Site Loader
Posted on 28.07.1987

Усилитель класса «D» или не такой как все

11.09.2019

Как же хорошо, что среди производителей Hi-Fi есть настоящие новаторы, которые не боятся внедрять смелые технологические решения! Иначе мы с вами никогда бы и не узнали о существовании усилителей класса D.

История

В мире Hi-Fi класс D имеет самую тяжелую судьбу, и его развитие происходило не благодаря объективным преимуществам, а скорее вопреки сложившемуся мнению. Началось все с того, что классу D буквально сразу повесили обидный, по мнению некоторых аудиофилов, ярлык «цифровой усилитель». И хотя некоторые принципы его работы действительно напоминают работу цифровых схем, по своей сути это абсолютно аналоговое устройство.

Еще одно заблуждение сопровождающее класс D — возраст. Есть мнение, что класс D был разработан совсем недавно и является побочным продуктом современных цифровых технологий. На самом деле, класс D имеет богатую историю, и его первые реализации проектировались еще в эпоху радиоламп.

Использовать схемотехнику такого типа для усиления звука (класс D в ламповом исполнении) предложил наш соотечественник Дмитрий Агеев, и произошло это в 1951 году. Примерно в это же время над практической реализацией подобного устройства работал английский ученый Алекс Ривз, а в 1955 году их коллега Роже Шарбонье из Франции, создавая аналогичную схему, впервые применил термин «класс D».

В самом начале, когда велись главным образом теоретические изыскания, судьба класса D казалась безоблачной. Его расчетные характеристики в буквальном смысле достигали предела совершенства. Однако, первая коммерческая реализация 1964 года выявила массу слабых мест, главное из которых — невозможность добиться по-настоящему достойного качества звучания на элементной базе того времени.

Производители не оставляли надежд, и в семидесятых годах попытки вывести усилители класса D на рынок предпринимали такие гиганты Hi-Fi-индустрии, как Infinity и Sony. Обе затеи провалились по той же самой причине, что и в первый раз. Подходящие по быстродействию и классу точности транзисторы стали производиться серийно лишь в восьмидесятых годах, после чего качественная реализация усилителей

класса D и стала реальностью. В наше время усилители класса D можно встретить в совершенно различных устройствах: от смартфонов и бытовой аппаратуры до студийного оборудования и High End-систем.

Принцип работы

В основе принципа работы усилителей класса D и любых его модификаций, в том числе имеющих самостоятельные буквенные обозначения (классы T, J, Z, TD и другие), лежит принцип Широтно-Импульсной Модуляции или, сокращенно, ШИМ. Модуляция сигнала как метод существует довольно давно и используется как способ хранения и передачи информации. Суть ее заключается в том, чтобы модулировать полезным сигналом некую несущую частоту. Частота выбирается таким образом, чтобы ее было удобно передавать или записывать на носитель.

Процесс воспроизведения подразумевает обратную последовательность: выделение полезного сигнала из модулированной несущей частоты. По такому принципу работает и цифровая техника, и радиосвязь, и теле-радиовещание. Тонкость состоит в том, что в случае с ШИМ преследуется совершенно иная цель. Модуляция позволяет привести сигнал в такой вид, чтобы его усиление было максимально простым и эффективным процессом.


В основе схемотехники класса D лежит генератор СВЧ-импульсов

(исчисляемых сотнями МГц) несущей частоты и компаратор — устройство, модулирующие эти импульсы, соответственно форме входящего аналогового сигнала. Далее все просто. Модулированный сигнал имеет форму импульсов равной амплитуды, но разной продолжительности, которые усиливаются с помощью пары симметрично включенных быстродействующих транзисторов типа MOSFET. Далее в схеме используется простейший LC-фильтр, демодулирующий усиленный сигнал, а также отсекающий несущую частоту и сопутствующий высокочастотный шум.

Упоминание транзисторов, используемых для усиления порождает резонный вопрос: «

а не проще было бы сразу усилить аналоговый сигнал без всяких модуляций?». И именно этот вопрос раскрывает суть усилителей класса D. В обычных усилителях классов A, B, G и прочих их производных транзистор работает с широкополосным сигналом, постоянно меняющимся и по амплитуде, и по частоте. Поведение даже самого лучшего транзистора на разных амплитудах и частотах не 100% одинаково, что неизбежно приводит к искажениям, которые мы знаем как окрашенность или «характер» усилителя. Модулированный сигнал в усилителях класса D меняется дискретно и на полную амплитуду. Таким образом, режим работы транзисторов существенно упрощается и становится куда более прогнозируемым. По сути, они выступают в роли ключа, находясь либо в закрытом, либо в открытом состоянии без промежуточных значений.


Все, что требуется в таком режиме от транзистора — максимально быстро реагировать на изменение уровня сигнала, а поведение его на промежуточных значениях амплитуды не имеет значения. Кроме того, данный режим работы транзистора крайне положительно сказывается на энергоэффективности усилителя, доводя его теоретический КПД до 100%.

Второй наиболее очевидный вопрос касается сходства модулированного аналогового и цифрового сигналов. Обычно это даже не вопрос, а утверждение: «

Усилитель класса D — цифровой, а значит правильно подавать на его вход цифровой сигнал, а не аналоговый». Процесс модуляции аналогового сигнала на входе усилителя класса D, действительно, очень напоминает то, что происходит в АЦП при оцифровке звука, однако принцип модуляции принципиально отличается от того, что используется в формате PCM.

