© А.І.Шіхатов 2001
Опубліковано в журналі "Майстер 12вольт" № 39 (лютий-березень 2002)
джерело: www.bluesmobil.com

Автомобільна аудіосистема при всій своїй відмінності від домашньої складається з тих же самих компонентів. Різниця тільки в упаковці. Крім джерела сигналу (тюнера, магнітофона, CD- або MD-програвача) в складі будь-якої аудіосистеми обов'язково присутній підсилювач - малопомітний, але дуже важливий компонент. Ця стаття - не підручник і не довідник, тому матеріал спрощений, без зайвих формул. Хоча виклад ведеться стосовно автомобільних підсилювачів, матеріал не обмежується цими рамками ...

Основна проблема при створенні автомобільної аудіосистеми складається в оптимальному узгодженні всіх компонентів за характеристиками (рівнями сигналів, потужності, чутливості і т.д.). В одних випадках власнику автомобільної аудіосистеми досить вбудованого підсилювача головного апарату, в інших випадках необхідно використовувати додатковий підсилювач - конкретне рішення залежить від поставленого завдання. Звичайно, в кожному випадку рішення потрібно своє, але виробники автомобільної техніки дотримуються певних стандартів і стикування компонентів зазвичай не викликає проблем. При використанні головного апарату в "гордій самоті" (звичайно, разом з якісними динаміками) проблем зазвичай не виникає, але іноді вони можуть виникнути при створенні системи з декількох компонентів.

Підсилювачі потужності (кінцеві підсилювачі) призначені для збільшення потужності звукових сигналів до такого рівня, щоб вони могли порушувати гучномовці. Принцип роботи підсилювача полягає в тому, що вони перетворять підводиться до них від джерела живлення потужність постійного струму в змінний струм в навантаженні, причому форма сигналу на виході повністю повторює сигнал на вході. При цьому підсилювач повинен забезпечити мінімальні спотворення сигналу і високий ККД. Якщо в домашніх аудиосистемах рішення цих задач представляє певні складності, то в автомобільних виливається в проблеми буквально вселенського масштабу.

Тепер настав час поговорити про характеристики підсилювачів. І, хоча взаємозв'язок між об'єктивно вимірюваними параметрами і суб'єктивно сприймаються як звучанням помітна мало, на сьогоднішній день іншого способу "заочної" оцінки і порівняння підсилювачів поки не придумано. Наступний етап - порівняльне прослуховування, і тут виникає парадокс - звучання підсилювача з гіршими показниками нерідко виявляється більш приємним. Трохи пізніше ми повернемося до цієї теми.

Вихідний каскад підсилювача потужності служить підсилювачем струму і погодить попередні каскади з низкоомной навантаженням. Основні характеристики вихідного каскаду - його вихідна потужність, потужність розсіювання, споживана потужність і коефіцієнт корисної дії (ККД). ККД показує ефективність роботи підсилювача (яка частина споживаної вихідним каскадом потужності передається в навантаження). Потужність розсіювання - це потужність втрат у вихідному каскаді, що перетворюється в тепло і нагріває вихідні транзистори. Величина потужності розсіювання і ККД залежать від класу роботи підсилювача (про це далі) і рівня сигналу. Ці показники пов'язані такими співвідношеннями:

споживана потужність = вихідна потужність + потужність розсіюванняККД = (вихідна потужність / споживана потужність) * 100%

Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ, смуга підсилюються частот) показує здатність підсилювача підсилювати різні частоти спектра. Зазвичай вказується діапазон частот, в якому відхилення коефіцієнта передачі підсилювача від коефіцієнта передачі на частоті 1 кГц не перевищує деяких меж (зазвичай + - 0,5 ... 1дБ). Для сучасних підсилювачів смуга пропускання простягається від декількох герц до десятків і сотень кілогерц і, у всякому разі, не повинна бути вже 20 Гц ... 20 кГц. Виняток становлять спеціалізовані підсилювачі. Так, для підсилювачів сабвуферів характерна смуга 10 ... 500 Гц.

