Классы усилителей

Принцип работы усилителя класса Д

Работа усилителя класса D заключается в следующем. Используя компаратор, входящий импульс переходит в форму прямоугольного вида (меандр)

Из этого следует: входящая информация зашифрована в отношении пиковой мощности прямоугольной импульсной установки, называемой скважностью. Импульс прямоугольной формы начинает усиливаться, а далее поступает на фильтр низкой частоты

После этого формируется сигнал близкий по форме к выходящему аналоговому аудиосигналу.

На представленном ниже графике показано преобразование входящего сигнала синусоидальной формы в периодический прямоугольный, при этом сопоставляя его с пилообразным сигналом.

Во время размаха пиковой амплитуды положительной полярности, скважность меандра будет сто процентов, а отрицательный максимальный размах составляет ноль процентов. В действительности частота сигнала пилообразной формы во много раз выше, и находится в пределах нескольких сот килогерц

Частотный фильтр не совсем безупречный, следовательно, нужен сигнал пилообразной формы имеющий частоту в десять и более раз выше пиковой 2000 Гц.

Схема УНЧ Д класса

После того, как мы немного ознакомились с особенностями работы усилителя звука класса D, теперь можно попытаться своими силами собрать этот аппарат. Мощные выходные мосфеты желательно установить IRF540N либо IRFB41N15D. Такие полевые ключи обладают малым зарядом затвора, обеспечивающего моментальное переключение.

Вместе с тем, они имеют небольшое значение сопротивления перехода, которое уменьшает потребление электроэнергии. Кроме этого, вы должны быть уверены, что полевой транзистор расчитан на высокое рабочее напряжение перехода сток-исток. Конечно можно применить и N-канальный МОП-транзистор IRF640N, но у него сопротивление перехода RDS(on) гораздо выше. А это может сказаться на эффективности.

Выше показана таблица, дающая сравнительное представление характеристик данных МОП-транзисторов;

Для компоновки печатной платы радио-элементами можно применять SMD-детали, также взамен микросхемы IR2110 можно попробывать IR2011S. Может такое случится, что сразу усилитель не «заведется», но когда это все-таки случится и вы послушаете его звучание, то убедитесь, что время потратили не зря!

Также, может быть Вам будут интересен другой усилитель

Вот еще интересный усилитель класса D 100 Вт

Предыдущая запись TDA7057AQ портативный мостовой усилитель малой мощности
Следующая запись Распиновка кабеля HDMI

Проблемы дизайна

Скорость переключения

Две важные проблемы при проектировании схем драйверов MOSFET в усилителях класса D заключаются в том, чтобы максимально сократить время простоя и работу в линейном режиме. «Мертвое время» — это период во время переключения, когда оба выходных полевых МОП-транзистора переведены в режим отсечки и оба «выключены». Мертвые времена должны быть как можно более короткими, чтобы поддерживать точный выходной сигнал с низким уровнем искажений, но слишком короткие мертвые времена приводят к тому, что MOSFET, который включается, начинает проводить ток до того, как MOSFET, который выключается, перестанет проводить. Полевые МОП-транзисторы эффективно замыкают выходной источник питания через себя в состоянии, известном как «сквозной проход». Между тем, драйверы MOSFET также должны как можно быстрее переводить полевые МОП-транзисторы между состояниями переключения, чтобы минимизировать количество времени, в течение которого полевой МОП-транзистор находится в линейном режиме — состоянии между режимом отсечки и режимом насыщения, когда полевой МОП-транзистор не включен ни полностью, ни полностью. выключен и проводит ток со значительным сопротивлением, создавая значительное тепло. Отказы драйверов, которые допускают прострел и / или слишком большую работу в линейном режиме, приводят к чрезмерным потерям, а иногда и к катастрофическому отказу полевых МОП-транзисторов. Также есть проблемы с использованием ШИМ для модулятора; по мере того, как уровень звука приближается к 100%, ширина импульса может стать настолько узкой, что это будет препятствовать способности схемы драйвера и полевого МОП-транзистора реагировать. Эти импульсы могут сокращаться до нескольких наносекунд и могут привести к вышеуказанным нежелательным условиям сквозного и / или линейного режима. Вот почему другие методы модуляции, такие как модуляция плотности импульсов, могут приблизиться к теоретической 100% эффективности, чем ШИМ.

