Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Усилитель (электроника) – это… Что такое Усилитель (электроника)?

Усилитель (электроника)

Электронный усилитель — усилитель электрических сигналов, в усилительных элементах которого используется явление электрической проводимости в газах, вакууме и полупроводниках. Электронный усилитель может представлять собой как самостоятельное устройство, так и блок (функциональный узел) в составе какой-либо аппаратуры — радиоприёмника, магнитофона, измерительного прибора и т. д.

История

  • 1904 г. Ли де Форест на основе созданной им электронной лампы — триода разработал устройство усиления электрических сигналов (усилитель), состоящий из нелинейного элемента (лампы) и статического сопротивления Ra, включенного в анодную цепь.
  • 1932 г. Гарри Найквист определил условия устойчивости (способности работать без самовозбуждения) усилителей, охваченных отрицательной обратной связью.
  • 1942 г. В США построен первый операционный усилитель — усилитель постоянного тока с симметричным (дифференциальным) входом и значительным собственным коэффициентом усиления (более 1000) как самостоятельное изделие. Основным назначением данного класса усилителей стало его использование в аналоговых вычислительных устройствах для выполнения математических операций над электрическими сигналами. Отсюда его первоначальное название — решающий.

Устройство и принцип действия

УНЧ с обратной связью. Типичная схема

Структура усилителя

  • Усилитель представляет собой в общем случае последовательность каскадов усиления (бывают и однокаскадные усилители), соединённых между собой прямыми связями
  • В большинстве усилителей кроме прямых присутствуют и обратные связи (межкаскадные и внутрикаскадные). Отрицательные обратные связи позволяют улучшить стабильность работы усилителя и уменьшить частотные и нелинейные искажения сигнала. В некоторых случаях обратные связи включают термозависимые элементы (термисторы, позисторы) — для температурной стабилизации усилителя или частотнозависимые элементы — для выравнивания частотной характеристики
  • Некоторые усилители (обычно УВЧ радиоприёмных и радиопередающих устройств) оснащены системами автоматической регулировки усиления (АРУ) или автоматической регулировки мощности (АРМ). Эти системы позволяют поддерживать приблизительно постоянный средний уровень выходного сигнала при изменениях уровня входного
  • Между каскадами усилителя, а также в его входных и выходных цепях, могут включаться аттенюаторы или потенциометры — для регулировки усиления, фильтры — для формирования заданной частотной характеристики и различные функциональные устройства — нелинейные и др.
  • Как и в любом активном устройстве в усилителе также присутствует источник первичного или вторичного электропитания (если усилитель представляет собой самостоятельное устройство) или цепи, через которые питающие напряжения подаются с отдельного блока питания.

Каскады усиления

  • Каскад усиления — ступень усилителя, содержащая усилительный элемент, цепи нагрузки и связи с предыдущими или последующими ступенями
  • В качестве усилительных элементов обычно используются электронные лампы или транзисторы (биполярные, полевые), иногда, в некоторых специальных случаях, могут применяться и двухполюсники, например, туннельные диоды (используется свойство отрицательного сопротивления) и др. Полупроводниковые усилительные элементы (а иногда и вакуумные) могут быть не только дискретными (отдельными) но и интегральными (в составе микросхем), часто в одной микросхеме реализуется полностью законченный усилитель
  • В зависимости от способа включения усилительного элемента различаются каскады с общей базой, эмиттером, коллектором (у биполярного транзистора), с общим затвором, истоком, стоком (у полевого транзистора) и с общей сеткой, катодом, анодом (у ламп)
    • Каскад с общим эмиттером (истоком, катодом) — наиболее распространённый способ включения, позволяет усиливать сигнал по току и напряжению одновременно, сдвигает фазу на 180°, то есть является инвертором.
    • Каскад с общей базой (затвором, сеткой) — усиливает только по напряжению, применяется редко, является наиболее высокочастотным, фазу не сдвигает
    • Каскад с общим коллектором (стоком, анодом) — называется также повторителем (эмиттерным, истоковым, катодным), усиливает ток, оставляя напряжение сигнала равным исходному. Применяется в качестве буферного усилителя. Важными свойствами повторителя являются его высокое входное и низкое выходное сопротивления, фазу не сдвигает
  • Каскодный усилитель — усилитель, содержащий два активных элемента, первый из которых включен по схеме с общим эмиттером (истоком, катодом), а второй — по схеме с общей базой (затвором, сеткой). Каскодный усилитель обладает повышенной стабильностью работы и малой входной ёмкостью. Название усилителя произошло от сращивания слов КАтОД и СетКа
  • Каскады усиления могут быть однотактными и двухтактными
    • Однотактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает во входную цепь одного усилительного элемента или одной группы элементов, соединённых параллельно
    • Двухтактный усилитель — усилитель, в котором входной сигнал поступает одновременно во входные цепи двух усилительных элементов или двух групп усилительных элементов, соединённых параллельно, со сдвигом по фазе на 180°

Углы отсечки полуволны сигнала в различных режимах

Режимы (классы) мощных усилительных каскадов

  • Особенности выбора режима мощных каскадов связаны с задачами повышения экономичности питания и уменьшения нелинейных искажений.
  • В зависимости от способа размещения начальной рабочей точки усилительного прибора на статических и динамических характеристиках различают следующие режимы усиления

Режим B, двухтактный каскад

Классификация

Аналоговые усилители и цифровые усилители

  • В аналоговых усилителях аналоговый входной сигнал без цифрового преобразования усиливается аналоговыми усилительными каскадами. Выходной аналоговый сигнал без цифрового преобразования подаётся на аналоговую нагрузку.
  • В цифровых усилителях, после аналогового усиления входного аналогового сигнала аналоговыми усилительными каскадами до величины достаточной для аналогоцифрового преобразования аналогоцифровым преобразователем (АЦП, ADC) происходит аналогоцифровое преобразование аналоговой величины (напряжения) в цифровую величину — число (код), соответствующий величине напряжения входного аналогового сигнала. Цифровая величина (число, код) либо непосредственно подаётся через буферные управляющие усилительные каскады на цифровое выходное исполнительное устройство, либо подаётся на мощный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП, DAC) мощный аналоговый выходной сигнал которого подаётся на аналоговое выходное исполнительное устройство.

Виды усилителей по элементной базе

  • Ламповый усилитель — усилитель, усилительными элементами которого служат электронные лампы
  • Полупроводниковый усилитель — усилитель, усилительными элементами которого служат полупроводниковые приборы (транзисторы, микросхемы и др.)
  • Гибридный усилитель — усилитель, часть каскадов которого собрана на лампах, часть — на полупроводниках
  • Квантовый усилитель

Виды усилителей по диапазону частот

  • Усилитель постоянного тока (УПТ) — усилитель медленно меняющихся входных напряжений или токов, нижняя граничная частота которых равна нулю. Применяется в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике. Основная статья — Усилитель постоянного тока
  • Усилитель низкой частоты (УНЧ, усилитель звуковой частоты, УЗЧ) — усилитель, предназначенный для работы в области звукового диапазона частот (иногда также и нижней части ультразвукового, до 200 кГц). Используется преимущественно в технике звукозаписи, звуковоспроизведения, а также в автоматике, измерительной и аналоговой вычислительной технике. Основная статья —
    Усилитель звуковых частот
  • Усилитель высокой частоты (УВЧ, усилитель радиочастоты, УРЧ) — усилитель сигналов на частотах радиодиапазона. Применяется преимущественно в радиоприёмных и радиопередающих устройствах в радиосвязи, радио- и телевизионного вещания, радиолокации, радионавигации и радиоастрономии, а также в измерительной технике и автоматике
  • Импульсный усилитель — усилитель, предназначенный для усиления импульсов тока или напряжения с минимальными искажениями их формы. Входной сигнал изменяется настолько быстро, что переходные процессы в усилителе являются определяющими при нахождении формы сигнала на выходе. Основной характеристикой является импульсная передаточная характеристика усилителя. Импульсные усилители имеют очень большую полосу пропускания: верхняя граничная частота нескольких сотен килогерц — нескольких мегагерц, нижняя граничная частота обычно от нуля герц, но иногда от нескольких десятков герц, в этом случае постоянная составляющая на выходе усилителя восстанавливается искусственно. Для точной передачи формы импульсов усилители должны иметь очень малые фазовые и динамические искажения. Поскольку, как правило, входное напряжение в таких усилителях снимается с широтно-импульсных модуляторов (ШИМ), выходная мощность которых составляет десятки милливатт, то они должны иметь очень большой коэффициент усиления по мощности. Применяются в импульсных устройствах радиолокации, радионавигации, автоматики и измерительной техники.

Виды усилителей по полосе частот

  • Широкополосный (апериодический) усилитель — усилитель, дающий одинаковое усиление в широком диапазоне частот
  • Полосовой усилитель — усилитель, работающий при фиксированной средней частоте спектра сигнала и приблизительно одинаково усиливающий сигнал в заданной полосе частот
  • Селективный усилитель
     — усилитель, у которого коэффициент усиления максимален в узком диапазоне частот и минимален за его пределами

Виды усилителей по типу нагрузки

  • с резистивной
  • с емкостной
  • с индуктивной
  • с резонансной

Специальные виды усилителей

  • Дифференциальный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого пропорционален разности двух входных сигналов, имеет два входа и, как правило, симметричный выход. Основная статья — Дифференциальный усилитель
  • Операционный усилитель — многокаскадный усилитель постоянного тока с большими коэффициентом усиления и входным сопротивлением, дифференциальным входом и несимметричным выходом с малым выходным сопротивлением, предназначенный для работы в устройствах с глубокой отрицательной обратной связью. Основная статья — Операционный усилитель
  • Инструментальный усилитель — предназначен для задач, требующих прецизионного усиления с высокой точностью передачи сигнала
  • Масштабный усилитель — усилитель, изменяющий уровень аналового сигнала в заданное число раз с высокой точностью
  • Логарифмический усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален логарифму входного сигнала
  • Квадратичный усилитель — усилитель, выходной сигнал которого приблизительно пропорционален квадрату входного сигнала
  • Интегрирующий усилитель — усилитель, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу от входного сигнала
  • Инвертирующий усилитель — усилитель, изменяющий фазу гармонического сигнала на 180° или полярность импульсного сигнала на противоположную (инвертор)
  • Парафазный (фазоинверсный) усилитель — усилитель, применяемый для формирования двух противофазных напряжений
  • Малошумящий усилитель — усилитель, в котором приняты специальные меры для снижения уровня собственных шумов, способных вуалировать усиливаемый слабый сигнал

Некоторые функциональные виды усилителей

  • Предварительный усилитель (предусилитель) — усилитель, предназначенный для усиления сигнала до величины, необходимой для нормальной работы оконечного усилителя
  • Оконечный усилитель (усилитель мощности) — усилитель, обеспечивающий при определённой внешней нагрузке усиление мощности электромагнитных колебаний до заданного значения
  • Усилитель промежуточный частоты (УПЧ) — узкополосный усилитель сигнала определённой частоты (456 кГц, 465 кГц, 4 МГц, 5,5 МГц, 6,5 МГц, 11,7 МГц и др.), поступающего с преобразователя частоты радиоприёмника
  • Резонансный усилитель — усилитель сигналов с узким спектром частот, лежащих в полосе пропускания резонансной цепи, являющейся его нагрузкой
  • Видеоусилитель — импульсный усилитель, предназначенный для усиления видеоимпульсов сложной формы, широкого спектрального состава. Несмотря на название, применяется не только в видео- и телевизионной технике, но и в радиолокации, обработке сигналов с различных детекторов, модемах, и др. Принципиальной особенностью данного усилителя является работоспособность вплоть до 0 Гц (постоянный ток). Также сигнал данного спектра обычно называют видеосигналом, даже если он не имеет никакого отношения к передаче изображения.
  • Усилитель магнитной записи — усилитель, нагруженный на записывающую магнитную головку
  • Микрофонный усилитель — усилитель электрических сигналов звуковых частот, поступающих с микрофона, до значения, при котором их можно обрабатывать и регулировать
  • Усилитель-корректор (корректирующий усилитель) — электронное устройство для изменения параметров видео- или аудиосигнала. Усилитель-корректор видеосигнала, например, даёт возможность регулировки насыщенности цвета, цветового тона, яркости, контрастности и разрешения, усилитель-корректор аудиосигнала предназначен для усиления и коррекции сигналов от звукоснимателя проигрывателя граммофонных пластинок, бывают и другие виды усилителей-корректоров.

Усилители в качестве самостоятельных устройств

  • Усилители звуковой частоты для систем проводного вещания
  • Усилители звуковой частоты для озвучивания открытых и закрытых пространств
  • Усилители звуковой частоты бытовые. В этой группе устройств наибольший интерес представляют усилители высокой верности воспроизведения Ні-Fi и наивысшей верности high end. Различаются усилители предварительные, оконечные (усилители мощности) и полные, сочетающие в себе свойства предварительных и оконечных.
  • Измерительные усилители — предназначены для усиления сигналов в измерительных целях. Основная статья — Измерительный усилитель (средство измерений)
  • Антенные усилители — предназначены для измерений слабых сигналов с антенны перед подачей их на вход радиоприёмника, бывают двунаправленные усилители (для приёмопередающих устройств), они усиливают также сигнал, поступающий с оконечного каскада передатчика на антенну. Антенный усилитель устанавливается обычно непосредственно на антенне или поблизости от неё.

