Choć koreańska marka nie jest jedyną, która wykorzystuje układy GaN FET, to na pewno jest jedną ze śmielej poczynających sobie na tym polu. Pod nazwą HiFi Rose kryje się innowacyjna marka nietuzinkowych urządzeń klasy Hi-Fi i Hi-End, która nie boi się stosować autorskich rozwiązań technicznych. Jednym z nich jest nowatorska konstrukcja stopni mocy, wykorzystywanych do współpracy z głośnikami. Co to jest GaN FET oraz na czym polega koncepcja wzmocnienia pracującego w klasie AD? Wyjaśniamy.
Spis treści: Wzmacniacz klasy AD GaN FET – opis technologii
Wzmacniacze pracujące w klasie A, AB oraz D
Układy wzmacniaczy audio mogą się różnić sposobem pracy - klasą. W zależności od poziomu wstępnego spolaryzowania tranzystorów mocy (prądu który stale płynie przez te elementy) mówimy o klasie A, B, AB itd. Klasa D stanowi swoistego rodzaju wyjątek w tej klasyfikacji, gdyż sygnał użyteczny doprowadzony do tranzystorów mocy ma przebieg bardziej przypominający prostokąty niż sinusoidę.
Wzmacniacze klasy A
Przez elementy wzmacniające sygnał stale płynie prąd o dużym natężeniu. Dzięki temu pracują one na najbardziej liniowym odcinku ich charakterystyki, co skutkuje najwierniejszym wzmocnieniem sygnału.
Wadą klasy A jest bardzo mała sprawność wzmacniacza, teoretycznie osiągająca nie więcej niż 25%. Tylko ¼ dostarczonej z gniazdka energii jest zamieniana na dźwięk. W praktyce bywa ona jeszcze niższa. Pozostała część energii zamieniana jest w ciepło - to z tego powodu te konstrukcje posiadają z reguły potężne radiatory, które tę temperaturę mają skutecznie odprowadzić na zewnątrz.
O ile w przypadku stopni liniowych w przedwzmacniaczach czy stopniach liniowych odtwarzaczy nie stanowi to większego problemu, to działanie końcówek mocy w takim trybie pracy nastręcza wielu kłopotów np. konieczność stosowania wydajnych systemów chłodzenia – czyli m.in. wspomnianych wcześniej dużych radiatorów.
Wzmacniacze klasy AB
Stanowią one niezbędny kompromis między klasą B (największa możliwa dla klasycznego wzmacniacza analogowego sprawność energetyczna) i klasą A (jak wyżej), w celu uzyskania akceptowalnej przez ucho ludzkie jakości dźwięku.
Relatywnie niewielkie natężenie prądu spoczynkowego jest tak dobrane, aby zlinearyzować tylko najbardziej zakrzywiony odcinek charakterystyki. Klasa AB zapewnia zatem minimalne zniekształcenia przy dużej sprawności wzmacniacza, niemalże takiej jak dla klasy B – teoretycznie do 78%.
Wzmacniacze klasy D
Jeśli oba tranzystory będą na przemian albo całkowicie otwarte, albo całkowicie zamknięte, układ będzie pracował w klasie D. Proces otwierania i zamykania odbywa się z częstotliwością kilka- bądź kilkunastokrotnie większą od najwyższej częstotliwości sygnału. Na wyjściu tranzystorów mocy otrzymujemy sygnał o przebiegu prostokątnym, niczym górna powierzchnia klocków Lego. Ponadto współczynnik wypełnienia impulsów będzie proporcjonalny do chwilowych wartości sygnału audio.
Prawidłowy niezniekształcony, a już odpowiednio wzmocniony sygnał uzyskujemy dopiero po przepuszczeniu go przez filtr typu LC znajdujący się między wyjściem wspomnianych tranzystorów a zaciskami głośników na tylnej ściance wzmacniacza.
Istota tego rozwiązania sprowadza się do tego, że tranzystory mocy pracują jako klucze (otwarty/zamknięty). Zaletą jest tutaj bardzo duża energetyczna sprawność wzmacniacza – rzędu 90-95%. A zatem takie układy pracujący w klasie D to wzmacniacze impulsowe (switching power amplifiers). Często można też spotkać określenie PWM (skrót od: Pulse Width Modulation amplifiers). Natomiast mówienie o wzmacniaczu cyfrowym (digital) jest błędne.
Przeczytaj także: Fakty i mity o klasie D wzmacniaczy audio
Wzmacniacze klasy AD i HiFi Rose
Tu dochodzimy do clou tematu tego wpisu - chodzi autorskie rozwiązanie firmy HiFi Rose. Wykorzystuje ono zalety wzmacniaczy pracujących w klasach A i AB, a także tych w klasie D. Ten innowacyjny, impulsowy stopień końcowy pozwala uzyskać liniowe przetwarzanie sygnału przy znikomym poziomie zniekształceń i dużej sprawności energetycznej. Przewaga koreańskiej hybrydy polega na zniwelowaniu kluczowej, zdaniem koreańskich konstruktorów, wady dotychczas stosowanych wzmacniaczy w klasie D, a mianowicie długiego czasu martwego.
