Дамы и господа, аудиофилы и меломаны, здравствуйте.
Добро пожаловать на Dzen-канал Шоурума "Russian Audio Equipment" (RAE), посвященный аудиотехнике.
Наш Шоурум откроется 26-27 октября 2024 года по адресу г. Москва, пр. Вернадского, 29. ПРИГЛАШАЕМ ВСЕХ НА ОТКРЫТИЕ!
Также мы принимаем участие в выставке Hi-Fi & Hi-End Show в Бородино и приглашаем Вас заглянуть в нашу комнату 1004, где будет представлена экспозиция Шоурума российской и винтажной аудиотехники "Russian Audio Equipment" (RAE) - бесплатный вход по промокоду ниже!!!
Напоминаем Вам, что ознакомиться с нашей аудиотехникой вы можете на сайте https://www.avito.ru/brands/russianaudio (сайт шоурума пока находится в разработке).
Сегодня у нас очередная статья с просторов интернета, для ознакомления нашей Дорогой публики.
Авторы (источники) - РЕЖИМЫ РАБОТЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ. С. Куниловский. Журнал Аудио Магазин № 4 (15) 1997.
Отдельно отмечаем, что мнение Шоурума "Russian Audio Equipment" (RAE) может не совпадать с мнением авторов статьи.
Итак, поехали!
Введение
К сожалению, интересоваться схемотехникой аппаратуры я стал недавно и пропустил момент, когда объяснялось таким, как я, неучам, что такое класс А, АА, АВ и т.д. Что значит „чистый класс А" (есть „нечистый")? Единственное, что я [знаю], так это что класс А, AA etc. различные режимы включения транзисторов или ламп выходных каскадов и отличаются они друг от друга потреблением тока, линейностью и чем-то там еще (А. Багаев).
Классы усиления
В электронных усилителях, в том числе и в усилителях звуковой частоты, обозначения „класс А“, „АВ“, „В“ и т. д. относятся к режиму работы усилительных приборов транзисторов или ламп в каскадах усилителя.
В звукоусилительной технике принята следующая основная классификация режимов работы усилителя:
- Режим класса А, соответствующий колебаниям тока анода лампы (тока коллектора в случае биполярного транзистора, тока стока в случае полевого) без отсечки, то есть без прекращения протекания тока в продолжение всего периода входного сигнала. Ток покоя, то есть постоянный ток при отсутствии входного сигнала, должен быть при этом не меньше максимальной амплитуды переменной составляющей тока.
- Режим класса В, когда ток через усилительный элемент идет в течение половины периода входного сигнала. В течение второй половины периода усилительный элемент полностью закрыт и ток через него не идет. Ток покоя равен нулю.
- Режим класса АВ, который является промежуточным между двумя предыдущими режимами: время протекания тока больше, чем полпериода, но меньше, чем полный период входного сигнала. Ток покоя, соответственно, меньше максимальной амплитуды переменной составляющей тока.
Режим класса В в высококачественных усилителях звуковой частоты не используется из-за больших искажений сигналов малого уровня в области перехода усилительных элементов из открытого состояния в закрытое и обратно.
Эти искажения связаны с нелинейностью начального участка вольтамперных характеристик усилительных элементов и инерционностью их работы.
Кроме того, в этом режиме работы идеальная стыковка моментов открывания и закрывания верхнего и нижнего плеч двухтактного выходного каскада практически невозможна.
Отсутствие же протекания тока в нагрузку в районе нуль-перехода от одной полуволны сигнала к другой, даже очень кратковременное, не может быть ликвидировано с помощью обратной связи и вызывает очень заметные на слух искажения сигнала, растущие с понижением его уровня и повышением частоты.
Фактически основными режимами работы в усилителях звуковой частоты являются класс А и класс АВ.
Предварительные каскады усиления обычно работают в режиме класса А.
Класс А самый, вожделенный" в мире hi-fi и high end.
Почти все знают, что класс Аэто здорово, это „круто“.
В случае, чистого класса А" потенциально так оно и есть.
При нахождении усилительного каскада в любой момент времени на некотором удалении от режима ограничения из-за отсечки (см. выше) или насыщения (когда ток в нагрузку при увеличении входного сигнала возрасти уже не может) обеспечивается весьма линейная и „гладкая“ его работа.
Под „гладкостью“ я подразумеваю то, что выходное сопротивление каскада и его коэффициент передачи на нагрузку изменяется под действием сигнала плавно и не имеет резких переломов, скачков в определенных точках.
В первую очередь это важно для усиления сигналов малого уровня, во многом определяющих „музыкальность" и эмоциональность звучания.
Чтобы понять это, достаточно вспомнить, что в реальных сигналах громких звуков меньше, чем тихих, и легче простить небольшие их искажения.
