20 Попытка понять, как работает "Class-AA" (VC4) от Technics. Ну и заодно про Class-A+ (Technics SE-A1) и

АХТУНГ! МНОГАБУКФФФ!

Вот изучал КУЧУ мануалов к усилкам (Pio, Denon, Sansui), и почти везде был раздел "Description", где подробно и с картинками описывалось, как работает та или иная необычная часть схемы. Чаще всего — всякая фигня, которая и без пояснений понятна. А вот тут просто НАДО данный раздел, А ЕГО НЕТ!
Посмотрим, что пишут:
"Class AA is indeed a (Matsushita invented) name for an amplifier topology consisting of both a class A stage as a voltage control amplifier as well as a class B stage for the current drive—plus a so-called "Class AA Bridge" which links together the two amp stages."

Это мне СИЛЬНО напоминает фразу из MiB (Люди в Чёрном):
— "Мы с Ти одолели рой одной лишь смекалкой и де-атомайзером седьмой серии"
— НО КАК?
— "Одной лишь смекалкой и де-атомайзером седьмой серии!"

Примерно так я вижу приведённое выше объяснение работы данной схемы.

Попробую разобраться сам!
Честно говорю: пока не понимаю. как сиё чудо работает. Требуется "пояснительная бригада". Только не в формате "Одной лишь смекалкой и де-атомайзером седьмой серии!" :-)

Вот у нас есть упрощённая схемка на ОУ. Они (Мацушита) делают такие "композиные" ОУ и используют их, в т.ч. в слаботочных приборах типа СД. Так что "Class-AA" может быть написано не только на усилителях.

Левый ОУ тут — "А", нижний — "В". Почему "А" и "В"? Потому что в Усилителях Мощности эти задачи выполняют:
— маломощный усилитель в Классе-А
— мощный усилитель в Классе-В, или АВ.

Если нет усилителя "А", то "В" делает так, чтобы U1 = U4 (выравнивает потенциалы на входах).
При этом, если мост точно сбалансирован, то U1 = U4, вне зависимости от того, что на выходе В (U2)
Т.о. при точно сбалансированном мосте, и отсутствии "А", эта схема не работает.
При не сбалансированном мосте, т.е. разном соотношении сопротивлений в правой и левой ветках, эту схему можно уравновесить только в случае I = 0, т.е. Ub=Uo. НО если далее стоит нагрузка и она потребляет ток, то Ub никогда не будет равно Uo. Точнее, будет, но опять-таки, при нулевом токе через мост.
Т.е. если есть потребляемый ток нагрузкой, то никогда мост не уравновесится с помощью только усилителя "В". Т.е. баланс может быть только между разбалансированным мостом, и тем, как мост "перекашивает" "А".

==========================================================
Посмотрим это на другой, более приспособленной для этого картинке:

Я действительно не понимаю, как оно работает! То ли дело, хитромост от Ямаха! Там — всё просто, как 2 пальца!

Просто напишу все соотношения, которые найду:
Io = Ia+Ib+Ic
Ic = Ub/(R3+R4) — его можно вообще не учитывать, думая, что R3 и R4 ОЧЕНЬ БОЛЬШИЕ, а ток — пренебрежимо мал.
Uo = 0 — это опять-таки, сделано для упрощения, т.к. ни на что не влияет, а писать МНОГО и запутаться проще. Грубо говоря, все напряжения измеряются относительно выходного.

Uc = Ub*R4/(R3+R4) = kUb, k = R4/(R3+R4), 0<k<1

Io = Ia+Ib
Ua = R2*(Ia+Ib)
Ub = Ua+Ib*R1
Ua = k*Ub ( = Uc)

Попробуем исключить хоть что-то … По идее, 5 переменных, 4 уравнения — надо ещё что-то, чтобы система решалась. (то, что они написали ниже — это как раз про случай сбалансированного моста — тогда система не имеет единственного решения)

kUb = R2*(Ia+Ib)
Ub = kUb+Ib*R1 => Ub(1-k) = Ib*R1 => Ub = Ib*R1/(1-k)

