Здравствуй, Хабр!
Сегодня мы поговорим о классах: А, B, AB, D, G, H
Сначала рассмотрим классы по положению рабочей точки. Каждый транзистор имеет выходную характеристику, которую можно найти в DataSheet.
Пример характеристики на рисунке ниже.
Выходная характеристика транзистора.
Именно с помощью данной характеристики мы сможем выбрать класс усилителя по положению точки покоя.
Выходная характеристика показывает какой ток нам нужно задать базе транзистора, для того чтобы получить определённый класс усилителя, также мы узнаем Iк.
Класс А
Класс А — это такой режим работы усилительного элемента, при котором входные значения, проходя через усилительный элемент не прерывается. То есть точно повторяет входной сигнал.
Усилительный элемент приоткрыт всегда и точно повторяет отрицательную и положительную волну.
Класс B
Элемент, работающий в данном классе способен усиливать только одну полуволну, положительную либо отрицательную.
Такой класс используют в двухтактных усилителях, где положительную полуволну усиливает один транзистор, а другой отрицательную.
Двухтактный усилительный каскад класса В. Но на выходе усилителя работающего в данном классе мы имеем искажение. Данное искажение называется «Ступенькой».
Для устранения данного искажения нужно перейти к классу АВ. На рисунке ниже показаны два класса усилителя В и АВ и их выходные сигналы относительно входным.
Класс D
Принцип действия данного класа. В данном режиме работы, транзистор либо открыт либо полностью заперт. Это достигается с помошью модулятора ШИМ сигнала. Именно это дает такому каскаду кпд свыше 90% (практически на любых мошьностях).
Минусом данного каскада являются искажения. Они вознакают из-за способа модулятции так-как существует «мертвый» период который необходим для предотвращения сквозных утечек.
Также сильными источниками искажений являются L и C элементы в фильтре (НЧ).
Усилители класса G и H
Сначала поговорим о питании усилителей. Для получения большой мощности, необходимо иметь большое напряжение питания.
Но сигнал входной и соответственно выходной не всегда обладают большой амплитудой и на маленькой мощности большое напряжение питания не является необходимым, более того КПД данного усилителя на маленькой мощности падает.
Отсюда и вытекают классы усилителей G и H.
Отличие данных усилителей заключается в питании, напряжение которого меняется при необходимости, а в зависимости какой класс G или H оно меняется либо ступенчато, либо плавно.
В усилителе класса H напряжение питания меняется плавно то есть транзисторы находятся в усилительном режиме, а в классе G оно меняется ступенчато, транзисторы в данном классе находятся в ключевом режиме (полностью открыты или полностью заперты).
Усилитель класса H
Усилитель класса G
Вывод: Усилители для комфортного прослушивания звукового тракта в домашних условиях должны работать в классе А или АB в крайнем случае D.
Спасибо за внимание. В следующей публикации мы рассчитаем и соберём усилитель класса А.
Комментарии (46)
Alexufo
23.10.2018 22:43+1Я свою первую статью тоже делал об усилках ровно семь лет назад без одного месяца)
habr.com/post/133035
Вот для портативных устройств лучше класс D — кпд уж очень хорош. Я на классе А почти поджег рюкзак, соотвественно работал он от аккумулятора очень недолго.
progchip666
23.10.2018 23:37Тема вечная. Но для носимых устройств конечно класс А это нонсенс! А теплым ламповым звуком случайно не увлекались?
Alexufo
23.10.2018 23:47Увы. Только переносным, когда хотелось повеселить компанию чем-то необычным.
VT100
23.10.2018 23:40+2Тем не менее — автору следует подтянуть:
- Технический русский.
- Общую электротехнику-электронику.
Также сильными источниками искажений являются L и C элементы в фильтре (НЧ)
— шта-а-а? - И аудиотехнику — что-бы классификация была более стройной. A, AB, B, G и H, очевидно, должны попадать в одну группу первого уровня — по линейному режиму работы с недопущением либо отсечек, либо насыщений, либо того и другого.
aram_pakhchanian
24.10.2018 04:04+1Ну раз уж вы автора упрекнули за язык, замечу, что «чтобы» пишется слитно.
VT100
24.10.2018 09:36-2Ахъ! Уел! ;-) Мое кредо — «про запятые можешь ты не знать, но правильно писать слова — обязан!»
Всё равно — спасибо.
mwaso
24.10.2018 09:23+3Угу. А еще у него мертвое время — главный виновник искажений.
«Кто умеет — делает, кто не умеет — учит...»(С) (кому принадлежит высказывание?)
