Усилвател - концепции за звук или прецизен усилвател под микроскопа - B; W група
Транзистор или лампа, клас A, B или A/B и какво да кажем за клас D: когато става въпрос за усилвателни концепции, има предпочитания, възгледи, невежество и понякога траншейна война над концепцията за спасението само. Началната позиция, профилът на изискванията за усилвател всъщност би бил ясен: точно това, което влиза отпред, трябва да излезе отзад, просто с повече енергия зад него - просто усилване на сигнала. Всеки принцип на укрепване има силни и слаби страни. Кой е най-добрият избор в съответната аудио верига зависи от техническите променливи на околната среда и в крайна сметка също от предпочитанията за слушане. Полезно е да разгледате по-отблизо отделните концепции на веригата. Това е елегантен начин за избягване на митове и вземане на устойчиви решения за покупка.
Класове на усилвателя
Първо до класификацията на усилвателите. Това е като номериране на различните понятия и е свързано с последователността, в която възникват отделните технологии на веригата. Класификацията не е получена от концепцията на веригата на усилвателя. Това е особено очевидно при усилвателите от клас D. Поради "D" те неправилно се наричат цифрови усилватели. Функционалният принцип обаче е аналогов и се основава на широчинно-импулсна модулация. Други класове, често използвани в hi-fi сектора, са клас A и клас B или комбинация от двата класа A/B.
Изисквания за добър усилвател
Добрият Hi-Fi усилвател има за задача да усили входния сигнал възможно най-линейно до звуковия честотен диапазон с високо съотношение на външното напрежение, без изкривяване и висока скорост, т.е. Това също трябва да се прави с възможно най-висока степен на ефективност, така че възможно най-малко енергия да се преобразува в топлина и да се губи. Това е теорията. На практика има някои препятствия, които трябва да се преодолеят, за да се доближите максимално до този теоретичен изглед и по този начин до идеалния, перфектен усилвател.
Електрическите компоненти като тръби и транзистори имат нелинейни работни характеристики. За да се избегне изкривяване на усиления сигнал, той в идеалния случай трябва да бъде възможно най-линеен, включително по цялата честотна характеристика на звуковия спектър.
Усилвател клас А
Това е най-старият тип усилвател и вече е бил използван в ерата на лампите. Работната точка на усилвателя се намира в средата на права част на характеристичната крива, за да се запази изкривяването възможно най-ниско. Тъй като работната точка е в средата на характеристиката, усилвателят винаги е модулиран, което означава, че винаги протича много висок ток. Следователно тези усилватели не са много енергийно ефективни и имат слаба ефективност. Усилвателят от 200 вата достига максимална ефективност под 50% при пълна мощност, а при 10 вата това дори е намалено до само 2,5%. Това означава, че този тип усилвател преобразува повече енергия в топлина, отколкото в музика, особено когато е на празен ход, когато не се усилва сигнал.
Изображение 1: ето пример за мощен усилвател с мощност от 160 вата от клас А от 90-те години на Крел (KMA-160). Внушителните охлаждащи перки разкриват, че тук има много топлина, която да се разсейва.
Фигура 2: Характеристична крива с работна точка и принцип на веригата на усилвател клас А. Работната точка - т.е. нулевата линия - е в линейната част на характеристиката.
Фигура 3: Чист изходен сигнал на усилвател клас А.
От друга страна, изкривяванията са много малки и импулсната стабилност също е много добра. За да се гарантира импулсното съпротивление и високата изходна мощност, тези усилватели се нуждаят от много големи и мощни трансформатори и съответни електролитни кондензатори в захранващите блокове. Радиаторите, на които са монтирани силовите транзистори с цел разсейване на генерираната топлина, също са много обемисти. Това води до много големи и тежки устройства. Има много фенове на този дизайн на веригата в аудиофилската общност.
В ерата на стремежа към енергийна ефективност усилвателите от клас А са в лоша светлина поради голямото разсейване на мощността. Поради това не се срещат често усилватели от чист клас А. И ако е така, тогава често като лампов усилвател с ниска изходна мощност (7 до 30 вата), по-рядко с мощности до 200 вата.
Усилвател клас В
Усилвател от клас B работи като така наречения усилвател с двойно издърпване. Това означава, че единият транзистор усилва положителния, а другия отрицателния полупериод на полезния сигнал. Работните точки (нулева линия) на тези транзистори са в нелинейната част на характеристичната крива и полувълните трябва да бъдат събрани отново на изхода на усилвателя, което води до така наречените трансформационни изкривявания. Поради структурата на веригата, усилвателят е по-ефективен с ефективност от около 80% на пълно ниво и приблизително 17% при 10 вата. Но изкривяването трябва да бъде намалено чрез отрицателна обратна връзка, за да се получи звуков използваем усилвател.
Фиг. 4: Крива с работната точка на усилвател от клас B, можете да видите много добре как е работната точка в нелинейната част на кривата. Това след това води до изкривявания на трансфера, които се виждат на следващата снимка.
Фиг. 5: Изкривен изходен сигнал на усилвател клас В.