Предварительный усилитель

Hi-Fi УНЧ McIntosh MA6800

Усилитель мощности Aleph 3

Основные нормируемые характеристики

Литература и документация

Литература

  • Симонов Ю. Л. Усилители промежуточной частоты — М.: Советское радио, 1973
  • Букреев С. С. Транзисторные усилители низкой частоты с обратной связью — М.: Советское радио, 1972
  • Войшвилло Г. В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. — 2-е изд. — М.: Радио и связь. 1983
  • Справочник по радиоэлектронным устройствам: Т. 1; Под ред. Д. П. Линде — М.: Энергия, 1978
  • Рамм Г. С. Электронные усилители
  • Шамшин В. Г. История технических средств коммуникации. Учеб. пособие., 2003. Дальневосточный Государственный Технический Университет.

Нормативно-техническая документация

  • ГОСТ 23849-87 Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Методы измерения электрических параметров усилителей сигналов звуковой частоты
  • ГОСТ 24388-88 Усилители сигналов звуковой частоты бытовые. Общие технические условия
  • ГОСТ 29180-91 Совместимость технических средств электромагнитная. Приборы СВЧ. Усилители малошумящие. Параметры и характеристики. Методы измерений
  • ОСТ4-203.007-84 Аппаратура для озвучивания открытых и закрытых пространств. Усилители звуковой частоты. Общие технические условия
  • ОСТ45-138-99 Усилители оконечные звуковой частоты станций проводного вещания. Основные параметры. Методы измерений
  • IEC 60527(1975) Усилители постоянного тока. Характеристики и методы испытаний
  • IEC 60581-6(1979) Аккустическая аппаратура и системы высокой верности воспроизведения (Ні-Fi). Минимальные требования к параметрам. Часть 6. Усилители
  • IEC 61305-3(1995) Аудиоаппаратура и аудиосистемы с высокой верностью воспроизведения бытовые. Методы измерения и установления рабочих характеристик. Часть 3: Усилители
  • IEC 60268-3(2000) Оборудование звуковых систем. Часть 3. Усилители

Ссылки

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

  • Ускова, Яна
  • Ускорайт, Ханс Георг

Смотреть что такое “Усилитель (электроника)” в других словарях:

  • Усилитель постоянного тока — (УПТ) электронный усилитель, рабочий диапазон частот которого включает нулевую частоту (постоянный ток). На верхнюю границу частотного диапазона усилителя никаких ограничений не накладывается, то есть она может находиться в области очень высоких… …   Википедия

  • Усилитель промежуточной частоты — (УПЧ) электронный усилитель сигнала промежуточной частоты. Применяется в трактах радиоприёмных и радиопередающих устройств, измерительных приборов. Широко используются при построении систем связи, радиолокации, радионавигации. Благодаря… …   Википедия

  • УСИЛИТЕЛЬ — УСИЛИТЕЛЬ, устройство для изменения величины сигнала, например, напряжения, тока или механического перемещения, но без изменения вида самой величины. Усилители используются в радио и телепередатчиках и приемниках, в звуковом оборудовании. В… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • Электроника — У этого термина существуют и другие значения, см. Электроника (значения). Различные электронные компоненты Электроника (от греч …   Википедия

  • Электроника (торговая марка) — В данной статье или разделе имеется список источников или внешних ссылок, но источники отдельных утверждений остаются неясными из за отсутствия сносок …   Википедия

  • Электроника ВЛ-100 — У этой статьи нет иллюстраций. Вы можете помочь проекту, добавив их (с соблюдением правил использования изображений). Для поиска иллюстраций можно: попробовать воспользоваться инструментом …   Википедия

  • Усилитель звуковых частот — Эту страницу предлагается переименовать в Усилитель звуковой частоты. Пояснение причин и обсуждение  на странице Википедия:К переименованию/3 ноября 2012. Возможно, её текущее название не соответствует нормам современного русского языка …   Википедия

  • Электроника (значения) — Электроника: В Викисловаре есть статья «электроника» Электроника  наука о взаимодействии …   Википедия

  • Усилитель биопотенциалов — …   Википедия

  • Электроника (наука) — Электроника раздел электротехники, наука об использовании электрических устройств, которые работают на основе управления потоками электронов или других заряженных частиц в таких устройствах, как электронные лампы или полупроводниковые приборы. В… …   Википедия

Усилитель | Описание, предназначение, виды усилителей.

Электронный усилитель – это усилитель, задача которого состоит в том, чтобы увеличить сигнал по мощности, при этом сохраняя форму усиливаемого сигнала. Более подробно это определение можно прочесть в Википедии. В этой статье мы поверхностно пробежимся по основам теории усилителей.

Что такое усилитель?

В электрических схемах очень часто встречаются сигналы малой мощности. Например, это может быть звуковой сигнал с динамического микрофона

слабый радиосигнал, который ловит из эфира ваш китайский радиоприемник

Либо отраженный сигнал от ракеты противника, который уже потом ловит, усиливает и отслеживает радиолокационная установка. Для примера: зенитно-ракетный комплекс ТОР:

Как вы видите, в электронике абсолютно везде требуется усиление слабых сигналов. Для того, чтобы их усиливать, как раз нужны усилители сигналов. Усилители широко применяются в радиолокации, телевидении, радиовещании, телеметрии, в вычислительной технике, авторегулировании, в системах автоматики и тд.

Что такое черный ящик в электронике

В общем виде усилитель можно рассматривать как черный ящик. Что представляет из себя этот черный ящик? Это ящик. Он черный). А так как он черный, то абсолютно никто не знает, что находится в нем. Остается только предполагать. Но возможен и такой вариант, что мы можем предпринять какие-либо действия и ждать ответной реакции. После ответной реакции этого черного бокса,  можно предположить, что находится у него внутри.

То есть по сути черный ящик должен иметь какие-либо “сенсоры” для восприятия информации извне, некий “вход”, а также некий “выход” для ответной реакции. То есть подавая на вход какое-либо воздействие, мы ждем ответной реакции черного ящика на выходе.

Пусть в черном ящике будет кот или кошка, но пока никто не знает, что он(а) там есть. Что мы сделаем в первую очередь? Потрясем ящик или пнем по нему, так ведь? Если там кто-то мяукнет, значит однозначно или кошка, или кот). То есть последовала ответная реакция. Как определить дальше кошка или кот? Открываем ящик, и из него вылазит лохматое чудо. Если побежала – значит кошка. Если побежал – значит кот).

Но также в черном ящике может быть абсолютно любое тело или вещество. Для таких ситуаций мы должны провести как можно больше опытов, то есть произвести как можно больше входных воздействий для более точного определения содержимого черного ящика.

Что такое четырехполюсник


В электронике черным ящиком является четырехполюсник. Что вообще такое четырехполюсник? Четырехполюсник – это черный ящик, внутри которого имеется неизвестная электрическая цепь. Здесь мы видим две клеммы на вход, через которые подается входное воздействие и две клеммы на выход, с которых мы уже будем снимать отклик нашего “электрического черного ящика”.

Пассивный четырехполюсник

Например, RC-цепь является пассивным четырехполюсником, так как она имеет четыре вывода: два на вход и два на выход, и как мы видим, она не содержит в себе какой-либо источник питания. Эта RC цепочка является пассивным фильтром низкой частоты (ФНЧ).

В пассивных четырехполюсниках напряжение или ток на выходе могут быть больше, чем на входе, но мощность при этом не увеличивается. Как же напряжение или ток на выходе могут быть больше, чем на входе? Здесь достаточно вспомнить трансформатор, а также последовательный и параллельный колебательные контура. Для них точнее было бы определение преобразователи напряжения, но никак не усилитель, так как усилитель должен иметь в своем составе обязательно источник питания, у которого он будет брать энергию для усиления слабого входного сигнала.

Также в пассивном четырехполюснике мощность на выходе никак не будет больше мощности, чем на входе. Если вы этого добьетесь, то сразу же получите вечный источник энергии и Нобелевскую премию в придачу. Но помните, что закон сохранения энергии, который впервые был еще сформулирован Лейбницем в 17 веке, никто не отменял.

Активный четырехполюсник

А вот этот четырехполюсник мы будем уже называть активным, так как он имеет в своем составе источник питания +Uпит , которое требуется для того, чтобы усиливать сигнал.

То есть мы здесь видим две клеммы на вход, на которые загоняется сигнал Uвх , а также видим две клеммы на выход, где снимается напряжение Uвых . Питается наш четырехполюсник через +Uпит , в результате чего, в данном случае, сигнал на выходе будет больше, чем сигнал на входе.

Загоняя на вход такой схемы синусоиду, на выходе мы получим ту же самую синусоиду, но ее амплитуда будет в разы больше.

Это, конечно же, верно для идеального усилителя, т.е. абсолютно линейного и без ограничения на амплитуду входного и выходного сигнала. В реальных усилителях, требуется чтобы амплитуда не превышала допустимую и усилитель был правильно спроектирован. Кроме того, любой реальный усилитель вносит искажения и характеризуется коэффициентом нелинейных искажений (КНИ) и еще многими другими параметрами, которые мы рассмотрим в следующей статье.

[quads id=1]

В активном четырехполюснике, одним из которых является усилитель мощности, мощность на выходе будет больше, чем на входе. Естественно, при этом не нарушается закон сохранения энергии, так как мощность, которая выделяется на нагрузке – это преобразованная мощность источника питания. Входной слабый сигнал просто управляет этой мощностью. Более подробно можно прочитать в статье про принцип усиления транзистора.

В электронике мы будем рассматривать усилитель, как активный четырехполюсник, на вход которого подается маломощный сигнал Uвх, а к выходу цепляется нагрузка Rн .

Обобщенная схема усилителя

Она  выглядит примерно вот так:

Как мы можем видеть на схеме, ко входу усилительного каскада  через клеммы 1 и 2 подсоединяется какой-либо источник слабого сигнала  с ЭДС  EИ   и внутренним сопротивлением RИ . Именно этот слабый сигнал с этого источника мы будем усиливать. Далее, как и полагается, каждый усилитель обладает своим каким-либо входным сопротивлением Rвх . Сила тока Iвх в цепи  EИ —>RИ—>Rвх , как ни трудно догадаться, будет зависеть от  входного сопротивления усилительного каскада Rвх .

Как вы уже знаете, источник питания играет главную роль в усилительном каскаде. Маломощный слабый сигнал управляет расходом энергии источника питания. В результате на выходе мы получаем умощненную копию входного слабого сигнала. Усиление произошло благодаря тому, что источник питания давал свою мощность для усиления входного сигнала. Ну как-то вот так).

В выходной цепи усилителя мы получаем усиленный сигнал с ЭДС Eвых и выходным сопротивлением Rвых . Через клеммники 3 и 4 мы цепляем нагрузку Rн , которая уже будет потреблять энергию усиленного сигнала. Сила тока в цепи Eвых —> Rвых —> Rн  будет зависеть от сопротивления нагрузки Rн .

Типы усилителей

Усилители можно разделить на три группы:

Усилитель напряжения

Усилитель напряжения (УН) усиливает входное напряжение в заданное число раз. Этот коэффициент называется коэффициентом усиления по напряжению и вычисляется по формуле:

где

KU – это коэффициент усиления по напряжению

Uвых – напряжение на выходе усилителя, В

Uвх – напряжение на входе усилителя, В

Выходное усиленное напряжение не должно меняться от тока нагрузки, а следовательно, и от сопротивления нагрузки. В идеале, выходное сопротивление Rвых должно быть равно нулю, что недостижимо на практике. Поэтому, УН стараются проектировать так, чтобы минимизировать выходное сопротивление Rвых .

В таком режиме усилитель работает, если выполняются условия, что Rвх намного больше, чем Rвых т. е.  Rвх >>Rи  и Rн намного больше, чем Rвых    (Rн >>Rвых ). Чем больше номинал Rн , тем лучше для усилителя напряжения, так как нагрузка не будет просаживать выходное напряжение Uвых.  Здесь все просто: чем меньше сопротивление нагрузки, тем бОльшая сила тока будет течь по цепи Eвых —> Rвых —> Rн , тем больше будет падение напряжения на выходном сопротивлении Rвых , исходя из формулы ЭДС: Eвых =IвыхRвых +IвыхRн . Об этом можно более подробно прочитать в статье Закон Ома для полной цепи.

Усилитель тока

Усилитель тока (УТ) усиливает входной ток в заданное число раз. Этот коэффициент называется коэффициентом усиления по току и вычисляется по формуле:

где KI   – коэффициент усиления по току

Iвых  – сила тока в цепи нагрузки, А

Iвх  – сила тока во входной цепи Eи —>Rи —>Rвх , А

Смысл работы усилителя тока такой:  при определенной силе тока во входной цепи, на выходе в цепи нагрузки мы получаем силу тока, бОльшую в KI раз, независимо от того, какое значение принимает номинал нагрузки. Здесь уже работает простой закон Ома I=U/R.

Если сила тока должна быть постоянной, а  значение сопротивления у нас может быть плавающим, то для поддержания постоянной силы тока в цепи нагрузки у нас усилитель автоматически изменяет напряжение Uвых на нагрузке. В результате, ток как был постоянной величиной, так и остался. Или буквами: Rн =var, Iвых= const.

