Схемотехника усилителей мощности: Схемотехника усилителей мощности, основы, транзисторных операционных автомобильных.

Схемотехника усилителей мощности низких частот

Усилители мощности низких частот имеют в качестве основной задачи усиление сигнала частотой от 10 Гц до 20000 Гц. Применяются такие усилители, как в промышленных проектах и устройствах, так и в быту. Многие любители электронной техники самостоятельно создают УНЧ в домашних условиях, пользуясь готовыми схемами. А вот составить схему такого устройства будет очень непросто, так как схемотехника усилителей весьма специфична и требует определенных знаний. Подробно о конструктивных особенностях и принципе работы описано в учебном пособии авторов Завьялова С. А. и Мурасова К. В. под названием “Схемотехника усилителей мощности низких частот”
Данное пособие актуально и в наши дни, не смотря на то, что издано еще в 2010 году. Содержит в себе не только теоретические знания о базовых понятиях работы усилителей, но и практические исполнения, что поможет закрепить всю информацию в голове и воплотить в реальном устройстве.

Усиление звуковой частоты может быть трансформаторным и бестрансформаторным, однотактным и двухтактным или мостовым. Раньше, практически все схемы были трансформаторными. Одна из них представлена ниже.

Рис. 1. Трансфоматорная схема

 

Самым существенным недостатком был объем готового устройства и его вес. Естественно, что трансформатор требовалось мотать самостоятельно, что не каждый мог осуществить. Поэтому, большую популярность стали приобретать бестрансформаторные схемы и схемы, собранные на транзисторах. 

Схема простого УНЧ на транзисторах существенно выделяется своей компактностью и простотой сборки. 

Рис. 2. Схема простого УНЧ на транзисторах

 

Запитывается вся схема от “Кроны” или источника постоянного напряжения 9В. 

Следующая схема так же без трансформатора, но с большим количеством электронных компонентов.

Рис. 3. Безтрансформаторная схема

 

Она признана многими радиолюбителями, довольно таки проста в сборке. Выдаваемая мощность получается достаточно существенной, начиная от 100 Вт, чего уже вполне достаточно для серьезного усилителя. Соединив такой усилитель по мостовой схеме, вполне можно ожидать мощности до 500 Вт. Входное напряжение двуполярное при этом составляет около 45 – 50 Вольт. При желании запитать подобную схему от сети потребуется собрать дополнительно простенький двуполярный выпрямитель.

Рис. 4. Двуполярный выпрямитель

 

Современное устройство уже собирается на микросхемах, которые из себя представляют почти оконченный УЗЧ. 

Автор: RadioRadar

Схемотехника УМЗЧ – продолж. 1 предистория – Усилители мощности низкой частоты (на транзисторах) – Усилители НЧ и все к ним

СХЕМОТЕХНИКА УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ ВЫСОКОЙ ВЕРНОСТИ

М. КОРЗИНИН, г. Магнитогорск

В настоящее время известен не один десяток вариантов как любительских, так и промышленных усилителей мощности звуковой частоты (УМЗЧ), но только некоторые из них можно действительно отнести к высококачественным. В связи с этим перед любителями звуковоспроизведения встает непростой вопрос: приобрести УМЗЧ промышленного изготовления или попытаться сконструировать его самому? На первый взгляд, приобретение готового устройства представляется более простым, поскольку для этого потребуются лишь необходимые средства. Однако лучший ли это выход из положения? Ответить на этот вопрос попытался радиолюбитель М. Корзинин в публикуемой ниже статье.

Из высококачественных УМЗЧ отечественного производства по своим параметрам к усилителям высокой верности звуковоспроизведения можно отнести только полный усилитель “Форум 180У-001 С” и блочный усилитель мощности “Корвет 200УМ-088С”.

Оговоримся сразу, по каким критериям УМЗЧ можно отнести к высококачественным. Напомним, что условное обозначение высококачественной радиоаппаратуры “Hi-Fi” представляет собой сокращение от английского “High Fidelity”, что в переводе означает “Высокая верность (звуковоспроизведения)”. 

К этим аппаратам относятся только те, которые не вносят в усиливаемый сигнал заметных на слух непрограммируемых искажений. В последнее время в самостоятельный класс звуковоспроизводящей аппаратуры выделилась группа аппаратов, обладающих такой высокой линейностью усиления сигнала которая отвечает требованиям самых взыскательных слушателей. Этот класс получил название “High-End” — “Наивысший”. Именно аппаратура этого класса представляет для нас наибольший интерес.

Оба указанных выше усилителя звуко вой частоты, безусловно, могут быть отнесены к категории усилителей высокой верности звуковоспроизведения. По отдельным же характеристикам и субъективным оценкам их можно отнести к нижней группе класса “High-End”.

При решении вопроса о приобретении названных нами отечественных УМЗЧ следует иметь в виду, что хотя они и выпускались предприятиями оборонной промышленности, оба усилителя имели существенные конструктивные недостатки.

У полного усилителя “Форум 180У-00TC производства завода им. М.И.Калинина в г.Санкт-Петербурге отмечалась крайне низкая надежность. В гарантийный период заводской брак превышал 30% в основном из-за аварийного перегрева выходного каскада. Попытки найти оптимальное конструктивное и схемотехническое решения не увенчались успехом, и в 1994 г. усилитель был снят с производства. 

Следует также сказать об очень высокой сложности схемотехники усилителя, в котором использовалось около 200 транзисторов.

В результате гарантийный ремонт аппарата приходилось производить в заводских условиях. Именно по этой причине альбом схем к усилителю при продаже не прикладывался.

Что касается усилителя мощности “Корвет 200УМ-088С. который до последнего времени выпускался заводом “Водтрансприбор” в г. Санкт-Петербурге то его конструкторы более удачно решили проблему отвода тепла от нагревающихся элементов Правда, в процессе работы верхняя крышка усилителя все же нагревалась до 40…50 С, а корпусы выходных транзисторов — до 90…95°С. Процент брака данной конструкции существенно ниже, чем у “Форума 180У-001 С”, однако ее ремонтопригодность крайне низка, и ремонт также производился только в заводских условиях.

Остальные усилители звуковой частоты нельзя отнести к аппаратуре высокой верности. Так, выпускаемый заводом “Ладога” в г.Кировске Ленинградской области полный усилитель “Корвет 100У-068СМ” можно причислить лишь к аппаратам так называемого потребительского класса с весьма средними качественными параметрами

На внутреннем рынке продаются усилители 34 зарубежного производства. Однако они также далеко не всегда отвечают требованиям, предъявляемым к аппаратуре высокой верности воспроизведения звука. У многих из них характеристики находятся на уровне хороших аппаратов потребительского класса, что касается их стоимости, то она существенно выше. Следует, однако, отметить, что разница в цене полностью окупается несравнимо более высокой надежностью в эксплуатации, прекрасным дизайном с использованием современных технологий, большими потребительскими возможностями Схемотехника, как правило, достаточно проста, но стоимость ремонта от этого не становится ниже. Объясняется это недостатком радиокомпонентов в наших мастерских.

В последнее время на наших рынках начали появляться и усилители 34 высокого качества. 

Стоимость их очень высока. Так, комплект из предварительного и оконечного усилителей звуковой частоты модели SU-2000E фирмы “Technics” стоит примерно столько же, сколько подержанный автомобиль.

По мнению автора, для радиолюбителей средней квалификации оптимальным является самостоятельное изготовление высококачественного усилителя. Этот путь длиннее, сложнее и вряд ли дешевле но он позволяет создать действительно высоколинейньй относительно простой и надежный усилитель мощности с использованием нестандартных радиокомпонентов и схемотехнических решений. Задача радиолюбителя значительно облегчается, если у него есть возможность основные конструктивные элементы усилителя — платы, панели, шас си, корпус, ручки управления — изготовить в заводских условиях.

В настоящей статье автором сделана попытка в максимально простой и доступной форме помочь радиолюбителям проанализировать известные и малоизвестные конструкции усилителей мощности, выбрать оптимальные схемотехнические и конструктивные решения, подобрать необходимые радиокомпоненты, а также настроить усилитель без использования сложной измерительной техники.

1. Основные концепции конструирования усилителей мощности 34 высокой верности

Как правило, подаваемое на вход усилителя мощности напряжение звуковой частоты составляет 0,25…2,0 В, а ток — единицы и десятки мкА Выходное напряжение УМЗЧ может достигать десятков вольт, а выходной ток—десятков ампер. Отсюда следует, что УМЗЧ должен обеспечить линейное без искажений усиление сигнала по напряжению в десятки, а по току — в десятки тысяч раз.

Для выполнения этих функций любой высококачественный УМЗЧ содержит три основных последовательно соединенных между собой узла. Сначала сигнал звуковой частоты поступает на входной каскад, где предварительно усиливается по напряжению и току. Усиленный сигнал поступает на усилитель напряжения, в котором усиливается по напряжению до конечной величины. Затем он попадает на усилитель тока, называемый также оконечным каскадом, где усиливается по току до конечной величины. В ряде конструкций любительских и промышленных усилителей мощности 34 делались попытки совместить в одном узле как усилитель напряжения, так и усилитель тока, либо возложить на усилитель тока дополнительно функции частичного усиления сигнала по напряжению. Попытки эти реализовывались путем схемотехнического компромисса за счет заведомого снижения линейности усилителя, что неприемлемо для техники высококачественного звуковоспроизведения

Упрощенная структурная схема УМЗЧ приведена на рис. 1,а. Известна разновидность УМЗЧ, называемая мостовой. Она представляет собой два обычных УМЗЧ, работающих в противофазе на общую нагрузку. Для мостовой схемы справедливы концепции обычного УМЗЧ высокой верности. Упрощенная структурная схема мостового усилителя мощности приведена на рис. 1 ,б

Чтобы УМЗЧ отвечал требованиям высокой верности звуковоспроизведения, его схемотехника и конструкция должны соответствовать определенным принципам, которые можно сформулировать следующим образом.

Все узлы такого УМЗЧ должны быть выполнены с использованием высоколинейных схемотехнических решений, современных высококачественных радиокомпонентов и согласованы между собой по электрическим, частотным и качественным характеристикам. Важно, чтобы схемотехнические решения по возможности были рациональны, а блок питания обеспечивал питание узлов УМЗЧ максимально отфильтрованным от пульсаций сети током с необходимыми стабильными напряжениями с учетом импульсного характера их потребления и независимого питания каналов усилителя. Следует стремиться к тому, чтобы глубина общей обратной связи была минимальна, а в идеале — равнялась нулю. Все радиокомпоненты должны работать в щадящих режимах по току, напряжению, мощности и рабочей температуре. С этой целью в конструкции нужно предусмотреть эффективный теплоотвод выделяющегося в процессе работы усилителя тепла, комплекс систем защиты узлов усилителя от перегрузок всех видов и возникновения аварийных режимов, индикации текущих и аварийных состояний.

В следующих разделах статьи будет рассказано, каким образом можно реа-лизовывать эти принципы при конструировании узлов УМЗЧ

2. Схемотехника входных каскадов УМЗЧ

Схемотехника и конструкция входного каскада УМЗЧ в основном определяет такие его характеристики, как диапазон допустимых входных напряжений, входное сопротивление, входные токи, отношения сигнал/шум, сигнал/фон/, сигнал/ помеха.

Введенное автором понятие диапазона допустимых входных напряжений УМЗЧ представляется удобным из-за своей универсальности.

Оно включает в

себя номинальное входное напряжение, которое соответствует номинальной выходной мощности усилителя, максимальное долговременное входное напряжение, соответствующее максимальной долговременной выходной мощности усилителя, и максимальное кратковременное входное напряжение, соответствующее максимальной кратковременной мощности усилителя. Эти параметры тесно связаны друг с другом и находятся в определенной зависимости, поскольку в рабочем диапазоне частот усилитель обладает конструктивным коэффициентом усиления по напряжению. Этот параметр при отсутствии цепей общей обратной связи определяется усилением по напряжению входного каскада и усилителя напряжения, а также потерями напряжения в усилителе тока. При наличии цепей общей обратной связи его коэффициент усиления по напряжению определяется параметрами именно этих цепей Поясним это на примере. Для УМЗЧ высокой верности [1] указана чувствительность порядка 0,8 В. 

