A Class AA egy a Matsushita Electric Co. által kitalált elnevezés. Egy erősítő topológia megjelölésére használatos, amely egy tiszta „A”-osztályú fokozatból, mint feszültségszabályzó erősítőből, valamint az áram-kompenzáló számára egy „B”-osztályú fokozatból áll – plusz egy úgynevezett „AA”-osztályú „híd” együtt a két erősítő fokozat. A Class AA osztály csatornánként kettő erősítőt tartalmaz – az egyik erősítő szolgáltatja az áram nagy részét, a másik pedig a feszültségerősítést. Az ötlet az volt, hogy az „A”-osztályú erősítő fokozat táplálja a terhelést, míg a „B”-osztályú fokozat nagy impedanciájú terhelést jelentett az „A”-osztályú fokozat számára, mivel a terhelési áram nagy részét szolgáltatta. Az „A”-osztályú szakasz a crossover régiót is betölti, a „B”-osztályú rész tranzisztorainak vezetéséhez szükséges ideig.
Dr. Aubrey Sandman a Wireless World magazinban, 1982. szeptemberében egy hasonló elgondolású áramkört írt le. Dr. Sandman szabadalmi csatát vívott a Matsushita Electric Co. vezetőivel, azt állítva, hogy elvetették az ötletét. A Matsushita által 1983-ban szabadalmaztatott innovatív audio-áramkör nagyon közel áll az Aubrey Sandman által 1982-ben tervezett „S”-osztályú erősítőhöz – hosszas vitában álltak, végül a Technics oldalán álló vállalati ügyvédek nyertek – így a cégnek sikerült megtartani az elnevezést. Dr. Aubrey Sandman egy aktív és sikeres villamosmérnök volt, több saját mérnöki projekten dolgozott, többek között egy találmányon, amely javítja a negatív visszacsatolást, ami egy fontos elektronikai elv. Nem mellesleg John Laurence Linsley-Hood (1925 – 2004) angol elektromérnök, feltaláló és audio-komponens tervező is leír egy áramkört „Simple Class-A Amplifier” elnevezéssel még 1969-ben, amelyet azért fejlesztett ki, hogy a klasszikus Williamson erősítőhöz hasonló jó minőséget nyújtson. Egyébként ekkor jön a képbe a kapcsoló-üzemű tápegység (SMPS), ami nem minden esetben hozható össze az „A”-osztályú erősítővel.
Az „A”- és „B”-osztályú topológiákról általában. Az általánosan ismert erősítő topológiák közötti fő különbség az áramkörökben használt tranzisztorok működési tartományában keresendő.
Az „A”-osztályú fokozatok csak a tranzisztor lineáris működési tartományát próbálják kihasználni. A bemeneti jel (AC) előfeszített (váltakozó egyenáram), így mindig van feszültség a tranzisztor bázisán (illetve a kapun FET esetben). Következésképpen a tranzisztorok mindig be vannak kapcsolva, még akkor is, ha a jel (az audioforrás) teljesen néma. Ez azt jelenti, hogy a tranzisztoron mindig át kell mennie egy bizonyos mennyiségű áramnak, de nem az összesnek. Ezért mindig ellenállásként működik, és így sok hőt oszlat el, ezért olyan szörnyű a hatékonysága. A tiszta „A”-osztályra vonatkozik, hogy a teljesítménytranzisztorok által felvett áram nagyrészt szinuszos, szemben a csúnya fél-hullámmal egyenirányított formával. Az ilyen csúnya áram-hullámok, amelyek az „A/B”-osztályú erősítőben futnak, ha nem kezelik őket körültekintően, károsíthatják a hangzást. Ezekben a kvázi „A”-osztályú készülékekben még mindig nagyrészt azok a „csúnya” nemlineáris áramok futnak.
A „B”-osztályú fokozatok a jel pozitív és negatív fél-hullámait felosztják és két külön félfokozatban erősítik. Ezért, ha nem érkezik jel, az összes tranzisztor teljesen kikapcsol, és nem ad le hőt. Ugyanígy, ha a pillanatnyi jel csak pozitív félhullámokat tartalmaz, az erősítő fokozat „negatív” szekciójáának nincs dolga, és ki is kapcsol. Ennek az elvnek a hátránya a váltás pillanata (vagyis amikor a jel pozitívról negatívra változik). A tranzisztorok nem tökéletes eszközök, és bizonyos minimális feszültségre van szükségük a bekapcsoláshoz (körülbelül 0,75 V szilícium és 0,3 V germánium esetében). Ezenkívül előfordulhat, hogy bekapcsoláskor egy pillanatra túllőnek. A hatás hírhedt kiváltó oka ez.
