Итак, в прошлый раз мы с вами остановились на том, что получили дырку величиной в 1,4 вольта, вылили 20 % пива в унитаз и отправились с горя кормить Кота, разболтавшего все секреты. Продолжаем.
На очереди класс АВ. Собственно, уже из названия видно, что эта схема построения выходного каскада получается путем скрещивания осьминога с вешалкой. То есть класса А и класса В. От первого мы берем ненулевой ток покоя I0>0. Таким образом, напряжение смещения на базах транзисторов присутствует. Считается оно так:
Для тех, кто лишь что свалился с луны, хочу напомнить, что RL — это сопротивление нагрузки, а I0 — это требуемый ток покоя. Ну а от класса В берем все остальное — поскольку ток покоя по сравнению с выходным током очень мал (I0<<0,1ILmax), то выходная, потребляемая, рассеиваемая мощности будут практически равны мощностям класса В и считаются по тем же формулам
В общем, смешивая эти два способа построения выходных каскадов, мы добиваемся существенного снижения нелинейных искажений с одной стороны (см. картинку) при вполне приличных мощностях и КПД с другой. Большинство современных бытовых усилителей работают именно в этом классе, а уж что касается интегральных усилителей, то есть микросхем, так и вообще все. Правда, за одним исключением, о котором чуть ниже. А пока, давайте подытожим, что мы имеем с этими тремя классами.
Итак, класс А — отличная линейность, практически полное отсутствие нелинейных искажений, но абсолютно невыносимые мощностные характеристики, особенно в части потребления и тепловыделения. Короче — хотите печку, сделайте выходной каскад класса А.
Класс В — мало ест, очень мало. Но при этом так крючит выходной сигнал, что уж лучше бы вообще ничего не делал.
Класс АВ — компромиссное решение между двумя предыдущими классами. Взято все лучшее от одного и другого. Вроде всех устраивает по соотношению цена/качество, за исключением, конечно, страшных людей — аудиофилов. Те предпочитают погорячее.
Разумеется, этими тремя классами дело не ограничивается — есть, например, такие экзотические режимы как А+ или G, но мы их рассматривать не будем, ввиду их чрезвычайно малой распространенности. Особо любопытствующие товарищи могут поковырять носом литературу или Интернет.
Ну а мы поскачем дальше.
Все рассмотренные выше усилители являлись линейными усилителями, не смотря на все вольности в обращении с вверенным им сигналом. То есть, эти схемы не предусматривают намеренного искажения входного сигнала перед его усилением. Теперь же мы рассмотрим класс усилителей, который специально коверкает входной сигнал, а после усиления восстанавливает его до первоначальной формы.
Это класс D. Вообще говоря — класс D — это не лишь схема построения или режим работы выходного каскада — это целый отдельный класс усилителей. Но уж раз Кот проболтался о нем, то придется упихать все это в разговор о выходных каскадах.
Для начала, рассмотрим общую структурную схему усилителя.
Пробежимся быстренько по блокам, обезображенным на рисунке. Генератор ПИ — генератор прямоугольных импульсов выдает прямоугольные импульсы с фиксированной частотой Fs (график а), которые поступают на интегратор, где преобразуются в треугольные или пилообразные импульсы (график б), после чего поступают на один из входов компаратора.
На другой вход компаратора поступает входной аудио сигнал от источника. Вот тут то и начинается главная мясорубка под названием ШИМ (широтно-импульсная модуляция) или PWM (pulse-width modulation) если по-буржуйски. Остановимся подробнее на работе компаратора, для чего посмотрим на картинку.
Итак, как уже говорилось — на один вход компаратора поступают треугольные импульсы от генератора (синенькие на картинке), а на другой вход аудиосигнал, который необходимо усилить (на картинке что-то красное, похожее на синусоиду).
Дальше компаратор делает следующее: если текущее (мгновенное) значение уровня «пилы» превышает значение уровня входного сигнала, компаратор переключается в низкий логический уровень, если же наоборот — уровень сигнала «пилы» меньше, чем аудио сигнал, то компаратор переключается в логическую единицу.
Разумеется, это все происходит за один такт работы генератора (того, прямоугольного).
Таким образом, на выходе компаратора мы получаем прямоугольный сигнал, ширина импульсов которого зависит от амплитуды входного сигнала, а частота его равна частоте задающего генератора Fs — это и есть ШИ модулированный сигнал.
На самом деле, пилообразные импульсы нарисованы на картинке так редко исключительно для наглядности. В действительности, частота этих импульсов в 10-20 раз выше, чем максимальная частота звукового сигнала. Обычно она выбирается в районе 200-500кГц.
Далее, промодулированный сигнал поступает на усилитель мощности на полевых транзисторах, которые работают в ключевом (switch-mode) режиме. После усилителя впендюривается фильтр НЧ, который отфильтровывает высокочастотную составляющую сигнала и восстанавливает аналоговый сигнала, который и воспроизводится далее нагрузкой.
Теперь давайте посмотрим к чему все эти пляски.
Прежде всего к КПД. Теоретически, КПД подобных усилителей должен достигать 100%, но к сожалению, сопротивление канала транзистора хоть и маленькое, но все же ненулевое. Но тем не менее, в зависимости от сопротивления нагрузки, КПД усилителей этого типа может достигать 90%-95%. Разумеется, при такой эффективности нагрев выходных транзисторов практически отсутствует, что позволяет создавать чертовски маленькие и экономичные усилители. Коэффициент гармонических искажений при грамотном построении выходного ФНЧ фильтра можно довести до 0,01%, что очень и очень достойно. Усилители этого класса выпускаются, как и АВ, в интегральном исполнении.
Ну вот, пока это все, что хотелось рассказать об оконечных каскадах, дальше у нас в планах каскады предварительного усиления — что это, с чем их едят и…
Источник: www.radiokot.ru