Объяснение выше вы будете рассказывать своему преподу по электронике, а теперь объяснение для полных чайников. Итак, во входной цепи Eи —>Rи —>Rвх  пусть у нас течет сила тока в 10 мА. Коэффициент KI =100, следовательно, на выходе в цепи нагрузки Eвых —>Rвых —> Rн будет течь ток с силой в 1 А (10мА х 100). Но сам по себе такой ток не будет ведь гулять по этой цепи. Ему надо создать условия для протекания. Допустим,  у нас нагрузка 10 Ом. Какое тогда напряжение должно быть в этой цепи для получения силы тока в этой цепи в 1 А? Вспоминаем дядюшку Ома: I=U/R. 1=Uвых /10, получаем U=10 В. Вот такое напряжение нам будет выдавать усилитель тока на выходе.

Но что, если нагрузка поменяет свое значение? Ток должен остаться таким же, не забывайте, то есть 1 А, так как это у нас усилитель тока. В этом случае, чтобы сила тока в цепи оставалась 1 А  усилитель автоматически поменяет свое значение напряжения на выходе Uвых на 1=Uвых /5. Uвых =5/1=5 В. То есть на выходе у нас уже будет 5 Вольт.

Но также не забываем еще об одном параметре, который у нас находится в выходной цепи усилителя тока. Это выходное сопротивление Rвых . Поэтому, нам необходимо, чтобы выполнялось условие: Rвх << Rи и Rн << Rвых  при которых обеспечивается заданный ток в нагрузке при малом значении напряжения.

Усилитель мощности

Раньше было очень круто и модно собирать усилители мощности (УН) своими руками, включить Ласковый Май и вывернуть громкость на всю катушку. Сейчас же УМ может собрать или купить каждый, благо интернет и Алиэкпресс всегда под рукой.

Чем же УМ отличается от УН и УТ?

Если в УТ  мы увеличивали только силу тока, в УН – напряжение, то в УМ мы увеличиваем в кратное число раз ток и напряжение.

Формула мощности для постоянного и переменного тока при активной нагрузке выглядит вот так:

где

P – мощность, Вт

I – сила тока, А

U – напряжение, В

Следовательно, коэффициент усиления по мощности запишется как:

где

KP – коэффициент усиления по мощности

Pвых  – мощность на выходе усилителя, Вт

Pвх  – мощность на входе усилителя, Вт

Для усилителя мощности условия согласования входной цепи с источником входного сигнала и выходной цепи с нагрузкой для передачи максимальной мощности имеют вид: Rвх ≈ Rи и Rн ≈ Rвых .

Также не забывайте, что нагрузки могут быть как чисто активными (типа лампочки накаливания, резистора, различных нагревашек), так и иметь реактивную составляющую (катушки индуктивности, конденсаторы, двигатели и тд).

Выходная мощность усилителя

Выходная мощность усилителя, отдаваемая в активную нагрузку, будет выражаться формулой:

где

Pвых – выходная мощность усилителя, Вт

Iвых – сила тока в цепи нагрузки, А

UВых  – напряжение на нагрузке, В

Мощность на нагрузку с реактивной составляющей будет уже выражаться через формулу:

где

Pвых – выходная мощность усилителя, Вт

Iвых – сила тока в цепи нагрузки, А

Uвых  – напряжение на нагрузке, В

cosφ  – где φ – это разность фаз между осциллограммой тока и напряжения

Например, разность фаз между током и напряжением в активной нагрузке равна нулю, следовательно, cos0=1. Поэтому формула для активной нагрузки принимает вид

Более подробно про это можно прочитать в статье про активное и реактивное сопротивление.

Максимальная выходная мощность, при которой искажение сигнала на выходе не превышает качественных значений усилителя, называют номинальной мощностью усилителя.

Ну и обобщенное правило, для того, чтобы было проще запомнить все эти три вида усилителя:

В УН KU > 1, KI = 1;       в УТ KI > 1, KU = 1;          в УМ KU > 1 и KI > 1.

 

Виды усилителей по полосе пропускания

По ширине полосы пропускания усилители делятся на:

Усилители низкой частоты

Также их еще называют усилители звуковой частоты (УЗЧ). Они предназначенные для усиления сигналов с частотой от десятков Герц и до 20 кГц. 20 кГц – это предел частоты, которая может быть воспринята человеческим ухом. Поэтому, такой тип усилителей очень любят меломаны и радиолюбители.

Усилители высокой частоты

Они предназначены для усиления сигналов во всем диапазоне частот, используемых электроникой.

Широкополосные усилители

Они позволяют  усиливать широкую полосу частот (например, от десятков герц до нескольких мегагерц). Здесь, думаю, все понятно.

Узкополосные усилители

Они усиливают узкую полосу частот. Это могут быть  резонансные фильтры, а также фильтры, которые строятся на основе УВЧ и УНЧ.

Усилители постоянного тока

Усиливают сколь угодно медленные электрические колебания, начиная с частоты, равной нулю герц (постоянный ток).

Если вы желаете больше знать об усилителях, то читайте статью основные параметры усилителя.

Аналоговая электроника | Обучение | Analog Devices

Содержание:

Операционные усилители:

  1. Идеальный операционный усилитель с обратной связью по напряжению (MT-032)
    I. Инвертирующий усилитель (MT-213)
    II. Инвертирующие сумматоры (MT-214)
    III. Однополупериодный выпрямитель (MT-212)
    IV. Двухполупериодный выпрямитель (MT-211)
  2. Усилители с обратной связью по току (MT-034)
  3. Коэффициент усиления и ширина полосы ОУ с обратной связью по напряжению (MT-033)
  4. Коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи и его нелинейность (MT-044)
  5. Ширина полосы и неравномерность в полосе пропускания (MT-045)
  6. Время установления ОУ (MT-046)
  7. Быстродействующие операционные усилители с обратной связью по напряжению (MT-056)
  8. Входное напряжение смещения (MT-037)
  9. Расчет полного выходного напряжения смещения (MT-039)
  10. Прецизионные ОУ со стабилизацией прерыванием (автоматической коррекцией нуля) (MT-055)
  11. Усилители с входным током смещения (MT-038)
  12. Входной импеданс ОУ (MT-040)
  13. Напряжения питания и коэффициент ослабления пульсаций питания (MT-043)
  14. Входной и выходной диапазоны синфазного и дифференциального напряжений ОУ (MT-041)
  15. Коэффициент ослабления синфазного сигнала (КОСС) (MT-042)
  16. Входные и выходные каскады, питание ОУ и работа в режиме Rail-to-Rail (MT-035)
  17. Обращение фазы выходного сигнала и защита от перегрузки напряжением по входу (MT-036)

Использование операционных усилителей

  1. Выбор между ОУ с обратной связью по напряжению и обратной связью по току (MT-060)
  2. Компенсация влияния входной емкости на операционные усилители с обратной связью по напряжению и с обратной связью по току, используемые в преобразователях тока в напряжение (MT-059)
  3. Влияние емкости обратной связи на операционные усилители с обратной связью по напряжению и с обратной связью по току (MT-058)
  4. Искажения в операционных усилителях: HD, THD, THD + N, IMD, SFDR, MTPR (MT-053)
  5. Шум операционного усилителя (MT-047)
  6. Коэффициент шума операционного усилителя: не вводите себя в заблуждение (MT-052)
  7. Расчет полного выходного шума операционного усилителя для системы второго порядка (MT-050)
  8. Расчет полного выходного шума операционного усилителя для однополюсной системы (MT-049)
  9. Взаимосвязь между характеристиками шума операционного усилителя: шум 1/f, среднеквадратический шум и эквивалентная шумовая полоса (MT-048)

Инструментальные усилители

  1. Базовая конфигурация инструментального усилителя на двух операционных усилителях (MT-062)
  2. Базовая конфигурация инструментального усилителя на трех операционных усилителях (MT-063)
  3. Источники статических погрешностей инструментального усилителя (MT-064)
  4. Инструментальные усилители с автоматической коррекцией нуля (MT-067)
  5. Шум инструментального усилителя (MT-065)
  6. Анализ бюджета погрешностей мостовой схемы с инструментальным усилителем (MT-066)
  7. Усилители разностного сигнала и токоизмерительные усилители (MT-068)
  8. Защита инструментального усилителя от перегрузки напряжением по входу (MT-069)
  9. Защита инструментального усилителя от входных радиочастотных помех (MT-070)
  10. Детальный взгляд на усилители разностного сигнала

Усилители с переменным коэффициентом усиления (VGA)

  1. Прецизионные усилители с переменным коэффициентом усиления(MT-072)
  2. Быстродействующие усилители с переменным коэффициентом усиления (MT-073)

Компараторы

  1. Компараторы (MT-083)
  2. Использование ОУ в качестве компаратора (MT-084)
    I. Операционные усилители в качестве компараторов. Слайды Power Point

Логарифмические усилители

  1. Логарифмические усилители (MT-077)
  2. Высокочастотные логарифмические усилители (MT-078)

Аналоговые умножители

  1. Аналоговые умножители (MT-079)
  2. Смесители и модуляторы. Обзор (MT-080)

Усилители выборки-хранения

  1. Усилители выборки-хранения (MT-090)
  2. Применение ИМС усилителей выборки и хранения (AN-270)

Аналоговые ключи и мультиплексоры

  1. Аналоговые ключи и мультиплексоры (MT-088)
  2. Видеомультиплексоры и матричные переключатели сигналов (MT-089)

Источники опорного напряжения

  1. Источники опорного напряжения (MT-087)

Моделирование аналоговых цепей

  1. Моделирование аналоговых цепей (MT-099)
  2. Совместимые со SPICE макромодели операционных усилителей (AN-138)

Ремонт электроники – цена в Москве, стоимость ремонта электроники у мастера на YouDo

Что такое электроника

Всезнающая википедия гласит о том, что электроника представляет собой науку о взаимодействии электронов с электромагнитными полями. Далее идет длинное толкование этого определения. Естественно, когда в Москве или Санкт-Петербурге мы слышим фразу о ремонте электроники, речь идет о чем-то другом.

Ищем подробности и находим в той же статье подраздел, в котором узнаем, что одной из областей этой науки является бытовая электроника. Теперь сразу становится понятно, что речь идет о ремонте таких приборов, как:

  • мобильные телефоны
  • компьютеры
  • телевизоры
  • аудио- и видео аппаратура
  • бытовые электроприборы

Таким образом, делаем вывод, что в данном контексте, понятие электроники подразумевает практически любое устройство из окружающих нас. Мы сталкиваемся с ними дома и на работе, утром, днем и вечером, на земле, под землей и в небе.

Специфика ремонта электроники

Многие бытовые приборы совмещают в себе технические и электронные характеристики. Ремонт любой электроники подразумевает под собой квалифицированную профессиональную подготовку, объединяющую в себе такие навыки, как:

  • работа с микросхемами и программами
  • знания в области механики
  • подготовка в области электрики

Только сочетание всех этих знаний помогут произвести качественный ремонт любой электроники или, как ее еще называют, техники.

Ремонт электроники

Производством электроники разных направлений занимается огромное количество компаний. Среди них можно назвать такие мировые бренды, как:

  • Samsung
  • Electrolux
  • AEG
  • Bosch
  • Yamaha
  • Indesit

Каждый из производителей в своих разработках имеет специфические особенности. Настоящий специалист по ремонту электроники должен быть в курсе всех нововведений, секретов и подробностей, связанных с продукцией той или иной компании.

Услуги опытных мастеров вы можете заказать на популярном сайте YouDo. Здесь вы гарантированно получите самое качественное выполнение работ при самых минимальных сроках и сравнительно низких расценках. Помимо этого, специалисты предоставят вам все необходимые рекомендации по эксплуатации электроники.

Лучшие усилители звука, топ-10 рейтинг хороших усилителей звука

На рынке современных акустических систем уже давно подавляющую нишу занимают так называемые активные колонки. Они оснащены встроенным усилителем, который располагается внутри их корпуса. Пользоваться подобной продукцией довольно просто – их достаточно подключить к источнику звука (с учетом имеющихся технологий совершенно не обязательно использовать для этого кабель, вполне допустимо применить один из форматов беспроводной связи) и к источнику питания. Тем не менее, пассивные колонки все еще широко распространены. Их используют, как правило, в профессиональной среде, а также в системах Hi-Fi и Hi-End.

Акустические системы высокого качества зачастую не оснащены встроенным усилителем, поэтому его приходится приобретать отдельно. О том, как это правильно сделать мы вам расскажем в сегодняшнем рейтинге лучших усилителей звука года. Кроме того, здесь будет представлен широкий модельный ряд подобных конструкций, чтобы читатели смогли выбрать для себя подходящий аппарат, который будет приемлемым не только по своему качеству, но и по стоимости.

Как грамотно выбрать усилитель звука?

Следует сразу оговориться, что это задача не из легких, поэтому к ней следует подходить максимально ответственно и вдумчиво. Если приобрести неподходящую к конкретным колонкам продукцию, то это может вызвать их перегрузку и выход из строя. Бывают ситуации и не с таким плачевным исходом – просто акустическая система не сможет в полной мере раскрыть свой потенциал, обеспечив слушателя качественным звучанием. Обязательно нужно учитывать мощность самих колонок и усилителя. При этом разграничивают понятия номинальной и пиковой мощности – в первом случае звук будет воспроизводиться без искажений, при втором типе нагрузок колонки способно проработать очень короткое время.