Электромагнитная интерференция

Переключаемый силовой каскад генерирует как высокие значения dV / dt, так и dI / dt, которые вызывают излучаемое излучение всякий раз, когда какая-либо часть схемы достаточно велика, чтобы действовать как антенна . На практике это означает, что соединительные провода и кабели будут наиболее эффективными излучателями, поэтому больше всего усилий следует направить на предотвращение попадания высокочастотных сигналов на следующие:

• Избегайте емкостной связи при коммутации сигналов в проводке.
• Избегайте индуктивной связи различных токовых контуров силового каскада с проводкой.
• Используйте одну сплошную заземляющую пластину и сгруппируйте все разъемы вместе, чтобы иметь общий опорный радиочастотный сигнал для развязывающих конденсаторов.
• Перед выбором компонентов включите эквивалентную последовательную индуктивность конденсаторов фильтра и паразитную емкость катушек индуктивности фильтра в модель схемы.
• Везде, где встречается звон , найдите индуктивную и емкостную части резонансного контура, который его вызывает, и используйте демпферы с параллельным RC или последовательным RL для уменьшения добротности резонанса.
• Не заставляйте полевые МОП-транзисторы переключаться быстрее, чем это необходимо для выполнения требований к эффективности или искажениям. Искажения легче уменьшить, используя отрицательную обратную связь, чем ускоряя переключение.

Конструкция блока питания

Усилители класса D предъявляют дополнительные требования к источнику питания, а именно, чтобы он мог поглощать энергию, возвращаемую от нагрузки. Реактивные (емкостные или индуктивные) нагрузки накапливают энергию в течение части цикла и возвращают часть этой энергии позже. Линейные усилители рассеивают эту энергию, усилители класса D возвращают ее в источник питания, который должен каким-то образом сохранять ее. Кроме того, полумостовые усилители класса D передают энергию от одной шины питания (например, положительной шины) к другой (например, отрицательной) в зависимости от знака выходного тока. Это происходит независимо от того, резистивная нагрузка или нет. Источник должен либо иметь достаточно емкостного накопителя на обоих рельсах, либо иметь возможность передавать эту энергию обратно.

Выбор активного устройства

Активные устройства в усилителе класса D должны действовать только как управляемые переключатели и не должны иметь особо линейного отклика на управляющий вход. Обычно используются биполярные транзисторы или полевые транзисторы. Вакуумные лампы могут использоваться в качестве устройств переключения мощности в усилителях звука класса D.

Обратная связь

В абсолютном большинстве транзисторных усилителей достижение высоких объективных (т. е. измеряемых с помощью электронных приборов) характеристик (не звучания, а именно характеристик) достигается применением глубокой общей отрицательной обратной связи (ООС), охватывающей полностью усилитель мощности с входной чувствительностью около 1 В. Альтернативный подход, сторонником которого является и автор этой книги, состоит в отказе от общей ООС в аудиоусилителях. Поэтому, кроме классификации по режиму работы оконечного каскада (класс А, В, и т. д.), усилители классифицируют еще и по наличию-отсутствию общей ООС.Все рекомендуемые ламповые каскады работают в классе А. А вот для оконечных транзисторных каскадов будут предложены варианты как класса А, так и класса АВ.

Классы автомобильных усилителей

Усилитель звука для авто, работающий в классе А, состоит из транзисторных каскадов, которые включены (проводят ток) как в течение всего времени действия входного аудиосигнала, так и при его отсутствии. У него низкий уровень искажений усиленного выходного звукового сигнала, поскольку его транзисторы работают на линейных участках своих характеристик и полностью транслируют входные сигналы на выход схемы, но он при этом имеет весьма низкий КПД. Эти устройства обычно предназначены для высококачественных аудиоприложений, для которых вопросы потерь мощности не являются определяющими. Транзисторы усилителей класса B проводят только либо отрицательные, либо положительные полуволны входного сигнала. Причем наличие зон нечувствительности вблизи нулевой отметки приводит к высокому уровню искажений. Однако этот эффект обеспечивает гораздо лучшие характеристики, чем в устройствах типа A. Усилитель класса AB комбинирует особенности обеих предыдущих с целью получения лучшего КПД, чем в классе A, но меньших искажений, чем в типе B. Хотя эти устройства хорошо подходят для маломощных приборов, или в лучшем случае средней мощности, тенденцией последних лет становится выпуск все более мощных усилителей. Когда-то 30 Вт считалось вполне достаточно, чтобы удовлетворить большинство потребителей. Теперь же этого вряд ли хватит, чтобы создать качественный стереоусилитель звука для авто. В результате были созданы новые их классы, включая и класс D, чтобы справиться с этой высокой мощностью потребления.