Усилвател клас A/B
Тази схема комбинира двете концепции за усилвателя, представени по-горе. В диапазон с ниска мощност се използва схема от клас А, а усилвателят работи в режим клас В в по-високия диапазон. Това води до минимални изкривявания, особено в малкия обхват на сигнала, и благодарение на плавния преход от A към B и отрицателната обратна връзка прехвърля изкривяването с по-високо ниво на контрол, което е по-малко от 0,03%, което съответства на много добра стойност. Това се купува на цената на малко по-малка печалба поради отрицателната обратна връзка, която обаче се компенсира с допълнителен усилващ етап.
Концепцията за клас A/B е най-често срещаното оформление на веригата в аналоговите HiFi усилватели днес. Тези безспорни и вездесъщи работни коне доминират на пазара - поне за висококачествени Hi-Fi приложения!
Фиг. 6: Пример за усилвател на мощност клас AB, CA-M400 от Classé
Фиг. 7: Двете работни точки A и B са начертани на тази характерна крива, заедно с принципа на веригата. Правилна настройка на токовете в покой, така че преходите да станат течни и съответната отрицателна обратна връзка, изкривяванията могат да бъдат много малки.
Усилвател клас D
Усилвателите от клас D работят на съвсем различен принцип. Усилвателите от клас D често се наричат цифрови усилватели, което е неправилно, тъй като "D" не означава цифров. Започнахте с класификацията при А и се оказа, че тогава усилвателите с широчина на импулса получиха буквата D. Както току-що каза, тези усилватели работят на принципа на широчинно-импулсна модулация. По принцип това е аналогов начин на работа, който работи по следния начин.
Входният сигнал се подава към така наречения компаратор, към който се подава генератор със сигнал с форма на трион. Това има честота многократно по-висока от входния сигнал, обикновено между 100kHz и 1MHz. Честотата и амплитудата се поддържат постоянни. Сега двата сигнала се сравняват един с друг в компаратора. Изходът се включва или изключва в зависимост от това кой сигнал има по-високо ниво. На изхода има сигнал с квадратна вълна с постоянна амплитуда, но с правоъгълници с различна ширина. Този метод се нарича модулация на широчина на импулса, тъй като импулсите (правоъгълници) имат различна ширина (широчина). Информацията - честота и амплитуда - на полезния сигнал сега се съдържа в тези импулси с различна дължина.
Фигура 8: Във всяка точка на контакт между полезния сигнал и триъгълния сигнал се генерира стойност в компаратора, което води до различните ширини на квадратно-вълновия сигнал (червено отдолу).
Този сигнал с квадратна вълна сега управлява следващия усилвател, като последователно напълно отваря или затваря транзистор за положителната и отрицателната част на сигнала с квадратна вълна. Тъй като транзисторите са или напълно затворени, или напълно отворени, тази технология на веригата е толкова ефективна, че може да се постигне ефективност от 90 до 95% за целия диапазон на мощността. В обсъжданите по-рано концепции за клас A и AB усилвателните транзистори винаги са някак отворени, така че токът винаги тече и се изразходва енергия.
Фигура 9, блок-схема на усилвател от клас D. Аудио сигналът се преобразува в сигнал с широчина на импулса в компаратора от триъгълния сигнал. Това съдържа цялата полезна информация и след това контролира усилвателната част само толкова, колкото е необходимо. На изхода високочестотните компоненти се филтрират от LC нискочестотен филтър, оставяйки усиления аудио сигнал.
Отрицателни свойства на прости вериги от клас D
Усилвателите от клас D могат да бъдат изградени евтино и компактно. Следователно те се използват широко в евтино до евтино аудио оборудване. Готовите модули от клас D могат да бъдат поръчани евтино от производителите на компоненти и да бъдат вградени във вашите собствени устройства. Тези модули, които са основно подредени за цена и компактност, неуморно разкриват тоналните слабости на простите и посредствени D концепции. Лошото D изображение в аудиофилската общност не е случайно, тъй като такива модули се използват и от по-добрите hi-fi марки.
Но има и друг начин - иновативни, модерни концепции от клас D.
Фиг. 10: Изглед отвътре на Classé Sigma MONO, големият тороидален трансформатор и електролитните кондензатори, които са известни от големите усилватели на мощност, тук липсват, но усилвателят на мощност все още има забележителна изходна мощност от 350 вата. В допълнение към технологията клас D се използва и импулсно захранване. Друго развитие на Classé. Същата история се отнася за захранванията с превключен режим, както и за клас D: евтини, компактни, сдвоени с висока ефективност. Ако ги изградите евтино, купувате тези предимства с нечисто и безпроблемно захранване. Импулсните захранвания Classé са сложно проектирани, работят с Power Corrector Factor (текущ поток, корелиран с напрежението) и гарантират импулсно и чисто захранване към секцията на усилвателя на мощност. Ясен показател за ефективност: 350 вата RMS при 8 ома и удвояване на мощността при 4 ома (700 вата - RMS = по-строг метод за измерване, отколкото при обичайното измерване на пикова стойност, което води до стойности, по-високи с коефициент 1,41).
Фигура 11: Съвременните концепции от клас D определено могат да постигнат качеството на усилвател на мощност от клас А и въпреки това да бъдат много енергийно ефективни.