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

А, B, AB, D, G, H / Хабр

Здравствуй, Хабр!


В данной статье мы рассмотрим звуковые усилители классов: А, B, AB, D, G, H
Сначала рассмотрим классы по положению рабочей точки. Каждый транзистор имеет выходную характеристику, которую можно найти в DataSheet.

Пример характеристики на рисунке ниже.


Выходная характеристика транзистора.

Именно с помощью данной характеристики мы сможем выбрать класс усилителя по положению точки покоя.

Выходная характеристика показывает какой ток нам нужно задать базе транзистора, для того чтобы получить определённый класс усилителя, также мы узнаем Iк.


Класс А


Класс А — это такой режим работы усилительного элемента, при котором входные значения, проходя через усилительный элемент не прерывается. То есть точно повторяет входной сигнал.
Усилительный элемент приоткрыт всегда и точно повторяет отрицательную и положительную волну.

Класс B


Элемент, работающий в данном классе способен усиливать только одну полуволну, положительную либо отрицательную.

Такой класс используют в двухтактных усилителях, где положительную полуволну усиливает один транзистор, а отрицательную другой.
Двухтактный усилительный каскад класса В. Но на выходе усилителя работающего в данном классе мы имеем искажение. Данное искажение называется «Ступенькой».

Для устранения данного искажения нужно перейти к классу АВ. На рисунке ниже показаны два класса усилителя В и АВ и их выходные сигналы относительно входным.


Класс D


Принцип действия данного класа. В данном режиме работы, транзистор либо открыт либо полностью заперт. Это достигается с помошью модулятора ШИМ сигнала. Именно это дает такому каскаду кпд свыше 90% (практически на любых мощностях).
Минусом данного каскада являются искажения. Они вознакают из-за способа модуляции так-как существует «мертвый» период который необходим для предотвращения сквозных утечек.
Также сильными источниками искажений являются L и C элементы в фильтре (НЧ).

Усилители класса G и H


Сначала поговорим о питании усилителей. Для получения большой мощности, необходимо иметь большое напряжение питания.

Но сигнал входной и соответственно выходной не всегда обладают большой амплитудой и на маленькой мощности большое напряжение питания не является необходимым, более того КПД данного усилителя на маленькой мощности падает.

Отсюда и вытекают классы усилителей G и H.

Отличие данных усилителей заключается в питании, напряжение которого меняется при необходимости, а в зависимости какой класс G или H оно меняется либо ступенчато, либо плавно.

В усилителе класса H напряжение питания меняется плавно то есть транзисторы находятся в усилительном режиме, а в классе G оно меняется ступенчато, транзисторы в данном классе находятся в ключевом режиме (полностью открыты или полностью заперты).


Усилитель класса H
Усилитель класса G

Вывод: Усилители для комфортного прослушивания звукового тракта в домашних условиях должны работать в классе А, АB или D.

Спасибо за внимание.

Синельников А.

Х. Бестрансформаторные транзисторные усилители низкой частоты

Синельников А.Х. Бестрансформаторные транзисторные усилители низкой частоты

Введение

Обычно в транзисторных усилителях низкой частоты (УНЧ) применяются трансформаторы: переходные, входные, выходные. Они служат для согласования высоких выходных сопротивлений транзисторов с низкими входными, для согласования низкоомной нагрузки громкоговорителя с высокоомным выходом оконечного каскада, для согласования источника сигнала со входом усилителя.

От качества трансформаторов в большой степени зависит качество воспроизведения. Нужная для получения высококачественного воспроизведения звука широкая полоса частот требует применения трансформаторов с большими индуктивностями первичных обмоток и малыми индуктивностями рассеивания. Конструкция таких трансформаторов получается сложной и дорогой, а габариты и вес значительными. Поэтому естественным было стремление радиоконструкторов и радиолюбителей избавиться от трансформаторов в транзисторных УНЧ, заменив их какими-либо другими элементами, например конденсаторами, резисторами, стабилитронами.

В каскадах усиления напряжения такая замена не встречает особых затруднений, к бестрансформаторные транзисторные усилители напряжения в настоящее время получили широкое распространение. Одной из разновидностей таких усилителей являются усилители с непосредственной связью, где согласование каскадов производятся с помощью резисторов и стабилитронов. Появление мощных транзисторов и электролитических конденсаторов с емкостями в несколько тысяч микрофарад привело к разработке мощных УНЧ, способных работать без выходных трансформаторов также на такую низкоомную нагрузку, какой являются современные динамические громкоговорители. Включение нагрузки непосредственно в выходную цепь усилительных элементов без выходного трансформатора позволяет устранить вносимые последним частотные, фазовые, переходные и нелинейные искажения. Становится возможным охватить усилитель более глубокой отрицательной обратной связью без опасности самовозбуждения, т.е. повысить качество усилителя.

Современные бестрансформаторные транзисторные усилители могут удовлетворить самым высоким требованиям, предъявляемым к качеству воспроизведения звука.

Вместе с тем они экономичны, имеют малые габариты и вес. Но до последнего времени наблюдается определенное отставание в применении транзисторных бестрансформаторных усилителей. Это объясняется, в частности, их плохой термостабильностью. В литературе многократно публиковались статьи, посвященные бестрансформаторным транзисторным усилителям, однако вопросу их термостабилизации должного внимания не уделялось. Большинство описанных до сих пор бестрансформаторных транзисторных усилителей работоспособно лишь при нормальной температуре. При повышении температуры окружающего воздуха до 30-40° С, что вполне может быть при нормальной эксплуатации усиления (например, под действием прямых солнечных лучей или же при нагреве транзисторов вследствие перегрузки), возникает лавинообразное увеличение неуправляемого тока покоя оконечных транзисторов, приводящее к тепловому пробою сразу нескольких транзисторов и к выходу усилителя из строя.

...


Усилитель низкой частоты УНЧ-15 – Группа компаний АСБ

Предназначен для усиления сигналов оповещения в системах охранной и пожарной безопасности.

 Нужна консультация? Обратитесь к специалистам нашей службы поддержки прямо сейчас!

Длина линии связи с сервером по кабелю типа «витая пара», м до 300
Номинальная выходная мощность на нагрузке 8 Ом, Вт 15
Полоса частот усиления входного сигнала, кГц 0,1÷10
Коэффициентом нелинейных искажений, % не более 10
Коэффициент усиления по напряжению входного синусоидального сигнала частотой 1 кГц не менее 14
Напряжение питания, В 15÷28
Сепень защиты оболочки по ГОСТ 14254-96 IP65
Габаритные размеры, мм
не более 175х155х55
Масса, кг не более 0,45
Диапазон рабочих температур, °С внутреннее исполнение от -30 до +50
внешнее исполнение от -50 до +50
Относительная влажность воздуха при температуре 25°С, % 90
Средний срок службы, лет не менее 10
Драгметаллы отсутствуют
Программное обеспечение
  • КСА ПЦО «Радиосеть» – 206,29 МбВерсия 1. 5.51 от 09-03-2016
  • Инструкция по установке/обновлению КСА ПЦО «Радиосеть» – 815,32 Кб
  • ПО АРМ «Пахра» – 110,88 МбВерсия 5.1.3.7
  • Инструкция по установке/обновлению ПО АРМ «Пахра» для охраны участков периметра – 809,66 Кб
Руководства по эксплуатации
  • Интегрированный комплекс безопасности (ИКБ) «Пахра» – Руководство по эксплуатации – 3,46 Мб
  • Сервер локальной зоны СЛЗ-64А (24В) – Руководство по эксплуатации – 7,05 Мб
  • Сервер локальной зоны СЛЗ-64А (48В) – Руководство по эксплуатации – 6,89 Мб
  • Сервер локального участка периметра (СЛУП) – Руководство по эксплуатации – 6,01 Мб
  • Прибор приемно–контрольный охранно-пожарный ППКОП «Пахра-501» – Руководство по эксплуатации – 585,47 Кб
  • Адресные контроллеры доступа АКД-2-7Е, АКД-2-7R, АКД-2-100RI, АКД-2-100EI – Описание и инструкция по эксплуатации – 3,67 Мб
  • Адресные контроллеры доступа АКД-4-7Е, АКД-4-7R – Описание и инструкция по эксплуатации – 556,33 Кб
Паспорта
  • Прибор приёмно-контрольный охранно-пожарный ППКОП «Пахра-501» исп. 3 – Паспорт – 89,19 Кб
  • Прибор приёмно-контрольный охранно-пожарный ППКОП «Пахра-501» исп. 4 – Паспорт – 86,33 Кб
  • Устройство экстренного вызова (УЭВ) – Паспорт – 388,48 Кб
  • Устройство переговорное УП-1 – Паспорт – 157,58 Кб
  • Устройство переговорное УП-1-1 – Паспорт – 635,5 Кб
  • Устройство переговорное УП-3 – Паспорт – 299,33 Кб
  • Устройство переговорное УП-3 исп. 2 – Паспорт – 333,84 Кб
  • Устройство питания и коммутации замка (УПКЗ) – Паспорт – 934,69 Кб
  • Устройство подключения видеокамеры УПВК-0,3П (до 0,35А) – Паспорт – 177,76 Кб
  • Устройство подключения видеокамеры УПВК-0,3П исп. 2 (до 0,5А) – Паспорт – 150,01 Кб
  • Устройство подключения видеокамеры УПВК-0,3П исп. 3 (до 0,3А) – Паспорт – 183,33 Кб
  • Устройство подключения видеокамеры УПВК-1У (до 1,7А) – Паспорт – 275,11 Кб
  • Устройство подключения видеокамеры УПВК-1У исп. 2 (до 3А) – Паспорт – 309,71 Кб
  • Устройство подключения видеокамеры УПВК-А220/А24-100СУ – Паспорт – 234,87 Кб
  • Устройство подключения видеокамеры УПВК-А220/А24-100СУ-Е – Паспорт – 269,52 Кб
  • Устройство подключения поворотной видеокамеры УППВК – Паспорт – 204,96 Кб
  • Устройство подключения видеодомофона УПВД – Паспорт – 135,22 Кб
  • Устройство приёма видеосигналов УПВС-16 – Паспорт – 411,77 Кб
  • Пульт централизованного наблюдения ПЦН-ПК-5/3000/28,8 - Паспорт – 1,17 Мб
  • Устройство вводно-защитное (УВЗ) – Паспорт – 68,22 Кб
  • Усилитель низкой частоты УНЧ-15 – Паспорт – 526,35 Кб
Этикетки
  • Адаптер USB-RS-485 – Этикетка – 60,24 Кб
  • Адаптер считывателя – Этикетка – 61,72 Кб
  • Адаптер переговорного устройства (АПУ) – Этикетка – 100,18 Кб
  • Устройство подключения и защиты (УПЗ) – Этикетка – 62,24 Кб
Сертификаты
  • Список сертификатов продукции – 167,68 Кб
  • ИКБ «Пахра» – Сертификат соответствия – 3,59 Мб
Дополнительные материалы
  • Комплексная безопасность объектов и периметров (ИКБ «Пахра» и ИСБ «Антел») – брошюра – 4,88 Мб
  • Технические средства безопасности (обзор) – презентация – 24,49 Мб

Реферат: Характеристика усилителя низкой частоты


Усилители низкой частоты

Усилители низкой частоты (УНЧ) являются относительно простыми устройствами по своей структуре и вместе с тем весьма сложными для оценки.

До сих пор не существует объективных параметров для их сравнения и пока непонятно, возможно ли это в принципе. Так, до сих пор не утихают споры между сторонниками и противниками ламповых усилителей. Но, поскольку усилители все же надо как-то оценивать, то давайте поближе познакомимся с их классификацией и общепринятыми параметрами, применяемыми для их оценки. Мы не будем затрагивать другие виды усилителей, кроме усилителей мощности низкой частоты переменного тока и именно их будем иметь в виду под аббревиатурой УНЧ, хотя многие параметры одинаковы для всех видов усилителей.

Абсолютно необходимо упомянуть о том, что мы будем рассматривать усилители, предназначенные для качественного воспроизведения звука, поэтому все оценки усилителей и их параметров, типа лучше-хуже, будут исходить именно из этого критерия. Идеалом является Hi-End, классический Hi-End в инженерном, а не аудиофильском понимании этого слова, развитие старого доброго Hi-Fi — высокая верность воспроизведения в терминах технических параметров и научных терминов, измеряемая и воспроизводимая.

Эти лекции полностью посвящены интегральным усилителям низкой частоты. Никто не знает, что будет завтра, но сегодня не существует таких интегральных УНЧ, которые могли бы по качеству воспроизведения сравниться с усилителями на дискретных элементах. Их достоинства — это низкая стоимость (в тысячи и десятки тысяч раз), малые габариты и простота использования. Есть и еще ряд достоинств, возникающих благодаря технологии производства. Такой идентичности параметров транзисторов дифференциальных пар как у тех, которые выращены на одном кристалле, на дискретных элементах добиться невозможно. Автоматический контроль за тепловыми и электрическими режимами важнейших силовых структур, находящимися на одном кристалле со всей остальной схемой — легко и просто. Все преимущества и весь опыт, накопленный в процессе производства операционных усилителей, к вашим услугам. Недостаток интегральных УНЧ — это, прежде всего, затрудненный отвод тепла и сложность работы с большими и малыми токами одновременно на одной подложке. Кроме того, при их разработке не ставится задача добиться чего-то эксклюзивного. Это, прежде всего дешевый массовый продукт, позволяющий легко, дешево и удобно получать прекрасные результаты.

Для того чтобы было легче понять, о чем идет речь, необходимо вспомнить ряд общих вопросов. Специалисты, безусловно, могут этого не читать, но большинству читателей хотелось бы освежить в памяти ряд вопросов, тем более, что современной литературы по данному вопросу на русском языке немного. Для начинающих эти вопросы, наверное, покажутся недостаточно полно освещенными, но ведь это и не учебник.

Основные параметры усилителей

Усилителем электрических сигналов называется устройство, которое за счет энергии источника питания обеспечивает увеличение амплитуды тока и/или напряжения на выходе, по сравнению с входным сигналом, не изменяя его формы. Наверное, это не самое лучшее определение, но для наших целей вполне пригодно (кстати, абсолютно корректных определений я не встречал). Уже из определения можно сделать ряд выводов. Часто говорят об усилителях напряжения, усилителях тока и усилителях мощности. В принципе это не совсем корректные выражения. Их можно употреблять, говоря о главой задаче данного усилителя или о конкретной нагрузке. Когда мы говорим об УНЧ, то всегда имеем ввиду усиление мощности В каких единицах измеряется усиление? На сегодняшний день общепринятым мировым стандартом являются децибелы (дБ). Впервые децибелы были введены в практику для обозначения отношения мощностей.

Это связано с тем, что громкость для человеческого уха воспринимается как прямое увеличение интенсивности акустического воздействия (т.е. выходной мощности усилителя), а как ее логарифм. Считалось, что децибел —это минимальная различимая человеком величина. Сегодня общепринятой нормой стало принимать за минимальную чувствительность уха величину 0,5 дБ. Из эгого и следует исходить, оценивая различные характеристики усилителей. Несколько позже децибел стал применяться и для обозначения просто отношения напряжений, хотя это и не совсем корректно, а потоми других величин. Из сказанного следует и такой вывод: усилитель, мощность которого в 10 раз больше, звучит громче всего в два раза. Это надо помнить при выборе выходной мощности усилителя.

Коэффициент усиления по напряжению для усилителей определяется при синусоидальном входном сигнале как отношение выходного напряжения к входному и, вообще говоря, является комплексной величиной, зависящей от частоты.

В технике под коэффициентом усиления понимается его модуль.

где Uo — выходное напряжение, aUiN — входное напряжение.

Измерения коэффициента усиления, как и всех остальных параметров усилителя или любого другого прибора, производятся при заранее оговоренных производителем условиях и не всегда эти условия одинаковы для разных производителей.

Коэффициент усиления по току определяется так же, как и по напряжению, но эта характеристика УНЧ применяется редко, так же как и коэффициент усиления по мощности, поэтому в дальнейшем, под коэффициентом усиления будем понимать именно коэффициент усиления по напряжению.

Коэффициент усиления (любой) не является величиной постоянной, а зависит от многих факторов. В частности он зависит от частоты входного сигнала. Зависимость коэффициента усиления от частоты является одной из важнейших характеристик усилителя и называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) или полосой пропускания (frequencyresponse).

Идеальный усилитель имеет абсолютно плоскую АЧХ, однако реальные усилители далеки от этого. Все усилители имеют спад АЧХ в области высоких частот по ряду причин, главной из которых являются ограниченные частотные свойства активных элементов: транзисторов, ламп и т.п. Многие усилители имеют спад в области низких частот, обусловленный влиянием разделительных емкостей. Следует заметить, что для УНЧ идеальной характеристикой является вовсе не прямая линия. Для них представляет интерес лишь диапазон от16 Гц до 20 кГц, т.е. диапазон звуковых колебаний, который слышит человеческое ухо. Лишние частотные области, в которых нет полезного сигнала, а присутствуют только шумы, как от внутренних, так и от внешних источников, только ухудшают работу усилителя, уменьшая его КПД, а высокочастотная область, в случае не слишком удачных схемных решений, даже представляет некоторую опасность для выходных каскадов и акустики при возникновении автогенерации. Однако в усилителях высокого класса некоторый запас по частоте необходим по ряду причин, как психоакустического, так и технического характера. Поэтому верхняя граница идеальной характеристики устанавливается в районе 25...50 кГц. Абсолютного стандарта здесь нет. Можно только сказать, что если характеристика конкретного прибора выходит за эти рамки, то ее искусственно ограничивают. В некоторых случаях эту область сужают гораздо больше, если выходное устройство принципиально не может воспроизводить весь частотный спектр, как, например, мегафон или телефон, или данная область содержит большое количество помех от внешних источников, как в автомобильной технике.

Выглядят АЧХ по-разному даже в пределах информации, предоставляемой одним разработчиком. Иногда это график зависимости коэффициента усиления от частоты, иногда — затухание выходного сигнала. Встречается и нормированные характеристики, когда по оси Y откладывается отношение выходного напряжения или коэффициента усиления к этой же величине, замеренной на средней частоте. Последнее время широкое распространение получил термин POWERBANDWIDTH (BW),to есть полоса пропускания по мощности. Самое главное при оценке этих характеристик помнить, что граница АЧХ определяется по уровню 0,5 от уровня на средних частотах, если это мощностная характеристика (т.е. по уровню —3 дБ) и по уровню 0,707 (или —6 дБ), если это напряжение. Поскольку у современных усилителей эти характеристики весьма равномерны, то чаще всего их графики даже не приводятся, а просто даются табличные данные о полосе пропускания или о граничных частотах, т.е. о тех частотах, на которых спад АЧХ достигает упомянутых выше величин. Так, различаются верхняя и нижняя граничные частоты (fн, fL).

Второй характеристикой комплексного коэффициента усиления является фазовый сдвиг (phaseshift), вносимый усилителем. Зависимость фазового сдвига от частоты сигнала называется фазочастотной характеристикой усилителя или просто фазовой характеристикой. Поскольку такая зависимость всегда имеет место, это означает, что различные спектральные составляющие проходят через усилитель за разное время, что приводит к искажению формы выходного сигнала. Фазовые характеристики никогда не приводятся ни для интегральных усилителей, ни для готовых изделий, т.к. их измерение чрезвычайно сложно и нет общих стандартов для проведения таких измерений. Кроме того, нет единого мнения о том, как фазовые искажения влияют на восприятие акустических сигналов, и потому нет единых требований. Все искажения формы сигнала, описываемые частотными и фазовыми характеристиками, являются линейными, т.е. могут быть описаны функциями вида

где А и В — постоянные величины. Это связано с тем, что они вызваны линейными реактивными элементами и соответственно не приводят к появлению новых составляющих в спектре сигнала, а только изменяют соотношение фаз и амплитуд существующих.

Выходная мощность усилителя является самым известным и популярным у потребителя параметром усилителя. Параметр казалось бы абсолютно однозначный и не допускающий различных толкований. Но это только на первый взгляд. Многие третьесортные производители в целях рекламы своей продукции приводят самые невероятные значения мощности, выраженные в абсолютно непонятных единицах и неизвестным способом замеренные. Примером служат разнообразные пиковые мощности PMPO (PeakMusicPowerOutput) наиболее часто встречающиеся на подделках китайского производства — единица, не имеющая под собой никакого физического смысла. Некоторые изделия-рекордсмены ухитрялись иметь, по свидетельству очевидцев, маркировку 480 W РМРО, тогда как реальная мощность едва переваливала за 5 Вт!

