Većina audio pojačavača snage je manje efikasno nego klasa B. Na primjer, klasa AB je značajno manje efikasna na donjoj granici svoje mogućnosti, dok je jasno da klasa A gubi gotovo svu energiju koja ulazi u njega. Izrada pojačavača veće efikasnosti je teže. Klasa D, koja koristi ultrazvučnu impulsnu modulaciju širokog opsega, obećava visoku efikasnost i ponekad je čak i pruži, ali je bez sumnje složena tehnologija. Praktična efikasnost klase D počiva na detaljima dizajna strujnog kola i karakteristika uređaja. Očigledno neizbježni LC izlazni filter – makar drugi red – može dati samo ravan odziv u jednoj impedansi opterećenja, a njegove magnetske igle nije jeftino niti lako dizajnirati. Postoji vjerovatnoća da će se javiti određene obeshrabrujuće EMC teškoće sa emisijama. Klasa D nije privlačan predlog za visokokvalitetna kućna pojačala, koja moraju raditi sa odvojenim zvučnicima nepoznatih karakteristika impendance.

Međutim, postoji metod klase G. Struja se povlači iz šina za napajnje visokog ili niskog napona, zavisno od potrebe signala. Trebalo je dugo vremena da ova tehnologija zaživi, ali se sada koristi kod pojačala jako velike snage za velike PA sisteme, gdje je važna ušteda električne energije, a pojavljuje se i kod kućnih bioskopskih sistema. Ako imate sedam ili osam pojačavača napona umjesto dva, gubici koje oni ostvaruju su značajniji. Klasa G je čvrsto postavljena u subvuferima na struju, pa čak i u drajverima ADSL telefonskih linija. To je tehnologija čije je vrijeme došlo.

Principi klase G Muzika ima najveći do srednji razmjer. Većinu vremena je izlaz struje daleko ispod najvišeg nivoa, a to omogućava poboljšanu efikasnost klase G. Čak je i osnovne statističke podatke za ovaj razmjer za različite žanrove muzike iznenađujuće teško naći, ali je široko prihvaćeno da raspon od 10 -{dB}- za kompresovani rok do 30 -{dB}- za klasični materijal pokriva većinu okolnosti.

Ako signal većinu vremena bude na niskom naponu, onda će, dok god to traje, niskonaponski pojačivač biti mnogo efikasniji. Tokom većine vremena se niži izlazi napajaju sa napojnih šina najnižeg napona, sa niskonaponskim prekidačem između šine i izlaza i odgovarajuće malim gubicima. Najpopularnije konfiguracije klase G imaju dva ili tri para šina za napajanje, od kojih su dva obično za hi-fi, dok su tri uobičajenija kod visokonaponskih PA pojačala.

Kada dođe do relativno rijetkih visokih napona, njih mora prihvatiti određeni mehanizam koji može povlačiti visoki napon, što izaziva velike interne gubitke, ali se to dešava samo tokom kratkih perioda. Ovi rijetki maksimumi iznad nivoa prenosa dolaze iz visokonaponskog para šina za napajanje. Očigledno je da prelazi sa jedne na drugu napojnu šinu predstavljaju suštinu stvari, a svako ko je ikada uradio dizajn bilo kojeg strujnog kola će odmah početi da razmišlja o tome koliko je lako ili nije da se to ostvari jednostavno sa signalom od 20 kHz.

Postoje dva osnovna načina da se organizuje sistem dvostrukih napojnih šina: redni i paralelni (odnosno, skretnica). Ovo poglavlje se bavi samo konfiguracijon rednog sistema, s obzirom na to da ima najveću primjenu kod hi-fi. Paralelna verzija se najčešće koristi kod visokonaponskih PA pojačavača.

Uvođenje redne veze klase G Konfiguracija redne veze izlaza klase G kod koje se koristi dva napona šina je data na grafikonu 10.1. Takozvani unutrašnji uređaji su uređaji koji rade u klasi B. Uređaji koji vrše prebacivanje šina na signalnim maksimumima se nazivaju spoljašnji. Ovdje je prezentovan tip EF faze izlaza zbog svoje veće robusnosti u odnosu na lokalnu HF nestabilnost, iako se CFP konfiguracija može koristiti umjesto unutrašnjih, spoljašnjih, ili oba izlazna uređaja, ako se posveti odgovarajuća pažnja. Za maksimalnu efikasnost električne energije, unutrašnja faza obično se odvija u klasi B, iako ne postoji apsolutno nijedan razlog zbog kojeg ne bi mogla da se odvija u klasi AB ili čak klasi A. Kasnije će se razmatrati ove intrigantne mogućnosti. Ako su unutrašnji elektro uređaji u klasi B, a spoljašnji realizuju mnogo manje od 50% ciklusa, čime su efektivno u klasi C, onda ovo treba označiti klasom B+C. Znak + označava serije, a ne vezu skretnicom(shunt-om) između spoljašnjih i unutrašnjih elektro uređaja. Ovu osnovnu konfiguraciju je razvio Hitachi kako bi smanjio rasipanje toplote iz pojačala. Muzički signali su većinom na niskim nivoima, imaju visok odnos maksimalne i srednje vrijednosti, a gubitak energije se u velikoj mjeri smanjuje povlačenjem iz nižih ±V1 napojnih šina u tom trenutku.