Уж извините меня такого вредного и противного, самодельные усилки — это конечно приятные воспоминания, но эта статья маленькая, пустая, с ошибками как грамматическими так и фактологическими — как она могла набрать высокий рейтинг?Shkaff
24.10.2018 11:05+2Ну потому что на фоне маркетинговой чепухи, коей полнится хабр, любая статья про железо выглядит как дар богов, вне зависимости от наполнения.
smacota
25.10.2018 00:08Это не очевидно, но LC фильтр будет обладать небольшой нелинейностью, при протекании больших токов. Дополнительную нелинейность будет вносить наведенное рассеиваемое магнитное поле индуктивности. И безусловно искажения будут большими у индуктивности с магнитопроводом.
VT100
25.10.2018 12:18Вот если-бы ТС это сказал, то это хоть как-то подтвердило его право писать tutorial's… Или хоть расшифровал своё утверждение для недопущения толкований о том, какие искажения он имеет в виду — внутренне свойственные индуктивностям и ёмкостям сдвиги по фазе тока и напряжения или именно нелинейные.
По сути замечания — все причастные к аудиостроению достаточно извещены о нелинейностях катушек с магнитными сердечниками и о пьезоэффектах керамических конденсаторов. Поэтому и применяют катушки без сердечника и плёночные/бумажные конденсаторы.
arozhankov
24.10.2018 03:23«В следующей публикации мы рассчитаем и соберём усилитель класса А.»
А «мы» это кто?
И зачем нам рассчитывать усилитель на Хабре, если это было доходчиво описано ещё в учебниках несколько десятков лет назад?
Да и в гугле можно спокойно найти кучу однообразной информации на эту тему.
Pelemeshka
24.10.2018 05:21+1Многие вещи в статье не объясняются а даются как данность, в особенности про класс Д.
Есть неплохое видео, рассказывает больше:
MikeVC
24.10.2018 07:36Интересно подробности и схемотехнические решения.
Особенно интересно класс G и H как наиболее перспективные.
Класс D годится только для сельских дискотек и то с большой натяжкой.Alexufo
24.10.2018 09:07+1Современные решения Класса D ничуть не хуже AB.
MikeVC
24.10.2018 09:15-3Это в теории…
А на самом деле слышали, ломали и знаем.
Усилки класса АВ тоже в основном хлам редкостный. Очень мало моделей которые приятно слушать. Так вот D и им в подметки не годится.ionicman
24.10.2018 09:40+1Бгг :)
Это как раз из практики.
Я неоднократно проводил тесты на аудиофилах и студентах консерватории (вот уж у кого дороже быть хороший слух), в общей сложности опытов было 14 штук по 3-5 человек на каждом, на акустике Bose и с лосслес источником звука, а вот усилки переключал ровно 3 раза — иногда D, tripath, AB; иногда AB, AB и D (или Tripath).
Так вот — ни один человек правильно не угадал что и когда играло.
Отсюда все это — плацебо и самовнушение и ничего более.
Из опытов, кстати, и выяснилось, что Tripath очень всем нравится, даже больше ABшного усилка стоимостью более 3к$. А Tripath, иногда называемый классом T — это на самом деле подкласс D.
Ну и подводя итог — нелюбовь аудиофилами класса D — это из цикла бескислородной меди, обернутой туалетной бумагой для «мягкости звука» (дословная цитата с одного из аудиофильских форумов), прогрева наушников и специальных ножек для колонок и т. д.MikeVC
24.10.2018 09:57Ну мне доволилось ломать дешевые усилки класса D для озвучки кабаков, караоке и всякого подобного рода мероприятий. Может есть и модели поприличнее. Послушаю как будет возможность.
А еще обычные домашние усилки, ресиверы для систем 5,1 которые AB
Так вот там нет никакой речи об аудиофилии и «тонких материях».
Искажения такие, что просто ппц. Заряжаем допустим Жан Мишель Жара электронную музыку. Материальчик так себе, без изысков. Так вот на нем, некоторые транзисторные усилки умудряются полностью потерять некоторые эффекты! Или исказить их до неузнаваемости. То есть идет потеря материала!
ionicman
24.10.2018 09:34Готов поспорить, что в слепом тесте Вы не отличите современный усилитель класса D от "православных" A, AB и B.
А если это будет Tripath, то вы ещё и ламповым его назовете :)
MikeVC
24.10.2018 10:07-2С удовольствием поучаствую в таком мероприятии.
Только сравнивать будем не «что сейчас играет», а отмечать на бумажке что и как слышно или не слышно. А потом это привязывать к тому что играло.
А еще для проведения таких тестов нужна хорошая мониторная акустика. Не «аудиофильская» а именно честная мониторная с ровным звучанием без украшательств.
Ну и источник звука само собой честный.
