Споры о том, что класс Д в УНЧ плох или хорош наверно не утихнут никогда (я буду и дальше использовать русскую букву Д вместо латинской D и надеюсь никого этим не обижу…) . Я в эти споры сегодня лезть не буду, оставлю это вам, в комментариях можно высказывать свои мнения до бесконечности (я тоже с удовольствием почитаю). Сегодня хочу остановится на том, как это работает и когда появилось.

Для начала немного истории.

Вопреки сложившемуся у большинства из нас мнению, класс Д появился не сегодня или вчера, а в 1951 году. И конечно это была разработка на лампах (ту конечно встает вопрос про «теплый ламповый» звук — который действительно «теплый») и принадлежит разработка Советскому ученому Дмитрию Агееву. Одновременно с Агеевым, работу в этом направлении вел английский ученый Алекс Ривз. И в 1955 году, француз Роже Шарбонье тоже создал подобную схему УНЧ и вот именно он впервые назвал это все «классом Д».

Изначально схематические решения (которые на тот момент являлись только теорией) представлялись совершенством и никто естественно не собирался сравнивать качество звучания с предшественниками в схемном решении, преимущества были очевидны. И только в 1964 году были произведены первые промышленные коммерческие усилители и это был провал, полнейший. И главной проблемой явился тот факт, что на радиоэлементах тех времен не возможно оказалось собрать качественный УНЧ класс Д. Я думаю именно тогда зародилось предвзятое отношение к этим усилителям.

В 70-х годах двадцатого века Infinity и Sony тоже строили свои УНЧ класса Д и опять это был провал. и только в 80-х годах подходящие по быстродействию и классу точности транзисторы начали производиться серийно и качественная реализация усилителей класса Д и стала реальностью.

Сегодня усилители класса Д можно встретить во всех мобильных устройствах и как отдельные устройства. Существуют схемы на дискретных элементах и на специальных микросхемах.

Как это работает?

В основу принципа построения усилителя класса Д положен принцип совсем не «аудиофильский», принцип широтно импульсной модуляции (ШИМ). В обработке звука ШИМ используется довольно давно и чаще всего это использовалось для передачи звука через различные радио каналы и каналы уплотнения и для хранения (записи). Для этого сигнал с частотой пригодной для передачи модулировался «полезным» (аудио) сигналом и в таком виде предавался/записывался, а на приеме это дело расшифровывалось (демодулировалось). Однако в УНЧ класса Д положен немного другой способ «использования» ШИМ. В усилителе сигнал приводится в такой вид, в с помощью которого его легко усилить, а зачем преобразуется в аналоговый.

Из блок-схемы легко понять принцип:

• на первый элемент под буквой С (компаратор) поступает 2 сигнала, усиливаемый аудио и несущая или модулируемая частота, это СВЧ сигнал (сотни МГц);
• на выходе получаем цифровой но модулированный сигнал, который имеет форму импульсов равной амплитуды, но разной продолжительности, и эти импульсы усиливаются с помощью пары транзисторов и это должны быть быстродействующие транзисторы(в данном случае MOSFET);
• понятно, что на выходе второго блока сигнал будет по амплитуде равен амплитуде источника питания;
• и последний блок, это LC фильтр, с помощью которого демодулируется усиленный сигнал и срезаются ВЧ шумы.

Что же получается в результате таких сложных манипуляций с сигналом и почему это эффективнее и проще обычного классического УНЧ (скажем класса А)? Дело в том, что на все каскады «классического» УНЧ поступает аудио сигнал который постоянно меняется по амплитуде и по частоте, что накладывает на все каскады усилителя серьезные требования, они должны одинаково хорошо работать во всем спектре частот и амплитуд, особенно это конечно касается транзисторов этого усилителя. При несоблюдении этих требований усиленный сигнал может «окрашиваться» паразитными частотами или наоборот терять в процессе усиления какие-то частоты. В классе Д по сути сигнал вообще не усиливается, дело в том, что выходной каскад тут работает в ключевом режиме и задача выходных транзисторов открываться и закрываться в «такт» приходящих импульсов, коммутируя на выход напряжение питания. Т.е. транзисторы должны быть достаточно высокочастотными и это все.

Зачем все это

Главным плюсом усилителей класс Д является КПД или энергоэффективность, при одних и тех же напряжениях питания удается получить гораздо большее усиление и большую выходную мощность. А на сегодняшний день еще и значительно проще, потому, что появилась масса микросхем с помощью которых строится или весь УНЧ или достаточно добавить выходные транзисторы. КПД порой составляет 90-95%. Второй плюс, как уже понятно, это размеры, и это касается не только схемы и ее монтажа, но и радиаторов для отвода тепла, при одних и тех же выходных мощностях, размеры радиатора усилителя класса А будут в раз в 10 (!) больше чем у класса Д.

Недостатки

Минусы у класса Д тоже конечно есть. Кроме субъективных мнений слушателей, таких как жесткость, или не правдоподобность, или цифровое звучание, есть еще один существенный недостаток — питание. Для любого УНЧ не качественный БП это «смерть» всей работы, но для усилителей класса Д этот вопрос особенно актуален и особенно это касается импульсных источников питания. Плохо отфильтрованный источник питания может «подмешивать» в результате «свой» ШИМ к сигналу ШИМ АЦП усилителя и это может серьезно искажать сигнал на выходе.

Выше пример схемы, который неоднократно обсуждался на многих форумах и является объектом споров. Согласно источника схема должна выдавать 2000Вт при питании +/- 90В. Насколько она рабочая или нет — это вопрос открытый, по крайней мере для меня. Я достоверной информации по этой схеме так и не нашел. Дело в том, что большинство действительно качественных и мощных схем, разработчики очень не охотно отдают бесплатно в массы.

В заключении хочу сказать, что лично я не являюсь стопроцентным приверженцем той или иной схемы или эпохи. Мне приходилось слыхать отлично звучащие усилители на лампах и на микросхемах. И я считаю, что можно до бесконечности рассуждать о влиянии золотого покрытия на разъёмах УНЧ на окраску звука, но решающую роль будет играть исполнение и качество работы. Но это мое субъективное мнение и оно явно отличается от мнения многих других ценителей хороших и качественных усилительных систем.