Аудиоусилители класса AB: конструкция, эффективность и применение

Аудиоусилители класса AB представляют собой гибридную конструкцию усилителей класса A и класса B. Устанавливая рабочую точку покоя, чтобы транзисторы оставались слегка включенными (смещенными выше точки среза) на протяжении всего цикла сигнала, они эффективно решают проблему перекрестных искажений усилителей класса B. Его основная особенность заключается в том, что два дополняющих друг друга транзистора (NPN/PNP или NMOS/PMOS) чередуют положительные и отрицательные полупериоды входного сигнала, обеспечивая плавный переход в области перехода через нуль.

Усилители класса А поддерживают выходной транзистор в постоянном открытом состоянии на протяжении всего цикла сигнала. Это приводит к превосходному качеству звука, поскольку сигнал непрерывен, но эффективность чрезвычайно низка, при этом большая часть энергии рассеивается в виде тепла.

С другой стороны, в усилителях класса B используются два транзистора: один для положительной полуволны, а другой — для отрицательной полуволны. Каждый транзистор проводит только 180° полупериода сигнала. Это значительно повышает эффективность, но недостатком является то, что два транзистора поочередно включаются и выключаются в точке перехода сигнала через ноль, что может легко вызвать искажение перехода и повлиять на качество звука.

Усилители класса AB предназначены для решения проблемы перекрестных искажений усилителей класса B, сохраняя при этом относительно высокий КПД.

Основными принципами проектирования являются:

Смещение: усилители класса AB подают небольшой ток смещения на выходные транзисторы, заставляя их проводить небольшую проводимость даже при отсутствии входного сигнала. Таким образом, когда сигнал пересекает ноль, оба транзистора остаются слегка включенными, а не полностью выключенными. Это эффективно позволяет избежать перекрестных искажений.

Двухтактная конструкция: в двухтактной схеме обычно используется пара дополнительных транзисторов (таких как NPN и PNP) для усиления положительного и отрицательного полупериода сигнала соответственно. Когда сигнал положительный, один транзистор проводит и усиливает; когда сигнал отрицательный, другой транзистор проводит и усиливает. Из-за тока смещения оба транзистора проводят ток в течение короткого периода времени (обычно более 180°, но менее 360°), когда сигнал приближается к нулю, обеспечивая плавный переход.

Эффективность аудиоусилителя класса AB
Усилители класса AB имеют эффективность между классами A и B.
Усилители класса AB более эффективны, чем усилители класса A. Усилители класса А продолжают потреблять значительную мощность даже при отсутствии сигнала. Однако усилители класса АВ из-за наличия тока смещения потребляют гораздо меньшую мощность в режиме ожидания, чем усилители класса А. Их эффективность еще больше улучшается по мере увеличения уровня сигнала.

По сравнению с усилителями класса B, усилители класса AB вводят ток смещения, что приводит к определенному энергопотреблению в состоянии покоя, что делает их немного менее эффективными, чем усилители чистого класса B. Усилители класса AB обычно имеют КПД от 60% до 70%. Хотя усилители класса AB не так эффективны, как усилители класса D (который обычно достигает более 90%), они предлагают значительные преимущества в качестве звука.

Применение усилителей звука класса AB
Усилители класса AB популярны в различных аудиоприложениях благодаря превосходному качеству звука и относительно разумной эффективности:

Домашние аудиосистемы: к ним относятся усилители, ресиверы и системы Hi-Fi. Усилители класса AB обеспечивают чистый аудиовыход с низким уровнем искажений, отвечающий высоким требованиям аудиофилов.

Автомобильная аудиосистема. Автомобильная среда требует как качества звука, так и мощности. Усилители класса AB широко используются в автомобильных усилителях, обеспечивая мощный и чистый звук.

Телевизионные и мультимедийные системы. Эти усилители интегрируются в бытовую электронику, такую ​​как телевизоры и компьютерные динамики, для управления встроенными динамиками или обеспечения вывода звука.

Усилители для наушников. Во многих высокопроизводительных усилителях для наушников используется конструкция класса AB, обеспечивающая качество звука и динамический диапазон, необходимые для работы наушников.

Профессиональное аудиооборудование: усилители класса AB также широко используются в студийных мониторах, инструментальных усилителях и акустических системах из-за их надежности и качества звука.