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.