Wzmacniacze klasy D, G i H

Ian Bell

Kursy

Wzmacniacze

30 maja 2023

753

Stały autor PE Julian Edgar zasugerował ten temat po przeczytaniu artykułu Mike’a Spence’a na forum pomocy technicznej Texas Instruments, omawiającego podbijanie napięcia „look-ahead” we wzmacniaczach audio klasy D (układy te znane są również jako wzmacniacze klasy G i H). Niedawno pojawił się też post na temat klas wzmacniaczy od Toma Mota na forum PE: ‘Jestem dość nowy w temacie wzmacniaczy głośnikowych, ale rozumiem różne klasy (tzn. Class-A, Class-AB, Class-D). Ale jak mógłbym zidentyfikować klasę wzmacniacza, na przykład gdybym kupował wzmacniacz przez internet i klasa nie byłaby wymieniona (co często się zdarza, z mojego doświadczenia) - jak mógłbym poznać klasę wzmacniacza?”.

W bezpośredniej odpowiedzi na post Toma nie możemy powiedzieć wiele poza odpowiedzią na forum od Richarda Gabrica; że jeśli nie podano informacji, to trudno byłoby się dowiedzieć, ale klasa D jest szeroko stosowana w nowoczesnych konstrukcjach. Może to być szczególnie prawdopodobne w przypadku tańszych konstrukcji, oraz przenośnej elektroniki osobistej, ale klasa D jest również stosowana w wysokiej jakości wzmacniaczach. W tym artykule przyjrzymy się krótko innym klasom stosowanym w audio (czyli A, B i AB - C, E i F stosowane są głównie dla sygnałów o częstotliwości radiowej), zanim skupimy się na D, G i H.

Klasy A, B i AB

Wzmacniacz klasy A oparty jest na pojedynczym tranzystorze pracującym jako wzmacniacz liniowy - na przykład układ na rysunku otwierającym (z lewej). Obwód wymaga polaryzacji (nie pokazano), aby wprowadzić tranzystor w tryb aktywny wzmacniający i ustawić około połowę napięcia zasilania na wyjściu bez obecności sygnału. Jest to stosunkowo prosty układ, ale warunki polaryzacji wymagają, aby tranzystor przewodził w sposób ciągły bez sygnału, co powoduje marnowanie znacznej ilości energii w stosunku do tej dostarczanej do obciążenia. Jest to określane jako sprawność wzmacniacza - stosunek mocy rzeczywiście dostarczonej do obciążenia (głośnika we wzmacniaczu audio) do mocy pobranej z zasilania. Wzmacniacze klasy A mają niską sprawność.

W celu poprawy sprawności można by zbocznikować pojedynczy tranzystor tak, aby nie przewodził, gdy nie ma sygnału - zwiększenie napięcia wejściowego włączałoby tranzystor, pozwalając mu działać jako wzmacniacz. Niestety, spowodowałoby to, że tylko połowa sygnału byłaby wzmacniana - zmiana sygnału w przeciwnym kierunku nie spowodowałaby włączenia tranzystora i nie nastąpiłoby wzmocnienie. Problem ten można pokonać stosując parę komplementarnych tranzystorów - jeden przewodzi dla dodatniej połowy fali, a drugi dla ujemnej. Jest to wzmacniacz klasy B, który jest pokazany na rysunku otwierającym (z prawej). Układ ten jest znacznie wydajniejszy od wzmacniacza klasy A, ale cierpi na problem zwany „zniekształceniami skrośnymi”. Gdy napięcie sygnału jest małe oba tranzystory są wyłączone, więc dla niskich amplitud sygnału na wyjściu występuje martwa wstęga, co oznacza, że wzmacniacz nie odtwarza w pełni kształtu fali sygnału na swoim wyjściu.