Классы усилителей мощности: от А до H

Класс A: режим работы усилителя при котором транзистор или лампа позволяют усиливать сразу всю синусоиду аудиосигнала (от 0° до 360°). Это отправная точка - базисная модель. С этого начались все усилители!

Преимущества: качество звука отличное, уровень искажений низкий. Недостатки: низкий КПД, много тепла уходит во вне, большое энергопотребление, требует мощных радиаторов для охлаждения транзисторов, соответственно, дороговизна.

Класс А – довольно непрактичный способ получить высококачественный звук. Одно утешает, звук - действительно качественный!

Класс B: следующим шагом в развитии схем усилителей является В класс, который устраняет вышеописанную неэффективность класса А и формирует такой режим работы транзисторов и ламп, при котором они работают только половину времени и успевают остыть и удлинить свой жизненный цикл.

Во время изменения частоты один транзистор (лампа) выполняет положительный цикл, то есть пропускает только положительную половину синусоиды аудисигнала (0°-180°), затем выключается.

Второй транзистор (лампа) включается и обрабатывает отрицательную половину сигнала (180°-360°). И так, транзисторы работают попеременно, а усилитель с такой идей называется двухтактным (push-pull amplifier). Недостатки: при переключении с одной половины синусоиды на другую происходит искажение звука.

Старые модели усилителей В класса не всегда хорошо справлялись в плавной «склейкой» двух половинок усиленной синусоиды, особенно, если подается очень слабый входной сигнал. Современные схемы практически полностью устраняют эту проблему, которая называется переходным искажением (crossover distortion).

Преимущества: так как транзисторы работают по очереди, то усилитель гораздо меньше греется и может использовать сэкономленное тепло по прямому назначению, увеличить свою мощность.

Класс A/B: этот класс появился, как результат борьбы с переходным искажением.

Усилитель А класса работает с полной синусоидой, поэтому ему несвойственны подобного рода искажения, а В класс более эффективен по мощности: и настало время совместить преимущества обоих классов.

А/В усилитель сначала работает как А класс до определенной степени усиления входного сигнала, а потом передает эстафету схеме класса В, которая подхватывает уже усиленный сигнал от А класса и, без переходного искажения, завершает работу по окончательному усилению сигнала.

«Склейка синусоиды» получается плавной, без искажений, так как схема В класса прекрасно обрабатывает обе половины сигнала, если он предварительно усилен до определенного уровня.

Таким образом, усилитель А/В класса обеспечивает очень хороший баланс между качеством звука, эффективностью и стоимостью.

По этим причинам этот класс очень часто используется в современном аудиомире. Однако, А/В класс не идеален.

Из-за рассеивания тепла все еще происходят некоторые потери энергии (до 50%), и, таким образом, он по-прежнему недостаточно эффективен.

Класс C: этот класс усилителей не применяется в аудио, ими усиливают узкие радиочастотные диапазоны в телевидении и радиовещании.

Класс D: это интересный тип усилителей, в которых входной аудио сигнал изменяет ширину серии специально генерируемых импульсов, у которых амплитуда всегда постоянна, а частота гораздо превышает частоту аудиосигнала.

Входной сигнал, своей меняющейся частотой, изменяет ширину импульсов и, тем самым, реплицирует (воссоздаёт) форму своей синусоиды.

Данная высокочастотная импульсная «картина сигнала» подается на выходные транзисторы, которые работают только в двух крайних режимах: либо «полностью включен», либо «полностью выключен».

Такой режим работы усилителя называется ключевым (switching) и обладает очень высокой эффективностью.

Усилители класса D не являются цифровыми, так как они принимают и усиливают аналоговый сигнал аналоговыми методами. Существуют усилители класса D, в которых импульсы управляются цифровыми алгоритмами, поэтому иногда их называют цифровыми, что тоже не является нормой.

Буква D не есть сокращение от «digital», это просто буква, следующая в алфавитном порядке после буквы С в обозначении классов усилителей.

Цифровыми считаются только те усилители класса D, которые принимают на вход цифровой сигнал, а не аналоговый. Процесс усиления остается идентичным - ключевым (импульсным).

Класс E: данный тип усилителей также, как D класс работает в ключевом (импульсном) режиме. Область его применения - эффективное усиление радиочастот.

Класс F: широко используется в радиопередатчиках УКВ/УВЧ FM, базовых станциях мобильной связи и в других областях, требующих высокой эффективности преобразования энергии.

Класс G: схема этого класса несколько похожа на схему класса В, но более эффективна, чем B.

В усилителе класса G имеется два биполярных источника питания, которые избирательно подключаются к выходному каскаду в соответствии с уровнем сигнала. При низком уровне сигнала напряжение питания остается низким, что обеспечивает высокую эффективность.

При высоком уровне сигнала подключается источник с более высоким напряжением, что позволяет устройствам вывода передавать дополнительную мощность.

Усилитель класса G повышает эффективность за счет уменьшения потерь мощности на выходных транзисторах.

По сравнению с классом А/В, работа в G классе имеет ряд преимуществ: более высокая пиковая мощность, снижение теплоотдачи, повышенная выходная мощность и относительно низкая стоимость.

Усилитель класса G эффективнее класса В и А/В, но уступает по эффективности классу D, зато он не имеет электромагнитных помех, характерных D классу.

Класс H: это продолжение схемы класса G. В классе Н напряжение питания выходных устройств модулируется таким образом, чтобы оно всегда было чуть выше уровня сигнала.

Это повышает эффективность усилителя, поскольку именно избыточное напряжение источника питания приводит к ненужному рассеиванию мощности и нагреву выходных устройств усилителя.

Тут тоже есть два биполярный источника питания, но вместо того, чтобы переключаться между ними при изменении уровня сигнала, высоковольтный источник питания модулируется по амплитуде, чтобы поддерживать напряжение чуть выше мгновенного пикового уровня сигнала.

Класс Н улучшает класс G за счет непрерывного изменения напряжения питания, когда аудиосигнал превышает определенный пороговый уровень. Напряжение питания возвращается к более низкому уровню, как только пиковое значение сигнала падает ниже порогового уровня.

Усилитель класса Н обладает теми же преимуществами, что и усилитель класса G, но ещё более эффективен, и даже приближается по этому показателю к классу D.

Следует принимать во внимание, что сложные источники питания в классах G и H увеличивают стоимость усилителей, но для обитателей high-end салонов это не служить препятствием.