Az „A/B”-osztály a kettő kapcsolási mód közötti kompromisszum. Itt a tranzisztorok elő vannak feszítve, hogy mindig bekapcsolva maradjanak de, ha a pillanatnyi jel néma, akkor csak nagyon kis mennyiségű áramot továbbítanak. Így a kapcsolási torzítás többnyire elkerülhető. Az „A/B”-osztály eddig a leggyakrabban használt erősítő topológia, mert egyszerű („B”-osztályú kialakítást igényel néhány extra ellenállással és diódával) és hatékony. Fel kell ismerni, hogy azok az előfeszítő áramkörök, amelyek egy egyébként „A/B”-osztályú erősítőben megakadályozzák a „másik” tranzisztor kikapcsolását, a kapcsolási torzítások mérséklésével némileg javíthatják a hangzást. Ez azonban nem tartozik az „A”-osztályba, és NEM küszöböli ki a statikus keresztezési torzítást. Statikus keresztezési torzítás akkor keletkezik, amikor a végfok nettó transz-konduktivitása megváltozik, akkor, amikor a jelkezelés az egyik eszközről egy megosztási régión keresztül a másik eszközre kerül. Az erősítők „A”-osztályban, a jelingadozáson belül, nagyjából azonos transzkonduktivitást biztosítanak a jelútban. Pusztán egy tranzisztor kikapcsolásának megakadályozása NEM akadályozza meg, hogy a transz-konduktivitás nagyon kicsire vagy nullára csökkenjen.
A feszültségerősítő a hangszóróból a kábelen keresztül kap „visszarúgást”. A feszültségerősítőnek állandóan kell tartania a kimenet feszültséget, bármilyen változás következik be a terhelési ellenállásban. Ha például valamilyen frekvencián a hangsugárzó rezonanciát mutat, ami növeli az ellenállást, akkor az erősítő kimenetén a feszültség megnő, ami újból rontja a rezonanciát – itt az áram csökken (a híd miatt), hogy a feszültség állandó maradjon.
Tehát az „A”-osztályú feszültségerősítő visszacsatoló üzemmódban működik az összes áramerősítő fokozaton keresztül, összehasonlítva a bemeneti és a kimeneti feszültség szinteket, hogy megbizonyosodjon arról, hogy mindkettő azonos, minden különbséget a bemenetre táplálva kiküszöbölve. Működés közben kiküszöböli a legtöbb torzítási problémát. A visszacsatolás nem új keletű fogalom de, nehéz megvalósítani, hogy valóban jól működjön. (régen a differenciálerősítők ismeretlenek voltak) Az erősítők esetében a harmadik felharmonikus torzítása nagymértékben csökkenthető egy új áramköri konfigurációval. …”Egy egyszerű, invertáló erősítővel a harmadik harmonikus torzítás körülbelül 81 dB-lel csökken a kimeneten, egy második műveleti erősítő hozzáadásával ez további 56 dB-lel 137 dB-re csökken. Egy egyszerű invertáló műveleti erősítő konfiguráció példáját véve a harmadik harmonikus torzítás általában nem csökkenthető egy bizonyos pont alá. A legjobb, amit kaphatunk, 60-80 dB 20 000 Hz-en. Egy második erősítő hozzáadásával a harmadik harmonikus torzítás 50 dB-lel csökken oszcilláció nélkül”… – állította Dr. Aubrey Sandman.
A 70-es évek végén az éles konkurenciaharcban – a Japán gyártók az európai piacszerzés kényszerében – rájöttek, hogy szükségük van egy továbblépésre, miután több millió unalmas hangzású „A/B”-osztályú erősítőt adtak el. Valamennyien egyszerre próbálták intelligensebb módon csökkenteni a torzításokat. A Matsushita erre adott választ, amit „New Class A”-nak nevezett. A mögöttes ötlet, mint szinte az összes többi divatos topológiában is ugyanaz volt, beleértve a JVC „Super A”-t, Dual „Class A”-t, a Denon „Optical Class A”-t stb. Az audio-forrásnak megfelelően a tranzisztorok változó előfeszítést kaptak, ami szükség esetén a lineáris működési tartományba tolja őket. A megvalósítás módja cégenként eltérő volt (Denon pl. optocsatolót használt sok egyéb mellett), mindegyik elég jól működött. Valószínűleg a leghíresebb New Class A osztályú készülék a Technics SE-A3 erősítő volt.
