X
+7 (495) 766-33-29
Обратный звонок
г. Москва, Рязанский пр-кт, д.33

info@inteira.ru
Классы усилителей мощности
Классы усилителей мощности

Классы усилителей мощности


Аудиоусилитель (усилитель мощности) предназначен для увеличения амплитуды или мощности входного сигнала (впрочем описанные топологии усилителей могут применяться не только в аудиотехнике). Чем выше линейность усилителя тем точнее сигнал на его выходе повторяет сигнал на его входе, тем меньше искажений вносится усилителем. Различные требования, предъявляемые к усилителям по простоте, цене, точности, эффективности заставляют использовать различные архитектуры усилителей, речь о которых и пойдет ниже: Class A, Class B, Class AB, Class D, Class G, Class DG, и Class H.

Класс-А

Самый простой тип. Используется транзистор, включенный в цепь и работающий как линейный элемент, проводя ток сильнее или слабее в зависимости от амплитуды входного сигнала на его базе, что вызывает пропорциональное увеличение тока коллектора.

a-class

Так как транзистор может усиливать только положительные значения тока (при переходе сигнала через ноль транзистор закроется и не усилит отрицательную полуволну) то входной сигнал приходится "подтягивать"  резистором к источнику питания что бы все колебания происходили от 0 до + источника питания. В итоге когда у нас нет сигнала - транзистор все равно наполовину открыт и впустую рассеивает мощность. В итоге эта схема используется там где важна высокая точность и можно пренебречь невысокой эффективностью.

В качестве иллюстрации приведу вот этот проект человека, сделавшего усилитель для колонок на полевом транзисторе, используя его как линейный элемент. При выходной мощности порядка 5 Вт усилитель потреблял 20 Вт.

Класс B

Попытка улучшить предыдущую схему. Вместо того что бы подтягивать сигнал, расходуя энергию, для усиления одним транзистором, усилители класса В используют два транзистора:

b-class

схема также известна как push-pull, схема, "тяни-толкай" или комплиментарная пара. Один транзистор усиливает положительную полуволну, второй - с обратной проводимостью, отрицательную полуволну. При отсутствии сигнала оба транзистора закрыты и схема энергию не расходует. Но у данной схемы есть недостаток, она вносит искажения типа "ступенька" в сигнал, особенно если сигнал малой амплитуды. Дело в том, что транзистор открывается не сразу как только напряжение на базе стало чуть больше нуля, нужно, что бы напряжение было больше определенного порога. Это выглядит примерно вот так:

distirtion

(картинка взята отсюда) Зеленым показан входной сигнал, красным вольт-амперная характеристика усилителя, синим - итоговый сигнал. Если мы усиливаем сигнал "бип бип" то это искажением можно проигнорировать, но если мы усиливаем музыку то искажение неприемлемо.

Наглядно анимацию работы усилителей класса В можно тут: http://falstad.com/circuit/e-pushpullxover.html (требуется ява)

Класс АВ

Попытка объединить достоинства класса А и класса В с ликвидацией их недостатков.

AB-class

Усилитель класса АВ обеспечивает качество звука как усилитель класса А, а эффективность у него как у усилителя класса В. Для того что бы не было "ступеньки" особенно при малых сигналах, на вход подается смещение за счет чего мертвые зоны (см картинку с сигналами класса В) перекрываются, и для малых сигналов усилитель больше представляет собой класс А, а для сигналов большой амплитуды работает только один транзистор - класс В. Эффективность порядка 65%

Анимированно посмотреть можно тут: http://falstad.com/circuit/e-pushpull.html

Класс D

Класс D - от Digital - транзистор работает в "цифровом" - ключевом режиме, когда он только открыт, или закрыт. Это позволяет еще выше поднять эффективность усилителя.

D-class

Имеют в своем составе ШИМ модулятор, скважность выходного сигнала зависит от амплитуды входного, и транзистор - чаще всего полевой, который включает и выключает нагрузку. Если на выходе поставить сглаживающий фильтр, а частоту ШИМ выбрать достаточно высокую, то сигнал на выходе будет достаточно качественным, при КПД 90% и более. Именно усилители класса D при габаритах со спичечный коробок могут выдавать в динамики 100Вт мощности, ведь транзистор только в двух состояния - открыт и закрыт, а в открытом состоянии он рассеивает очень мало тепла при протекании через него тока.

Еще нагляднее работу усилителя класса D можно увидеть тут: http://falstad.com/circuit/e-classd.html

Класс G

Усилители класса G в целом аналогичны классу AB с той лишь разницей что используют два и более напряжения источников питания.

G-class

Когда сигнал малой амплитуды используется источник с низким напряжением, когда амплитуда сигнала растет - используется источник питания с большим напряжением. А чем меньше напряжение источника питания - тем меньше потери в линейном режиме. В портативной технике есть проблема с использованием нескольких источников питания, поэтому некоторые микросхемы используют технику накачки заряда (charge pump) для увеличения напряжения питания.

Класс DG

Аналогично усилителю класса D но с использованием нескольких напряжений источника питания

DG-class

Смысл тот же - повысить эффективность минимизировав потери за счет использования источника питания с низким напряжением когда амплитуда сигнала невысока.

Класс H

Дальнейшее развитие концепции усилителей класса G, переход от нескольких переключаемых источников питания к источнику питания с плавной регулировкой напряжения, для минимизации потерь на усилителе класса AB.

H-class

Усилитель класса H не такая простая штука, так как усилителю нужно уметь предугадывать примерную амплитуду сигнала в следующий момент времени, что бы успеть подстроить источник питания на нужное напряжение, или иметь очень быстрый в настройке источник питания.



Следующий проект
Как правильно выбрать светодиодный экран или вывеску