Классы усилителей

Класс электронного усилителя обозначает режим его работы, а также определяют в общем виде, схемотехнический принцип на основании которого построен усилитель.
В данный момент, среди усилителей звуковой частоты наиболее распространены классы TD, B, D, H.

Усилители класса B

Усилители класса B являются двухтактными: одно плечо усилителя (npn-транзистор) воспроизводит положительную полуволну, другое плечо (pnp-транзистор) - отрицательную. На выходе обе полуволны складываются, формируя минимально искажённую усиленную копию входного сигнала. Ток покоя выходных транзисторов в режиме B составляет 10…100мА на каждый транзисторный каскад.

Предельный КПД идеального каскада в режиме B на синусоидальном сигнале равен 78,5%, реального транзисторного каскада - ~72%. Эти показатели достигаются только тогда, когда выходная мощность P равна максимально возможной мощности для данного сопротивления нагрузки Pмакс(Rн). С уменьшением выходной мощности КПД падает, а абсолютные потери энергии в усилителе возрастают. При выходной мощности, равной 1/3 Pмакс(Rн), потери реального транзисторного каскада достигают абсолютного максимума в 46% от Pмакс(Rн), а КПД каскада уменьшается до 40 %. С дальнейшим уменьшением выходной мощности абсолютные потери энергии уменьшаются, но КПД продолжает снижаться.

Максимальная выходная мощность на данной нагрузке определяется напряжением питания выходного каскада усилителя.

Общая схема усилителей класса B

Общая схема усилителей класса B

Усилители класса D

В усилителях класса D форма тока выходных транзисторов имеет вид прямоугольных импульсов, транзистор либо заперт, либо открыт полностью. Сопротивление открытого канала силовых МДП-транзисторов близко к “0” (единицы миллиОм), поэтому, можно считать (в первом приближении), что в режиме D транзистор работает без потерь мощности. КПД реальных усилителей мощности класса D составляет 90…95%. Причем КПД мало зависит от выходной мощности (при мощности близкой к 1 Вт усилитель класса D проигрывает в потреблении усилителю класса B).

Простейшая и наиболее распространённая схема усилителя класса D – схема с синхронной широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Аналоговая ШИМ не позволяет добиться низких значений нелинейных искажений.

Общая схема усилителей класса D

Общая схема усилителей класса D

Усилители класса H

Усилители класса H – усилители (класса B) с плавно изменяющимся напряжением источника питания. При малых уровнях выходного сигнала усилитель подключен к «обычным» шинам с низким напряжением питания. При росте выходного напряжения напряжение на шинах питания увеличивается, поддерживая минимально необходимое падение напряжения на активном транзисторе. В простейшем варианте класса H используется конденсатор вольтодобавки, заряжаемый от основной шины источника питания. В более сложных схемах применяется встроенный преобразователь напряжения, накачивающий конденсаторы вольтдобавки до требуемых значений.

Усилители мощности звуковой частоты класса TD

Класс TD является торговой маркой шведской компании Lab.gruppen. “Следящий класс D” – подвид класса D и класса H: усилитель класса B, питаемый напряжением ЗЧ (звуковой частоты), вырабатываемый усилителем класса D.

Усилители класса TD – усилитель класса B (“чистый” усилитель) источником питания для которого является усилитель класса D (“грязный” усилитель). При этом такой гибридный усилитель имеет характеристики класса B (нелинейные искажения) и КПД ~65% во всем диапазоне мощностей.

Важнейший показатель качества усилителя – линейность выходного сигнала (минимальные нелинейные искажения).

В усилителях класса TD питание управляется звуковым сигналом и почти полностью соответствует его форме, позволяя достичь высоких значений КПД

В усилителях класса TD питание управляется звуковым сигналом и почти полностью соответствует его форме, позволяя достичь высоких значений КПД