Усилители могут быть ламповыми или же воспроизводить звук при помощи интегральных микросхем. Первая разновидность позволяет обеспечить минимальное количество шумов и искажений даже в случае кратковременных перегрузок. Подобные устройства подойдут для любителей музыки с устаревших носителей, например, виниловых пластинок, аудиокассет. Усилители на интегральных микросхемах представляют собой более современную продукцию, характеризующуюся более точным воспроизведением звука. Искажений здесь несколько больше, однако при прослушивании современных музыкальных жанров, например, клубной, электронной музыки или же хип-хопа, это не столь заметно.

При выборе также учитывают немаловажный параметр – сопротивление усилителя. Подобный показатель должен быть хоть немного ниже по сравнению с колонками. На исправность аппаратуры это нисколько не влияет, однако при неверном соотношении параметров реальная выходная мощность получится примерно в два-три раза меньше по сравнению с действительными возможностями акустики. Стоит отметить, что в продаже встречаются усилители, которые могут оснащаться селектором импенданса либо несколькими каналами с изменяемой мощностью. Подобная продукция принадлежит к универсальному классу, так как она способна совмещаться абсолютно с любой акустической продукцией.

Когда мы выбирали устройства для включения в рейтинг лучших усилителей звука, то опирались, главным образом, на все обозначенные параметры. Мы постарались включить в обзор побольше универсальных изделий, чтобы каждый любитель качественного звучания мог подобрать для себя оптимальный вариант. Однако учитывались и другие факторы – соотношение цены и качества аппаратуры, а еще отзывы пользователей.

Многоканальные устройства

4. Onkyo TX-RZ730

Данные ресивер прекрасно совмещается с различными конфигурациями аудиосистем. Продукция производится с использованием новейшей технологии динамического усиления, за счет которой в режиме реального времени происходит независимая корректировка сигнала, поступающего из каждого канала. Это положительно сказывается на общем качестве звучания, выводя его на совершенно новый уровень. При необходимости усилитель можно синхронизировать с различными устройствами, например, смартфонами, компьютерами, ноутбуками, телевизорами с возможностями Smart TV – делается это за счет каналов Bluetooth или Wi-Fi a/c. Помимо этого, в ресивере располагается адаптер Chromecast, за счет которого удастся работать с различными сервисами трансляций, производимых в режиме онлайн – Deezer, Spotify и многими другими. При желании аппарат может использоваться в полноценном мультимедийном комплексе Multiroom, который воспроизводит различный контент в разных помещениях.

Когда усилитель сопряжен с телевизором, то в ход идет и довольно мощный графический процессор, позволяющий сделать картинку более четкой, а цвет еще глубже. Видео незначительного разрешения аппарат масштабирует и сглаживает, поэтому даже достаточно старые фильмы будут смотреться на экране большого телевизора вполне приемлемо. Система AccuEQ в автоматическом режиме производит оценку акустической обстановки в помещении и подстраивает под нее параметры своего сигнала, не допуская возникновения стоячих волн и отраженных колебаний.

Преимущества:

  • Прекрасное качество звучания;
  • Есть несколько беспроводных модулей;
  • Возможность поддерживать все существующие кодеки;
  • Гибкость настройки звучания;
  • При желании можно скачать на смартфон приложение для управления аппаратом.

Недостатки:

  • Очень дорого стоит.

Onkyo TX-RZ730

3. Denon AVR-X1500H

Современная продукция от известной японской марки, модели которой каждый год успешно проходят специализированные тесты множества изданий, освещающих события в высокотехнологичной индустрии. Данная модель просто на голову выше всех своих конкурентов в ценовой категории. Одним из главных конструктивных отличий этого устройства является то, что транзисторы тут находятся на охлаждающем их радиаторе и в шахматном порядке, благодаря подобному решению тепло отводится максимально эффективно. Под ними располагается медная подложка, а весь блок усилителей поделен на правую и левую секции. Это все сделано для того, чтобы качество звучания стало как можно лучше. Для минимизирования вибраций, которые значительно влияют на звук, в усилителе используются двойные штампованные поддоны и полное тройное шасси. В зависимости от выходной мощности трансформатор также может быть разный – он довольно крупный, оснащен экраном из углеродистой стали, которая хорошо проводит тепло и обеспечивает хорошую проводимость.

Данная модель ориентирована, главным образом, на работу с современными объектно-ориентированными форматами, однако и музыку в стиле ретро она будет проигрывать довольно качественно. При подключении к телевизору способна выдать максимально четкий и глубокий звук, отличающийся также динамичностью, но при этом он не будет резать слух. Никаких искажений и стоячих волн при воспроизведении не образуется. При желании можно подключить второй сабвуфер. В итоге, обеспечивается прекрасное звучание вне зависимости от площади и типа помещения.

Преимущества:

  • Большое количество разъемов для подключения внешнего оборудования;
  • Акцент сделан на современные форматы и воспроизведение фильмов;
  • Интуитивно понятное меню управления;
  • Вся конструкция продумана так, чтобы обеспечить качественное проигрывание звука.

Недостатки:

  • Дисплей очень простой;
  • Модель получилась достаточно тяжелой.

Denon AVR-X1500H

2. Marantz SR5013

Устройство способно взаимодействовать практически со всеми известными форматами, работающими с трехмерным объектно-ориентированным звучанием типа Dolby Atmos или DTS:X. Кроме того, данный усилитель может поддерживать формат DTS Virtual:X – он способен превратить стандартную систему, работающую на двух каналах в полноценную акустику, оборудованную виртуальными иммерсивным звуком объемного типа. Такой ресивер работает с Ultra HD, а также имеет в своем программном обеспечении апскейлер – он способен повысить разрешение любого формата до 4К. У модели имеются HDAM модули, которые применяют обратную связь по силе тока. За счет подобной технологии можно добиться качественного усиления – это выражается в чистой динамике звука в случае использования максимально широкого диапазона частот.

Максимальная мощность каждого из каналов достигает 100 Вт при 8 Ом. Данный усилитель может справиться даже с 4-омной нагрузкой, здесь предусмотрен эко-режим, позволяющий в значительной степени сэкономить электроэнергию. У изделия есть сразу два Wi-Fi модуля, которые работают в разных диапазонах, формат Bluetooth, оно может поддерживать технологию HEOS, помогающую синхронизировать продукцию с гаджетами, работающими на операционной системе iOS. Для комфортного управления усилителем используется приложение Marantz AVR Remote либо пульт, идущий в комплекте.

Преимущества:

  • Превосходное качество звука вне зависимости от используемого источника;
  • Ресивер способен превратить даже низкокачественную картинку в формат 4К;
  • Возможность откалибровать звук по восьми точкам в течение нескольких минут;
  • Предусмотрен динамический эквалайзер с тонкими настройками.

Недостатки:

  • Не слишком хорошо продумана эргономика пульта управления;
  • В инструкции отсутствует русский язык.

Marantz SR5013

1. Yamaha RX-V485

Работает с применением уникальной технологии Cinema DSP 3D. Она разработана при помощи оригинальной комбинации вычисленных данных звукового пола, сигнал которого обрабатывается при помощи цифровых возможностей аппарата. Инженеры предприятия собрали сведения, касающиеся звуковых полей наиболее известных концертных залов и музыкальных клубов во всем мире. После анализа полученных данных удалость разработать оригинальную систему микширования. Когда вся эта информация была оцифрована и включена в особые интегральные схемы, усилитель получил эффективное воспроизведение акустического пространства даже большого помещения в условиях работы с домашней аппаратурой. За счет подобного подхода зритель обеспечивается высоким реализмом фильмов, который практически ничем не будет отличаться от кинотеатра.

Есть также интеллектуальный анализ акустики комнаты, где установлен такой усилитель. Выбор различных звуковых параметров производится в автоматическом режиме. Для уменьшения искажений звука этот усилитель оборудован дискретными усилителями мощности. Громкость контролируется интеллектуальной системой, минимизирующей количество шумов вне зависимости от типа аудиосигнала.

Преимущества:

  • Довольно широкая функциональность аппарата;
  • Можно управлять через приложение;
  • Непосредственная интеграция с многочисленными сервисами потокового аудио.

Недостатки:

  • При включении и выключении раздаются механические щелчки;
  • Стоимость не самая приемлемая.

Yamaha RX-V485

Интегральные аппараты

3. Cambridge Audio AXA35

Британская компания, занимающаяся производством данного звуковоспроизводящего оборудования, уже давно известна любителям качественной музыки своими не слишком дорогими и грамотно спроектированными изделиями. Данный интегральный усилитель характеризуется повышенной выходной мощностью, также здесь предусмотрен фонокорректор для головок вида ММ. Есть также выход для наушников, информационный жидкокристаллический дисплей – на него выводятся режимы работы и хронометраж проигрываемого трека. Физические клавиши управления воспроизведением находятся непосредственно на корпусе ресивера, они прорезиненные, не слишком тугие, нажимаются с характерным щелчком. В левой части находится инфракрасный датчик дистанционного управления аппаратом. Прибор способен работать с любыми форматами звука, имеется режим воспроизведения треков без пауз между ними.

Цифровой поток преобразуется в аналоговый сигнал за счет двухканального микрочипа WM8524, при помощи которого можно работать со звуком не слишком высокого качества – 24 бит / 192 кГц. Тут также применяется двухполюсный фильтр, который сводит практически к нулю помехи, возникающие на высоких частотах. Имеются все необходимые разъемы для подключения внешнего оборудования. Корпус производится из нержавеющей стали, практически не вибрирует даже при воспроизведении очень низких частот.

Преимущества:

  • Превосходный звук вне зависимости от источника;
  • Тщательно продуманная эргономика оборудования;
  • Для своего типа отличается приемлемой стоимостью.

Недостатки:

  • Винтовые зажимы для подключения внешних акустических систем не слишком удобные.

Cambridge Audio AXA35

2. Pioneer A-40 AE

Оптимальный усилитель звука, который подойдет для начинающих меломанов, собравшихся сформировать для себя систему минимального или среднего типа. При помощи такого оборудования можно на выходе получить превосходный звук, но в этом случае не придется интегрировать систему в домашнюю беспроводную сеть по сложной технологии. Внешнее оформление аппарата достаточно строгое – по своему стилю дизайн напоминает усилители, выпускавшиеся еще в далеких 1980-х годах. Это интегральный усилитель традиционного типа, здесь не удастся найти встроенных стримеров или разного рода беспроводных модулей. Конструкция рассчитана именно для работы в рамках классической стереосистемы. При разработке аппарата инженеры особое внимание уделяли наиболее важным для качества звука аспектам. Тут предусмотрен цифроаналоговый преобразователь, функционирующий на основе микрочипа Wolfson, он способен поддерживать сигналы с разрешением от 24 бит и частотой 192 кГц.

Все обмотки трансформаторов полностью изолированы друг от друга, за счет чего в значительной степени продлевается срок их службы. Внутреннее пространство прибора организовано так, что параллельных плоскостей практически не встречается – этот момент помогает максимально снизить вероятность возникновения резонанса, избавиться от стоячих волн. На задней панели предусмотрен полный набор аналоговых входов, аналоговый выход, а также вход для подключения винилового проигрывателя с ММ-головкой. Отдельно имеется вход для того, чтобы подавать аналоговый сигнал на усилитель мощности, причем делается это напрямую.

Преимущества:

  • Оптимальная оснащенность аппарата;
  • Хорошо продуманный форм-фактор и дизайнерское оформление;
  • Звучание энергичное, хорошо сбалансированное и масштабное;
  • Приемлемая стоимость.

Недостатки:

  • Отсутствие беспроводных модулей.

Pioneer A-40 AE

1. Denon PMA-800NE

Здесь нашли выражение не только интегральные, но и цифровые технологии, благодаря чему разработчикам удалось выпустить на современный рынок универсальный центр аудиосистемы. Аппарат помещен в классический фирменный корпус компании, который характеризуется довольно толстой передней панелью, которая изготавливается из облегченного алюминиевого сплава. На нем находятся все органы управления. Смотрится продукция достаточно стильно – вполне соответствует премиальному классу, будет оптимально вписываться в любую AV-систему. Шасси устройства оснащены запатентованной развязкой, позволяющей гасить акустические колебания, также тут предусмотрена опорная стальная плита, толщина которой составляет 1,6 мм. Она надежно предохраняет электронные схемы от разного рода механических воздействий. Усилитель оборудован фирменными двухтактными усилителями, которые могут работать с высоким выходным током с поддержкой расширенного диапазона частот.

Максимальная мощность одного канала достигает 85 Вт, благодаря чему изделие может работать даже с очень сложной акустикой. Для того, чтобы настроить характер звучания, в усилителе есть регуляторы тембра по высоким и низким частотам, еще имеется стереобаланс. В конструкции имеется фонокорректор, за счет него удастся удобно работать с большинством автономных устройств. Для питания цифровых и аналоговых схем применяются вторичные обмотки сетевого трансформатора раздельного типа, а соответствующие платы находятся на значительном удалении друг от друга.

Преимущества:

  • Действительно очень высокая мощность аппарата;
  • Прекрасное качество звучания вне зависимости от типа акустики;
  • Стильный внешний вид;
  • Надежная защита от физических и акустических воздействий;
  • Во время сильных нагрузок практически не нагревается и не создает фон.

