Обладатели усилителей, работающих в классе А, смотрят на владельцев аппаратов со всеми остальными буквами алфавита свысока – ведь только им подвластны вершины истинного звучания – когда музыка воспроизводится в истинном и первозданном виде, без каких-либо искажений. С ними готовы сегодня поспорить приверженцы классов АВ и D. Отголоски споров периодически выплескиваются на страницы журналов, на форумы аудиофилов и в социальные сети.
Подогревает эти дискуссии появление новых моделей, с новыми элементами и конструктивными особенностями, которые сулят еще более проникновенное, достоверное и безупречное звучание. Но тут иногда возникает путаница, вызванная тем, что классы усиления и схемотехника выходных каскадов - это разные вещи. Дело в том, что класс А с равным успехом может быть как однотактным, так и двухтактным.
Возьмем, к примеру два усилителя: Esoteric F-01 и F-02, о которых было объявлено недавно в пресс-релизе бренда от 20 октября 2023 г.
Секция усилителей мощности F-01/02 соответствует концепции схемотехники топовых моделей Esoteric S1X и M1X, но при этом F-01 представляет собой конструкцию класса A с выходной мощностью 30 Вт (на 8 Ом), а F-02 имеет гораздо более высокую мощность - до 120 Вт (на 8 Ом) и 240 Вт на 4 Ом. В разосланном каталоге для обеих моделей приводится одна и та же блок схема, в которой явно видна двухтактная архитектура.
Более подробно ее можно рассмотреть на диаграмме для моноблочного усилителя мощности Esoteric M1X.
У обеих моделей одинаковые размеры - 445 × 191 × 471мм, почти одинаковый вес: F-01 - 32.2 кг, F-02 - 32.4 кг, одинаковый процент искажений (THD): (F-01) 0.008% (1kHz, 8Ω, 30Вт), (F-02) 0.008% (1kHz, 8Ω, 120 Вт) и демпинг-фактор: 500. Вот только потребление отличается: (F-01) 250 Вт, 215 Вт (в отсутствие сигнала) и (F-02) 280 Вт, 110 Вт (в отсутствие сигнала), а в Standby по 0.3 Вт.
Простая схемотехника, основанная на идеях усилителей Esoteric Grandioso M1X и S1X вместе с параллельной 3-каскадная пушпульной (push-pull – двухтактной) конфигурацией выходных каскадов на мощных биполярных транзисторах обеспечивает великолепную линейность по выходной мощности и контролю нагрузки (F-01: до 60 Вт/4 Ом, F-02: 240 Вт/4 Ом). В блоке питания крупный силовой трансформатор с большим запасом мощности на 940VA и независимые банки емких накопительных конденсаторов для всех каналов (10,000 мкФ x 4/канал).
Что же заставляет практически одну и ту же базовую схему работать или в чистом классе А, или в АВ? – Секрет кроется в прямоугольничке на блок-схеме с обозначением «Bias Circuit» - «Схема смещения». Для того, чтобы понять, что она делает, необходимо обратиться к истории появления и классификации усилителей. Лет пять назад в журнале «Стерео Видео» уже была опубликована отличная серия статей под заголовками «Как работает усилитель класса «А», …класса «АВ», … класса «D» и др., которая вызвала оживленную дискуссию.
Вкратце резюмируя то, что уже было сказано в 2019 году, можно повторить основные тезисы про класс А. В усилителе класса А транзистор или лампа выходного каскада постоянно «открыта» и через нее течет высокий ток покоя. Рабочая точка транзистора/лампы выбирается в середине вольт-амперной характеристики. В результате в классе А усиливается как отрицательная, так и положительная «полуволна» полезного сигнала. Этот режим работы характеризуется высокой мощностью рассеяния на тепловых элементах и относительно большим энергопотреблением. КПД – не более 35%. Но класс А имеет неоспоримые преимущества – наиболее линейное усиление сигнала по сравнению с остальными типами усилителей. Звучание класса А отличается замечательной микродинамикой. В качестве иллюстрации принципа работы обычно приводится простейшая схема и диаграмма аудио сигнала, где «ноль» находится почти на уровне половины напряжения питания.
