В чем разница между классом A, классом B и классом D?

Question

Accepted Answer

В чем разница между классом A, классом B и классом D?

Если вы какое-то время следили за технологией усилителей мощности, вы могли заметить упоминание о «классе», например, о классе A, классе AB и т. Д. Эти термины относятся не к качеству, а к рабочему параметру выхода. раздел. Большинство выходных каскадов усилителей мощности работают в двухтактной конфигурации, когда питание подается от двух источников питания по обе стороны от земли или при нулевом напряжении. (Есть такие, которые этого не делают, но они относительно нелинейны и не должны здесь рассматриваться).

Класс B

Выходные транзисторы, работающие в двухтактном режиме, разделяют нагрузку и теоретически должны работать только тогда, когда сигнал отклоняется от земли в положительном или отрицательном направлении. Если транзисторы полностью выключены при нулевом выходе и начинают проводить ток только при наличии сигнала, это определяется как работа класса B. Это эффективный способ управления выходом, и усилитель работает холодно при отсутствии сигнала, но есть один недостаток; Выходные устройства всегда имеют некоторую задержку в своей работе, и поэтому в нулевой точке появляется небольшая, но потенциально раздражающая мертвая зона, называемая «кроссоверными искажениями». Хотя эта нелинейность кроссовера не обязательно увеличивает количество искажений (обычно 0,05%), это легко услышать.

Класс AB

К счастью, кроссоверные искажения могут быть уменьшены до незначительных размеров простым приемом работы выходных транзисторов «с небольшим смещением» на холостом ходу, так что они начинают проводить до того, как выходной сигнал проходит через нулевую точку. Когда усилитель работает с этим выходным механизмом смещения, он упоминается как «Класс AB». Достаточно умеренного смещения, и, поскольку он выделяет лишь немного тепла, этот тип усилителя по-прежнему достаточно эффективен. Однако у кроссоверных искажений есть несколько способов вырвать уродливую маленькую головку, даже если присутствует изрядное смещение, поэтому разработка этого типа усилителя должна быть очень требовательной и точной, чтобы обеспечить самые низкие искажения на всех частотах. . Однако, если все сделано правильно, более точного усилителя или усилителя с меньшими искажениями не существует; 0,01% является типичным, а 0,001% достижимым.

Класс А

Некоторые инженеры предпочитают не иметь дело с возможностью перекрестных искажений в своих конструкциях, и они выбирают другую систему смещения, называемую «класс A», в которой выходные транзисторы смещены так сильно, что они постоянно проводят больше, чем ток полной нагрузки. , даже на холостом ходу. Таким образом, они никогда не включаются или выключаются, теоретически устраняя искажение кроссовера.

К сожалению, у этой операционной системы есть некоторые очевидные (и некоторые не столь очевидные) недостатки. Такой большой ток генерирует огромное количество тепла, поэтому усилитель не просто неэффективен, он большой и дорогой из-за необходимости в огромных механизмах рассеивания тепла. Следовательно, в качестве побочного эффекта это нагревает всю комнату. (Зимой приятно, но помните, что электрическое отопление - самый дорогой вид из всех существующих).

Не столь очевидный недостаток конструкций класса A заключается в том, что этот высокий ток холостого хода имеет последствия для уровней искажений далеко за пределами теоретического устранения артефактов кроссовера (что даже само по себе является спорным). Транзисторы имеют множество типов механизмов искажения, среди которых отклонения от линейности в условиях одновременного высокого напряжения и большого тока. Это, конечно, точные параметры, необходимые для работы класса A, и типичный усилитель класса A имеет уровни искажений не менее 10 раз, а часто и более 100 раз, такие же высокие, как усилитель класса AB аналогичной мощности, или около 0,1%. . Тщательный осмотр спектра искажений также показывает, что все гармоники увеличиваются, в том числе те, которые представлены искажением кроссовера, на которое в первую очередь была направлена операция класса A!

Класс D

С другой стороны, класс D предлагает высокую эффективность благодаря совершенно иному подходу к работе на выходе. Класс D, который часто ошибочно называют «цифровым усилением», на самом деле представляет собой аналоговую систему, которая изменяет ширину верхнего и нижнего рабочего цикла прямоугольной несущей частоты. Усилитель по-прежнему переключается с отрицательного напряжения на положительное и обратно, но делает это непрерывно с высокой частотой, возможно, 500 кГц. Время, которое он проводит на одном или другом полюсе, пропорционально геометрическому ходу или точному соотношению напряжения и времени желаемого сигнала в этот момент.

Поскольку выходные устройства проводят почти все свое время в полностью или полностью выключенном состоянии (области с абсолютным минимальным рассеянием), эффективность очень высока, от 80 до 90%. Таким образом, эти усилители выделяют очень мало тепла и не обязательно должны быть такими тяжелыми или большими, как типичные усилители класса AB (не говоря уже о монстрах класса A)! Конечно, есть и недостатки. Класс D, по определению, использует очень большие радиосигналы и должен быть экранирован и хорошо отфильтрован, чтобы предотвратить помехи и выходы, повреждающие динамики. Это, в свою очередь, вредит общей линейности, а также увеличивает стоимость, поэтому это не дешевая технология. Общее искажение обычно сравнимо с усилением класса А; хорошо, но не очень, около 0,1% или около того. Однако, если вам нужна эффективность, это то, что вам нужно.