Именно по этой причине цифровые входы интегрированных усилителей, работающих в классе D, используют вполне традиционную схему ЦАПа, с аналогового выхода которой сигнал и поступает на вход платы усилителя мощности. Таким образом, аналоговый сигнал является основным и естественным входящим сигналом для усилителей

класса D.

Впрочем, существуют и исключения, которые, если разобраться более детально, ничего не меняют в общей картине, а лишь дополняют типовую схемотехнику класса D. Небезызвестный Питер Лингдорф, еще будучи разработчиком в компании NAD, успешно реализовал схему прямого преобразования PCM-потока напрямую в формат ШИМ без традиционной процедуры цифроаналогового преобразования. Эта технология получила название Direct Digital, или говоря по-русски: прямое усиление цифрового сигнала.


Таким образом удалось сократить протяженность и понизить сложность звукового тракта, а единственное цифроаналоговое преобразование в подобной схеме производится непосредственно перед акустическими клеммами. Однако стоит заметить, что для работы такого усилителя с аналоговым сигналом он должен также иметь и классический входной каскад, использующийся в традиционных усилителях класса D.

На текущий момент технология прямого усиления «цифры» еще не стала массовым явлением, вероятно, потому что г-н Лингдорф грамотно оформил патентные права на технологию или просто предпочитает не раскрывать коллегам всех секретов.

Но не так давно подобная схема была успешно реализована в портативной технике, что позволяет надеяться на более широкое распространение технологии в будущем. Не исключено, что спустя некоторое время класс D действительно станет цифровым усилителем.

+ Плюсы +

Главный плюс усилителей класса D, ради которого и затевалась история с модуляцией сигнала — энергоэффективность. Причем и в теоретических выкладках, и в реальных цифрах это дает такой прирост КПД, с которым хоть как-то может сравниться разве что переход от класса А к классам В и АВ, а все достижения класса G и прочих на его фоне кажутся довольно слабой попыткой.

Работая в импульсном режиме, половину времени транзистор проводит в полностью закрытом состоянии, а значит имеет нулевой ток покоя и не потребляет энергии. При этом в момент включения транзистор работает на полную мощность, перенаправляя всю энергию, поступающую от блока питания, на выход усилителя.

В итоге, эти самые теоретические 100% КПД при практической реализации дают действительно превосходные значения порядка 90–95%. А поскольку лишь единицы процента энергии расходуются на нагрев транзисторов, радиаторы можно использовать исчезающе малого размера. Для получения на выходе 100–200 Вт на канал усилитель класса АВ должен иметь радиаторы, занимающие одну или обе боковых стенки корпуса, а усилитель класса D обойдется кусочком алюминия размером в один-два спичечных коробка.

Кстати, то же самое можно сказать о размере платы усилителя мощности: в классе D она получается в разы компактнее, даже если собирается не на микросхемах, а на дискретных элементах. Ну и в завершение всего, усилители класса D имеют меньшую себестоимость, нежели сопоставимые по мощности модели других классов. Впрочем, последнее касается скорее DIY-проектов — производители же предпочитают вкладывать сэкономленные деньги в повышение качества звучания и прочие усовершенствования, тем более что в классе D и вправду есть что улучшать.

— Минусы —

Обладая совершенно убийственными преимуществами, класс D не завоевал рынок Hi-Fi целиком и полностью лишь потому, что имеет свои слабые места, которые для многих ценителей качественного звука выглядят куда более значительными, нежели энергоэффективность. Наличие в схеме высокочастотного генератора само по себе является потенциальным источником электромагнитных помех, негативно влияющих на звучание самого усилителя и на работу соседствующих с ним компонентов звукового тракта.

Неподготовленный слушатель, возможно, не заметит данного эффекта или не придаст ему значения, но в индустрии Hi-Fi и High End, когда всякая мелочь имеет значение, такое соседство не приветствуется и вынуждает инженеров совершенствовать фильтрующие схемы и идти на прочие ухищрения, чтобы исключить влияние вредоносного СВЧ-генератора несущей частоты на воспроизводимый аудиосигнал.

Высокий КПД усилителей класса D стал причиной одной специфической особенности: высокой зависимости качества и характера звучания от блока питания. Если производитель решит использовать импульсный источник питания и не озаботится достаточным количеством фильтрующих схем, часть шумов обязательно проникнет в колонки и подпортит впечатление от звучания. Плохой блок питания, конечно, и классу АВ на пользу не пойдет, но именно в классе D эта проблема проявляется наиболее остро.

* Особенности *

Описание плюсов и минусов схемотехники класса D дают совершенно недвусмысленные намеки на то, чем в первую очередь должны заниматься разработчики, которые стремятся добиться от усилителей максимального качественного звука.

Проблему питания усилителей класса D разработчики решают двумя способами. Одни идут проверенным путем, используя классические линейные блоки питания с огромными тороидальными трансформаторами и прочими классическими решениями. Но есть и другой путь, которым идет меньшая часть разработчиков. При должном умении вполне можно создать малошумящий импульсный блок питания, пригодный для установки в усилителях высшего класса качества. И именно они способны дать фору самым мощным и солидным линейным блокам питания за счет лучшего КПД и быстродействия, а как следствие — лучшей динамики звучания и мгновенной реакции усилителя на большие перепады уровней сигнала.