A New Class A osztályt később az „AA”-osztályúval párhuzamosan használták, de csak az alsó- és a középső kategóriás erősítők esetében. A New Class A osztály a Technics szinkron előfeszítésen alapuló erősítő áramköre, amely biztosította, hogy a kimeneti tranzisztorok soha ne kapcsoljanak ki, függetlenül attól, hogy a szinuszhullám melyik részében voltak bekapcsolva. A későbbi egységek egy úgynevezett „Computer Drive” chipet tartalmaztak, amely nem más, mint egy logikai áramkör, amely a hőmérséklettől és a bemeneti jel amplitúdójától függően szabályozza az előfeszítést. Előmelegítésre itt is szükség van, nagy áramot vezetnek a kimeneti tranzisztorokra, hogy gyorsabban hozzák termikusan stabil állapotba. Ettől eltekintve pontosan ugyanaz az elve, mint a hagyományos New Class A osztályú erősítőknek.
Következett a Class AA. Ennek a topológiának semmi köze a New Class A osztályhoz, kivéve, hogy a keresztezési torzításokat igyekszik minimalizálni (ill. megszüntetni)! Az AA osztály a 80-as évek közepén jelent meg (az első ilyen topológiát használó erősítő a Technics SE-A100 volt). Az AA osztály működése meglehetősen egyszerű és nagyon hatékony. Két erősítőfokozat osztozik a munkán. A nagy kimeneti áramért felelős fő erőmű egy „B”-osztályú fokozat („Current Drive”). Mivel a „B”-osztályú fokozatok hajlamosak fokozott torzítást produkálni, amikor a jel polaritást vált, vagy általában, ha a jel nagyon gyenge (csendes hangszeres játék során), az „A”-osztályú fokozat továbbviszi és felerősíti azt, amit a „B”-osztályú fokozat nem képes torzítások előidézése nélkül. Mondhatnánk, az „A”-osztályú fokozat a szilícium 0,75 V-os küszöbértéke alatt tartja a feszültséget, és ezért „feszültségszabályozó” erősítőnek nevezik. Az „AA”-osztály egy áram-korrekciós erősítő, ahol a feszültségerősítő egy Wheatstone-hídon keresztül hajtja meg a hangszórót. És még valami: az „AA”-osztályú híd. Ez alapvetően nem más, mint egy ellenállás-hálózat, amely összeköti a feszültségszabályozót és a meghajtást. A magasabb osztályú erősítőkben, mint például a Technics SE-A100, az „AA”-osztályú híd további kondenzátorokat és tekercs készleteket is tartalmazhat. Az „AA”-osztályt, az AB osztályhoz hasonlóan, általában nem ismerik el megfelelő erősítő besorolásként, inkább az „A/B”-osztály variációjaként tekintik. Az 1985-ös kifejlesztése óta a Technics számos erősítőben használta az „AA”-osztályú áramkört.
A MOS Class AA egy MOS-FET-et használ, amely kiváló bemeneti illesztést és erősítést, valamint kimeneti linearitás kínál. A nagyáramú meghajtás képessége érdekében, a meghajtó erősítőben, vezérlő erősítő és bipoláris tranzisztor kerül felhasználásra. Az eredmény, hogy nincsenek nemkívánatos hangok, a hangszerek pozicionálása jó, a műsorforrás zenei anyaga nagyfokú pontossággal reprodukálható. Az építési minőség kiválósága mellett rendkívül alacsony a THD mérhető %-a. A Matsushita Co. tulajdonképpen feltalált egy A+ osztályt. A „Szent Grál”-t. Csak egy készülékben használják, ez pedig a híres SE-A1. Időbeli szempontból az „A+”-osztály a „New Class A”-osztály elődje, de teljesen másképp működik. Az „A+”-osztályban a fő erősítési munkát valójában az „A”-osztályú végfokozat végzi, azonban itt jön a zseniális trükk: az „A”-osztályú szakasz energiaforrása egy „B”-osztályú fokozat. Ez a fokozat egy lebegő áramforrás, amely a következőket teszi:
1. Állandóan tartja az „A”-osztályú fokozat kimeneti tranzisztorának kollektor-emitter feszültségét.
