В
этом разделе собраны статьи и описания патентов, посвященные
современным дискретно-аналоговым усилителям мощности (класс D).
Последние 10-15 лет эта технология бурно развивалась, и появились так
называемые "цифровые" усилители, которые можно слушать без
раздражения, но и без удовольствия: даже дорогие приборы вроде Classe с приличной акустикой звучат посредственно.
Прогресс обусловлен применением в таких усилителях специализированных
БИС, осуществляющих коррекцию в петле отрицательной обратной связи
(ООС) разного рода погрешностей
мощных полумостовых коммутаторов на МДП-транзисторах, работающих
на частотах более 200 кГц.
Теоретически, дискретно-аналоговые звуковые усилители смогут
конкурировать с линейными усилителями мощности, если частота
коммутации выходных транзисторов превысит 2 МГц; в этом
случае, задержка в петле ООС приблизительно сравняется
с постоянной времени линейных УМЗЧ.
Диссертация К.Б. Расмуссена
содержит обзор усилителей класса D с гибридной (цифроаналоговой)
ООС на уровне структурных схем и алгоритмов, а также результаты
измерений выходного каскада.
Патент Нильсена и Хансена.
Патент Пульсена.
Статья о подавлении переходных искажений при 3-уровневой ШИМ.
Ссылка на сайт поклонников усиления в классе D.
Описание модуля мощного усилителя ICEpower
третьего поколения (частота коммутации 250 кГц) представляет практический интерес для сравнительного
обсуждения параметров наиболее совершенных усилителей класса D, поскольку
подобные модули стоят порядка $100 и начали появляться даже в так называемой аппаратуре Hi-End.
Измерения
искажений сделаны с выходным НЧ-фильтром 20 кГц по методике
AES17. Этот эллиптический фильтр 7 порядка обеспечивает затухание 60 дБ
уже на частоте 24 кГц! (Напомню, что
искажения линейных усилителей мощности, как правило, измеряются в
полосе до 80 кГц. ) Поэтому в описании модуля и появились тысячные доли
процента общих гармонических искажений на 1 кГц.
С измерением интермодуляционных искажений еще интереснее, - приведены
цифры и спектры только для высокочастотного метода CCIF, но выбраны
нестандартные частоты 1 кГц и 18,5 кГц, а измерения сделаны при 10 Вт , т.е. 1/5
номинальной выходной мощности (50 Вт). (Для линейных УМ, как
правило, выбирают частоты 13 и 14 кГц, или "бескомпромиссные" 19 и 20
кГц, при номинальной мощности.) Правда, использованная методика
улучшает только численные показатели: относительный уровень паразитных
гармоник, судя по графику, составляет примерно -72 дБ. Измерение
интермодуляции по низкочастотному методу SMPTE (60 Гц/7 кГц,
4:1) позволило бы составить более полное представление о линейности
модуля, включая импульсный блок питания.
Частотная характеристика модуля зависит от нагрузки, но, в любом
случае, она линейна (в пределах 0,5 дБ) до 20 кГц. С фазовой
характеристикой хуже: сдвиг на частоте 20 кГц составляет примерно 30
градусов, поэтому ожидать достоверный звук от такого усилителя не приходится.
Ни скорость нарастания выходного напряжения, ни время установления в
описании не упоминаются, никаких осциллограмм для импульсных сигналов
не приводится. К сожалению, оценить эти параметры по спектру
импульсной интермодуляции (TIM), приведенному в описании, невозможно.
Представляет ли КПД модуля 80% большой интерес для
аудиофилов? Вряд ли. Относительно низкая стоимость? Возможно, для
многоканальной, многополосной и многозонной системы.
Хотя стоимость модуля УМ на двух ИС TDA7294 (или одной LM4780) с импульсным же
блоком питания будет раза в 3 меньше. Не все ясно с уровнем
излучаемых помех (возможно, потребуется тщательное, многослойное
экранирование, в том числе, акустических кабелей) и наличием биений со
звуковыми частотами, тактовыми частотами ЦАП и т.п.
Все это вызывает обоснованные сомнения в целесообразности использования
подобных модулей в высококачественной аппаратуре звуковоспроизведения:
в любом случае, вы не сможете установить фильтр, аналогичный AES17,
между таким усилителем и вашими акустическими системами, чтобы
реализовать измеренные параметры на выходных клеммах усилителя.
Обозреватели, которые слушали интегрированные усилители с данным
модулем (например, TEAC A-H01), единодушно характеризуют их звучание,
как "мутное".