Что такое полный усилитель

Классы усилителей. Устройство и принципы работы

Содержание

Содержание

Усилители принято делить на классы в зависимости от режима работы активных элементов. будь то лампы или транзисторы. Считается, что от класса усилителя зависит качество звука, и в большинстве случаев покупатели ориентрируются больше на этот показатель чем на реальные технические характеристики. Эта заметка немного прольет света на значимость класса при выборе усилителя.

Усилители класса А

Считаются эталоном качества звука, из-за того, что режим работы выбирается на линейном участке, это позволяет достичь высокого качества звучания минимальным схемотехническим решением.

Первый каскад усилителей других классов обязательно работают именно в этом классе, так как искажения и шум первого каскада усиливаются последующими каскадами. Но именно этот режим работы выделяет на транзисторе максимальное количество тепла. Как следствие появляются громоздкие системы охлаждения и большие сложности в создании мощного усилителя, не считая того, что усилителю надо время на прогрев и большого потребления электроэнергии.

Усилители класса B

Рабочая точка последнего каскада выбирается в основании вольтамперной характеристики транзистора, что позволяет снизить нагрев устройства. Недостатком является ступенька, в области тихих сигналов, из-за чего применялся в низкокачественных портативных устройствах и был полностью вытеснен классом D.

Усилители класса AB

Точка покоя выбирается чуть дальше от нуля, это позволяет достичь некоторого баланса между качеством звука и нагревом. Прочие классы (G или H) так или иначе развивают эту идею. Из-за относительно простой схемотехники, не особо требовательной к качеству компонентов, встречается повсеместно — от недорогих портативных устройств, до концертных усилителей и аудиофильских штучек.

Усилители класса С, H, G

Рабочая точка в усилителях класса C, по сравнению с классом B, еще больше смещена относительно центра линейного участка ВАХ-транзистора. В звуковых устройствах из-за слишком больших искажений не используются.

В усилителях H-G классов, по сути, представляющих из себя класс AB, используется дополнительный источник напряжения, подключаемый прямо на лету к выходному каскаду. Это позволяет немного повысить КПД.

Усилители класса D

В отличии от других классов, транзистор работает в ключевом режиме — 2 устойчивых состояниях либо открыт, либо закрыт. Иногда применяют положительную обратную связь для ускорения смены состояний — немыслимый трюк для других классов, приводящий к самовозбуждению.

Так как тепло в основном выделяется при переключении из одного состояния в другое, транзистор очень мало нагревается. Более высоким КПД обладают только режимы E и F, где переключение транзистора происходит в тот момент, когда через него не проходит ток (за счет работы в резонансе с нагрузкой). Но для звуковых усилителей такой режим не подходит из-за слишком больших искажений. Дурную славу эти усилители получили по самым первым дешевым представителям класса.

На самом деле качество усилителя класса D зависит от типа и частоты модуляции. А уже от этого зависит сложность схемотехники, необходимое качество компонентов и, соответственно, цена. Мощные транзисторы, способные работать на большой частоте в ключевом режиме, как и высококачественные аналогово-цифровые преобразователи (ADC) могут стоить весьма внушительно.

Простейшие представители класса D основаны на усилении широтно-импульсной модуляции с частотой ниже 50 кГц. По сути они являются аналоговыми устройствами.

Такая схема достаточно проста, и делается из дешевых компонентов, но отсутствие обратной связи отрицательно сказывается на восприимчивость к помехам по питанию.

Именно такие усилители и стали причиной мифов о плохом качестве звука всего класса. Первые усилители класса А, работающие на лампах с плохим вакуумом и с железным трансформатором тоже не особо блистали характеристиками, но об этом предпочитают не вспоминать.

Да, такой усилитель годится только для сабвуферов, но даже в этом применении его главным достоинством является низкий уровень нелинейных искажений.

В отличии от обычных усилителей класса AB, для которых высокий уровень нелинейных искажений уже на половине заявленной мощности и откровенный клипинг на максимальной — практически норма.

Для усилителей класса D низкий уровень искажений сохраняется практически во всем рабочем диапазоне громкости. Для сабвуфера эта разница не столько в качестве звука, сколько в меньшем нагреве катушки.

В моделях, произведенных с упором на качество, используется дельта-сигма-модуляция. Благодаря обратной связи схема делает поправки на ошибки квантования, что в сумме с нойз-шейпингом или дитерингом выводит шумы в область ультразвука. Работу этих алгоритмов для звука можно наглядно продемонстрировать на изображении:

В области звуковых частот соотношение сигнал/шум после таких преобразований доходит до очень высоких значений, и они не уступают другим классам. Такой усилитель уже можно назвать цифровым (из-за цифровых алгоритмов обработки модулированного сигнала).