Что же касается специфики работы самого усилителя класса D, его схемотехника обеспечивает существенно более высокий коэффициент демпфирования в сравнении с классом АВ и другими схемотехническими решениями. Это гарантирует не только стабильную работу со сложной нагрузкой, быстрый, четкий бас и большой динамический диапазон, но также обеспечивает меньший уровень искажений, отсутствие каши, вялой атаки или смазывания фронтов и самое главное — способность усилителя одинаково справляться с совершенно разноплановой музыкой.

Практика

Почетная обязанность отстаивать честь усилителей класса D в нашем исследовании выпала усилителю Marantz PM-KI RUBY. Этот аппарат имеет образцово-показательную компоновку, демонстрирующую, как нужно создавать современные усилители. Два модуля Hypex NCore 500, работающие в классе D, питаются от специального малошумящего импульсного блока питания. При этом в конструкции усилителя присутствует классический предварительный каскад, выстроенный на дискретных элементах, согласно фирменной технологии HDAM от Marantz, которая использовалась и в традиционных усилителях класса АВ.


Предварительный каскад питается от линейного блока питания, тороидальный трансформатор которого, судя по размерам, имеет многократный запас мощности, чтобы никоим образом не повлиять на динамику и чистоту звучания. Другими словами, в одном корпусе сочетаются два подхода: классический для предварительного усилителя и современный для усилителя мощности.

Все это обильно приправлено типичным для High End-моделей вниманием к мелочам вроде омедненного шасси, улучшенной виброразвязки, сокращения путей сигнала, симметричной топологии плат, строгого отбора деталей по параметрам и т.п.


В результате, мы имеем едва ли не самый совершенный с технической точки зрения аппарат с коэффициентом демпфирования 500, искажениями менее 0,005% и энергопотреблением 130 Вт при выходной мощности до 200 Вт на канал при 4 Ом нагрузки. Впрочем, всякую претензию на совершенство в мире звука надлежит проверить практикой.

Звук

Усилитель выдает очень свободное красивое звучание с превосходной детализацией, богатыми тембрами и длинными естественными послезвучиями живых инструментов. Сцена выстраивается максимально точно и масштабно, с достоверной передачей пропорций и местоположения виртуальных источников звука в пространстве. Все вполне соответствует представлениям о том, как должен играть хороший усилитель категории High End. Никакой синтетики, жесткости или «дискретности», которую в звучании класса D обнаруживают некоторые адепты старой школы, не наблюдается. Напротив, Marantz PM-KI RUBY успешно сочетает лучшие объективные характеристики с фирменной утонченной и легкой подачей музыкального материала.


Это типично «марантцовское» звучание проявляется, в первую очередь, в излишней интеллигентности при воспроизведении металла и тяжелого рока. В то же время классика любых составов, джаз и вокал звучат очень живо и натурально. Весьма похожий, возможно, даже чуть более красивый и приторный характер звучания проявляли усилители Marantz прошлых лет, работающие в классе АВ, что позволяет сделать вывод о нейтральном характере звучания усилителей мощности класса D.

Подключение к усилителю Marantz PM-KI RUBY акустики разной мощности, с разной чувствительностью и разным импедансом дало вполне ожидаемый результат: отсутствие какой либо выраженной реакции на изменение этих параметров. С любой стереопарой усилитель справлялся одинаково уверенно. Даже на самой сложной нагрузке и на высокой громкости на удивление стабильно воспроизводились нижние ноты контрабаса — они звучали абсолютно четко, без гула, с натуральной передачей ощущения вибрирующей струны и откликающейся на эту вибрацию деки инструмента. Одним словом, все происходило ровно так, как и должно происходить с усилителем, имеющим заявленное сочетание мощности и коэффициента демпфирования.

Выводы

Все основные преимущества класса D вполне подтверждаются практикой. Но если с точки зрения энергопотребления и других измеряемых характеристик ситуация абсолютно очевидная и бесспорная, звучание по-прежнему остается вопросом дискуссионным. Класс D в чистом виде дает максимально качественный и, как следствие, — нейтральный, не окрашенный звук. Такое придется по вкусу далеко не всем и с наименьшей степенью вероятности порадует тех, чьи предпочтения формировались через прослушивание ламповой и прочей ретро-техники. С этой точки зрения разработчики Marantz продемонстрировали житейскую мудрость, придав своему усилителю фирменный характер звучания путем установки оригинальных модулей предварительного усиления. Одновременно с этим существуют другие производители, в том числе адепты максимально точного и нейтрального звучания, которые используют потенциал класса D, согласно своим представлениям о прекрасном.

В целом же, вывод такой: если производитель не экономил на ключевых элементах схемы, в результате мы получаем усилитель максимально близкий к совершенству. Остальное — дело вкуса.