Цифровая реализация

Цифровой усилитель D-класса состоит из блоков обработки и передачи цифровых данных, реализованных на микроконтроллере, и блока генерирования ШИМ-сигнала. Он может быть реализован как внешнее, автономное устройство к уже готовой аудиосистеме. Однако это ведет к дополнительным расходам (нужно приобрести и припаять микросхемы) и потенциальному росту стоимости отладки интерфейса между источником входного аудиосигнала и усилителем.

Усилитель звука на микросхеме микроконтроллера характеризуется следующим:

• частота ШИМ-сигнала (дискретизации) должна быть не менее чем в 10 раз выше, чем максимальная частота входного сигнала, чтобы можно было его адекватно реконструировать на выходе усилителя;

• высокой разрешающей способностью процесса управления шириной ШИМ-импульсов для предотвращения искажений квантования выходного сигнала;

• наличием метода взятия выборок входного аналогового сигнала;

• быстродействующим ядром для цифровой обработки и управления данными;

• интерфейсом для передачи ШИМ-сигнала на внешние MOSFET-транзисторы.

Примером реализации устройства, способного удовлетворить все эти требования, является 32-разрядный микроконтроллер типа SiM3U1xx с быстродействующими периферийными устройствами ввода/вывода производства компании Silicon Labs (Остин, Техас, США). Эти микроконтроллеры однозначно подходят для нетрадиционных приложений типа усилителей мощности класса D, непосредственно подключающихся к динамикам. Единственные внешние компоненты, необходимые для аудиоусилителя на SiM3U1xx, являются дроссель и несколько конденсаторов. Устройства ввода-вывода также имеют программируемое ограничение тока, позволяют использовать до 16 уровней громкости без необходимости прошивки для масштабирования аудиоданных, экономя при этом время и объем памяти. Поскольку они запитаны отдельным от остальной части устройства напряжением, то их можно подключать к внешним мощным МОП-транзисторам.

SiM3U1xx-устройства также включают USB-трансивер, совместимый с USB-аудиоинтерфейсом, встроенную флэш-память на 256 Кб, два 12-разрядных аналого-цифровых преобразователя, осуществляющих оцифровку потокового аудио с ПК или портативного музыкального проигрывателя. Структурная схема устройства показана на рисунке. Оно вполне может использоваться как усилитель в машину.

Параметры

• коэффициент усиления по току = выходной ток / входной ток;
• коэффициент усиления по напряжению = выходное напряжение / входное напряжение;
• коэффициент усиления по мощности = выходная мощность / входная мощность.

Для некоторых устройств вроде операционных усилителей значение этого коэффициента очень велико, но работать со слишком большими (равно как и со слишком малыми) числами при вычислениях неудобно, поэтому часто коэффициенты усиления выражают в логарифмических единицах.

Для этого применяются следующие формулы:

• коэффициент усиления по мощности в логарифмических единицах = 10 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по мощности;
• коэффициент усиления по току в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по току;
• коэффициент усиления по напряжению в логарифмических единицах = 20 * десятичный логарифм искомого коэффициента усиления по напряжению;
• коэффициент искажения сигнала. 

Рассчитанные подобным образом коэффициенты измеряются в децибелах. Сокращенное наименование – дБ.

Разновидности мощности:

1. Номинальная.
2. Паспортная шумовая.
3. Максимальная кратковременная.
4. Максимальная долговременная.

Типы усилителей

Производители продолжают создавать новые виды усилителей, но есть три главных вида схем усилителей: класс А, класс АВ, класс D.

1. Класс А имеет мягкий звук, но он не эффективен по КПД и сильно перегревается.
2. Класс АВ работает намного эффективнее по КПД, но звук получится обычным, нейтральным.
3. Усилители класса D являются самыми эффективными по потерям энергии, но они имеют низкий демпфирующий фактор, который показывает степень затухания паразитных колебаний и зависит от выходного сопротивления усилителя.

Усилители обычно делают 5 или 4 канальными, стерео 2 канальные или моноблоки с одним каналом, для подключения сабвуфера. Некоторые производители выпускают усилители и с большим количеством каналов, но они намного меньше применяются в системах автозвука.

Усилители класса D,G,H,T

Существуют и другие классы усилителей, предназначенные для усиления звука с максимально возможным КПД. Они обозначаются буквами D, G, Н, Т. В высококачественной аппаратуре такие типы усилителей не используются.