Ib*R1*k/(1-k) = R2*(Ia+Ib)
Ib*R1*k = R2*(Ia+Ib)*(1-k) = R2*Ia*(1-k)+R2*Ib*(1-k)
Ib*R1*k — Ib*R2*(1-k) = Ia*R2*(1-k)
Ib*(R1*k +R2*k — R2) = Ia*R2*(1-k)
Ib = Ia*R2*(1-k)/(R1*k — R2*(1-k))
Ib = K*Ia,
где K = R2*(1-k)/(R1*k — R2*(1-k)) — коэффициент, определяемый соотношением резисторов моста.
У сбалансированного моста:
R2 = kR (R = R1+R2)
R1 = (1-k)R
K = k(1-k)R/(k(1-k)R — k(1-k)R) = k(k-1)/0 — делить на ноль, как мы знаем, нельзя. Точнее говоря, можно, если готовы иметь дело с абстракциями типа бесконечности. Понятно, что в реальной жизни, абсолютно сбалансировать мост нельзя. А уравнение превращается в Ia = Ib/K, которое разрешено математически, но теряются причинно-следственные связи.

Можно ещё поупражняться с данным уравнением ( Ib = Ia*R2*(1-k)/(R1*k — R2*(1-k)) ) и пересчитать через Io, возможно, получится формула как на картинке.

Ладно. Что-то прояснилось.

==========================================================

Кстати, если сделать Ку "В" не бесконечным, это заменит соотношение Ua = k*Ub ( = Uc) на другое. На какое — это зависит от конструкции (схемы) усилителя и конкретных параметров деталей, в частности, номиналов резисторов. Т.о. в общем случае, просчитать, как будет работать этот мост, с "треугольничками" вместо усилителей, уже не получится.

==========================================================

Посмотрим, что говорят иностранцы.
С Аудиокармы:
Matsushita Bridge, also referred to as a Wheatstone coupling — это чтобы знать, чего искать. Т.к. по запросу "принцип работы VC-4 Bridge", выдал почти ничего.

"Class AA is indeed a (Matsushita invented) name for an amplifier topology consisting of both a class A stage as a voltage control amplifier as well as a class B stage for the current drive—plus a so-called "Class AA Bridge" which links together the two amp stages.
Matsushita had been in a long dispute with a Mr. Sandman who claimed to have invented that principle before, but eventually they somehow still managed to keep that name. I'm not interested in that lawsuit stuff, so I don't know the details of what happened there. …"

"Класс AA — это действительно придуманное компанией Matsushita название топологии усилителя, состоящей как из каскада класса A для управления напряжением, так и из каскада класса B для привода тока, а также из так называемого "моста класса AA", который соединяет два усилительных каскада.
У Matsushita был долгий спор с неким мистером Сэндменом, который утверждал, что изобрел этот принцип раньше, но в конце концов им каким-то образом удалось сохранить это название. Меня не интересуют судебные тяжбы, поэтому я не знаю подробностей того, что там произошло."

Далее — Бла-бла-бла про классы "А", "В", "АВ", "New Class A", "Super A", "Optical Class A", … . Их я пропущу.

"Next came Class AA – the main subject of this thread. This topology does not have anything to do with New Class A, except that it also tries to minimise (resp. eliminate) crossover distortions! Class AA came up in the mid 80s (the first amp using this topology being the Technics SE-A100). The way class AA works is both quite simple and very effective: two amplifier stages share the workload. The main powerhouse, responsible for high output currents, is a class B stage ("Current Drive"). Since class B stages tend to produce increased distortions when the signal switches polarity, or in general if the signal is very faint (during quiet passages), the class A stage carries over and amplifies what the class B stage is unable to without producing distortions. One could say, the class A stage keeps up the voltage below the silicon's threshold of 0.75V and is hence called "Voltage Control" amplifier. If that's just a mnemonic or not I don't know.
One more thing: the class AA bridge. This is basically nothing more than a resistor network linking together the voltage control and current drive stage. In higher ended units like the SE-A100, the class AA bridge may further contain some capacitors and inductors.
To put it all together, this is what a class AA stage eventually looks like (picture taken from the SE-A100 service manual):"

