чистом классе А, особенно в несимметричном режиме. Это также делает их гораздо менее подходящими для работы в классах B и AB, где они становятся довольно нелинейными вблизи точки отсечки и требуют большого количества коррекции отрицательной обратной связи для обеспечения чистого выходного сигнала.
Не все силовые мосфеты одинаковы. Ранние МОП-транзисторы имели гораздо более низкую крутизну и более высокое внутреннее сопротивление и искажения, чем более новые поколения.
Они также были довольно анемичными с точки зрения их тока, напряжения и мощности.
Вдобавок ко всему, глядя на схемы ранних и даже современных конструкций усилителей на МОП-транзисторах, мы видим, что они обычно просто использовались в качестве замены биполярных устройств в конструкциях классов B и AB, без учета их конкретных требований к линейности, и без использования их уникальных характеристик.
Учитывая характеристику Mosfet, легко понять, почему ранние и даже современные усилители, использующие их, не достигли того уровня звуковых характеристик, который, казалось, предлагали эти устройства.
Перспективные характеристики крутизны в усилителях мощности по обеспечению наиболее реалистичного воспроизведения музыки с усилением лучше всего реализуются МОП-транзисторами в несимметричных схемах класса А, где они используются очень просто и смещены на очень большие токи.
В прошлом году я опубликовал проект однотактного усилителя мощности класса А в журнале The Audio Amateur Magazine.
Он использует только один каскад усиления для всего усилителя. Названный усилителем Zen (в конце концов, что такое звук хлопка одного транзистора?), он иллюстрирует крайнюю простоту, которую можно достичь с помощью полевых МОП-транзисторов, работающих в несимметричном классе А, и с высокими объективными и субъективными характеристиками. Дополнительную информацию об усилителе Zen и его преемнике Son of Zen можно получить на сайте The Audio Amateur.
На данный момент на рынке доступно очень мало других несимметричных полупроводниковых усилителей. Это изменится по мере того, как спрос будет продолжать расти, а другие дизайнеры узнают, как их создавать.
В то же время альтернативой являются однотактные триодные усилители с трансформаторной связью, в которых используются очень большие трансформаторы с зазором между сердечниками, чтобы избежать насыщения сердечника высоким постоянным током. Эти конструкции отражают более традиционное представление об однотактном усилении. Они имеют характеристику слабосвязанного трансформатора, более ограниченную мощность и более высокие измеренные искажения, чем их твердотельные аналоги, однако они по-прежнему устанавливают стандарт четкости средних частот, и их нельзя сбрасывать со счетов.
Помимо того, что они проще в использовании, основным преимуществом MOSFET перед лампами является то, что они работают при напряжениях и токах, соответствующих громкоговорителям, без преобразования и не требуют выходного трансформатора.
Независимо от типа устройства усиления, в системах, где целью является максимальное естественное воспроизведение, предпочтительнее использовать простые несимметричные схемы класса А.
Общая обратная связь: класс A, класс A/B или класс D?
в глобальной обратной связи
к Джон
Всегда на . Это состояние выходных транзисторов усилителя класса А. Если это несимметричный усилитель, один транзистор будет обрабатывать как верхнюю, так и нижнюю половину музыкальной «синусоидальной» волны. Если это двухтактная схема, один транзистор будет обрабатывать верхнюю половину сигнала, а второй — нижнюю половину.
Но у всегда есть существенный недостаток. Усилитель класса А будет потреблять одинаковую мощность независимо от того, воспроизводит ли он музыку. И любая неиспользованная сила должна уйти где-то . Привет ТЕПЛО! Чтобы понизить рабочую температуру усилителя класса А, мы должны воспроизводить через него музыку. Но большая мощность требует большего количества транзисторов, а больше транзисторов означает больше тепла. Вот почему многие владельцы мощных усилителей класса А жалуются на более теплые комнаты для прослушивания и более высокие счета за электроэнергию.
Один из способов решить проблему перегрева класса А — на мгновение отключить транзисторы, когда они не используются. Транзисторы «верхней половины» в двухтактной топологии отключаются, как только они передают сигнал на транзисторы «нижней половины»; а затем снова включится, когда транзисторы «нижней половины» вернут сигнал, и в этот момент они выключаются. Это называется классом B. Недостатком класса B является значительный: любая передача сигнала, происходящая раньше или позже, искажает форму волны.
Это называется кроссоверным искажением и (неприятно) слышно. Вот почему мы редко, если вообще когда-либо, сталкиваемся с усилителями класса B.
Компромисс заключается в том, чтобы добавить немного класса A в нашу конструкцию класса B, где первые несколько ватт работают в классе A, то есть всегда включены, а часть усилителя класса B обеспечивает большую мощность всякий раз, когда музыка требует этого. Следовательно, усилитель класса A/B. Смещение класса A теоретически устраняет любые кроссоверные искажения, но со значительно меньшим тепловым штрафом, чем работа в чистом классе A. Вот почему многие усилители, доступные в Интернете и на главной улице, относятся к классу A/B. Есть компромисс: искажение. Обычно он не такой низкий, как у усилителей класса А, и часто обрабатываются обратной связью.
Усилитель класса D работает совершенно иначе, чем усилитель класса A и класса A/B. И нет, этот D не означает «цифровой», хотя многие усилители класса D используют импульсы цифрового аудиосигнала для включения и выключения выходных транзисторов с очень высокой скоростью.
Чем шире пульс, тем громче сигнал включения. Это часто называют широтно-импульсной модуляцией (или ШИМ). Преимущества использования транзисторов в качестве устройств с двумя состояниями («включено» или «выключено») заключаются в 1) более высокой энергоэффективности и 2) меньшем тепловыделении, что побудило разработчиков создавать меньшие по размеру, легкие и менее дорогостоящие усилители.
Однако в реальном мире мгновенное включение/выключение физически невозможно. Немгновенное поведение процесса переключения порождает высокочастотный шум, который должен быть тщательно отфильтрован низкочастотным фильтром, чтобы он не достиг наших громкоговорителей. Качество этого фильтра и то, как он влияет на выходное сопротивление усилителя, может значительно повлиять на звук усилителя класса D.
В прошлом месяце я опросил аудиторию Darko.Audio на YouTube, чтобы спросить: «Какого класса ваш усилитель?» . 10 000 человек ответили следующим образом:
Наиболее важным результатом здесь является то, что 17% респондентов не знают (и, возможно, им все равно), усилитель какого класса они используют.
