На самом деле проектирование усилителя это одновременно и искусство, и наука. И также как и в случае с громкоговорителями, хороший инженер может дать усилителю свой «голос» для создания особенного звука. Но хотя и существует множество способов создания усилителя, все они отвечают определенным принципам, которые определяют работу усилителя.
Классовая борьба
Все усилители придерживаются определенных конструктивных параметров, благодаря которым их разделяют по классам усиления: класс A, класс AB, класс B, класс D и т.д. Класс определяет уровень усиления и эффективность работы усилителя.
Усилители класса A характеризуются всегда включенными выходными каскадами, что означает, что отдельные устройства вывода - транзистор или вакуумная трубка - отвечают за усиление полной амплитуды входного сигнала. Аудиосигнал является волной, и амплитуда аудиосигнала измеряется как напряжение выше (положительное) и ниже (отрицательное) нулевой точки (горизонта). Устройство вывода усилителя предназначено для усиления полной амплитуды сигнала, соответственно усилитель класса A остается включенным на протяжении всего цикла амплитуды в 360 градусов и отвечает за усиление как положительных (180 градусов "вверх"), так и отрицательных (180 градусов "вниз") половин сигнала.
Необходимость быть постоянно включенным объясняет, почему усилители класса A производят много тепла. Если усилитель класса A находится в небольшом помещении, без кондиционера не обойтись. В транзисторных усилителях используют радиаторы, которые отводят тепло от выходных транзисторов для предотвращения их поломки. Примечательно, что тепло, которое выделяют усилители класса A, составляет около 65% от потребляемой ими энергии. То есть на само усиление идет только 35%.
Усилители класса B характеризуются устройствами вывода, которые работают всего лишь со 180 градусами амплитуды. То есть в отличие от усилителей класса A, устройства вывода работают только с половиной цикла амплитуды. Выходной каскад усилителей класса B имеет двухтактную конфигурацию. То есть если усилитель класса A может использовать всего одно выходное устройство для усиления всей звуковой волны, усилителю класса B потребуется как минимум два выходных устройства: "положительный" и "отрицательный". Интересно, что хотя усилителю класса B необходимо в два раза больше устройств вывода, его эффективность может достигать до 78,5% за счет того, что в каждый момент времени работает только половина устройств вывода.
Между классами A и B существует класс AB, гибрид двух исполнений, который может быть настроен так, что устройства вывода могут работать в интервале от 51% до 99% времени (50% соответствует классу B и 100% классу A). Эффективность такого усилителя также находится посередине показателей классов A и B.
Самыми эффективными в настоящее время являются усилители класса D, и не только благодаря их низкому энергопотреблению. Эти усилители часто ошибочно называют "цифровыми усилителями", но на самом деле они являются полностью аналоговыми устройствами. Устройства выхода класса D называют цифровыми, потому что они либо полностью включены (цифровой "1"), либо полностью выключены (цифровой "0"). Такой режим работы дал усилителям класса D более точное название "переключающийся усилитель". Но как усилитель производит непрерывный аудио сигнал, если он половину времени фактически выключен? Секрет в том, что переключения происходят невероятно быстро. Скорость переключений может составлять 90000-600000 раз в секунду. Так как усилители класса D не выделяют тепло в моменты выключений, усилители класса D работают гораздо эффективнее усилителей других классов. Эффективность может достигать 90%. А так как усилители класса D выделяют мало тепла, им нужны совсем небольшие радиаторы, а иногда и вовсе не нужны. Источник питания тоже требуется небольшой. За счет всех этих технологических особенностей, усилители класса D достаточно легкие - около 2-3 кг против 30 кг усилителя класса A.
Так как традиционно считается, что усилитель должен быть достаточно тяжелым, усилители класса D, бывает, не вызывают уважения из-за своего небольшого веса. И некоторые производители помещают свои D-модели в весомые корпуса для придания им солидной массы. Но вес - не единственная претензия к усилителям класса D.
Сторонники усилителей класса A утверждают, что звук усилителей класса A лучше, потому что они никогда не выключаются и не производят шума от переключения, а частое переключение усилителя класса D приводит к лишнему шуму