Выходная мощность (OutputPower, PO) усилителя, часто имеющая при себе некорректную приставку RMS (RootMeanSquare, т.е. среднеквадратическая) представляет собой произведение эффективных (тех самых RMS) значений выходного тока и напряжения. Напомню, что эффективным или действующим значением синусоидального напряжения

где Ua — амплитудное значение. Некорректность заключается в том, что, говоря о мощности, ничего другого, кроме произведения эффективных значений, никогда в виду не имеют, а если говорят о каких-то специальных вещах, то называют конкретный термин, например «импульсная мощность» или «музыкальная мощность». Последний термин представляет интерес и часто встречается в технической документации. Согласно стандарту IEC 283-3 от января 1983 года, под музыкальной мощностью следует понимать максимальную мощность, которую может развивать усилитель на конкретной нагрузке в течение 1 секунды при входном синусоидальном сигнале с частотой 1 кГц, независимо от величины нелинейных искажений. SGS-THOMSON предлагает следующую методику измерения этого параметра. Температура окружающего воздуха всегда предполагается равной 25°С, если не оговорено иное.

1. Установить питающее напряжение усилителя на 10% ниже максимально допустимого рабочего напряжения.

2. Подать на вход синусоидальный сигнал с частотой 1 кГц в виде пачек длительностью 1 с периодом повторения более 60 с.

3. Замерить выходное напряжение через 1 с после начала импульса.

4. Увеличить входное напряжение до появления нелинейных искажений и довести их уровень до 10%.

5. Замерить выходное напряжение и подсчитать выходную мощность по формуле

где Vo — выходное напряжение по п. 4, aRL — сопротивление нагрузки. Такая методика позволяет проводить измерения, не опасаясь тепловых эффектов.

Данный параметр имеет определенный смысл, как некоторый резерв мощности усилителя. Дело в том, что даже если вы слушаете очень тяжелую музыку на максимальной громкости, средняя мощность, тем не менее, далека от максимальной, благодаря большому динамическому диапазону музыкального сигнала. По разным данным она составляет от 20 до 40% от максимальной, однако некоторые фрагменты могут превышать максимальный уровень. Музыкальная мощность позволяет, например, количественно оценить запас мощности, который вы имеете при прослушивании композиций с большим динамическим диапазоном.

Изложенная методика позволяет не только измерить мощность, но и представить себе, какие основные условия нужны для сопоставимой оценки этого параметра. Это, прежде всего, напряжение питания, параметры входного сигнала, сопротивление нагрузки и коэффициент нелинейных искажений. Несоответствие этих параметров приведет к несопоставимым результатам.

Существует также стандарт измерения мощности EIAJ (ElectronicIndustriesAssociationofJapan — Ассоциация электронной промышленности Японии). В нем, в частности, применяется иной ряд напряжений питания, чем у американцев, а выходной сигнал представляет собой насыщенный меандр. Такой сигнал уже ничего общего с музыкальным не имеет и, по-видимому, призван оценить, в какой мере усилитель может заменять собой электроплитку. Очень похожий параметр, называемый максимальной выходной мощностью иногда встречается и у SGS.

Выходная мощность всегда измеряется на активной нагрузке. Это обязательно нужно помнить, так же как и то, что динамики активной нагрузкой не являются. Реактивная нагрузка для усилителя, вообще говоря, это плохо. Чем больше реактивность, тем меньше КПД усилителя, т.к. реактивные токи точно так же выделяют тепло на переходах, но никакой полезной работы не производят. Кроме того, реактивности нарушают режим работы усилителя и могут стать причиной его самовозбуждения, хотя на активной он будет вести себя вполне прилично.

Перейдем теперь к тем параметрам усилителя, которые встретились нам при обсуждении выходной мощности.

Сопротивление нагрузки (LoadResistance, RL) также является важным параметром усилителя. Некоторые виды усилителей рассчитаны на определенное сопротивление нагрузки, другие допускают его изменение в довольно широких пределах. В усилителях выходное сопротивление стараются сделать крайне малым, прежде всего для того, чтобы иметь возможность работать на низкоомную нагрузку и при этом осуществлять ее демпфирование. Это необходимо для того, чтобы убрать паразитные колебания диффузора динамика, возникающие из-за наличия упругих элементов конструкции. Применяются, конечно, и акустические демпфирующие устройства, но роль усилителя тоже весьма важна. Существует такой параметр, как коэффициент демпфирования (DampingFactor), который равен отношению сопротивления нагрузки к внутреннему сопротивлению усилителя. Особенно важен этот параметр при оценке поведения на низких частотах, т. к. средне- и высокочастотные динамики в электрическом демпфировании не нуждаются ввиду большого сопротивления воздуха на этих частотах и малой амплитуды колебаний диффузора.

Рекомендуемое сопротивление нагрузки обязательно приводится во всех спецификациях всех производителей, зато выходное сопротивление усилителя в интегральном исполнении практически нигде не встречается.

С выходной мощностью непосредственно связаны еще два параметра, а именно рассеиваемая мощность и КПД. Рассеиваемой мощностью (TotalPowerDissipation, Ptot) называется разность между суммарной мощностью, потребляемой усилителем от всех источников питания и выходной мощностью, замеряемой непосредственно на выходных клеммах усилителя. Рассеиваемая мощность потому так и называется, что должна быть рассеяна усилителем в окружающее пространство, чаще всего при помощи теплоотвода, т.к. площадь корпуса микросхемы слишком мала, чтобы полностью отвести тепло от кристалла. Тепловую схему интегрального усилителя можно представить себе в виде генератора напряжения Тj и сопротивлений RthjcaseRthj-amb и Rthhs* Поскольку эти сокращения встречаются везде, поясним, что они означают. Слова junction, case, heatsinkambient и thermal означают переход (имеется в виду полупроводниковая структура, т.е. в нашем случае — кристалл), корпус, теплоотвод, окружающая среда и прилагательное тепловой(ое) соответственно, ну а в условных обозначениях они соответственно сокращены. Таким образом, вышеупомянутые сопротивления — это тепловые сопротивления (ThermalResistance, Rth) переход-корпус (микросхемы, конечно), переход окружающая среда (воздух) и тепловое сопротивление собственно теплоотвода (радиатора). Tj — это температура самого кристалла. Rthj_amb самое большое среди всех, определяется исключительно параметрами корпуса и составляет 15...80°С/Вт. Его надо учитывать, только если прибор используется без радиатора. Для тех же корпусов Rthj.case будет составлять величину 1... 15°С/Вт соответственно, что на полтора порядка ниже. Тепловое сопротивление радиатора надо подсчитать самостоятельно, обязательно с учетом того, что между корпусом и радиатором тепловое сопротивление отнюдь не равно нулю, а при наличии плохой изолирующей прокладки может превышать 3°С/Вт. В справочных листках приводится такой параметр, как максимальная температура кристалла (Tj). Следует иметь в виду, что если кристалл нагрет до этой температуры, то дальнейшая работа усилителя невозможна, т.к. любой сколько-нибудь заметный ток приведет к повышению этой температуры и к разрушению микросхемы. Обычно интегральные усилители, имеющие тепловую защиту, при достижении данной температуры отключают усилитель полностью, либо переводят его в режим с отключенными оконечными каскадами. Об этих режимах поговорим несколько позже.

Любая микросхема и любой транзистор имеют ограничения по рассеиваемой мощности и необходимо учитывать, что с повышением температуры, максимальная рассеиваемая мощность снижается. Часто в справочных данных приводится степень снижения рассеиваемой мощности (DeratingFactor) при превышении определенной температуры, выраженная в ваттах на градус (Вт/°С). Чтобы получить значение реальной рассеиваемой мощности, необходимо умножить разницу температур на упомянутый коэффициент, а результат вычесть из паспортной мощности.

Коэффициентом полезного действия (КПД) называется отношение выходной мощности усилителя к общей мощности, потребляемой им от всех источников питания. Измеряют его обычно на частоте 1 кГц, Для большинства интегральных усилителей он составляет примерно 0,6...0,7 при максимальной мощности. Это связано с тем, что они практически все относятся к классу АВ. Исключение составляют так называемые усилители класса D и Т, у которых он может превышать величину 0,9, при теоретическом максимуме равном единице. КПД всех усилителей зависит от выходной мощности.

Поговорим теперь о нелинейных искажениях. Нелинейными они называются потому, что образуются в результате прохождения через цепи, описываемые нелинейными функциями. Такими, к сожалению, являются все без исключения усилительные элементы, все полупроводниковые элементы, магнитопроводы и многие другие изделия, используемые в усилителях. Главная неприятность заключается в том, что при прохождении гармонического сигнала через такие цепи, его спектр обогащается за счет составляющих, которых не было в исходном сигнале. Если эти составляющие являются гармониками основного тона, то есть частотами, в целое число раз превосходящими основную частоту, то такие изменения спектра называются гармоническими нелинейными искажениями и в музыкальном сигнале воспринимаются как не раздражающие. Музыкальный звукоряд построен на октаве, т.е. на удвоении частоты. Поэтому гармоники основного тона — это те же ноты, но взятые на октаву или несколько октав выше. Самое печальное в том, что нелинейные элементы выполняют функцию смесителей. После прохождения такого «смесителя» в спектре сигнала образуются суммарные и разностные частоты основных тонов, а они вовсе не собираются укладываться в стандартный музыкальный звукоряд. Диссонансные компоненты (не поворачивается язык назвать их гармониками) в количестве, на порядок меньшем, чем консонансные, вызывают гораздо более неприятные ощущения, чем последние. Такие искажения называются интермодуляционными (IntermodulationDistortion, ID).

Линейные искажения в принципе обратимы. Достаточно пропустить сигнал через цепи с обратными характеристиками, и он будет полностью восстановлен. Очень часто сигнал заранее подвергают линейным предыскажениям (preemphasise, премфазис), чтобы компенсировать те искажения, которые он получит, пройдя через конкретную цепь. Для нелинейных цепей полностью это сделать невозможно, да и то, что можно сделать, делается сложно, а чаще — очень сложно. Остается пытаться всеми способами линеаризировать цепь, чтобы свести искажения к минимуму. Очень большую роль в этом процессе играют общие и местные обратные связи (Feedback).

Параметров, отражающих способность усилителя портить сигнал, довольно много. Важнейшими из них являются: коэффициент нелинейных искажений, коэффициент интермодуляционных искажений, скорость нарастания выходного сигнала и переходная характеристика усилителя.

Перейдем теперь к наиболее интересному параметру усилителя, а именно к коэффициенту нелинейных искажений — THD (TotalHarmonicDistortion), иногда просто d. Часто его еще называют коэффициентом гармоник.

где Ui — амплитудное значение основного сигнала, aU2...Un — амплитуды соответствующих гармоник. Этот показатель является важным, но не определяющим в оценке усилителя. Еще лет десять назад впечатляющей могла показаться цифра 0,1%, а сегодня никого не удивит и 0,001%. Тем не менее, может оказаться, что усилитель с более высокими искажениями звучит гораздо приятнее. Подчеркнем еще раз, что на сегодняшний день никто не знает, какой параметр является ключевым в оценке усилителя. Более того, не существует такого параметра! Тем не менее, битва за THD продолжается. Несомненно, что чем он ниже — тем лучше в рамках той же концепции высокой верности воспроизведения.

Для интегральных усилителей этот показатель пока не достиг таких высот, но и в этой области прогресс несомненен. В этом справочнике вы найдете усилители с THD = 0,005%, например TDA7293 имеет такой показатель при мощности до 5 Вт. Существуют усилители, у которых THD еще ниже. Принято считать приемлемым THD = 1...3% при максимальной громкости воспроизведения. Показатель THD = 10%, который очень часто встречается в справочных данных, говорит только о том, что в данном режиме усилитель представляет собой низкокачественный скремблер, а вовсе не УНЧ.

У всех усилителей с ростом мощности этот показатель растет, поэтому в справочных, данных всегда приводятся условия, при которых он замеряется. Растет он и с увеличением частоты входного сигнала. Как правило, приво-дятся графики зависимости его от частоты, мощности и нагрузки.

При рассмотрении зависимости коэффициента нелинейных искажений от мощности и частоты, можно заметить, что, начиная с некоторого значения, график резко поворачивает в сторону увеличения THD. Не следует этого сильно пугаться. Как уже отмечалось, музыкальный сигнал никогда не воспроизводится на полной мощности. Средний уровень громкости всегда на 10...20 дБ ниже, а кратковременные фрагменты с большим уровнем гармоник будут практически незаметны. Что касается частоты, то доля высоких частот на самом деле довольно мала. Примерно половина всей мощности приходится на частоты ниже 500 Гц. Искажения же замеряются на синусоидальном сигнале определенной частоты, чего в реальности не бывает. При сравнении усилителей, всегда в первую очередь сравнивайте условия измерений. Если они отличаются, то абсолютные значения показателей ничего не дадут. Сомнения должны возникнуть, когда значение THD приводится для маленького входного сигнала или для малой выходной мощности. Это, скорее всего, означает, что при больших сигналах показатель будет выглядеть очень плохо и лучше его не демонстрировать.

Коэффициент интермодуляционных искажений (IMD) еще более важный показатель усилителя, т.к. в большей степени, чем THD характеризует нелинейность тракта усиления, и, наверное, по этой причине никогда не приводится в технических характеристиках интегральных усилителей. Для аппаратуры классов Hi-Fi и выше он приводится также достаточно редко.

где U1 и U2 — амплитудные значения синусоидальных сигналов с частотами f1 и f 2, а 12 • — амплитуда разностного ил и суммарною сигналов

Понятно, что выбор частот и амплитуд является очень* важным параметром, иначе сравнить результаты будет невозможно. В стандарте DIN4550&, который является общепризнанным для Hi-Fi аппаратуры принято f, *= 250 Гц, f 2 = 8 кГц, U1 = 0,25U2, и конечно амплитуды выбираются таким образом, чтобы THD был минимальным. Надо отметить, что, как и в случае с коэффициентом гармоник, возникает, вообще говоря, бесконечное множество комбинационных частот вида nf1 ± mf2, а их амплитуды тем выше, чем выше нелинейность системы.

Очень простой и понятной характеристикой является скорость нарастания выходного сигнала SR (SlewRate). Она измеряется в вольтах на микросекунду (В/мкс) и понимается буквально, т.е. усилитель не может воспроизвести слишком крутой перепад напряжения. На выходе вместо прямоугольного сигнала мы получим трапецеидальный, причем наклон трапеции численно равен максимальной скорости нарастания. Связь между частотой, выходным напряжением и скоростью нарастания проста:

где f — частота (МГц), U — амплитуда неискаженного напряжения (В). Скорость нарастания должна приводиться для наихудшего случая, каковым для операционного усилителя является повторитель, а для обычного — наи- меньший возможный коэффициент усиления, т. к. в этом режиме усилитель нуждается в наиболее сильной частотной коррекции.

Сквозная передаточная характеристика усилителя представляет собой зависимость выходного напряжения от входного. В справочниках она приводится редко, т.к. недостаточно информативна в связи с наличием огромного количества факторов, влияющих на результат. В технических характеристиках иногда попадается простейшая разновидность ее — амплитудная характеристика. Она снимается при воздействии на вход усилителя синусоидального сигнала. Идеальная характеристика должна представлять собой прямую линию, выходящую из начала координат. Угол ее наклона — это коэффициент усиления. Прежде всего, реальная характеристика не только не начинается там, где ей положено, в начале координат, а вообще до нуля не доходит. В этом районе сосредоточены все шумовые свойства усилителя, Нелинейность начального участка характеристик усилительных элементов, тепловые дрейфы, наводки и помехи, фон и многое другое. Нетрудно догадаться, что динамический диапазон усилителя (DynamicRange), под которым понимается отношение максимального выходного (входного) неискаженного напряжения к минимальному, определяется именно этим участком, а вовсе не максимальным выходным напряжением. Измерения как обычно идут на частоте 1 кГц.

Поскольку употреблено слово «неискаженного», то в условиях измерения обязательно должно быть указано, что это значит. Если речь идет о величинах более 1...3%, то можно смело сократить приведенную величину минимум вдвое. Нас не интересует диапазон хрюканья» а поскольку мы уже знаем, что на высоких частотах и при сложном сигнале искажения всегда увеличиваются, можно легко понять, как это будет выглядеть в реальных условиях. Динамический диапазон человеческою уха составляет порядка 120 дБ, диапазон звукозаписывающей аппаратуры реально не выходит за пределы 70 дБ.

По мере приближения амплитуды выходного сигнала к уровню питающего напряжения, начинается процесс клонирования, т.е. обрезания верхней части сигнала. Этот процесс сопровождается потерей информации и резким увеличением THD и IMD. Наиболее часто эти явления встречаются в переносной и автомобильной аппаратуре, где остро стоят вопросы ограниченного питающего напряжения и есть желание продекларировать наивысшую мощность, так сказать, не прикладная рук. Приведенные в настоящем руководстве интегральные усилители выпускаются солидными производителями с мировыми именами, все необходимые для разработчика параметры приведены в достаточном объеме и при грамотном использовании этих микросхем, такие вопросы не должны возникать. Многие производители, и SGS в том числе, вводят так называемый режим мягкого ограничения (Softlimiter), когда токи транзисторов выходного каскада постепенно ограничиваются, не позволяя им войти в насыщение.

Более информативной характеристикой является импульсная переходная характеристика. На вход испытуемого усилителя подается прямоугольный импульс. В таком случае, о зависимости от входного напряжения можно говорить, как о параметрической, а в качестве аргумента использовать время. Если по оси абсцисс откладывать не абсолютное значение выходного напряжения, а отношение текущего значения к установившемуся, то такая нормированная характеристика уже пригодна для сравнения различных усилителей. Посмотрев на внешний вид переходной характеристики, читатель, знакомый с теорией автоматического регулирования сразу ее узнает. Не удивительно, т.к. усилитель, охваченный обратной связью (ОС), представляет классический объект для этой теории, и для описания его применяются, естественно, те же термины.

УНЧ, особенно в интегральном исполнении, мало чем отличается от обычного операционного усилителя. Некоторые типы усилителей даже имеют вы-воды инвертирующего и неинвертирующего входов. Поэтому все, что справедливо для операционных усилителей, годится и для УНЧ. Различие заключается только в одном: все операционные усилители, но далеко не все интегральные УНЧ, являются усилителями постоянного тока.

Определим сейчас ряд параметров, которые понадобятся для обсуждения вопросов ОС. Все параметры зависят от условий измерения.

Коэффициентом усиления по напряжению при разомкнутой петле обратной связи GV или А называется отношение выходного напряжения к входному, неважно амплитудное или действующее, при отсутствии ОС. Если данный усилитель не допускает, по техническим условиям, изменения коэффициента усиления, то приводится коэффициент усиления с имеющейся внутренней обратной связью. Обозначается он также, но при этом про обратную связь ничего не говорится. Иногда приводятся оба коэффициента.

Коэффициент усиления с увеличением частоты всегда падает, поэтому в справочниках часто приводится частота единичного усиления fT (UnityGainBandwidth). Как следует из названия, это частота, на которой усиление равно единице. Практически у всех современных усилителей (о ламповых говорить не будем) на входе используется дифференциальный каскад. Это объясняется его свойствами, которые при применении в интегральных схемах делают дифференциальный каскад еще более привлекательным. Наиболее важными являются стабильность режима, возможность последовательного соединения без переходных конденсаторов, малые искажения и, наконец, способность выделять малый дифференциальный сигнал Ud на фоне большого синфазного (CommonMode, CM) сигнала UCM. Основой схемы дифференциального усилителя является пара эмиттерно связанных транзисторов, обычных или полевых. Реальные схемы значительно сложнее, но их рассмотрение не входит в нашу задачу. Понятно, что для работы схемы необходимо протекание базовых токов транзисторов, что обусловливает наличие конечного входного сопротивления. В связи с этим возникает параметр, называемый входным токам смещения (InputBiasCurrent, Iib). Он определяется, как постоянный ток, необходимый для управления входными каскадами усилителя к замеряется при нулевом выходном напряжении.

Входной ток смещения стремятся сделать как можно ниже, для чего применяют супер-Ь транзисторы и очень маленькие токи коллекторов. За это приходится расплачиваться низким коэффициентом усиления входного каскада и малой скоростью нарастания выходного напряжения.

Для усилителей часто приводится максимальное синфазное входное напряжение Vicm, которое определяется как максимально допустимое синфазное напряжение, приложенное ко входу, при котором работа выходного каскада не нарушается (PHILIPS). Как правило, можно считать, что допустимое синфазное напряжение на 3...4 В ниже напряжения питания, если в спецификации не оговорено иное. слабо отличаются по виду, да и происхождение у них одно — физическое различие между парными транзисторами. Поэтому в литературе встречается и выражение «сдвиг», применительно к термину Offset. Тогда говорят о входном напряжении сдвига или о входном токе сдвига.

Помимо синфазного входного сопротивления, различают дифференциальное входное сопротивление rid (DifferentialInputResistance), которое измеряется по закону Ома между двумя незаземленными входами усилителя в режиме малого сигнала. Синфазное сопротивление всегда значительно больше дифференциального.

