![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Аналитический обзор. В последние годы все большую и большую популярность приобретают усилители класса D или, как их еще называют
В последние годы все большую и большую популярность приобретают усилители класса D или, как их еще называют, импульсные усилители. Некоторые производители дают им название «цифровые усилители», но оно несколько некорректно, поскольку никакого преобразования звука в двоичный код там нет. В усилителе класса D звуковой сигнал преобразуется в последовательность импульсов различной ширины в результате широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Частота следования импульсов обычно выбирается в пределах 300-500 кГц, это оптимально для всего аудио диапазона. Если усилитель сабвуферный и перед ним стоит задача усиливать только диапазон до 100-200 Гц, частоту переключения можно уменьшить до 50-100 кГц. Раньше импульсные усилители были интересны только за счет своего высокого КПД (обычно более 90%) и применялись только для управления мощными электродвигателями. Этот факт был напрямую связан с отсутствием высокоскоростных мощных переключательных элементов, способных работать на высоких частотах, вследствие чего высокие нелинейные искажения были просто неизбежны. Однако сейчас многими компаниями производителями электронных компонентов выпускаются специализированные элементы для построения усилителей класса D, способные работать на частотах вплоть до 1 МГц и выше. Для оценки КПД усилителей различных классов рассмотрим принципы работы выходных каскадов, построенных на биполярных транзисторах. Выходной каскад усилителя класса АВ, выполненный на биполярных транзисторах, обладает низким КПД, потому что выходные транзисторы, подобно переменным резисторам, изменяют свое активное сопротивление, тем самым управляя выходным током. В усилителе класса АВ невозможно получить размах амплитуды выходного напряжения, равный напряжению питания, поскольку даже в полностью открытом состоянии напряжение между коллектором и эмиттером UK3 биполярного транзистора, равняется приблизительно 1-2 В. В импульсных усилителях силовыми элементами являются мощные полевые транзисторы, у которых существует только 2 состояния - открытое и закрытое. Так как сопротивление открытого канала современных полевых транзисторов очень мало (обычно десятки мОм), следовательно, и падение напряжения на этих элементах незначительное. Значительная часть потерь происходит на фронтах в момент переключения полевых транзисторов, поэтому, снизив частоту преобразования, можно уменьшить количество фронтов за единицу времени и, как следствие, немного увеличить КПД. Именно по этой причине в сабвуферных усилителях класса D частоту переключения понижают вплоть до 50 кГц. Усилители класса D делятся на 3 основных типа: 1) Усилители с внешним генератором пилообразного напряжения (рис. 2) Самоосцилирующие усилители (рис. 2.2); 3) Усилители на основе микроконтроллеров со встроенным АЦП.
Рис.2.1- Структурная схема усилителя класса D с внешним генератором пилообразного напряжения.
Вход звукового сигнала Рис.2.2- Структурная схема самоосциллирующего усилителя класса D. Усилители с внешним генератором пилообразного напряжения наиболее просты в изготовлении и наладке, обладают меньшими требованиями к топологии печатной платы и компонентам по сравнению с усилителями самоосциллирующего типа. Именно эти усилители в настоящее время являются самыми распространенными среди серийных моделей как сабвуферных усилителей, входящих в состав автомобильных акустических систем, так и широкополосных профессиональных, эстрадных усилителей. Самоосциллирующие усилители работают как автогенераторы, в них колебательный процесс проходит и поддерживается за счет использования положительной обратной связи. Этот тип усилителей отличается более высокими требованиями к топологии печатной платы, но при тонком подходе к этому вопросу качество звуковоспроизведения данного типа усилителей значительно превосходит остальные. Самоосциллирующих усилителей класса D имеет название UcD, он был разработан и запатентован компанией NXP Semiconductor (ранее -Philips Semiconductor) в 2005 году. Структурная схема такого усилителя представлена на рис. 2.3.Он сочетает в себе гениальную простоту и высочайшее качество звука. Оригинальные модули UcD, которые производит компания Нурех имеют совсем неглубокую обратную связь (около 30 дБ) по сравнению с усилителями класса АБ (у которых глубина ОС - в районе 60 дБ), и умеренно низкий уровень искажений, порядка 0, 03%.
Рис.2.3- Структурная схема усилителя класса D, работающего по принципу UcD. В связи с появлением усилителей класса D, выполненных по технологии UcD, перспективы у данного класса усилителей существенно повысились. Теперь они могут применяться для построения не только бытовых аудиосистем, но и профессиональной техники, например концертного и студийного оборудования, трансляционных усилителей, профессионального оборудования для кинозалов и развлекательных комплексов, автомобильных акустических систем. Главными факторами успешной конкуренции усилителей UcD даже с топовыми моделями классов А и АВ стали высочайшее качество звукопередачи и высокий КПД, достигающий 97%, а также низкая себестоимость. Еще один серьезный плюс усилителей класса D -это отсутствие тепловых искажений.
|