Если же искажена вся масса тихих звуков, то слушать такой усилитель уже не хочется (Разумеется, речь здесь не идет о тех случаях, когда специально организованы темброобразующие искажения формы сигнала, что имеет, например, место в гитарных усилителях.)
Сказанное относится, как я уже отметил, к режиму, чистого класса А".
Этот режим будет обеспечиваться при максимальных амплитудах сигнала только при сопротивлениях нагрузки, превышающих определенную током покоя для каждого усилителя величину.
Для двухтактных транзисторных усилителей в первом приближении ВЕ/21 Если учесть, что минимальный импеданс акустических систем может быть существенно меньше его номинальной величины, то становится ясно, что в реальности для сохранения режима „чистого класса А" нужен очень большой ток покоя.
Когда тока покоя для работы на реальную нагрузку уже не хватает, усилительный каскад входит в режим отсечки.
В случае однотактного выходного каскада это приводит к резкому возрастанию искажений, в результате чего максимальная выходная мощность оказывается довольно небольшой.
Если выходной каскад двухтактный, то он с этого момента переходит в режим АВ, и выходная мощность продолжает увеличиваться.
При этом, во всяком случае у транзисторного усилителя, скачком увеличивается его выходное сопротивление, так как вместо двух параллельно работающих плеч остается работать одно.
Соответственно, с этой точки немного меняется и коэффициент передачи усилителя на нагрузку, что приводит к увеличению искажений.
В некоторых случаях усилитель специально проектируется для работы в „частичном классе А" (или в „глубоком АВ"), при этом большую часть времени он находится в классе А, переходя в АВ только при сильных сигналах.
Работающий в классе А усилитель имеет большое, не зависящее от наличия и величины сигнала энергопотребление, его КПД даже на полном сигнале существенно меньше теоретически предельной величины 50%, и, следовательно, усилитель рассеивает в виде тепла большую мощность.
Теперь обратимся к наиболее распространенному в двухтактных выходных каскадах режиму класса АВ.
В этом режиме ток покоя обычно выбирается относительно небольшим и при этом оптимизированным.
Стараются добиться наибольшей линейности начального участка суммарной вольтамперной характеристики обоих параллельно работающих на этом участке плеч усилителя.
В случае использования ламп с их довольно плавно меняющимися на этом начальном участке характеристиками получить хорошее сопряжение оказывается несколько проще, но ток покоя получается довольно большим.
В случае использования биполярных транзисторов, у которых вольтамперные характеристики имеют резкий перегиб и сильную температурную зависимость, достичь хорошего и стабильного сопряжения начальных участков сложно.
Под действием звукового сигнала температура р-п-переходов транзисторов непрерывно меняется, а системы термостабилизации тока покоя усилителей инерционны.
В результате появляется его флуктуация около оптимального значения с соответствующим увеличением искажений.
Главное достоинство класса АВ довольно большой КПД, фактически около 50% на полном сигнале.
При этом с уменьшением величины выходного сигнала уменьшается и потребляемая мощность.
Минимальное потребление зависит от величины тока покоя.
Второе достоинство класс АВ дает возможность получения очень большой выходной мощности, достигающей у транзисторных усилителей нескольких киловатт.
Усилия разработчиков транзисторных усилителей направлены на поиск технических решений, исправляющих присущие этим основным режимам работы недостатки, то есть на уменьшение искажений области нуль-перехода сигнала, характерных для класса АВ, и увеличение экономичности режима класса А.
В первом случае стараются удержать транзисторы неработающего плеча усилителя от полного запирания путем динамического управления его смещением (так называемый режим „Super A“ и аналогичные) или создать схемотехническую структуру, сглаживающую начальный, наиболее нелинейный участок вольт-амперной характеристики биполярных транзисторов.
Во втором случае улучшение экономичности класса А достигается путем введения динамического управления током покоя усилителя, при котором этот ток увеличивается с увеличением уровня сигнала, исключая запирание транзисторов.
Существуют усилители, в которых каждый канал состоит как бы из двух отдельных последовательно или параллельно соединенных усилителей, один из которых работает в режиме класса А и обеспечивает минимальные искажения, другой в режиме класса АВ и в и, отвечает" за выходную мощность всего усилителя.
Встречаются также усилители с динамическим, непрерывным или ключевым (двух-трехуровневым) управлением напряжением питания оконечного каскада, что позволяет существенно повысить эксплуатационный КПД усилителя.
Творческой фантазии нет предела, и описать здесь даже кратко все существующие принципы построения усилителей не представляется возможным.
В конце хочу сказать, что прямой связи между режимом работы того или иного усилителя и качеством его звучания нет.
Все зависит от искусства разработчика, и выбор того или иного технического решения целиком его дело, он отвечает за результат.