Амплітудна характеристика показує залежність коефіцієнта посилення від вхідної напруги. При проходженні сигналу через нелінійний підсилювальний тракт з'являються складові з частотами, кратними основній (гармоніки), а в разі декількох сигналів - комбінаційні складові на частотах, кратних сумі або різниці складових частот і їх гармонік. Амплітудну характеристику підсилювача характеризує коефіцієнт нелінійних (гармонійних) спотворень і коефіцієнт інтермодуляційних спотворень. Ці параметри показують потужність продуктів спотворень щодо потужності основного сигналу у відсотках. Помітність спотворень визначається спектральним складом продуктів спотворень: парні гармоніки більш помітні на слух, але не так неприємні, як непарні. Думки щодо допустимої величини цих спотворень розходяться, ясно тільки одне - помітність інтермодуляционних спотворень на порядок вище, ніж гармонійних. У всякому разі, коефіцієнт інтермодуляційних спотворень підсилювача не повинен бути більше 0,1-0,2%.

Номінальна або безперервна вихідна потужність (Continuous Power Output) - вихідна потужність підсилювача (на один канал) при роботі на номінальне навантаження (зазвичай 4 Ом) з певним коефіцієнтом нелінійних спотворень (від 0.1% до 1% в залежності від прийнятого стандарту) на деякій частоті (зазвичай 1kHz, якщо не вказано особливо). Вимірюється на синусоїдальній сигналі на активному навантаженні. Визначає зону якісного звучання. Крім того, підсилювач повинен без проблем витримувати зазначену потужність протягом тривалого періоду (зокрема, не перегріватися).

Максимальна вихідна потужність (MPO, Max. Power Output) - вихідна потужність підсилювача (на один канал) при роботі на номінальне навантаження (зазвичай 4 Ом) з підвищеним коефіцієнтом нелінійних спотворень (зазвичай 10%) на деякій частоті (зазвичай 1kHz, якщо не вказано особливо). Залежно від конструкції вихідного каскаду підсилювача може перевищувати номінальну в 1,5 - 2,5 рази. Визначає "гучність" підсилювача, але говорити про музичність при таких спотвореннях безглуздо.

Пікова або музична вихідна потужність (PMPO, Peak Music Power Output) - потужність, виміряна на імпульсному сигналі на комплексній навантаженні. Поняття вельми спірне з точки зору музики, але досить точно характеризує здатність підсилювача без спотворень передавати реальні звукові сигнали. Велика частина цієї потужності має реактивний характер, тому оцінювати "гучність" підсилювача по цій характеристиці не варто.

Коефіцієнт демпфування (Damping Factor) - відношення опору навантаження (зазвичай 4 Ом) до вихідного опору підсилювача. Показник досить спірне. Визначає ефективність електричного демпфірування резонансу рухомої системи низькочастотних динаміків і з цієї точки зору повинен бути не менше 20-30 (у ряду моделей дістігает сотень і навіть тисяч). З іншого боку, для окремих смугових підсилювачів середніх і високих частот зниження коефіцієнта демпфірування значно знижує рівень інтермодуляционних спотворень в динаміках. Однак ця характеристика дозволяє побічно оцінити здатність підсилювача віддавати в навантаження великий струм.

Мінімальна специфікація будь-якого підсилювача (не тільки автомобільного) повинна включати номінальну і максимальну потужності і коефіцієнт гармонік, для повноти картини корисно знати і коефіцієнт інтермодуляційних спотворень. Останнім часом поряд з цими параметрами іноді використовується і спектр спотворень.