Источник: stereo & video

Как работает усилитель класса D

Усилители класса D начали массово использоваться в Hi-Fi лет 30 (или даже больше) назад. И все это время их конструкция и параметры совершенствовались. Эволюция этой технологии постепенно привела к тому, что, качество звука усилителей данного класса стало как минимум не хуже конструкций более традиционного для Hi-Fi класса A/B — разумеется, если разработчики правильно применяют данную технологию. Что ж, давайте поближе познакомится с усилителями D-класса.

По порядку рассчитайся!

Начнем с того, что буква D в названии этих усилителей выбрана исключительно как следующая по алфавиту после A, В и C, которыми были обозначены классы усилителей по мере их разработки. Но, если различия между первыми тремя хотя и значительны, но в целом позволяют отнести их к одному общему виду с точки зрения схемотехники, то класс D – это совсем другой «зверь».


Как мы помним, в классах A, B, A/B и C выходные каскады усилителей имеют дело с непрерывным сигналом, и при их работе та или иная часть энергии от источника питания расходуется впустую (то есть в тепло). Как следствие — необходимость использования пассивных или активных устройств для охлаждения, а также блоков питания с избыточной мощностью. Что вполне логично приводит к увеличению размеров и веса таких усилителей. Кстати, именно из-за непрерывного режима работы усилители перечисленных классов обычно называют «линейными», и для их обозначения мы также для краткости воспользуемся этим термином.


При разработке усилителей класса D было решено придумать схему, в которой бы вся (ну или почти вся) энергия блока питания преобразовывалась в выходной сигнал, подаваемый на колонки. И этого удалось достичь, переведя усилитель из линейного режима работы в импульсный. На первом рисунке показана упрощенная схема усилителя класса D. В принципе, у этой схемы есть определенное сходство с двухтактными усилителями линейного класса, и даже использование на выходе так называемых полевых МОП-транзисторов не является чем-то необычным. Применение в усилителях класса D именно таких транзисторов является принципиально важным, так как только они обладают необходимым быстродействием для передачи импульсного сигнала. Оптимальный КПД такого усилителя был бы достигнут, если бы его выходные транзисторы могли переключаться мгновенно, то есть находились либо в полностью включенном, либо в полностью выключенном состоянии. В реальном мире таких транзисторов пока еще не существует, но даже эффективность типичного усилителя класса D почти в два раза превышает эффективность схемы A/B-класса — более 90 процентов против примерно 50-ти.

Модуляция по широте

Ключевым же (в прямом и переносном) смысле схемы усилителя класса D является компаратор. Компаратор — это электронный «кирпичик», который имеет два входа: назовем их входом A и входом B. Когда напряжение на входе A выше, чем на входе B, на выходе компаратора будет максимальное положительное напряжение. Когда на входе A ниже напряжение, чем на входе B, на выходе компаратора будет максимальное отрицательное напряжение.


На рисунке 2 показано, что делает компаратор в усилителе класса D. На один вход (вход A) подается сигнал, который нужно усилить (линия синего цвета). На другой вход (вход B) поступают треугольные импульсы фиксированной частоты от специального задающего генератора (красная линия). В тот момент, когда уровень входного сигнала превышает уровень сигнала с генератора, выходной сигнал компаратора становится положительным. Когда входной сигнал оказывается ниже уровня «треугольника», выходной сигнал становится отрицательным. В результате получается цепочка импульсов, ширина которых пропорциональна уровню сигнала в каждый момент (нижний график). Все просто, не правда ли? Теперь вы знаете, что такое широтно-импульсная модуляция или ШИМ — именно она чаще всего и используется в усилителях класса D.

Далее, выходной сигнал фильтруется для удаления помех и сглаживания формы, и подается на колонки, для работы которых он уже не будет ничем отличаться от получаемого с обычных линейных усилителей.


Чем чаще, тем лучше

Важно понимать, что чем выше частота импульсов задающего генератора, тем более детальным будет звучание усилителя. Например, если эта частота составит 300 кГц (что примерно в 15 раз выше самой высокой звуковой частоты), то усилитель класса D уже можно отнести к Hi-Fi. Динамический диапазон его звука и отношение сигнал / шум также зависят от частоты задающего генератора — чем она выше, тем лучше. Однако недостатком увеличения этой частоты является то, что с ее ростом усилитель класса D будет становиться менее эффективным, то есть будет терять принципиальное преимущество перед линейными схемами.


Конструкция усилителя Pro-Ject MaiA – без компромиссов

Еще один момент заключается в том, что схема класса D – это все-таки не вечный двигатель и для того, чтобы развить высокую выходную мощность, такому усилителю нужен соответствующий блок питания. Да, его энергия будет использоваться гораздо более эффективно, чем в линейных усилителях, но тем не менее мощность блока питания усилителя класса D должна немного превышать показатель его выходной мощности. А с ростом частоты задающего генератора потребляемая усилителем класса D энергия также будет расти.

Ограничения класса D

Если бы класс D был идеальным, то такие усилители уже полностью захватили бы мир Hi-Fi. Но, как и у любой другой технологии, у класса D есть свои недостатки. Пожалуй, можно начать со значительного уровня помех, которые способны генерировать подобный усилитель. И «простым» экранированием его схемы задачу по их устранению не решить — излучателем помех является акустический кабель, если из выходного сигнала не полностью удалены импульсы, вносимые генератором. За удаление этих помех отвечает фильтр на выходе усилителя, и именно от правильности его расчета и исполнения зависит качество звучания усилителя класса D.

