Підсилювач - концепції підсилювача звуку або точності під мікроскопом - B; Група W
Транзистор або лампа, класу A, B або A/B, а що щодо класу D: коли мова йде про концепції підсилювачів, то тут є переваги, погляди, незнання, а іноді і траншейна війна над самою концепцією порятунку. Початкове положення, профіль вимоги до підсилювача насправді був би зрозумілим: саме те, що надходить спереду, повинно виходити ззаду, просто з більшою енергією за ним - просте посилення сигналу. Кожен принцип посилення має сильні і слабкі сторони. Який найкращий вибір у відповідному аудіо ланцюжку залежить від технічних змінних середовища і, зрештою, також від уподобань прослуховування. Корисно ближче розглянути окремі концепції схем. Це елегантний спосіб уникнути міфів і прийняти стійкі рішення про покупку.
Класи підсилювача
Спочатку до класифікації підсилювачів. Це як нумерація різних концепцій і пов’язано з послідовністю, в якій виникають окремі технології схем. Класифікація не походить від концепції схеми підсилювача. Це особливо видно з підсилювачами класу D. Через "D" їх неправильно називають цифровими підсилювачами. Однак функціональний принцип є аналоговим і заснований на широтно-імпульсній модуляції. Інші класи, які зазвичай використовуються в області Hi-Fi, - це класи A і B, або поєднання обох класів A/B.
Вимоги до хорошого підсилювача
Хороший підсилювач hi-fi має завдання посилити вхідний сигнал якомога лінійніше до чутного діапазону частот з високим коефіцієнтом зовнішньої напруги, без спотворень і високою швидкістю, тобто крутизною краю або стабільністю імпульсів. Це також слід робити з максимально можливим ступенем ефективності, щоб якомога менше енергії перетворилося на тепло і втратило. Це теорія. На практиці є кілька перешкод, які потрібно подолати, щоб якомога ближче підійти до цього теоретичного погляду, а отже, до ідеального, ідеального підсилювача.
Електричні компоненти, такі як трубки та транзистори, мають нелінійні робочі характеристики. Щоб уникнути спотворення посиленого сигналу, він в ідеалі повинен бути максимально лінійним по всій частотній характеристиці звукового спектра.
Підсилювач класу А.
Це найстаріший тип підсилювача і застосовувався ще у віці лампочок. Робоча точка підсилювача лежить посередині прямолінійної кривої характеристики, щоб спотворення було якомога меншим. Оскільки робоча точка знаходиться в середині характеристики, підсилювач завжди модульований, а це означає, що завжди протікає дуже високий струм. Тому ці підсилювачі не дуже енергоефективні та мають низький ККД. Підсилювач на 200 Вт досягає максимальної ефективності менше 50% при повній потужності, а при 10 Вт це навіть знижується до лише 2,5%. Це означає, що цей тип підсилювача перетворює більше енергії в тепло, ніж у музику, особливо коли він перебуває в режимі очікування, коли сигнал не посилюється.
Зображення 1: ось приклад потужного 160-ватного підсилювача потужності класу А 1990-х років фірми Krell (KMA-160). Вражаючі охолоджуючі ребра показують, що тут потрібно відводити багато тепла.
Рисунок 2: Характерна крива з робочою точкою та принципом схеми підсилювача класу А. Робоча точка - тобто нульова лінія - знаходиться в лінійній частині характеристики.
Рисунок 3: Чистий вихідний сигнал підсилювача класу А.
З іншого боку, спотворення дуже малі, а стабільність імпульсів також дуже хороша. Для того, щоб гарантувати імпульсний опір і високу вихідну потужність, цим підсилювачам потрібні дуже великі та потужні трансформатори та відповідні електролітичні конденсатори в блоках живлення. Тепловідводи, на яких встановлені силові транзистори для відводу тепла, також є дуже громіздкими. Це призводить до дуже великих і важких пристроїв. У аудіофільському співтоваристві є багато ентузіастів щодо цієї схеми.
У епоху прагнення до енергоефективності підсилювачі класу А перебувають у поганому світлі через велику розсіювану потужність. Тому підсилювачі чистого класу А зустрічаються не часто. А якщо так, то часто у вигляді лампового підсилювача з низькою вихідною потужністю (від 7 до 30 Вт), рідше з потужністю до 200 Вт.
Підсилювач класу В.
Підсилювач класу B працює як так званий двотактний підсилювач. Це означає, що один транзистор підсилює позитивну, а інший негативну напівхвилю корисного сигналу. Робочі точки (нульова лінія) цих транзисторів знаходяться в нелінійній частині характеристики, і напівхвилі повинні бути знову зібрані на виході підсилювача, що призводить до так званих спотворювальних спотворень. Завдяки структурі ланцюга підсилювач є більш ефективним з ефективністю приблизно 80% на повному рівні та приблизно 17% на 10 Вт. Але спотворення повинні бути зменшені за рахунок негативного зворотного зв'язку, щоб отримати підсилювач, що корисний для звуку.
Рис. 4: Крива з робочою точкою підсилювача класу B, ви дуже добре бачите, як знаходиться робоча точка в нелінійній частині кривої. Потім це призводить до спотворень передачі, які видно на наступному малюнку.
Рисунок 5: Спотворений вихідний сигнал підсилювача класу B.