приклад специфікації номінальна потужність
при К.Н.І.0.1% 20W / ch at 0.1% THD 20 Вт / канал максимальна потужність
при К.Н.І.10.0% 35W / ch at 10.0% THD 35 Вт / канал

Максимальну вихідну потужність можна реалізувати в тому разі, коли розмах напруги сигналу стає рівним напрузі харчування. На практиці це неможливо, так як властиве транзисторів напруга насичення (~ 0,5 ... 1,5 В для біполярних і ~ 2 ... 5 В для більшості польових в лінійному режимі) не дозволяє доводити напругу сигналу до напруги харчування. Це особливо актуально при низькій напрузі харчування, тобто при використанні вбудованих підсилювачів головних апаратів. З цієї причини вони до недавнього часу виконувалися тільки на біполярних транзисторах. Польові транзистори, що зберігають високу лінійність при низькій напрузі, з'явилися відносно недавно.

Додаткові підсилювачі мають вбудовані перетворювачі напруги, що забезпечують напруга живлення вихідного каскаду кілька десятків вольт і для них ця обставина не так істотно. Тому вихідні каскади додаткових підсилювачів часто виконуються на польових транзисторах - якість звучання у них помітно вище, ніж у біполярних, а самі підсилювачі простіше і надійніше. Польові транзистори, на відміну від біполярних, не бояться перегріву - зі збільшенням температури кристала ток транзистора зменшується.

Найбільш простий спосіб збільшити вихідну потужність при постійній напрузі харчування - знизити опір навантаження. Однак у цього способу є недоліки.

• Погіршення демпфірування може привести до зростання резонансного горба на АЧХ
  
• Збільшення струму навантаження може привести до зростання спотворень
  
• Посилюється вплив сполучних проводів між підсилювачем і динаміком
  

Інший спосіб збільшити вихідну потужність підсилювача при низькій напрузі харчування - включити його по мостовій схемі (рис.1.). Два однакових каскаду або підсилювача включаються в протифазі і працюють на загальне навантаження. Гучномовець підключається безпосередньо до мостовій схемі без використання розділових конденсаторів. Вихідна напруга на навантаженні виявляється вдвічі більше, тому при одному і тому ж напрузі живлення і навантаження вихідна потужність підсилювача по бруківці схемою теоретично виявляється в 4 рази більше, ніж у окремо взятого підсилювача. За такою схемою виконані підсилювачі потужності сучасних головних апаратів. Можливість мостового підключення передбачається практично у всіх моделях додаткових підсилювачів.

Поряд з гідністю - більшою вихідною потужністю, мостовим підсилювачів властиві і недоліки. В першу чергу - підвищений приблизно в 1,2-1,7 рази в порівнянні з вихідними підсилювачами коефіцієнт гармонік і вдвічі гірший коефіцієнт демпфірування (при незмінному опорі навантаження). Теоретично коефіцієнт гармонік змінюватися не повинен, але на практиці збільшення відбувається через відмінності характеристик реальних (навіть однакових) підсилювачів. Погіршення демпфірування також зрозуміло - вихідні опору підсилювачів склалися.

Виходи вбудованих підсилювачів головних апаратів мають потенціал Uпит / 2 щодо маси. Тому випадкове замикання навантаження на масу призводить до виходу підсилювача з ладу, якщо він не має систем захисту. Втім, до звуку це вже має вельми віддалене відношення, про це потрібно пам'ятати при монтажі. Однак ця властивість можна використовувати. Так, входи високого рівня додаткових підсилювачів нерідко обладнані датчиком напруги, і постійна напруга на виході головного пристрою використовується як сигнал включення додаткового підсилювача.

Багато виробників вказують для підсилювача колосальну потужність: 100, 200 і більше ват на канал. При цьому необхідно мати на увазі, що це PMPO (пікова потужність), для реалізації якої необхідно, як мінімум, використовувати в блоці живлення батарею конденсаторів великої ємності (з розрахунку ~ 1000 мкФ на кожен ват максимальної вихідної потужності). Як уже зазначалося, оцінити гучність звучання по цій характеристиці неможливо. Потужність додаткових підсилювачів обмежується, головним чином, можливостями джерела живлення (здатністю віддавати великий струм без зниження вихідної напруги). Потужність підсилювачів головних апаратів обмежується напругою живлення і з урахуванням втрат на вихідних транзисторах не перевищує зазначених в таблиці значень.

