Чем отличаются классы усилителей

Какие бывают классы усилителей звука и их отличия

Современные звуковые усилители относят к нескольким классам. Если у человека нет опыта в настройке аудиоаппаратуры и работе с акустикой, обозначения классов ни о чем не скажут. А между тем, эти буквенные маркировки скрывают в себе конкретные характеристики и показатели, влияющие на качество работы звукового оборудования. Ниже будет подробнее рассказано о том, что такое классы усилителей звука, а также о методах подбора аппаратуры для конкретных задач.

Что такое класс усилителя

Класс усилителя – уровень выходного сигнала, формирующийся из входного сигнала в процессе работы акустической установки. В одном цикле этот сигнал меняется в некотором диапазоне.

Преобразователи частоты разделяются на категории в зависимости от показателей линейности той технологии, которая используется для усиления. Встречаются модели с нужной точностью воспроизведения начального сигнала НЧ и УНЧ, а также нелинейные схемы. Во втором случае звуковой сигнал воспроизводится с меньшей точностью, однако КПД оказывается выше.

Классификация усилителей

Классификация усилителей звука по классам предусматривает разделение на две группы. В первую группу входят устройства A, B, AB и C. Обладают сходными показателями проводимости. Транзистор устанавливается в положении между включением и выключением.

Вторая группа включает в себя устройства с маркировками D, E, F, G, S, H и T. Эти приборы также называются переключающимися. Для работы тут используется принцип импульсной модуляции, а также современные цифровые методики для непрерывного прохода сигнала между положениями выключено и включено. В результате получают нужный выходной сигнал в диапазоне насыщения.

Ниже представлена таблица сравнения характеристик усилителей первой группы, включающей в себя модели A, B, AB и C. Они чаще берутся для рассмотрения, тогда как усилители второй группы представляют собой различные вариации со средними показателями для использования в конкретных условиях.

В чем отличие между классами усилителей

Для полного понимания классификации усилителей рекомендуется подробно изучить каждую категорию, рассмотрев особенности функционирования приборов, а также специфику применения в тех или иных случаях.

Класс А

Усилители категории А считаются распространенными и доступными для использования. Просты по конструкции, характеризуются линейностью, а также средними показателями искажения. Эти особенности помогают добиться нужного качества звучания при организации акустики.

Чаще в конструкции используется один вид транзисторов. Его подсоединяют так, чтобы ток на колонки шел даже тогда, когда основной входной сигнал не идет.

Отнести прибор к группе A можно в том случае, если ток нуля во время холостого хода будет идентичен току нагрузки во время работы.

Усилители категории A функционируют в ультралинейной частотной области, а значит, смещение требует правильной установки. Только так гарантируется работа с достижением необходимого звукового потока.

усилитель А класса

Так как оборудование на выходе отключено, оно проводит ток и вызывает мощностные потери. Выделяется тепло, а КПД снижается до 40%. Так что аппараты представляются непрактичными при организации высокомощных установок.

Чтобы оборудование могло правильно работать, блоку питания придаются необходимые габариты, а входной сигнал фильтруется перед подачей на усилитель. Иначе повышается вероятность появления постороннего гула во время работы.

Класс В

Для повышения КПД и уменьшения нагрева конструкции было решено разработать усилители группы B. Приборы оснащаются двумя дополнительными транзисторами, каждый из которых усиливает только половину сигнала. Специфика конструкции обуславливает осуществление 50% цикла в положительном или отрицательном периоде.

Тока смещения тут не будет, потому что ток покоя прибора нулевой. Это привело к тому, что мощность аппаратуры невысока. КПД же выше, чем у аппаратов категории А.

Оборудование вдвое эффективнее приборов группы А. Но есть и минус, который представлен искажениями во время работы.

Искажения обусловлены наличием некоторого коридора в транзисторах. Часть сигнала в этом коридоре будет видоизменяться, что вносит корректировки в выходной сигнал.

Класс АВ

Объединив свойства приборов категорий А и B инженерам удалось получить функциональный аппарат, объединяющий положительные качества этих приборов. По конструкции больше похожи на усилители группы В. Главное отличие в том, что транзисторы одновременно проводят сигнал в непосредственной близости с точками пересечения осциллограмм. Смещающее напряжение тут составит 5-10% соответствующих показателей тока покоя.

Описанный подход помогает устранить проблемы больших искажений сигнала, характерных для устройств категории В.