При этом некоторые из них могут иметь объективно высокие параметры (например, низкое значение коэффициента нелинейных искажений). Усилители класса Н в виде мощных интегральных схем используются в некоторых конструкциях автомобильных сабвуферов. Усилители класса D используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ): преобразование сигнала на входе в последовательность коротких импульсов различной длительности и обратное восстановление на выходе усилителя.

Несколько лет назад появились ШИМ-усилители с обозначением «класс Т» в виде мощных интегральных схем и были разрекламированы как высококачественные системы. Автор этой книги приобрел такой усилитель. При напряжении питания 12 В усилитель отдавал в нагрузку до 10 Вт мощности, рассеивая на корпусе микросхемы всего 1 Вт (т. е. КПД около 90 %!). Однако звучание усилителя качественным назвать нельзя: при прослушивании создается впечатление, что кроме музыки в помещении непрерывно работает распылительный аэрозольный баллончик.

Усилитель класса В

Поскольку в усилителе мощности основная мощность потребляется оконечным каскадом, изменяя режим работы этого каскада, можно значительно уменьшить общую потребляемую мощность. Такой подход применяется для построения двухтактных усилителей.

В выходном каскаде двухтактного усилителя содержится минимум два активных элемента, один из которых усиливает только положительную, а второй — только отрицательную компоненты входного сигнала.

В таком каскаде при отсутствии сигнала ток через выходные транзисторы или лампы вообще не протекает. Двухтактный каскад наиболее легко реализуется с помощью транзисторов с разным типом проводимости (электронного и дырочного типа). Пару идентичных по характеристикам, но различных по типу проводимости транзисторов называют комплементарными.

К сожалению, комплементарных пар ламп не существует, так как все лампы используют исключительно электроны, в отличие от полупроводниковых приборов, где возможна т. н. дырочная проводимость за счет направленной миграции вакансий в электронной подсистеме кристалла.

Поэтому реализация двухтактного каскада на лампах требует применения специальных выходных трансформаторов с симметричными обмотками. Усилитель с двухтактным выходным каскадом, работающим в указанном режиме, называют усилителем «класса В». По-английски двухтактный усилитель называют «push-pull amplifier» (буквально — «тяни-толкай»).

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

1. Класс «А» – ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно – чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД – свыше 90 %.

Усилители класса АВ

Разновидность усилителя класса В с небольшим (менее 10 % от максимального) начальным током выходного каскада для уменьшения искажений называют усилителем «класса АВ». К этому классу относится подавляющее большинство всех промышленных транзисторных усилителей, а также ламповых усилителей мощностью более 20 Вт.

Типичное значение КПД усилителя класса В или АВ составляет примерно 50 %. То есть, усилитель, отдающий в нагрузку 50 Вт мощности, потребляет 100 Вт от домашней сети. Подчеркнем: в момент появления сигнала. При отсутствии сигнала и при его малых значениях потребляемая мощность задается током покоя выходных элементов и может составлять от 1 до 10 % от максимальной полезной мощности. Таким образом, двухтактные усилители класса В или АВ оказываются намного экономичнее усилителей класса А.

Двухтактный выходной каскад при высокой симметрии «плеч» обеспечивает подавление в выходном сигнале четных гармоник. Это существенно понижает общий коэффициент нелинейных искажений по сравнению с однотактными усилителями. Снижение уровня гармоник происходит, главным образом, за счет подавления второй гармоники, доминирующей обычно в спектре искажений «однотактников». Иногда в двухтактных усилителях класса АВ используют большое значение тока покоя, переводя усилитель в класс А для малых сигналов, соответствующих выходной мощности около 1 Вт.

Многие эксперты отмечают особую важность качества «первого ватта» для повышения естественности звуковоспроизведения. Важность первого ватта связана с тем, что при типичной чувствительности головки громкоговорителя на уровне 90 дБ/Вт мощности в 1 Вт достаточно для комфортного прослушивания негромкой (камерной, джазовой) музыки

В рекламных целях некоторые производители объявляют усилители такого типа усилителями класса А, что не совсем верно, если не уточняется до какого уровня мощности действительно сохраняется режим класса А.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД – менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток – полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений – не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше – до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется – характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один минус, который перевешивает все достоинства, – обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление – несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков – 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток – существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная – в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий – порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности – они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество

Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность

Мостовые усилители

Для повышения мощности (в 2—4 раза) при неизменном напряжении источника питания иногда применяют мостовое включение двух полноценных усилителей. В этом случае на вход каждого усилителя подаются в противофазе две полные копии входного сигнала, а на нагрузке выходные напряжения складываются, что и обеспечивает в идеале 4-кратное увеличение выходной мощности. Для формирования двух противофазных копий входного сигнала требуется дополнительный каскад. В мостовом усилителе так же, как и в двухтактном выходном каскаде, подавляются четные гармоники.