Мониторная акустика с точки зрения аудиофила звучить отвратительно. Зато на ней можно разобрать все нюансы.ionicman
24.10.2018 10:46-1На самом деле там был опросный лист из 3 пунктов после каждого прослушивания:
1. оценить качество воспроизведения от 1—5
2. что за тип играл цифра или аналог
3. на сколько раскрыта композиция
по п1 и п3 победил T
А что до мега дешевых усилков — так это вообще не мерило ни D ни чего либо другого.MikeVC
24.10.2018 12:25Вот-вот.
Если не правильно проводить тестирование, то никто ничего и не заметит. А потом можно на каждом углу кричать что разницы нет.
Чтобы уловить разницу между усилками, кроме всего прочего (о чем я писал выше), слушателям надо знать на что имено обратить внимание. И материал должен быть подходящим.
Аудиофилы это вобще существа мифические и загадочные. Они серебряные провода квадратного сечения в безлунную ночь слушают :)
А студенты консерватории будут слушать ноты. Не сфальшивил ли кто.
Так усилки сравнивать совершенно бесполезно!ionicman
24.10.2018 12:33-1Тестирование как раз было правильным.
Знаете как говорят — нормальный человек слушает музыку, а аудиофил — АЧХ.
Главное как играет — нравится или нет — остальное вторично.
К тому-же кто как не музыканты знает как классика звучит в оригинале.
Именно по-этому в опроснике ничего нет про акцентирование, т. к. это — лютый бред.
А вот музыка подбиралась так, чтобы там были как хорошо известные тестируемым произведения, так и абсолютно им неизвестные. И вопрос был именно к ощущениям.
Слушайте музыку, а не железо — вот тогда аудиофильские бредни про класс D не будете писать.MikeVC
24.10.2018 12:42Так вот и сравнивайте тогда в тесте музыку раз Вы именно ее слушаете.
Нравится она или нет.
А если сравниваете аппаратуру, то надо слушать именно ее особенности.
Проведите тест среди тех кто работает с аудио (звукорежиссеры, звукооператоры) и сразу все всё услышат и расставят по местам.
Да и на классике услышать усилок сложно.
Транзисторные усилки «сыпятся» на сложном, шумоподобном сигнале.
Включите хеви метал и попросите оценить разборчивость партии каждой гитары, ее места в картине и особенностей звукоизвлечения. И сразу будет заметна разница!ionicman
24.10.2018 12:50-1Вы комментарии мои читаете вообще? :) — походу нет.
Люди и сравнивали музыку и свои ощущения, а менял аппаратуру я как раз чтобы исключить ее влияние. Собственно что и было подтверждено — от класса усилителя ничего не зависит, кроме небольшой флуктуации с T.
Про классику это пять, можно разговор заканчивать :)
Советую послушать разную классику прежде чем такое писать.MikeVC
24.10.2018 13:43> Так вот — ни один человек правильно не угадал что и когда играло.
Значит таки задавали вопрос про аппаратуру. Противоречите сами себе.
Если уж любите классику, включите большой хор и попросите оценить сколько голосов в хоре слышно, где какой находится. И сравните результат на разной технике. Не надо угадывать что сейчас играет :)ionicman
24.10.2018 13:58-1Значит таки задавали вопрос про аппаратуру. Противоречите сами себе.
Не противоречу — просто объясняю простыми понятными словами, без подробностей. Окей, объясню посложней, на примере.
Приходит условно аудиофил, который считает, что только лампы «могут».
Играет T.
Отвечает в вопроснике: 5 4 4
Играет AB: 4 4 4
Играет T: 4 5 5
Развязываем повязку, забираем листок.
Спрашиваем как что? Он говорит что точно ламповый играл в 1 и 3 раз, показываем его бумажку, что когда играло, ржем.
Другой:
Играет AB: 3 3 2
Играет D: 5 5 4
Играет AB: 3 3 3
Развязываем глаза, забираем бумажку, спрашиваем как?
Отвечает что 1 и 3 раз куча искажений, звук го-но, точно был D! Ржем.
И это самые простые варианты, некотрым подряд 3 раза D ставили и звук им нравился. :D
Надеюсь так понятней стало, откуда моя фраза? :D
И на самом деле все равно что там в хоре сколько голосов, или сколько там барабанов играет. Еще раз — Вы слушаете музыку, а не инструменты или технику с ее АЧХ или что-то по отдельности. И именно это надо оценивать, а не то, че там где тарелочки слышно, а где саббасс и сибилянт. музыка — это комплекс всего этого.MikeVC
24.10.2018 15:35Там где больше голосов, инструментов или тарелочек я слышу, тем богаче музыка, тем интереснее слушать в том то и фишка.
Для этого и нужна качественная техника. Чтоб получить больше удовольствия.