Вторая проблема класса D напрямую связана с первой. Выходной фильтр на выходе такого усилителя пассивный, состоящий из конденсаторов и катушек индуктивности, а значит, рассчитан на подключения определенного сопротивления. А мы уже знаем, что сопротивление колонок, указанное в их паспортных данных — например, 8 Ом — является величиной непостоянной, меняющейся в зависимости от частоты сигнала. Это сопротивление (точнее, импеданс, а значит еще и импеданс и емкость) подключенных колонок значительно влияет на параметры фильтра, снижая его эффективность.

И, в-третьих, усилитель класса D имеет относительно низкий коэффициент демпфирования нагрузки. Коэффициент демпфирования — это отношение импеданса громкоговорителя к выходному сопротивлению усилителя (на самом деле все гораздо сложнее, но пока не будем погружаться в частности) Проще говоря, это мера того, насколько хорошо усилитель может контролировать движение диффузоров динамиков колонок. Хороший усилитель не просто двигает диффузор вперед и назад, а контролирует его перемещение по всей траектории. Для этого и необходим высокий коэффициент демпфирования.


Новый усилитель Pro-Ject Stereo Box DS2 удваивает выходную мощность при переходе с 8 на 4-Омную нагрузку

Нет предела совершенству

Совершенствование технологии усилителей класса D привело не только к улучшению их звучания, но и упрощению конструкции, в том числе и за счет появления ряда специализированных микросхем. Как и обычно в Hi-Fi, по-настоящему качественный усилитель класса D нельзя сделать дешевым, однако есть много устройств, где данная технология реализована буквально «за копейки». Фактически из преимуществ данной технологии в них остаются только значительная выходная мощность при миниатюрных размерах (и то в сочетании с не самой высокой надежностью), но о качестве звука там можно забыть. К сожалению, многие меломаны, услышав такие усилители, в дальнейшем считают подобное звучание характерным для всех моделей класса D. Но к счастью, на рынке есть компании, чьи D-усилители как минимум не уступают, а то и превосходят по качеству звука сравнимые по цене аппараты, выполненные по классическим линейным схемам, одновременно являясь более компактными и мощными. Как знать, может быть это и есть будущее Hi-Fi индустрии?

При подготовке публикации использовались материалы с сайта: https://www.soundonsound.com/techniques/what-class-d-amplification#top


Статья о о классах усилитлей

Классы усилителей

 

 

 

Основное назначение усилителя мощности – это управление громкоговорителями. Он обеспечивает подачу высокого напряжения и тока на нагрузку, которая имеет низкое сопротивление, а благодаря большому диапазону частот – усиленный сигнал будет характеризоваться минимальным уровнем искажений. Усилители производится в двух исполнениях: в виде отдельного устройства, а так же, как функциональный модуль, являющийся частью более сложной конструкции. Судить о работе любого усилителя можно по его эффективности, а также по уровню генерации тепла. Другими словами – чем меньше тепла выделяется устройством – тем оно лучше. Впрочем, эта характеристика обуславливает и уровень его энергоэффективности.

 

Конструкция усилителя

 

 

 

Усилитель складывается из определенной цепи каскадов усиления, которые определенным образом связаны друг с другом. Каскады усиления еще называют – ступенями усилителя. Они состоят из одного, либо же нескольких усилительных элементов, схемы нагрузки и каналов, обеспечивающих взаимодействие между соседними ступенями. В качестве усилительных элементов могут использоваться специальные транзисторы, лампы, либо туннельные диоды. Кроме прямых обратных связей, бывают также и отрицательные. Последние в частности снижают уровень искажений и обеспечивают стабильную работу устройства. Между каскадами часто монтируются потенциометры, либо же аттенюаторы, позволяющие изменять уровень усиления, а также различные фильтры для регулировки и формирования устойчивой частотной характеристики. Усилители бывают аналоговыми и цифровыми. Так, аналоговые устройства усиливают, но не оцифровывают сигнал. А цифровые, путем аналогово-цифровых преобразований аналогового сигнала, выдают сигнал уже в цифровом формате.

Классификация усилителей

Принадлежность усилителя к тому или иному классу маркируется латинской буквой. Покупатели на эту букву смотрят прежде всего, так как она обозначает режим функционирования усилительного элемента.

Класс А

Усилители, принадлежащие к этому классу относятся к наиболее простым. Они собираются на базе одного транзистора. Поэтому нелинейные искажения в данном случае практически исключены. Устройства этого класса редко используются в схемах выходного каскада, но становятся идеальным вариантом для входных каскадов. Устройства А-класса составляют основу первого каскада усилителей любых других классов. Все просто: любые помехи, а также искажения с первого каскада усиливаются всеми последующими. Особенностью работы устройств А-класса – является выделение громадного тепла на транзисторе. Для этого требуются достаточно громоздкие системы охлаждения, а кроме того, эти усилители характеризуются высоким энергопотреблением. Усилители класса А, имеют массу недостатков, но аудиофилы считают их настоящим стандартом качества. Все потому, что усилитель выдает точный и практически не искаженный сигнал. Вместе с тем малая эффективность, скромный КПД и значительные энергозатраты при высоком уровне выделения тепла делают такие модели менее востребованными.