Реально досяжна номінальна (максимальна) вихідна потужність головного апарату при напрузі живлення 14.4 Ввихідна потужністьзвичайна схемабруківка схемана навантаженні 4 Ом

4.5 (8) Вт 15 (24) Вт на навантаженні 2 Ом 8 (15) Вт 25 (45) Вт * * в головних апаратах використовується рідко Пам'ятайте, що використання акустики з опором менше рекомендованого може вивести підсилювач з ладу, з великим - не принесе шкоди, але вихідна потужність пропорційно знизиться.

Підсилювачі потужності сучасних головних апаратів виконуються виключно на мікросхемах, додаткові підсилювачі - як правило, на дискретних компонентах, хоча трапляються винятки з цього правила. У головних апаратах мається на увазі використання акустики з опором 4 Ом, але деякі моделі в змозі працювати на навантаження 2 Ом (це обмовляється особливо). Втім, подібні виключення досить рідкісні. З іншого боку, для сучасних додаткових підсилювачів навантаження 2 Ом або навіть 1 Ом - звичайне явище.

З потужністю нарешті розібралися. Але тут є прямо-таки фарисейська виверт. Справа в тому, що номінальна і максимальна вихідна потужність підсилювача вимірюється на активному навантаженні при подачі на вхід синусоїдального сигналу. Насправді ж підсилювачі працюють на комплексну навантаження, що володіє крім активного опору і ємністю, і індуктивністю. Та й в реальному музичному сигналі важко знайти що-небудь, хоча б віддалено нагадує синусоїду. Щоб оцінити взаємодію підсилювача і навантаження, необхідно враховувати залежність імпедансу навантаження від частоти.

Імпеданс (повний електричний опір) гучномовців має максимуми і мінімуми. В області середніх частот він має мінімум, який дорівнює приблизно половині активного опору звукової котушки динаміка, і максимум поблизу частоти резонансу рухомої системи. Імпеданс в зоні резонансу перевищує номінальний в кілька разів. Збільшується він і з ростом частоти - позначається індуктивність обмотки звукової котушки.

Для компенсації індуктивної складової імпедансу застосовується компенсатор Цобеля-Буше. Він є послідовним RC-ланцюг, що підключається паралельно динаміку. В результаті імпеданс навантаження стає практично активним і не залежних від частоти. Ємність конденсатора визначається індуктивністю звукової котушки динаміка і в більшості випадків складає ~ 10-20 мкФ. Особливо виправдано включення компенсатора до складу пасивних розділових фільтрів - стабілізація навантаження фільтра покращує його частотну характеристику.

При відтворенні реальних музичних сигналів, що мають імпульсний характер, за рахунок впливу навантаження виникають значні скачки струму і напруги, що призводять до перевантаження вихідного каскаду підсилювача. За рахунок реактивних струмів в ланцюзі навантаження потужність розсіювання в вихідному каскаді може багаторазово перевищувати потужність, споживану підсилювачем від джерела живлення. Ємність створює кидок струму, а індуктивність - викид напруги при різкій зміні сигналу. Для випробувань підсилювачів в умовах, наближених до реальних застосовується стандартний еквівалент навантаження. Схема в основному імітує резонанс низькочастотних динаміків.

Особливо складною і важко передбачуваною стає робота підсилювача на багатосмугові акустичні системи, забезпечені складними пасивними розділовими фільтрами (кроссоверами). Їх імпеданс досить сильно змінюється в робочому діапазоні частот. Навантаження на вихідний каскад підсилювача в цьому випадку значно зростає. Наприклад, при вихідний потужності підсилювача 100 Вт і навантаженні 8 Ом струм сигналу на виході становить 5 А при активному навантаженні і 28 А при комплексній навантаженні, що майже в шість разів більше. Тому ясно, що підсилювач повинен бути в змозі віддати в навантаження значний струм без спотворень форми сигналу і шкідливих для себе наслідків. З тієї ж причини сильний вплив на звучання системи надають з'єднувальні дроти між підсилювачем і динаміками - саме по ним циркулюють реактивні струми. Якщо переріз проводу недостатньо, значна частина потужності підсилювача буде губитися в проводах. Тому вибір проводів - досить серйозне питання.