Unutrašnja faza TR3, 4 funkcionišu u normalnoj klasi B. TR1, 2 su uobičajeni drajveri, a R1 je njihov zajednički emiter sa otpornikom. Potreban je uobičajeni Vbias generator kompenzovan temperaturom, koji je ovdje prikazan teoretski podijeljen na pola kako bi se održala simetrija strujnog kola kada je faza stimulisana pomoću SPICE.

Слика:Prikaz 10.1.jpg

Prikaz 10.1 Izlazna faza serije klase G, alterntivno klasa B+C.Naponi i vrijednosti komponente su tipične. Unutrašnja faza je klasa B EF.

S obzirom na to da unutrašnji elektro uređaji rade u klasi B, mora se pratiti njihova temperatura kako bi se održali uslovi mirovanja. Energija iz nižeg napajanja se povlači kroz D3 i D4, koji se često nazivaju komutacionim diodama, kako bi se naglasila njihova aktivnost smjene naponskih šina. Riječ „komutacija“ izbjegava zamjenu sa uobičajenim prelazom klase B na nulte volte. Nivo na kojem se javlja smjena napojnih šina se naziva nivoom tranzicije/prelaza.

Kada pozitivni trenutni signal pređe mogućnost provodnika niže šine +V1 D1, pale se TR5 i TR6, a D3 se gasi, tako da se cijela izlazna struja sada ne preuzima iz visokonaponske šine +V2, pri čemu pad napona i gubitak struje dijele TR4 i TR6. Negativni signali se rješavaju na potpuno isti način. Prikaz 10.2 pokazuje kako se naponi kolektora unutrašnjih elektro uređaja povlače sa izlazne šine kako se približava nižem napoju.

Слика:Prikaz 10.2.jpg

Prikaz 10.2 Izlaz faze klase G i naponi kolektora unutrašnjih izlaznih uređaja

Zajedničko mišljenje je da klasa G ima lošiju linearnost neko klasa B, a krivica za to se obično pridaje diodama i problemima sa njihovom komutacijom. Postoje i drugi problemi kod linearnosti, koji ne nastaju zbog inertnih dioda, kako će se brzo pokazati. Sadržano je u principu klase G da ako i dođe do zastoja, oni se dešavaju samo kod umjerene ili jače struje i dobro se uklanjaju sa kritične razvodne površine gdje pojačivač provodi najviše vremena. Pojačivač klase G ima područje slabe struje prave linearnosti klase B, kao što i pojačavač klase AB ima površinu slabe struje pravog učinka klase A.

Efikasnost klase G Standardno matematičko izvođenje efikasnosti klase B sa sinusoidom koristi jednostavnu integraciju tokom polovine ciklusa kako bi se izračunao interni gubitak u odnosu na frakciju napona, odnosno, frakcije mogućeg oscilovanja izlaznog napona. Kao sto je poznato, maksimalan gubitak toplote u klasi B je oko 40% maksimalne izlazne energije, kod izlazne frakcije napona od 63%, što takođe daje 40% maksimalne izlazne snage opterećenju. Matematika je jednostavna jer oblik signala ne varira u obliku sa izlaznim nivoom. Pretpostavljena je svaka moguća idealizacija, kao što je nulta stabilna struja, bez emitera sa otpornisima, bez Vce (sat) gubitaka, itd. U klasi G, sa druge strane, oblici signala su snažna funkcija izlaznog nivoa, koji zahtijevaju varijabilne granice integracije, itd., i sve postaje nepodesno za rukovanje.

Metod simulacije pomoću SPICE, koji je opisao Self je mnogo jednostavniji, iako je donekle naporan i može koristiti bilo koji ulazni oblik signala, na osnovu čega daje dijagram za dijeljenje struje (PPD), koji pokazuje kako se struja koja se povlači iz napajanja distribuira između gubitka kod izlaznog uređaja i korisne struje u opterećenju.