Дифференциальное входное напряжение определено кaк напряжение, прикладываемое между входами усилителя, а максимальное дифференциальное входное напряжение это то, которое может выдержать данный усилитель без повреждения внутренних цепей.

Дифференциальный коэффициент усиления Кd — это отношение приращения сигнала на выходе к вызвавшему его приращению дифференциального входного напряжения. Вводится для дифференциального усилителя. Одновременно с ним определяется коэффициент усиления синфазного сигнала Ks, как отношение приращения выходного напряжения к приращению входного синфазного сигнала. В идеальном усилителе этот коэффициент строго равен нулю. Реальные усилители, даже после специальной операции по симметрированию, имеют различные коэффициенты усиления для инвертирующего и неинвертирующего входов. Численно Ks равен разности этих коэффициентов. В справочниках ни Кd, ни Кs для УНЧ никогда не приводятся. Дело в том, что для них Кd и GV это одно и то же, aKs неинтересен как таковой. Разработчиков усилителей интересует совсем другой параметр — коэффициент ослабления синфазного сигнала CMRR (CommonModeRejectionRatio, рус. КОСС), который представляет не что иное, как отношение KD/KS.

CMRR, как правило, имеет достаточно большую величину порядка 60...100 дБ. Но как все параметры усилителя, носит комплексный характер, благодаря наличию паразитных емкостей и уменьшается с ростом частоты. Частота среза для CMRR значительно ниже, чем для Кd, из-за того, что в первом случае в качестве сопротивления RC-цепочки выступает коллекторная нагрузка дифференциального каскада, а во втором — большое внутреннее сопротивление источника тока. Наиболее полно реализовать преимуществa которые дает разработчику большой CMRR, можно при использовании дифференциального входа усилителя, но далеко не все УНЧ имеют такую возможность. У многих интегральных усилителей, неинвертирующий вход не имеет своего вывода.

Особенности схемотехники интегральных УНЧ

Здесь мы вкратце напомним основные понятия, необходимые для понимания работы усилительной техники. Говорят, что некоторая система или часть системы охвачены обратной связью по данному параметру (ОС рус. или feedbackF), если отклик системы на внешнее воздействие, является, частично или полностью, внешним воздействием для этой системы, по этому же параметру. Для усилителей такими параметрами являются чаще всего ток или напряжение. Различают соответственно общие и местные обратные связи. Могут одновременно существовать несколько обратных связей разного рода. Если воздействие обратной связи направлено на усиление внешнего воздействия, то такая связь называется положительной (ПОС, PositiveFeedback, PF), если наоборот, то отрицательной (ООС рус, NegativeFeedback, NF). Если воздействие обратной связи равно отклику системы, то такая связь называется 100% (стопроцентной). Существует еще много разновидностей и классификаций обратных связей. Отметим, что, строго говоря, положительной или отрицательной обратная связь может быть названа только в условиях определенного частотного диапазона. При повышении частоты коэффициент обратной связи, являющийся комплексной величиной, может изменить свой характер, положительная связь может стать отрицательной и наоборот.

Если на частоте fT (частота единичного усиления) фазовый сдвиг превышает 180*, то обратная связь на этой частоте становится положительной. Понятно, что система нуждается в коррекции. Видов и способов коррекции очень много. Одним из способов заключается в том, чтобы использовать

усилитель при относительно большом коэффициенте усидения. Для интегральных УНЧ очень характерным является требование минимально допустимого коэффициента усиления, приводимое в технических условиях. Оно вызвано тем, что запас устойчивости при уменьшении коэффициента усиления падает. Для каждого усилителя приводятся оптимальные способы его коррекции, если она необходима, и желательно придерживаться этих рекомендаций. Общепринятым является мнение, что правильно скорректированный усилитель должен иметь запас по фазе порядка 65°. В этом случае его переходная характеристика будет иметь небольшой выброс и оптимальную крутизну фронтов. Значения порядка 90° означают недостаточный запас по частоте и соответствующее затягивание фронтов и спадов. Такие усилители применяются в системах управления, где перерегулирование по каким-то причинам недопустимо, а не в УНЧ. Значения меньшие 45° применять не рекомендуется, т.к. устойчивость легко нарушается при изменении параметров нагрузки, а поскольку она в нашем случае имеет резко выраженный реактивный характер, запас надо иметь как можно больше.

Рассматривая усилитель, не следует забывать о том, что он находится не в абстрактном пространстве, а на печатной плате и окружен навесными элементами и связан с другими устройствами. Проводники печатной платы обладают заметными индуктивностями и емкостями и вполне могут создавать паразитные обратные связи. Источник питания вещь вообще особая и заслуживает специального рассмотрения. Для некоторых усилителей приводятся рекомендуемые разводки печатных плат, для которых все это более менее учтено, в том числе и развязка по питанию. Вполне может оказаться, что при каком-то конкретном рисунке печатной платы придется применять специальные меры для обеспечения устойчивой работы устройства, в то время как для другого рисунка ничего этого не понадобится.

Не следует упускать из виду и навесные элементы, которые часто являются не совсем такими, какими нам бы хотелось их видеть. Так конденсаторы часто обладают заметной индуктивностью, емкость у них часто зависит от частоты. Например, у обычного электролитического конденсатора очень ограничен частотный диапазон, за пределами которого он представляет собой , в основном сопротивление утечки, а бумажные конденсаторы заметно индуктивно. Индуктивностью обладают и резисторы.

Очень важно также применение деталей с высокой температурной стабильностью. В этом смысле надо обращать особое внимание на конденсаторы, так как может оказаться, что при некотором повышении температуры усилитель начнет самовозбуждаться или самовыражаться какими-нибудь другим способом и все это из-за высокого температурного коэффициента какой-нибудь емкости. Подробное обсуждение свойств навесных элементов не входит в нашу задачу, я только хотел призвать к внимательному подбору комплектации. Не случайно во многих описаниях Содержатся рекомендации по подбору комплектующих для усилителя. Делать же окончательные выводы можно лишь после того, как полностью собранное устройство пройдет хотя бы элементарные температурные испытания. Собственно говоря, средства для таких испытаний есть практически у всех — это холодильник и духовка. Не пренебрегайте этими испытаниями, ведь усилитель может отказать в самый неудобный для вас момент. О профессионалах я не говорю, для них этот вопрос очевиден, но даже дома температура может меняться в значительных пределах, а для автомобильной техники это, наверное, самое главное.

Если вы внимательно просмотрите характеристики представленных уси-лителей, то заметите, что у последних моделей какие либо выводы для кор-рекции и компенсации отсутствуют. Это и хорошо и плохо. Хорошо потому что от разработчика меньше требуется думать, просто взять готовое изделие и поставить его на плату. Плохо же это тем, что потребитель вынужден довольствоваться тем, как кто-то решил эту задачу. Этот неизвестный конструктор, скорее всего, исходил из принципа максимальной универсальности изделия, а этот принцип никогда не мог удовлетворить разработчиков специальной аппаратуры, неважно усилитель это или система лазерного наведения. За вас сделали выбор и теперь для того, чтобы понять, удовлетворяет данное изделие вашим специфическим условиям или нет, вам придется либо ограничиться приводимыми в спецификации данными, либо приобрести изделие и опробовать его. Для УНЧ, к сожалению, приемлемым оказывается только второй путь, потому что объективных критериев для комплексной оценки качества не существует, а по косвенным вы ни за что не сможете понять, в чем разница между двумя усилителями разных фирм, показатели которых примерно совпадают. Эту разницу можно оценить, только прослушав оба усилителя, да и то, скажем, на одной нагрузке лучшим может оказаться один, а на другой нагрузке — второй.

Для твердотельных УНЧ вопрос применения или неприменения обратной связи даже не ставится — слишком много различных нелинейностей и нестабильностей. Степень влияния обратной связи на усилитель можно оценить, сравнив соответствующие значения коэффициентов усиления. Разность коэффициентов усиления (выраженных в децибелах) без ООС и с ней, называется глубиной ОС. Эта разность показывает, какая часть ресурсов направляется на линеаризацию общих характеристик системы и компенсацию различных нелинейностей и погрешностей. Само абсолютное значение этого параметра мало что означает и может находиться в диапазоне 20...50 дБ, хотя это тоже лишь типовые значения. Можно предположить, при большом значении этого параметра, что усилитель должен иметь весьма хорошие характеристики по нелинейным искажениям и что приоритет при его разработке был отдан не локальным обратным связям, а общей ОС, что само по себе опять же ни хорошо ни плохо.

Разберем сейчас один из вариантов обратных связей, который очень часто встречается в интегральных УНЧ и довольно часто в усилителях на дискретных элементах, как на биполярных, так и на полевых транзисторах. Рассмотрим схему на рис. 2.

Это типичная схема выходного каскада усилителя с бутстрэпом. От обычной схемы ее отличает наличие двух элементов: резистора R1 и конденсатора С. Питание может быть как одно-, так и двухполярным, Коллекторное сопротивление входного транзистора заменяется суммой двух сопротивлений, и расчет тока покоя каскада производится обычным путем. При питании от одного источника выходных каскадов и предоконечного каскада получается, что на максимальной нагрузке полностью раскачать выходные эмиттерные повторители невозможно. Для этого размах переменного напряжения первого каскада должен быть не меньше полного напряжения питания. Увеличение коэффициента усиления за счет увеличения коллекторного сопротивления, влечет за собой снижение тока покоя. Введение упомянутых добавочных элементов позволяет компенсировать недостаток за счет выходного напряжения усилителя. При закрытом транзисторе рас качки напряжение на его коллекторе превысит напряжение питания за счет напряжения на конденсаторе.

Рис. 2. Параметрическая обратная связь

В нашей литературе этот эффект называется параметрической обратной связью, параллельной обратной связью по питанию или вольтодобавкой, а в зарубежной — бутстрэпом (bootstrap). В переводе это слово означает шнурок от ботинка и примерно соответствует случаю с бароном Мюнхгаузеном, который вытащил себя из болота за волосы, только у англичан вместо волос использовались шнурки от ботинок. Конечно, физически за все приходится платить, и применение такой схемы вызывает уменьшение амплитуды выходного напряжения от 5 до 20%, в зависимости от емкости конденсатора, но реальный выигрыш в итоге составляет 5...7 дБ на низких частотах. На высоких частотах бутстрэп не нужен, т.к. амплитуда сигналов на них не так велика. В высококачественных усилителях на дискретных элементах такие решения давно не применяются, но для интегральных схем, особенно при жестких ограничениях на питание, такая схема очень эффективна. Настойчиво рекомендую придерживаться значений, приведенных в справочных данных. Не следует ни увеличивать, ни уменьшать рекомендуемую емкость бутстрэпа, т.к. и то и другое приведет к снижению эффективности работы усилителя и может ухудшить его параметры, в частности THD. Бугстрэпом часто называют также управляемое питание выходных каскадов усилителя.

Основных режимов работы усилителя три. Это режим ожидания (STANDBY, STAND-BY, STBY, STB), режим глушений сигнала (MUTE) и режим воспроизведения (PLAY). В режиме ожидания усилитель фактически выключен, но его цепи находятся под напряжением. Все каскады, потребляющие сколько-нибудь значимый ток находятся в запертом состоянии и в таком состоянии могут находиться сколь угодно долго. Ток, потребляемый усилителем, при этом от единиц миллиампер и до единиц микроампер, т.е. находится на уровне токов утечки автомобильного аккумулятора. Поэтому усилитель можно не отключать от источника питания. При этом основной ток потребляет не вывод питания усилителя, а управляющий вывод режима STAND-BY. Такой режим чрезвычайно удобен тем, что вместо мощных реле, выключателей или силовых ключей, включение производится логическим

сигналом уровня КМОП и с той же энергетикой. Выходной сигнал при этом нормируется. Он составляет порядка—100...—120 дБ, что ниже уровня шума усилителя класса HI-END.

Следует вообще иметь в виду, что рассматриваемые УНЧ не предназначены, вообще говоря, для использования в качестве домашнего усилителя, хотя конечно можно применять их и таким образом. Эти усилители рассчитаны, прежде всего, на применение в составе какого-либо устройства, например телевизора, автомобильного радиоприемника, магнитолы и т.п. Поэтому их наделяют соответствующим интерфейсом, пусть и несложным.

При переводе усилителя из режима STAND-BY в режим PLAY возникают практически те же переходные процессы, что и при обычном включении, а значит, возникает соответствующее акустическое сопровождение. Основной ток при этом протекает, как ему и положено по выводам питания. Надо отметить, что сильные щелчки возникают не только и не столько в выходных каскадах усилителя, сколько во входных. Понятно, что подача питания на блок микрофонного предусилителя может вызвать гораздо более громкие щелчки, чем включение выходного каскада. Для исключения этих эффектов применяется функция MUTE, которая характеризуется подавлением входного сигнала на 60...80 дБ. При этом отключаются выходные каскады, так что ток, потребляемый усилителем, снижается до нескольких миллиампер. Это ток, который потребляют маломощные входные каскады.

В большинстве усилителей этот режим реализован аппаратно, но в более старых моделях его может и не быть. В таком случае приводится вариант его реализации с помощью навесных элементов. Как правило, при этом производится заколачивание конденсатора схемы подавления пульсаций CSVR внешним транзистором.

В некоторых вариантах усилителей функция MUTE срабатывает автоматически при уменьшении напряжения питания ниже некоторого предела, как правило, 6. ..8 В. Это важно для автомобильных усилителей, т.к. например, при включении стартера, напряжение бортовой сети сильно падает. При этом возможны как искажения сигнала, так и посторонние шумы. Кроме того, это удобно, потому что не требуется заранее перед выключением подавать сигнал на вход MUTE.

Поскольку чаще всего схема управления MUTE и STAND-BY использует систему SVR, то CSVR естественно оказывает влияние на временные соотношения этих режимов. Это собственно означает, что выбор конденсатора влияет как на подавление пульсаций, так и на время включения и выключения усилителя. Усилитель перейдет в режим PLAY тогда и только тогда, когда CSVR зарядится до определенного напряжения, поэтому величина его емкости должна удовлетворять противоположным требованиям хорошей фильтрации и небольшого времени включения. Рекомендованное значение этой емкости приводится всегда.

Для управления режимами MUTE и STAND-BY практически во всех случаях требуется применение RC-цепочек. Это нужно, прежде всего, для исключения появления шумов от самих управляющих воздействий, а также для соблюдения необходимой скорости нарастания этих сигналов, которая не должна превышать 2,5 В/мс. Цифровые микросхемы управления имеют быстродействие на 5...6 порядков выше. Необходимо также соблюдать рекомендации по выбору сопротивлений этих цепочек. Слишком высокое сопротивление может нарушить работу схемы из-за высокого падения

напряжения на нем. Тогда подача низкого логического уровня на вход цепочки просто не вызовет необходимого изменения напряжения на самом управляющем входе.

Режим MUTE используется также системой термозащиты некоторых усилителей. При превышении некоторой критической температуры, режим включается принудительно, а затем, после остывания усилителя, включается снова. Еще более продвинутые системы, в случае если температура продолжает повышаться, включают режим STAND-BY. Более простые системы делают это сразу, без MUTE.

Некоторые усилители имеют дополнительный режим, который включается при обнаружении короткого замыкания. Одни могут находиться в этом режиме сколь угодно долго, другие — несколько часов.

Давайте посмотрим, как и от чего защищают усилитель светлые головы инженеров Запада. Для транзистора главнейшими параметрами, определяющими его работу в мощных каскадах, являются:

максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер UCE;

максимальный ток коллектора 1С МАХ;

максимальная рассеиваемая мощность Ptot.

Есть и другие параметры, связанные с его безопасной работой, но они не связанны напрямую с его внешним окружением и поэтому будем считать, что предыдущие каскады рассчитаны правильно и с этой стороны транзистору никакая опасность не грозит. Максимальные параметры связаны между собой определенной зависимостью, которая графически выглядит примерно как на рис. 3.

Рис. 3. Зона безопасной работы транзистора (SOA) и диаграмма работы в режиме АВ

Сверху зона безопасной работы транзистора (SOA, SafeOperatingArea) ограничивается максимальным током коллектора, справа — максимальным напряжением коллектор-эмиттер, сбоку — максимальной рассеиваемой мощностью и напряжением вторичного (лавинного) пробоя. Эксплуатация транзисторов при максимальных значениях хотя бы одного из параметров не допускается.

Превышение Ptot означает, прежде всего, что мощность, рассеиваемая на кристалле, не может быть отведена в окружающее пространство и, стало быть, будет употреблена на разогрев кристалла. Превышение кристаллом некоторой критической температуры приведет к необратимому тепловому пробою и выходу прибора из строя. Поэтому системы тепловой защиты УНЧ являются устройствами защиты от превышения максимальной мощности рассеивания. Интегральные УНЧ имеют в этом смысле значительные преимущества перед усилителями на транзисторах, так как имеют возможность непосредственного измерения температуры кристалла и даже конкретной области кристалла. Мало того, вся схема защиты находится на этом же кристалле и не требует никакой дополнительной информации. Сам р-n переход является наилучшим температурным датчиком, а уж в микросхеме этих переходов сколько угодно. Самые примитивные системы защиты просто отключают усилитель. Некоторые производители выводят наружу выход термодатчика, с тем, чтобы внешняя система защиты также могла поучаствовать в работе. Более продвинутые системы осуществляют регулировку выходных каскадов таким образом, что при повышении температуры мощность усилителя понижается, а некоторые могут использовать режимы MUTE и STAND-BY для понижения температуры, так как в этих режимах рассеиваемая на кристалле мощность практически равна нулю. Тепловой защитой оборудованы все современные интегральные УНЧ, так что с этой стороны можно быть спокойным. Далеко не так хорошо обстоят дела с защитой от короткого замыкания.

Трудность заключается в том, что транзистор является быстродействующим прибором и вывести его из строя коротким замыканием в нагрузке можно за микросекунды, особенно когда он находится в режиме больших токов. Кроме того, возможны различные типы замыканий, например замыкание на вывод питания, замыкание на другой выход. Опасность представляет случайное отсоединение общего провода во время работы. Системы защиты должны уметь отличать нештатные ситуации от естественных бросков тока при воспроизведении сигнала с большим динамическим диапазоном или как еще говорят, с большим пик-фактором. Но самая большая сложность заключается в отсутствии влияния систем защиты на выходной сигнал при нормальной работе.

Для повышения надежности защиты микросхемы, некоторые современные усилители при включении производят тестирование выхода. Для этого на выход подается небольшой ток. Если при этом напряжение на выходе значительно меньше нормального, то усилитель остается в этом состоянии до тех пор, пока не будет выключен или пока не будет ликвидирована неисправность, после чего включается. Все это время на диагностическом выводе присутствует сигнал неисправности. Кроме защиты самого усилителя, многие микросхемы осуществляют и защиту динамиков, путем ограничения выходного постоянного тока при неправильном подключении.

Из дополнительных видов защит можно обратить внимание на защиту от переполюсовки, которая часто применяется в автомобильных усилителях в связи любовью пользователей к подключению аккумулятора наоборот. Защитный дио, позволяет длительно пропускать значительный усилителя, в расчете на то, что перегорит плавкая вставка предохранителя.

Микросхемы, содержащие полевые транзисторы, особенно чувствительны к статике. Обращаясь с ними, требуется соблюдать обычные меры предосторожности, применяемые в таких случаях, хотя практически все микросхем имеют защиту. Качество защиты регламентируется в спецификации на устройство в виде максимального заряда, который может выдержать вход.

Интегральные УНЧ изготавливаются исключительно классов АВ, D и Т Правда некоторые из них, как, например TDA7294, имеют отдельные выводы для питания мощных каскадов и могут быть использованы в высокоэффективном режиме, близком к Н, но это реализуется за счет дополнительной внешней схемы.

Ограниченные возможности батарейного питания в переносной и автомобильной технике требуют либо понижать сопротивление динамиков, либо применять другие решения, направленные на повышение выходной мощности усилителей. Таких путей видится два. Первый путь — это повышение напряжения питания с помощью конвертеров. Второй путь проще: включить усилитель по мостовой схеме. Два одинаковых каскада или усилителя включаются в противофазе и работают на общую нагрузку. Громкоговоритель подключается непосредственно к выходам обоих усилителей, без использования разделительных конденсаторов. Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, так как нагрузка оказывается подключенной в каждую полуволну ко всему напряжению питания, то в одном направлении, то в противоположном. Поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность мостового усилителя должна быть в 4 раза больше. Реально получается несколько меньше.

Возможность мостового включения предусматривается во многих моделях, но не во всех. Наряду с большей выходной мощностью, мостовым усилителям свойственны и недостатки. В первую очередь — повышенный примерно на 10...20% коэффициент гармоник и меньший коэффициент демпфирования, хотя сравнить не всегда легко, т. к. в справочных данных зачастую измерения проводятся при разных условиях. Кроме того, минимально допустимое сопротивление нагрузки также увеличивается, так как увеличивается ток через нагрузку. При монтаже усилителей надо внимательно следить за соблюдением фразировки динамиков.

