Р. Поташов, С. Кузнецов
Новости электроники, 2, 2007
Принцип работы самоосциллирующих усилителей звуковой частоты класса D, разработанный компанией NXP Semiconductor (бывшая Philips Semiconductor) в 2005 году и названный UcD-технологией, позволяет инженерам-разработчикам аудиотехники достичь новых стандартов качественного воспроизведения.
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 аудиодиапазона. 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 Uк-э биполярного транзистора, равняется приблизительно 1-2 В.
Читать статью в полном обьеме(pdf)
Рис. 1. Осциллограмма преобразования сигнала
Рис. 2. Структурная схема усилителя класса D с внешним генератором пилообразного напряжения
Рис. 3. Структурная схема самоосциллирующего усилителя класса D
Рис. 4. Структурная схема усилителя класса D, работающего по принципу UcD
Рис. 5. Оригинальный модуль усилителя UcD компании Hypex
Рис. 6. Усилитель UcD, разработанный Сергеем Кузнецовым
