Jste zde

Příručka vývojáře moderních audiosystémů – 4. díl (zesilovače třídy A až H)

Jan Robenek, 20. Leden 2010 - 7:20

Dvanáctou edici příručky s názvem Audio Design Guide s podtitulem „Listen louder ... listen longer“ uzavírá popis činnosti zesilovacích struktur, pracujících ve třídě A až H.

Předchozí díly naleznete např. pomocí těchto odkazů:

Princip zesilovačů, pracujících ve třídě A až H

Třída A

Třídou A rozumíme nejjednodušší řešení, ve kterém výstupní tranzistory vedou (tj. nebudou zcela uzavřeny) bez ohledu na časový průběh výstupního signálu. V této souvislosti pak hovoříme o vysoké linearitě, ale malé účinnosti.

Třída B

U zesilovačů, pracujících ve třídě B, vedou výstupní tranzistory jen v rámci jedné půlperiody (180 °) časového průběhu vstupního signálu. Jinými slovy, k zesílení celého signálu budeme potřebovat dva prvky, jeden zpracuje kladné výstupní úrovně a druhý ty zbývající – záporné. Třída B sice vykazuje ve srovnání s předchozím případem mnohem větší účinnost, trpí však zásadním přechodovým zkreslením v oblasti, kde výstupní signál prochází nulou.

Třída AB

Spojením toho nejlepšího ze tříd A a B vznikne třída AB, kterou charakterizujeme

větší účinností (ve srovnání s třídou A), ale také
menším zkreslením (srovnáme – li s třídou B).

Za vše může jednoduchý posun pracovního bodu obou tranzistorů tak, aby vedly i v oblasti minimálních amplitud, kde jinak výchozí třída B vykazuje nepříjemné nelinearity. V praxi to pak znamená aktivitu obou tranzistorů i v případě malých signálů (třída A). Větší amplitudy jsou poté zpracovány tak jako ve třídě B, přičemž pro každou půlperiodu je opět aktivován jen jeden tranzistor.

Třída D

Zesilovače třídy D produkují pulsně zpracovaný signál s kmitočtem, výrazně přesahujícím nejvyšší složky, které ještě potřebujeme reprodukovat. Odezva výstupního, dolnopropustného filtru pak odpovídá přivedenému vstupnímu signálu. Základní výhodou celé struktury je vysoká účinnost, která často přesáhne i 90 %, protože výstupní tranzistory jsou během své činnosti buď zcela sepnuty nebo úplně deaktivovány. Tímto způsobem naprosto vyloučíme účast lineární oblasti daného tranzistoru, která je příčinou neúčinnosti zbylých metod. Moderní zesilovače třídy D přitom v otázce věrné reprodukce dosahují výsledků srovnatelných s třídou AB.

Třída G

Třída G se velmi podobá zesilovacím strukturám třídy AB, snad jen s tím rozdílem, že s radostí využije dvě nebo i více napájecích hladin. Pokud potřebujeme zpracovat malé signálové úrovně, zesilovač zvolí nižší napájení. Porostou – li amplitudy, pomůže si celá struktura vyšší hladinou napájecího napětí. Zesilovače třídy G tak mohou ve srovnání s třídou AB promrhat méně drahocenné energie, protože maximální velikost napájecího napětí využijí jen v případě skutečné potřeby, zatímco zesilovače třídy AB poběží z plného napájení neustále.

Třída H

Zesilovače třídy H regulují své napájecí napětí s cílem minimalizovat napěťové úbytky na koncovém stupni. Praktické provedení pak zahrnuje větší počet diskrétních úrovní nebo dokonce plynule nastavitelnou velikost napájecího napětí. Ačkoli se na první pohled může velmi podobat způsobu, kterým snižuje výkonové ztráty třída G, nebudeme v případě třídy H nutně vyžadovat více napájecích zdrojů. Tento přístup je při obecném srovnání s jinými návrhy komplexnější, protože vyžaduje speciální struktury, kterými zajistí předvídatelnost změn i následné řízení napájení.

Poznámka na okraj: Zesilovače i specifika jednotlivých tříd jsou velmi vděčným námětem, který jsme zmínili jen okrajovým způsobem – přesně dle původních pramenů. Pro všechny zájemce o hlubší seznámení odkazuji na velmi zdařilý, přehledový článek v časopise Sdělovací technika č. 4/1988 na straně 123 s názvem Kategorizace nízkofrekvenčních výkonových zesilovačů (autor P. Přibyl), kde jednotlivých tříd nalezneme mnohem, ale mnohem více.

Teoretický výstupní výkon

Následující obrázek zachycuje možnou, teoretickou velikost výstupního výkonu v závislosti na napájecím napětí. Výstupní výkon definujeme pro 1 % a 10 % THD+N při 4 Ω a 8 Ω zátěži. U skutečných zesilovačů však musíme vždy předpokládat o něco horší výsledky.

U nás se maká...

Více než 25 let zkušeností vývojářů v Maximu umocňuje něco přes 6 200 intgrovaných obvodů, rozdělených do 28 různých kategorií. A každý den se nabídka rozroste minimálně o jeden další kousek.