Оборудование AB представляется компромиссом между минимальными искажениями и КПД. Эффективность преобразования составляет 50%.

Класс С

Установки класса C характеризуются эффективностью, но при этом нелинейны. Входной ток равен нулю и сохраняется на данной отметке половину времени цикла обработки сигнала. Транзистор в этот момент переключен в ожидание.

Подобный подход гарантирует КПД около 80%, однако во время использования прибора в сигнал вносятся изменения. Из-за этого усилители редко используют в акустике. Гораздо чаще встречаются в различных генераторах, радиоприборах, а также других преобразователях сигнала.

Класс D

Усилители класса D принято относить к группе нелинейных импульсных приборов, которые также называются ШИМ-усилителями.

Интегральные схемы отличаются мощным рассеиванием даже при идеальной реализации. Подход дает некоторые преимущества приборам за счет малого теплового выделения, легкости и компактных размеров. Приборы обходятся дешевле, а время самостоятельной работы больше.

Для правильного функционирования приборов потребуется высоковольтная плата в 10000 ватт.

Другие классы

Отдельно принято рассматривать другие классы работы усилителей, применяемые для решения специфических задач:

Какой класс усилителей звука лучше

В зависимости от сферы использования и особенностей окружающих условий подходящими вариантами становятся усилители всех групп. Отдельно стоит рассматривать оборудование для дома и авто.

Для дома

Подбирая усилитель для домашней акустики, лучше вперед рассмотреть устройства категорий АВ и D с маркировками «sound». Первый тип представляет собой аналоговый прибор, который гарантирующий качественное звучание со средними искажениями.

Устройства категории D – цифровые модели, которые способны обладать любыми характеристиками в зависимости от установленных на схеме компонентов.

Для автомобиля

На автомобилях используют классы автоусилителей А, В, АВ и D. Модели разновидности А на практике встречаются редко из-за дороговизны и низкого КПД.

Стереоусилитили класса В характеризуются большим КПД, но проигрывают в плане искажений звучания. В автоакустике также применяются редко.

Распространенными среди автолюбителей считаются устройства категории АВ. Характеризуются средним качеством звучания, нужными показателями мощности, чистым звуком и повышенным КПД. Подходит для сабвуферов мощностью от 500 до 600 Вт.

Оборудование категории D используют для обработки цифровых сигналов. Приборы компактны, а также характеризуются повышенными показателями мощности. КПД на уровне 90-98% сводит к минимуму вероятность перегрева прибора, а значит, тут не требуется специальный радиатор охлаждения. Среди автомобилистов такие модели не распространены по причине дороговизны.

Как определить класс усилителя звука

Рассматривая усилитель, важно понимать принцип работы и особенности функционирования на всех мощностях. Сам по себе этот механизм ничего не усиливает, работая по принципу крана.

От источника питания ток проходит сквозь динамик. Транзисторы в усилители выполняют функцию крана, закрывая или открывая поток электричества. Специальный сигнал управляет степенью закрытия устройства. Специфика действия транзисторов влияет на категорию оборудования.

На моделях группы АВ транзисторы открываются и закрываются непропорционально поступающим на выход сигналам. При этом параметры будут неизменными. По аналогии с водопроводным краном, вода сначала будет течь медленно, а затем неожиданно превратиться в сильный поток. Такая особенность оборудования требует удерживать транзисторы в полуоткрытом состоянии даже тогда, когда сигнал отсутствует. За счет этого добиваются моментального включения в работу без необходимости ожидания до выхода на мощность.

Усилители D работают сходным образом. Тут также используются выходные транзисторы, способные открываться и закрываться в процессе работы. При этом регулируется прохождение тока к колонкам. Управление транзисторами берет на себя специальный сигнал, отличающийся от входного. Транзисторы могут закрываться или открываться. Никаких промежуточных положений не предусмотрено. За счет такого подхода удается добиться нужного КПД.

При помощи выходного дросселя полученный сигнал может снова получить нужную конфигурацию. Также для этого используется конденсатор, формирующий усиленный выходной сигнал в форме входного.

Устройства D легко определить по повышенному КПД, а также экономному расходу электроэнергии. Они используются для организации акустических установок. А относительно небольшие размеры помогут в том случае, если организовать хороший звук нужно в условиях ограниченного пространства.

