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Was ist der Unterschied zwischen Klasse A, Klasse B und Klasse D?

Was ist der Unterschied zwischen Klasse A, Klasse B und Klasse D?

Aktualisierungszeit:2019/9/7
Was ist der Unterschied zwischen Klasse A, Klasse B und Klasse D?
Wenn Sie längere Zeit der Leistungsverstärkertechnologie gefolgt sind, haben Sie die Erwähnung von "Klasse" als Klasse A, Klasse AB usw. bemerkt. Diese Begriffe beziehen sich nicht auf die Qualität, sondern auf die Betriebsparameter des Ausgangs Sektion. Die meisten Endstufen des Leistungsverstärkers arbeiten in einer Gegentaktkonfiguration, bei der die Leistung von zwei Netzteilen auf beiden Seiten der Erde oder von Null Volt geliefert wird. (Es gibt einige, die dies nicht tun, aber sie sind relativ nicht linear und müssen hier nicht berücksichtigt werden).
Klasse b
Die Push-Pull-Ausgangstransistoren teilen sich die Last und müssen theoretisch nur dann arbeiten, wenn das Signal in positiver oder negativer Richtung vom Boden wegschwingt. Wenn die Transistoren am Nullausgang vollständig ausgeschaltet sind und erst bei vorhandenem Signal zu leiten beginnen, wird dies als Betrieb der Klasse B definiert. Dies ist eine effiziente Art, den Ausgang zu betreiben, und der Verstärker läuft ohne Signal kühl, aber es gibt einen Nachteil; Die Ausgabegeräte haben immer eine gewisse Verzögerungszeit in ihrem Betrieb, und daher erscheint am Nullpunkt eine kleine, aber möglicherweise störende Totzone, die als "Überkreuzungsverzerrung" bezeichnet wird. Obwohl diese Crossover-Nichtlinearität nicht unbedingt große Beträge zu den Verzerrungszahlen hinzufügt (0,05% sind wahrscheinlich typisch), ist es leicht zu hören.
Klasse AB
Glücklicherweise kann die Überkreuzungsverzerrung durch das einfache Mittel, die Ausgangstransistoren im Leerlauf "leicht vorgespannt" zu betreiben, auf vernachlässigbare Proportionen reduziert werden, so dass sie zu leiten beginnen, bevor der Ausgang durch den Nullpunkt schwingt. Wenn ein Verstärker diesen vorgespannten Ausgangsmechanismus ausführt, wird er als "Klasse AB" bezeichnet. Es sind nur mäßige Vorspannungen erforderlich, und da dieser nur wenig Wärme erzeugt, ist dieser Verstärkertyp immer noch recht effizient. Crossover-Verzerrungen haben eine Reihe von Möglichkeiten, um ihren hässlichen kleinen Kopf zu öffnen, selbst wenn eine angemessene Vorspannung vorhanden ist. Daher muss die Technik dieses Verstärkertyps sehr genau und präzise sein, um bei allen Frequenzen die geringste Verzerrung zu erzielen . Bei ordnungsgemäßer Ausführung ist jedoch kein genauerer oder verzerrungsärmerer Verstärker verfügbar. 0,01% sind typisch und 0,001% sind erreichbar.
Klasse a
Einige Ingenieure ziehen es vor, sich bei ihren Konstruktionen nicht mit der Möglichkeit von Überkreuzungsverzerrungen auseinandersetzen zu müssen, und wählen ein anderes Vorspannungssystem namens "Klasse A", bei dem die Ausgangstransistoren so stark vorgespannt sind, dass sie kontinuierlich mehr als den Volllaststrom leiten auch im Leerlauf. Daher schalten sie niemals "ein" oder "aus", wodurch theoretisch Überkreuzungsverzerrungen vermieden werden.
Leider weist dieses Betriebssystem einige offensichtliche (und einige weniger offensichtliche) Nachteile auf. Wenn so viel Strom fließt, wird eine enorme Wärmemenge erzeugt, sodass der Verstärker aufgrund der enormen Wärmeableitungsmechanismen nicht nur ineffizient, sondern auch groß und teuer ist. Dies erwärmt folglich den gesamten Raum als Nebeneffekt. (Schön im Winter, aber denken Sie daran, dass elektrische Wärme die teuerste Art ist, die es gibt).

Ein nicht so offensichtlicher Nachteil bei Konstruktionen der Klasse A besteht darin, dass dieser hohe Leerlaufstrom Konsequenzen für die Verzerrungspegel hat, die weit über die theoretische Eliminierung von Überkreuzungsartefakten hinausgehen (was selbst an sich umstritten ist). Transistoren weisen zahlreiche Arten von Verzerrungsmechanismen auf, darunter Abweichungen von der Linearität unter Bedingungen von gleichzeitig hoher Spannung und hohem Strom. Dies sind natürlich die genauen Parameter, die für den Betrieb der Klasse A erforderlich sind, und ein typischer Verstärker der Klasse A lässt Verzerrungspegel mindestens 10-mal und oft über 100-mal so hoch wie ein Verstärker der Klasse AB mit ähnlicher Leistung oder etwa 0,1% laufen . Eine sorgfältige Untersuchung des Verzerrungsspektrums zeigt auch, dass alle Harmonischen erhöht sind, einschließlich derjenigen, die durch die Überkreuzungsverzerrung dargestellt werden, auf die die Klasse-A-Operation ursprünglich ausgerichtet war!
Klasse D.
In die andere Richtung bietet die Klasse D einen hohen Wirkungsgrad durch einen ganz anderen Ansatz für den Ausgangsbetrieb. Klasse D, die fälschlicherweise oft als "digitale Verstärkung" bezeichnet wird, ist eigentlich ein analoges System, das die Breite des Tastverhältnisses von oben nach unten einer Rechteckträgerfrequenz variiert. Der Verstärker wechselt immer noch von negativen zu positiven Spannungen und wieder zurück, jedoch kontinuierlich mit einer hohen Frequenz von vielleicht 500 kHz. Die Zeit, die es in dem einen oder anderen Extrem verbringt, ist proportional zum Ort oder zur exakten Spannungs-Zeit-Beziehung des gewünschten Signals in diesem Moment.

Da die Ausgabegeräte fast ihre gesamte Zeit entweder mit Voll-Ein oder Voll-Aus verbringen (Bereiche mit absolut minimaler Verlustleistung), ist der Wirkungsgrad mit 80 bis 90% sehr hoch. Somit erzeugen diese Verstärker sehr wenig Wärme und müssen nicht so schwer oder so groß sein wie typische Klasse-AB-Verstärker (ganz zu schweigen von den Klasse-A-Monstern)! Es gibt natürlich auch Nachteile. Klasse D verwendet per Definition sehr große HF-Signale und muss abgeschirmt und gut gefiltert sein, um Interferenzen und lautsprecherschädigende Ausgänge zu vermeiden. Dies beeinträchtigt wiederum die allgemeine Linearität und erhöht die Kosten. Daher ist dies keine kostengünstige Technologie. Die Gesamtverzerrung entspricht normalerweise der Verstärkung der Klasse A; gut, aber nicht großartig, bei etwa 0,1% oder so. Wenn Effizienz Ihre Anforderung ist, ist dies der richtige Weg.