Он собран по схеме неинвертирующего усилителя. Соотношение величин резисторов его цепи ООС составляет 33. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению равен 34 Для входного напряжения 0,8 В (эффективное значение) величина выходного напряжения составит около 27 В (эффективное значение), что при сопротивлении нагрузки УМЗЧ, равном 8 Ом, соответствует выходной мощности порядка 92 Вт. Для того, чтобы этот усилитель на такой же нагрузке развил выходную мощность порядка 200 Вт, нужно чтобы напряжение на нагрузке составляло примерно 40 В. При коэффициенте усиления УМЗЧ по напряжению, равном 34, входное напряжение составит примерно 1,2 В 

Поскольку такая мощность для этого УМЗЧ является долговременной максимальной, можно утверждать, что максимальное входное долговременное напряжение для него составит 1,2 В. Если принять максимальную кратковременную выходную мощность этого УМЗЧ равной 300 Вт, то напряжение на нагрузке должно составить примерно 49 В, что соответствует максимальному кратковременному входному напряжению УМЗЧ порядка 1,45 В. Следовательно, диапазон допустимых входных напряжений для этого УМЗЧ составляет 0,8. ..1,45 В. Диапазон входных напряжений ниже уровня 0,8 В является рабочим. Так, для выходной мощности УМЗЧ порядка 32 Вт необходимое рабочее входное напряжение составляет около 0,47 В, а для выходной мощности порядка 8 Вт — около 0,24 В. 

Таким образом, рабочий диапазон входных напряжений УМЗЧ высокой верности [1] находится в пределах 0,12…0,8 В, а диапазон допустимых входных напряжений — в пределах 0,8…1,45 В. При дальнейшем повышении входного напряжения УМЗЧ начинает работать в заведомо нелинейном режиме из-за перегрузки всех его узлов и нарушения линейности их работы

В связи с этим представляется целесообразным ограничить с помощью специального устройства максимальную величину входного напряжения УМЗЧ, рассчитав ее аналогичным образом для каждой конкретной конструкции. Для УМЗЧ высокой верности, описанного в [ 1 ], эта величина может быть определена на уровне 1,2…1,4 В. Принципиальная схема такого ограничителя, использованного в [ 2 ], приведена на рис. 2.

Это устройство представляет собой двусторонний симметричный диодный ограничитель входного сигнала УМЗЧ, собранный на кремниевых диодах КД521А Можно применить и любые кремниевые маломощные импульсные выпрямительные и универсальные диоды с допустимым током до 50 мА. Резисторы R1 и R2 ограничивают прямой ток через ограничитель при открывании диодов. Резисторы R3, R4 обеспечивают прямой ток на уровне около 2 мА для линеаризации амплитудной характеристики ограничителя на рабочем участке. 

Уровень ограничения входного сигнала УМЗЧ устанавливается конструктивно изменением числа диодов в обеих ветвях одновременно как для отрицательной, так и для положительной полярности. Конструкция ограничителя максимально проста и надежна, легко адаптируется под любой УМЗЧ и может быть рекомендована для использования в каждом усилителе мощности 34.

Представляется оптимальной и уста-

Высоколинейный входной каскад УМЗЧ может быть выполнен как на интегральных операционных усилителях, так и на дискретных транзисторах. Рассмотрим оба варианта подробнее.

Интегральный операционный усилитель—это многокаскадный усилитель постоянного тока. Его внутренняя схемотехника сходна со схемотехникой усилителей мощности 34. Он содержит входной каскад, собранный по дифференциальной схеме с источниками тока, усилитель напряжения и усилитель тока. ОУ способен усиливать переменный ток, однако его конструкция не является оптимальной для этого из-за ограничений, накладываемых интегральной технологией его изготовления. Так, выходной ток ОУ составляет обычно единицы миллиампер, а выходное напряжение — единицы вольт. АЧХ интегрального ОУ на переменном токе далека от идеальной: начиная с определенной частоты коэффициент усиления ОУ начинает монотонно уменьшаться. Таких частот может быть несколько в зависимости от собственных частотных характеристик узлов ОУ. Частота, на которой усиление ОУ падает до единицы, называется частотой единичного усиления. Этот параметр достаточно хорошо характеризует частотные свойства ОУ как усилителя. Вторым важным параметром ОУ такого рода является скорость нарастания выходного напряжения. Этот параметр характеризует искажения, вносимые ОУ в сигнал импульсного характера с крутыми фронтами. Чем выше значение скорости нарастания выходного напряжения ОУ, тем меньше собственные искажения такого рода. На рис. 4 приведена типовая АЧХ интегрального ОУ без обратной связи, а на рис. 5 показано влияние скорости нарастания выходного напряжения интегрального ОУ на воспро-‘ изведение переднего фронта прямоугольного импульса. Оба графика максимально упрощены для лучшего восприятия указанных положений.

Входные каскады современных ОУ выполняются, как правило, на полевых транзисторах по дифференциальным схемам и имеют вполне приемлемые для линейного усиления входные характеристики. В них зачастую предусматривается внешняя балансировка ОУ изменением токового режима плеч дифференциального каскада таким образом, чтобы постоянное напряжение на выходе ОУ в режиме покоя отсутствовало. Основные искажения ОУ вносятся в усиливаемый им сигнал его выходным каскадом. 

В режиме покоя этот каскад работает в режиме класса А с небольшим током покоя, не превышающим, как правило, величины в 1 мА[10-12].

При работе ОУ в малосигнальном режиме его выходной каскад продолжает работать в режиме класса А, обладающем наименьшими искажениями. При увеличении входного сигнала свыше определенной величины выходной каскад ОУ переходит в режим класса АВ и его искажения увеличиваются примерно в 4 раза [11 —14].

Это пороговое значение величины входного сигнала тесным образом связано с сопротивлением нагрузки ОУ. Действительно, если критерием является выходной ток ОУ при определенном значении коэффициента его усиления по напряжению, то при увеличении значения сопротивления нагрузки ОУ становится возможным увеличить допустимый диапазон входных и выходных напряжений ОУ, при которых его выходной каскад остается работать в режиме класса А, не переходя в режим класса АВ.

В любом случае следует стремиться к максимальному увеличению сопротивления нагрузки ОУ, используемого во входном каскаде высококачественного УМЗЧ По данным [15 ] при увеличении значения сопротивления нагрузки ОУ К574УД1 с 10 до 100 кОм коэффициент его собственных искажений уменьшился в 10 (!) раз и составил всего 0,01%.

Известны попытки увеличить сопротивление нагрузки интегрального ОУ для постоянной работы его выходного каскада в режиме класса А. Делалось это с помощью подключения к его выходу в качестве динамической нагрузки эмит-терного повторителя на биполярном транзисторе, нагруженного в свою очередь на генератор тока [16, 17].

Данные о конструктивной собственной линейности отечественных интегральных ОУ в справочной литературе не приводятся. Отрывочные сведения об этом можно найти в различных источниках. Так, собственный коэффициент нелинейных искажений (КНИ) интегрального ОУ К544УД2 составляет 1% (19 ], а ОУ К574УД2 – порядка 0,005% [20 ]. Однако в справочной литературе можно найти данные о конструктивной собственной линейности для отдельных типов ОУ зарубежного производства. Так, собственный КНИ ОУ TL081 и TL083 по данным [12, 21 ] составляет всего 0,003%. Этот параметр весьма важен при выборе ОУ для входного каскада УМЗЧ высокой верности, так как невозможно получить высокую линейность всего УМЗЧ только за счет глубокой обратной связи: начиная с определенного значения КНИ при увеличении глубины ООС не уменьшается из-за низкой линейности исходного усилителя.

Оценивая шумовые параметры, а также параметры по подавлению помех всех видов, следует признать, что вполне достаточным для УМЗЧ высокой верности является отношение сигнал/шум, сигнал/ фон и сигнал/помеха порядка 100 дБ. При использовании ОУ К574УД1 и номинальном входном напряжении 0,8 В по данным [1 ] этот параметр не превышает величины -112 дБ при измерении со взвешивающим фильтром МЭК-А. Подбор ОУ по шумовым параметрам для входного каскада УМЗЧ позволяет получить существенный выигрыш по шумам. Так, замена ОУ КР544УД1 на ОУ А081 позволила улучшить отношение сигнал/взвешенный шум в усилителе мощности “Корвет 100УМ-048С” со 100 до 110 дБ [22, 23 ].

Подбирая ОУ по частотным характеристикам, следует отметить, что пригодны ОУ, имеющие частоту единичного усиления не менее 5 МГц и скорость нарастания выходного напряжения более 5 В/мкс [1,9, 10, 11, 12, 18,21,24,25].

Суммируя все сказанное, можно сформулировать следующие принципы построения высоколинейного входного каскада на интегральном ОУ для УМЗЧ высокой верности.

—  во входном каскаде такого УМЗЧ следует использовать ОУ с полевыми транзисторами на входе, имеющий незначительные собственные искажения всех видов, частоту единичного усиления не ниже 5 МГц и скорость нарастания выходного напряжения более 5 В/мкс,

—  важно, чтобы ОУ работал только в малосигнальном режиме и на высокоом-ную нагрузку;

— ОУ в режиме покоя должен быть максимально сбалансирован, по возможности постоянное напряжение на его выходе в режиме покоя должно отсутствовать;

— обязательно нужно принять меры по ограничению до безопасных величин всех видов напряжений, поступающих на выводы ОУ;

— проследить, чтобы в процессе эксплуатации температура корпуса ОУ не превышала температуру окружающей среды.

Последнее утверждение необходимо дополнительно пояснить. Отсутствие нагрева корпуса ОУ косвенно показывает, что его выходной каскад работает во всех режимах только в классе А, т.е. наиболее линейном. 

Нагрев же корпуса ОУ свидетельствует о работе его выходного каскада в режиме класса АВ и соответствующей потере линейности. Простейший расчет позволяет установить, что при напряжении питания ОУ порядка ±13 В и токе покоя 1 мА рассеиваемая ОУ мощность постоянна и составляет всего около 50 мВт с учетом токопотребления его входного каскада и усилителя напряжения. При такой рассеиваемой мощности корпус ОУ практически не нагревается. В любом случае нагрев ОУ однозначно говорит о неоптимальном режиме его использования.

Попробуем применить эти принципы для оценки линейности входного каскада на интегральном ОУ, примененном в УМЗЧ высокой верности, описанном в [ 1 ).

Упрощенная схема этого УМЗЧ приведена на рис. 6. Удалены система “чистой земли” и триггерная встроенная система защиты, поскольку усилитель вполне работоспособен без потерь в качественных показателях и без этих систем. Следует отметить, что система “чистой земли” малоэффективна при использовании соединительных кабелей с малым активным сопротивлением для соединения усилителя с акустическими системами. В то же время эта система может создать серьезные проблемы при использовании ее совместно с УМЗЧ в помещении, имеющем высокий электромагнитный фон сети, подавая этот фон на вход УМЗЧ со своего входа. Триггерная система защиты, по мнению автора, малоэффективна в случае аварии усилителя, поскольку не отключает напряжений его питания и имеет ограниченную функцию воздействия на УМЗЧ: предполагается, что она срабатывает при перегрузке УМЗЧ. Гораздо проще и надежнее ограничить напряжение входного сигнала, подаваемое на вход УМЗЧ и правильно рассчитать его схемотехнику.

Входной каскад УМЗЧ собран на интегральном ОУ К574УД1. Этот ОУ полностью соответствует требованиям, предъявляемым к входному каскаду УМЗЧ высокой верности.

В то же время из схемы усилителя следует, что на выходе ОУ в режиме покоя постоянно присутствует напряжение по рядка 4,9 В при напряжении питания ОУ ±13 В. Из описания УМЗЧ следует, что корпус ОУ в процессе работы ощутимо нагревается и его температура составляет 45…50°С.

Это позволяет сделать вывод: правильно выбранный по типу ОУ в данной конструкции используется в нелинейном режиме со значительными собственными искажениями. Поскольку такой потенциал на выходе ОУ создается в связи с конструктивными особенностями схемотехники УМЗЧ системой его балансировки, намеренно следует говорить о схемотехнически некорректном для УМЗЧ высокой верности решении входного каскада этого усилителя.

Даже в данном случае линейность УМЗЧ весьма высока. Однако если доработать входной каскад и поставить ОУ в линейный режим, мы сможем существенно улучшить качественные характеристики усилителя.

Для установки ОУ в малосигнальный режим усиления с переводом его выходного каскада в режим класса А необходимо принять меры по устранению причин, заставляющих постоянно поддерживать потенциал 4,9 В на выходе ОУ в режиме покоя, и максимально увеличить сопротивление его нагрузки.

(Окончание следует)

ЛИТЕРАТУРА

10.  Достал И. Операционные усилители — М   Мир, 1982.

11.  Шило В. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре — М.: Советское радио, 1979.

12.  Интегральные микросхемы- операционные усилители, том 1. — М.: Физматлит, 1993.