Преимущества:

– Практически отсутствуют искажения.

Недостатки:

– Малая мощность.

– Скромный КПД.

– Высокий уровень энергопотребления.

– Выделяют много тепла.

Класс B

Устройства, составляющие класс В – преимущественно двухтактные. У них выходные транзисторы проводят лишь 1/2 волны. По эффективности, они значительно превосходят класс А, однако, из-за характерного для них кроссоверного искажения – существенно искажают сигнал. Поэтому устройства класса В, в «чистом» так сказать, виде используются очень редко. Они оказались полностью вытесненными устройствами D класса.

Класс AB

Наибольшее распространение получили усилители именно этого класса. Они составляют большую часть AV-ресиверов, используемых в стереоусилителях и домашних кинотеатрах. В этом классе усилителей удачно скомбинированы все лучшие достижения классов А и В. Поэтому КПД устройств класса АВ значительно выше, чем у класса А, ну а сигнал искажается гораздо меньше, чем в классе В. Особенность устройств, принадлежащих к классу АВ, состоит в том, что здесь достигнут компромисс между нагреванием усилителя и качеством звучания. Кроме того эти устройства собираются на основе простых схем, к элементам которых не предъявляется особых требований по качеству. Это достоинство позволяет использовать рассматриваемый класс усилителей во множестве различных моделей.

Преимущества:

– Имеют больший КПД, чем устройства А-класса.

– Более низкий уровень искажений сигнала, чем в В-классе.

– Меньший нагрев, чем у класса А.

– Использование простой схемотехники.

Недостатки:

Уровень искажений выше, чем в А-классе.

Класс D

Разработчики постоянно развивают и совершенствуют модели данного класса, поэтому они достаточно популярны и часто используются в профессиональной и бытовой аудио аппаратуре, а также во многих портативных устройствах. Кроме того они самые эффективные, а их КПД может достигать 90%. Эффективность моделей этого класса обусловлена типом и высокой частотой модуляции, поэтому используется более сложная схемотехника, которая требует качественных компонентов, что неминуемо повышает конечную стоимость устройства. Но пользователи с удовольствием платят за хорошее качество звука. Отличие устройств, принадлежащих к классу D, от АВ, состоит в том, что для первых характерно сохранение низкого уровня искажений – причем во всем диапазоне громкости. Усилители класса D используют дельта-сигма-модуляцию. С ее помощью шумы выводятся в полосу ультразвука, поэтому человеческое ухо их попросту не воспринимает.

Маломощные усилители класса D активно используются в портативных устройствах. Усилитель состоит из микросхемы, не требующей каких-либо дополнительных фильтров. Благодаря обратной связи компенсируется большая часть искажений и пульсации питания. Помимо этого с помощью высокой частоты модуляции убираются «лишние» высокие частоты. Одним из преимуществ устройств D-класса является то, что они не нуждаются в прогреве, причем даже модели, имеющие большую мощность. Этого не скажешь о классе А: здесь устройство для того, чтобы выйти на паспортные характеристики, нуждается в прогреве. Кроме того, это усилители содержат DSP (цифровой сигнальный процессор), компенсирующий большинство фазово-частотных искажений, возникающих из-за акустических особенностей помещения и самих динамиков. Подобная комбинация цифрового усилителя с цифровым процессором позволяет получить высококачественный звук, который может быть ограничен лишь возможностями динамика. Любому профессионалу важен конечный результат, поэтому настоящие ценители в основном и выбирают усилители D класса.

Преимущества:

– Высокая эффективность.

– Компактность и относительно небольшой вес.

– Практически отсутствует фоновый шум.

– Низкий уровень теплоотдачи.

– Мгновенная готовность к работе.

Недостатки:

– В конструкции используется сложная схемотехника.

– Высокая цена.

Классы G, H, E, F

Усилители G и H класса – являются аналогами устройств, принадлежащих к классу АВ. Их конструкция предполагает использование дополнительных источников напряжения, которые подключаются в процессе работы к выходному каскаду. В частности, для Н-класса – один источник питания, для G-класса – может применяться два и более.

Напряжение, питающее выходной каскад таких устройств будет изменяться в соответствии с уровнем сигнала, что способствует повышению КПД усилителя. Характеристики устройств, относящихся к классу Н, просто идеально подходят для компактных усилителей большой мощности, которые применяются в большинстве профессиональных туровых акустических систем. Более высокий КПД имеют усилители E и F классов. У них переключение транзистора осуществляется в момент, когда ток через него не проходит. Но из-за больших искажений сигнала устройства E и F классов для усиления звука практически не используются.

Преимущества:

– Эти усилители имеют высокую эффективность.

– Низкий уровень теплоотдачи.

– Компактность.

Недостатки:

– Высокая цена.