Основні вимоги до підсилювачів потужності і їх установці можна коротко сформулювати наступним чином:

• Вихідні каскади повінні володіті великою перевантажувальної здатністю по току. Це дозволити без спотворень Відтворити пікі сигналу.
  
• У схемі підсілювача повінні буті передбачені засоби захисту виходів від перевантаження по Струму (автоматичні запобіжнікі), а такоже захист АС при віході підсілювача з ладу. Для автомобільних підсілювачів необхідні пристрої захисту від перегріву.
  
• Бажано Забезпечити максимально високий ККД - це знизу НАВАНТАЖЕННЯ на акумулятор и генератор и нагрів підсілювача.
  
• Вкрай бажано использование згладжують конденсаторів Великої ємності, встановлений в безпосередній блізькості від підсілювача. Конденсатор грає роль фільтра и Додатковий джерела живлення на піках потужності. Ємність конденсатора вібірається з співвідношення ~ 1000мкФ на кожен ват потужності підсілювача.
  
• Монтаж ланцюгів харчування і, особливо, вихідних ланцюгів повинен бути виконаний проводами правильно підібраного перерізу. Чим більше струм і довжина проводу, тим більше повинно бути його перетин.
  
• Забезпечення вимог помехозащищенности. Ця вимога відноситься вже до вхідного до складу автомобільних підсилювачів високочастотного перетворювача напруги харчування, який фактично являє собою досить потужний передавач.
  

Як вже говорилося, підсилювач потужності повинен поєднувати високу вихідну потужність з малими спотвореннями і високим ККД. На жаль, при підвищенні ККД зазвичай збільшуються спотворення сигналу. Вихідні каскади транзисторних підсилювачів потужності виконуються виключно за схемою двотактної на польових або біполярних транзисторах. Однотактний підсилювачі типу Pass Zen - екзотика, в автомобілі мало застосовна. Польові транзистори використовуються при високих напругах живлення і самі по собі вносять малі спотворення в сигнал, але ККД підсилювача трохи нижче, ніж при використанні біполярних транзисторів. Зате у біполярних спотворення більше - як завжди, палиця з двома кінцями.

Існує три основні режими роботи вихідного каскаду "звукового" підсилювача - A, B, AB, відповідно до яких їх класифікують. Кожен з режимів має свої достоїнства і недоліками.

клас підсилювача AB AB ККД max.50% max.78% max.60-75% Спотворення малі високі середні Потужність постійна залежить від вихідний залежить від вихідний Термостабільність низька висока середня

У режимі A робоча точка знаходиться на середині лінійної ділянки вольт-амперної характеристики транзисторів, тому нелінійні спотворення сигналу мінімальні. За відсутності сигналу через вихідний каскад протікає значний струм спокою, транзистори протягом робочого періоду ніколи не закриваються, тобто кожен транзистор бере участь в посиленні обох напівхвиль сигналу - і позитивною, і негативною. Споживана потужність постійна, а потужність розсіювання максимальна при малих сигналах. Термостабільність в цьому режимі найгірша.

У режимі B робоча точка вихідного каскаду зміщена до критичного значення колекторного струму і кожну половину періоду відбувається перемикання транзисторів - кожен з них підсилює свою "половинку" сигналу. За відсутності сигналу транзистори закриті, струм спокою не протікає. Споживана потужність пропорційна вихідний, а потужність розсіювання приблизно постійна (максимально 22% від вихідної). Термостабільність виключно висока. Найголовніший недолік, який перекреслює всі достоїнства - при збуджуючих сигналах, близьких до відсічення колекторного струму транзисторів, виникають значні переключательние спотворення, з якими не справляється ніяка негативний зворотний зв'язок.