13.  Варакин Л. Бестрансформаторные усилители мощности. — М.: Радио и связь, 1984.

14.  Костин В. Психоакустические критерии качества звучания и выбор параметров УМЗЧ. — Радио, 1987, № 12. с. 40.

15.  Солнцев Ю. Высококачественный предварительный усилитель. — Радио, 1985, Na 4, с. 32.

16. Тарасов В. Предусилитель-корректор. — Радио. 1988, № 11, с. 32

17.  Тарасов В. Пассивный регулятор тембра. — Радио, 1989, № 9, с. 70.

18.  Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М. Мир, 1982.

19. Митрофанов Ю. Экономичный режим А в усилителе мощности 34. — Радио, 1986, №5, с. 40.

20. Успенский Б. Низкочастотные усилители на интегральных микросхемах: Сб. “В помощь радиолюбителю”, вып. 85. — М.: ДОСААФ, 1989.

21.  Кутыркин Ю Нефедов А., Савченко А Зарубежные интегральные микросхемы широкого применения. Справочник — М.: Энерго-издат 1984.

22.  Стереоусилитель мощности “Корвет 100УМ-048С”. Руководство по эксплуатации. 1989.

23.  Стереоусилитель мощности “Корвет 100УМ-048С”. Руководство по эксплуатации, 1991

24.  Дане Дж.Б. Операционные усилители: принцип работы и применение. — М.: Энерго-издат, 1982.

25. Сухов Н.. Бать С, Колосов В., Чупаков А. Техника высококачественного звуковоспроизведения. — К.: Техника, 1985.

РАДИО № 12, 1995 г. стр. 17

Схемотехника выходных каскадов усилителей мощности.

СХЕМОТЕХНИКА ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ   

   

Выходные каскады на базе ” двоек ”

    В качестве источника сигнала будем использовать генератор переменного тока с перестраиваемым выходным сопротивлением ( от 100 Ом до 10,1 кОм ) с шагом 2 кОм ( рис . 3 ). Таким образом, при испытаниях ВК при максимальном выходном сопротивлении генератора (10,1 кОм ) мы в какой – то степени приблизим режим работы испытуемых ВК к схеме с разомкнутой ООС , а в другом (100 Ом ) — к схеме с замкнутой ООС .

    Основные типы составных биполярных транзисторов ( БТ ) показаны на рис . 4. Наиболее часто в ВК используется со ставной транзистор Дарлингтона ( рис . 4 а ) на базе двух транзисторов одной проводимости (” двойка ” Дарлингтона ), реже — составной транзистор Шиклаи ( рис . 4б ) из двух транзисторов разной проводимости с токовой отрицательной ОС , и еще реже — составной транзистор Брайстона ( Bryston , рис . 4 в ).
    ” Алмазный ” транзистор — разновидность составного транзистора Шиклаи — показан на рис . 4 г . В отличие от транзистора Шиклаи , в этом транзисторе благодаря ” токовому зеркалу ” ток коллекторов обоих транзисторов VT 2 и VT 3 практически одинаков . Иногда транзистор Шиклаи используют с коэффициентом передачи больше 1 ( рис . 4 д ). В этом случае K П =1+ R 2/ R 1. Аналогичные схемы можно получить и на полевых транзисторах ( ПТ ).

    1.1. Выходные каскады на базе ” двоек “. ” Двойка ” — это двухтактный выходной каскад с транзисторами , включенными по схеме Дарлингтона , Шиклаи или их комбинации ( квазикомлементарный каскад , Bryston и др .). Типовой двухтактный выходной каскад на ” двойке ” Дарлингтона показан на рис . 5. Если эмиттерные резисторы R3, R4 ( рис . 10) входных транзисторов VT 1, VT 2 подключить к противоположным шинам питания , то эти транзисторы будут работать без отсечки тока , т . е . в режиме класса А .

    Посмотрим , что даст спаривание выходных транзисторов для двойки ” Дарлингт она ( рис . 13).

    На рис . 15 приведена схема ВК , использованная в одном из професс и ональных усилителей .

    Менее популярна в ВК схема Шиклаи ( рис . 18) . На первых порах развития схемотехники транзисторных УМЗЧ были популярны квазикомплементарные выходные каскады , когда верхнее плечо выполнялось по схеме Дарлингтона , а нижнее — по схеме Шиклаи . Однако в первоначальной версии входное сопротивление плеч ВК несимметрично , что приводит к дополнительным искажениям . Модифицированный вариант такого ВК с диодом Баксандалла , в качестве которого использован базо – эмиттерный переход транзистора VT 3, показан на рис . 20.

    Кроме рассмотренных ” двоек “, есть модификация ВК Bryston , в которой входные транзисторы эмиттерным током управляют транзисторами одной проводимости , а коллекторным током — транзисторами другой проводимости ( рис . 22). Аналогичный каскад может быть реализован и на полевых транзисторах , например , Lateral MOSFET ( рис . 24) .

    Гибридный выходной каскад по схеме Шиклаи с полевыми транзисторами в качестве выходных показан на рис. 28 . Рассмотрим схему параллельного усилителя на полевых транзисторах ( рис . 30).

    В качестве эффективного способа повышения и стабилизации входного сопротивления ” двойки ” предлагается использовать на ее входе буфер , например , эмиттерный повторитель с генератором тока в цепи эмиттера ( рис . 32 ).

    Из рассмотренных ” двоек ” наихудшим по девиации фазы и полосе пропускания оказался ВК Шиклаи . Посмотрим , что может дать для такого каскада применение буфера . Если вместо одного буфера использовать два на транзисторах разной проводимости , включенных параллельно ( рис . 35) , то можно ожидать дальнейшего улучшения пара метров и повышения входного сопротивления . Из всех рассмотренных двухкаскадных схем наилучшим образом по нелинейным искажениям показала себя схема Шиклаи с полевыми транзисторами . Посмотрим , что даст установка параллельного буфера на ее входе ( рис . 37 ).

    Параметры исследованных вы ходных каскадов сведены в табл . 1 .

        Анализ таблицы позволяет сделать следующие выводы :
    – любой ВК из ” двоек ” на БТ как нагрузка УН плохо подходит для работы в УМЗЧ высокой верности ;
    – характеристики ВК с ПТ на вы ходе мало зависят от сопротивления источника сигнала ;
    – буферный каскад на входе любой из ” двоек ” на БТ повышает входное сопротивление , снижает индуктивную составляющую выхода , расширяет полосу пропускания и делает параметры независимыми от выходного сопротивления источника сигнала ;
    – ВК Шиклаи с ПТ на выходе и параллельным буфером на входе ( рис . 37 ) имеет самые высокие характеристики ( минимальные искажения , максимальную полосу пропускания , нулевую девиацию фазы в звуковом диапазоне ).

Выходные каскады на базе ” троек ”

    В высококачественных УМЗЧ чаще используются трехкаскадные структуры : ” тройки ” Дарлингтона , Шиклаи с выходными транзисторами Дарлинг тона , Шиклаи с выходными транзис торами Bryston и другие комбинации . Одним из самых популярных вы ходных каскадов в настоящее вре мя является ВК на базе составно го транзис тора Дарлингтона из трех транзисторов ( рис . 39). На рис . 41 показан ВК с разветвлением каскадов : входные повторители одновременно работают на два каскада , которые , в свою очередь , также работают на два каскада каждый , а третья ступень включена на общий выход . В результате , на выходе такого ВК работают счетверенные транзисторы .

    Схема ВК , в которой в качестве выходных транзисторов использованы составные транзисторы Дарлингтона , изображена на рис . 43. Параметры ВК на рис .43 можно существенно улучшить , если включить на его входе хорошо зарекомендовавший себя с ” двойками ” параллельный буферный каскад ( рис . 44).

    Вариант ВК Шиклаи по схеме на рис . 4 г с применением составных транзисторов Bryston показан на рис . 46 . На рис . 48 показан вариан т ВК на транзисторах Шиклаи ( рис .4 д ) с коэффициентом передачи около 5, в котором входные транзисторы работают в классе А ( цепи термоста билизации не показаны ).

    На рис . 51 показан ВК по структуре предыдущей схемы только с единичным коэффициентом передачи . Обзор будет неполным , если не остановиться на схеме выходного каскада с коррекцией нелинейности Хауксфорда ( Hawksford ), приведенной на рис . 53 . Транзисторы VT 5 и VT 6 — составные транзисторы Дарлингтона .

 

    С целью устранения отмеченных выше недостатков схемы рис. 54 и упрощения схемы заменим входной эмиттерный повторитель параллельным повторителем , а резисторы R 1 ( рис . 53) разобьем на 2 резистора ( рис . 55). В точки соединения резисторов ( R 5, R 8 и R 6, R 9) подключим генераторы тока (9 мА ) н а транзисторах VT 1, VT 4. и получим схему изображенную на рисунке .

    Заменим выходные транзисторы на полевые транзисторы типа Lateral ( рис . 57

      По вышению надежности усилите лей за счет исключения сквозных то ков , которые особенно опасны при кли пировании высокочастотных сиг налов , способствуют схемы антинасыщения выходных транзисторов . Варианты таких решений показаны на рис . 58. Через верхние диоды происходит сброс лишнего тока базы в коллектор транзистора при прибли жении к напряжению насы щен ия . На пряжение насыщения мощных транзисторов обычно находится в пределах 0,5…1,5 В , что примерно совпадает с падением напряжения на базо-эмиттерном переходе . В первом варианте ( рис . 58 а ) за счет дополнительного диода в цепи базы напряжение эмитте р – коллектор не доходит до напряжения насыщения пример но на 0,6 В ( падение напряжения на диоде ). Вторая схема ( рис . 58б) требует подбора резисторов R 1 и R 2. Нижние диоды в схемах предназначены для быстрого выключения транзисторов при импульсных сигналах . Аналогичные решения применяются и в силовых ключах .

    Часто для повышения качества в УМЗЧ делают раздельное питание, повышенное , на 10…15 В для входного каскада и усилителя на пряжения и пониженное для вы ходного каскада . В этом случае во избежание выхода из строя выходных транзисторов и снижения перегрузки предвыходных необходимо использовать защитные диоды . Рассмотрим этот вариант на примере модификации схемы на рис . 39. В случае повышения входного напряжения выше на пряжения питания выходных транзисторов открываются дополнительные диоды VD 1, VD 2 ( рис . 59 ), и лишний ток базы транзисторов VT 1, VT 2 сбрасывается на шины питания оконечных транзисторов . При этом не допускается повышения входного на пряжения выше уровней питания для выходной ступени ВК и снижается ток коллектора транзисторов VT 1, VT 2.

Схемы смещения

    Ранее , с целью упрощения , вместо схемы смещения в УМЗЧ использовался отдельный источник напряжения . Многие из рассмотренных схем , в частности , выходные каскады с параллельным повторителем на входе , не нуждаются в схемах смещения , что является их дополнительным достоинством . Теперь рассмотрим типовые схе мы смещения , которые представлены на рис . 60 , 61 .

    Генераторы стабильного тока. В современных УМЗЧ широко используется ряд типовых схем : диф ференциальный каскад ( ДК ), отражатель тока (” токовое зеркало “), схема сдвига уровня , каскод ( с последова тельным и параллельным питанием , последний также называют ” лома ным каскодом “), генератор стабильного тока ( ГСТ ) и др . Их правильное применение позволяет значительно повысить технические характеристики УМЗЧ . Оценку параметров основных схем ГСТ ( рис. 62 – 6 6 ) сделаем с помощью моделирования . Будем исходить из того , что ГСТ является нагрузкой УН и включенпараллельно ВК . Исследуем его свойства с помощью методики , аналогичной исследованиям ВК .

Отражатели тока

    Рассмотренные схемы ГСТ — , это вариант динамической нагрузки для однотактного УН . В УМЗЧ с одним дифференциальным каскадом ( ДК ) для организации встречной динамической нагрузки в УН используют структуру ” токового зеркала ” или , как его еще называют , ” отражателя тока ” ( ОТ ). Эта структура УМЗЧ была характерна для усилителей Холтона , Хафлера и др . Основные схемы отражателей тока приведены на рис . 67 . Они могут быть как с единичным коэффициентом передачи ( точнее , близким к 1), так и с большим или меньшим единицы ( масштабные отражатели тока ). В усилителе напряжения ток ОТ находится в пределах 3…20 мА : Поэтому испытаем все ОТ при токе , например , около 10 мА по схеме рис . 68.

    Результаты испытаний приве дены в табл . 3 .