Недостатки:

  • Стоит несколько дороже аналогичных устройств.

Denon PMA-800NE

Портативные усилители

3. McIntosh MHA50

Устройство разработано специально для людей, любящих качественных портативный звук. Подобный девайс способен работать с устройствами, работающими на различных платформах – iOS, Android, MacOS, Windows. Оно поддерживает беспроводное подключение к наушникам по протоколу Bluetooth 4.1. За работу с сигналом отвечает 32-битный процессор, который также может взаимодействовать с асинхронной передачей звука через канал USB. В конструкции используется аккумуляторная батарея, емкость которой составляет 3000 мАч. Этого будет достаточно на 6 часов автономной работы, если пользоваться беспроводными каналами, при проводном соединении продукция способна проработать значительно дольше. По своим габаритным размерам аппарат практически ничем не отличается от современных смартфонов. Он немного весит, помещен в алюминиевый корпус, который несколько сужается по направлению к боковым сторонам.

Фронтальная панель производится из закаленного стекла, на ней находится регулятор громкости сенсорного типа. Девайс обладает двумя режимами мощности – высоким и низким, благодаря чему он может взаимодействовать с наушниками, сопротивление которых находится в пределах от 8 до 600 Ом. Помимо наушников, сюда можно подключить и плеер или же любое другое портативное акустическое устройство через разъем 3,5 мм. В комплекте с усилителем идут три кабеля USB для работы с источниками, еще есть удобный кожаный чехол и розетка для заряда аккумуляторной батареи.

Преимущества:

  • Способен работать с различными операционными системами;
  • Два режима мощности помогают синхронизировать аппарат с любыми видами наушников вне зависимости от их сопротивления;
  • Гармонические искажения практически не заметны;
  • Компактные габаритные размеры и масса;
  • В комплекте идет стильный кожаный чехол и все необходимое для работы с любыми устройствами.

Недостатки:

  • Слабоватая емкость аккумулятора, что особенно заметно при работе с автономными источниками звука;
  • Стеклянная передняя панель собирает на себе отпечатки пальцев.

McIntosh MHA50

2. Fiio BTR3

Усилитель обладает незначительными габаритными размерами – по своей величине он не превосходит большинства mp3 плееров. При этом он помещен в корпус, выполненный из стекла с металлическими боковыми вставками, хотя в нем установлен аккумулятор приличной емкости, масса прибора не превышает 30 граммов. Задняя панель представляет собой светодиодный индикатор. При включении он мигает синим, обозначая готовность к сопряжению с внешним устройством, если нажать на единственную функциональную кнопку, имеющуюся на корпусе прибора, мигание становится сине-красным – в этом случае девайс будет готов синхронизироваться с источником звука по каналу Bluetooth. Все элементы управления расположились на левой грани – здесь есть микрофон, кнопка включения, а также качелька для регулировки громкости.

Комплектный микрофон отличается приличной чувствительностью, предусмотрена возможность переключать треки непосредственно через этот усилитель в процессе прослушивания музыки. Для изменения громкости не обязательно пользоваться качелькой – можно отрегулировать ее возможностями смартфона или плеера. На корпусе есть два выхода – Type C и стандартные 3,5 мм, причем пользоваться ими можно одновременно, то есть аппарат будет воспроизводить музыку и одновременно с этим заряжаться. Модуль NFC обеспечивает подключение к смартфонам в беспроводном формате.

Преимущества:

  • Продукция отличается качественной детализацией звучания;
  • Поддерживает все популярные кодеки;
  • Можно использовать в качестве внешней звуковой карты;
  • Продолжительное время автономной работы;
  • Незначительные габаритные размеры.

Недостатки:

  • Не слишком удобное местоположение кнопок управления, к тому же идущий в комплекте чехол еще больше усложняет пользование ими.

Fiio BTR3

1. Усилитель для наушников Beyerdynamic Impacto universal

Самая миниатюрная продукция во всем нашем обзоре лучших усилителей звука. Они включают в себя не только усилитель, но и цифро-аналоговый преобразователь. Модель оснащена встроенным двусторонним кабелем, который подключается к наушникам за счет стандартного штекера 3,5 мм. Аппарат способен работать не только со смартфонами, но и с персональными компьютерами, ноутбуками, планшетами и плеерами. С нижней стороны находится вход micro-USB для подключения одного из четырех соответствующих кабелей, поставляющихся в комплекте с изделием. В корпусе имеются органы управления воспроизведением. Кнопка запуска и паузы оборудована светодиодной подсветкой, еще есть кнопка переключения между треками, а также имеется индикатор, обозначающий, что в настоящее время воспроизводится Hi-Res-контент, обладающий частотой дискретизации 48 кГц или выше.

При помощи данного аппарата удастся получить мини-систему для воспроизведения звука наиболее высокого качества, причем слушать музыку можно будет даже на улице. Усилитель отлично сочетается с любыми видами наушников. Конструкция оснащена литиево-ионной батареей.

Преимущества:

  • Универсальная продукция, способная работать с различными гаджетами;
  • Обеспечивает высокое качество звучания;
  • Отличается весьма стильным внешним видом и компактными размерами.

Недостатки:

  • Высокая стоимость.

Усилитель для наушников Beyerdynamic Impacto universal

В заключении полезное видео

Наш обзор лучших усилителей звука подошел к завершению. Как видите, мы постарались представить в нем разноплановую продукцию, чтобы каждый наш читатель мог подобрать под свои потребности оптимальную модель. Если же у вас остались еще вопросы по поводу характеристик понравившегося девайса – задавайте их нам в комментариях. Мы оперативно отреагируем на ваше сообщение и предоставим всю необходимую дополнительную информацию.

Самодельный усилитель звука 2 х 100 Вт (м/с TDA7498): ОБЗОР, СБОРКА и ТЕСТ


Watch this video on YouTube

Усилители

  • Раздел 1.0 Основные сведения об усилителе.
  • • Типовые функции усилителей в электронных системах.
  • • Графические изображения усилителей.
  • • Применение усилителя и типы сигнала.
  • Раздел 1.1 Параметры усилителя.
  • Типовые параметры усилителя.
  • • Коэффициент усиления, частотная характеристика, полоса пропускания, входное и выходное сопротивление, фазовый сдвиг, обратная связь.
  • Раздел 1.2 Предвзятость класса А.
  • • Биполярный транзистор с общим эмиттером и общий источник смещения полевого транзистора.
  • • Эмиттерная, постоянная и температурная стабилизация.
  • • Предвзятость класса А.
  • • Общие входные и выходные характеристики эмиттера.
  • Раздел 1.3 Усиление и децибелы.
  • • Усиление.
  • • Логарифмические весы.
  • • Определение напряжения и мощности в дБ.
  • • Общие значения в дБ.
  • Раздел 1.4 Пропускная способность.
  • • Типичные кривые отклика.
  • • Факторы, влияющие на пропускную способность.
  • Раздел 1.5 Тест по основам усилителя.
  • • Проверьте свои знания об усилителях

Введение в усилители

Усилитель используется для увеличения амплитуды формы сигнала без изменения других параметров формы волны, таких как частота или форма волны.Они являются одной из наиболее часто используемых схем в электронике и выполняют множество функций во многих электронных системах.

Рис. 1.0.1 Общий символ усилителя, используемый в схемах системы

Общий символ усилителя показан на Рис. 1.0.1. Символ не дает подробных сведений о типе описываемого усилителя, но можно предположить направление потока сигнала (как поток слева направо на диаграмме). Усилители разных типов также часто описываются в системных или структурных схемах по именам.

Усилители в составе больших электронных систем

Например, посмотрите на блок-схему аналогового ТВ-приемника на Рис. 1.0.2 и посмотрите, сколько отдельных каскадов (затененных зеленым), составляющих телевизор, являются усилителями. Также обратите внимание, что названия указывают на тип используемого усилителя. В некоторых случаях показанные блоки являются настоящими усилителями, а в других усилитель имеет дополнительные компоненты для модификации базовой конструкции усилителя для специальных целей. Этот метод использования относительно простых отдельных электронных схем в качестве «строительных блоков» для создания больших сложных схем является общим для всех электронных систем; даже компьютеры и микропроцессоры состоят из миллионов логических вентилей, которые представляют собой просто специализированные типы усилителей.Поэтому распознавание и понимание основных схем, таких как усилители, является важным шагом в изучении электроники.

Рис. 1.0.2 Структурная схема аналогового цветного ТВ-приемника

Один из способов описать усилитель – это тип сигнала, который он предназначен для усиления. Обычно это относится к диапазону частот, с которым будет работать усилитель, или, в некоторых случаях, к функции, которую он выполняет в электронной системе.

А.F. Усилители

Усилители звуковой частоты

используются для усиления сигналов в диапазоне человеческого слуха, примерно от 20 Гц до 20 кГц, хотя некоторые усилители звука Hi-Fi расширяют этот диапазон примерно до 100 кГц, в то время как другие усилители звука могут ограничивать верхний предел частоты до 15 кГц или меньше. .

Усилители звукового напряжения

используются для усиления сигналов низкого уровня от микрофонов, магнитных лент, дисковых звукоснимателей и т. Д. Благодаря дополнительной схеме они также выполняют такие функции, как коррекция тона, выравнивание уровней сигналов и микширование с разных входов, обычно они имеют высокое усиление по напряжению и среднее к высокому выходному сопротивлению.

Усилители мощности звука

используются для приема усиленного входного сигнала от ряда усилителей напряжения, а затем обеспечивают достаточную мощность для управления громкоговорителями.

И.Ф. Усилители

Усилители промежуточной частоты

– это настроенные усилители, используемые в радио, телевидении и радарах. Их цель – обеспечить усиление большей части напряжения радио-, теле- или радиолокационного сигнала до того, как аудио- или видеоинформация, переносимая сигналом, будет отделена (демодулирована) от радиосигнала.Они работают на частоте ниже, чем принимаемый радиосигнал, но выше, чем аудио- или видеосигналы, в конечном итоге производимые системой. Частота, с которой И.Ф. усилители работают, и полоса пропускания усилителя зависит от типа оборудования. Например, в радиоприемниках AM I.F. усилители работают на частоте около 470 кГц, а их полоса пропускания обычно составляет 10 кГц (от 465 кГц до 475 кГц), в то время как ТВ обычно использует полосу пропускания 6 МГц для I.F. сигнал на частоте от 30 до 40 МГц, а в радаре может использоваться ширина полосы 10 МГц.

Рис. 1.0.3 FM-радио с усилителями AF, IF и RF.

Р.Ф. Усилители

Радиочастотные усилители – это настроенные усилители, в которых рабочая частота регулируется настроенной схемой. Эта схема может регулироваться или не регулироваться в зависимости от назначения усилителя. Пропускная способность также зависит от использования и может быть относительно широкой или узкой. Входное сопротивление, как и коэффициент усиления, обычно низкое. (Некоторые РЧ-усилители имеют небольшое усиление или вообще не имеют его, но в основном представляют собой буфер между приемной антенной и более поздними схемами, чтобы предотвратить любые нежелательные сигналы высокого уровня от цепей приемника, достигающие антенны, где они могут быть повторно переданы как помехи).Особенностью ВЧ-усилителей, где они используются на самых ранних этапах приемника, является низкий уровень шума. Важно, чтобы фоновый шум, обычно производимый любым электронным устройством, был минимальным, поскольку усилитель будет обрабатывать сигналы с очень низкой амплитудой от антенны (мкВ или меньше). По этой причине в этих каскадах часто используются малошумящие полевые транзисторы.

Ультразвуковые усилители

Ультразвуковые усилители – это тип аудиоусилителя, работающего на частотах от примерно 20 кГц до примерно 100 кГц; они обычно предназначены для определенных целей, таких как ультразвуковая очистка, определение усталости металла, ультразвуковое сканирование, системы дистанционного управления и т. д.Каждый тип будет работать в довольно узком диапазоне частот в ультразвуковом диапазоне.

Широкополосные усилители

Широкополосные усилители должны иметь постоянный коэффициент усиления от постоянного тока до нескольких десятков МГц. Они используются в измерительном оборудовании, таком как осциллографы и т. Д., Где необходимо точно измерять сигналы в широком диапазоне частот. Из-за их чрезвычайно широкой полосы пропускания усиление невелико.

Усилители постоянного тока

Усилители постоянного тока

используются для усиления напряжения постоянного тока (0 Гц) или сигналов очень низкой частоты, где важен уровень постоянного тока сигнала.Они распространены во многих электрических системах управления и измерительных приборах.

Видеоусилители

Видеоусилители – это особый тип широкополосных усилителей, которые также сохраняют уровень постоянного тока сигнала и используются специально для сигналов, которые должны подаваться на ЭЛТ или другое видеооборудование. Видеосигнал несет всю информацию об изображении в телевизионных, видео и радиолокационных системах. Полоса пропускания видеоусилителей зависит от использования. В телевизионных приемниках он простирается от 0 Гц (постоянный ток) до 6 МГц и еще шире в радарах.