Режим AB - спроба примирити вовків і овець. Робоча точка обрана на початку лінійної ділянки вольт-амперної характеристики транзисторів, тому при малих сигналах каскад працює фактично працює в режимі A, а в режим B переходить при досить сильному збудженні. За відсутності сигналу через вихідний каскад протікає деякий струм спокою, іноді досить значний. ККД при цьому знижується і з'являється проблема стабілізації струму спокою. Термостабільність - задовільна.

Характер спотворень сильно залежить від режиму роботи вихідного каскаду, особливо при малих рівнях сигналу. Спотворення при середньому рівні сигналу приблизно однакові для всіх підсилювачів. При високих рівнях сигналу починається обмеження (кліппірованіе) сигналу у вихідному каскаді і спотворення зростають у багато разів. Ось чому крім коефіцієнта нелінійних спотворень важливо знати, при якій потужності він вимірювався. Спотворення малого сигналу максимальні у каскадів в режимі B. Детально про це далі.

За все треба платити. Плата за малі спотворення "чистого" класу A непомірна. В середньому три чверті споживаної потужності перетворюється в тепло і розсіюється значними радіаторами. Стереопідсилювач потужністю 100 Вт на канал перетворюється в скромний електрокамін потужністю 400 Вт, який чим тихіше звучить, тим більше гріється. У квартирі камін не перешкода, але в машині потрібен тільки взимку. А економічні підсилювачі класу B явно програють за якістю звучання і не влаштують прискіпливого меломана. Компромісні підсилювачі в режимі AB метушаться у пошуках "золотої середини" між економічністю і якістю звучання. Замкнуте коло. Вихід був знайдений досить несподіваний - поєднати два підсилювача в одному так, щоб і вовки були ситі, і вівці цілі. Так на початку 80-х з'явилися підсилювачі класу A +. За якістю звучання вони наближаються до підсилювачів класу A, а по економічності - до AB. Ціна такого досягнення чимала - підсилювач став практично вдвічі складніше (і істотно дорожче).

Принцип роботи підсилювачів класу A + полягає в використанні керованого джерела живлення. Вихідний каскад класу A працює від "плаваючого" (не пов'язаного з "землею") джерела низької напруги (зазвичай ± 5 вольт), тому теплові втрати в цьому каскаді невеликі. Середня точка "плаваючого" джерела живлення управляється окремим потужним підсилювачем класу B, що живиться від "нормального" джерела досить високої напруги (кілька десятків вольт). За рахунок спільного використання двох підсилювачів досягається і якість, і економічність. Коефіцієнт гармонік не перевищує зазвичай 0,003%.

Оскільки основні спотворення в підсилювачах класів AB і B виникають в моменти замикання-відмикання транзисторів (комутаційні спотворення), існує і більш просте рішення - потрібно заборонити транзисторів замикатися. Цим займається спеціальна схема. Так з'явилися підсилювачі класу SuperA або non-switching. Якість звучання і економічність практично такі ж, як і у A +, але конструкція значно простіше, тому старий варіант швидко зійшов зі сцени.

Не думайте, що різноманітність класів підсилювачів на цьому закінчилося. Битва за ККД привела до народження монстрів з комутованих вихідним каскадом і керованим джерелом харчування. Найпростіший варіант - підсилювач класу G. У ньому використовується здвоєний вихідний каскад в режимі AB або B і два джерела живлення різної напруги. При малої потужності (до 25-30% максимальної) працює тільки малосигнальная половина вихідного каскаду з низькою напругою живлення, на піках сигналу вона передає свої функції решті половині з підвищеною напругою. пітаніяЕкономічность каскаду вище, ніж в режимі В, спотворення трохи менше.

Подальшим розвитком цієї схеми став каскад з динамічним лінійним порушенням (DLD, Dynamic Linear Drive). Принцип його роботи практично такий же, але для зниження перехідних спотворень потужний високовольтний каскад вступає в роботу до того, як вичерпає свої можливості малопотужний. Для реалізації цього режиму використовується спеціальна схема управління. Застосовувалися також підсилювачі з керованим джерелом живлення, напруга якого залежало від рівня сигналу.