"Далее шёл класс АА – основная объект данного обсуждения. Эта топология не имеет ничего общего с New-A, за исключением того, что она так же пытается минимизировать коммутационные искажения! Класс AA появился в середине 80-х (первым усилителем, использующим эту топологию, стал Technics SE-A100). Принцип работы класса AA довольно прост (БГГггггг) и очень эффективен: два усилительных каскада распределяют нагрузку. Основным источником питания, отвечающим за высокие выходные токи, является усилитель класса В ("Привод по току"). Поскольку каскады класса В, как правило, создают повышенные искажения при смене полярности сигнала или, как правило, при очень слабом сигнале (во время тихих переходов), каскад класса А передает и усиливает то, на что не способен каскад класса В, не создавая искажений. Можно сказать, что каскад класса А поддерживает напряжение ниже кремниевого порога в 0,75 В и, следовательно, называется усилителем с регулировкой напряжения. Является ли это просто мнемоническим или нет, я не знаю.
И еще одно: мост класса АА. По сути, это не что иное, как цепь резисторов, соединяющая каскад управления напряжением и каскад управления током. В устройствах более высокого класса, таких как SE-A100, мост класса АА может дополнительно содержать некоторые конденсаторы и катушки индуктивности.
Если свести все это воедино, то вот как в конечном итоге выглядит ступень класса АА (фото взято из руководства по техническому обслуживанию SE-A100).:"

Это пока объяснение на уровне "деатомайзером седьмой серии и смекалкой".

Далее — рассказ про SE-A1 и что такое Class-A+:

"Okay, while we're at it, there was one more amplifier topology used (and actually invented) by Matsushita: Class A+. The holy grail.
Why that? Well, because Class A+ has been used in one device only. One. And that is the famous SE-A1.
Time-wise Class A+ is some kind of a predecessor of New Class A, but it works entirely differently. In Class A+ the major amplification job is actually done by a class A output stage. However, here comes the ingenious trick: the power source for the class A stage is a class B stage. This stage is a floating power source, which does the following:
It keeps the class A stage's output transistor's collector-emitter voltage constant
However, during silent passages it minimises the available current to the class A stage's power transistors
This way, the transistors can constantly be biased (and hence don't produce crossover distortions) but due to the current limitation there is hardly any heat being produced in the transistors. This allowed Technics engineers to make the SE-A1 produce an enormous amount of output power (350W at both four and eight ohms), while having the output stage always stay in class A mode."

"Ладно, раз уж мы об этом заговорили, то Matsushita использовала (и фактически изобрела) еще одну топологию усилителя: класс A+. Святой грааль.
Почему так? Ну, потому что класс A+ использовался только в одном устройстве. Одном! И это знаменитый SE-A1.
По хронологии, A+ является предшественником New Class-A, но работает он совершенно по-другому. В классе A+ основная работа по усилению фактически выполняется выходным каскадом класса A. Однако в этом заключается хитроумный трюк: источником питания для ступени класса А является ступень класса В. Эта ступень представляет собой плавающий источник питания, который выполняет следующие функции:
Это поддерживает постоянное напряжение коллектор-эмиттер выходного транзистора каскада класса А
Однако во время бесшумных переходов оно минимизирует ток, подаваемый на силовые транзисторы каскада класса А
Таким образом, транзисторы могут быть постоянно смещены (и, следовательно, не создавать коммутационных искажений), но из-за ограничения тока в транзисторах практически не выделяется тепло. Это позволило инженерам Technics добиться того, чтобы SE-A1 выдавал огромную выходную мощность (350 Вт как при четырех, так и при восьми Омах), при этом выходной каскад всегда оставался в режиме класса А."

Ничего не объяснил, но что-то рассказал.

==========================================================
Никаких бумажек, пояснений, или даже просто схем, показывающих принцип работы SE-A1, я не нашёл (ХА_ХА! НАШЁЛ! СПАСИБО тов. с ДуйАудио!). Так что, наверное, то, что описано выше — уже хорошо.

Если честно, подобная организация усилителя — первое, что приходит голову, когда начинаешь думать о том, как бы снизить потребляемую мощность, и при этом сохранить работу выходных транзисторов в "классе А", т.е. без ухода в отсечку и коммутационных искажений.
Соотв., решение: плавающий низковольтный источник на каждый канал + мощный усилитель в классе-В, или АВ, "таскающий" этот самый низковольтный плавающий ИП с низковольтным же усилителем в Классе-А.
Чем-то эта схема перекликается с классом "H", или "G", за минусом того, что в "H", и "G" низковольтные источники не плавающие.
Сложность очевидна: дополнительные "плавающие" источники питания.