Буферные усилители

Буферные усилители

– это часто встречающийся специализированный тип усилителей, который можно найти в любой из вышеперечисленных категорий, они размещаются между двумя другими цепями, чтобы предотвратить влияние одной цепи на работу другой. (Они ИЗОЛИРУЮТ цепи друг от друга). Часто буферные усилители имеют коэффициент усиления, равный единице, то есть они фактически не усиливают, так что их выходная амплитуда равна их входу, но буферные усилители имеют очень высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс и поэтому могут использоваться в качестве импеданса. согласующее устройство.Это гарантирует, что сигналы не ослабляются между цепями, как это происходит, когда цепь с высоким выходным сопротивлением подает сигнал непосредственно в другую цепь с низким входным сопротивлением.

Операционные усилители

Операционные усилители (операционные усилители) были разработаны на основе схем, разработанных для ранних аналоговых компьютеров, где они использовались для математических операций, таких как сложение и вычитание. Сегодня они широко используются в форме интегральных схем, где они доступны в корпусах с одним или несколькими усилителями и часто включаются в сложные интегральные схемы для конкретных приложений.

Конструкция основана на дифференциальном усилителе, который имеет два входа вместо одного и выдает выходной сигнал, пропорциональный разнице между двумя входами. Без отрицательной обратной связи операционные усилители имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления, обычно исчисляемый сотнями тысяч. Применение отрицательной обратной связи увеличивает полосу пропускания операционного усилителя, поэтому они могут работать как широкополосные усилители с полосой пропускания в диапазоне МГц, но снижает их коэффициент усиления. Простая резисторная сеть может применять такую ​​обратную связь извне, а другие внешние сети могут изменять функцию операционных усилителей.

Выходные свойства усилителей

Усилители

используются для увеличения амплитуды напряжения или тока или для увеличения мощности, доступной обычно от сигнала переменного тока. Какой бы ни была задача, есть три категории усилителей, которые зависят от свойств их выхода;

1. Усилители напряжения.

2. Усилители тока.

3. Усилители мощности.

LM324N Четырехъядерный операционный усилитель малой мощности.

Щелкните изображение, чтобы увидеть таблицу ST.

Назначение усилителя напряжения состоит в том, чтобы сделать амплитуду формы волны выходного напряжения больше, чем амплитуду формы волны входного напряжения (хотя амплитуда выходного тока может быть больше или меньше, чем у входного тока, это изменение менее важно. по назначению усилителя).

Назначение усилителя тока состоит в том, чтобы сделать амплитуду формы волны выходного тока больше, чем амплитуду формы волны входного тока (хотя амплитуда выходного напряжения может быть больше или меньше, чем у входного напряжения, это изменение менее важно. по назначению усилителя).

В усилителе мощности произведение напряжения и тока (т. Е. Мощность = напряжение x ток) на выходе больше, чем произведение напряжения x тока на входе. Обратите внимание, что напряжение или ток на выходе могут быть меньше, чем на входе. Это продукт двух, который значительно увеличился.

Начало страницы

Параметры усилителя

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Опишите типовые параметры усилителя.
  • • Прирост.
  • • Амплитудно-частотная характеристика.
  • • Пропускная способность.
  • • Входное сопротивление.
  • • Выходное сопротивление.
  • • Фазовый сдвиг.
  • • Обратная связь.

Описание усилителя

Говорят, что любой усилитель имеет определенные параметры. Это особые свойства, которые заставляют усилитель работать определенным образом и, таким образом, делают его подходящим для данной задачи.Ниже описаны типичные параметры усилителя.

Прирост

Коэффициент усиления усилителя – это мера «усиления» усилителя, то есть насколько он увеличивает амплитуду сигнала. Точнее, это отношение амплитуды выходного сигнала к амплитуде входного сигнала, и оно обозначено символом «A». Его можно рассчитать для напряжения (A v ), тока (A i ) или мощности (A p ). Когда нижний индекс после A в нижнем регистре, это относится к условиям слабого сигнала, а когда нижний индекс заглавными буквами относится к условиям постоянного тока.Коэффициент усиления или усиление для трех разных типов усилителей можно описать с помощью соответствующей формулы:

Коэффициент усиления напряжения A

v = Амплитуда выходного напряжения ÷ Амплитуда входного напряжения.

Коэффициент усиления по току A

i = Амплитуда выходного тока ÷ Амплитуда входного тока.

Коэффициент усиления A

p = Выходная мощность сигнала ÷ Входная мощность сигнала

Коэффициент усиления усилителя определяется не только компонентами (транзисторами и т. Д.).), но также и тем, как они связаны между собой в цепи усилителя.

Частотная характеристика

Усилители

не имеют одинакового усиления на всех частотах. Например, усилитель, предназначенный для усиления звуковой частоты, будет усиливать сигналы с частотой менее примерно 20 кГц, но не будет усиливать сигналы с более высокими частотами. Усилитель, предназначенный для радиочастот, будет усиливать полосу частот выше примерно 100 кГц, но не будет усиливать звуковые сигналы более низких частот.В каждом случае усилитель имеет определенную частотную характеристику, представляющую собой полосу частот, где он обеспечивает адекватное усиление, и исключая частоты выше и ниже этой полосы, где усиление менее чем адекватно.

Рис. 1.1.1a Кривая отклика усилителя звука

Рис. 1.1.1b Кривая отклика усилителя aRF, настроенного на 774 кГц

Чтобы показать, как коэффициент усиления усилителя изменяется в зависимости от частоты, используется график, показывающий частотную характеристику усилителя.На рис. 1.1.1a показана типичная частотная характеристика усилителя звука, а на рис. 1.1.1b – радиочастотного усилителя. На таких графиках обычно встречаются очень большие значения как для усиления, так и для частоты. По этой причине для осей частоты и усиления графика обычно используются логарифмические шкалы. Из рис. 1.1.1a видно, что масштабы на (горизонтальной) оси x не увеличиваются линейно; каждое равное деление представляет собой десятикратное увеличение отображаемой частоты.Это гарантирует, что очень широкий диапазон частот может быть отображен на одном графике. (Вертикальная) ось Y использует линейные деления, но логарифмические единицы (децибелы дБ). Кривая графика показывает, как коэффициент усиления, измеренный в децибелах, изменяется в зависимости от частоты.

Сравнение рис. 1.1.1a и b, нарисованные таким образом, показывают, как каждый тип усилителя (аудио, RF и т. Д.) Имеет свою собственную характерную форму кривой частотной характеристики. Усилитель, который имеет очень узкую кривую отклика с резким пиком, считается очень «селективным».Это типично для ВЧ-усилителя и именно то, что требуется в усилителе, разработанном для каскадов настройки радиоприемника, где должна быть выбрана только одна несущая радиоволна среди многих сотен других, например, скопившихся в диапазоне средних волн.

Пропускная способность

Важной информацией, которую можно получить из кривой частотной характеристики, является полоса пропускания усилителя. Это относится к «полосе» частот, для которой усилитель имеет полезное усиление. За пределами этой полезной полосы коэффициент усиления усилителя считается недостаточным по сравнению с коэффициентом усиления в центре полосы пропускания.Полоса пропускания, указанная для усилителей напряжения, – это диапазон частот, для которых коэффициент усиления усилителя превышает 0,707 максимального коэффициента усиления (см. Рис. 1.1.1.b). В качестве альтернативы, децибелы используются для обозначения коэффициента усиления, отношения выходного напряжения к входному (см. Рис. 1.1.1.a). Полезная полоса пропускания на рис. 1.1.1a может быть описана как расширяющаяся до тех частот, на которых усиление по напряжению на -3 дБ ниже по сравнению с усилением на средней частоте полосы. Можно использовать несколько способов описания пропускной способности, во-первых, можно сказать (рис.1.1a), что «Полоса пропускания составляет от 10 Гц до 20 кГц». В качестве альтернативы можно было бы сказать (рис. 1.1.1b) «Полоса пропускания составляет 9 кГц с центром на 774 кГц». или даже что это «774 кГц плюс-минус 4,5 кГц».

Входное сопротивление

Слово импеданс означает сопротивление потоку переменного тока. При 0 Гц (то есть постоянном токе) импеданс (символ Z) такой же, как сопротивление (R), но на частотах, отличных от 0 Гц, импеданс и сопротивление не совпадают. Входное сопротивление усилителя – это эффективное сопротивление между входными клеммами.«Эффективный» означает, что импеданс не обязательно является просто сопротивлением компонентов усилителя (резисторов, конденсаторов и т. Д.), Фактически подключенных к входным клеммам, но представляет собой импеданс, воспринимаемый как количество тока, протекающего по входным клеммам для заданного напряжение сигнала, приложенное с определенной частотой. Входное сопротивление зависит от ряда факторов, включая частоту подаваемого сигнала, коэффициент усиления усилителя, любую используемую обратную связь по сигналу и даже то, что подключено к выходу усилителя.

Выходное сопротивление

Рис. 1.1.2 Входное и выходное сопротивление усилителя

Выходное сопротивление усилителя зависит не только от фактических компонентов, подключенных к выходу усилителя. Это «кажущийся» импеданс, который лучше всего можно продемонстрировать как ответственный за падение напряжения сигнала на выходных клеммах усилителя, когда с выходных клемм поступает ток. Чем больше тока потребляется от выходных клемм, тем сильнее уменьшается напряжение выходного сигнала.Эффект – это импеданс или сопротивление, включенное последовательно с выходными клеммами.

Расчет усиления в многокаскадных усилителях.

Согласование входов и выходов необходимо для обеспечения передачи максимального количества сигнала между усилителем и любой другой схемой или устройством, предшествующим или последующим за ним. Обычно это происходит, когда коэффициент усиления одного усилителя недостаточен для данной цели. Затем используются несколько каскадов усиления, которые включают подачу выхода одного усилителя на вход другого.(Это называется «каскадным подключением усилителей»). В таких конструкциях выходной импеданс первого усилителя и входной импеданс второго усилителя образуют делитель потенциала, как показано на рис. 1.1.3

Рис. 1.1.3 Эффект делителя потенциала усилителей в Cascade

При каскадном подключении усилителей напряжения входной сигнал на второй каскад в идеале должен составлять 100% от выходного напряжения каскада 1, т.е. иметь как можно более высокую амплитуду напряжения.Это произойдет, если выходное сопротивление первого усилителя будет намного ниже, чем входное сопротивление второго усилителя. Это позволяет развить большую часть напряжения, доступного на выходном зажиме (точка A), на входном сопротивлении второго усилителя (и, следовательно, на его входных выводах), а не на выходном сопротивлении первого усилителя.

Однако, если второй усилитель является усилителем тока, необходимо, чтобы на его входные клеммы проходил как можно больший ток.Следовательно, в этом случае входное сопротивление второго усилителя должно быть низким. В случае усилителей мощности максимальная мощность передается с выхода на вход, если оба импеданса равны.

Значения входного и выходного импеданса оказывают значительное влияние на коэффициент усиления многокаскадных усилителей, и всегда есть некоторая потеря амплитуды сигнала, которая возникает из-за соединения следующих друг за другом каскадов усилителя. При вычислении общего коэффициента усиления многокаскадного усилителя общее усиление должно быть равно произведению отдельных коэффициентов усиления каждого усилителя.т.е. если каждый каскад двухкаскадного усилителя имеет коэффициент усиления 10, то общее усиление должно быть 10 x 10 = 100. Однако на практике это недостижимо из-за потерь связи, возникающих при согласовании усилителей, и немного меньшего общие результаты прироста.

Фазовый сдвиг

Фазовый сдвиг в усилителе – это величина (если есть), на которую выходной сигнал задерживается или опережает фазу по отношению к входному сигналу, выраженную в градусах. Если происходит сдвиг фазы на 90 градусов, то пик выходной волны происходит через четверть цикла после пика входной волны.Такой сдвиг может быть вызван влиянием в цепи усилителя таких компонентов, как резисторы, индукторы и конденсаторы. Действие транзистора в однокаскадном усилителе может вызвать сдвиг фазы на 180 градусов, и поэтому вход и выход будут «противофазными». Важность фазового сдвига в усилителе зависит от его назначения.

Рис. 1.1.4 Фазовый сдвиг

Конструкция многокаскадных усилителей должна учитывать фазовый сдвиг, поскольку величина фазового сдвига будет изменяться в зависимости от частоты, возможно, что на некоторых частотах общий фазовый сдвиг может составлять до 360 градусов.Если выходному сигналу такой системы разрешено повторно поступать на вход, возникает положительная обратная связь, и усилитель становится нестабильным и, вероятно, будет колебаться.

Обратная связь

Рис. 1.1.5 Отрицательная обратная связь снижает усиление, искажения и шум, а также увеличивает полосу пропускания.

Рис. 1.1.6 Как отрицательная обратная связь влияет на пропускную способность.

Обратная связь – это процесс получения части выходного сигнала усилителя и подачи ее обратно на вход.Обратная связь может быть настроена для увеличения или уменьшения входного сигнала. Когда обратная связь используется для увеличения входного сигнала, это называется ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ, а когда эффект обратной связи уменьшает входной сигнал, это называется ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ происходит, когда сигнал обратной связи находится в фазе с входным сигналом, это увеличивает амплитуду входного и, следовательно, выходного сигнала, эффективно увеличивая коэффициент усиления усилителя.

ОТРИЦАТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ возникает, когда сигнал обратной связи находится в противофазе с входным сигналом, эффективно уменьшая амплитуду входного и, следовательно, выходного сигнала.Это вызывает снижение усиления. См. Рис. 1.1.5.