Для увеличения мощности применяется также параллельное включение усилителей. Например, усилители, выполненные на ТDА7293, могут работать в параллель на очень низкую нагрузку. Такой вариант включения по терминологии фирмы именуется модульным. При этом один из усилителей является ведущим (MASTER), а все остальные соответственно ведомыми (SLAVE). Входные цепи ведомых усилителей отключены, а остальные цепи соединяются по определенным правилам. При этом все управление берет на себя первый усилитель. Трудно сказать точно, насколько увеличится выходная мощность и насколько можно уменьшить нагрузку, разработчик таких данных не приводит. Понятно, что для работы с той же самый нагрузкой параллельная работа усилителей приведет только к распределению мощности на два усилителя. Общее количество параллельных усилителей разработчик не ограничивает!

Большинство аудиоусилителей включены по неинвертирующей схеме. Это в основном объясняется тем, что при этом включении достигается наибольшее входное сопротивление. Кроме того, коэффициент усиления шума для неинвертирующего включения равен его коэффициенту усиления, а у инвертора он на единицу больше. Однако для систем распределенного усиления самым эффективным является балансное или дифференциальное включение. Это практически не имеет значения для УНЧ домашнего применения или переносной аппаратуры. Но для автомобильных систем, где приходится иметь дело с большим уровнем шума или с дополнительными УНЧ, расположенными на удалении от источника сигнала, это очень важно. Также это важно для активных колонок. Некоторые усилители построены таким образом, что их можно включать в балансном режиме, например усилитель TDA7396. Такой режим позволяет наиболее эффективно использовать коэффициент подавления синфазного сигнала, т. е. избавляться от помех и наводок на входе усилителя.

Из дополнительных функций можно отметить присутствующие во многих современных моделях функции диагностики и детекторы клипирования (ограничения сигнала). Например, такой системой обладает упомянутый выше TDA7396. Как правило, система диагностики включает в себя и детектор клипирования, но встречаются и схемы только с одним детектором. Вот типовые функции схемы диагностики. Она реагирует на:

клипирование выходного сигнала;

перегрев;

аварийные состояния выходных цепей:

- короткое замыкание на корпус;

- короткое замыкание на шину питания;

- «мягкое» короткое замыкание при включении.

Принцип работы детектора клипирования выходного сигнала заключается в отслеживании тока выходных транзисторов. Если он начинает приближаться к току насыщения, детектор срабатывает. В результате, сигнал на выводе 25 принимает вид последовательности импульсов, четко синхронизированных с каждым единичным случаем клипирования и имеющих ту же длительность. Эта функция дает возможность автоматической регулировки уровня громкости при перегрузке усилителя. Устройства, использующие эту информацию, обычно осуществляют фильтрацию или интегрирование этих импульсов пассивными RC-цепочками и реализуют алгоритм изменения громкости (или тембра НЧ) с помощью аудиопроцессора, управляемого микроконтроллером. Другим способом контроля искажений является, например, установка максимально допустимого уровня нелинейных искажений (например, THD - 0,5%) во всем частотном диапазоне.

Чувствительность схемы указывается в виде коэффициента нелинейных искажений, на который она реагирует. Для простых схем эта величина порядка 10%. В некоторых схемах порог срабатывания даже может регулироваться. Такие схемы, в противопатожность более простым, могут реагировать на ограничение сигнала, выражающееся в единицах процентов THD. Например, в усилителе TDA7376B детектор клипирования реализован именно таким образом. На вход датчика подается постоянное напряжение, которое должно быть пропорциональным напряжению питания и поэтому выражается в долях от питающего напряжения от 0,15 до 0,4 Vs, что определяет порог срабатывания от 3,5 до 10%.

Сигнал на выходе схемы диагностики появляется также при перегреве кристалла. В различных схемах величина теплового порога составляет 2...10°С до порога теплового отключения. При срабатывании детектора короткого замыкания выхода на шину питания или корпус, также выдается аналогичный сигнал. Схема диагностики не делает между ними различий. Сигналом неисправности является просто сигнал низкого уровня. Выход схемы представляет собой открытый коллектор.

Поскольку вся информация идет по одному каналу, требуется внешняя схема обработки. Сигналы можно разделять, благодаря их различным временным характеристикам. Обычно детектор клипирования выдает на выход импульсы нулевого значения, которые значительно короче, чем импульсы аварийных состояний. На этом принципе селекции длительности и строится схема распознавания. Эту схему вам придется изготавливать самостоятельно, хотя вариант приводится в руководстве для данного усилителя. Параметры элементов схемы, разумеется, подбираются на конкретных устройствах.

О предварительной диагностике короткого замыкания во время включения мы уже говорили выше. Поскольку выход схемы диагностики предназначен для информирования управляющего контроллера или для индикации, то решение о действиях при коротком замыкании принимает сама система и отключает выходные каскады до устранения неисправности. При этом на выходе присутствует постоянный сигнал низкого уровня.

Теоретики не выделяют вообще блок питания из состава усилителя и пусть это лишний раз свидетельствует о важнейшей роли этого блока и влиянии его на характеристики усилителя. Здесь не место рассматривать подробно схемотехнику и схемные решения блоков питания, но общие требования сформулировать необходимо.

Все сигнальные цепи усилителя проходят через блок питания, поэтому он сам является сигнальной цепью. Эта цепь должна обладать крайне низким сопротивлением в максимально возможном диапазоне частот, для того, чтобы проходящие по ней токи не взаимодействовали между собой. Необходимо тщательно продумывать топологию источника питания, чтобы избежать появления наводок и помех.

Динамики обладают высокой реактивностью, а при реактивных нагрузках токи увеличиваются многократно, и ток в 50 А в импульсе для мощного УНЧ не является чем-то необычным при среднем токе в 5...7 А. Поэтому требуется высокая нагрузочная способность и еще раз низкое выходное сопротивление источника питания. Таким сопротивлением обладает, например, хороший стабилизатор. На высоких частотах следует учитывать, что ни электролитические емкости, ни стабилизатор на таких частотах развязку не обеспечат. Поэтому обязательно следует шунтировать каждый электролит высокочастотным малоиндуктивным конденсатором, например майларовым, керамическим или полиэстеровым.

А теперь несколько общих советов относительно печатных плат. Не следует полагать, что если устройство работает в диапазоне звуковых частот, то к трассировке печатных плат не предъявляются специальные требования. Неправильно спроектированная печатная плата может испортить все.

Располагать развязывающие конденсаторы следует как можно ближе к выводам микросхемы, а выводы самих конденсаторов следует обрезать как можно короче.

Электролитические конденсаторы развязки по питанию обязательно должны шунтироваться малоиндуктивными майларовыми, керамическими или аналогичными.

Все проводники должны иметь минимальную длину. Помните, что печатная плата тонкая и не располагайте слаботочные сигнальные проводники паралллельно сильноточным ни на одной стороне платы, ни на противоположных.

Удаляйте корпусные проводники большой площади под микросхемой, вокруг нее и под входными выводами, чтобы избежать паразитных наводок.

Никогда не прокладывайте параллельно провода или проводники питания и сигнальные.

Никогда не допускайте замкнутых петель в общем проводе, самой лучшей конфигурацией общего провода является звезда с центром в точке присоединения электролитического конденсатора фильтра питания.

Как правило, в усилителях существуют два земляных контура: сигнальный S-GND и силовой P-GND. Никогда не путайте их. Те элементы, которые должны иметь дело с силовыми цепями должны соединяться только с силовой землей, и наоборот. Иногда эти земли на уровне микросхемы не соединены друг с другом непосредственно. На печатной плате они должны соединяться в одном и только в одном месте и соединение это должно быть качественным, а выбор его места — это искусство и интуиция. Если вспомнить времена ламповых усилителей, которые монтировались на металлических шасси, то место заземления выбиралось экспериментально по минимуму фона и, вообще говоря, могло находиться в любой точке шасси.

Все конденсаторы, имеющие отношение к STAND-BY, должны подсоединяться к S-GND. Конденсатор SVR (подавления пульсаций питания) должен быть подсоединен к S-GND и как можно ближе к микросхеме. Общий провод входных сигнальных цепей — естественно kS-GND.

Конденсаторы фильтра питания должны быть подсоединены к Р-GND. Отрицательный полюс источника питания (общий провод) должен быть подсоединен непосредственно к минусу электролитического конденсатора фильтра питания и эта точка должна быть начальной точкой всех земляных цепей на печатной плате. Это единственная точка, которая может быть названа истинной землей.

Сечение проводника должно соответствовать току, протекающему через него. Вы не сделаете ошибки, если примените более широкий проводник. Учтите, что чем уже и длиннее проводник, тем больше его индуктивность.

Если есть возможность, придерживайтесь топологии, предлагаемой изготовителем микросхемы. Там ребята неглупые и им хочется, чтобы их продукцию покупали и уважали. Плохого не посоветуют.

Особенности применения усилителей класса D (на примере TDA748x)

Усилители TDA7480/81/82 являются моно усилителями класса D с раздельным питанием. Выходным сигналом усилителей является высокочастотная последовательность прямоугольных импульсов (порядка 100 кГц) типа RAIL-TO-RAIL (т.е. с размахом, равным напряжению питания) с изменяемой скважностью.

Для того чтобы получить из этой последовательности импульсов аудио-сигнал, на выходе усилителя должен присутствовать фильтр низких частот. Основным достоинством усилителей является их высокая эффективность в сравнении с обычными усилителями класса АВ.

Рис. 4. Блок-схема усилителя

Предварительный усилитель определяет коэффициент усиления всего усилителя (рис. 4). Второй каскад является усилителем мощности класса D с коэффициентом усиления 1,5. Основой усилителя мощности является управляемый мультивибратор, который при отсутствии входного сигнала генерирует меандр. При наличии сигнала на входе, мультивибратор изменяет скважность выходных импульсов. Частота мультивибратора задается напряжением на выводе 9 (для корпуса DIP20) или 6 (для MULTIWATT15).

В дальнейшем нумерация выводов будет приводиться в квадратных скобках через слэш в том же порядке, т.е. сначала для DIP, а затем для MULTIWATT: [9/6].

Выходной каскад выполнен на мощных n-канальных DMOS транзисторах, причем верхний транзистор снабжен параметрической обратной связью (бутстрэпом) через конденсатор СП (на схемах включения).

Похожие рефераты:

Электрические аппараты

Проектирование магистральной волоконно-оптической системы передачи с повышенной пропускной способностью

Приемник цифровой системы передачи информации ВЧ-каналом связи по ВЛ

Оптоволоконные линии связи

Теория

Анализ и моделирование биполярных транзисторов

Техническая диагностика средств вычислительной техники

Измеритель коэффициента шума

Передающее устройство одноволоконной оптической сети

Расчет линии связи для системы телевидения

Проект гелеоисточника для энергохозяйства

Физические основы электроники

Передающее устройство одноволоконной оптической сети

Тиристорные устройства для питания автоматических телефонных станций

Технологии создания сетей

Усилитель мощности миллиметрового диапазона длин волн

Конструктивные особенности и эксплуатация ЭЛТ мониторов

Компьютерная Томография

Усилитель мощности на дискретных элементах


Схема усилителя низкой частоты

   Усилитель Э. Холтона пользуется большой популярностью среди звуковиков и аудиофилов. Схема этого усилителя низкой частоты была создана более 40 лет назад. Основные достоинства этого усилителя можно перечислять часами. Схема позволяет получить высокую мощность на выходе, что позволяет построить на основе этой схемы мощные концертные усилители с мощностью более 1000 ватт. Высокая мощность, сравнительно простая схема (не для начинающих, конечно) делают эту электросхему такой популярной. Выходной каскад усилителя работает в режиме АВ, это дает возможность использовать усилитель для широкополосной акустики. 


   Схема усилителя имеет несколько модернизаций. В основном повторяют схемы с мощностью от 200 до 800 ватт, редко до 1200, хотя на основе схемы Холтона можно построить усилители низкой частоты до 5000 ватт и более. Аудиофилами схема используется для питания мощных сабвуферных головок, Холтон одна из тех схем, которая может легко справляться с любой сабвуферной головкой, которые встречаются в магазинах. На основе этого усилители создаются усилители повышенной мощности, которые находят широкое применение в конкурсах по автозвуку, для раскачки сабвуферных головок с мощностью по несколько киловатт.


   Классическая схема Холтона содержит 3 пары выходных транзисторов, почти всегда выходной каскад полевой. Ниже основные параметры схемы Холтона с 3-я парами выходного каскада. 

  Максимальное напряжение питания, ± В ±85 В на нагрузку 8 Ом. Максимальная выходная мощность, Вт при искажениях до 1% и напряжении питания: В скобках указан требуемый блок оконечных каскадов для получение указанной мощности.

±30 В
40 (О-1)
80 (О-1)
160 (О-2)

±35 В
60 (О-1)
120 (О-1)
240 (О-3)

±40 В
80 (О-1)
160 (О-2)
320 (О-4)

±45 В
100 (О-1)
200 (О-2)
400 (О-5)

±50 В
135 (О-2)
270 (О-3)
540 (О-6)

±55 В
160 (О-2)
320 (О-4)
640 (О-7)

±60 В
200 (О-2)
400 (О-4)
800 (О-8)

±65 В
240 (О-3)
480 (О-5) 

±70 В
270 (О-3)
540 (О-6) 

±75 В
310 (О-4)
620 (О-6) 

±80 В
360 (О-4)
720 (О-7) 

±85 В
410 (О-4)
820 (О-8)

Коф усиления, дБ 24

Нелинейные искажения при 2/3 от максимальной мощности, % 0,03%

Скорость нарастания выходного сигнала, не менее В/мкС 25


   Единственной защитой транзисторов выходного каскада являются эмиттерные резисторы, номинал которых может лежать в пределах от 0,22 до 0,49 Ом, незначительное отклонение никак повлияет на работу схемы. Коф. нелинейных искажения данной схемы не превышает 0,07% на частоте 18 кГц, Приведенная схема усилителя отличается от стандартной схемы Энтони Холтона лишь типами используемых транзисторов, поскольку оригинальные транзисторы, которые использовал автор, уже давно вышли из продажи. 


   Мощность представленной схемы может доходить со 800 ватт на нагрузку в 4 Ом, представьте эти 800 ватт в автомобиле или в квартире... 


   В нашем варианте имеем стереофонический усилитель Холтона с максимальной выходной мощностью 1600 ватт.

   Для питания каждого канала имеется отдельный блок питания, в данном случае сетевые тороидальные трансформаторы на 1000 ватт каждый.


Понравилась схема - лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Усиление низких частот

Усиление низких частот и устройства, выполняющие эту функцию, находятся в области звуковоспроизведения, а значит определённом диапазоне, который начинается с 20 Гц и заканчивается в пределах 20 000 Гц(20 кГц). Именно эти звуковые колебания может слышать человеческий слух. При этом звук с частотой ниже 40 Гц и выше 16 кГц является окрашивающим и отдельно от основного не ощущается. То есть, чтобы человек услышал звуковые колебания в качестве речи, музыки, песен и т. д. они должны пройти через специальное устройство усиливающие эти, называющиеся, низкими частоты. Чем проще и дешевле эти устройства тем меньше диапазон передаваемых в динамики или громкоговорители частот.

Применение и реализация усиления звука низкой частоты

Итак, усиление низких частот и устройства, выполняющие данную функцию, лежат в основе всех устройств, из которых слышатся звуковые колебания. Требования к этим устройств и к вырабатываемым низким частотам разные и зависят от назначения устройства. Например, в телефонной трубке для полноценного разговора достаточно, чтобы звуковая частота была в пределах 200-3 кГц, а для аппаратов использующихся в классе музыкального воспроизведения Hi-Fi и Hi-End диапазон должен быть в пределах 20 Гц-20 кГц только тогда в динамиках будет слышаться насыщенный полный звуковой эффект, записанный на носители или передаваемый в микрофон.

Усилители низкой частоты (УНЧ), или как их ещё называют усилители мощности звуковой частоты (УМЗЧ), или звуковой частоты (УЗЧ), это электронные приборы, созданные на основе полупроводниковых элементов или же радиоламп, способные усиливать и передавать в громкоговорители звуковые колебания, которые соответствуют диапазону, слышимому человеческому слуху. Эти звуковоспроизводящие устройства могут быть сконструированы как отдельные аппараты, так и состоять в составе более сложных, таких как телевизоры, музыкальные, радиостанций и радиоприёмников и во многих других окружающих человека предметах.

Итак, реализация и усиление низкой частоты выполняется устройствами, состоящими из:

  • Предварительного каскада, служащего для усиления, получаемого от источника, чаще всего микрофона, сигнала и доведения его величины до показателей нужных для работы оконечного усилителя. В состав предварительного усилителя входят элементы регулировки громкости, тембра. Для более развернутой частотной регулировки тембра звукового сигнала, передаваемого в оконечный усилитель служит многополосный эквалайзер;
  • Оконечного усилителя (мощности), передаваемого переменное напряжение, несущее в себе звуковые волны, в нагрузку, которой является динамики и акустические системы, собранные на их основе.

Классификация усилителей низкой частоты

Все усилители низкой частоты можно разделить по количеству каналов для воспроизведения звука на:

  • монофонические — 1 канал;
  • стереофонические — 2 отдельных канала несущие разную информацию слышимую в результате одним целым музыкальным воспроизведением;
  • Квадро — 4-й канальный звуковой усилитель, для его полноценный работы нужен источник звука, несущий четыре отдельных информационных канала. Зачастую именно такая система вместе с сабвуфером (усилителем только самого низкого частного диапазона) лежит в основе систем домашних кинотеатров.

Данные усилители также делятся по типу выходного каскада оконечного усилителя:

  1. Однотактный;
  2. Двухтактный.

Так как звуковой сигнал состоит из переменной составляющей, то именно двухтактные усилители способны передавать в нагрузку как положительную, так и отрицательную часть синусоидального тока. Обычно это комплект транзисторов с разным типом переходов (p-n-p — n-p-n) работающих в паре и включенных последовательно. Усиление звуковой частоты, реализованное на лампах может быть выполнено таким образом, поэтому зачастую в их конструкции применяются выходные трансформаторы со средним выводом. А электронные лампы управляются по противофазе.

Конструктивно усиление звукового сигнала слышимого человеком выполняется на следующих элементах:

  • Ламповые. Большой популярностью пользовались в 60-х годах прошлого века, однако, и в современном мире есть люди, которые отдают предпочтение именно ламповым усилителям и звуку который они излучают.
  • Транзисторные. Созданные на основе как полевых, так и биполярных полупроводниковых приборов. Такая конструкция является  популярной и требует массивных теплоотводов для оконечного усилителя, так как при больших мощностях вырабатывается много тепловой энергии. Если её не рассеивать то ни один даже самый мощный транзистор долго не проработает.
  • Интегральные. Собранные на микросхемах, в основе которых всё равно лежат полупроводниковые приборы, только в микро версии. Основное преимущество такой аппаратуры это очень маленькие габариты.
  • Гибридные. Часть каскадов собрана на одном, например, на транзиторном виде элементов, а другая на лампах или интегральных элементах (микросхемах).

Основные характеристики усилителей низкой частоты

При выборе данной аппаратуры стоит понимать основные характеристики, на которые нужно обращать внимание:

  • Выходная мощность. Напрямую связана с понятием громкости, но при этом содержащая минимум искажений, которые свойственны высшему значению усиления;
  • Коэффициент нелинейных искажений. Эта величина, которая характеризует насколько входной сигнал, пройдя по усилителю искажается. Один из важных параметров, влияющих на качество передаваемого в акустику звука.
  • Динамический диапазон. Параметр, который отвечает зато насколько график усиления прямолинейный. То есть не будет ли вовремя накручивания громкости усилителя, выходная мощность нарастать не прямолинейно входному сигналу.
  • Диапазон рабочих частот. То есть какие частоты сможет передать усилитель в акустическую систему.

Нужно отметить, что некоторые современные образцы техники выполняющей усиление низких частот умышленно, с целью снижения себестоимости своей продукции, пытаются конструктивно или же документально обмануть покупателя. Например, предлагая вместо стереоусилителя — псевдо стерео, а вместо реальной выходной мощности завышенные показатели.


Параметры усилителей электрических колебаний низкой частоты

5.4.  Параметры усилителей электрических колебаний низкой частоты

 

В литературе усилители электрических колебаний низкой частоты называют усилителями низкой частоты. Под усилителями низкой частоты в данном пособии мы будем понимать усилители электрических колебаний в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц.

Усилитель низкой частоты потребителем может рассматриваться как черный ящик с регулятором громкости, регуляторами тембра (если таковые имеются) и шестью клеммами, две из которых предназначены для подключения источника усиливаемого сигнала (звукосниматель, микрофон и т. д.), две - для подключения нагрузки (обычно громкоговоритель) и две - для подключения источника питания.