Сутність режиму G в тому, що два каскади працюють при різних напругах живлення. Поки амплітуда вхідного сигналу не перевищує напруга живлення малосигнальних каскаду T1T1 ', в роботі бере участь тільки він. Діоди D1D1 'захищають від пробою зворотним напругою перехід база-емітер транзисторів T2T2'. При подальшому зростанні вхідної напруги вони відмикаються. При цьому діоди D3D3 'захищають джерело низьковольтного харчування від кидка струму. Діоди D2D2 'забороняють транзисторів T1T1' перейти в стан насичення раніше, ніж відкриються транзистори T2T2 ', що знижує виникають при цьому процесі перехідні спотворення. У цій схемі вони виникають на тлі досить великих корисних сигналів, що дозволяє ефективно боротися з ними за допомогою негативного зворотного зв'язку.

Як вже стало зрозуміло, всі ці хитрощі досить складні конструктивно і тому навіть в пору розквіту зустрічалися в домашніх аудиосистемах рідко. В автомобільних підсилювачах ці рішення якось не прижилися - тоді було ще рано, а тепер вже пізно. Тепер особливі надії покладаються на імпульсні ( "цифрові") підсилювачі, про які піде мова далі.

Але є один клас підсилювачів, народжений спеціально для автомобілів. Це клас H. Поштовхом для розробки цих підсилювачів послужило те, що реальний звуковий сигнал має імпульсний характер і середня потужність набагато нижче пікової. В основі схеми лежить звичайний підсилювач класу AB, включений за мостовою схемою. Родзинка - застосування спеціальної схеми подвоєння напруги харчування. Основний елемент схеми подвоєння - накопичувальний конденсатор великої ємності, який постійно заряджається від основного джерела живлення. На піках потужності цей конденсатор підключається схемою управління послідовно з основним джерелом живлення. Напруга харчування вихідного каскаду підсилювача на частки секунди подвоюється, дозволяючи йому впоратися з передачею піків сигналу.

На жаль, радіти рано. Виробники апаратури повідомляють тільки ці цифри, замовчуючи про головне. Максимальна потужність підсилювачів класу H залежить від ємності накопичувальних конденсаторів і частоти сигналу. Чим менше ємність конденсаторів, тим менше запас потужності на низьких частотах, тобто якраз там, де вона особливо потрібна. Цілком очевидно, що заховати батарею конденсаторів значної ємності всередину стандартного корпусу DIN практично неможливо, тому заявлена ​​виробниками потужність забезпечується лише на середніх і вищих частотах.

Як підсумок - порівняльні характеристики підсилювачів різних типів:

Строго кажучи, правильно було б називати їх імпульсними підсилювачами, але паралелі "аналоговий-цифровий" вже спрацювали, і термін прийнятий de facto, хоча і не визнаний офіційно.

Зрештою під натиском цифрової техніки стали відступати навіть підсилювачі, які традиційно працювали тільки з аналоговими сигналами. Ідея, покладена в основу підсилювачів з широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ) - інакше кажучи, підсилювачів класу D, відома ще з кінця 50-х років. Однак створення дійсно придатних для високоякісного звуковідтворення конструкцій стало можливим лише в середині 80-х після появи відповідної елементної бази.

В підсилювачах класу D можливий режим безпосереднього посилення цифрових сигналів без їх перетворення в аналогову форму. Коли аудіосигнал вже представлений в цифровому вигляді, інформацію про величину сигналу і необхідному для його посилення напрузі живлення можна отримати заздалегідь. Це використовується в деяких конструкціях, так що ідея управління напругою живлення отримала друге життя.

Принцип роботи підсилювачів цього класу полягає в тому, що вихідний каскад збуджується імпульсами прямокутної форми. Потім послідовність прямокутних імпульсів надходить на підсилювач потужності, що працює в ключовому режимі. Фільтр НЧ на виході виділяє корисний сигнал, пригнічуючи при цьому несучу частоту, її гармоніки і бічні смуги спектра модуляції. ККД цих підсилювачів доходить до фантастичною цифри 92-95%. Ця перевага особливо проявляється при посиленні сигналів малого рівня. Однак спотворення сигналів малого рівня більше, ніж середнього. Коефіцієнт нелінійних спотворень зазвичай лежить в межах від 0,01 до 0,1%.