Выводы

Из вышесказанного можно заключить, что любой усилитель, причем независимо от своего класса может быть как хорошим, так и плохим. Конечный результат зависит от использованной в устройстве схемотехники. Важным показателем усилителя является его КПД, а у D-класса – он самый высокий. Выбирая конкретную модель усилителя, стоит обратить внимание на две особенности: это выдаваемая мощность при заданном сопротивлении нагрузки и стоимость устройства. Наибольшей популярностью сегодня пользуются усилители АВ класса. В их конструкции воплощается оптимальное соотношение вышеназванных характеристик: они хорошо работают, а также имеют сравнительно небольшую стоимость. Вместе с тем аудиофилы предпочитают класс А, так как он выдает чистый звук. Профессионалы, имеющие деньги часто покупают D-класс, имеющий высокий КПД и множество вспомогательных устройств, выполняющих дополнительное динамическое преобразование звука, например: лимитер, эквалайзер, кроссовер. Они даже позволяют настраивать задержку аудио сигнала, которая необходима для достаточно крупных инсталляций, где акустические системы могут быть расположены в сотне метров от сцены. Просто не существует предела совершенству, впрочем, как и поиску новых решений. Постоянно экспериментируйте, ищите и находите наилучшие решения для своих задач.

Плюсы и минусы усилителя класса D

, зачем вам это нужно? – Arylic

Карта артикулов

  • Что такое усилитель класса D?
  • Как работает усилитель класса D?
    • Преимущества усилителей класса D
  • .
  • Недостатки усилителей класса D
  • Почему для домашней стереосистемы вам следует выбрать усилитель класса D?

Усилитель класса D был впервые изобретен британским ученым Алеком Ривзом в 1950 году. В последние годы спрос на аудиоусилители класса D растет, и они становятся все более популярными на музыкальной арене благодаря своей высокой эффективности.

В этой статье я расскажу, что это такое, как оно работает, плюсы и минусы и почему оно лучше всего подходит для вашей домашней стереосистемы.

Что такое усилитель класса A?

Усилитель класса D — это электронный усилитель, также известный как усилитель с переключением мощности. где выходной транзисторный каскад работает как электронные переключатели, а линейное усиление не такое большое, как у других усилителей. Усилитель класса D начинает работу, принимая входящий аналоговый входной сигнал и генерируя ШИМ или ШИМ. Затем он преобразует входной сигнал в поток импульсов. Это усилитель, который в основном усиливает MOSFET и транзисторы. Итак, мы можем сказать, что типичный усилитель класса D состоит из двух выходных МОП-транзисторов, широтно-импульсного модулятора и внешнего фильтра нижних частот для восстановления усиленного звука.

Как работает усилитель класса D?

 

Как известно, усилитель класса D работает с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) или модуляцией плотности импульсов (ШИМ). Таким образом, используя ширину импульса или плотность импульса, он создает равный аналоговый выходной каскад для динамиков, а не традиционное цифро-аналоговое преобразование. Усилительные устройства обычно представляют собой полевые МОП-транзисторы или транзисторы, которые работают как электронные переключатели.

Давайте углубимся в более подробное объяснение для лучшего понимания.

Усилитель класса D создает серию прямоугольных импульсов фиксированной амплитуды, когда начинает работать. Он различается по площади и разделению или по количеству в единицу времени. Кроме того, эти импульсы также представляют собой изменения амплитуды входного аналогового аудиопотока. Также возможно синхронизировать часы модулятора с входным цифровым звуковым сигналом, что устраняет необходимость преобразования цифрового звукового сигнала в аналоговый сигнал. Выходной каскад модулятора управляет работой выходных транзисторов, попеременно включая и выключая их. Важно убедиться, что пара транзисторов не будет проводить вместе одновременно. Если они будут проводить вместе, произойдет короткое замыкание между шинами питания через транзистор. Затем схема усилителя класса d использует индуктивность громкоговорителя, чтобы предотвратить перегрев звуковой катушки высокочастотным компонентом.

Поскольку транзисторы либо полностью «включены», либо полностью «выключены», они очень короткое время находятся в линейной зоне, и их рассеиваемая мощность в течение этого периода очень мала. Это главный фактор его высокой эффективности. Он имеет меньшую рассеиваемую мощность и меньшее тепловыделение по сравнению со своими предшественниками, что означает, что он более эффективен, чем класс A, класс B, класс AB и класс D. Базовый фильтр нижних частот, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора. направляет путь для низких частот звукового сигнала, оставляя позади высокочастотные импульсы. Иногда фильтр выходного каскада не используется в приложениях, чувствительных к стоимости.

Согласно Википедии

 Вам трудно понять описанный выше принцип работы? Не волнуйтесь, мы поможем вам суммировать преимущества прямо ниже, чтобы вы могли просто понять, какую пользу вам приносит усилитель класса d!

 Преимущества усилителей класса D

1. Высокая эффективность

Самым большим преимуществом усилителя мощности класса D является его высокая эффективность. Он также обеспечивает низкое тепловыделение, невероятную производительность, отличную производительность и может использоваться для различных целей. Этот класс D весит меньше, чем усилители A, B или AB. Когда речь идет о портативном оборудовании звукоусиления и басовых усилителях, это жизненно важный вопрос.

2. Широкое применение

Усилители мощности класса D имеют широкий диапазон применения и низкую минимальную подключаемую нагрузку. Кроме того, скорость преобразования батареи остается постоянной независимо от емкости нагрузки.

3. Чистый звук

В усилителях мощности класса d отсутствуют высокие и промежуточные частоты, они допускают относительную регулировку частоты, воспроизводят очень чистый звук, звуковой образ достаточно точен в своем позиционировании.