В дискуссии по материалам статьи «Как работает усилитель класса «АВ» приводятся обширные цитаты из известной книги "Схемотехника современных усилителей" (Дуглас Селф), где более подробно разъясняются режимы работы. «В режиме класса A через усилительные элементы (УЭ) – выходные транзисторы или лампы ток течет все время, тем самым предотвращается включение и выключение транзистора при смене полярности усиливаемого сигнала, а следовательно, снижается коэффициент нелинейных искажений. Это не часто описывается в руководствах, но известно два существенно отличающихся способа реализации данного режима. Первый способ – это просто двухтактный эмиттерный повторитель, знакомый всем по режиму класса B, но с увеличенным напряжением смещения, так что ни один из двух транзисторов при нормальных сопротивлениях нагрузки никогда не входит в режим отсечки. Преимущество этого способа заключается в том, что в этой схеме не возникает перегрузка по току: при снижении сопротивления нагрузки ниже допустимого транзисторы просто входят в режим класса AB, при этом несколько увеличивается коэффициент нелинейных искажений, но звучание все еще остается достаточно качественным. Другой способ реализации режима класса A известен также как источник тока, управляемый напряжением (ИТУН): это один усилительный элемент, включенный по схеме повторителя напряжения с активной нагрузкой в цепи эмиттера (или катода) для обеспечения рабочего тока через усилительный элемент. При повышении тока нагрузки сверх установленного предела напряжение на активной нагрузке достигает некоторой величины и далее практически не изменяется, что приводит к обрезанию выходного сигнала.
На самом деле существует несколько основных вариантов схем построения усилителей класса А:
«Самой лучшей двухтактной схемой представляется та, которая представлена на рис. 9.1д, которая и выглядит достаточно хорошо знакомой. Подобно всем обычным каскадам класса В, исследованных в главах 5 и 6, данная схема будет эффективно работать в режиме чистого двухкаскадного усиления класса А, если напряжение смещения покоя будет увеличено в достаточной степени; его превышение над режимом, обеспечивающим работу в классе В, составляет, как правило, 700 мВ, в зависимости от величины сопротивлений эмиттерных резисторов. В качестве примера схемы усилителя класса В с большим напряжением смещения можно обратиться к работе Нельcона-Джонса (Nelson-Jones) [7]. Данная схема имеет то большое преимущество, что, столкнувшись с неожиданно низким значением полного комплексного сопротивления нагрузки, она будет работать в режиме класса АВ. Характеристики искажений будут подчинены не только режиму класса А, но также и режиму оптимально-смещенного усилителя класса В выше уровня перехода к классу АВ, однако все искажения могут быть сведены к очень низкому уровню соответствующей схемной проработкой».
(Дуглас Селф, "Схемотехника современных усилителей", стр 311)
Удручающе малый к.п.д. класса А стал серьезным препятствием на пути применения таких усилителей в многоканальных системах. Только представьте себе 7-канальный усилитель Class A с мощностью 300 Вт на канал, который будет потреблять около 50 A из розетки (почти 6 киловатт!) и греть помещение, как пара мощных радиаторов.
Двухтактный («push-pull») усилитель в классе В
Был придуман класс В, где в выходном каскаде используются два транзистора – один для усиления положительной, а другой - отрицательной полуволны сигнала. Рабочая точка транзистора выбирается при этом почти в начале линейного участка вольт-амперной характеристики.
Максимальный теоретический к.п.д усилителя в этом классе достигает 78.5%, реальный к.п.д около 50-60%. Он характеризуется умеренной мощностью рассеяния и относительно небольшим энергопотреблением. Преимущества класса B – относительно высокий к.п.д. Недостатки – искажения слабых сигналов – так называемые переходные искажения. Они возникают из-за неизбежного рассогласования характеристик пар выходных приборов и нелинейности крутизны преобразования мощных транзисторов при малых токах.
Реальная характеристика вход-выход двухтактного каскада усиления
В результате в моменты перехода исходного сигнала через ноль возникают нелинейные искажения.
Как же избавиться от подобных искажений? Инженеры придумали способ работы усилителей в совмещенном режиме. Например, до 20 Вт в А классе, а потом переключение в AB. Как это реализовано? - Установкой большого тока покоя при соответствующем смещении.
В целом усилитель класса АВ объединяет в себе достоинства классов А и В. При малом уровне сигнала усилитель работает в классе А, затем переключается в класс В. Характеризуется относительно низкими искажениями и невысоким энергопотреблением. Класс АВ - наиболее распространенный тип усилителей мощности
Напрашивается вывод - класс А или АВ это не схема усилителя а способ функционирования схемы.
Огромное число компаний, выпускающих усилители, с гордостью заявляют, что они придерживаются решений в классе AB. Конечно, в последние годы усилители класса D стремительно прогрессировали и появились в репертуаре многих новых компаний, но по качеству звука класс АВ по-прежнему завоевывает награды на всех конкурсах – как в секторе Hi-End, так и Hi-Fi.
В целом надо признать, что усилители классов А и АВ не просто не собираются уступать свои позиции, а постоянно совершенствуются и готовы радовать отличным звуком новые поколения меломанов.
Подписывайтесь на наш канал в Telegram