2. Csendes részek (alacsony jel) esetén azonban minimálisra csökkenti az „A”-osztályú fokozat teljesítmény-tranzisztorainak áramát. Így a tranzisztorok folyamatosan előfeszíthetők, az áramkorlátozás miatt alig termelődik hő a tranzisztorokban és így nem okoznak keresztirányú torzítást. Ez a megoldás lehetővé tette a Technics mérnökei számára, hogy az SE-A1-et óriási mennyiségű (350 W) kimenő teljesítményre tudták előállítani, miközben a végfok mindig „A”-osztályú üzemmódban marad.
A leghíresebb példák: a Technics SE-A900S és SE-A1000 teljesítmény-erősítők (AA osztály). Két IC használata feszültségszabályozásra ill. meghajtásra. A hűtőborda túl kicsi, ezért szükségük van egy (bemeneti jel-vezérelt!) ventilátorra, ami bekapcsol, ha az erősítőnek „melege van”.
Ajánlott egységek véletlenszerű és hiányos listája:
New Class A osztály: Integrált: SU-V10 (az első New Class A osztályú eszköz), SU-V6, SU-V8, SU-V7, SU-V707, SU-V9, SU-V909, SU-V85, SU-V90D, SU-V100D (csak Japánban).
Erősítők: SE-A3 (MK2), SE-5 (MK2), SE-A7, SE-A70 (csak az Egyesült Államokban)
Class AA, integrált: SU-V900, SU-MA10. Előerősítők: SU-A40, SU-A60, SU-A200, SU-A1010, SU-A2000, SU-A3000, SU-A5000, SU-A7000., végerősítők: SE-M100, SE-A50, SE-A100, SE-A2000, SE-A3000, SE-A5000, SE-A7000.
Végszó. A legtöbb ilyen konstrukció a hagyományos „A/B” konstrukciók hangzásának bizonyos fokú javítására készültek. Egy megfelelően megtervezett és megépített „A/B”-osztályú elektronika azonban mind mérési, mind hangminőségi szempontból kifogástalan lehet. Sokan azt állítják, hogy a legjobb az „A/B”-osztály, és nem egyezhet a legjobb „A”-val sem. Mások azonban azt mondják, hogy az egyik olyan jó, mint a másik.Az említett konstrukciók soha nem lesznek jobbak a legjobb, tiszta „A”-osztályú erősítőknél.
Egy erősítő jellemzőinek margójára
Az új elektronikai és technológiai fejlesztések időről időre döbbenetes teljesítmény javulást eredményeznek. Kiváló példa erre a Technics SE-9060 félvezetős teljesítményerősítő. A 0,02%-os THD és a 120 dB-es S/N arány közvetlen eredménye annak, hogy a Technics ragaszkodik az ultra-tiszta, tiszta hangvisszaadáshoz szükséges kompromisszumok nélküli megoldásokhoz. Úgy tűnik, hogy a Technicsnek sikerült elérni azt a megfoghatatlan eszményt, hogy az erősítő nem több, mint egy erősítési tulajdonságokkal felruházott egyenes vezetékdarab. Annak érdekében, hogy az előerősítőből érkező jeleket olyan szintre erősítsük, amely elegendő ahhoz, hogy a hangszórókat a változás legkisebb nyoma nélkül hajtsa, nemcsak a teljes harmonikus torzítást, hanem az erősítő nyílt hurkú torzítását és tranziens torzítását is soha nem látott szintre kell csökkenteni. A csillagászati jel/zaj viszony (S/N arány) is a tiszta hang reprodukálásában elért sikereket jelzi. Valójában a torzítási és zajszinteket még fejlett mérőberendezésekkel is nagyon nehéz észlelni és a kapott adatokat rögzíteni. A Technics SE-9060 fontosabb jellemzői közé tartozik az egyenáramú erősítés, és az alacsony frekvenciájú tartományban szinte elhanyagolható fáziseltolódás, amelyet az egyenáramú erősítési fokozat tesz lehetővé. A biztonsági áramkörök teljes védelmet nyújtanak mind a hangsugárzóknak, mind az erősítő egységnek a hangszóró kivezetések véletlen rövidzárlatával szemben.