Рассмотрим основные параметры и характеристики усилителей низкой частоты.

Коэффициент гармоник усилителя представляет собой отношение мощности появившихся в выходном сигнале высших гармоник напряжения к мощности первой гармоники на выходе усилителя при условии, что сопротивление нагрузки активное, а на вход усилителя подается напряжение от генератора синусоидальной ЭДС.

                                                                                                                (5. 1)

где U1, U2, U3  и т.д. - действующие значения первой, второй, третьей и т.д. гармоник выходного сигнала. Для усилителей среднего класса коэффициент гармоник составляет примерно 5-7%. Для высококачественных усилителей низкой частоты коэффициент гармоник составляет десятые и даже сотые доли процента.

Номинальная выходная мощность усилителя - это наибольшая мощность на выходе усилителя при сопротивлении нагрузки равном выходному сопротивлению усилителя и заданном значении коэффициента гармоник.

Номинальное выходное напряжение усилителя - это напряжение на выходе усилителя, соответствующее номинальной выходной мощности.

Номинальное входное напряжение или чувствительность усилителя - это напряжение на входе усилителя, соответствующее номинальной выходной мощности.

Максимальная выходная мощность усилителя - это мощность на выходе усилителя при сопротивлении нагрузки равном выходному сопротивлению усилителя и коэффициенте гармоник 10 %.

Входное сопротивление усилителя - это сопротивление входа усилителя для переменного тока. Обычно указывают активную составляющую входного сопротивления и входную емкость.

Выходное сопротивление усилителя - это сопротивление выхода усилителя для переменного тока.

Коэффициент усиления напряжения усилителя показывает, во сколько раз переменное напряжение сигнала на выходе усилителя больше вызвавшего его напряжения на входе (при этом надо следить, чтобы коэффициент гармоник не превысил заданного значения):

                                                                                                                                       (5.2)

Коэффициент усиления напряжения для усилителей низкой частоты обычно определяют на частоте 400 или 1000 Гц. Для определения коэффициента усиления удобно построить амплитудную характеристику усилителя.

Амплитудная характеристика усилителя - это зависимость выходного напряжения от входного синусоидального напряжения при неизменной частоте.   Следует иметь в виду, что выходное напряжение желательно измерять электронным вольтметром, детектор которого реагирует на среднеквадратичное значение напряжения.

Амплитудную характеристику усилителей низкой частоты обычно строят для частоты 1000 Гц. Примерный вид амплитудной характеристики усилителя показан на рисунке  5.4. Пунктиром показана амплитудная характеристика идеального усилителя. Амплитудная характеристика реального усилителя отличается от прямой линии в области малых и больших уровней входного сигнала. При малых уровнях входного сигнала отклонение амплитудной характеристики от прямой линии обусловлено собственными шумами усилителя, фоном  (пульсации  питающего напряжения) и наводками, а при больших уровнях - нелинейностью характеристик активных элементов (транзисторов, электронных ламп и т.п.).

Динамический диапазон усилителя - это отношение максимального входного напряжения усилителя к минимальному входному, которое может быть усилено при допустимых искажениях и уровне помех. Обычно динамический диапазон усилителя указывают в децибелах.

      

        (5.3)               (5.4)

Уровень собственных шумов усилителя - это отношение среднеквадратичного напряжения шумов на выходе усилителя к номинальному выходному напряжению (5.5). Обычно уровень шумов выражают в децибелах (5.6).

 

   (5.5)          (5.6)

Иногда указывают напряжение шумов, приведенное ко входу усилителя:

 

                                                                                                                                                (5.7)

где U ш вых - напряжение шумов на выходе усилителя, К - коэффициент усиления усилителя по напряжению. Собственные шумы усилителя - это  в основном тепловые шумы пассивных и активных элементов. Напряжение шумов всегда несинусоидально, не периодично.

При питании усилителей от сети переменного тока мешающее напряжение на выходе усилителя в основном обусловлено фоном переменного тока. Фон переменного тока  (периодическое напряжение с частотами, кратными частоте питающей сети переменного тока) с помощью осциллографа легко отличить от тепловых шумов.

Уровень фона переменного тока - это отношение среднеквадратичного напряжения фона на выходе усилителя к номинальному выходному напряжению. Обычно уровень фона выражают в децибелах:

 

  (5.8)

где U ф.вых - напряжение фона на выходе усилителя при закороченном входе усилителя.

Коэффициент полезного действия (КПД) усилителя - это отношение мощности сигнала на нагрузке Рн к мощности Р0, потребляемой усилителем от источников питания:                                                          

    (5.9)

Коэффициент частотных искажений усилителя - это отношение коэффициента усиления усилителя Кср  на средней частоте к коэффициенту усиления  усилителя Кf  на частоте, для которой определяется коэффициент частотных искажений.   Для усилителей низкой частоты среднюю частоту берут равной 1000 Гц. Обычно коэффициент частотных искажений выражают в децибелах:

                   (5.10)

Частотная или амплитудно-частотная характеристика усилителя - это зависимость коэффициента усиления  К  от частоты  f (рис. 5.5). Частоту f по оси X  обычно откладывают в логарифмическом масштабе. Иногда частотную характеристику усилителя строят, откладывая по оси Y значения коэффициента частотных искажений М(дБ), а по оси X - десятичный логарифм частоты f. При усилении речи и музыки усилителями среднего класса допускают частотные искажения  ±3 дБ.

Диапазон усиливаемых усилителем частот или полоса пропускания усилителя - это диапазон частот, в котором коэффициент частотных искажений не превышает заданного значения.

Низкочастотные усилители напряжения серии DLPVA

Характеристики

  • Переключаемое усиление до 100 дБ (x 100000)
  • Полоса пропускания от 0 до 100 кГц
  • Дрейф постоянного тока 0,6 мкВ / ° C
  • Входной шум до 0,4 нВ / √Гц
  • Переключаемое соединение постоянного и переменного тока
  • Местное и дистанционное управление
  • Входное сопротивление до 1 ТОм

Вынос со смещением

Температурный дрейф входного напряжения смещения является одной из решающих характеристик качества усилителя постоянного напряжения. Усилители напряжения FEMTO имеют характеристики постоянного тока прецизионных усилителей. Следовательно, даже усиление 100 дБ хорошо подходит для связи по постоянному току без необходимости постоянной регулировки напряжения смещения.

Пропускная способность

Полоса пропускания идеального усилителя с регулируемым усилением не зависит от настройки усиления, что очень важно для измерения быстрых сигналов и импульсов. Полоса пропускания усилителей DLPVA компании FEMTO остается постоянной на уровне 100 кГц (-3 дБ) вплоть до максимальной настройки усиления.Широкополосный шум можно уменьшить, переключив верхнюю граничную частоту на 1 кГц.

Элементы управления

Параметры, например настройками усиления, полосой пропускания и т. д. можно управлять с помощью местных переключателей непосредственно на усилителе. Операция проста, выбранная настройка усиления отображается с помощью светодиодов. Для дистанционного управления каждый переключатель снабжен соответствующим TTL-битом. Возможна также смешанная работа.

Гибкость

Шесть различных моделей DLPVA обеспечивают высокую степень гибкости.Наши клиенты могут выбрать либо несимметричный, либо истинный дифференциальный вход. Входное сопротивление составляет 1 МОм или ниже для наших биполярных моделей и исключительно высокое 1 ТОм для наших моделей полевых транзисторов, что позволяет измерять сигналы от источников с очень высоким импедансом. Наконец, уровень шума для модели DLPVA-100-BUN-S составляет всего 0,4 нВ / √Гц.

Приложения

  • Универсальный усилитель низкой частоты
  • Автоматизированные измерения
  • Промышленные датчики
  • Детекторный предусилитель
  • Интегрированные измерительные системы

Модель DLPVA-
100-BUN-S
DLPVA-
100-BLN-S
DLPVA-
100-B-S
DLPVA-
100-B-D
DLPVA-
100-F-S
DLPVA-
100-F-D

Входной каскад

одинарный
оконечный,
биполярный

одинарный
оконечный,
биполярный

одинарный
конец,
биполярный

True diff. ,
биполярный

Одиночный
оконечный,
FET

True diff.,
FET

Ввод 1 кОм,
BNC
1 МОм,
BNC
1 МОм,
BNC
1 МОм,
Lemo ®
1 ТОм,
BNC
1 ТОм,
Lemo ®
Типичное сопротивление источника <50 Ом <100 Ом <1 кОм <1 кОм <1 ГОм <1 ГОм
Нижняя
Частота среза
1.5 Гц
(только переменный ток)
DC /
1,5 Гц
DC /
1,5 Гц
DC /
1,5 Гц
DC /
1,5 Гц
DC /
1,5 Гц
Верхняя
Частота среза [кГц]
1/100 1/100 1/100 1/100 1/100 1/100
Усиление [дБ] 40/60/
80/100
40/60/
80/100
20/40/
60/80
20/40/
60/80
20/40/
60/80
20/40/
60/80
Входное шумовое напряжение
[нВ / √Гц]
0. 4 0,7 2,4 3,6 5,5 6,9
Дрейф входного напряжения
[мкВ / ° C]
0,5 0,7 0,7 1,3 1,3
CMRR 120 дБ макс. 120 дБ макс.
Лист данных 291 Кбайт 285 Кбайт 299 Кбайт 299 Кбайт 300 Кбайт 300 Кбайт
Выход <100 Ом, BNC
Выходное напряжение ± 10 В (при нагрузке 100 кОм)
Цифровое управление TTL, CMOS, оптоизолированный

Смещение регулируется подстроечным резистором или внешним управляющим напряжением. Индикация выбранной настройки усиления светодиодом. Защита от короткого замыкания на выходе. Питание через 3-контактную розетку Lemo ® . Ответный разъем входит в комплект поставки устройства. Доступен дополнительный блок питания PS-15. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, просмотрите таблицу.

Типичные рабочие характеристики

F3500 2-канальный низкочастотный усилитель мощности 1050 Вт

Частотная характеристика (+ o / -0,3 дБ, 1 Вт / 8 Ом)

20 Гц-20 кГц, -3 дБ при 135 кГц

Полоса пропускания мощности
номинальная мощность при 4 Ом 1% THD + N)

20 Гц-20 кГц, -.1,1 дБ / + 0 дБ

TourClass Protection

ACL, IGM, AutoRamp, короткое замыкание, напряжение постоянного тока, переходный процесс включения / выключения
, бросок тока, вспомогательный / ультразвуковой вход

THD + N (1 кГц, 1 Вт)

<0,05%

SMPTE IMD (номинальная мощность. 60 Гц и 7 кГц)

<0.01%

Коэффициент демпфирования (1 кГц)

248

Входной CMRR (1 кГц)

> -60 дБ

при номинальном напряжении при усилении 8 Ом

X40dB

Входная чувствительность (номинальная мощность при 8 Ом)

0.7746V

Входное сопротивление (симметричное / несимметричное)

20 кОм / 10 кОм

Отношение сигнал / шум («A» взвешенное, полная мощность при 4 Ом)

96,570 дБ

Перекрестные помехи (взвешенные по шкале А, полная мощность при 4 Ом)

> -65 дБ

Класс

3-ступенчатый H

Входные разъемы (на канал)

Гнездовой XLR (контакт 2+, настраивается для контакта 3+). TRS (наконечник +)

Выходные разъемы (на канал)

5-контактные клеммы или разъемы Speakon (зависит от рынка)

Источник питания (заводская конфигурация)

AC220V / 230 В, 50-60 Гц

Охлаждение

Два боковых вентилятора постоянного тока с регулируемой скоростью, лучше, чем у
обычного охлаждения

Органы управления

Передняя панель: 2 аттенюатора, выключатель питания; Задняя панель: сигнальные переключатели подъема и режима заземления
.

Светодиодные индикаторы (на канал)

Сигнал, защита, активный, критический

Конструкция

Стальной корпус, калибр 16. Передняя панель из литого алюминия.

Частотная характеристика усилителей - Electronics-Lab.com

Введение

Как и в случае любой электронной схемы, на поведение усилителей влияет частота сигнала на их входных клеммах. Эта характеристика известна как частотная характеристика .

Частотная характеристика - одно из важнейших свойств усилителей. В диапазоне частот, для которого предназначены усилители, они должны обеспечивать постоянный и приемлемый уровень усиления. Частотная характеристика напрямую зависит от компонентов и архитектуры, выбранной для конструкции усилителя.

В этом руководстве мы сосредоточимся на этой важной особенности усилителей. Прежде всего, подробно описывается понятие частотной характеристики вместе с некоторыми базовыми связанными понятиями, и мы представим, как ее количественно оценить.Во втором разделе мы разберемся, какой компонент влияет на АЧХ и как. В оставшейся части статьи представлен метод определения низкочастотных и высокочастотных характеристик. Эти результаты, наконец, будут обобщены в заключении, чтобы построить глобальную частотную характеристику усилителя с общим эмиттером.

Определения

Прежде чем подробно определять частотную характеристику, нам необходимо представить единицу измерения децибел (дБ) и относящуюся к ней логарифмическую шкалу. При изучении частотной характеристики действительно более целесообразно преобразовать коэффициент усиления по мощности или напряжению в дБ и представить шкалу частот в логарифмической (логарифмической) шкале.

Если мы рассмотрим усилитель с коэффициентом усиления по мощности A P и коэффициентом усиления по напряжению A В , то коэффициент усиления по мощности и напряжению в дБ определяется следующим образом:

уравнение 1: усиление по мощности и напряжению в дБ

В то время как коэффициенты усиления в линейной шкале всегда положительны (A P , A V ≥0), их эквивалент в дБ может быть положительным, если осуществляется усиление (A P , A V > 1) или отрицательный, если входной сигнал ослаблен (A P , A V <1).

Часто исследуется не усиление A V (дБ) , а скорее нормализованное отношение A V / A V , mid (дБ) = 20log (A V / А В, середина ) . Где В, середина называется усилением среднего диапазона и представляет максимальное усиление усилителя в его рабочем диапазоне частот, например 20 Гц - 20 кГц для аудиоусилителя.

Следовательно, когда A V = A V, середина , нормализованное усиление (равное A V ) равно A V (дБ) = 0 . Это устанавливает 0 дБ ссылочные когда коэффициент усиления максимален. Важно отметить, что когда мощность делится на два, мы видим, что A P (дБ) = 10log (0,5) = - 3 дБ .

Частота, при которой мощность падает до 50% от среднего значения, известна как частота среза и отмечена f c . Каждый раз, когда мощность уменьшается вдвое, наблюдается уменьшение нормализованного усиления на 3 дБ. Следовательно, A P = -3 дБ соответствует A V, mid /2 , A P = -6 дБ соответствует A V , mid /4 и так далее…

Для этой же частоты напряжение (или ток) умножается на коэффициент √2 = 0. 7. Уменьшение наполовину сигнала напряжения соответствует уменьшению на 6 дБ и следует той же схеме, что и для усиления мощности.

Наиболее распространенным инструментом, используемым для представления частотной характеристики любой системы, является диаграмма Боде . Он состоит из нормализованного коэффициента усиления A В (дБ) как функции частоты в логарифмической шкале. Упрощенный график Боде усилителя показан на Рис. 1 ниже:

рис 1: Типичный график Боде усилителя

Голубая кривая называется асимптотическим представлением, а синяя кривая - реальной частотной характеристикой схемы.

На рис. 1 можно выделить две разные частоты среза: f lc для «низкой отсечки» и f hc для «высокой отсечки». Величина f hc -f lc называется шириной полосы и представляет собой частотный диапазон, в котором усиление превышает плато -3 дБ.

Последнее наблюдение можно сделать о крутизне частотной характеристики вне полосы пропускания. Во-первых, они не обязательно должны быть идентичными для низких и высоких частот.Более того, как мы увидим позже, наклон имеет значение, которое зависит от реактивного сопротивления компонентов, которые вызывают зависимость от частоты.

Влияние конденсаторов

Рассмотрим усилитель с общим эмиттером (CEA), конфигурация которого показана на рис. , рис. 2 :

Рис 2: Усилитель с общим эмиттером

Структура вокруг биполярного транзистора состоит из цепи делителя напряжения (R 1 и R 2 ), нагрузки (R L ), конденсаторов связи (C 1 и C ). 3 ) и байпасный конденсатор С 2 .

Важно помнить, что у конденсаторов есть свойство, называемое реактивным сопротивлением , , которое является эквивалентом сопротивления. Реактивное сопротивление (X C ) конденсаторов зависит от частоты и номинала конденсатора, оно удовлетворяет следующей формуле:

уравнение 2: Реактивность конденсаторов

Независимо от номинала конденсатора, когда частота низкая, X C имеет тенденцию быть высокой. Вблизи сигналов постоянного тока конденсаторы ведут себя как разомкнутые цепи.С другой стороны, при увеличении частоты X C стремится к нулю, и конденсаторы действуют как короткие замыкания.

На низких входных частотах конденсаторы связи с большей вероятностью будут блокировать сигнал, поскольку X C 1 и X C3 выше, большее падение напряжения будет наблюдаться на C 1 и C 3 . Это приводит к более низкому усилению напряжения.

При высоких входных частотах байпасный конденсатор C 2 укорачивает эмиттерную ветвь до земли, и коэффициент усиления по напряжению усилителя составляет A В = (R C // R L ) / r e , где r e является малым сопротивлением эмиттера диода.Когда частоты ниже, сопротивление между эмиттером и землей больше не только r e , но R E + r e , и поэтому коэффициент усиления по напряжению уменьшается до A V = (R C // R L ) / (R E + r e ) .

Есть еще один тип конденсаторов, который влияет на частотную характеристику усилителя и не представлен на Рис. 2 . Они известны как внутренние транзисторные конденсаторы и представлены в Рис. 3 ниже:

рис. 3: Внутренние конденсаторы транзистора

В то время как конденсаторы связи и байпаса действуют как высокочастотный фильтр (они блокируют низкие частоты), эти внутренние конденсаторы ведут себя по-разному.Действительно, если частота низкая, C BC и C BE действуют как разомкнутая цепь, и на транзистор это никак не влияет. Однако, если частота увеличивается, через них проходит больше сигнала, а не через базовую ветвь транзистора, что снижает коэффициент усиления по напряжению.

Очень важная формула дана в Уравнение 3 и связывает частоту среза RC-фильтра:

уравнение 3: Частота среза RC-фильтра

Низкочастотная характеристика

Имея в виду всю эту информацию, давайте рассчитаем и построим график низкочастотной характеристики CEA Рисунок 2 со следующими параметрами:

  • R S = 500 Ом; R 1 = 80 кОм; R 2 = 30 кОм; R C = 5 кОм; R E = 2 кОм; R L = 6 кОм; r e = 25 Ом
  • C 1 = 100 нФ; C 2 = 150 мкФ; C 3 = 400 нФ; C BC = 5 пФ; C BE = 30 пФ
  • Коэффициент усиления транзистора β = 100; В питание = 10 В

В первую очередь рассмотрим входной фильтр верхних частот R в C 1 . Как объяснялось в предыдущих руководствах, R в - это полное входное сопротивление усилителя. В нашем примере это может быть определено как]

R в = R S + (R 1 // R 2 // βR E ) = 20,2 кОм .

Таким образом, нижняя частота среза входа будет: f cl, in = 1 / (2πR in C 1 ) = 79 Гц .

Та же процедура может быть проделана для выхода с выходным сопротивлением R out = R C // R L = 2.7 кОм . Нижняя частота среза выходного фильтра: f cl, out = 1 / (2πR out C 3 ) = 147 Гц .

Наконец, для байпасного конденсатора формула сопротивления более сложная и определяется следующим образом: R bypass = R E // ((r e + (R S // βR E ) / β )) = 30 Ом . Таким образом, нижняя частота среза байпасной структуры:

f cl, байпас = 1 / (2πR байпас C 2 ) = 35 Гц .

И последнее, что нам нужно понять перед построением графика Боде, - это крутизна наклона средних значений. Уменьшение A V, середина с частотой называется спадом , и его значение для каждого простого RC-фильтра составляет -20 дБ / декаду (дБ / дек). Это значение означает для фильтров верхних частот (соответственно фильтров нижних частот), что каждый раз, когда частота делится на 10 (соответственно умножается на 10), коэффициент усиления усилителя уменьшается на -20 дБ.

Когда несколько фильтров блокируют один и тот же диапазон частот, спад увеличивается.В нашем примере три фильтра одновременно блокируют частоты ниже 35 Гц, поэтому спад составляет 3 * (- 20 дБ / дек) = - 60 дБ / дек.

Эта информация может быть синтезирована на графике Боде, показывающем низкочастотную характеристику CEA в асимптотическом представлении:

рис. 4: Низкочастотная характеристика CEA

Высокочастотная характеристика

Как указывалось ранее, именно внутренние конденсаторы транзистора ограничивают усиление на высоких частотах, действуя как фильтры нижних частот.Можно показать, что эквивалентную схему Рис. 2 на высокой частоте можно нарисовать так, как показано на Рис. 5 :

рис. 5: Эквивалент CEA на высокой частоте

Можно отметить, что конденсаторы связи не представлены, поскольку они ведут себя как короткие замыкания на высоких частотах. Кроме того, эмиттерная ветвь укорачивается до земли по той же причине, что и байпасный конденсатор.