Niko ne spori da sinusoide predstavljaju loše simulacije muzike u ovom slučaju, a njihova najznačajnija prednost je to što omogućavaju direktno poređenje korišćenjem čisto matematičkog pristupa. Međutim, s obzirom na to da je cijela svrha klase G ušteda energije, a oblik signala koji se koristi ima snažan efekat na rezultate, ovdje je fokus na PPD pojačala sa stvarnim muzičkim signalima, ili u bilo kojoj mjeri, na njihovo statističko predstavljanje. Trougaoni pristup funkcije moguće distribucije (Probability Distribution Function - PDF)

Prikaz 10.3 daje trougaoni PDF PPD za konvencionalnu klasu B EF, dok prikaz 10.4 je za klasu G sa ±V1/V2=50V i ±V1=15V, odnosno, sa odnosom V1/V2 utvrđenim na 30%. PPD daje energiju koja je izgubljena u sva četiri izlazna uređaja, opterećenje i ukupnu količinu koja je povučena sa napojnih šina. Pokazuje kako je ulazna snaga podijeljena na uređaje za opterećenje i izlaz. Ukupna količina iznosi nešto manje od ulazne snage, a ostatak otpada, kao obično, na gubitke u drajverima i Re-ima. Treba imati u vidu da je gubitak snage u klasi G zajednički, iako se ne dijeli podjednako, za unutrašnje i spoljašnje uređaje, a to pomaže kod efikasnog korišćenja silicijuma.

Слика:Prikaz 10.3.jpg

Prikaz 10.3 Dijagram dijeljenja snage za konvencionalno pojačavač klase B koja se bavi tipičnim muzičkim signalom sa trougaonom funkcijom vjerovatnoće gustine (Probability Density Function). X osa predstavlja zvuk.

Слика:Prikaz 10.4.jpg

Prikaz 10.4 Dijagram podjele snage za klasu G sa V1/V2=30%. Signal ima trougaoni PDF. X osa predstavlja zvuk; spoljašnji uređaji ne ostvaruju gubitke dok se ne dostigne -15 -{dB}-

Na prikazu 10.4, donja površina predstavlja snagu koja je izgubljena u unutrašnjim uređajima, a veća površina odmah iznad predstavlja isto za spoljašnje uređaje. Postoji samo jedna površina za svaki od njih jer u klasi B i klasi C samo jedna strana pojačala vrši provođenje u određenom trenutku. Gubitak kod spoljašnjeg uređaja je ravan nuli ispod praga smjene napojnih šina na -15 -{dB}- ispod maksimalnog izlaza. Ukupan gubitak kod uređaja pri punoj izlaznoj snazi je smanjen sa 48 W u klasi B na 40 W, što na prvi pogled možda ne izgleda kao dobar povraćaj za udvostručavanje snage tranzistora i drajvera.

Prikaz 10.5 pokazuje isti PPD ali sa ±V2 = 50V i ±V1 = 30V, odnosno, sa V1/V2utvrđenim na 60%.

Слика:Prikaz 10.5.jpg

Prikaz 10.5 Dijagram za dijeljenje snage za klasu G sa V1/V2=60%. Trougaoni PDF. U poređenju sa prikazom 10.4, unutrašnji uređaji ostvaruju veći gubitak, a spoljašnji uređaji gotovo nikakav, osim pri maksimalnoj jačini zvuka

Niskonaponska površina se sada širi do -6 -{dB}- pune snage, ali je gubitak unutrašnjeg uređaja veći zbog većih napona šina V1. Rezultat je da ukupna snaga uređaja pri punom izlazu je smanjena sa 48W u klasi B na 34W, što predstavlja definitivno poboljšanje. Brojka koja se odnosi na efikasnost je jako osjetljiva na način na koji se odnos napona šina upoređuje sa karakteristikama signala. Kućna hi-fi pojačala ne rade punom jačinom zvuka sve vrijeme, a u stvarnosti je izvjesno da će niža opcija za V1 napon dati manje opšte gubitke.

Uslovi magnetisanja Uslovi magnetisanja u izlaznoj fazi su mnogo složeniji nego za klasu B. Potrebna su dva dodatna generatora za magnetisanje Vbias3, Vbias4 da bi se omogućilo paljenje TR6 prije nego TR3 ostane bez napona iz kolektora. Ovi dodatni naponi za magnetisanje nijesu kritični, ali većina ne pada prenisko, ili ne postaju previsoki. Ukoliko se ovi naponi za magnetisanje postave prenisko, tako da se spoljašnji uređaji upale prekasno, onda Vce preko TR3 postaje prenizak, a njegova sposobnost davanja struje je smanjena. Prilikom ocjene ovog pitanja treba imati u vidu najnižu impedansu opterećenja koje je planirano da pokreće pojačavač i struju koju će povlačiti iz izlaznih uređaja. Fiksne Zener diode normalne komercijalne toleracije su prilično tačne i dovoljno stabilne za podešavanje Vbias3 i Vbias4.