Ну а слушать «кашу» это не интересно.
printf
24.10.2018 16:01-1И именно это надо оценивать, а не то, че там где тарелочки слышно, а где саббасс и сибилянт.
Вам, видимо, надо было оценивать именно это, а ваш партнер по треду хочет именно объективных характеристик железа.
Это ложная дихотомия — скажем, у меня для работы мониторные наушники с достаточно плоской АЧХ, а для души (== bass music) китайские IEM с люто-бешено-V-образной АЧХ.
ionicman
24.10.2018 16:40Дак ноу проблем — объективные характеристики железа есть — это АЧХ. Сравнить два сигнала — до и после усилка — нет проблем.
Только вот класс D по АЧХ никому не проигрывает :)
dMac
26.10.2018 10:30Открою вам страшную тайну — многокиловаттные сценические усилители прокатных компаний — внезапно — работают в классе D. Потому что электричество денег стОит, а за концерт его, этого электричества, уходит реально много.
MikeVC
26.10.2018 12:24Вот какраз с такими усилками иногда приходится сталкиваться. Сценические усилки киловат на 5. И открою еще одну тайну. Хорошие усилки такого рода делают не D. А какраз таки гибридные где на выходе AB, а питание его регулируется ШИМ. Так достигают и качество и экономию энергии.
Усилки класса D может и применяют для музыки «бум-тыц». А для рок концерта используют устройства поприличнее. Иначе качество будет ниже плинтуса.
quqdron
24.10.2018 07:39Если говорить о напряжении питания, тогда можно вспомнить и о мостовых схемах.
Pilot_13
24.10.2018 08:33+3Статья вкратце:
Давайте мельком пробежимся по типам усилителей и резко сделаем неочевидный вывод.
Можно было просто дать ссылку, например, на Хоровица с Хиллом — у них более познавательно, хотя бы различия в кпд разных классов даны
GennPen
24.10.2018 09:29+4Они вознакают из-за способа модулятции так-как существует «мертвый» период который необходим для предотвращения сквозных утечек.
Это «окно» не влияет на искажения, сама модуляция ШИМ источник всех искажений, но только при условии плохого проектирования усилителя(в основном выходной каскад и разводка питания)
Также сильными источниками искажений являются L и C элементы в фильтре (НЧ).
Если вы про выходной каскад, то как раз наоборот: LC-фильтр преобразует ШИМ в аналоговый сигнал, и от качества его изготовления зависят очень многие параметры усилителя.
DjOnline
24.10.2018 10:21+1Идёт такое повествование, идёт, описываются преимущества G и H, что экономят энергию, высокий КПД. И вдруг бац, вывод, они непригодны. С чего вдруг?
Valle
24.10.2018 17:07У меня дома полочники приятно озвучиваются D-классом. А статья звучит как будто ее из книжки пятидесятилетней давности написали.
alexhott
24.10.2018 19:10H и G как я понял это вариации D класса
еще помнится были усилители с двумя двуполярными питаниями, но полностью аналоговые
про них забыли.
а Класс А я прилично играющий в принципе не встречалVT100
25.10.2018 12:09H и G как я понял это вариации D класса. еще помнится были усилители с двумя двуполярными питаниями, но полностью аналоговые про них забыли.
Нет. G и H — как раз линейные с двумя двуполярными питаниями. При увеличении выходного сигнала питание выходного каскада увеличивается, что-бы его транзисторы оставались в линейном режиме и не было ограничения сигнала «сверху».
dMac
26.10.2018 10:32Прилично играющий класс А сожжёт проводку, потому что кипятильник. КПД, как у паровоза Черепанова
Rentable
24.10.2018 19:26+2Класс А как то по быстрому и однобоко описали…
Мой первый усилитель был из набора, которые при СССР активно продавали. Там усилитель работал в режиме А, он был двухтактный — это нужно было обязательно упомянуть в статье. А то режим В — двухтактный, а режим А как то не уточнили. Ток покоя выходного каскада был пол Ампера! Я всё тогда голову ломал зачем такой перерасход энергии.
Режим А — самый неэкономичный, но, в случае транзисторной схемотехнике, — самый ближайший к «тёплому ламповому». Потому что лампы в этом режиме и работают. Это тоже надо было упомянуть.dMac
26.10.2018 10:35Лампа в классе А работает только в советских ламповых телевизорах. Приличные ламповые усилители еще с середины прошлого века делают двухтактными
progchip666
Welcome. Статья показалась интересной. Пригласил. Ждём продолжения.
Собственно по классификации по рабочей точке литературы много, всё более менее понятно. А вот поподробнее почитать про классификацию по режиму работы и мне было бы интересно!