Маломощные усилители D-класса получили распространение в мобильной и портативной технике, Bluetooth-колонках. Зачастую представляют из себя одну микросхему, которой даже не требуются дополнительные фильтры на цепях питания — обратная связь компенсирует не только искажения в самой схеме, но и пульсации питания. А за счет с высокой частоты модуляции, индуктивности катушки динамика хватает для фильтрации паразитных высоких частот.

Даже мощным усилителям класса D не надо время на прогрев для достижения паспортных характеристик (для класса А может достигать получаса). Именно благодаря этому профессионалы так полюбили усилители класса D. Такая аппаратура не создает фонового шума, мало греется и готова работать сразу же.

Но и это не все. больше всего этот тип усилителей проявляет себя в работе с цифровым сигналом. Конверторы формата PCM в DSD, встроенные в усилитель, позволяют избегать лишних преобразований из аналога в цифру и обратно. Звук проходит через усилитель в цифровом виде до самого последнего транзистора, которые в Hi-end устройствах могут работать на частотах порядка десятков мегагерц.

Современные устройства пошли еще дальше. В цепь цифрового сигнала добавляют цифровой сигнальный процессор (DSP) для компенсации фазово-частотных искажений, вносимых как динамиком, так и помещением. Искажения замеряются микрофоном, а DSP искажения компенсирует. В итоге такая связка цифрового усилителя и цифровой обработки позволяет добиться максимального качества звука, на которое способен динамик. Именно это и делает усилители класса D любимчиками профессионалов, обращающих внимание в первую очередь на результат.

А для аудиофилов класс D производители тщательно маскируют под названиями других классов, например, Z. Или используют их в качестве источников напряжения для усилителей класса A, AB, хотя при взгляде под другим углом такая схема выглядит как активный фильтр искажений для класса D. А то и вовсе умалчивают о принципах работы усилителя. Как это делает Yamaha:

Но даже беглым взглядом можно сразу заметить характерный для класса D фильтр паразитных частот — катушки индуктивности возле мощных транзисторов редкий гость в усилителях других классов.

Заключение

Любой усилитель, независимо от класса, может быть плохим или хорошим. Конкретное схемотехническое решение влияет на звук больше, чем класс усиления.

Отличительная и неизменная черта классов усилителей — это КПД. И самый большой КПД, порядка 90%, в классе D.

Источник

«Усилок» на память: как выбрать усилитель для домашнего кинотеатра?

Текст: Анатолий ВЕЙЦЕНФЕЛЬД, звукорежиссер

Сигналы всех этих таких разных аппаратов в конечном итоге попадут в ваши акустические системы, но для этого они должны пройти через сердце вашего звукового комплекса — усилитель. Вот об усилителях и поговорим.

Типов и разновидностей усилителей существует довольно много, поэтому надо их прежде всего классифицировать, а потом разобраться с их функциями и возможностями.

Предварительный усилитель

Уровень электрического сигнала на его выходе таков, что если его подать на громкоговорители, то мы ничего не услышим. Так для чего же он нужен?

Дело в том, что разные источники имеют разный выходной уровень сигнала: CD-плеер или тюнер выдают сигнал т.н. линейного уровня (порядка полу-вольта), а виниловый проигрыватель — во много сотен раз меньше.

Кроме того, пользователь должен иметь возможность переключать источники, и те при этом должны звучать с примерно одинаковой громкостью. Для этого требуется согласование уровней сигналов разных источников и их подъем до уровня, который достаточен для работы входного каскада усилителя мощности.

Еще одна функция предварительного усилителя — организация и коммутация т.н. сквозных каналов, т.е. возможности во время прослушивания еще и записывать сигнал на тот или иной рекордер, в том числе осуществлять два эти процесса независимо.

Другая важная функция — регулирование выходной громкости и частотной коррекции сигнала, для чего на передней панели располагаются регуляторы громкости и уровней высоких и низких частот. Часто присутствует и кнопка прямого сигнала, т.е. обхода частотного корректора, и кнопка так называемой тонкомпенсации, предназначенной для подъема низких и высоких частот при прослушивании на пониженной громкости. Предварительный усилитель может иметь и дополнительный фильтр инфранизких частот, особенно полезный при использовании проигрывателя грампластинок.

Усилитель мощности, который иногда называют оконечным

Для усилителя мощности важно номинальное значение нагрузки, т.е. сопротивление акустических систем. Обычно усилители рассчитаны на сопротивление колонок 4 или 8 Ом. Можно подключить к усилителю акустику с бОльшим сопротивлением, но ни в коем случае не с меньшим! Это может при определенных условиях привести к повреждению выходного каскада!

Очень важным параметром усилителя мощности является коэффициент демпфирования, он же демпинг-фактор. Демпфирование позволяет предотвратить инерционное, т.е.паразитическое колебание диффузора динамика, что делает звучание чище, детальнее и точнее. Чем больше значение демпинг-фактора, тем выше качество усилителя.

Еще один важный параметр — это скорость нарастания выходного напряжения, по английски slew rate. Чем быстрее эта скорость (измеряемая в микросекундах), тем лучше усилитель воспроизводит т.н. переходные, или «нестационарные» процессы, т.е. мелкие быстрые высокочастотные компоненты сигнала. Например, игру по тарелкам, перкуссии, струнным щипковым инструментам и т.п. Понятно, что «медленный» усилитель плохо отработает такие звуки и размоет звуковую картинку.

Интегрированный или полный усилитель

Это устройство, объединяющее в одном корпусе предварительный усилитель и усилитель мощности, является наиболее популярным на рынке. Все описанные выше функции и особенности каждой из составляющих частей присутствуют в интегрированном усилителе. Достаточно приличные полные усилители доступны практически всем, их стоимость начинается от примерно 8000 руб.

Если вы не собираетесь экспериментировать с подбором и частой сменой компонентов вашей аудиосистемы, интегрированный усилитель будет более разумной покупкой, но если вы планируете постепенный апгрейд вашего комплекта до более высокого класса, вам больше подойдет раздельное предварительное и оконечное усиление.

Ресивер

Выбираем усилитель

Частично этот вопрос уже был затронут в описании типов усилителей. Теперь немного углубимся в него.

Слушить ли усилитель в магазине?

Если есть такая возможность, то да. Другое дело, что практическая ценность такого прослушивания невелика — на ваше восприятие будет влиять очень много разных факторов, как технических, так и психологических.

Для точной субъективной оценки звучания надо иметь большой опыт и тренированный слух. Надо также учесть, что современная аппаратура одного класса (т.е. стоимости) звучит почти идентично, с минимальной разницей, так что есть опасность впасть в самообман, а то и обман со стороны тех, кто хочет продать вам технику.

Во всяком случае, в магазине послушайте звучание «в первом приближении»: как усилитель звучит на очень тихой громкости, на очень большой, насколько эффективно (глубоко) работают регуляторы ВЧ/НЧ-тембра и тон-компенсации, высок ли уровень собственного шума при установлении регулятора громкости на максимум при выключенном источнике, плавно ли меняется громкость при повороте регулятора. Это позволит в целом понять, подходит ли вам данный прибор.

Ламповый или полупроводниковый?

Это важный вопрос, но для тех, кто придает качеству звука большее значение, чем обычный любитель музыки. Многие знатоки ценят лампу за комфортное звучание, но уловить эти нюансы не всем по силу, да и не все ставят перед собой задачу смаковать чисто акустические особенности вместо того, чтобы просто слушать любимую музыку.

К тому же, у ламповых усилителей есть не только плюсы, но и известные минусы. По таким параметрам, как отношение сигнал/шум и коэффициент нелинейных искажений ламповые усилители заметно уступают транзисторным. Они выдают гораздо меньшую выходную мощность (хотя, отмечу, мощность лампы и мощность транзистора — не одно и то же). Ламповые усилители имеют гораздо более низкую энергоэффективность, т.е. при невысокой звуковой мощности потребляют электричество «от всей души».

Ламповая техника в быту более капризна, и обращение с ней требует подготовки и внимательности, в том числе с точки зрения техники безопасности. Наконец, ламповые усилители дороже полупроводниковых: «толковый» ламповый усилитель мощности дешевле 70 тыс. руб. не найти, а интегральный ламповый усилитель мощностью хотя бы 40 Вт начинаются от 40 тыс. руб. Одним словом, ламповый усилитель — не для новичков, а для искушенных ценителей.

Как согласовать акустические системы и усилитель?

Здесь необходимо учитывать, что усилитель, даже недорогой — менее критичный компонент аудиотракта, чем АС, и он в целом меньше создает проблем в звучании, чем громкоговорители.

Так что если у вас уже есть колонки, которые вас устраивают, ориентируйтесь при выборе усилителя на следующие факторы:

— Номинальное сопротивление нагрузки усилителя должно соответствовать сопротивлению АС — если у вас колонки сопротивлением 4 Ома, надо подбирать к ним и усилитель, рассчитанный на нагрузку от 4 Ом.

— Выходная мощность усилителя не должна превышать номинальную мощность акустических систем, пусть лучше колонки будут немного мощнее усилителя, это спасет их от повреждения при случайном включении усилителя на полную громкость.

— Если ваши АС вас в целом устраивают, но все же вам кажется, что им чуть не хватает верхов или низов, поинтересуйтесь качеством регуляторов тембра на усилителе: очень часто оказывается достаточным приподнять верха или низы имеющимся двухполосным корректором. Если же этого недостаточно, значит, ничего не поделаешь, придется менять акустические системы.

Как подобрать компоненты в комплекс?

Нельзя забывать, что все компоненты в вашем комплексе должны быть одного класса по цене и качеству. Слишком дешевый снивелирует преимущества более дорогих, а слишком дорогой, напротив, не прозвучит в полную силу.

Впрочем, если вы его приобрели «на вырост» и собираетесь со временем подтянуть к нему остальные компоненты, получив систему более высокого класса, покупка дорогого компонента может иметь смысл. В особенности это справедливо по отношению к акустическим системам. Но это уже совсем другая тема.

Источник

Усилители

Усилитель – крайне важный компонент стереосистемы, отвечающий за усиление сигналов поступающих от источников подключённых к усилителю, коммутацию подключённых источников, регулировку громкости и передачу усиленного сигнала на акустические системы для его воспроизведения. В зависимости от уровня и конструкции все усилители можно разделить на одноблочные (интегральные), двухблочные (комбинация предусилитель и усилитель мощности), трёхблочный (комбинация из предварительного и двух моноблочных усилителей).

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные усилители, в состав которых входят как транзисторы, так и лампы. Усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А», «В», «АВ», «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Разновидностей усилительной техники очень много и каждое техническое решение имеет свои достоинства и недостатки, но не стоит отчаиваться, специалисты салона HIFI PROFI помогут подобрать для Вас наилучший вариант, который позволит Вам долгие годы наслаждаться любимой музыкой.

Интегральный усилитель – это усилитель, все функциональные блоки которого размещены в одном корпусе, включая все органы управления, предусилительную часть и усилитель мощности.

В зависимости от применяемых усилительных элементов выделяют транзисторные, ламповые и гибридные интегральные усилители, в состав которых входят как транзисторы так и лампы. Интегральные усилители бывают со встроенным блоком питания и с выносным, разделяются на классы «А» «В» «АВ» «D», могут быть аналоговыми и цифровыми. Интегральные усилители наиболее доступны по цене и удобны в подключении.

Предварительный усилитель – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за начальное усиление слабых сигналов поступающих от источников, их коммутацию и регулировку громкости. Каскады усиления в предварительном усилителе поднимают уровень сигнала (усиливают) до такого его значения, чтобы усилитель мощности смог воспринять его.

Предусилитель используется в комплекте с усилителем мощности или моноблочными усилителями мощности, а также с активными акустическими системами, имеющими собственный встроенный усилитель. В зависимости от применяемых усилительных элементом предусилители бывают транзисторными и ламповыми.

Усилитель мощности – это часть полного усилителя, выполненная в отдельном корпусе и отвечающая за усиление сигнала, поступающего от предварительного усилителя и его дальнейшую передачу на акустические системы.

Моноблочный усилитель (моноблок) – это усилитель мощности, рассчитанный на усиление только одного канала звука (только левого или только правого, таким образом для стереосистемы требуется два моноблочных усилителя). Моноблоки подключаются к предварительному усилителю, от которого получают сигнал для усиления. Моноблоки бывают как транзисторными, так и ламповыми.

Система из предусилителя и двух моноблочных усилителей мощности при прочих равных характеристиках облает гораздо более качественным звучанием, чем интегральный усилитель и даже комбинация предварительного усилителя с усилителем мощности. По сути данная система является, в некотором смысле, эталонной. Основным достоинством моноблочных усилителей является потрясающе чёткая и правильная стереокартина, практически недостижимая всем прочим видам усилителей.

Ламповый усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении радиоламп в качестве усилительных элементов. Как правило, ламповые усилители менее мощные чем транзисторные. Схемы ламповых усилителей, по сравнению с аналогичными транзисторными, являются более простыми и задействуют меньшее количество деталей. Характер искажений, вносимых ламповыми схемами в сигнал, существенно менее заметен для человеческого слуха.