В высококачественных усилителях отрицательная обратная связь часто используется для уменьшения коэффициента усиления усилителя. Особое преимущество этого заключается в том, что любое искажение сигнала или фоновый шум, производимый усилителем, также уменьшаются.

Еще одним положительным эффектом является то, что применение отрицательной обратной связи увеличивает полосу пропускания усилителя. Причину этого можно увидеть на рис. 1.1.6, где уменьшение высоты кривой усиления приводит к увеличению расстояния между 0.707 баллов, что увеличивает пропускную способность.

Начало страницы

Конструкция усилителя с общим эмиттером класса A

Базовый процесс проектирования.

Рис. 2.0.1. Усилитель с общим эмиттером

На рис. 2.0.1 показан усилитель с обычным эмиттером класса А, но без значений его компонентов. Этот модуль показывает, как просто рассчитать значения, необходимые для создания рабочего усилителя с правильным смещением класса A, как описано в модуле усилителя 1.2 и, таким образом, производят неискаженный и усиленный выходной сигнал. Сборка и тестирование усилителя – хороший способ узнать, как и почему работает усилитель.

Как вы узнаете, что ваши расчеты верны? Лучший способ – создать свой дизайн и протестировать его. Следуйте инструкциям в этом разделе и загрузите сопроводительные документы в формате pdf, чтобы вы могли спроектировать, построить и протестировать рабочий усилитель.

Хотя проектирование усилителя может быть сложным процессом, это простое упражнение требует некоторых сокращений, поскольку оно больше связано с изучением того, как работает усилитель, а не с проектированием полностью новой Hi-Fi системы.

Конструкторский проект усилителя

Разделы 2.1–2.4 этого модуля представляют собой практический проект по разработке одноступенчатого усилителя с общим эмиттером класса А. Используйте информацию из других разделов модулей в learnabout-electronics (просто щелкните ссылки, где это необходимо), чтобы помочь вам рассчитать значения компонентов, необходимые для рабочего усилителя. Единственные необходимые математические вычисления – это некоторый закон Ома и некоторые расчеты емкостного реактивного сопротивления.

Рекордный проект усилителя

Загрузите и распечатайте протокол проектирования усилителя, который можно использовать вместе с разделами 2.1–2.4 этого модуля, чтобы у вас было полное описание того, как спроектировать, построить и протестировать усилитель. Он содержит все формулы, необходимые для расчета правильных условий постоянного и переменного тока для усилителя, и после завершения проектирования усилителя прототип схемы можно легко построить на макетной плате (Proto board). В проекте также показано, как проверить работоспособность усилителя с помощью мультиметра и осциллографа.

Проект разделен на четыре раздела, чтобы его можно было проверять на наличие ошибок в процессе проектирования.При таком разделении задачи дизайна вероятность ошибки значительно снижается.

Тщательно следуйте инструкциям по последовательности проектирования, приведенным в разделах с 2.1 по 2.4 этого модуля, и запишите результаты своих расчетов и испытаний в протоколы проектирования усилителя, чтобы спроектировать и построить усилитель с обычным эмиттером рабочего класса. Это отличный способ понять, как работает усилитель.

Начало страницы

Основы осциллятора

Введение

Эти модули генераторов в Learnabout Electronics описывают, как много часто используемых генераторов работают с использованием дискретных компонентов и в форме интегральных схем.Также узнайте, как самостоятельно создавать и тестировать схемы генераторов.

Что такое осциллятор

Генератор обеспечивает источник повторяющегося сигнала переменного тока на своих выходных клеммах без необходимости какого-либо ввода (кроме источника постоянного тока). Сигнал, генерируемый генератором, обычно имеет постоянную амплитуду.

Форма и амплитуда волны определяются конструкцией схемы генератора и выбором значений компонентов.

Частота выходной волны может быть фиксированной или переменной, в зависимости от конструкции генератора.

Типы осцилляторов

Рис. 1.0.1 Генератор


(источник переменного тока)
Обозначение цепи Осцилляторы

можно классифицировать по типу генерируемого ими сигнала.

  • СИНУС-ВОЛНОВЫЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ производят синусоидальный выходной сигнал.
  • РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ и НАСТОЛЬНЫЕ МУЛЬТИВИБРАТОРЫ производят прямоугольные волны и прямоугольные импульсы.
  • ПОВОРОТНЫЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ производят пилообразные волны.

Генераторы синусоидальной волны также можно классифицировать по частоте или типу управления частотой, которое они используют.Генераторы RF (радиочастоты), работающие на частотах выше примерно 30-50 кГц, используют LC (катушки индуктивности и конденсаторы) или кристаллы для управления своей частотой. Они также могут быть классифицированы как генераторы HF, VHF и UHF, в зависимости от их частоты.

Генераторы

LF (низкочастотные) обычно используются для генерации частот ниже 30 кГц и обычно представляют собой RC-генераторы, так как они используют резисторы и конденсаторы для управления своей частотой.

Прямоугольные генераторы, такие как релаксационные и нестабильные генераторы, могут использоваться на любой частоте от менее 1 Гц до нескольких ГГц и очень часто реализуются в виде интегральных схем.

Синусоидальные генераторы.

Рис. 1.0.2 Сети управления частотой

Эти схемы идеально производят чистый синусоидальный сигнал на выходе с постоянной амплитудой и стабильной частотой. Тип используемой цепи зависит от ряда факторов, включая требуемую частоту. Конструкции, основанные на LC-резонансных цепях или на кристаллических резонаторах, используются для ультразвуковых и радиочастотных приложений, но на звуковых и очень низких частотах физический размер резонирующих компонентов L и C был бы слишком большим, чтобы быть практичным.

По этой причине комбинация R и C используется для управления частотой. Условные обозначения схем, используемых для этих сетей управления частотой, показаны на рис. 1.0.2

.

Генераторы LC

Катушки индуктивности и конденсаторы

объединены в резонансный контур, который дает очень хорошую форму синусоидальной волны и имеет довольно хорошую стабильность частоты. То есть частота не сильно меняется при изменении напряжения питания постоянного тока или температуры окружающей среды, но относительно просто, используя переменные индуктивности или конденсаторы, создать (настраиваемый) генератор с переменной частотой.Генераторы LC широко используются для генерации и приема радиосигналов там, где требуется переменная частота.

Генераторы RC (или CR)

На низких частотах, таких как аудио, значения L и C, необходимые для создания резонирующего контура, были бы слишком большими и громоздкими, чтобы их можно было использовать на практике. Поэтому резисторы и конденсаторы используются в комбинациях типа RC-фильтров для генерации синусоидальных волн на этих частотах, однако сложнее получить чистую форму синусоидальной волны, используя R и C.Эти низкочастотные генераторы синусоидальной волны используются во многих звуковых приложениях, и используются различные конструкции с фиксированной или переменной частотой.

Кварцевые генераторы

На радиочастотах и ​​выше, когда требуется фиксированная частота с очень высокой степенью стабильности частоты, компонент, определяющий частоту колебаний, обычно представляет собой кристалл кварца, который при воздействии переменного напряжения колеблется с очень точной частотой. Частота зависит от физических размеров кристалла, поэтому после изготовления кристалла определенных размеров частота колебаний становится чрезвычайно точной.Конструкции кварцевых генераторов могут генерировать либо синусоидальные, либо прямоугольные сигналы, а также используются для генерации очень точных несущих частот в радиопередатчиках, они также составляют основу очень точных элементов синхронизации в часах, часах и компьютерных системах.

Осцилляторы релаксации

Эти генераторы работают по другому принципу, чем генераторы синусоидальной волны. Они генерируют прямоугольный или импульсный выходной сигнал и обычно используют два усилителя и схему управления частотой, которая просто создает временную задержку между двумя действиями.Два усилителя работают в режиме переключения, попеременно включаясь или полностью выключаясь, и поскольку время, в течение которого транзисторы фактически переключаются, длится только очень небольшую часть каждого цикла волны, остальную часть цикла они ” расслабиться “, в то время как временная сеть производит остаток волны. Альтернативное название этого типа осцилляторов – «нестабильный мультивибратор», это название произошло из-за того, что они содержат более одного колебательного элемента. В основном есть два осциллятора, т.е.е. «вибраторы», каждый из которых передает часть своего сигнала обратно на другой, и выходной сигнал постоянно меняется с высокого на низкий и обратно, то есть он не имеет стабильного состояния, следовательно, он нестабилен. Осцилляторы релаксации могут быть построены с использованием нескольких различных конструкций и могут работать на многих разных частотах. Astables обычно можно выбрать для таких задач, как создание высокочастотных цифровых сигналов. Они также используются для выработки относительно низкочастотных сигналов включения-выключения для мигающих огней.

Генераторы развертки

Форма волны развертки – это еще одно название пилообразной волны.Это имеет линейно изменяющееся (например, возрастающее) напряжение в течение почти всего одного цикла, за которым следует быстрое возвращение к исходному значению волны. Эта форма волны полезна для изменения (качания) частоты генератора, управляемого напряжением, который представляет собой генератор, частота которого может изменяться в заданном диапазоне за счет подачи на его управляющий вход переменного напряжения «развертки». Генераторы развертки часто состоят из пилообразного генератора, который в основном представляет собой конденсатор, заряжаемый постоянным значением тока.Поддержание постоянного зарядного тока при увеличении зарядного напряжения заставляет конденсатор заряжаться линейно, а не по нормальной экспоненциальной кривой. В заданный момент конденсатор быстро разряжается, чтобы вернуть напряжение сигнала к исходному значению. Эти две части пилообразного волнового цикла называются разверткой и обратным ходом.

Усилители

| Усилители и активные устройства

Практические преимущества активных устройств

Практическая польза от активных устройств – их усилительная способность .Независимо от того, управляется ли рассматриваемое устройство напряжением или управляемым током, количество мощности, требуемой для управляющего сигнала, обычно намного меньше, чем количество мощности, доступное в управляемом токе. Другими словами, активное устройство не просто позволяет электричеству управлять электричеством; он позволяет малому количеству электроэнергии управлять большим количеством электроэнергии.

Из-за этого несоответствия между , управляющим мощностью , и управляемой мощностью , активные устройства могут использоваться для управления большой мощностью (управляемой) посредством приложения небольшого количества мощности (управление).Такое поведение известно как усиление .

Закон сохранения энергии в машинах

Это фундаментальное правило физики, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Формально это правило известно как Закон сохранения энергии, и на сегодняшний день не было обнаружено никаких исключений из него. Если этот Закон верен – а подавляющая масса экспериментальных данных предполагает, что это так, – тогда невозможно построить устройство, способное принимать небольшое количество энергии и волшебным образом преобразовывать ее в большое количество энергии.Все машины, включая электрические и электронные схемы, имеют верхний предел эффективности 100 процентов. В лучшем случае выходная мощность равна входной мощности, как показано на рисунке ниже.

Выходная мощность машины может приближаться, но никогда не превышать, потребляемой мощности для 100% эффективности в качестве верхнего предела.

Обычно машины не соответствуют даже этому пределу, теряя часть своей входящей энергии в виде тепла, которое излучается в окружающее пространство и, следовательно, не является частью выходного потока энергии.(Рисунок ниже)

Реалистичная машина чаще всего теряет часть своей входной энергии в виде тепла при преобразовании ее в выходной поток энергии.

Вечный двигатель

Многие люди безуспешно пытались спроектировать и построить машины, которые производят больше мощности, чем они потребляют. Такая машина с вечным двигателем не только доказала бы, что Закон сохранения энергии не был законом, но и приведет к технологической революции, какой мир никогда не видел, поскольку она могла бы приводить себя в действие по круговому циклу и генерировать избыточную энергию «бесплатно».(рисунок ниже)

Гипотетический «вечный двигатель» работает сам по себе?

Несмотря на большие усилия и множество недобросовестных заявлений о «бесплатной энергии» или сверх единичных машин , ни одна из них никогда не проходила простой тест на получение собственной энергии и выработки лишней энергии.

Усилители

Однако существует класс машин, известных как усилители , которые могут принимать сигналы малой мощности и выходные сигналы гораздо большей мощности.Ключ к пониманию того, как усилители могут существовать без нарушения закона сохранения энергии, заключается в поведении активных устройств.

Поскольку активные устройства имеют возможность управлять большим количеством электроэнергии с помощью небольшого количества электроэнергии, они могут быть скомпонованы в схему так, чтобы дублировать форму мощности входного сигнала из большего количества энергии, подаваемой внешний источник питания. Результатом является устройство, которое, кажется, волшебным образом увеличивает мощность небольшого электрического сигнала (обычно волны переменного напряжения) в форму волны идентичной формы большей величины.

Закон сохранения энергии не нарушается, потому что дополнительная мощность подается от внешнего источника, обычно батареи постоянного тока или аналогичной. Усилитель не создает и не разрушает энергию, а просто преобразует ее в желаемую форму волны, как показано на рисунке ниже.

Хотя усилитель может масштабировать малый входной сигнал до большого выходного сигнала, его источником энергии является внешний источник питания.

Другими словами, поведение активных устройств по управлению током используется для преобразования энергии постоянного тока от внешнего источника питания в такую ​​же форму волны, что и входной сигнал, создавая выходной сигнал такой же формы, но с другой (большей) величиной мощности.Транзистор или другое активное устройство в усилителе просто формирует большую копию формы волны входного сигнала из «необработанной» мощности постоянного тока, обеспечиваемой батареей или другим источником питания.