Если площади много, подходящим вариантом становится аппарат АВ, который способен выдавать неплохие показатели КПД за счет быстродействующих транзисторов.

При использовании сабвуферов большее преимущество оказывается у аппаратов класса D. Сабвуферы требуют энергетических затрат, а значит показатель КПД оказывается принципиальным.

Рынок предлагает пользователям множество усилителей. Можно без проблем купить необходимую аппаратуру в Москве или другом городе. Главное – учесть класс прибора и правильно подобрать характеристики для конкретной акустической системы.

Источник

Классы усилителей. Устройство и принципы работы

Содержание

Содержание

Усилители принято делить на классы в зависимости от режима работы активных элементов. будь то лампы или транзисторы. Считается, что от класса усилителя зависит качество звука, и в большинстве случаев покупатели ориентрируются больше на этот показатель чем на реальные технические характеристики. Эта заметка немного прольет света на значимость класса при выборе усилителя.

Усилители класса А

Считаются эталоном качества звука, из-за того, что режим работы выбирается на линейном участке, это позволяет достичь высокого качества звучания минимальным схемотехническим решением.

Первый каскад усилителей других классов обязательно работают именно в этом классе, так как искажения и шум первого каскада усиливаются последующими каскадами. Но именно этот режим работы выделяет на транзисторе максимальное количество тепла. Как следствие появляются громоздкие системы охлаждения и большие сложности в создании мощного усилителя, не считая того, что усилителю надо время на прогрев и большого потребления электроэнергии.

Усилители класса B

Рабочая точка последнего каскада выбирается в основании вольтамперной характеристики транзистора, что позволяет снизить нагрев устройства. Недостатком является ступенька, в области тихих сигналов, из-за чего применялся в низкокачественных портативных устройствах и был полностью вытеснен классом D.

Усилители класса AB

Точка покоя выбирается чуть дальше от нуля, это позволяет достичь некоторого баланса между качеством звука и нагревом. Прочие классы (G или H) так или иначе развивают эту идею. Из-за относительно простой схемотехники, не особо требовательной к качеству компонентов, встречается повсеместно — от недорогих портативных устройств, до концертных усилителей и аудиофильских штучек.

Усилители класса С, H, G

Рабочая точка в усилителях класса C, по сравнению с классом B, еще больше смещена относительно центра линейного участка ВАХ-транзистора. В звуковых устройствах из-за слишком больших искажений не используются.

В усилителях H-G классов, по сути, представляющих из себя класс AB, используется дополнительный источник напряжения, подключаемый прямо на лету к выходному каскаду. Это позволяет немного повысить КПД.

Усилители класса D

В отличии от других классов, транзистор работает в ключевом режиме — 2 устойчивых состояниях либо открыт, либо закрыт. Иногда применяют положительную обратную связь для ускорения смены состояний — немыслимый трюк для других классов, приводящий к самовозбуждению.

Так как тепло в основном выделяется при переключении из одного состояния в другое, транзистор очень мало нагревается. Более высоким КПД обладают только режимы E и F, где переключение транзистора происходит в тот момент, когда через него не проходит ток (за счет работы в резонансе с нагрузкой). Но для звуковых усилителей такой режим не подходит из-за слишком больших искажений. Дурную славу эти усилители получили по самым первым дешевым представителям класса.

На самом деле качество усилителя класса D зависит от типа и частоты модуляции. А уже от этого зависит сложность схемотехники, необходимое качество компонентов и, соответственно, цена. Мощные транзисторы, способные работать на большой частоте в ключевом режиме, как и высококачественные аналогово-цифровые преобразователи (ADC) могут стоить весьма внушительно.

Простейшие представители класса D основаны на усилении широтно-импульсной модуляции с частотой ниже 50 кГц. По сути они являются аналоговыми устройствами.

Такая схема достаточно проста, и делается из дешевых компонентов, но отсутствие обратной связи отрицательно сказывается на восприимчивость к помехам по питанию.

Именно такие усилители и стали причиной мифов о плохом качестве звука всего класса. Первые усилители класса А, работающие на лампах с плохим вакуумом и с железным трансформатором тоже не особо блистали характеристиками, но об этом предпочитают не вспоминать.

Да, такой усилитель годится только для сабвуферов, но даже в этом применении его главным достоинством является низкий уровень нелинейных искажений.

В отличии от обычных усилителей класса AB, для которых высокий уровень нелинейных искажений уже на половине заявленной мощности и откровенный клипинг на максимальной — практически норма.

