В отличие от традиционных линейных усилителей, где выходной сигнал представляет собой «увеличенную» копию входного, выходной сигнал усилителей класса D – это импульсы прямоугольной формы. Кстати, D вовсе не означает digital. Просто для обозначения нового класса усилителей взяли следующую по алфавиту букву (A, B и C уже были задействованы). И, как бы это ни казалось странным усилители класса D – аналоговые, аналоговый сигнал на входе и аналоговый же – на выходе. Просто они работают с импульсами. Их амплитуда постоянна, а длительность импульсов и пауз между ними изменяется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя. Используются импульсы двух уровней (иногда трех – с «нулевым» уровнем), для их формирования применяют компаратор (схему сравнения). После формирования импульсы усиливаются оконечными транзисторами, работающими в ключевом режиме (то есть с минимальными потерями). Для восстановления формы сигнала практически во всех усилителях есть выходной LC-фильтр (в некоторых случаях фильтрация сигнала может выполняться непосредственно динамической головкой).
Основное достоинство усилителей этого класса ‑ высокий КПД (в лучших образцах до 95%). Это объясняется тем, что амплитуда импульсов практически равна напряжению питания и потери мощности на выходных транзисторах минимальны. Искажения возрастают при передаче сигналов малого уровня, при увеличении частоты сигнала, при снижении частоты дискретизации. Но их можно снизить применением отрицательной обратной связи по выходному сигналу. Косвенным образом от частоты дискретизации зависит и КПД: с ростом частоты уменьшаются необходимая индуктивность катушек и снижаются потери в выходном фильтре.
ПРИНЦИП РАБОТЫ
Первые усилители класса D были разработаны ещё в 50-х годах XX столетия, в ламповую эпоху. Но настоящее их развитие началось несколько десятилетий спустя, с появлением новой элементной базы.
Это усилители с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, она же PWM – pulse width modulation). Длительность импульсов («ширина») модулируется, а частота их следования постоянна и в зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, составляет от нескольких десятков до сотен килогерц. В первоначальных вариантах таких усилителей применялся генератор линейно изменяющегося напряжения (треугольного или пилообразного), оно было эталонным для компаратора. Для достижения высокого качества сигнала необходимо было обеспечить высокую линейность и стабильность опорного напряжения, что требовало значительного усложнения схемы.
Впоследствии получил распространение другой вариант усилителей класса D – автогенерирующие усилители. Частота их переключения уже необязательно будет постоянной – всё зависит от конкретной реализации схемы. Один из распространённых вариантов – усилитель с фазосдвигающей цепочкой. Он будет генерировать на частоте, для которой сдвиг фазы в петле обратной связи составит 180 градусов.
Впрочем, необходимую для автогенерации задержку сигнала обратной связи можно получить и другими способами – например, фильтром. Отрицательная обратная связь по выходному сигналу (после фильтра) дополнительно снижает искажения.
Подобно аналоговым усилителям, импульсные усилители разделяются на подклассы AD и BD, причем их достоинства и недостатки тоже подобны. В усилителях класса AD в отсутствие входного сигнала выходной каскад продолжает работу, выдавая в нагрузку разнополярные импульсы одинаковой длительности. Это позволяет улучшить качество передачи слабых сигналов, но снижает экономичность и порождает ряд технических проблем. В частности, приходится бороться с так называемым сквозным током, который возникает при одновременном переключении выходных транзисторов. Для устранения сквозного тока в выходном каскаде вводится мертвое время между закрыванием одного транзистора и открыванием другого.
Практическое применение находят усилители класса BD, выходной каскад которых в отсутствие сигнала генерирует импульсы очень малой длительности или находится в состоянии покоя. Однако в усилителях этого типа наиболее сильно проявляются основной недостаток метода – зависимость уровня нелинейных искажений от частоты дискретизации и частоты сигнала.
Усилители класса T
Улучшенная разновидность импульсных усилителей появились на рубеже XXI века, буква T – дань фамилии автора и, соответственно, названию компании-разработчика Tripath Technology. В основе лежит запатентованная в 1996 году технология Digital Power Processing. Если отбросить наукообразные заклинания насчёт «предсказания» (Predictive processing) и «адаптивного преобразования» (Adaptive Signal Conditioning Processing), то всё с очевидностью сводится к одной из разновидностей дельта-сигма модуляции. От традиционной широтно-импульсной она отличается тем, что передается не абсолютная величина сигнала, а ее изменение относительно предыдущего состояния (отсюда и «дельта» в названии). Отрицательная обратная связь входит в неё генетически, да и «предсказание» тоже имеет место быть…
В усилителях класса T нет фиксированной частоты преобразования – она непрерывно изменяется в полосе до 1,5 мГц. Исходными данными служит как раз амплитуда сигнала и скорость ее изменения. Повышение частоты дискретизации при увеличении скорости нарастания сигнала повышает качество звучания и позволяет упростить конструкцию выходного фильтра.
Полностью цифровой тракт DDX
При наличии цифрового источника сигнала и импульсного усилителя нет никакого смысла несколько раз преобразовывать сигнал в аналоговую форму и обратно – гораздо удобнее преобразовать двоичное представление сигнала в длительность импульса и получить полностью цифровой тракт сигнала. Фактически тракт DDX – это мощный цифроаналоговый преобразователь, работающий непосредственно с акустической системой без посредников. Отказ от промежуточной аналоговой обработки повышает качество звучания, и за полностью цифровыми трактами будущее. Хотя какое будущее? Уже настоящее!
Ведущий разработчик в этой области – компания Apogee Technology и распространение получила разработанная ей технология DDX (Direct Digital Amplification – Direct Stream). В сотрудничестве с компаниями ST Microelectronics и Sigmatel были выпущены чипы DDX: сначала, в 2002 году – отдельные контролер и усилитель, затем всё было интегрировано в одном мощном чипе. Сегодня номенклатура этих изделий насчитывает десятки типов на мощности до пары сотен ватт, причём в них зашиты и основные режимы обработки цифрового сигнала – фильтры, эквалайзер, тонкомпенсация…
Кроме того, в усилителях DDX устранён основной недостаток большинства усилителей класса D – слабый контроль динамика. Используется импульсное демпфирование подвижной системы динамической головки (damped ternary modulation). В промежутках между информационными импульсами выходной каскад замыкает выводы звуковой катушки, Электрическое демпфирование основного резонанса подвижной системы здесь осуществляется не виртуальным выходным сопротивлением усилителя, а вполне реальным и достаточно низким сопротивлением силовых ключей и акустического кабеля, поэтому действует намного эффективнее, чем в традиционных усилителях.
С вами был УРАЛ и ЧЕстный Звук.О том, как УРАЛ дважды выиграл патентный спор у правообладателя JBL, читайте в статье
О продукции УРАЛ можно узнать здесь
О новом АК - подробно - тут
Внимание! Продукция УРАЛ теперь не только в DNS, но и на OZON)Наши соцсети:
🔊 VK - https://vk.com/ural_auto
🔊YouTube - https://www.youtube.com/channel/UCLzzLfBqwvyz9WTfUWITRAg
🔊OK - https://ok.ru/group/57850130727085
🔊TELEGRAM - https://t.me/chezvuk
🔊RUTUBE - https://rutube.ru/channel/23872366/playlists/Понравилась статья? Ставьте лайк, делайте репост)
Подписывайтесь на канал! Все самое интересное - впереди.
Всем добра)
#усилители #классd #классt #искажения