В хитромостовой Ямахе А-2000/А-2000а сделано похоже, но по-другому: усилитель класса "А" перенесен на другую сторону нагрузки, в результате чего, низковольтные источники, получаются не_плавающие:

Картиночка, увы, только такая.
Если я правильно понял принцип, то основной усилитель в классе В или АВ, играет "как может", А усилитель в Классе-А, выдаёт разницу между тем, как должно быть, и как играет "АВ" на холодную клемму выхода. В сумме получается куда ближе к тому, что должно быть, чем выдаёт "АВ" и энергии потребляет куда меньше, чем "А" соотв. мощности.

В 1977-82 Technics SE-A1 сделано по иному: усилители "АВ" и "А" включены последовательно: "АВ" следует мощному сигналу, и таскает на себе низковольтный усилитель "А" с его плавающим питанием, а всякую мелочь отрабатывает тот самый "А". Более того, эти два усилителя объединены в один, с общей ОООС, и мощный усилитель "АВ" работает как "второй этаж" питания в Class-H, только не ступенчато, а постоянно. Или как каскоды в "прямой" УХЦ-МОС серии от Дынон.

==========================================================
Список усилителей по классам тоже полезен:
New Class A: Integrated: SU-V10 (first New Class A device ever), SU-V6, SU-V8, SU-V7, SU-V707, SU-V9, SU-V909, SU-V85, SU-V90D, SU-V100D (Japan only). Power amps: SE-A3 (MK2), SE-5 (MK2), SE-A7, SE-A70 (USA only)

Class A+: SE-A1

Class AA: Integrated: SU-V900, SU-MA10. Power amps: SE-M100, SE-A50, SE-A100, SE-A2000, SE-A3000, SE-A5000, SE-A7000. Pre-amps: SU-A40, SU-A60, SU-A200, SU-A1010, SU-A2000, SU-A3000, SU-A5000, SU-A7000

==========================================================

Ну и комментарий другого товарища оттуда же про звучание всего этого:
"I got an 8055 (class AB), a V5 (new class A), a VX2 (new class A) and a V45a (class AA) from eBay for comparison.
The 8055 sounded like a transistor, the V5 had impressive dynamics but was (much) too heavy on the high frequencies, the VX2 had a very neutral sound in any aspect. The V45a had a more transparent, cleaner sound than the VX2 although the difference was less obvious than among the others. However, the V45a exhibited a slight lack of dynamics compared to all others. I found similar descriptions on some blogs since, in particular regarding the V5 and the V45a — so it is not only me !
I suspect that the 8055 and V5 sounded much better when they were new, and they need to be recalibrated or even need to have a change of some capacitances (the power meters of the 8055 show different values for both channels for unknown reasons, the V5 is only slightly better).
I further suspect that Technics played with the dynamic response of the amplifiers — in particular if you have a VC, it does not seem difficult to make the cheaper systems sound a bit weaker that the expensive ones.
I also suspect that class AA compensatesin an excellent way even for ageing components."

1978-80 Technics SU-8055 АВ 650DM 7,7 kg 500 W 430x142x255 47 0,02% 48 0,02% 36 5 — 40 k ?
1980-82 Technics SU-V5 New-A 54'800Y / 800DM 7,4 kg 110 (515) W 430x97x310 60 0,005% 0,005% 40 2 — 120 k
1985-86 Technics SU-V2X New-A 580DM 6,3 kg 295 W 430x97x290 45 0,005% 60 5 — 120 k
1987-89 Technics SU-V45A Class-AA 698DM 6,7 kg 420 W 430x104x290 45 0,009% 85 0,005% 5 — 120 k

В общем, сравнивал всякое *оно*.