Мостовые усилители широко используются в автомобильной аудиотехнике, позволяя получать до 50 Вт выходной мощности на нагрузке 2—4 Ом при напряжении питания 14 В. По мнению автора этой книги, сфера применения мостовых усилителей не должна ограничиваться низковольтными устройствами. Мостовые усилители хорошо звучат, и достигается это, по-видимому, не столько за счет снижения уровня четных гармоник, сколько из-за исключения связи силовой «земли» с нагрузкой. В мостовой схеме катушка громкоговорителя подключается непосредственно к двум «горячим», т. е. «неземляным» клеммам каждого из усилителей. Как известно, гальваническая связь сигнальной и силовой «земли» порождает помехи, связанные с воздействием переходных процессов на выходе усилителя на форму сигнала на его входе.

Основная операция

Усилители класса D работают, генерируя последовательность прямоугольных импульсов фиксированной амплитуды, но с различной шириной и разделением, или с переменным числом в единицу времени, представляя изменения амплитуды входного аналогового аудиосигнала. Часы модулятора могут синхронизироваться с входящим цифровым аудиосигналом, что устраняет необходимость преобразования сигнала в аналоговый. Затем выход модулятора используется для попеременного включения и выключения выходных транзисторов

Особое внимание уделяется тому, чтобы пара транзисторов никогда не могла проводить вместе, так как это может вызвать короткое замыкание между шинами питания транзисторов. Поскольку транзисторы либо полностью «включены», либо полностью «выключены», они проводят очень мало времени в линейной области и рассеивают очень мало энергии

Это основная причина их высокой эффективности. Простой фильтр нижних частот, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, обеспечивает путь для низких частот звукового сигнала, оставляя позади высокочастотные импульсы. В приложениях, чувствительных к стоимости, выходной фильтр иногда не используется. В этом случае схема полагается на индуктивность громкоговорителя, чтобы ВЧ-компонент не нагревал звуковую катушку.

Структура силового каскада класса D в некоторой степени сравнима со структурой синхронно выпрямленного понижающего преобразователя (тип неизолированного импульсного источника питания (SMPS) ), но работает в обратном направлении. В то время как понижающие преобразователи обычно функционируют как регуляторы напряжения , обеспечивая постоянное напряжение постоянного тока переменной нагрузке, и могут подавать только ток (одноквадрантный режим работы), усилитель класса D подает постоянно изменяющееся напряжение на фиксированную нагрузку, где ток и напряжение может самостоятельно менять знак (четырехквадрантная операция). Коммутационный усилитель не следует путать с линейными усилителями, которые используют SMPS в качестве источника постоянного тока. Коммутационный усилитель может использовать любой тип источника питания (например, автомобильный аккумулятор или внутренний SMPS), но определяющей характеристикой является то, что сам процесс усиления работает путем переключения. В отличие от SMPS, усилитель выполняет гораздо более важную работу — не допускать попадания нежелательных артефактов на выход. Обратная связь почти всегда используется по тем же причинам, что и в традиционных аналоговых усилителях, для уменьшения шума и искажений.

Теоретическая энергоэффективность усилителей класса D составляет 100%. Другими словами, вся мощность, подаваемая на него, передается нагрузке, ни одна из них не превращается в тепло. Это связано с тем, что идеальный переключатель в состоянии «включено» будет проводить весь ток, но не будет иметь потерь напряжения на нем, следовательно, тепло не будет рассеиваться. И когда он выключен, на нем будет полное напряжение питания, но через него не будет протекать ток утечки, и снова не будет рассеиваться тепла. Реальные силовые полевые МОП-транзисторы не являются идеальными переключателями, но их практический КПД превышает 90%. Напротив, линейные усилители класса AB всегда работают как с протекающим током, так и с напряжением на силовых устройствах. Идеальный имеет теоретический максимальный КПД 78%. (чисто линейные, устройства всегда включены) имеют теоретический максимальный КПД 50%, а некоторые версии имеют КПД ниже 20%.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах – музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин – практически прямая линия. Если на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.