ЧТО ТАКОЕ КЛАССЫ УСИЛИТЕЛЕЙ А, В, АВ?
На самом деле просто открывать и закрывать транзисторы еще мало, ведь нам нужно, чтобы выходной сигнал повторял входной как можно точнее. Для этого необходимо, чтобы транзисторы («краны») открывались и закрывались по строго линейному закону, иными словами, строго пропорционально входному сигналу.
Но вот незадача, транзистор может так работать не во всем своем диапазоне. Например, если входной сигнал слишком маленький, то транзистор на него почти не реагирует, зато при достижении определенного уровня резко открывается. Какая уж тут линейность? Впрочем, дальше этого момента он реагирует на изменение управляющего сигнала вполне адекватно, почти что линейно, как раз так, как нам и нужно. Значит, для того чтобы искажений было как можно меньше, транзистор придется все время держать в слегка приоткрытом состоянии. Это называется «задать смещение» транзистора или «выбрать его рабочую точку».
Когда рабочая точка находится примерно посередине между полностью открытым и полностью закрытым состояниями, то говорят, что усилитель работает в классе А. Такой класс усилителей обеспечивает очень маленькие искажения. Но самый главный его недостаток – высокий ток покоя (это ток, который течет через транзисторы, даже когда входного сигнала нет, ведь они же, получается, постоянно приоткрыты). Из-за этого такие усилители весьма прилично нагреваются, и их КПД составляет в лучшем случае около 20–30%.
Усилители, работающие в классе А, имеют самые низкие искажения, за что по праву заслужили репутацию аудиофильских. Но у них есть существенный недостаток – низкий КПД.
Давайте теперь посмотрим, что получится, если не держать транзисторы постоянно приоткрытыми, пусть в состоянии покоя они оба будут закрытыми. Поскольку транзисторы по отношению друг к другу обратные (комплементарные), то получится, что один из них будет усиливать только положительную полуволну сигнала, а другой – отрицательную, на нагрузке же эти «половинки» благополучно сложатся. Когда усилитель работает в таком режиме, то говорят, что это класс В.
Большое достоинство класса В в том, что через транзисторы не течет «бесполезный» ток, а значит, и КПД усилителя получается гораздо выше, чем у класса А. Но дело в том, что какие бы хорошие и качественные транзисторы мы ни выбрали, у них все равно будет присутствовать нелинейность в самом начале их открытия. А это значит, что в тот момент, когда один транзистор только закрывается, а второй только открывается, неизбежно появится искажение сигнала в виде «ступеньки» (рис.2)
Когда уровень сигнала высокий, эта «ступенька» не выглядит такой уж большой, и если сильно не придираться, то на нее еще можно не обращать особого внимания. А вот на небольших уровнях сигнала она будет уже слишком заметна. Поэтому класс В в чистом виде в автомобильных усилителях все же не используется.
Усилители, работающие в классе В, имеют относительно высокий КПД. Однако их недостаток – большие искажения, особенно сильно заметные на малых уровнях сигнала.
Так какой же режим лучше всего выбрать для усилителя? В классе А – маленькие искажения, но и КПД низкий, львиная доля мощности блока питания уходит в бесполезный нагрев. Класс В обеспечивает хороший КПД, но и искажения такие, что о высоком качестве воспроизведения особо говорить не приходится. Компромиссное решение – это смешанный режим, когда транзисторам обеспечивается лишь небольшое смещение, гораздо меньшее, чем в «чистом» классе А, но уже достаточное для того, чтобы избежать заметной «ступеньки» в выходном сигнале. При этом так и говорят – усилитель работает в классе АВ.
Выбирая рабочую точку транзисторов (ну или, иными словами, выбирая, насколько они будут приоткрыты при отсутствии входного сигнала), такой усилитель можно приблизить к классу А или В. В первом случае получится, что до достижения определенной мощности он будет работать в классе А, а на высоких уровнях как бы автоматически переходить в класс АВ. Это решение, кстати, довольно часто применяется в усилителях высокого класса (иногда в описаниях к таким усилителям можно встретить обозначение «класс Real AB»).
Вообще-то, классы А, В и АВ – не единственные. Есть и другие, которые можно назвать «производными» от них, они представляют собой попытки совместить экономичность класса АВ с качеством класса А. Например, класс А+ – симбиоз усилителей класса В и класса А (выход первого является «нулевой» точкой для второго). Или класс Super A (Non Switching) – в таких усилителях есть специальная схема, которая не дает транзисторам полностью запираться (ведь основные искажения, как вы уже знаете, как раз из-за нелинейности в самый начальный момент их открытия).
А усилители класса G вообще представляют собой два каскада усиления, работающих каждый от своего источника питания, причем разного напряжения (на небольшой мощности работает каскад, питающийся от источника с небольшим напряжением, а на пиках к нему «подключается» второй, питающийся от источника с большим напряжением). Впрочем, все это довольно сложные схемы, которые и в домашней-то технике применяются все реже, а уж в автомобильных усилителях это, мягко говоря, и вовсе экзотика.
А вот зато усилители класса Н можно с уверенностью назвать чисто автомобильными – в этом классе делают усилители, встроенные в головные устройства. В них нет никаких сложных блоков питания, преобразующих бортовые 12 В в двухполярное питание с большим напряжением (впрочем, встроенный в ГУ усилитель все равно питается от двухполярного напряжения, просто за среднюю точку для него принимается Uпит/2), поэтому мощность таких усилителей невелика. Этот класс – попытка в какой-то мере нивелировать основной недостаток маломощных усилителей – зажатость звучания.
На самом деле усилитель класса Н – это практически то же самое, что и обычный усилитель класса АВ. Только в нем есть так называемая «схема удвоения напряжения питания», основной элемент которой – конденсатор, накапливающий заряд, когда входной сигнал не очень большой. Реальный музыкальный сигнал – это вам не синус, на котором по стандарту измеряется мощность, для него характерны кратковременные пики. Так вот, как раз в моменты таких пиков этот самый конденсатор специальной схемой «добавляется» последовательно к питающему напряжению, и усилитель воспроизводит их с меньшими искажениями. Это на самом деле не особо сказывается на мощности усилителя, измеренной стандартно на синусоидальном сигнале, но на музыке звучание субъективно становится все же немного лучше.
Источник: книга "Музыка в твоем автомобиле в вопросах и ответах" Антона Николаева