Внутренний конденсатор C BC преобразуется с помощью теоремы Миллера в эквивалентные C в и C из конденсаторов.Более того, эта теорема утверждает, что C в = C BC (A V, середина +1) и C out = C BC (A V, середина +1) / A В, середина .

Общая входная емкость этой цепи составляет C IN = C BE + C in ; общее входное сопротивление составляет R IN = R S // R 1 // R 2 // βr e . Числовое приложение к нашему примеру дает A V, mid = (R C // R L ) / r e = 108, C IN = 575 пФ и R IN = 409 Ом. Таким образом, верхняя частота среза входа составляет f hc, in = 1 / (2πR IN C IN ) = 677 кГц .

С точки зрения выхода, высокая частота среза просто задается фильтром (R C // R L ) C out с C out = 5,3 пФ : f hc, выход = 1 / (2π (R C // R L ) C выход ) = 1,1 МГц .

Приведенная здесь информация суммирована на графике Боде, представляющем высокочастотную характеристику CEA в асимптотическом представлении:

рис 6: Высокочастотная характеристика CEA

Заключение

Мы представили некоторые ключевые концепции, такие как блок децибел и частота среза , чтобы понять идею частотной характеристики.

Мы видели, что множество различных типов конденсаторов влияют как на низкочастотную, так и на высокочастотную характеристику усилителей. Конденсаторы связи и байпаса действительно ограничивают низкочастотную характеристику, тогда как внутренние конденсаторы транзистора ограничивают высокочастотную характеристику.

В двух последних разделах мы показываем пошаговый метод отдельного определения низкочастотной и высокочастотной характеристики типичной конфигурации CEA.

Объединив два графика Боде, полученные для низкочастотных и высокочастотных характеристик на рис. 4 и 6 , мы теперь можем построить общую частотную характеристику конфигурации CEA:

рис 7: Общая частотная характеристика CEA

Частотная характеристика

О ЧЕМ ГОВОРИТ НАМ

Все частоты в музыкальном сигнале должны усиливаться одинаково, от самого низкого баса до самого высокого из высоких частот, иначе тональный баланс будет неправильным. Диапазон звуковых частот простирается от низких частот 20 Гц (двадцать циклов в секунду) до 20 кГц (двадцать тысяч циклов в секунду). Все частоты в этом диапазоне должны проходить через усилитель без изменения амплитуды.

Современные усилители легко удовлетворяют этому требованию. Многие превосходят его с большим отрывом, работая от 1 Гц (или постоянного тока) до 200 кГц или даже больше. Однако, хотя создание такого усилителя возможно, большинство разработчиков предпочитают не делать этого, ограничивая усиление на обоих концах звукового спектра по разным причинам.Так что очень широкая частотная характеристика не является признаком добра.

Давным-давно (Матти Отала) было предложено ограничить высокочастотное усиление усилителя на ранних стадиях предусилителя, чтобы избежать переходных интермодуляционных искажений. Усилители Naim соответствуют этому критерию, усиление падает выше 20 кГц. Громкоговорители с супер-твитерами и цифровой частотой дискретизации 192 кГц между ними предполагают необходимость расширения полосы пропускания системы до условных 100 кГц (другой вопрос, есть ли какой-либо аудиоконтент в музыке на этих частотах), а большинство усилителей Hi-Fi имеют плоскую частоту 50 кГц и просто достигают 100 кГц (-3 дБ). Продукты AV обычно предназначены для работы на частоте 100 кГц.

Некоторые усилители достигают частоты выше 100 кГц, 200 кГц и более, но это открывает систему для усиления низких радиочастот или радиочастотных (RF) помех. Обычно считается, что это плохая идея, поскольку нелинейность может складываться в звуковой диапазон из-за интермодуляции. Сторонники этой идеи стараются сохранить усилитель линейным, чтобы предотвратить это, но все усилители исчерпывают открытый низкочастотный коэффициент усиления и обратную связь на некоторой частоте, и лучше не пропускать радиосигналы через них.Особую проблему представляют городские районы, окружающие мощные передатчики, такие как Crystal Palace в Южном Лондоне. Захват радиосигнала происходит в выводах громкоговорителя, а выпрямление происходит в первом переходе транзистора, RF достигает этой точки через петлю обратной связи. Шунтирующие ВЧ конденсаторы вместе с заземлением и экраном могут исправить это.

Коэффициент усиления

может расширяться вниз по частоте ниже 20 Гц, а для аудиоусилителей обычно снижается до 5 Гц, а иногда и ниже. Хотя доходить до буду.c. возможно d.c. Сервоконтур, используемый для обнуления выходного напряжения смещения, должен иметь верхнюю рабочую частоту, и это обычно определяет нижний предел усиления. Также источники сигнала могут нести постоянный ток. на их выходе из-за плохой конструкции или утечки конденсаторов, и большинство усилителей имеют входные блокирующие конденсаторы, чтобы это не повлияло на усилитель и, в конечном итоге, на громкоговорители, которые всегда находятся под напряжением постоянного тока. спаренный.

Лучше не пропускать очень низкие частоты через ламповые усилители, потому что выходные трансформаторы перегружаются (насыщаются) раньше, чем 5 Гц.Нижний предел 10 Гц здесь - хорошая идея. Хотя клапаны могут без труда усиливать высокие звуковые частоты, наличие реактивного сопротивления в выходном трансформаторе обычно ограничивает эту способность. Хорошо спроектированный и изготовленный выходной трансформатор может достигать 50 кГц без пиков.

Таким образом, частотная характеристика от 5 Гц до 50 кГц в пределах 1 дБ является обычным явлением, а 20 Гц – 20 кГц - наиболее узкий приемлемый результат. Некоторые усилители имеют плоскую частотную характеристику в гораздо более широкой полосе частот, но это случается редко.Клапанные усилители немного более ограничены, чем транзисторные усилители, из-за наличия сигнальных трансформаторов и использования меньшего количества или даже отсутствия обратной связи (обратная связь расширяет полосу пропускания).

[ОСЦИЛЛОГРАММА УПРАВЛЕНИЯ ТОНАМИ]

Регуляторы тембра изменяют частотную характеристику , уменьшая или усиливая низкие и высокие частоты. Элементы управления в старом стиле оказали сильное влияние и разбалансировали звук не очень полезным образом. Современные элементы управления увеличивают или уменьшают только крайние частоты и в идеале должны давать срезание плато и усиление при низких настройках, чтобы эффективно компенсировать распространенный дисбаланс громкоговорителей.

И, наконец, фонокорректор, если он установлен, является единственной частью усилителя, которая не имеет плоской частотной характеристики . Он оснащен схемой выравнивания, которая усиливает басы и срезает высокие частоты. См. Подробности в разделе «Фонокорректоры» в разделе «Виниловые пластинки».



КАК МЫ ИЗМЕРИВАЕМ ЭТО

Мы измеряем частотную характеристику в усилителях с помощью простого ручного генератора развертки и HP8903B, измеряющего уровень высоких частот, и HP3561A, способного точно измерять от 10 Гц до d.c.

Изначально регулятор громкости установлен на максимум, а уровень входного сигнала отрегулирован таким образом, чтобы на выходе было несколько вольт. Затем снова измеряем половину громкости. Два результата должны быть идентичными или, по крайней мере, близкими. К сожалению, разработчики обычно забывают, что емкостная нагрузка, наблюдаемая на выходе (ползунке) регулятора громкости, будет сокращать частотную характеристику больше всего на половину громкости (по сопротивлению), и довольно часто частотная характеристика падает до минимума, иногда неприемлемого, при половинной громкости. Решение - уменьшить емкостную нагрузку или уменьшить значение потенциометра; банк в 10 тысяч всегда будет менее уязвимым, чем банк в 100 тысяч. в этом отношении, но это больше загружает источник.

Регулятор громкости 10k установлен на половинную громкость, нагружен 2nF, скатывается с высоких частот - см. Ниже.

Это диаграмма анализа специй LT.

Амплитудно-частотная характеристика скатилась из-за чрезмерной емкостной нагрузки регулятора громкости - не редкость.

Этот анализ выполнил LT Spice.

Мы измеряем регуляторы тембра в реальном времени, пропуская шум через усилитель и глядя на отклик на анализаторе спектра. Это позволяет быстро и легко увидеть, что может делать элемент управления во всем рабочем диапазоне.

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬ ТОНА

ОБЪЯСНЕНИЕ КОНТРОЛЯ ТОНА

(графические эквалайзеры см. В тестах AV-ресиверов)

Фонокорректор - самая сложная для измерения часть усилителя, поскольку для него требуется очень слабый сигнал.Однако следует избегать шума от контуров заземления испытательного оборудования. Мы используем нашу собственную очень точную инверсную сеть RIAA для подачи на вход фонокорректора и ввода случайного шума из секции генератора анализатора Rohde & Schwarz UPL, который синхронизируется с анализатором спектра (с использованием «равномерного» или «прямоугольного» окна БПФ). Это дает кривую, показывающую точность выравнивания, которую можно опубликовать в журнале. Однако пределы +/- 1 дБ обычно лежат за пределами звукового диапазона. Чтобы найти их, мы используем генератор синусоидальной развертки.

Наш вариант UPL включает предварительную и пост-коррекцию RIAA. Это означает, что сигнал на фонокорректоре может быть предварительно выровнен, или сигнал из усилителя может быть подвергнут пост-эквализации, последнее является лучшим, поскольку дает более высокое отношение сигнал / шум на низких частотах, сводя к минимуму влияние гула на Анализ. В целом, у нас есть и используются три различных метода измерения точности выравнивания RIAA, тесная корреляция между сетями выравнивания R&S и Hi-Fi World, что говорит о том, что наши измерения соответствуют стандартам в жестких пределах и очень точны (в пределах 0.1 дБ или около того).

Частотная характеристика через Phono (MM) усилителя Rega Elicit, показывающая эквализацию RIAA. Фильтр деформации снижает усиление ниже 20 Гц.

Частотная характеристика через Phono (MM) усилителя Rega Elicit через сеть предварительной коррекции, демонстрирующая точность выравнивания.

Усилители высокой частоты

Усилители высокой частоты

APITech предлагает настраиваемые и надежные малошумящие усилители для приложений High-Rel, Defense и Space bound LNA.

APITech также не взимает плату за NRE, когда требуются небольшие модификации его LNA для оптимизации усиления, мощности, шума или питания постоянного тока.

Модель Частота
(ГГц)
Усиление (дБ) Коэффициент шума (дБ) P1dB (дБм) IP3 (дБм) IP2 (дБм) Напряжение питания (постоянный ток ) Ток питания (мА)
BXHF1079 0.1-25 ГГц 12 6 27 40 45 12-15 250
QB-992 .100 - 10 ГГц 15 4,0 21 33 40 12 200
BXHF1176 0,1 - 20 ГГц 11 4,5 26,5 36 44 12-15 250
BXHF1174 0. 5-10 ГГц 15 4 20 30 38 10-15 200
TN9560 0,5 - 6 ГГц 19 3,5 20 30 45 15 140
BXHF1067 2-20 ГГц 25 3,5 17 27 33 12-15 150
QB-991 2-20 ГГц 14 4.0 17 31 38 12 140
BXHF1064 2–10 ГГц 15 4,0 20 27 34 12-15 200
BXHF1084 2-20 ГГц 26 3,5 17 27 33 12-15 150
BXHF1057 2-8 ГГц 16 1. 8 17 23 30 12 70
QB-968 2 - 18 ГГц 24 3,0 16 28 35 12 120
BXHF1092 2–10 ГГц 15 4,0 20 27 34 5 200
BXHF1081 2–10 ГГц 16 1.5 17 23 31 12 65
BXHF1059 2-8 ГГц 32 1,8 17 23 30 12 135
BXHF1058 2-8 ГГц 22,5 2,5 20 25 33 12 230
BXHF1104 2 - 18 ГГц 9 4.5 20 35 40 12-15 100
QB-919 4–6 ГГц 7,5 5,0 20 25 30 12 110
QB-917 4-8 ГГц 16 1,8 17 23 30 12 55
BXHF1060 4-8 ГГц 40 1. 8 17 25 31 12-15 220
BXHF1083 5-15 ГГц 12 3,8 26 40 46 12-15 370
BXHF1082 5-15 ГГц 30 2,5 15 26 32 12-15 150
BXHF1086 5-20 ГГц 9 4.2 25 35 42 12-15 365
BXHF1085 5-20 ГГц 20 4 23 32 38 12-15 450
BXHF1089 6–12 ГГц 20 7,0 19 30 39 12-15 125
BXHF1063 6-10 ГГц 22 2.0 10 22 29 5 125
BXHF1090 6-10 ГГц 22 2,0 13 25 12-15 125
BXHF1088 6–12 ГГц 22,5 3 9 18 27 12-15 100
BXHF1065 6–12 ГГц 22. 5 3,0 9 18 27 12-15 100
BXHF1090 6-10 ГГц 22 2 10 22 29 12-15 100
BXHF1091 6-10 ГГц 20 6,5 19 31 38 12-15 120
BXHF1066 6–12 ГГц 20 7.0 19 29 38 5 125
BXHF1087 6–12 ГГц 22,5 3,0 9 18 27 5 150
BXHF1061 6-10 ГГц 8 5,0 25 35 43 12-15 250
BXHF1062 6-10 ГГц 20 6.5 19 31 38 5 120
BXHF1202 8–12 ГГц 27 3 24 30 35 12-15 450
BXHF1199 8–12 ГГц 29 5 27 33 38 12 450
BXHF1198 8–12 ГГц 30 2. 8 15 26 31 12 150
BXHF1201 10–18 ГГц 12 3,5 25 40 46 12-15 370
QB-972 10–12 ГГц 20 7,0 19 30 37 5 125
BXHF1068 17–27 ГГц 45 4.5 27,5 35 55 12 900
QB-945 19–27 ГГц 45 4,5 28 36 43 12 800
BXHF1200 35–45 ГГц 34 5 17 27 37 12-15 300
BXHF1075 43-44 ГГц 31 5.0 17 27 37 12-15 330
Характеристики указаны как типовые при 25 ° C

Настраивается без дополнительных инженерных затрат

  • Нет платы за NRE для большинства индивидуальных усилителей.
  • Сделайте запрос сегодня!

Высокие частоты, широкая полоса пропускания

  • Стандартные конструкции для миллиметрового диапазона до 45 ГГц.
  • Дизайн по индивидуальному заказу до 50 ГГц

Внутренние регуляторы напряжения

  • Регуляторы напряжения на борту большинства стандартных моделей высокочастотных усилителей.
  • Защита от перенапряжения на входе также является опцией для большинства моделей.

Корпус с лазерной сваркой, компактный размер

  • Крышки с лазерной сваркой для максимальной защиты окружающей среды.
  • Свяжитесь с одним из наших опытных инженеров, чтобы узнать больше!

Простейшие транзисторные усилители низкой частоты.Звуковой усилитель для автомагнитолы

Представленный самодельный усилитель работает в стандарте 2 + 1 (стерео + сабвуфер). Он выполнен на основе популярной (а главное дешевой) микросхемы, которая дает выходную мощность около 30 Вт на канал при сопротивлении нагрузки переменного тока 4 Ом и питании +/- 22 В. Схема подходит для работы с любым стандартным источником аудиосигнала: мр3 плеером, смартфоном или компьютером, так как оснащена предусилителем с регуляторами тембра. Сигнал на сабвуфер формируется через активный фильтр низких частот второго порядка.Компоненты сигнала выше 200 Гц отсекаются, после чего сигнал подается на усилитель мощности НЧ. Схема может питаться напряжением не более +/- 25 В.

Схема усилителя аудиосистемы 2.1

Входной сигнал подается на разъем InP - правый канал, а левый канал - на InL, проходя через фильтр верхних частот, состоящий из C1 (1uF) и R1 (100k). Значения этих элементов обеспечивают частоту среза этого фильтра на уровне около 1.5 Гц, что эффективно отсекает постоянную составляющую и слишком низкие частоты. Далее сигнал поступает на усилитель ОУ U3A (NE5532), а элементы R6 (10к) и R11 (4,7к) обеспечивают усиление сигнала на уровне примерно 1,5 (1 + 4,7к / 10к). Конденсатор C6 предотвращает возбуждение, а C2 (1 мкФ) отделяет предусилитель U3A от системы управления частотой на базе операционного усилителя U4A (NE5532).

Операция с тембровым блоком

Регулятор частоты построен по классической схеме, элементы, изменяющие характеристики сигнала, находятся в микросхемах отрицательной обратной связи U4A.Сопротивление X1 содержит конденсаторы C17 (4,7 нФ), C20 (33 нФ) и резистор R7 (10 кОм), «половину» потенциометров P1A (100 кОм), P2A (100 кОм) и элементы R8 (10 кОм) и R13 (3,3 кОм). Сопротивлением X2 служат конденсаторы C18 (4,7 нФ), C21 (33 нФ), резистор R9 (10 кОм), «половинка» потенциометров P1A, P2A и элементов R8 и R13. Изображение ниже может помочь вам понять:

Когда любой из ползунков потенциометров P1A или P2A перемещается из своего среднего положения, это приведет к изменению значений X1 и X2, и, следовательно, значение усиления станет отличным от -1 и начнет зависят от частоты.Учтите, что значения X1 и X2 всегда зависят от частоты, поэтому фиксируется только в том случае, если X1 = X2.

Потенциометр P1A отвечает за настройку низких частот ... Для высоких частот сигнала конденсаторы C20 и C21 являются проводящими, поэтому настройка с помощью потенциометра не влияет на эти частоты. Потенциометр P2A позволяет регулировать высокие частоты, а благодаря конденсаторам C17 и C18 не влияет на регулировку низких частот. Для низких частот конденсаторы C17 и C18 являются отверстиями, которые отключают потенциометр от цепи, и его влияние на регулирование становится незначительным.

Сигнал с выхода тонального блока через R12 (4,7 кОм) поступает на потенциометр регулировки громкости P3A (100 кОм), а затем на операционный усилитель U5A (NE5532). Элементы R14 (15k) и R15 (33k) дают коэффициент усиления примерно -2 (-33k / 15k). С выхода U5A сигнал через фильтр R17 (100P), C3 (1uF) и R4 (100k) поступает на вход усилителя мощности УМЗЧ.

Частоту среза фильтра для сабвуфера можно рассчитать с помощью программ или экспериментально изменив значения элементов.

Второй канал предусилителя работает аналогично, возникающие в нем пассивные элементы дополнительно обозначаются буквой «а», а потенциометры и операционные усилители - буквой «В».

Дополнительный модуль - это сумматор и активный ФНЧ на операционном усилителе U6 (NE5532). Сигнал, выделенный в этой части схемы, используется после соответствующего усиления для управления сабвуфером. Сигнал с обоих выходов предусилителя проходит через C22-C23 (220 нФ) и R2-R3 (100 кОм) на вход U6A.Потенциометр P4 (220 кОм) позволяет регулировать усиление относительно общего регулятора громкости P3. P4, R2 и R3 вместе с U6A образуют усилитель с регулируемым усилением в диапазоне 0–2,2. Второй операционный усилитель (U6B) представляет собой активный фильтр нижних частот. Значения элементов выбраны так, чтобы система работала как фильтр Баттерворта второго порядка с частотой среза в области 200 Гц. Сигнал с выхода фильтра через схему C24 (220nF), R5 (100k) поступает на вход усилителя мощности.

Источник питания УНЧ

Питание всего усилителя осуществляется биполярным напряжением в диапазоне 17-25 В. Напряжение питания операционных усилителей формируется с помощью стабилизаторов U1 (78L15 / L12), U2 (79L15 / L12) и фильтруется с помощью конденсаторов C4-C5. (100 мкФ) и C7-C8 (47 мкФ). Кроме того, питание каждого из четырех операционных усилителей сглаживается конденсаторами C9-C16 (100 нФ).

Эксплуатация установки УМЗЧ

Усилитель мощности построен на популярной микросхеме U7 (TDA2050).Это, наверное, самый распространенный аудиоусилитель класса AB. При общем гармоническом искажении 0,5% достигается мощность около 30 Вт. Конденсатор C8 (1 мкФ) отсекает постоянную составляющую сигнала и в то же время действует как фильтр верхних частот на входе. R20 (22k) определяет импеданс на входе усилителя мощности.