    В качестве примера реального усилителя предлагается схема усилителя мощности S. BOCK , опубликованная в журнале Радиомир, 201 1 , № 1, с. 5 – 7; № 2, с. 5 – 7 Radiotechnika №№ 11, 12/06

    Целью автора было построение усилителя мощности , пригодного как для озвучивания ” пространства ” во время прадничных мероприятий , так и для дискотек . Конечно , хотелось , чтобы он умещался в корпусе сравнительно небольших габаритов и легко транспортировался . Еще одно требование к нему — легкодоступность комплектующих . Стремясь достичь качества Hi – Fi , я выбрал комплементарно – симметричную схему выходного каскада . Максимальная выходная мощность усилителя была задана на уровне 300 Вт ( на нагрузке 4 Ом ). При таком мощности выходное напряжение составляет примерно 35 В . Следовательно для УМЗЧ необходимо двухполярное питающее напряжение в пределах 2×60 В . Схема усилителя приведена на рис . 1 . УМЗЧ имеет асимметричный вход . Входной каскад образуют два дифференциальных усилителя .

   

А. ПЕТРОВ , Радиомир, 201 1 , №№ 4 – 12

 

   

       

   

   

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

Ежков Ю.С. Справочник по схемотехнике усилителей

Ежков Ю.С. Справочник по схемотехнике усилителей

Предисловие

Эта книга является результатом практического опыта автора по проектированию усилительных устройств и предназначена для пользователей, которые обычно не имеют достаточно времени для детальной разработки усилителей разного назначения – за время существования транзисторов и интегральных микросхем опубликовано множество схемотехнических решений усилителей и усилительных устройств, среди которых весьма заманчиво найти готовое или сходное. В случае расхождения с техническим заданием уместно модернизировать соответствующий аналог.

Настоящее издание – попытка объединения и систематизации результатов исследований и схемных решений, опубликованных в специальной литературе. Кроме того, в ней приводятся и некоторые авторские разработки.

Изложенный ограниченный материал позволяет хорошо подготовленному радиолюбителю разобраться с «практической стороны» в расчетах и способах улучшения тех или других параметров.

В главе 1 изложены основы расчетов элементарных каскадов усиления на биполярных и полевых транзисторах, приведены формулы, позволяющие определить основные параметры на низких частотах, где инерционностью транзисторов можно пренебречь.

В главе 2 проанализированы шумовые характеристики усилителей с оценкой вклада шумов активных и пассивных элементов. Имеется теоретический и экспериментальный материал, необходимый для проектирования малошумящих усилителей разных диапазонов частот.

В главе 3 собраны формулы, позволяющие оценить нелинейные искажения каскадов усиления, и изложены методы повышения линейности усилителей.

В главе 4 рассмотрены некоторые особенности многокаскадных усилителей, а также обобщен теоретический материал, позволяющий разобраться в таких непростых вопросах как устойчивость, быстродействие и динамическая точность.

В главе 5 представлены различные схемотехнические решения каскадов усилителей с непосредственной связью, в том числе с активной нагрузкой; приведены схемы источников опорного напряжения и постоянного тока, применяемых в многокаскадных усилителях.

В главе 6 рассмотрены разнообразные схемы предварительных усилителей, в том числе линейных и корректирующих усилителей звуковых сигналов; для двухкаскадных схем изложены формулы расчета по постоянному току.

В главе 7 собраны описания схем двухтактных усилителей различной мощности звукового и ультразвукового (до 1 МГц) диапазонов частот как с применением интегральных ОУ, так и без них.

В главе 8 изложен основной теоретический материал, позволяющий оценивать характеристики широкополосных, высокочастотных и быстродействующих усилителей переменного и постоянного тока с различным количеством каскадов. Для усилителей с большим динамическим диапазонам приведены основные расчетные схемы. В этой главе имеется большое количество отработанных практических схем с изложением способов достижения их технических характеристик.

…

---

Публ-ция ~- УМ ~- Звук ~- Приклад. ~- Естест. ~- Наука

Публ-ция ~- УМ ~- Звук ~- Приклад. ~- Естест. ~- Наука

Публикация

————————————————

————————————————

Итак, ко мне снова доставили почтой платы, на этот раз платы усилителя мощности класса ЭА, плата блоков питания и источ­ников, несколько плат для обнов­ления ещё одного старого проекта. Как обычно, платы мной были созданы в редакторе Sprint-Layout 6, и отправлены в Gerber формате для изготов­ления в JLCPCB, стандарт­ные день с небольшим на изготов­ление, и за полторы недели они были достав­лены прямо к порогу курьером ЕМС Почты России.

————————————————

(2007`01`01 – 2012`05`13)  Усилители  [„Admini­strator”;   „Premium-a-class” („Премиум-класс”)]

<…> стоит обратиться к схеме самого одиозного усилителя последних двух десяти­летий — „усили­теля высокой верности” (УВВ) Н. Е. Сухова, схема которого <…> была много­кратно воспроиз­ведена во многих изданиях. <…> Для себя я это объясняю датой публикации и большим пиететом, сложив­шимся в радио­любитель­ской общест­вен­ности к автору публи­кации. Кстати, и я являюсь поклон­ником его творчес­тва. А дата… Это было начало конца беззабот­ной советской жизни, людям стало не до конструи­рования в служебное время и бескорыст­ного публико­вания. За время, прошедшее с тех пор, было опублико­вано не больше 2–3‑х интересных ориги­нальных усили­телей. И я не стал публи­ковать свои разра­ботки — пригодится со временем в условиях острого дефицита хорошо звучащих усили­телей. А УВВ не стоит шумихи, которая вокруг него поднята. Разберём его схему, которая является не более, как адапта­цией под советские детали ГДРовской схемы 1977‑го года. <…>

К сожалению, большин­ство любителей звука не удосужи­ваются разобрать­ся в этих тонкостях, особенно буянят „ламповики”, начисто отрица­ющие необходи­мость ООС. Да и представ­ление у них о работе ООС наивно-примитив­ные. В радио­любитель­ской прессе последних лет можно прочитать, что, например, сигнал ООС циркули­рует в системе подобно эху в пустом зале, что‑то вроде извест­ного античного софизма о том, что быстро­ногий Ахиллес никогда не догонит черепаху — пока он пробежит расстояние до неё, она успеет проползти какое‑то расстояние и т. п. до бесконеч­ности. Софизм этот был преодолён с появлением дифферен­циаль­ного исчисле­ния — этот софизм попросту описывает алгортим вычисления предела, он же момент обгона Ахиллесом черепахи. Или, например (ж-л „Радио­любитель” № 12 за 1999‑й год), видимо, школьный учитель из провинции, кончивший максимум техникум, утверж­дает, что „введение ОС сродни гаданию на кофейной гуще — не понимая сути явления, они прячутся за лесом сложней­ших формул”. А сам, в силу нехватки образо­вания, неспособ­ный разобрать­ся в теории, призывает считать продукт действия ОС резуль­татом интер­ферен­ции, в качестве образца приводя школьные опыты по оптике.

<…> катодный повтори­тель, объяв­ленный „лампо­виками” вне закона, обеспе­чивает более лёгкие условия для работы предыду­щего каскада с общим катодом и аналогич­ного следую­щего каскада и снижает нелинейные искажения, в основном второй гармоники, столь любимой „лампо­виками”. Они к тому же очень не любят и двух­тактные транс­форма­торные выходные каскады, ведь в них в принципе уничтожа­ются чётные гармоники. Нечётные гармоники остаются, а, поскольку они неконсо­нантны <несогласо­ваны [Паэл]>, то и реально портят звук. Тут мне крыть нечем, двух­тактные транс­форматор­ные ЛУЗЧ без или с малой ООС действи­тельно звучат неприятно. Впрочем, и одно­тактные усилители с точки зрения натураль­ности звука, деталь­ности, пространс­твен­ного разреше­ния и динамики, отнюдь не образец правди­вости. Ничего хорошего, кроме комфорт­ности, о них сказать нельзя.

<…> Знаменитая своими электро­статичес­кими громко­говори­телями фирма „Quad” <www.Quad-HiFi.co.UK [Перевод]> предложила схему, в которой до откры­вания выходных транзис­торов ток в громко­говори­тели поступает от линейного предвари­тельного каскада. Придуманы и другие схемо­техни­ческие решения для умень­шения централь­ной отсечки, улучша­ющие качество звучания.

————————————————

2006`09`28  „Качест­венный звук — сегодня это просто”  [Книга; Авраменко Юрий Фёдорович; Издатель­ство „МК-пресс” [www.MK-press.Com]; г. Киев; 290 страниц]

————————————————

2003`04`88  Вопросы проекти­рования усили­телей с общей ООС  [Агеев С.; г. Москва — „Радио”  ▶  2003  ▶  № 4  ▶  с. 16…19].

2002`10`88  Устрой­ство выделения сигнала ЭМОС  [Машки­нов Л.; г. Черно­головка Москов­ской области —  „Радио”  ▶  2002  ▶  № 10  ▶  с. 17…18].

————————————————

2002`09`  Мощные усилители с режимом А⁺  [Автор: Сырицо А.; г. Москва]

■ (2002`10` Мощные усилители с режимом А+  ◀  Схемы радио­электрон­ных и электро­техни­ческих устройств  ◀  Бесплат­ная библио­тека  ◀   „Энцикло­педия радио­электро­ники и электро­техники”

2002`10`88  Мощные усилители с режимом А⁺  [2-я, конечная часть; с. 18…20]  ◀  № 10  ◀  2002‑й год  ◀  „Радио” [Журнал]

2002`09`88  Мощные усилители с режимом А⁺  [1‑я часть; с. 12…13]  ◀  № 9  ◀  2002‑й год  ◀  „Радио” [Журнал]

————————————————

————————————————

1999`  „Радиолюбительский High-End. 40 лучших конструкций ламповых УМЗЧ за 40 лет”  [Книга; Киреев М.; г. Киев]

————————————————

1998`07`88  Правда и „сказки” о высококачественном звуковоспроизведении  [Сухов Н.; г. Киев; „Радио” ▶ 1998 ▶ № 7 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 13…15]

1998`07`88  Лампы и транзисторы: война или мир?  [Кунафин Р.; г. Москва; „Радио” ▶ 1998 ▶ № 7 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 16…17]

1998`06`88  Параметрический эквалайзер  [Старостенко М.; г. Миасс Челя­бинской области; „Радио” ▶ 1998 ▶ № 6 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 16…18]

1998`04`88  Лампы или транзисторы? Лампы!  [4-я часть из 4-х; Костин В.; г. Москва; „Радио” ▶ 1998 ▶ № 4 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 18…19]

1998`03`88  Лампы или транзисторы? Лампы!  [3-я часть из 4-х; Костин В.; г. Москва; „Радио” ▶ 1998 ▶ № 3 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 19…21]

1998`02`88  Лампы или транзисторы? Лампы!  [2-я часть из 4-х; Костин В., Онищенко Ю.; г. Москва; „Радио” ▶ 1998 ▶ № 2 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 18…19]

1998`01`88  Лампы или транзисторы? Лампы!  [1-я часть из 4-х; Костин В.; г. Москва; „Радио” ▶ 1998 ▶ № 1 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 16…18]

1997`04`88  Должен ли УМЗЧ иметь малое выходное сопротивление? (О снижении интермодуляционных искажений и призвуков в громкоговорителях)  [Агеев С.; г. Москва; „Радио” ▶ 1997 ▶ № 4 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 14…16]

1997`04`88  Каскодная схема ОИ-ОБ в усилителе мощности ЗЧ  [Орлов В.; г. Москва; „Радио” ▶ 1997 ▶ № 4 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 17]

1997`03`88  УМЗЧ с обратной связью по вычитанию искажений  [Русси О.; г. Старый Оскол Белгородской области; „Радио” ▶ 1997 ▶ № 3 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 12…14]

1997`03`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности. Мостовые УМЗЧ.  [Часть 8-я из -х; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1997 ▶ № 3 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 15…17]

1997`02`88  Лампы или транзисторы?  [Храбан О.; г. Москва; „Радио” ▶ 1997 ▶ № 2 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 12…14]

1997`02`88  Питание УМЗЧ с широкополосной ООС  [Киселёв А.; г. Москва; „Радио” ▶ 1997 ▶ № 2 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 15]

1996`09`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности  [Часть 7-я из 7-ми; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1996 ▶ № 9 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 21…24]

1996`08`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности  [Часть 6-я из 7-ми; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1996 ▶ № 8 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 24…27]

1996`07`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности  [Часть 5-я из 7-ми; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1996 ▶ № 7 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 15…16]

1996`05`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности  [Часть 4-я из 7-ми; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1996 ▶ № 5 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 18…19]

1996`01`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности  [Часть 3-я из 7-ми; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1996 ▶ № 1 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 22…24]

1995`12`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности  [Часть 2-я из 7-ми; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1995 ▶ № 12 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 16…17]

1995`11`88  Схемотехника усилителей мощности звуковой частоты высокой верности  [Часть 1-я из 7-ми; Корзинин М.; г. Магнитогорск; „Радио” ▶ 1995 ▶ № 11 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 12…14]

1995`01`88  УМЗЧ для активной акустической системы и испытаний  [Акулиничев И.; г. Красногорск; „Радио” ▶ 1995 ▶ № 1 ▶ „Звукотехника” ▶ с. 20]

1989`06`88  УМЗЧ высокой верности  [Сухов Н., г. Киев; „Радио” ▶ 1989 ▶ № 6–7 ▶ „Звуковоспроизведение”; „Apgrade.Narod.Ru”].

————————————————

1985`08`88  „Параллельный” усилитель в УМЗЧ  [Агеев А., г. Москва; „Радио” ▶ 1985 ▶ № 8 ▶ с. 26…29; Рубрика „Звуковоспроизведение”].

Источник представленных выдержек:

На выходной каскад, представляющий собой эмиттерный повторитель, работает предоконечный эмиттерный повторитель, но на транзисторе с противоположной проводимостью. Таким образом база предоконечника и эмиттер оконечника имеют очень близкий потенциал. Кроме того к этой связке каскадов параллельно подключена связка каскадов, комплементарная к первой. В результате из эмиттерных переходов образуется как бы ромб.

Основная идея такой схемотехники — ток покоя достаточно стабилен, так как напряжения на эмиттерных переходах предоконечного (1-го) и оконечного (2-го) каскадов взаимокомпенсируют друг друга, и каскады испытывают пропорциональные токовые нагрузки. Делается следующий вывод. Транзисторы КТ818, КТ819 имеют вшестеро большую площадь эмиттерного перехода, нежели транзисторы КТ814, КТ815. Отсюда делается вывод, что при равных напряжениях база-эмиттер ток в первых транзисторах будет в 6 раз выше тока во вторых транзисторах. Из пропорционального изменения токов вытекает и пропорциональное изменение температур переходов. И напряжения на эмиттерных переходах взаимовычтутся с хорошей точностью.

Ну и, ясно дело, для лучшей компенсации изменения напряжений эмиттерных переходов между транзисторами 1-го и 2-го каскадов должен быть хороший тепловой контакт. Поэтому их следует садить на один радиатор близко друг к другу.

Далее следует утверждение, что в отличие от каскадов, работающих в режиме „AB”, в рассматриваемых выходных каскадах отсечка тока в неактивном плече не наступает даже при большей амплитуде. Это стало возможным благодаря отсутствию резисторов, обычно включенных в цепи эмиттеров (около 0,2 Ом). То есть идёт намёк, что выходные каскады „параллельного” усилителя работают в режиме „A”. Насчёт полного отсутствия отсечки тока автор наверняка лукавит, хотя действительно данная схемотехника стоит ближе к режиму „A”, чем каскады с эмиттерными резисторами. По крайней мере максимальная амплитуда, при которой отсечка тока пока не наступает, здесь должна быть существенно выше.

Между прочим заметим, что в любом режиме работы усилителя, даже при минимальных громкостях через предоконечный каскад протекает значительный ток. И протекает он мимо нагрузки. То есть КПД невысок.

————————————————

1984`05`88  Высококачественный усилитель мощности (на основе „Quad 405”)  [Солнцев Ю., г. Москва; „Радио” ▶ 1984 ▶ № 5 ▶ с. 29…34; Рубрика „Звуковоспроизведение”]

Источник представленных выдержек:

За основу взята простая, но якобы качественная в работе схема промышленного УМЗЧ „Квод 405” („Quad”)  [Сайт фирмы].

На входе — ОУ К574УД1А. На выходе — составные транзисторы КТ827А, КТ825Г работают в режиме „B”.

Использует некий способ снижения искажений на высших частотах — „коррекцию ошибок посредством прямой связи” („feedforward error correction”). Из схемы понять, что это такое, не удаётся. Этот способ описан в статье „Снижение искажений в усилителе мощности” [Решетников О. — „Радио” ▶ 1979 ▶ № 12 ▶ с. 40…42].

————————————————

1983`07`88  Усилитель НЧ с малыми искажениями  [Клецов В.; „Радио” ▶ 1983 ▶ № 7 ▶ с. 51-53, Рубрика „Звуковоспроизведение”]

————————————————

1984`02`88  Усилитель НЧ с малыми искажениями  [Клецов В.; „Радио” ▶ 1984 ▶ № 2 ▶ с. 47, 63–64, Рубрика: „Возвращаясь к напечатанному”]

————————————————

1985`05`88  На вопросы читателей отвечают авторы статей: В. Клецов и Н. Сухов  [„Радио” ▶ 1985 ▶ № 5 ▶ с. 62-63, Рубрика: „Наша консультация”]

————————————————

————————————————

1983`04`88  Высококачественный усилитель мощности  [Корнев П., г. Ленинград; „Радио” ▶ 1983 ▶ № 4 ▶ „Звуковоспроизведение” ▶ с. 36…40]

На входе комплементарно друг другу подключены два дифференциальных каскада (один на КТ3102Б, другой на КТ3107Б) с током коллектора каждого транзистора 0,1 мА. Уровень шума УМЗЧ: –100 дБ.

Каждое из плеч выходных каскадов охвачено обратной связью, которая помимо обычных задач также отслеживает ток покоя выходных транзисторов. При этом стабильность тока покоя обеспечивается тем, что напряжение, пропорциональное току покоя, сравнивается на переходах диодов и транзисторов, температура которых стабильна. Стабильность температур этих переходов вытекает из постоянства токов через них, даже тогда, когда выходной ток усилителя скачет.

Отрицательное выходное сопротивление (–2 Ом) посредством положительной обратной связи по току на частотах ниже 100 Гц. ПОС реализована на ОУ.

————————————————

Выходные каскады транзисторных усилителей мощности

На заметку разработчику – Двухтактные и однотактные выходные каскады УМЗЧ
на биполярных и полевых транзисторах.

Выходные каскады транзисторных усилителей мощности могут быть реализованы в соответствии с несколькими схемотехническими решениями. Давайте рассмотрим наиболее распространённые из них, а также порассуждаем об основных плюсах и минусах того или иного построения.

1. Выходные каскады на биполярных транзисторах.

Рис.1

Каскад ОЭ-ОК на 3-ёх транзисторах одной структуры (Рис.1, слева), по большому счёту, можно исключить из рассмотрения по причине некоторой его архаичности. Подобная схемотехника выходных каскадов УНЧ применялась достаточно широко, но давно, и имела смысл лишь в условиях полного отсутствия либо дефицита мощных комплементарных транзисторов.
По своим характеристикам и свойствам данный тип выходных каскадов практически полностью аналогичен двухтранзисторному построению ОЭ-ОЭ (Рис.1, 2-ой слева).

Одним из главных преимуществ перед выходным каскадом ОК-ОК является то, что конфигурация ОЭ-ОЭ обладает усилительными свойствами не только по току, но и по напряжению, что снижает требования к предшествующим каскадам усиления и, как следствие, упрощает схемотехнику УМЗЧ. Источники тока в базовых цепях задают коллекторный ток покоя транзисторов. При положительной полуволне входного сигнала в усилении участвует нижний транзистор T2, который приоткрывается и тянет уровень выходного сигнала вниз (к минусу), а верхний транзистор T1 наоборот подзапирается. При отрицательной полуволне сигнала поведение транзисторов обратное.
Легко заметить, что данный выходной каскад (ОЭ-ОЭ) является инвертирующим, а его коэффициент усиления как по току, так и по напряжению определяется исключительно параметрами применяемых транзисторов и сопротивлением нагрузки.

Выходной каскад ОК-ОК (Рис.1, 3-ий слева) является неинвертирующим и осуществляет усиление сигнала только по току. Здесь при положительной полуволне сигнала в усилении участвует, на этот раз, верхний транзистор T1, а транзистор T2 закрывается. При отрицательной полуволне сигнала опять-таки – поведение транзисторов обратное.

Режимы работы усилительных элементов в перечисленных выше каскадах выбираются: A либо B, но чаще – AB.

Однотактный выходной каскад с трансформаторным включением нагрузки (Рис.1, справа) в современной транзисторном УНЧ-строении применяется крайне редко. Поэтому – не будем тратить на него своё драгоценное время, а сразу перейдём к сравнительному анализу двухтактных схем ОЭ-ОЭ и ОК-ОК.
А, учитывая то, что в последнее время биполярные транзисторы в НЧ усилителях также потеряли практическую актуальность и почти полностью уступили свои позиции полевикам, то и рассматривать мы будем каскады, построенные на мощных комплементарных полевых транзисторах.

1. Выходные каскады на полевых транзисторах.

Рис.2

На Рис.2 слева приведён каскад ОИ-ОИ (аналог выходного каскада ОЭ-ОЭ), посередине – ОС-ОС (аналог ОК-ОК), справа – однотактный каскад ОИ с источником тока в цепи нагрузки, главным идеологом которого является руководитель лаборатории “Pass Labs” Нельсон Пасс.

Наиболее часто используемой схемой при построении выходного каскада УМЗЧ является схема ОС-ОС.
А почему, собственно? Ведь мы помним, что данное построение осуществляет усиление сигнала только по току и имеет единичное усиление по напряжению, в отличие, скажем, от схемы ОИ-ОИ.
Для того, чтобы разобраться в этом вопросе – уровняем условия работы каскадов и переведём их посредством внешних цепей в состояние единичного Кu.

Далее измерим коэффициент нелинейных искажений двухтактных каскадов при выходной мощности 25Вт. Получаем следующие результаты:
1. Каскад ОИ-ОИ Кг = 1,3%,
2. Каскад ОС-ОС Кг = 0,9%.

Казалось бы – вот оно объяснение выбора большинства разработчиков. Однако торопиться не надо. Мы же читали статью (ссылка на страницу) и помним, что не столь важен общий коэффициент нелинейных искажений УНЧ (в ламповых Hi-End системах он составляет довольно значительную величину), сколь спектр гармоник этих искажений.
«Покажите мне график зависимости коэффициента искажений от частоты, и я скажу, как будет звучать усилитель», – написал Владимир Ламм, основатель и идеолог американской компании, занимающейся разработкой и выпуском звукового оборудования “Lamm Industries”.
Ну что ж, давайте посмотрим на спектр гармоник:

Рис.3

На рисунке синим цветом изображён спектр гармоник каскада ОС-ОС (при подаче сигнала частотой 1кГц), красным – каскада ОИ-ОИ. Что мы имеем в сухом остатке?
1. Каскад ОС-ОС. Наибольший уровень имеет 2-ая гармоника, однако и 3-яя, вносящая наибольший диссонанс в звучание усилителя, хотя (в отличие от аналога на биполярниках) и меньше 2-ой, но всё равно – имеет значительную величину.
2. Каскад ОИ-ОИ, хоть изначально и имеет более высокое значение Кг, определяемое в значительной степени амплитудой 2-ой гармоники, однако уровень 3-ей – не только значительно меньше, чем у 2-ой, но и имеет более низкую величину, чем у каскада ОС-ОС.
К тому же возможность получить от данного каскада усиление не только по току, но и по напряжению позволяет ограничиться всего одним дополнительным каскадом усиления, охваченным вместе с оконечником общей цепью ООС, что с одной стороны, упрощает схему, а с другой, позволяет проще избавиться от пресловутого эффекта “транзисторного звучания”.

Что касается однотактника Нельсона Пасса (Рис.2, справа), то здесь вообще всё очень красиво: 3-яя гармоника на 16дБ ниже 2-ой, 4-ая – ещё на 10дБ ниже, все остальные – находятся на уровне шумов и в учёт могут не приниматься. Всё в лучших традициях однотактных ламповых конструкций!