Для усилителей класса D низкий уровень искажений сохраняется практически во всем рабочем диапазоне громкости. Для сабвуфера эта разница не столько в качестве звука, сколько в меньшем нагреве катушки.

В моделях, произведенных с упором на качество, используется дельта-сигма-модуляция. Благодаря обратной связи схема делает поправки на ошибки квантования, что в сумме с нойз-шейпингом или дитерингом выводит шумы в область ультразвука. Работу этих алгоритмов для звука можно наглядно продемонстрировать на изображении:

В области звуковых частот соотношение сигнал/шум после таких преобразований доходит до очень высоких значений, и они не уступают другим классам. Такой усилитель уже можно назвать цифровым (из-за цифровых алгоритмов обработки модулированного сигнала).

Маломощные усилители D-класса получили распространение в мобильной и портативной технике, Bluetooth-колонках. Зачастую представляют из себя одну микросхему, которой даже не требуются дополнительные фильтры на цепях питания — обратная связь компенсирует не только искажения в самой схеме, но и пульсации питания. А за счет с высокой частоты модуляции, индуктивности катушки динамика хватает для фильтрации паразитных высоких частот.

Даже мощным усилителям класса D не надо время на прогрев для достижения паспортных характеристик (для класса А может достигать получаса). Именно благодаря этому профессионалы так полюбили усилители класса D. Такая аппаратура не создает фонового шума, мало греется и готова работать сразу же.

Но и это не все. больше всего этот тип усилителей проявляет себя в работе с цифровым сигналом. Конверторы формата PCM в DSD, встроенные в усилитель, позволяют избегать лишних преобразований из аналога в цифру и обратно. Звук проходит через усилитель в цифровом виде до самого последнего транзистора, которые в Hi-end устройствах могут работать на частотах порядка десятков мегагерц.

Современные устройства пошли еще дальше. В цепь цифрового сигнала добавляют цифровой сигнальный процессор (DSP) для компенсации фазово-частотных искажений, вносимых как динамиком, так и помещением. Искажения замеряются микрофоном, а DSP искажения компенсирует. В итоге такая связка цифрового усилителя и цифровой обработки позволяет добиться максимального качества звука, на которое способен динамик. Именно это и делает усилители класса D любимчиками профессионалов, обращающих внимание в первую очередь на результат.

А для аудиофилов класс D производители тщательно маскируют под названиями других классов, например, Z. Или используют их в качестве источников напряжения для усилителей класса A, AB, хотя при взгляде под другим углом такая схема выглядит как активный фильтр искажений для класса D. А то и вовсе умалчивают о принципах работы усилителя. Как это делает Yamaha:

Но даже беглым взглядом можно сразу заметить характерный для класса D фильтр паразитных частот — катушки индуктивности возле мощных транзисторов редкий гость в усилителях других классов.

Заключение

Любой усилитель, независимо от класса, может быть плохим или хорошим. Конкретное схемотехническое решение влияет на звук больше, чем класс усиления.

Отличительная и неизменная черта классов усилителей — это КПД. И самый большой КПД, порядка 90%, в классе D.

Источник

Автозвук: производители объясняют, что такое «класс усилителя»

Что такое «класс усилителя»? На самом деле слово «класс» в данном случае обозначает принцип работы усилителя.

Класс А
Этот класс по праву считается безнадёжно устаревшим. В настоящее время его можно встретить, пожалуй, только в домашней аудиотехнике, да и то всё реже. Главное достоинство таких усилителей — минимальные искажения на малых уровнях сигнала, они прекрасно передают мельчайшие нюансы. А вот на высоких уровнях сигнала всё уже далеко не так прекрасно. К тому же КПД таких усилителей редко превышает 30%, основная часть энергии уходит в тепло, из-за чего они очень сильно греются. В автомобильной технике таких усилителей единицы, и в основном это старые модели.

Класс В
Такие усилители имеют низкий ток покоя (почти не потребляют энергии при отсутствии сигнала). Как следствие, у них более высокий КПД. Но из-за особенностей своей работы имеют и более высокий коэффициент гармонических искажений на малой громкости. Впрочем, на высокой громкости они уже не так заметны. В классе В работают подавляющее большинство недорогих, но мощных автомобильных усилителей, несмотря на то, что на них пишут «Класс АВ».