Цепь обратной связи - резисторы R21 (680R) и R22 (22k), изменение их соотношения приводит к изменению коэффициента усиления, а уменьшение R22 или увеличение R21 вызывает уменьшение коэффициента усиления.В даташите микросхемы TDA2050 производитель рекомендует, чтобы она была больше 24 дБ. Конденсатор C29 (22 мкФ) отключает вход постоянного тока в усилитель. Резистор R19 (2,2 Ом) и конденсатор C32 (470 нФ) предотвращают самовозбуждение усилителя. Питание УМЗЧ фильтруется конденсаторами С26-С27 (2200мкФ) и С30-С31 (100нФ). Остальные два канала работают аналогично.

Сборка

Схема припаяна к общей печатной плате. Первым делом нужно спаять все перемычки.Затем можно приступать к пайке резисторов. Все они по 0,25 Вт. Далее закрепляем розетки для операционных усилителей. В самом конце разместите на плате стабилизаторы напряжения, электролитические конденсаторы и потенциометры. При установке потенциометров следует соблюдать осторожность, чтобы выровнять их по эстетическим причинам. Металлические корпуса потенциометров необходимо заземлить проводами. Это приводит к экранированию кожухов преобразователя частоты, уменьшая шум и гудение. переменного тока при прикосновении к ручкам потенциометра.

Все три TDA2050 могут быть установлены на общем радиаторе, на котором будет отрицательный потенциал шины питания. Чтобы этого не произошло, используйте изолирующие шайбы. Вы должны быть осторожны, чтобы не замкнуть радиатор накоротко. металлический корпус усилителя массы.

Питать схему усилителя лучше от трансформатора мощностью около 100 Вт и напряжением 2х16 В, выпрямителя и двух конденсаторов, фильтрующих переменное напряжение.

Запуск и настройка схемы

При первом запуске не вставляйте операционные усилители в розетки, а после включения питания убедитесь, что каждая розетка имеет правильное напряжение питания. Затем вы можете приклеить их на место. Потенциометр громкости должен быть установлен на минимум (до упора влево), а на вход должен подаваться сигнал с mp3-плеера или компьютера. Усилитель хорошо работает с обоими динамиками (акустическими системами) с сопротивлением 4 и 8 Ом.

Микросхемы

TDA2050, TDA2030 или TDA2040 действуют как усилители выходной мощности, обеспечивая выходную мощность соответственно 14, 20 или 30 Вт на канал. Не все микросхемы усилителя должны быть одинаковыми.Можно поставить на роль УНЧ стерео те, что послабее, а на сабвуфер оставить более мощный усилитель.

Стабилизаторы напряжения U1 и U2 обеспечивают симметричное биполярное напряжение +/- 15 В. С успехом можно использовать стабилизаторы на напряжение 12 В или даже 9 В. Это не повлияет на работу предусилителя. Такая процедура будет необходима, если мы хотим запитать усилитель напряжением ниже +/- 18 В. Стабилизаторы 7815 и 7915 могут не захотеть нормально работать с низкими перепадами напряжения. Скачать файлы печатной платы

Обсудить статью СТЕРЕОУСИЛИТЕЛЬ С САБВУФЕРОМ И ФНЧ

Всем, кому сложно выбрать первую схему для сборки, хочу порекомендовать этот усилитель с 1 транзистором. Схема очень простая и может быть выполнена как монтажом, так и распечаткой.

Сразу скажу, что сборка этого усилителя оправдана только в качестве эксперимента, так как качество звука в лучшем случае будет на уровне дешевых китайских ресиверов - сканеров.Если кто-то хочет построить себе маломощный усилитель с более качественным звуком, используя микросхему TDA 2822 м, может перейти по следующей ссылке:


Портативная колонка для плеера или телефона на микросхеме tda2822m
Фотография для проверки усилителя:


На следующем рисунке представлен список необходимых деталей:

В схеме можно использовать почти любой из биполярных транзисторов средней и большой мощности.n - p - n структуры, например КТ 817. На входе желательно поставить пленочный конденсатор, емкостью 0,22 - 1 мкФ. Пример пленочных конденсаторов на следующем фото:

Вот чертеж печатной платы из программы Print-Layout:


Сигнал снимается с выхода мр3 плеера или телефона, земли и одного из каналов используются. На следующем рисунке вы можете увидеть схему подключения штекера Jack 3.5 для подключения к источнику сигнала:


При желании этот усилитель, как и любой другой, может быть оснащен регулятором громкости, подключив потенциометр 50 кОм в соответствии с по стандартной схеме используется 1 канал:


Параллельно питанию, если в питании после диодного моста не стоит большой электролитический конденсатор, нужно поставить электролит на 1000 - 2200 мкФ, с рабочим напряжение больше, чем напряжение питания цепи.
Пример такого конденсатора:

Скачать усилитель печатной платы на одном транзисторе для программы спринт - макет можно в разделе сайта Мои файлы.

Вы можете оценить качество звука этого усилителя, посмотрев видео его работы на нашем канале.

Приобретая хороший ноутбук или крутой телефон, мы в восторге от покупки, восхищаясь множеством возможностей и скоростью работы устройства. Но стоит подключить гаджет к колонкам, чтобы послушать музыку или посмотреть фильм, мы понимаем, что звук, издаваемый устройством, как говорится, «подкачал».Вместо полного и чистого звука мы слышим неразборчивый шепот с фоновым шумом.

Но не стоит расстраиваться и ругать производителей, проблему со звуком можно решить самостоятельно. Если вы немного разбираетесь в микросхемах и умеете хорошо паять, то сделать усилитель звука вам не составит труда. В нашей статье мы покажем вам, как сделать усилитель звука для каждого типа устройств.

На начальном этапе работы над созданием усилителя нужно найти инструменты и купить комплектующие.Схема усилителя сделана на печатной плате с помощью паяльника. Для создания микросхем используйте специальные паяльные станции, которые можно купить в магазине. Использование печатной платы делает устройство компактным и простым в использовании.


Усилитель звуковой частоты

Не стоит забывать об особенностях компактных одноканальных усилителей на микросхемах серии TDA, основным из которых является выделение большого количества тепла. Так что попробуйте с усилителем внутренней структуры, исключите контакт микросхемы с другими частями.Для дополнительного охлаждения усилителя рекомендуется использовать решетку радиатора для отвода тепла. Размер сетки зависит от модели микросхемы и мощности усилителя. Заранее спланируйте радиатор в корпусе усилителя.
Еще одна особенность самодельного усилителя звука - низкое энергопотребление. Это, в свою очередь, позволяет использовать усилитель в автомобиле, подключив его к аккумулятору, или в дороге, используя питание от аккумулятора. Упрощенные модели усилителей требуют напряжения всего 3 вольта.


Основные элементы усилителя

Если вы начинающий радиолюбитель, то для более комфортной работы рекомендуем вам воспользоваться специальной компьютерной программой - Sprint Layout. С помощью этой программы вы можете самостоятельно создавать и просматривать схемы на своем компьютере. Обратите внимание, что создание собственной схемы имеет смысл только при наличии достаточного опыта и знаний. Если вы неопытный радиолюбитель, то используйте готовые и проверенные схемы.

Ниже мы приводим схемы и описания различных вариантов усилителя звука:

Усилитель звука для наушников

Усилитель звука для портативных наушников не очень мощный, но потребляет очень мало энергии.Это важный фактор для мобильных усилителей с батарейным питанием. Вы также можете поместить на устройство разъем для питания от сети через адаптер на 3 вольта.


Самодельный усилитель для наушников

Для изготовления усилителя для наушников потребуется:

  • Микросхема TDA2822 или аналог KA2209.
  • Схема сборки усилителя.
  • Конденсаторы 100 мкФ 4 шт.
  • Гнездо для наушников.
  • Разъем для адаптера.
  • Примерно 30 сантиметров медной проволоки.
  • Теплоотводящий элемент (для закрытого корпуса).

Схема усилителя звука для наушников

Усилитель изготавливается на печатной плате или устанавливается на поверхность. Не используйте в усилителях этого типа импульсные трансформаторы, так как они могут создавать помехи. После изготовления этот усилитель способен воспроизводить мощный и приятный звук с вашего телефона, плеера или планшета.
Еще один вариант самодельного усилителя для наушников вы можете посмотреть на видео:

Усилитель звука для ноутбука

Усилитель для ноутбука собирают в тех случаях, когда мощности встроенных динамиков не хватает для нормального прослушивания, или если динамики вышли из строя.Усилитель должен быть рассчитан на внешние динамики до 2 Вт и сопротивление обмотки до 4 Ом.


Звуковой усилитель для ноутбука

Для сборки усилителя необходимо:

  • Печатная плата.
  • Микросхема TDA 7231.
  • Блок питания на 9 вольт.
  • Корпус для компонентов.
  • Конденсатор неполярный 0,1 мкФ - 2 шт.
  • Конденсатор полярный 100 мкФ - 1 шт.
  • Конденсатор полярный 220 мкФ - 1 шт.
  • Конденсатор полярный 470 мкФ - 1 шт.
  • Резистор постоянный 10 Ком - 1 шт.
  • Резистор постоянный 4,7 Ом - 1 шт.
  • Переключатель двухпозиционный - 1 шт.
  • Гнездо входа громкоговорителя - 1 шт.

Схема усилителя звука для ноутбука

Порядок сборки определяется самостоятельно, в зависимости от схемы. Радиатор охлаждения должен быть подобран таким образом, чтобы рабочая температура внутри корпуса усилителя не превышала 50 градусов Цельсия. Если вы планируете использовать устройство на открытом воздухе, то вам необходимо сделать для него корпус с отверстиями для циркуляции воздуха.Для корпуса можно использовать пластиковый контейнер или пластиковые ящики из-под старой радиоаппаратуры.
Наглядную инструкцию вы можете увидеть в видео:

Усилитель звука для автомагнитолы

Этот усилитель для автомагнитолы собран на микросхеме TDA8569Q, схема не сложная и очень распространенная.


Усилитель звука для автомагнитолы

Микросхема имеет следующие заявленные характеристики:

  • Входная мощность 25 Вт на канал в 4 Ом и 40 Вт на канал в 2 Ом.
  • Напряжение питания 6-18 вольт.
  • Диапазон воспроизводимых частот 20-20000 Гц.

Для использования в автомобиле в цепь необходимо добавить фильтр против помех, создаваемых генератором и системой зажигания. Также микросхема защищена от короткого замыкания на выходе и перегрева.


Схема усилителя звука для автомагнитолы

Взявшись за предоставленную схему, приобретите необходимые компоненты. Затем нарисуйте печатную плату и просверлите в ней отверстия.Затем протравите плату хлорным железом. В заключение повозимся и приступим к пайке компонентов микросхемы. Обратите внимание, силовые дорожки лучше покрыть более толстым слоем припоя, чтобы не было просадок мощности.
Необходимо установить на микросхему радиатор или организовать активное охлаждение с помощью кулера, иначе усилитель будет перегреваться на повышенной громкости.
После сборки микросхемы необходимо сделать фильтр для питания по схеме ниже:


Схема фильтра помехоустойчивого

Дроссель в фильтре намотан на 5 витков, проводом сечением 1 -1.5 мм, на феритовом кольце диаметром 20 мм.
Также этот фильтр можно использовать, если ваша магнитола улавливает «наводки».
Внимание! Будьте осторожны, не перепутайте полярность блока питания, иначе микросхема мгновенно сгорит.
Как сделать усилитель для стереосигнала, вы также можете узнать из видео:

Транзисторный усилитель звука

В качестве схемы транзисторного усилителя используйте схему ниже:


Схема транзисторного усилителя звука

Схема хоть и старая, имеет много вентиляторов по следующим причинам:

  • Упрощенная установка из-за небольшого количества элементов.
  • Нет необходимости разбирать транзисторы в комплементарных парах.
  • 10 Вт мощности, с запасом хватит для жилых комнат.
  • Хорошая совместимость с новыми звуковыми картами и вертушками.
  • Отличное качество звука.

Начать сборку усилителя от блока питания. Разделите два канала для стерео с двумя вторичными обмотками, идущими от одного трансформатора. На модели сделать перемычки на диодах Шоттки для выпрямителя. После мостов идут фильтры CRC от двух конденсаторов по 33000 мкФ и 0.Между ними резистор 75 Ом. Резистор в фильтре нужен мощный цементный, при токе покоя до 2А он будет рассеивать 3Вт тепла, поэтому лучше брать с запасом 5-10Вт. Для остальных резисторов в схеме достаточно 2 Вт.


Транзисторный усилитель

Перейдем к плате усилителя. Все, кроме выходных транзисторов Tr1 / Tr2, находится на самой плате. Выходные транзисторы установлены на радиаторах. Лучше сначала поставить резисторы R1, R2 и R6 с подстроечниками, после всех регулировок испариться, замерить их сопротивление и припаять конечные постоянные резисторы с таким же сопротивлением.Настройка сводится к следующим операциям - с помощью R6 он устанавливается так, чтобы напряжение между X и нулем было ровно половиной от напряжения + V и нуля. Затем с помощью R1 и R2 выставляется ток покоя - ставим тестер на измерение постоянного тока и замеряем ток в точке входа плюс блока питания. Ток покоя усилителя класса А максимальный и, фактически, при отсутствии входного сигнала все уходит на тепловую энергию. Для динамиков на 8 Ом это должно быть 1,2 А при 27 В, что означает 32.4 Вт тепла на канал. Так как установка силы тока может занять несколько минут, выходные транзисторы должны быть уже на радиаторах охлаждения, иначе они быстро перегреются.
При регулировке и занижении сопротивления усилителя может увеличиваться частота среза низкой частоты, поэтому для конденсатора на входе лучше использовать не 0,5 мкФ, а 1 или даже 2 мкФ в полимерной пленке. Считается, что эта схема не склонна к самовозбуждению, но на всякий случай между точкой X и массой ставится цепь Зобеля: R 10 Ом + C 0.1 мкФ. Предохранители необходимо устанавливать как на трансформаторе, так и на вводе питания схемы.
Рекомендуется использовать термопасту для максимального контакта транзистора с радиатором.
Теперь несколько слов о корпусе. Размер корпуса задается радиаторами - NS135-250, по 2500 квадратных сантиметров на каждый транзистор. Сам корпус выполнен из оргстекла или пластика. Собрав усилитель, прежде чем начать наслаждаться музыкой, нужно как следует заземлить землю, чтобы минимизировать фон.Для этого подключите СЗ к минусу ввода-вывода, а остальные минусы выведите на «звезду» возле конденсаторов фильтра.


Корпус транзисторного усилителя звука

ориентировочная стоимость расходных материалов на транзисторный усилитель звука:

  • Конденсаторы фильтра 4 штуки - 2700 руб.
  • Трансформатор
  • - 2200 руб.
  • Радиаторы - 1800 руб.
  • Транзисторы выходные - 6-8 шт. 900 руб.
  • Мелкие элементы (резисторы, конденсаторы, транзисторы, диоды) примерно - 2000 руб.
  • Коннекторы - 600 руб.
  • Оргстекло - 650 руб.
  • Краска - 250 руб.
  • Плата, провода, припой около - 1000 руб.

В результате получится сумма 12 100 руб.
Также вы можете посмотреть видео по сборке германиевого транзисторного усилителя:

Ламповый усилитель

Простая схема лампового усилителя состоит из двух каскадов - предусилителя на 6Н23П и усилителя мощности на 6П14П.

Схема лампового усилителя

Как видно из схемы, оба каскада работают по триодному соединению, а анодный ток ламп близок к предельному.Токи создаются катодными резисторами - 3 мА для входа и 50 мА для выходной лампы.
Детали, используемые для лампового усилителя, должны быть новыми и качественными ... Допустимое отклонение номиналов резисторов может составлять плюс-минус 20%, а емкости всех конденсаторов могут быть увеличены в 2-3 раза.
Конденсаторы фильтра должны быть рассчитаны минимум на 350 вольт. Межкаскадный конденсатор должен быть рассчитан на такое же напряжение. Трансформаторы для усилителя могут быть обычные - ТВ31-9 или более современный аналог - TWSE-6.


Ламповый усилитель

Регулятор громкости и стереобаланса на усилителе лучше не устанавливать, так как эти настройки можно произвести в самом компьютере или плеере. Входная лампа выбирается из - 6Н1П, 6Н2П, 6Н23П, 6Н3П. В качестве выходного пентода используются 6П14П, 6П15П, 6П18П или 6П43П (с повышенным сопротивлением катодного резистора).
Даже если у вас есть исправный трансформатор, для первого включения ножного усилителя лучше использовать обычный трансформатор с выпрямителем на 40-60 Вт.Только после успешного тестирования и настройки усилителя можно устанавливать импульсный трансформатор.
Используйте стандартные розетки для вилок и кабелей; для подключения колонок лучше установить «педали» на 4 контакта.
Ножка корпуса усилителя обычно изготавливается из корпуса старой технологии или корпусов системных блоков.
Другой вариант лампового усилителя вы можете посмотреть на видео:

Классификация аудиоусилителя

Чтобы вы могли определить, к какому классу усилителей звука относится собранный вами прибор, ознакомьтесь с классификацией УМЗЧ ниже:


Class A усилитель
    • Class A - усилители данного класса работают без клиппирования сигнала на линейном участке вольт-амперной характеристики усилительных элементов, что обеспечивает минимум нелинейных искажений. Но это происходит за счет большого усилителя и огромного энергопотребления. КПД усилителя класса А составляет всего 15-30%. К этому классу относятся ламповые и транзисторные усилители.

Усилитель класса B
    • Класс B - усилители класса B работают с отсечкой на 90 градусов. Для такой операции используется двухтактная схема, в которой каждая часть усиливает свою половину сигнала. Главный недостаток усилителей класса B - искажение сигнала из-за ступенчатого перехода одной полуволны в другую.Плюсом усилителей этого класса считается высокий КПД, иногда достигающий 70%. Но, несмотря на высокие характеристики, современных моделей усилителей класса B на прилавках не найти.

Усилитель класса AB
    • Class AB - это попытка объединить усилители описанных выше классов, чтобы добиться отсутствия искажений сигнала и высокой эффективности.

Усилитель класса H
    • Class H - разработан специально для автомобилей с ограниченным напряжением на выходных каскадах. Причина создания усилителей класса H заключается в том, что реальный звуковой сигнал носит импульсный характер и его средняя мощность намного ниже пиковой. Схема этого класса усилителей основана на простой схеме усилителя класса AB, работающей по мостовой схеме. Добавил только специальную схему удвоения напряжения питания. Основным элементом схемы удвоения является накопительный конденсатор большой емкости, который постоянно заряжается от основного источника питания. На пиках мощности этот конденсатор соединяется цепью управления с основным источником питания.Напряжение питания выходного каскада усилителя увеличено вдвое, что позволяет ему справляться с пиками сигнала. КПД усилителей класса H достигает 80%, при искажении сигнала всего 0,1%.

Усилитель класса D
  • Класс D - это усилители отдельного класса, называемые «цифровыми усилителями». Цифровое преобразование обеспечивает дополнительные возможности обработки звука: от регулировки громкости и тона до реализации цифровых эффектов, таких как реверберация, подавление шума, подавление акустической обратной связи. В отличие от аналоговых усилителей выходной сигнал усилителей класса D имеет прямоугольную форму. Их амплитуда постоянна, а продолжительность варьируется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя. КПД усилителей этого типа может достигать 90% -95%.

В заключение хочу сказать, что занятие радиоэлектроникой требует большого количества знаний и опыта, которые накапливаются в течение длительного времени. Поэтому, если у вас что-то не сложилось, не расстраивайтесь, подкрепите свои знания из других источников и попробуйте еще раз!

Всем привет!
Основная акустика моего компьютера - Sven SPS-821.Качества хватает, объема тоже. Основ в принципе тоже, но только на небольшой громкости. Хочу сделать погромче - и саб уже не может из себя больше выжать, басы становятся слабыми. Решил взять автосаб + есть колонки vega 15ac-109. Усилитель взял класс D - габариты определились, блок питания не привередлив, цена не очень высокая.

Характеристики

рабочее напряжение 12В-25В.
левый и правый канал 50 Вт x 2 (макс.),
Выходная мощность сабвуфера 100 Вт (макс.), Эффективность может достигать более 90%. Общее гармоническое искажение
(THD + шум: 0.1% при 50Вт, Ом, = 21В
Сопротивление нагрузки: 4 Ом
SNR 89 (дБ)
динамический диапазон: 100 дБ
мощность: 200 Вт
Как обычно - максимальная мощность указана с учетом THD 10%.

Внешний вид.

Ящик 35 мм * 90 мм * 108 мм, металлический.

На передней панели есть переключатель, и 3 регулятора - регулятор громкости динамика, регулятор громкости сабвуфера и общий регулятор громкости.

Задние разъемы - разъем 3.5, питание (вилка 5,5 * 2,5 мм) и разъемы для подключения колонок. Мне было бы удобнее, если бы они были пружинного типа.


Резиновые ножки приклеены ко дну для предотвращения скольжения.

Разборка.
Разобрать устройство проще простого - открутите винты и снимите крышку.
Общий вид

Конденсатор блока питания 3300мкф 25вольт. Китайцы поставили еще больше мощности. Но запаса по напряжению почти нет, а вот если запитать от блока питания ноутбука (19в) то в принципе ничего страшного.