Схемотехника | Усилитель Класса А

Среди любителей лампового ренессанса гибридные однотактные усилители мощности класса “А” становятся всё более популярными, так как они обеспечивают более удачное, чем чисто ламповое, согласование с низкоомной нагрузкой. Такие усилители не охватываются обратными связями (ООС), и качество их звучания зависит от каждого элемента схемы. Общая принципиальная схемотехника однотактных гибридных усилителей класса “А” понятна без сложнотехнического объяснения, так как – это есть классическое включение радиолампы и транзистора. Однотактный усилитель – усилитель с одним усилительным плечом, нет разделения и обратного слияния сигнала. Вследствие этого отсутствуют переходные процессы и искажений звука свойственные разделению / слиянию. Этим объясняется повышенная достоверность / музыкальность звуковоспроизведения однотактников. Исключительно все однотактные усилители работают в чистом классе “А”, что обеспечивает им высокую линейность + минимальные искажения сигнала. Недостаток схемы класса “А”, это то, что большая часть энергии идёт на нагрев активных элементов схемы и только 20% на отдачу звуковой мощности – низкий коэффициент полезного действия (КПД). Вынужденное применение очень качественных – дорогостоящих компонентов, а также их кропотливый подбор + низкое КПД, это основные причины отталкивающие всех производителей, от построения полных гибридных однотактников. Усилительный каскад класса “А” может иметь максимальный КПД равный 50% при условии работы с трансформаторным выходом, когда амплитуда выходного напряжения (на обмотках трансформатора) достигает величины напряжения питания. У каскада с резистивной нагрузкой, где максимальная амплитуда выходного напряжения ограничена величиной, равной половине напряжения питания, максимальный КПД составляет 25%. Однотактные схемы Приводим основные однотактные схемы гибридных усилителей звука, в чистом классе “А”, на MOSFET транзисторах. Ток выходных транзисторов термо стабилизирован на уровне 3-5а. Транзисторы – любые. Выходная мощность может дорастать до 35 ватт. Интегратор собран на операционном усилителе ОРА134. Возможно применение любого другого. Главное – у микросхемы вход на полевых транзисторах, что обеспечивает автоматическое удержание нулевого потенциала на выходе усилителя. Интегратор увеличивает глубину обратной связи (ООС) по постоянному току и на инфранизких частотах, где основные звуковые частоты не эмитируются обратной связью, что благоприятно влияет на коэффициент демпфирования. Схемы простые и не требуют заумного технического обоснования, хотя качество звучания на высоте и зависит исключительно от аудиофильных свойств применяемых компонентов. Можно и нужно удалить из схем все резисторы, микросхемы, MOSFET, электролиты, интеграторы и поднять качество звука до максимального предела, но в результате получится серийный усилитель “Grimmi”. Однако – это сложно, хлопотно, дорого. Все радиосхемы имеют низкое выходное сопротивление 0.2 – 0.05ом, что принципиально отличает их, от чисто ламповых однотактных усилителей. Высокая верность воспроизведения и мощная динамическая активность (даже на малом уровне громкости) – отличительные звуковые качества этих схем. Самая первая – экспериментальная конструкция однотактного гибридного усилителя “Grimmi”, выпущена в одном экземпляре в 2009 г. Отлично работает по настоящее время. Хотя качество звукоусиления уступает современному серийному образцу. Отличительная черта – стабилизаторы напряжения на варисторах, что является новым принципиальным схемотехническим решением в аудио. Убираем резисторы Разрабатывать и тестировать однотактную гибридную схемотехнику начали сразу после апгрейда лампового усилителя на триодах, так как звук “чистой” лампы нас не покорил. В представленной схеме показаны пути совершенствования (при наведении курсора) – как вместо резисторов установить активные элементы и достигнуть звукоусиления без ограничения. По этой методике не грех выкинуть все резисторы и получить самый новый – уникальный звук. Кроме усилителя “Grimmi” больше нет аудио изделий которые сориентированы на такой принцип построения, так как электросхема всегда будет возбуждается. Убрать возбуждение возможно только дополнительными резисторами, но мы применяем кропотливый метод подбора радиоэлементов, и в дополнительном сопротивлении по току не нуждаемся. Реальное звучание усилителя “Grimmi” Рабочие моменты. Моно запись (18 минут) сделана с мобильного телефона (объём 1.7гб) и сжата до 52 мб, по программе “Total Video Converter 3.5”. Основополагающая схемотехника Grimmi Раздел: Режимы и принцип работы усилителя на транзисторах класс: A, B, A/B, C, D

Лучшее сочетание вакуумных и          полупроводниковых характеристик – однотактный гибридный усилитель звука.           Мы не создаём иллюзий,           Мы делаем звук живым! Земля – то, что всегда дорого | Разводка земельных шин | Схемотехника В промышленной радиоэлектронике, это ёмкое название нашей планеты доставляет множество хлопот. Теоретическая схемотехника, с техническими обоснованиями и новыми введениями ничего не стоит, если нет многократного практического подтверждения всей конструкции в корпусе. Радиоинженер-конструктор-технолог знает – ошибочная разводка земельных шин изменит изначальную схемотехнику до неузнаваемости и расположение компонентов в корпусе оказывает существенное влияние на построение схемы в целом. Но, проводить подобные эксперименты практически невозможно, так как материальная – затратная часть неизвестна. Ввиду этого, производители серийной High-End Audio продукции моделируют новые изделия на хорошо отработанных конструкциях, что ограничивает схемотехнические нововведения. Разводка земельных шин (звезда) частично балансирует схему – ликвидирует фон переменного тока и электровозбуждение. Это позволяет скорректировать схему построения – удалить местную ОС и антизвонные резисторы. Следовательно, возможны отступления от традиционной схемотехники. Где принято, организовывать напряжение смещения из общего питания, игнорируя, независимую подачу местного напряжения смещения. Имея ввиду, что изготовить отдельные блоки питания для каждого усилительного элемента и его управления дорого стоит, а их неумелое внедрение в общую конструкцию приведёт к всеобщему возбуждению. Убрать сверхвозбуждение возможно только резисторами и ОС. Итак, всё идёт по кругу – одно (возбуждение) убрал, другое (качество звука) упустил. Как быть дальше? Нет конструктивного ответа. Впрочем усилитель “Grimmi” построен по такому – малореальному принципу и производится серийно. Аналогов конструкции нет и никогда не будет – “чудовищно” дорого и конструктивно непонятно. Как, в таком относительно маленьком корпусе можно разместить гибридный однотактник мощностью более 30 ватт на канал, без резисторов, без обратных связей, без электролитов, с раздельным питанием активных элементов (16 силовых трансформаторов). Итого: экспериментируя с земельными проводниками и расположением элементов, частично убираем резисторы. Разводка земельных проводников “звездой” не всегда есть лучший вариант.

Что такое усилитель мощности? Типы, классы и приложения

В этом руководстве мы узнаем об интересной теме в области электроники: усилителе мощности. Они используются в аудиоприложениях, радиосвязи, медицинском оборудовании (МРТ) и многом другом. Итак, мы узнаем, что такое усилитель мощности, каковы различные типы усилителей мощности, классы усилителей мощности, а также несколько приложений.

Введение

Усилитель – это электронное устройство, используемое для увеличения величины напряжения / тока / мощности входного сигнала.Он принимает слабый электрический сигнал / форму волны и воспроизводит аналогичную более сильную форму волны на выходе с помощью внешнего источника питания.

В зависимости от изменений, вносимых во входной сигнал, усилители подразделяются на усилители тока, напряжения и мощности. В этой статье мы подробно узнаем об усилителях мощности. Для получения дополнительной информации о различных типах усилителей: Различные типы и применения усилителей

Что такое усилитель мощности?

Усилитель мощности – это электронный усилитель, предназначенный для увеличения мощности заданного входного сигнала.Мощность входного сигнала увеличивается до уровня, достаточного для управления нагрузкой таких устройств вывода, как динамики, наушники, радиопередатчики и т. Д. В отличие от усилителей напряжения / тока, усилитель мощности предназначен для непосредственного управления нагрузкой и используется в качестве конечного блока. в цепи усилителя.

Входной сигнал усилителя мощности должен быть выше определенного порога. Таким образом, вместо того, чтобы напрямую передавать необработанный звуковой / радиочастотный сигнал на усилитель мощности, он сначала предварительно усиливается с помощью усилителей тока / напряжения и отправляется в качестве входного сигнала в усилитель мощности после внесения необходимых изменений.Вы можете увидеть блок-схему аудиоусилителя и использование усилителя мощности ниже.

В этом случае микрофон используется в качестве источника входного сигнала. Величины сигнала с микрофона недостаточно для усилителя мощности. Итак, сначала он предварительно усиливается, где его напряжение и ток немного увеличиваются. Затем сигнал проходит через схему регулировки тембра и громкости, которая вносит эстетические коррективы в форму звуковой волны. Наконец, сигнал проходит через усилитель мощности, а выходной сигнал усилителя мощности подается на динамик.

Типы усилителей мощности

В зависимости от типа подключенного устройства вывода усилители мощности делятся на следующие три типа:

• Усилители мощности звука
• Усилители мощности ВЧ
• Усилители мощности постоянного тока

Мощность звука Усилители

Усилители мощности этого типа используются для увеличения мощности более слабого звукового сигнала. Усилители, используемые в схемах управления громкоговорителями телевизоров, мобильных телефонов и т. Д.подпадают под эту категорию.

Выходная мощность усилителя мощности звука колеблется от нескольких милливатт (как в усилителях для наушников) до тысяч ватт (как усилители мощности в системах Hi-Fi / домашних кинотеатрах).

Радиочастотные усилители мощности

Беспроводная передача требует, чтобы модулированные волны передавались по воздуху на большие расстояния. Сигналы передаются с помощью антенн, а дальность передачи зависит от величины мощности сигналов, подаваемых на антенну.

Для беспроводной передачи, такой как FM-радиовещание, антеннам требуются входные сигналы мощностью в тысячи киловатт. Здесь усилители мощности радиочастоты используются для увеличения мощности модулированных волн до уровня, достаточно высокого для достижения необходимого расстояния передачи.

Усилители мощности постоянного тока

Усилители мощности постоянного тока используются для усиления мощности сигналов ШИМ (широтно-импульсной модуляции). Они используются в электронных системах управления, которым требуются мощные сигналы для управления двигателями или исполнительными механизмами.Они принимают входные данные от систем микроконтроллера, увеличивают его мощность и подают усиленный сигнал на двигатели постоянного тока или приводы.

Классы усилителей мощности

Существует несколько способов проектирования схемы усилителя мощности. Рабочие и выходные характеристики каждой конфигурации схемы отличаются друг от друга.

Чтобы различать характеристики и поведение различных схем усилителя мощности, используются классы усилителей мощности, в которых буквенные символы назначаются для обозначения метода работы.

Их можно разделить на две категории. Усилители мощности, предназначенные для усиления аналоговых сигналов, относятся к категории A, B, AB или C. Усилители мощности, предназначенные для усиления цифровых сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), относятся к категориям D, E, F и т.д. Итак, давайте рассмотрим их подробнее.

Усилитель мощности класса A

Аналоговые сигналы состоят из положительных максимумов и отрицательных минимумов.В этом классе усилителей вся форма входного сигнала используется в процессе усиления.

Один транзистор используется для усиления как положительной, так и отрицательной половины сигнала. Это упрощает их конструкцию и делает усилители класса А наиболее часто используемым типом усилителей мощности. Хотя этот класс усилителей мощности заменен более совершенными, они по-прежнему популярны среди любителей.

В этом классе усилителей активный элемент (электронный компонент, используемый для усиления, в данном случае транзистор) используется все время, даже если нет входного сигнала.Это выделяет много тепла и снижает эффективность усилителей класса A до 25% в случае нормальной конфигурации и до 50% в случае конфигурации с трансформаторной связью.

Угол проводимости (часть формы волны, используемая для усиления, отличная от 360 °) для усилителей класса A составляет 360 °. Таким образом, уровни искажения сигнала очень низкие, что позволяет лучше работать на высоких частотах.

Усилитель мощности класса B

Усилители мощности класса B предназначены для уменьшения проблем с КПД и нагрева, присущих усилителям класса A.Вместо одного транзистора для усиления всей формы сигнала в этом классе усилителей используются два дополнительных транзистора.

Один транзистор усиливает положительную половину сигнала, а другой – отрицательную половину сигнала. Таким образом, каждое активное устройство проводит половину (180 °) формы волны, а два из них, в сочетании, усиливают весь сигнал.

Эффективность усилителей класса B значительно улучшена по сравнению с усилителями класса A из-за конструкции с двумя транзисторами.Они могут достичь теоретической эффективности около 75%. Усилители мощности этого класса используются в устройствах с батарейным питанием, таких как FM-радиоприемники и транзисторные радиоприемники.

Из-за наложения двух половин формы волны существует небольшое искажение в области кроссовера. Чтобы уменьшить это искажение сигнала, разработаны усилители класса AB.