Ограничения усилителей

Усилители

, как и все машины, имеют ограниченную эффективность до 100 процентов. Обычно электронные усилители намного менее эффективны, чем они, рассеивая значительное количество энергии в виде отработанного тепла. Поскольку эффективность усилителя всегда составляет 100 процентов или меньше, его никогда нельзя заставить работать как устройство «вечного двигателя».

Требование внешнего источника питания является общим для всех типов усилителей, электрических и неэлектрических. Типичным примером неэлектрической системы усиления может быть усилитель рулевого управления в автомобиле, усиливающий силу рук водителя при повороте рулевого колеса для перемещения передних колес автомобиля. Источником энергии, необходимой для усиления, является двигатель. Активным устройством, управляющим «входным сигналом» водителя, является гидравлический клапан, передающий гидравлическую энергию от насоса, прикрепленного к двигателю, к гидравлическому поршню, помогающему движению колеса.Если двигатель перестает работать, система усиления не может усилить силу руки водителя, и автомобиль становится очень трудно повернуть.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Что такое усилитель? Что такое усиление?

Усилители – это схемы, которые используются для увеличения (усиления) входного сигнала (обычно очень маленького), поэтому вы можете получить выходной сигнал с гораздо большей амплитудой, чем исходный. Обычные усилители сделаны на биполярных транзисторах, но есть и другие, в которых используются операционные усилители (операционные усилители), электронные клапаны, полевые транзисторы и т. Д.

Усиление – это процесс увеличения амплитуды сигнала, обычно с использованием усилителя.

Иногда усилитель может вызывать искажение сигнала на выходе усилителя, так как происходит очень большое усиление. Необходимо учитывать, что усилитель не может иметь на выходе более высокий уровень напряжения, чем у источника питания.

Символ усилителя

Усилитель и рекомендации по усилению

  • Если усилитель запитан (например) от 12 вольт.Выходной сигнал не может иметь напряжение выше этого.
  • Чтобы увеличить выходную мощность усилителя, обычно увеличивают величину тока, который он может подавать. Помните, что: P (мощность) = V (напряжение) x I (ток). Если напряжение не может быть увеличено, необходимо увеличить ток.

Неусиленная волна

Усиленная волна

  • В случае, показанном на диаграммах, видно, что выходной сигнал (нижняя диаграмма) больше, чем входной (нижняя диаграмма), но дополнительно он перевернут.Случай, который иногда встречается в усилителях, называется инвертирующими усилителями.

Всем хорошо известны усилители звука. В этих случаях усиливается очень слабый аудиосигнал, полученный от микрофона или источника звука, такого как CD или DVD.

Поскольку напряжение блока питания не очень высокое (в случае транзисторных усилителей), ток усиливается. (см. предыдущую формулу мощности). Выходной сигнал усилителя звука подается на один или несколько динамиков, которые преобразуют электрические сигналы в звуковые волны.

Введение в электронные усилители – Electronics-Lab.com

Усилитель – это электронный блок, который увеличивает либо потенциальные сигналы (усилитель напряжения), либо сигналы интенсивности (усилитель тока), либо оба (усилитель мощности). Усилитель состоит из двух входов, которые служат для усиления сигнала (см. Входной сигнал на рис. 1) и подачи энергии (см. Источник питания). Выход (см. Выходной сигнал) – это входной сигнал, усиленный с определенным усилением.

рис 1: Блок-схема электронного усилителя Усилители

встречаются на большинстве ступеней многих электронных приложений:

  • На входных каскадах они доводят сигналы до значения, при котором они могут быть использованы схемой.
  • На промежуточных этапах они поддерживают и корректируют величину сигналов.
  • На выходных каскадах они нормализуют амплитуду в соответствии со стандартами соединений.

Основное различие между обычными пассивными компонентами, такими как резисторы, конденсаторы или катушки индуктивности, заключается в том, что электронный усилитель является активным компонентом, поскольку он состоит из большего количества основных активных компонентов. Активный компонент по определению содержит внутренние источники энергии, как показано на следующих диаграммах.

Рис. 2: Представление Thevenin и представление источников Norton

Есть два различных типа источников: источники напряжения и тока. Источник напряжения обеспечивает постоянное напряжение для определенного диапазона тока. Источник тока подает постоянный ток в определенном диапазоне напряжений.

Типичными активными компонентами, используемыми для усиления, являются электронные лампы и транзисторы. Исторически сложилось так, что лампы старые и до сих пор используются для некоторых конкретных применений, требующих высокой мощности.Однако с 60-х годов биполярные или полевые МОП-транзисторы стали дешевле, быстрее, эффективнее и требуют меньшего количества источников питания для усиления сигналов в большей части повседневной электроники, которую мы используем: телевизоры, телефоны, компьютеры и т. Д.

Квадрупольное представление

Для точного представления усилителя напряжения представление Тевенина более адаптировано, поскольку оно непосредственно описывает соотношение между выходным напряжением и источником. По той же причине представление Norton более адаптировано для усилителей тока.

Если мы считаем, что вход источника питания не зависит от входных и выходных сигналов, мы можем представить усилитель в соответствии с квадрупольной моделью:

рис 3: Квадрупольная модель усилителя напряжения с общей массой

Только четыре параметра могут здесь полностью описать, как работает усилитель: входной импеданс Z вход , выходной импеданс Z выход , крутизна G и параметр реакции G 12 .Как упоминалось ранее, блок крутизны G действует именно как источник напряжения. Общая связь между этими параметрами и сигналами V вход , I вход , V выход и I выход задается следующими уравнениями:

Уравнение 1: Общие соотношения для усилителя напряжения

Идеальная модель

Усилитель считается идеальным, если форма сигнала не изменяется в процессе усиления, независимо от формы или частоты входного сигнала.Более того, коэффициент усиления должен быть постоянным, независимо от формы или частоты сигнала, и шумы не должны усиливаться.

Если рассматривать усилитель как идеальный, выходной ток I выход не влияет на вход В вход , следовательно, G 12 = 0 . Выходное сопротивление Z выход также считается равным нулю в случае идеального усилителя напряжения, поскольку выходной ток не влияет на выходное напряжение.

Связь между этими параметрами и сигналами V вход , I вход , V выход и I выход для идеального усилителя напряжения определяется следующими уравнениями:

Уравнение 2: Общие соотношения для идеального усилителя напряжения

Из уравнения 2 легко найти, что коэффициент усиления (A) идеального усилителя напряжения может быть записан как дробь A = V выход / V вход = G / Z вход .Отметим, что эту модель можно адаптировать к усилителю тока, заменив выходное сопротивление Z на выходе на параллельное выходное полное сопротивление Y на выходе .

Рис. 4: Квадрупольная модель усилителя тока с общей массой

Обычно коэффициент усиления электронного усилителя записывается в децибелах (дБ). Например, если усилитель имеет коэффициент усиления A = 10 6 , мы можем преобразовать его в дБ, используя формулу:

Ограничения реальных усилителей

В большинстве случаев эту идеальную модель можно использовать для простых расчетов.Однако идеальные усилители не могут быть построены из-за физических и технологических ограничений. Реальные усилители обычно имеют постоянное усиление A только в определенном диапазоне частот от f 1 до f 2 , называемого полосой пропускания (BW). Эти частоты среза соответствуют тому месту, где появляется потеря на 50% от максимального усиления. В шкале дБ это соответствует потерям 10log (0,5) = -3 дБ . Более того, как показано на рисунке 5, выходное напряжение не может превышать напряжение питания, что приводит к эффекту насыщения процесса усиления.

Рис. 5: Ограничения по частоте и линейности реального усилителя

Поскольку мы обсудим это более подробно в следующем уроке об усилителе с общим эмиттером, напряжение питания В, источник питания управляет потоком электронов в найденных активных биполярных транзисторах. в усилителях. Эффект насыщения возникает именно тогда, когда поток электронов не может превышать командное напряжение. Хорошей аналогией этого явления является водопроводная система: поток воды не может превышать определенный предел, установленный при полном открытии крана.

Еще одно ограничение, которое следует учитывать для реальных усилителей, – это искажение выходного сигнала. Из-за внутренней нелинейности активных компонентов выходной сигнал может иметь форму, отличную от входного сигнала. Искажения могут иметь множество причин, одной из наиболее наглядных и распространенных является искажение амплитуды. Причина этого искажения напрямую связана с полосой пропускания (BW) усилителя.

В качестве примера рассмотрим прямоугольный сигнал S (t) с частотой f = 10 кГц , который должен быть усилен ограниченным f c = 50 кГц BW усилитель с максимальным коэффициентом усиления A max = 10. Согласно теории Фурье, каждый периодический сигнал можно записать как бесконечную сумму чистых синусоидальных сигналов, называемых гармониками.

Для квадратного сигнала серию Фурье можно записать как:

Уравнение 3: серия Фурье прямоугольного сигнала

Идеальный усилитель умножил бы все члены суммы уравнения 3 на постоянное значение A max . Однако реальный усилитель, как описано ранее, действительно будет усиливать первый член и второй член sin (2πft) и sin (6πft) of A max , но третий член sin (10πft) будет усилено только из 0.5A max , поскольку этот член соответствует гармонике с частотой f c = 50 кГц . Другие гармоники более высоких частот будут менее усилены, поскольку коэффициент усиления усилителя продолжает уменьшаться (см. Рисунок 6).

рис. 6: Амплитудное искажение прямоугольного сигнала. Построено с использованием MatLab®

В итоге выходной сигнал прямоугольной формы S (t) , усиленный усилителем с полосой пропускания 50 кГц и коэффициентом усиления A max = 10 , будет выглядеть искаженным, как показано на рисунке 6 .

С математической точки зрения, этот тип искажения эквивалентен сохранению только гармоник входного сигнала, которые находятся ниже частоты среза усилителя. Таким образом, выходной сигнал не остается бесконечной суммой синусов, а становится конечной суммой.

Уровень шума

Шум N – еще один нежелательный эффект, который часто влияет на электронный усилитель. Существует много типов шумов, и их причину нелегко понять, и обычно это связано с микроскопической структурой полупроводников, используемых в электронных компонентах или квантовых явлениях.Однако их последствия очень наглядны, поскольку они добавляют случайный паразитный сигнал к ожидаемому идеальному результату. Отношение сигнал / шум ( S / N ) обычно дается в дБ, потому что, например, на рисунке осциллографа сигнал и шум можно просто вычесть, поскольку:

Это количество, которое нужно максимизировать, чтобы получить надлежащее усиление. Если отношение намного выше 1 (в линейной шкале), шумом можно пренебречь, если отношение близко к 0 (в линейной шкале), амплитуда шума выше, чем амплитуда сигнала, который полностью исказит сигнал.

Рис. 7: Прямоугольный сигнал, подверженный влиянию шума S / N = 10. Построено с использованием MatLab®

На рисунке 7 мы можем видеть пример прямоугольного сигнала с частотой 10 кГц с шумом 10% сигнала: S / N = 10 .

Классы электронных усилителей

В зависимости от электронной архитектуры усилителя, способа соединения транзисторов, назначение усилителей и их технические характеристики различаются. Однако обычно мы можем выделить четыре рабочие семьи и классифицировать их в соответствии с приведенным ниже списком.Рядом с названием класса указана доля входного сигнала, которую активные компоненты используют для реализации процесса усиления. Эта концепция будет более подробно описана в следующих статьях учебного пособия по усилителю.

  • Класс A: используется 100% входного сигнала: Силовой каскад всегда подает ток (транзисторы всегда находятся в проходном состоянии). Таким образом, реакция усилителя очень быстрая, поскольку нет задержки для активации транзисторов. Искажения очень ограничены, но эффективность обычно низкая, всегда меньше теоретического максимума +50%.Эффективность представляет собой отношение P , используемого / P источника питания , и представляет собой потери между мощностью, эффективно используемой для усиления, и мощностью, подаваемой на усилитель. Благодаря этим преимуществам усилители класса A обычно дороже, но очень ценятся в музыкальной индустрии, поскольку они могут усиливать звук без изменения содержимого.
  • Класс B: используется 50% входного сигнала: в этой архитектуре каскад усиления не всегда выдает ток (транзисторы находятся в режиме ожидания).Таким образом, этот тип усилителя медленнее, чем усилитель класса A, и имеет больше искажений, но имеет лучший КПД до 70%. Усилители класса B дешевле в производстве, поскольку для работы им не нужны высококачественные источники питания.
  • Класс AB: используется> 50% и <100% входного сигнала: как указано в названии, этот класс представляет собой смесь классов A и B. когда вводы отсутствуют или используются небольшие, и может переключиться на класс B при увеличении вводов.Большинство доступных усилителей, например, для телевизоров и наушников, относятся к классу AB, поскольку они могут обеспечивать хороший выходной сигнал в широком диапазоне мощности.
  • Класс C: используется <50% входного сигнала: Усилители этого типа используются для высокочастотных приложений, например, в кухонных микроволновых печах. Их эффективность очень высока (более 80%), но они создают много искажений.

Класс D известен больше под названиями прерыватель и инвертор.В этих архитектурах активные компоненты (транзисторы) используются в качестве коммутаторов: они действуют как короткое замыкание или разрыв цепи. Они в основном используются для управления электрическими двигателями и имеют очень высокий КПД от 80 до 90%. В этом классе 0% входного сигнала используется для усиления.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.