Підсилювачі класу D, подібно їх аналоговим побратимам, теж поділяються на класи. Основне поділ йде за кількістю рівнів вихідних імпульсів:

• два рівня (+ U і - U) - режим AD
  
• три рівня (+ U, 0 і -U) - режим BD
  

Підсилювачі в режимі AD подібні аналоговим підсилювачів класу A - споживають значний струм спокою. У режимі BD струм спокою відсутня. Що ж стосується спотворень, то вони при інших рівних умовах залежать від способу модуляції і виду модулюючого сигналу.

• Одностороння модуляція: зміщується в часі тільки один фронт імпульсів (передній або задній)
  
• двостороння модуляція: зміщуються в часі обидва фронти імпульсів симетрично щодо моменту тактирования
  

Модулирующие сигнали можуть бути двох видів

• безпосередньо аналоговий сигнал (випадкова дискретизація). Додаткові спотворення не виникають.
  сигнал після схеми вибірки-зберігання (фіксована дискретизація). Зміни форми імпульсів призводять до додаткових нелінійних спотворень сигналу.
  
• У разі цифрових вхідних сигналів (від CD-програвачів, MD-магнітофонів, систем цифрового мовлення, яких у нас поки немає) в роботу вступає цифро-цифровий перетворювач "код - тривалість". Таке перетворення виконується шляхом багаторазового передискретизации і переходу від 16 розрядів до одного (BitStream). Отриманий на його виході сигнал подається на вхід підсилювача потужності, і далі - на фільтр НЧ. Можливе застосування цифрової зворотного зв'язку.
  

У разі аналогових вхідних сигналів перетворення амплітуди сигналу в тривалість імпульсу відбувається в широтно-імпульсному модуляторі (ШІМ). Шпаруватість (відношення тривалості імпульсів до періоду проходження) пропорційна амплітуді корисних сигналів. Вхідний сигнал порівнюється компаратором з опорним сигналом пилкоподібної (при односторонній модуляції) або трикутної форми (при двосторонній модуляції). Крім того, двостороння ШІМ може бути реалізована при симетричному зміщенні фронтів щодо одного періоду дискретизації (один відлік) або по двом періодам (два відліку), що дозволяє вдвічі знизити ефективну тактову частоту. Частота опорного сигналу (частота дискретизації) повинна, відповідно до теорії, перевищувати максимальну частоту сигналу не менше, ніж в 2 рази. Практично для полегшення фільтрації і зниження спотворень частота дискретизації вибирається не нижче 500 кілогерц, а в останніх моделях вимірюється вже багатьма мегагерцами. Сигнал на виході компаратора має форму прямокутних імпульсів з частотою дискретизації, ширина яких пропорційна миттєвим значенням вхідного сигналу. Для зниження спотворень в підсилювачах з аналоговим входом зазвичай застосовується негативний зворотний зв'язок за звуковим сигналом.

В цілому висновки такі:

• У режимі AD спотворення менше, ніж в режимі BD.
  
• У режимі AD ККД гірше, ніж в BD.
  
• Двостороння модуляція краще односторонньої, оскільки при цьому відсутні парні гармоніки.
  
• Підвищення частоти дискретизації зменшує нелінійні спотворення.
  

Крім підсилювачів класу D до групи цифрових відноситься і нова розробка фірми Tripath Technology - підсилювачі класу T. Алгоритм їх роботи аналогічний, але частота дискретизації не постійна, а залежить від частоти і рівня вхідних сигналів. Оскільки змінюється як частота, так і період проходження вихідних імпульсів, можна припустити, що використовується один з різновидів дельта-модуляції.

Можна сказати: Хай живуть цифрові підсилювачі - за ними майбутнє !!!.