2 микросхемы NE5532P, 2-канальный, малошумящий операционный усилитель, 10 МГц, ± 15 В, 9 В / мкс. Сам я этого не понимаю, просто гуглил)

Разъемы динамиков.

Радиатор с дросселями.

Питание усилителя от блока питания ноутбука 19в 4.74а. В дальнейшем запитаю от 24в, блок питания работает.
Подключил колонки (Вега 15ас-109), даже купил автомобильный саб (icefire125 - 180w), всегда хотел)

Включите... и тут из разъема питания выскочила искра! Испугался, но потом понял, что конденсатор так заряжен. Ладно, хорошо.
Светодиод горит, но при включении тумблера не гаснет, но звук выключается. Получается беззвучный режим.

Слушал, как он играет. Играет нормально, искажений нет. Честно говоря, не ожидал такой громкости от советских колонок) Саб 180w качает хорошо.
Мне понравилась отдельная регулировка - можно уменьшить громкость динамиков, но увеличить громкость сабвуфера, чтобы получить мощные басы.
В целом отличный вариант для дома.
Потребление на большой громкости 60-70 Вт.
Нагрев не проверял, через корпус не разобраться, но отключений на большой громкости не было.
В ролике можно послушать, как играет, но микрофон камеры плохо передает качество (

Усилители понравились, мощности для дома хоть отбавляй.
Да и сам усилитель маленький, так что он идеально помещается на моем компьютерном столе.

Всем добра!

Планирую купить +38 Добавить в избранное Отзыв понравился +22 +47

Типичные ошибки в конструкции германиевых усилителей связаны с желанием получить широкую полосу пропускания от усилителя, низким уровнем искажений и т. Д.
Вот схема моего первого германиевого усилителя, разработанного мной в 2000 году. достаточно функциональный, качество звука оставляет желать лучшего.

Практика показала, что использование дифференциальных каскадов, генераторов тока, каскадов с динамической нагрузкой, токовых зеркал и других ухищрений с ООС не всегда приводит к желаемому результату, а иногда просто ведет в тупик.
Наилучшие практические результаты для получения качественного звука дает использование ранее несимметричных каскадов. усиление и использование межкаскадных согласующих трансформаторов.
Вашему вниманию представлен германиевый усилитель выходной мощностью 60 Вт при нагрузке 8 Ом. Выходные транзисторы использованы в усилителе П210А, П210Ш. Линейность 20-16000 Гц.
Субъективного недостатка высоких частот практически нет.
При нагрузке 4 Ом усилитель выдает 100 Вт.

Схема усилителя на транзисторах П-210.

Питание усилителя осуществляется от нестабилизированного источника питания с выходным, двухполюсным напряжением +40 и -40 вольт.
Для каждого канала используется отдельный мост из диодов D305, которые устанавливаются на небольшие радиаторы.
Конденсаторы фильтра, рекомендуется использовать не менее 10000мк на плечо.
Параметры силового трансформатора:
- железо от 40 до 80. Первичная обмотка содержит 410 вит. провода 0,68. Среднее для 59 вит. провода 1,25, намотанные четыре раза (две обмотки - верхнее и нижнее плечо одного канала усилителя, две оставшиеся - второго канала)
.Дополнительно к силовому трансформатору:
утюг w 40 на 80 от БП ТВ КВН. После первичной обмотки установлен экран из медной фольги. Один открытый цикл. К нему припаивается вывод, который затем заземляется.
Можно использовать любой утюг, подходящий для сечения ш.
Согласующий трансформатор изготовлен на Ш20 на 40 железа.
Первичная обмотка разделена на две части и содержит 480 вит.
Вторичная обмотка содержит 72 витка и намотана одновременно на два провода.
Сначала наматывается первичный 240 вит, затем вторичный, затем снова первичный 240 вит.
Диаметр проволоки первичный 0,355 мм, вторичный 0,63 мм.
Трансформатор собран в стык, зазор - бумажная прокладка кабеля около 0,25 мм.
Включен резистор на 120 Ом, чтобы исключить самовозбуждение при выключенной нагрузке.
Цепи 250 Ом +2 на 4,7 Ом, служат для подачи начального смещения на базы выходных транзисторов.
С помощью подстроечных резисторов 4,7 Ом устанавливается ток покоя 100 мА.На резисторах в эмиттерах выходных транзисторов 0,47 Ом должно быть напряжение 47 мВ.
Выходные транзисторы P210 должны быть практически чуть теплыми.
Для точной установки нулевого потенциала резисторы 250 Ом должны быть точно согласованы (в реальной конструкции они состоят из четырех резисторов 1 кОм 2 Вт).
Для плавной установки тока покоя используются подстроечные резисторы R18, R19 типа СП5-3В 4,7 Ом 5%.
Вид усилителя сзади показан на фото ниже.

Можете ли Вы узнать свои впечатления от звучания этой версии усилителя по сравнению с предыдущей бестрансформаторной версией на П213-217?

Еще более насыщенный сочный звук. Особо подчеркну качество баса. Прослушивание проводилось с открытой акустикой на колонки 2А12.

- Жан, а почему в цепи входят именно P215 и P210, а не GT806 / 813?

Посмотрите внимательно параметры и характеристики всех этих транзисторов, думаю, вы все поймете, и вопрос отпадет сам собой.
Я отчетливо осознаю желание многих сделать германиевый усилитель более широкополосным. Но реальность такова, что для аудио целей многие высокочастотные германиевые транзисторы не совсем подходят. Из отечественных я могу порекомендовать P201, P202, P203, P4, 1T403, GT402, GT404, GT703, GT705, P213-P217, P208, P210. Метод расширения полосы пропускания - это использование общих базовых схем или использование импортных транзисторов.
Применение схем с трансформаторами позволило добиться отличных результатов на кремнии.Разработан усилитель на базе 2N3055.
Скоро поделюсь.

- А что с "0" на выходе? При токе 100 мА трудно поверить, что в процессе эксплуатации удастся удержать его на приемлемом уровне + -0,1 В.
В аналогичных схемах 30-летней давности (схема Григорьева) это решается либо «виртуальным», либо «виртуальным». "средняя точка или электролитом:

Усилитель Григорьев.

Нулевой потенциал удерживается в пределах указанного вами лимита.Ток покоя вполне можно сделать и 50мА. Контролируется осциллографом до исчезновения ступеньки. Больше не нужно. Кроме того, все операционные усилители легко работают при нагрузке 2 кОм. Поэтому особых проблем с сопоставлением с CD нет.
Некоторые высокочастотные германиевые транзисторы в аудиосхемах требуют внимания и дальнейшего изучения. 1T901A, 1T906A, 1T905A, P605-P608, 1TS609, 1T321. Попробуйте, наберитесь опыта.
Иногда случались внезапные отказы транзисторов 1Т806, 1Т813, поэтому могу рекомендовать их с осторожностью.
Им необходимо установить «быструю» токовую защиту, рассчитанную на ток, превышающий максимальный в этой цепи. Для предотвращения срабатывания защиты в нормальном режиме. Тогда они работают очень надежно.
Добавлю свой вариант схемы Григорьева

Вариант схемы усилителя Григорьева.

Путем подбора резистора из базы входного транзистора устанавливается половина напряжения питания в точке подключения резисторов 10 Ом. Подбором резистора параллельно диоду 1N4148 устанавливается ток покоя.

- 1. В моих справочниках D305 нормированы на 50в. Может безопаснее использовать D304? Думаю 5А хватит.
- 2. Укажите реальный h31 для устройств, установленных в этой компоновке, или их минимально необходимые значения.

Вы абсолютно правы. Если нет необходимости в большой мощности. Напряжение на каждом диоде около 30 В, поэтому проблем с надежностью нет. Использовались транзисторы со следующими параметрами; П210 х31-40, П215 х31-100, GT402G х31-200.

Усилители со сверхмалым шумом

Усилители со сверхмалым шумом

Вернуться к оглавлению.

<< Перейти к части 1 Перейти к части 3 >>


Усилители со сверхмалым уровнем шума. (часть 2)

Тестирование AD797A

Эта статья посвящена некоторым измерениям шума на AD797A (таблица_AD797A.pdf).
AD797A - один из доступных операционных усилителей с самым низким уровнем шума.
Типичный шум входного напряжения составляет 0,9 нВ / √Гц (и максимум 1,2 нВ / √Гц).
Если источник сигнала имеет низкое сопротивление, шум входного напряжения должен быть таким, как как можно ниже для малошумящего усилителя.
Шум входного тока операционного усилителя менее важен, когда источник сопротивление низкое.
В моей испытательной установке источник сигнала имеет импеданс 0,01 Ом.

Версия усилителя 1.
Для начала я построил следующий усилитель:


Рисунок 1, версия 1 моего усилителя с AD797A.

Коэффициент усиления примерно в 1000 раз определяется R1, R2 и последовательным сопротивлением C2 и C3.
Нижняя точка -3 дБ установлена ​​примерно на 17 Гц значениями R2, C2 и C3.
Для C2 и C3 я использовал электролитические конденсаторы емкостью 4700 мкФ с номинальное напряжение всего 6,3 В, чтобы размер оставался небольшим.

Для защиты C2 и C3 от перенапряжения я добавил D1, стабилитрон на 10 вольт.
Это ограничивает напряжение на C2 и C3 максимум 5 вольт, даже если питание напряжение повышается выше 12 вольт.

Конденсатор C5 предназначен для устранения шума, исходящего от источника питания 12 В и / или стабилитрона D1.
Входной конденсатор C4 в сочетании с R3 и R4 пропускает все указанные выше частоты. 3 Гц.
Конденсатор C4 - это пластиковый пленочный конденсатор емкостью 10 мкФ.
Этот усилитель встроен в испытательную установку, и измеряется шум.


Рисунок 2, спектр выходного шума усилителя версии 1

Сигнал, который вы видите на частоте 1 кГц, является (точно) тестовым сигналом -140 дБВ на усилителе. input, это наша ссылка, которую мы собираемся использовать.
Входной шум на других частотах сильнее по сравнению с этой точной Тестовый тон -140 дБВ.
Таким образом, больше нет необходимости знать точное усиление усилителя под тест.
Коэффициент усиления усилителя составляет около 60 дБ, и в испытательной установке это усилено еще на 60 дБ, поэтому на входе анализатора спектра мы получаем примерно -20 дБВ при 1 кГц.
Для собственного удобства я немного сдвинул шкалу дБ, чтобы получить сигнал 1 кГц. точное при -20 дБВ

Из рисунка 2 мы видим, что усилитель производит огромный шум при низком уровне шума. частоты.
При 20 Гц уровень шума на 9 дБ выше тестового тона 1 кГц.
Общий уровень шума настолько высок, что испытательная установка иногда ограничивает его. максимальное выходное напряжение +2 дБВ.
Это приводит к тому, что мы видим некоторые гармоники сигнала 1 кГц (например, при 4 и 6 кГц).

Другое дело - гармоники частоты сети 50 Гц, видимые в спектр.
Но по одному, давайте сначала уменьшим низкочастотный шум.

В какой-то момент я снизил напряжение питания с 12 до 9 вольт, и это значительно снижает низкочастотный шум.
Из этого я пришел к выводу, что стабилитрон D1 создает много шума.
Когда стабилитрон имеет обратную проводимость, его сопротивление довольно низкое, что затрудняет устранение шума конденсатором C5.
Импеданс конденсатора C5, особенно на низких частотах, слишком высок для это задание, и шум может достигнуть входа операционного усилителя +.


Вариант усилителя 2.
В данной версии усилителя изменена схема стабилитрона.
Теперь используется стабилитрон на 12 В, который (в этой схеме) входит только в проводимость, когда напряжение питания оказывается (случайно) выше 14 вольт.
При нормальном напряжении питания 12 В на стабилитрон D1 подается смещение 10 В и не проводит и не производит шума.
Конденсаторы C2 и C3 по-прежнему защищены от перенапряжения, они получают максимум 6 вольт при повышенном напряжении питания.
Сверху добавлен дополнительный шумовой фильтр в виде R6, C7.


Рисунок 3, вариант 2 усилителя.

Для этого усилителя измерен следующий спектр шума:


Рисунок 4, спектр шума усилителя версии 2 (по сравнению с спектр на рисунке 2, масштаб в дБ увеличен).

При 20 Гц шум теперь на 2 дБ ниже тестового тона 1 кГц.
Это на 11 дБ меньше, чем в версии 1.
Но все же осталось много низкочастотного шума.


Версия усилителя 3.
Затем я попробовал некоторые изменения значений компонентов здесь и там в усилителе, и обнаружили, что увеличение емкости входного конденсатора C4 уменьшает низкий частотный шум.
В этой версии усилителя 3 значение C4 увеличено с 10 мкФ до 100 мкФ.
C4 теперь является электролитическим конденсатором, минусовой полюс через испытательную установку на Напряжение постоянного тока 0 вольт.
Плюсовой полюс - 5 В постоянного тока.


Рисунок 5, вариант 3 усилителя.

Увеличение емкости C4 снижает его полное сопротивление.
Например, при 20 Гц полное сопротивление составляет 796 Ом при 10 мкФ и 79,6 Ом при 100 мкФ.
Теперь + входной ток шума операционного усилителя и текущий шум от R3 и R4 вызывает шум напряжения на импедансе C4.
И чем ниже импеданс C4, тем меньше будет этот шум.


Рисунок 6, шумовой спектр варианта 3 усилителя.
Шум на частоте 20 Гц снижен на 18 дБ по сравнению с вариантом 2 усилителя.

В таблице данных AD797A мы обнаруживаем, что входное шумовое напряжение увеличивается при низком значении. частота.


Рисунок 7. Входной шум AD797A (снимок взят из техническая спецификация).
При 10 Гц шумовое напряжение, кажется, увеличивается до 1,8 нВ / √Гц, что на 6 дБ больше шума по сравнению с 1 кГц.
В моем усилителе версии 3 дополнительный шум составляет более 6 дБ на частоте 10 Гц.
Это вызвано шумом входного тока, который также увеличивается при более низком частоту, и нарастить шумовое напряжение на входном конденсаторе C4, которое сопротивление также увеличивается при более низкой частоте.
Может, стоит увеличить конденсатор C4 еще больше, но пока низкий частотный шум мне подходит.

У нас все еще есть интерференция 50 Гц и ее гармоники.
Я обнаружил, что это в основном происходит из-за магнитного поля от источника питания, который я использую.
Для спектра на рисунке 6 источник питания находился на расстоянии 80 см от усилитель мощности.
Чем дальше источник питания, тем меньше помехи.
Блок питания имеет внутри трансформатор с сердечником EI мощностью около 150 ВА.


Рисунок 8, снова спектр шума усилителя версии 3, теперь мощность питание размещается в 2-х метрах от усилителя.
Помехи от частоты сети сейчас почти нет, но когда усилитель вращается в определенных положениях, однако есть некоторое увеличение на 50 Гц вмешательство.
Когда рядом с усилителем находится устройство с тороидальным трансформатором, намного меньше помех 50 Гц, чем у трансформатора с сердечником EI.
Тороидальные трансформаторы имеют очень низкое внешнее магнитное поле.

Вероятно, захват магнитного поля можно уменьшить, построив усилитель более компактный, чем я сделал для этой тестовой схемы.
Алюминиевый корпус, который я использую, хорошо подходит для экранирования электрических полей, но он не экранирует магнитное поле.


Версия усилителя 4.
Последнее усовершенствование усилителя - это небольшая катушка (L1), соединенная последовательно с Вход.
L1 - ферритовая бусина с 6 отверстиями и 2,5 витками на ней.
Вероятно, в приведенных выше измерениях усилитель колебался на какой-то высокой частота, которая была на звуковых частотах, заметна только при небольшом увеличении в уровне шума.
Добавление L1 снижает уровень шума примерно на 2 дБ.


Рисунок 9, вариант 4 усилителя.

Эта конструкция усилителя предназначена только для измерения шума.
Для использования в качестве практического усилителя он менее подходит.
Например, когда вы включаете его, проходит около 10 секунд, прежде чем C2 и C3 зарядить (через R1).
В это время на выходе операционного усилителя сначала фиксируется напряжение питания, а затем колеблется в течение нескольких секунд.
Другое дело, что на входе почти нет тока, ограниченного резисторами (которые производят шум), только R2, который составляет всего 1 Ом.
Входное напряжение более 0,7 В от источника с низким импедансом может вызвать достаточный ток (более 25 мА) через диоды защиты входа внутри AD797A, чтобы взорвать ввод.
В моей тестовой установке этому препятствует использование только очень слабых входных сигналов при 0 вольт постоянного тока.


Рисунок 10, усилитель AD797A версии 4, встроенный в испытательную установку.


Рисунок 11, спектр шума усилителя версии 4.

Из рисунка 11 мы видим, что минимальный уровень шума на 1 кГц равен 32.(-181,74 / 20) = 0,82 нВ / √Гц.


Расчет теоретического напряжения шума.
С калькулятором шума операционного усилителя мы можно рассчитать теоретический уровень шума усилителя.
посмотрим, как это, по сравнению с измеренным значением.


Рисунок 12, характеристики источника и операционного усилителя в калькуляторе.


Рисунок 13, номиналы резисторов.
Введенное значение 4500 Ом, находится в усилителе параллельное значение R3 (10 кОм) и R4 (8.2 кОм).

В результатах мы видим «общий шум на выходе усилителя»: 0,91 мкВ на 1 Гц. пропускная способность.
Разделите это на коэффициент усиления усилителя (1000), и мы получим 0,91 нВ / √Гц на Вход.
Это лишь немного больше, чем шум входного напряжения 0,9 нВ / √Гц. AD797A.

Поправочный коэффициент.
В результате измерения мы нашли: 0,82 нВ / √Гц.
Это в 1,11 раза или на 0,9 дБ меньше расчетного значения 0,91 нВ / √Гц.

Для выходного усилителя тестовой установки мы уже обнаружили, что измеренный шум был 0.На 76 дБ ниже теоретического расчетного значения, поэтому примерно столько же ситуация там.

Может быть, эта разница вызвана средним процессом в анализаторе спектра.
Позвольте мне объяснить это на очень простом примере.
Допустим, одна выборка составляет 1 вольт (0 дБВ).
Другой образец - 2 В (+6 дБВ).
Если посмотреть на напряжения, то среднее значение составляет 1,5 вольта, что составляет 3,52 дБВ.
Но когда вы усредняете значения дБ, вы получаете +3 дБВ, поэтому значение меньше.
В своих измерениях я использую среднее значение 200 измерений, чтобы удалить шум из показание дБ.
Без усреднения невозможно точно прочитать значение в дБ. из-за всего шума, который вы видите.

Другой возможной причиной разницы между расчетным и измеренным значением является амплитудный отклик в частотном интервале.
Для функции окна Хеннинга я измеряю следующую кривую амплитуды:


Рисунок 14, амплитудный отклик в пределах одного интервала, измеренный с помощью окна Хеннинга. функция.
Ширина ячейки 5,859375 Гц (если быть точной), на этой диаграмме номер ячейки 170 отображается (около 996-1002 Гц).

Все ячейки во всем спектре имеют ту же амплитудную характеристику, что и показано на рисунке 14.
Измеренная амплитуда дискретного тона является наибольшей около края bin.
В центре ячейки измеренная амплитуда самая низкая.
Это создает проблему, когда вы хотите откалибровать шкалу дБ анализатора спектра на (точный) тестовый сигнал 1,00 В, потому что это зависит от того, где в корзине точный частота тестового сигнала.
Может быть, ответ на рисунке 14 должен быть сдвинут на 0.На 7 дБ вверх, чтобы средний отклик на уровне 0 дБ, но на самом деле я этого не знаю.

Что я сделаю, так это введу поправочный коэффициент, чтобы компенсировать неточности. Я измеряю.
Чтобы привести измеренное значение в соответствие с теоретическим значением, I теперь будет добавлять поправочный коэффициент 0,9 дБ к измеренному значению.

Некоторые звуковые файлы.
На рисунке 11 мы видим сигнал 1 кГц, -140 дБВ, явно стоящий над шумом. этаж.
В этом звуковом файле: AD797A_version4_1000Hz_-140dBV.mp3 вы можете слушать этот сигнал, усиленный усилителем AD797A версии 4.
Но имейте в виду, что вы услышите сумму всех шумов во всем спектра, поэтому в ушах будет много шума.
Однако вы можете без проблем слышать тон 1 кГц через шум.
Первые 10 секунд тон 1 кГц включен, последние 5 секунд он переключается выключенный.

Труднее услышать, когда мы заменяем сигнал 1 кГц музыкой, но попробуем it
Мой проигрыватель компакт-дисков дает на выходе только среднее значение -3 дБВ, поэтому после 140 дБ аттенюатора в тестовой установке имеем -143 дБВ (0.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *