Приветствую всех!
Если вы это читаете, значит вам интересно знать больше об импульсных усилителях мощности, я постараюсь выложить свои знания и опыт, рассказать о преимуществах и недостатках данного класса усилителей, их особенностях и отличиях.
Первое и основное отличие линейного усилителя от импульсного как раз заключается в его режиме работы выходного каскада. Линейный усилитель как понятно из названия работает линейно, теряя огромную мощность на выходных транзисторах из-за линейного режима, линейный усилитель имеет очень высокое выходное сопротивление оказывающие влияние на его звучание и характеристики АЧХ при смене акустической системы с другим сопротивлением, например было 8 Ом, стало 4 Ома. Разница будет колоссальной. Импульсные усилители имеют напротив низкое выходное сопротивление и с правильной обратной связью не меняют характеристики выходного сигнала в зависимости от сопротивления нагрузки. Обращаю ваше внимание на то что есть как хорошие усилители так и откровенный хлам в независимости от класса усилителя, если вы купили дешёвый китайский усилитель а особенно дешевые усилители класса Д, они вызовут огорчение и отвращение к импульсным усилителям, они шипят, отвратительно звучат, имеют ужасный контроль выходного сигнала особенно при мощностях близких к максимальным, также у них могут сильно греться выходные дросселя, тут можно бесконечно перечислять, но я думаю смысл понятен.
Также и с линейными дешёвыми усилителями, куча гармонических искажений, сильный нагрев из-за слишком высоких токов покоя чтобы это хоть как-то играло, или напротив в слишком низком токе покоя или вообще его отсутствия приводя к ступеньке в сигнала при переходе через ноль.
Давайте вернёмся к теме и начнем с того какие типы усилителей класса Д бывают, а затем разберем каждый тип более подробно.
Усилители класса Д (импульсные усилители) работают в импульсном ключевом режиме и имеют 3 основных типа обратной связи, обратная связь до выходного фильтра, после выходного фильтра и комбинированную обратную связь до и после выходного фильтра одновременно. Давайте перечислим и сгруппируем их по типу:
1. Классические в моём понимании усилители со своим генератором пилы и преобразованием линейного сигнала в сигнал ШИМ. При смешивании линейного сигнала с сигналом генератора пилы на компараторе.
2. Самоосцилирующие или самогенерирующие усилители, они не имеют своего генератора, а генерируют они за счет обратной связи и ускоряющей резонансной цепочки в ОС. Простыми словами самогенерирующий усилитель это усилитель который введен в управляемое самовозбуждение на определённой частоте у которого смешивание сигналов происходит на входном компараторе или дифференциальном входном каскаде.
3. Усилители цифро-импульсные. Можно назвать цифровыми, они достаточно редко встречаются, но существуют. Эти усилители отличаются от остальных тем что главная управляющая схема работает с программным обеспечением зашитым в управляющую микросхему. Простыми словами, управляющая микросхема это микроконтроллер который по средствам АЦП преобразует линейный сигнал в цифровой и преобразовывает его в импульсы для управления выходными ключами. Такой усилитель имеет аналогично все типы обратной связи, а может и не иметь её вовсе. (Моё мнение это худший вариант импульсного усилителя).
Основные типы мы разобрали, давайте перейдем к более подробному рассмотрению каждого из типов.
Усилители с генератором пилы.
Данные усилители отличаются стабильной частотой генерации, низкими электромагнитными помехами и высокой стабильность, но при этом по качеству звучания они уступают самогенерирующим усилителям из-за отличия формирования сигнала.
Структурная схема из себя представляет генератор пилы, компаратор для преобразования линейного сигнала в импульсный, драйверы или драйвер управления выходными ключами, выходной фильтр состоящий из дросселя и конденсатора или дросселя и нескольких конденсаторов.
В таком усилителе генератор пилы работает с фиксированной частотой не меняющейся в зависимости от сигнала и выходной мощности. Из-за этого он обладает высокой стабильностью работы и простотой ремонта или наладки.
Однако такой усилитель имеет более сложную схемотехнику в отличие от самогенерирующего усилителя, но так как такой усилитель можно разрабатывать и налаживать поэтапно и по блочно, генератор, компаратор, драйвер. Даже не используя всю схему целиком, можно по блочно все настроить и потом при общем включении все будет работать в отличие от более сложной настройки в сборе самогенерирующего усилителя.
Самогенерирующие (самоосцилирующие) усилители.
Эти усилители обладают самым высоким качеством звука, а особые варианты исполнения звучат лучше большинства линейных усилителей, а наверное даже лучше всех. Достигается это за счет правильной обратной связи и иным способом формирования импульсного сигнала, эти усилители не имею встроенной генератора, не имеют фиксированной частоты, а сам ШИМ сигнал формируется не генератор + линейный сигнал, а обратная связь и скорость нарастания напряжения, поэтому чем больше выходная амплитуда сигнала, тем ниже частота генерации, так как скорость нарастания сигнала ограничена, чем выше скорость всего усилителя, тем выше его частота, при этом средняя частота генерации может быть ниже в 2-3 раза чем у усилителя с генератором пилы при более высоком качестве звучания. Однако такой усилитель очень требователен к разводки печатной платы, к качеству компонентов и требует настройку каждого экземпляра индивидуально! Еще есть сложности синхронизации с источником импульсного питания, данный тип усилителя при халатном отношении к схемотехнике и разводке печатной платы производит больше электромагнитных помех, которые в свою очередь оказывают влияние на качество звука. А правильно выполненная схемотехника и разводка платы даёт результаты заслуживающие удивления и радость ушам.
Что можно сказать про 3й тип усилителей, они схожи по характеристикам звучания с первым типом, имеют большое смещение фазы (задержку) это затрудняет использовать такие усилители совместно с другими типами так как при работе звук будет запаздывать и превращаться в непонятную кашу. Но такой усилитель может существовать как отдельное устройство, и неплохо работать самостоятельно. Минусы же этого типа усилителей дороговизна, очень сложный ремонт обычно требующий замены управляющей микросхемы которая имеет высокую цену, ладно цену, ее еще нужно найти где купить, а купить нужно оригинал, и тут может пойти все покругу. Такой усилитель будет долго лежать в сервисе при поломке. Или вообще превратиться в кусок электронного мусора.
В следующей статье ознакомимся с устройством каждого типа усилителя, с принципами работы, с примерами и графиками, разберём плюсы и минусы на конкретных примерах.