Усилитель мощности класса AB

Усилители класса AB представляют собой комбинацию усилителей класса A и класса B. Усилители этого класса предназначены для уменьшения проблемы меньшей эффективности усилителей класса A и искажения сигнала в области кроссовера в усилителях класса B.

Он поддерживает высокую частотную характеристику, как в усилителях класса A, и хорошую эффективность, как в усилителях класса B. Комбинация диодов и резисторов используется для обеспечения небольшого напряжения смещения, что снижает искажение формы волны вблизи области кроссовера. Из-за этого происходит небольшое падение КПД (60%).

Усилитель мощности класса C

Конструкция усилителей мощности класса C обеспечивает более высокий КПД, но уменьшает угол линейности / проводимости, который составляет менее 90 °.Другими словами, он жертвует качеством усиления ради увеличения эффективности.

Меньший угол проводимости означает большее искажение, поэтому усилители этого класса не подходят для усиления звука. Они используются в генераторах высокой частоты и усилении радиочастотных сигналов.

Усилители класса C обычно содержат настроенную нагрузку, которая фильтрует и усиливает входные сигналы определенной частоты, а формы сигналов других частот подавляются.

В усилителе мощности этого типа активный элемент проводит ток только тогда, когда входное напряжение превышает определенный порог, что снижает рассеиваемую мощность и увеличивает эффективность.

Другие классы усилителей мощности

Усилители мощности классов D, E, F, G и т. Д. Используются для усиления цифровых сигналов с ШИМ-модуляцией. Они подпадают под категорию импульсных усилителей мощности и включают выход либо постоянно, либо постоянно выключают, без каких-либо других уровней между ними.

Благодаря этой простоте усилители мощности, относящиеся к вышеупомянутым классам, могут достигать теоретического КПД до (90-100)%.

Приложения

Ниже приведены применения усилителей мощности в различных секторах:

• Бытовая электроника: Усилители мощности звука используются практически во всех бытовых электронных устройствах, начиная от микроволновых печей, драйверов наушников, телевизоров, мобильных телефонов и домашних кинотеатров. системы к театральным и концертным системам армирования.
• Industrial: Усилители мощности импульсного типа используются для управления большинством промышленных приводных систем, таких как сервоприводы и двигатели постоянного тока.
• Беспроводная связь: Усилители высокой мощности важны при передаче сигналов сотовой связи или FM-вещания пользователям. Более высокие уровни мощности стали возможными благодаря усилителям мощности, которые увеличивают скорость передачи данных и удобство использования. Они также используются в оборудовании спутниковой связи.

Заключение

Краткое введение в концепцию усилителей мощности.Вы узнали, что такое усилитель мощности и его потребности, различные типы и классы усилителей мощности, а также несколько приложений.

108+ Принципиальная схема усилителя мощности с разводкой печатной платы

Вы хотели бы создать схему усилителя мощности для проекта?

Есть много принципиальных схем по категориям: Усилители и звуки. Также используйте поле поиска в правом верхнем углу.

Но иногда это может занять много времени. Конечно, вы ограничили время.

Не отчаивайтесь. Я создаю коллекцию схемы усилителя мощности с разводкой печатной платы.

В различных группах 108 схем, которые легко найти.

Примечание: Перед покупкой деталей и сборкой схем. Пожалуйста, проверьте и узнайте больше. Некоторая трасса не подходит для новичков.

Кроме того, я никогда не строю некоторые проекты. Итак, не могу подтвердить.

Но если любите изучать электронику. Несомненно, это будет ваш хороший опыт.

В любом случае, знаете ли вы, что у вас есть много схем для аудио или усилителя

Как я могу облегчить вам доступ?

Представьте себе, в схемах усилителя.Есть:

• Многие уровни мощности от 1 до 1000 Вт.
• По типам OCL, OTL, BCL.
• Принципиальная схема усилителя звука любого класса.

Не только усилители. Ему нужны предусилители, регулятор тембра, микшер, микрофонный предусилитель, VU-метр, защита и многое другое. Кстати,

Кто-то сказал не беспокоиться о будущем. Делай сейчас! мы будем знать это хорошо или плохо, не так ли?

Посмотрите ниже!

Малый усилитель мощностью менее 20 Вт

Они подходят для небольшого применения.Например, для увеличения мощности звука мелодии, для эксперимента по обучению электронике.

• Схема усилителя звука LM386 с печатной платой Это был мой первый мини-усилитель звука. Многие тоже им пользуются. Потому что ее легко построить, и эта микросхема всегда популярна. И подходит для батареи 9 В.
• 2 Вт + 2 Вт стерео с использованием 3 LM386 Вот схема усилителя стерео звука LM386, 2 Вт. Использование 3-х микросхем в модели моста. Это дешево и легко построить для новичка.
• 15 Вт многоцелевой TDA2030 Эта микросхема пользуется популярностью во все времена.Потому что маленький и дешевый. Это моно модель. Для нормальной комнаты хватит.
• 1,2 Вт, Super Small, TDA7052 Миниатюрный стереоусилитель звука для мобильного телефона или iPad. Даже принципиальная схема усилителя звука на 5в. Это поможет вам использовать батарею AA 1,5 В x2 (3 В) для работы усилителя мощности.
• TDA2822 Стереоусилитель Это стереофонический усилитель мощности. Людям нравится TDA2822. Я тоже. Почему? Найдите ответ сами.
• Интегральный усилитель мощностью 20 Вт, TDA2005 с регулятором тембра.Простая схема с использованием источника питания 12 В.
• TDA820, Мини-стереоусилитель, 2 Вт + 2 Вт Это альтернативный крошечный чип усилителя. Только одна микросхема дает максимальную мощность 2 Вт на 8 Ом. больше, чем LM386. Вы будете слушать музыку громче.

Мини-усилитель от 20 Вт до 50 Вт

Диапазон от 20 до 50 Вт —Если вы молоды. Вам понравится этот список. Представьте, когда вы слушаете музыку в своей комнате. Какое счастье!

Best for Home от 50 Вт до 100 Вт

Представьте, что вы смотрите фильм со своей семьей.Звуковая мощность в этих схемах очень реалистична.

Схемы усилителя мощности 100 Вт

Когда у вас мини-вечеринка. Вы используете это. Ваш друг будет восхищен вашими электронными навыками. Мы любим это.

Схема схем усилителя High Audio

Больше 101 Вт – Они могут подойти для новичков. Они аудио системы PA и дорогие. И на изготовление уходит много времени.

1. Супергибрид мощностью 150 Вт с использованием STK-4048
2. Супермост 120 Вт с TDA2030 (на динамике 2 Ом)
3. Усилитель MOSFET от 300 до 1200 Вт только для профессионалов.
4. 200 Вт, Super Bridge для бас-гитары
5. MOSFET-усилитель мощностью 200 Вт, класс G

Цепи автомобильного аудиоусилителя 12 В

Все используются в автомобиле или в доме с источником питания 12 В постоянного тока. Некоторые схемы требуют большого тока. Большинство используют микросхему IC. Такой легкий и маленький.

1. 50 Вт BCL Car Audio с использованием TDA1562
2. 40 Вт Mini Audio
3. LM383 Power OTL 5,5 Вт
4. Малые микросхемы для динамика

Примечание: В целом, можно использовать эти маленькие усилители тоже.

Предусилители и микрофонные элементы управления без тональных сигналов

1. 4 предусилителя на транзисторах
2. 3 универсальных предусилителя с использованием микросхемы IC
3. Транзисторный стерео усилитель низких частот
4. Микрофонный предусилитель
с низким уровнем шума 225
5. Динамический микрофонный предусилитель на транзисторах
6. Стереофильтр шумов
7. Гитарный предусилитель – овердрайв *** Новый

Регуляторы тембра и графические эквалайзеры

1. Классические схемы управления низким уровнем шума
2. Предусилитель Hi-Fi с регулятором тембра ** новинка ** L ow distortion.Используйте транзисторы с низким уровнем шума Частотная характеристика 20 Гц – 20 кГц
3. НЧ ВЧ Активный регулятор тембра
4. Пассивный регулятор тембра, без микросхем и транзисторы
5. Super Pre Tone Control Project
6. Топ-3 схемы тембра предусилителя NE5532 control
7. Top 3 Graphic Equalizer – Low noise, Cheap and easy
8. TDA1524 Stereo Tone Control
9. Low Noise Tone control Если вы хотите избежать шума в аудиосистеме, попробуйте это .Он использует NE55532, LF353 и другие.
10. Super Bass Booster Это небольшая принципиальная схема с печатной платой. Используются популярные операционные усилители 741, LF351 или другие. И используйте один блок питания.
11. Регулировка громкости звука

Аудиомикшеры, фильтры и преобразователи

1. Имитатор мини-сабвуфера
2. Micro Mixer
3. Super Stereo Digital Echo
4. Линейный оптоизолятор Объемный звук от 2 до 4 каналов
5. Проект дешевых и маленьких слуховых аппаратов

Аудиоконтроллеры и схемы защиты

1. Простые динамики с задержкой
2. Защита динамика
3. Защита высокочастотного динамика

   9026 ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

   Я всегда стараюсь сделать Electronics Learning Easy .

   Схема усилителя мощности 150 Вт и применение

   Усилители

   – одна из наиболее часто используемых схем или устройств в электронике. Они являются основными строительными блоками в беспроводной связи и радиовещании, а также в других аудиосистемах, которые используются для улучшения характеристик сигнала. Усилитель можно определить как электронное устройство, которое увеличивает входной сигнал. Он увеличивает напряжение, ток или мощность входного сигнала.

   
   Усилитель

   Цепь усилителя мощности 150 Вт

   Прежде чем перейти к обсуждению концепции схемы усилителя мощности 150 Вт, необходимо узнать о типах усилителей, схеме усилителя мощности, концепции усилителя мощности и работе усилителя мощности.

   Типы усилителей

   Усилители

   делятся на усилители слабого сигнала или усилители мощности.

   Слабый усилитель

   Усилители слабого сигнала используются в беспроводных приемниках, акустических звукоснимателях, аудиокассетах и ​​проигрывателях компакт-дисков. Усилитель слабого сигнала предназначен для работы с небольшими входными сигналами. Такие усилители должны генерировать минимальный внутренний шум при значительном увеличении значения напряжения сигнала. Полевые транзисторы (FET) более эффективны для таких приложений.

   Усилитель мощности

   Усилители мощности используются в радиовещательных передатчиках, беспроводных передатчиках и аудиосистемах высокого уровня. Для этих целей используются биполярные транзисторы. В усилителях мощности в основном учитываются выходная мощность и эффективность.

   Схема усилителя мощности

   Схема усилителя мощности используется для управления нагрузками, такими как громкоговорители, с минимальным выходным сопротивлением. Для динамиков требуется высокая мощность при низком импедансе. Здесь схема усилителя разработана с использованием двухтактной конфигурации класса AB.

   Принцип, лежащий в основе конструкции схемы усилителя, заключается в различных способах смещения биполярного переходного транзистора (BJT). Выходной электрический сигнал микрофона низкий. Таким образом, этот сигнал низкого напряжения усиливается до устойчивого уровня с использованием конфигурации общего эмиттера (CE) BJT, который смещен в режиме класса A. В этом режиме на выходе получается инвертированный усиленный сигнал малой мощности. Два силовых транзистора Дарлингтона расположены в конфигурации класса AB для усиления уровня мощности этого сигнала.Транзистор, настроенный в режиме класса A, используется для управления этой конфигурацией транзистора.

   
   

   Концепция схемы усилителя мощности

   Основными элементами схемы являются усилитель класса AB и усилитель напряжения класса A. Транзистор, смещенный в режиме класса AB, выдает усиленный выходной сигнал для половины входного сигнала. Таким образом, усилитель класса AB состоит из двух транзисторов, один из которых проводит одну половину входного сигнала, а другой – вторую половину входного сигнала.На практике усилитель класса AB состоит из диодов, обеспечивающих смещение двух транзисторов для устранения перекрестных искажений. Транзистор, смещенный в режиме класса A, выдает инвертированный входной сигнал, имея низкий КПД.

   Работа усилителя мощности

   Существуют разные конструкции усилителей мощности для различных требований к среднеквадратичному значению 20 Вт, 50 Вт и 100 Вт. Схема усилителя мощности состоит из уникальной схемы для создания напряжения и усиления мощности. Он состоит из трех каскадов усиления, а именно

   • Ступень усиления напряжения
   • Ступень водителя
   • Выходной каскад

   На следующей блок-схеме показаны каскады усиления.

   Этапы усиления мощности

   На следующей принципиальной схеме обсуждается схема усилителя мощности на 150 Вт.