Ламповые усилители характеризуются более «тёплым» и «мягким» звучанием с натуральным воспроизведением средних и высоких частот. Недостатком является немного легковесные, затянутые и расплывчатые басы, особенно при неудачном подборе акустики. Ламповый усилитель будет хорошим выбором для любителей джаза, вокала, классики, вообщем той музыки, в которой динамичные, глубокие и мощные басы не используются. Скажем так, цифровые басы клубной музыки являются слабой стороной лампового усилителя.

Транзисторный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на применении транзисторов в качестве усилительных элементов. Как правило, транзисторные усилители мощнее, чем ламповые и создают меньше трудностей при подборе акустики.

Транзисторные аппараты обладают мощными, глубокими басами и детальным воспроизведением средних и высоких частот, но при неудачном исполнении транзисторных схем, детальность может обернуться «звоном» и «зернистостью» высоких частот, что, в свою очередь, может утомлять слушателя. Транзисторный усилитель будет хорошом выбором для любителей клубной и электронной музыки, современного рока и прочих жанров, где часто используется глубокий и мощный бас.

Гибридный усилитель – это усилитель, схемотехника которого основана на одновременном применении радиоламп и транзисторов в качестве усилительных элементов. Целью проектировщиков гибридных усилителей является сочетание в одном аппарате преимуществ как ламп, так и транзисторов (т.е. стремление взять лучшее от каждой технологии) и, за счёт этого, минимизировать их взаимные недостатки и, тем самым, сделать усилитель универсальным для воспроизведения любого стиля музыки.

Как правило, лампы применяются в предварительной части усилителя, а транзисторы в выходных каскадах, где они усиливают мощность сигнала перед передачей его на акустические системы. Хорошо сконструированные гибридные усилители являются весьма универсальными и не выделяют явных жанровых предпочтений.

Происходит это, потому что электромагнитное поле трансформатора и его вибрации оказывают негативное воздействие на внутренние схемы усилителя, создавая дополнительные помехи. Иногда выносной блок питания используется для модернизации усилителя, уже имеющего свой встроенный.

Аналоговый усилитель – это усилитель, работающий исключительно с сигналами в аналоговой форме и являющийся самым распространённым видом усилителей. К аналоговому усилителю можно подключить источник цифрового сигнала, например, CD-проигрыватель, но имеющий либо встроенный, либо внешний цифро-аналоговый преобразователь. На данный момент аналоговые усилители местами превосходят цифровые по качеству звучания, но зачастую уступают им в функциональности и возможностях.

Усилитель класса «D» (цифровой усилитель) – это усилитель, работающий только с сигналом в цифровой форме. Как правило, цифровые усилители получают сигнал напрямую с CD-транспорта или с цифровых выходов CD-проигрывателя. Сигнал проходит процесс усиления, постоянно находясь в цифровом виде, а перед подачей его на акустические системы, встроенный в усилитель цифро-аналоговый преобразователь раскодирует его в аналоговую форму.

Некоторые цифровые усилители способны получать от источника сигнал в аналоговой форме и после этого сами преобразуют его в цифровой, но это не лучший вариант его использования, так как многократное превращение сигнала из аналога в цифру и обратно крайне негативно сказывается на качестве звучания. Цифровые усилители более экономичны в энергопотреблении, чем аналоговые и обладают лучшими показателями соотношения сигнал/шум. Особенный интерес представляют цифровые усилители со встроенными DSP-процессорами, позволяющими корректировать акустику помещения и обладающие множеством других полезных функций.

Единственным существенным недостатком является тот факт, что и цифровых усилителей, обладающих по настоящему аудиофильским качеством звучания, в настоящее время чрезвычайно мало, да и по качеству звука они ещё пока уступают лучшим образцам аналоговых аппаратов.

Усилители класса «А» в силу специфики своей конструкции имеют меньший КПД по энергопотреблению и достаточно сильно греются даже в отсутствие сигнала. Вдобавок ко всему, усилители класса «А» в два раза менее мощные по сравнению с аналогичными усилителями класса «АВ», что немного затрудняет их работу с акустическими системами, обладающими низкой чувствительностью. Хотя всё это мелочи по сравнению с волшебным звучанием, которое создает однотактный усилитель.

Усилители класса «АВ» более экономичны в энергопотреблении и обладают большим КПД по сравнению с усилителями класса «А», а также меньше греются во время работы. По сравнению с классом «А», класс «АВ», как правило, обладает вдвое большей мощностью и легче поддаётся подбору акустики. Неудачно сконструированный усилитель класса «АВ» может обладать искажением сигнала, называемым «центральная отсечка», возникающим из-за неточной состыковки работы усилительных элементов, отвечающих за разные полуволны.

Источник