"Для сравнения я купил на eBay модели 8055 (class AB), a V5 (new class A), a VX2 (new class A) and a V45a (class AA).
8055 звучал как транзистор, V5 обладал впечатляющей динамикой, но был (сильно) тяжеловат на высоких частотах,
VX2 обладал очень нейтральным звучанием во всех отношениях.
У V45a был более прозрачный и чистый звук, чем у VX2, хотя разница была менее очевидной, чем у других моделей. Однако V45a демонстрировал небольшой недостаток динамики по сравнению со всеми остальными. С тех пор я нашел похожие описания в некоторых блогах, в частности, в отношении V5 и V45a — так что это касается не только меня!
Я подозреваю, что 8055 и V5 звучали намного лучше, когда были новыми, и их нужно перекалибровать или даже изменить некоторые емкости (измерители мощности 8055 по неизвестным причинам показывают разные значения для обоих каналов, V5 лишь немного лучше).
Я также подозреваю, что Technics сыграла на динамических характеристиках усилителей — в частности, если у вас есть VC, нетрудно добиться того, чтобы более дешевые системы звучали немного слабее, чем дорогие.
Я также подозреваю, что класс AA отлично компенсирует даже устаревание компонентов."

==========================================================

Matsushima Bridge — это двухшарнирный арочный дорожный мост в городе Амакуса, Кумамото, Япония. Он был завершён в 1966 году.

ЧЕРТИ ! ! ! Они ещё и мост такой построили, чтобы я ничего по теме найти не мог!

Нашёл несколько патентов, но о чём они — надо смотреть. Это долго и сложно, т.к. английский у меня далеко не беглый.

Поищем по "Wheatstone coupling"
Зы … "Wheatstone coupling" — просто измерительный мост. Без всяких приделанных сбоку перекашивателей.

==========================================================

Ну и пару слов про Нью-А:
Класс-А всем хорош, кроме потребления и выделяемой мощности. Причём, если правильно помню, то множитель у усилителя класса-А около 15. Т.е. усилитель 2х30Вт будет потреблять 450Вт, причём, ПОСТОЯННО, причём, если у АВ потребление "на себя" увеличивается с увеличением отдаваемого сигнала, то у "А" ровно наоборот: он всегда кушает 450 и может из них отдавать до 2х30Вт в нагрузку. Тогда "на себя" тратит на эту величину меньше. И нагруженный усилитель в "Классе-А" холоднее, чем не нагруженный.
Так вот, если 450Вт ещё +/- терпимо, то 2х100Вт должен потреблять уже 1,5кВт.
А 2х200Вт — 3кВт. Причём, ПОСТОЯННО!
Естественно, возникают вопросы: а как бы сделать так, чтобы и 100-200-300Вт в нагрузку выдавало, и не ело при этом как не в себя, и транзисторы в отсечку не уходили?
Опять-таки, естественный ответ — задать минимальное смещение. Чтобы ток через транзистор не прекращался, но оставался маленьким. Таким образом, появился класс "Нью-А". Сначала его сделали "параметрическим": добавили некие цепочки, не позволяющие закрываться выходным транзисторам, а затем, и "следящим" — сделали специальную микруху, следящую за напряжением на баластных резисторах и не позволяющую ему (напряжению) падать ниже опр. значений.
К "параметрическим" относятся, например, Pioneer A700, A900, M-10, Technict SU-V10, … (надо схемы смотреть)
К "следящим" — Pioneer A-150/200/616/717/636/656/757/90D/91D, куча JVCшек, YAMAHA-х, … . По моему мнению (и не только), этот класс не особо удался. Но кому-то нравится. Да и "по бумажкам" всё замечательно.
Более сложные "следящий" Нью-А — у ДЭНОН. Называется "какой-то там-bias" live-bias? Это усилители серии PMA-790/970, POA-1500/2200/3000Z/4400/6600/7700/8000 — все они с системой DDS. Играют весьма пристойно.
Следующий класс — Optical-A у того же DENON: там смещение переключается при помощи оптопары в зависимости от величины сигнала. Ну и DDS нету. Скорее всего, хуже, чем с DDS POA-2400/3000G/4400A/6600A
Ещё были так называемые "computer driven", в частности — у Техникс. В них смещением выходного каскада управляет компьютер, тоже в зависимости от сигнала, температуры радиатора, … . Как там это сделано — надо смотреть.
Ну, и всякие композитные усилители типа хитромостовых Ямах, VC-4 у Technics, …