4. Массовое производство

Усилители мощности класса D идеально подходят для массового производства. Пока компоненты размещены правильно, вы можете обеспечить согласованность продукта и устранить необходимость отладки во время производственного процесса, что является безопасным и надежным.

5. Универсальная функциональность

Усилитель класса d может выполнять групповое управление, дистанционное управление, мониторинг и другие операции напрямую, без необходимости в каком-либо другом оборудовании.

6. Энергоэффективный

По сравнению с другими усилителями, такими как класс A, класс b и AB, усилитель класса d более энергоэффективен. Класс AB дает максимальную эффективность только 78,5%. Эффективность усилителя класса AB может упасть до 50% на реальной сцене. Хорошо структурированный усилитель класса D никогда не будет давать менее 90% эффективности с реальными динамиками в качестве нагрузки одновременно с усилителем AB. Из-за большой эффективности усилителей класса D им требуется меньший радиатор и блок питания. По этой причине усилители класса d намного легче аналоговых усилителей, что является ключевым преимуществом усилителя класса d.

Теперь вы можете полюбить усилитель класса D и захотеть его иметь. Но ни одно устройство не идеально, так как усилитель класса D. Нам также нужно знать его недостатки, чтобы увидеть, соответствует ли он нашим потребностям или нет. В следующем разделе я собираюсь помочь вам суммировать некоторые недостатки.

Недостатки усилителей класса D

  1. Нет специального переключателя

Усилитель мощности класса D не имеет специального переключателя. Качество всего продукта будет ухудшаться, если установленный силовой транзистор и другие компоненты не будут правильно подобраны.

  1. Колебания потенциальной мощности

Потенциал рядом с землей силового транзистора будет колебаться во время процессов первоначального подключения и окончательного отключения усилителя класса d, вызывая увеличение шума.

  1. Мертвая зона

Выходная цепь усилителя класса d может содержать мертвую зону.

Несмотря на то, что усилитель класса D имеет вышеперечисленные недостатки, в настоящее время он пользуется большой популярностью среди аудиоусилителей из-за его небольшого размера и высокой эффективности. Преимуществ так много, что недостатки не вызовут больших проблем при использовании, которыми можно пренебречь. И позвольте нам привести вам больше примеров, более подходящих для вашей домашней стереосистемы.

Почему для домашней стереосистемы следует выбрать усилитель класса D?

Пока вы ищете лучший аудиоусилитель для своей домашней стереосистемы, вы обнаружите, что большая часть усилителя сделана усилителем класса D. Он почти повсеместно используется в стереосистеме домашнего кинотеатра. Потому что он имеет простую конструкцию, стабильную работу и гораздо меньший размер по сравнению с другими усилителями. Другая причина заключается в том, что он лучше всего подходит для беспроводного динамика объемного звучания или системы объемного звучания Bluetooth. Выбор усилителя мощности класса d будет для вас правильным решением, если вы не хотите слышать какие-либо звуковые искажения, такие как щелчки, хлопки или шипение из вашей аудиосистемы. Усилитель класса D звучит более прилично и известен своей высокой эффективностью.

Современный усилитель класса D разработан с беспроводной системой, поэтому любой может передавать свою любимую музыку без проводов через Bluetooth, WIFI и Airplay. Вы можете управлять подключением звука всего дома по беспроводной сети через усилители. Современный демпфер класса улучшит характеристики ваших динамиков и сабвуфера, сделает ваши динамики громкими и четкими, а также обеспечит студийное качество звука. Учитывая все факты и сравнения с другими усилителями, усилитель класса D является лучшим для вашей домашней стереосистемы.

Наша система Arylic полностью соответствует современным тенденциям, согласно которым мы занимаемся производством беспроводных усилителей класса D для домашней стереосистемы. В зависимости от применения и использования у нас есть разные модели, подходящие для ваших домашних стереодинамиков и потолочных динамиков объемного звучания, чтобы вы могли добавить в свою систему беспроводные возможности, такие как WiFi, Bluetooth и Airplay.

Вы можете найти готовые усилители класса D или различные типы самодельных плат усилителей класса D , которые могут удовлетворить ваши потребности по доступной цене.

Позвольте мне кратко рассказать вам о преимуществах усилителей Arylic класса D.

  1. Поддержка потоковой передачи через WiFi и Bluetooth
  2. Поддержка протоколов Airplay, Spotify Connect, DLNA, UPNA
  3. Поддержка Spotify, Amazon Music, Tidal, Deezer, Qobuz, Napster, TuneIn, Интернет-радио и iHeart Radio.
  4. Поддержка локальных файлов, USB-накопителей и потоковой передачи NAS
  5. Многокомнатная/мультизонная потоковая передача

Хотите узнать больше? Затем нажмите  посмотреть товар  от Arylic. Это не займет много времени. Спасибо за просмотр, оставляйте свои комментарии ниже и не стесняйтесь делиться своими мыслями с нами! Вы также можете написать нам по электронной почте [email protected].

 

До новых встреч!

Назад к БЛОГ ARYLIC

Что такое усилитель класса D? Каковы его преимущества и недостатки

Что такое усилитель класса D? Каковы его преимущества и недостатки

Дом