Підсилювач класу A/B
Ця схема поєднує в собі дві концепції підсилювача, представлені вище. Схема класу А використовується в діапазоні низької потужності, а підсилювач працює в режимі класу В у вищому діапазоні. Це призводить до мінімальних спотворень, особливо в малому діапазоні сигналу, і завдяки плавному переходу від А до В та негативному зворотному зв’язку спотворення передачі з вищим рівнем управління становить менше 0,03%, що відповідає дуже хорошому значенню. Це купується за ціною дещо меншого коефіцієнта посилення через негативний зворотний зв'язок, який, однак, компенсується наступним каскадом підсилювача.
Концепція класу A/B є найпоширенішою схемою аналогових підсилювачів HiFi на сьогодні. Ці беззаперечні та всюдисущі робочі коні домінують на ринку - принаймні для високоякісних програм hi-fi!
6: Приклад підсилювача потужності класу AB, CA-M400 від Classé
Рис. 7: Дві робочі точки A і B намальовані на цій характерній кривій разом із принципом схеми. Правильне налаштування струмів спокою так, що переходи стають текучими і відповідний негативний зворотний зв'язок, спотворення можуть бути дуже малими.
Підсилювач класу D
Підсилювачі класу D працюють за зовсім іншим принципом. Підсилювачі класу D часто називають цифровими підсилювачами, що є неправильним, оскільки "D" не означає цифровий. Ви почали з класифікації на А, і виявилося, що підсилювачам ширини імпульсу тоді була надана буква D. Як щойно сказано, ці підсилювачі працюють за принципом широтно-імпульсної модуляції. В основному це аналоговий спосіб роботи, який працює наступним чином.
Вхідний сигнал подається на так званий компаратор, до якого подається генератор з пилкоподібним сигналом. Це частота у багато разів перевищує вхідний сигнал, як правило, від 100 кГц до 1 МГц. Частота та амплітуда підтримуються постійними. Тепер два сигнали порівнюються між собою в компараторі. Вихід вмикається або вимикається залежно від того, який сигнал має вищий рівень. На виході є квадратний хвильовий сигнал з постійною амплітудою, але з прямокутниками різної ширини. Цей метод називається модуляцією ширини імпульсу, оскільки імпульси (прямокутники) мають різну ширину (ширину). Інформація - частота та амплітуда - корисного сигналу тепер міститься в цих імпульсах різної довжини.
Рисунок 8: У кожній точці контакту між корисним сигналом і трикутним сигналом у компараторі генерується значення, що призводить до різної ширини прямокутного сигналу (червоний внизу).
Цей квадратно-хвильовий сигнал тепер керує наступним каскадом підсилювача, поперемінно повністю відкриваючи або закриваючи транзистор для позитивної та негативної частини сигналу квадратної хвилі. Оскільки транзистори або повністю закриті, або повністю відкриті, ця технологія схеми настільки ефективна, що може бути досягнута ефективність від 90 до 95% у всьому діапазоні потужності. У раніше розглянутих концепціях класу A та AB підсилювальні транзистори завжди якимось чином розімкнуті, так що завжди тече струм і витрачається енергія.
Рисунок 9, блок-схема підсилювача класу D. Аудіосигнал перетворюється в сигнал ширини імпульсу в компараторі трикутним сигналом. Він містить всю корисну інформацію, а потім керує частиною підсилювача лише стільки, скільки потрібно. На виході високочастотні компоненти відфільтровуються LC-фільтром низьких частот, залишаючи посилений звуковий сигнал.
Негативні властивості простих схем класу D
Підсилювачі класу D можна побудувати недорого та компактно. Тому вони широко використовуються в недорогій та недорогій аудіоапаратурі. Готові модулі класу D можна недорого замовити у виробників компонентів та вбудувати у власні пристрої. Ці модулі, які в першу чергу оброблені за ціною та компактністю, невблаганно виявляють тональні слабкі сторони простих і посередніх концепцій D. Поганий образ D у аудіофільській спільноті не випадковий, оскільки такі модулі також використовуються кращими брендами hi-fi.
Але є й інший шлях - інноваційні, сучасні концепції класу D.
10: Вигляд інтер'єру Classé Sigma MONO, великий тороїдальний трансформатор та електролітичні конденсатори, які відомі з великих підсилювачів потужності, тут відсутні, але підсилювач потужності все ще має значну вихідну потужність 350 Вт. На додаток до технології класу D використовується також імпульсний блок живлення. Ще одна розробка Classé. Те ж саме стосується імпульсних джерел живлення, як і класу D: недорогий, компактний в парі з високою ефективністю. Побудовані дешево, ці переваги купуються з нечистим і безпроблемним джерелом живлення. Імпульсні джерела живлення Classé розроблені ретельно, працюють з коефіцієнтом коригувача потужності (струм струму корелюється з напругою) і гарантують імпульсне та чисте живлення секції підсилювача потужності. Чіткий показник продуктивності: 350 Вт середньоквадратичної сили при 8 Омах і подвоєння потужності при 4 Омах (700 Вт - середньоквадратична величина = суворіший метод вимірювання, ніж звичайне вимірювання пікових значень, що призводить до значень, більших у 1,41 раза).
Малюнок 11: Сучасні концепції класу D безумовно можуть досягти якості підсилювача потужності класу А і при цьому бути дуже енергоефективними.