Класс АВ
«Золотая середина» между классами А и В. Усилители АВ-класса намного эффективнее усилителей А-класса и имеют заметно меньшие искажения, чем усилители B-класса. Оригинальные схемные решения позволили получить в этих моделях очень высокое качество звука при совсем небольшой цене.

Класс D
Многие называют такие усилители «цифровыми», хотя это неправильно. Буква D действительно пошла от слова Digital, но в данном случае оно переводится как «импульсный». В таких усилителях входной сигнал преобразуется в последовательность импульсов разной длительности: выше амплитуда — импульс длиннее, ниже амплитуда — импульс короче.

Импульсный сигнал усиливается, как и в обычных усилителях, но из-за того, что выходные каскады работают в «ключевом режиме» (включено-выключено, без промежуточных значений), потери получаются минимальными, а КПД очень высоким. Перед подачей на динамик импульсный сигнал проходит через LC-фильтр (катушка индуктивности и конденсатор) и снова приобретает исходную непрерывную (аналоговую) форму.

Существует стереотип, что усилители класса D уступают качеством звучания традиционным усилителям класса АВ. И так действительно было лет десять-пятнадцать тому назад. Но сегодня даже консервативный домашний High End вовсю строится на D-классе. Причина проста — современная элементная база позволяет поднять несущие частоты (частоты следования импульсов) до 400 и даже выше килогерц. Более того, D-класс сейчас даже лучше подходит для систем, ориентированных на аудиоформаты высокого разрешения (Hi-Res Audio).

Источник

Усилители низкой частоты классов: А, B, AB, D, G, H

Здравствуй, Хабр!

В данной статье мы рассмотрим звуковые усилители классов: А, B, AB, D, G, H

Сначала рассмотрим классы по положению рабочей точки. Каждый транзистор имеет выходную характеристику, которую можно найти в DataSheet.

Пример характеристики на рисунке ниже.

Выходная характеристика транзистора.

Именно с помощью данной характеристики мы сможем выбрать класс усилителя по положению точки покоя.

Выходная характеристика показывает какой ток нам нужно задать базе транзистора, для того чтобы получить определённый класс усилителя, также мы узнаем Iк.

Класс А

Класс А — это такой режим работы усилительного элемента, при котором входные значения, проходя через усилительный элемент не прерывается. То есть точно повторяет входной сигнал.
Усилительный элемент приоткрыт всегда и точно повторяет отрицательную и положительную волну.

Класс B

Элемент, работающий в данном классе способен усиливать только одну полуволну, положительную либо отрицательную.

Такой класс используют в двухтактных усилителях, где положительную полуволну усиливает один транзистор, а отрицательную другой.

Двухтактный усилительный каскад класса В. Но на выходе усилителя работающего в данном классе мы имеем искажение. Данное искажение называется «Ступенькой».

Для устранения данного искажения нужно перейти к классу АВ. На рисунке ниже показаны два класса усилителя В и АВ и их выходные сигналы относительно входным.

Класс D

Принцип действия данного класа. В данном режиме работы, транзистор либо открыт либо полностью заперт. Это достигается с помошью модулятора ШИМ сигнала. Именно это дает такому каскаду кпд свыше 90% (практически на любых мощностях).

Минусом данного каскада являются искажения. Они вознакают из-за способа модуляции так-как существует «мертвый» период который необходим для предотвращения сквозных утечек.

Также сильными источниками искажений являются L и C элементы в фильтре (НЧ).

Усилители класса G и H

Сначала поговорим о питании усилителей. Для получения большой мощности, необходимо иметь большое напряжение питания.

Но сигнал входной и соответственно выходной не всегда обладают большой амплитудой и на маленькой мощности большое напряжение питания не является необходимым, более того КПД данного усилителя на маленькой мощности падает.

Отсюда и вытекают классы усилителей G и H.

Отличие данных усилителей заключается в питании, напряжение которого меняется при необходимости, а в зависимости какой класс G или H оно меняется либо ступенчато, либо плавно.

В усилителе класса H напряжение питания меняется плавно то есть транзисторы находятся в усилительном режиме, а в классе G оно меняется ступенчато, транзисторы в данном классе находятся в ключевом режиме (полностью открыты или полностью заперты).

Усилитель класса H

Усилитель класса G

Вывод: Усилители для комфортного прослушивания звукового тракта в домашних условиях должны работать в классе А, АB или D.

Источник