Zastosowane w miejscu klasycznych układów krzemowych tranzystory GaN FET (azotek galu) skracają ten czas nawet 10-krotnie, szybciej przechodząc do liniowego stanu przewodzenia. Dzięki temu, jak zapewnia producent, dźwięk staje się bardziej płynny i naturalny.
Układ GaN FET
Półprzewodnikowe właściwości związków galu, takich jak arsenek czy fosforek galu znane są od wielu dziesięcioleci. Początkowo były one wykorzystywane głównie do wytwarzania diod elektroluminescencyjnych (LED). Jednak ze względu na swe korzystne właściwości w stosunku do krzemu trafiły także do techniki szybkich tranzystorów. Nadajniki telefonii komórkowej, ładowarki i systemy zasilania aut elektrycznych to tylko niektóre z ich aplikacji.
Azotek galu to najmłodszy przedstawiciel rodziny tych półprzewodników, wdrożony stosunkowo niedawno. Tranzystory GaN FET wytwarza się mniej więcej od 2010 r., a scalone układy mocy — od 2018 r.
Mają korzystne cechy: bardzo duże częstotliwości pracy, przenoszą znaczne gęstości mocy i wykazują małe straty energii. Skutkuje to możliwością szybszego przełączania m.in. w układach wzmacniaczy impulsowych. Krótszy jest także tzw. czas martwy, czyli okres, w którym dany tranzystor nie przewodzi prądu.
W układzie firmy HiFi Rose umożliwiło to znaczącą redukcję zniekształceń harmonicznych. W tym miejscu warto wyjaśnić, że długość czasu martwego to jedna z głównych przyczyn nieliniowości, występujących w stopniach końcowych, pracujących w klasie D. W wyniku wnikliwych prac badawczych firmie Rose udało się skrócić ten czas 10-krotnie.
Wzmacniacze HiFi Rose
Omawiane w tym artykule układy wzmacniaczy można spotkać w dwóch modelach wzmacniaczy zintegrowanych: Rose RA180 oraz Rose RS520.
Pierwszy z nich - Rose RA180 – jest zintegrowanym wzmacniaczem Hi-Fi, o unikatowym wzornictwie, nawiązującym do epoki precyzyjnych mechanizmów zegarowych. W związku z czym panel frontowy wykonano w stylu vintage, a pozostała część obudowy – z solidnych elementów aluminiowych.
Od strony funkcjonalnej ma 3 wejścia liniowe (typu RCA) i wejścia gramofonowe (MM/MC) oraz zbalansowane wejście XLR. Może współpracować z subwooferem aktywnym. Przewidziano trzy tryby pracy: jako klasyczny wzmacniacz stereo o mocy 2 x 200 W, wzmacniacz stereo ale w konfiguracji Bi-Amp o mocy 4 x 200 W (stąd oddzielne zaciski głośnikowe dla sekcji nisko-średniotowej oraz dla wysokotonowej), jak również sterowanie głośnikami po zmostkowaniu (BTL MODE) z mocą 2 x 400 W.
Ponadto dostępna jest wbudowana aktywna zwrotnica głośnikowa oraz zespół przełączanych filtrów korekcyjnych do odtwarzania starszych wydań płyt gramofonowych, pochodzących sprzed epoki RIAA. Urządzenie ma typowe wymiary (z nóżkami): 430 x 391 x 130 mm i waży 16,3 kg.
Natomiast drugi model – Rose RS520 – to urządzenie typu all-in-one, czyli odtwarzacz sieciowy z wbudowanym wzmacniaczem Hi-Fi. Dysponuje on mocą wyjściową 2 x 250 W, sekcją cyfrową na bazie wysokiej klasy przetwornika cyfrowo-analogowego Sabre ES9038PRO firmy ESS Technology.
Łatwą obsługę zapewnia 12,6-calowy wyświetlacz dotykowy i aplikacja ROSE Connect (Android, iOS). Przewidziano też możliwość zdalnego sterowania pilotem Bluetooth Obudowę wykonano z litego aluminium o dużej czystości. Masa urządzenia wynosi 8,1 kg.
Podsumowanie
Zachęcamy do kontaktu z jednym z sieci salonów sprzedaży Top Hi-Fi & Video Design, w celu lepszego zapoznania się z brzmieniem i możliwościami urządzeń firmy HiFi Rose. Fachowi doradcy - #EksperciDobregoBrzmienia - odpowiedzą na wszelkie pytania i zaprezentują wybrane modele w odpowiednio skonfigurowanym systemie stereo, dostosowanym do Twoich preferencji.
Muzyka potrafi pisać najlepsze historie. Usłysz swoją, dzięki Top Hi-Fi & Video Design
Komentarze