Модерни микросхеми UMZCH клас D
Модерният интегриран клас D UMZCH съчетава привидно несъвместими: висока ефективност и ниско хармонично изкривяване. Тази статия описва основните принципи на работа на усилватели от клас D и описва линията микросхеми UMZCH от американската компания MPS (Monolithic Power Systems).
Наскоро бяха разработени две взаимно изключващи се насоки в схемата на усилвателя на мощност (UMZCH):
- подобряване на субективното качество на възпроизвеждането на звука, като правило, чрез намаляване на ефективността (ефективността) на усилвателя;
- увеличаване на ефективността на усилвателя и намаляване на неговия размер, като същевременно се поддържат висококачествени показатели.
Първата посока се характеризира с използването на мощни полеви транзистори и радиолампи (Hi-End) в изходните етапи на UMZCH, които работят много често в режими клас А.
Втората посока е типична за оборудване за носене и възпроизвеждане на звук в автомобила. При прилагането на тази посока усилвателите от клас D се използват широко, а във висококачественото стационарно оборудване за възпроизвеждане на звук клас D най-често се използва в усилвателите за субуфер. Общо има пет основни класа режими на работа на активните елементи (транзистори или лампи).
Това са режимите на работа от клас A, B, AB, C и D. Нека си припомним техните характеристики.
Режим на работа клас А
Активният елемент (транзистор или лампа) е отворен за целия период на сигнала. Усилвателите на мощност клас A въвеждат минимално изкривяване в усиления сигнал, но имат много нисък K11D. Те се използват в еднопосочен и push-pull UMZCH за високоговорители и високоговорители от среден клас, където е особено важно нивото на хармонично изкривяване да е ниско. Усилвателите от клас А са най-скъпите.
Режим на работа клас B
Активният елемент (транзистор или лампа) е отворен само за един полупериод на входния сигнал. Усилвателите от клас B имат висока ефективност. но техният коефициент на нелинейно изкривяване е забележимо по-висок. Обикновено се използва в push-pull UMZCH за високоговорители със среден и среден бас.
Клас AB режим на работа
Активен елемент (транзистор или лампа) и в този режим единият полупериод е напълно отворен и част от другия полупериод на входния сигнал. Класът AB режим е нещо средно между клас A и клас B. Усилвателите клас AB имат по-висока ефективност. от усилватели от клас А, но въвеждат по-малко нелинейни изкривявания в сигнала от усилвателите от клас В. Това е най-често срещаният клас на маса UMZCH.
Клас C режим на работа
Клас С е работата на транзистори с малка амплитуда на изключващото напрежение, по-ниско от напрежението на отклонението. В този случай амплитудата на аудио сигнала е по-малка от напрежението на отклонението. В това състояние транзисторът провежда само горната част на положителната полувълна, което силно изкривява сигнала. Следователно при аудио усилвателите този клас не се прилага. Този режим на работа на транзисторите има висока ефективност (около 85%).
Режим на работа клас D
В режим на работа клас D входният сигнал се преобразува в правоъгълни импулси със същата амплитуда, чиято продължителност е пропорционална на стойността на сигнала във всеки даден момент от времето (така наречената ШИМ - модулация на широчината на импулса). В този случай активните елементи на изходния етап работят в ключов режим и имат две състояния: транзисторът е заключен или напълно отворен. Усилвателите от клас D имат максимална ефективност, тъй като основните енергийни загуби на изходните мощни ключове възникват само в момента на превключване, в отворено състояние енергийните загуби са минимални и колкото по-малко, толкова по-малко е съпротивлението на публичния ключ. Конвенционалните усилватели от клас D имат ефективност над 90% и достатъчно голям коефициент на нелинейно изкривяване (около 10%), според използването на нови технологии (ноу-хау на производителите) може да намали коефициента на нелинейно изкривяване до фракции на процент. Това значително разшири обхвата на клас D в съвременния UMZCH.