   В этой схеме используются TIP 142 и TIP 147 в комбинации Дарлингтона для подачи 150 Вт RMS на динамик 4 Ом. Эта дополнительная пара транзисторов Дарлигтона может выдерживать ток 5 А и напряжение 100 В.

   Схема усилителя мощности 150 Вт

   Два транзистора Q5 и Q4 BC 558 подключены как предварительный усилитель, а TIP 142 и TIP 147 вместе с TIP41 используются для управления динамиком. Эта схема питается от двойного источника питания 5А.

   Блок предварительного усилителя этой схемы основан на транзисторах Q4 и Q5, которые образуют дифференциальный усилитель. Дифференциальный усилитель снижает шум и обеспечивает возможность применения отрицательной обратной связи. Таким образом улучшаются общие характеристики схемы. Входной сигнал подается на базу Q4 от соединения резистора 0,33 Ом и резистора 22 кОм. Дополнительный двухтактный каскад класса AB построен вокруг Q1 и Q2 для управления динамиком. Диоды D1 и D2 смещают дополнительную пару и обеспечивают правильную работу класса AB.Транзистор Q3 управляет двухтактной парой, а его база напрямую связана с коллектором транзистора Q5.

   Двойной источник питания

   A + 40 / -40 нерегулируемый двойной источник питания используется для питания этой схемы усилителя. Этого блока питания достаточно для питания одного канала и для стереосистем, в два раза превышающих номинальный ток трансформатора, диодов и предохранителей. Схема ниже – двойной блок питания.

   Применение схемы усилителя мощности

   • Может использоваться для управления динамиком с низким входным сопротивлением.
   • Он также используется для управления антеннами большой мощности для передачи на большие расстояния.

   Недостатки

   Использование BJT вызывает большее рассеивание мощности. Таким образом, снижается эффективность системы.

   Эта статья включает в себя концепцию схем усилителя мощности, их типы и работу, надеюсь, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, по любым вопросам, касающимся этой концепции или проектов в области электротехники и электроники, просьба оставлять свои отзывы в разделе комментариев ниже.

   Принципиальная схема усилителя

   | Усилитель мощности

   Принципиальная схема усилителя состоит из считывающего преобразователя сигнала, за которым следуют малые усилители сигнала, большие усилители сигнала и выходной преобразователь. Изначально на практике существует два типа схем усилителя: схема усилителя напряжения и схема усилителя мощности.

   Схема усилителя напряжения | Схема усилителя

   Основная функция схемы усилителя напряжения заключается в повышении уровня напряжения сигнала.Он предназначен для достижения максимально возможного выигрыша. Выход может потреблять очень мало энергии. Для достижения высокого усиления напряжения схема усилителя напряжения должна соответствовать следующему требованию.

   1. Используются преобразователи с тонкой базой, т.е. транзистор с высоким (более 100).
   2. Входное сопротивление довольно низкое по сравнению с выходным сопротивлением.
   3. Усилитель напряжения всегда работает при низком токе коллектора, порядка 1 мА, поскольку для обеспечения высокой нагрузки коллектора необходимо иметь высокое усиление по напряжению.
   4. В основном пара R-C является предпочтительной для соединения различных каскадов схемы усилителя напряжения из-за более низкой стоимости и портативности.

   Схема усилителя мощности | Схема усилителя

   Схема усилителя мощности предназначена для повышения уровня мощности входного сигнала. Чтобы получить большую мощность на выходе, необходимо, чтобы напряжение входного сигнала было большим. Вот почему в электронной системе схема усилителя напряжения всегда предшествует схеме усилителя мощности, как показано на блок-схеме схемы усилителя (Рисунок 1).Вот почему схему усилителя мощности также называют схемой усилителя большого сигнала.

   Область за схемой усилителя мощности, называемая схемой усилителя большого сигнала, связана с тем, что она потребляет энергию от источника постоянного тока, подключенного к выходу, и преобразует ее в подходящий синусоидальный сигнал или сигнал переменного тока. Усиление мощности невозможно, потому что это противоречит законам физики. Чтобы добиться высокого усиления мощности, схема должна соответствовать следующему требованию.

   1. При усилении мощности в транзисторе во время работы выделяется тепло, поэтому используются мощные транзисторы больших размеров, насколько это возможно.
   2. Транзистор с толстой базой не используется в качестве усилителя напряжения (меньшего размера), чтобы выдерживать большой ток.
   3. В основном для согласования импеданса используется трансформаторная пара.
   4. Сопротивление коллектора понижено.

   Нравится:

   Нравится Загрузка …

   Основы конструкции усилителя

   »Примечания по электронике

   Усилители

   являются одним из основных строительных блоков в электронных схемах, особенно аналоговых схемах, где они обеспечивают увеличение уровня сигнала.

   ---

   Концепции конструкции усилителя Включает:
   Основные концепции Классы усилителя

   ---

   Усилитель – это термин, который используется для описания схемы, которая увеличивает уровень входящего в нее сигнала.

   Усилители

   используются в самых разных областях, от аудиоприложений до радиочастот.

   Однако для всех усилителей, будь то усилители постоянного тока, аудио, радиочастоты, слабого сигнала, большого сигнала или для любого другого применения, существует множество общих соображений.

   Электронные усилители можно классифицировать по-разному. Они могут иметь высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление, они могут иметь множество различных режимов смещения и рабочих режимов. Высокая мощность, низкий уровень шума, класс A, класс B, класс C и т. Д. Каждый тип выбирается для разных приложений.

   Обозначение схемы усилителя

   Обычный символ усилителя – это треугольник, который на общих блок-схемах часто включается в квадрат, как показано ниже.

   Часто символ усилителя, особенно когда он используется в самой цепи, изображается в виде треугольника, как показано ниже.

   Этот второй символ обычно используется для обозначения операционного усилителя или операционного усилителя в схеме.

   Основы конструкции усилителя

   Усилитель может быть изготовлен разными способами. Они могут использовать биполярные транзисторы, полевые транзисторы и даже термоэлектронные лампы / вакуумные лампы. Усилители могут быть включены в какой-либо блок схем или интегральную схему. Они могут быть даже в виде операционных усилителей, операционных усилителей.

   Усилитель можно рассматривать как блок с двумя входными клеммами и двумя выходными клеммами.Поскольку заземление обычно является общим для входа и выхода, часто бывает только три клеммы: вход, выход и общий.

   Усиление, входное и выходное сопротивление усилителя
   Примечание. Хотя «холодные» концы входа и выхода обычно заземлены, они показаны здесь отдельно, поскольку это общая диаграмма

   Усилитель имеет три основных свойства:

   • Входное сопротивление – R _in : Входное сопротивление – это сопротивление, которое видит источник сигнала, когда он подается на вход усилителя.Входное сопротивление станет нагрузкой для источника. Случай, когда нагрузка является чисто резистивной, является особым случаем, и, как правило, это будет импеданс. Однако для целей этого объяснения он будет считаться резистивным.

     Входное сопротивление можно легко определить, измерив входной ток и напряжение и используя закон Ома для определения сопротивления.

   • Выходное сопротивление – R _out Выходное сопротивление – это сопротивление, которое можно считать находящимся внутри усилителя, как показано ниже.Он сформирует потенциальную сеть делителя с любой нагрузкой, приложенной к усилителю. Опять же, выход будет иметь ориентировочные и емкостные элементы, что означает, что это будет импеданс, но для большинства низкочастотных приложений и для этого объяснения его можно рассматривать как резистивный.

     Выходное сопротивление может быть определено путем измерения выходного напряжения в условиях холостого хода, а затем в условиях нагрузки, то есть с приложенной нагрузкой. Зная напряжение холостого хода, сопротивление нагрузки и падение напряжения на внутреннем сопротивлении под нагрузкой, можно определить выходное сопротивление источника.

   • Gain: Коэффициент усиления усилителя, очевидно, является ключевым элементом его характеристик.
     Коэффициент усиления усилителя Обычно ключевым фактором, представляющим интерес, является коэффициент усиления по напряжению A _В . Это определяется как выходное напряжение, деленное на входное: Часто внутри усилителя форма волны может быть инвертирована, и это выражается в том факте, что коэффициент усиления отрицательный. Другими словами, если бы усилитель имел абсолютное значение коэффициента усиления 5, но он инвертировал сигнал, для входа 1 вольт выход был бы -5 вольт, а при вводе в уравнение это дало бы коэффициент усиления -5. .
     Выходное напряжение усилителя инвертировано, т. Е. На 180 ° не совпадает по фазе с входом. Также возможно иметь коэффициент усиления по току в цепи. Это особенно полезно, когда необходимо управлять нагрузкой с низким сопротивлением. Необходимо повышать уровень тока, часто сохраняя напряжение на том же уровне. Такие схемы, как повторители эмиттера биполярных транзисторов, повторители на полевых транзисторах, буферы операционных усилителей со 100% обратной связью, и для этого используются лампы / клапаны, схемы, которые подходят для этого, обычно являются катодными повторителями.При использовании схемы для обеспечения усиления по току часто необходимо убедиться, что схема имеет достаточную мощность возбуждения. Хотя схема может обеспечивать уровень усиления по току для низких уровней тока, в некоторых случаях они могут не обеспечивать высокие уровни тока, которые могут потребоваться в некоторых случаях. Используя очень очевидный пример, небольшой буфер операционного усилителя не сможет управлять большим громкоговорителем самостоятельно.

   Коэффициент усиления и конструкция усилителя

   Иногда бывает полезно определить коэффициент усиления по мощности, обеспечиваемый усилителем, при его тестировании или проектировании.Это часто представляет большой интерес для усилителей РЧ, особенно используемых в передатчиках.

   Поскольку мощность – это напряжение, умноженное на ток в цепи, выигрыш в мощности может быть просто выражен как произведение двух.

   Коэффициент усиления, Ap = Av × Ai

   При указании коэффициента усиления усилителя его обычно выражают в децибелах:

   Коэффициент усиления мощности в дБ, ap = 10log (Ap)

   Также можно использовать уровни напряжения и тока, чтобы получить усиление, выраженное в дБ, но необходимо учитывать любые изменения импеданса.

   Примечание о децибелах:

   Децибел, десятая часть бел, представляет собой логарифмический способ сравнения двух уровней мощности. Поскольку многие величины в электронике сильно различаются, этот логарифмический формат очень полезен.

   Подробнее о децибел.

   КПД усилителя

   Одним из важнейших конструктивных параметров любого усилителя является его КПД. Это может быть особенно важно для оборудования с батарейным питанием, для которого важен срок службы батарей.

   КПД усилителя – это, по сути, выходная мощность, деленная на входную. Обычно в качестве входной мощности принимается мощность постоянного тока, подаваемая на усилитель.

   КПД также выражается в процентах. Таким образом, базовая эффективность усилителя, учитывающая только вход постоянного тока, может быть взята следующим образом:

   КПД = Выходная мощность сигнала Вход постоянного тока 100%

   Уровень эффективности усилителя будет зависеть от множества факторов, включая класс усилителя, насколько близко к направляющим распространяется выходной сигнал, потери в цепи и т. Д..

   Классы усилителя

   Ссылки на классы усилителей, включая Класс A, Класс B, Класс C, Класс AB и другие, часто можно увидеть при исследовании формы усилителя. При проектировании усилителя класс часто является одним из элементов, которые появляются в начале цикла проектирования.

   Изменяя способ смещения усилителя, можно изменить способ его работы и повысить уровень эффективности, но часто за счет количества создаваемых искажений.

   Некоторые из основных классов усилителей перечислены ниже:

   • Класс A: Для усилителя класса A он смещен так, что он проводит на протяжении всего цикла формы волны.Он обеспечивает линейный выход с наименьшими искажениями, но при этом имеет наименьший уровень эффективности. Максимальный теоретический КПД составляет 50%, но этот уровень достигается редко, и уровни эффективности 20% или менее не являются неожиданными.
   • Класс B: Усилитель класса B смещен так, что он проводит более половины формы волны. Используя два усилителя, каждый из которых проводит половину сигнала, можно охватить весь сигнал. КПД намного выше, но усилитель класса B страдает от так называемых кроссоверных искажений, когда одна половина усилителя отключается, а другая начинает действовать.Это происходит из-за нелинейностей, возникающих вблизи точки выключения. Хотя максимальная теоретическая эффективность усилителя класса B составляет 78,5%, типичные уровни эффективности намного ниже.
   • Класс AB: Как и следовало ожидать, усилитель класса AB находится между классом A и классом B. Он стремится преодолеть перекрестные искажения путем небольшого включения транзисторов в их состоянии покоя, чтобы они проводили немного больше. чем на половину цикла, тем самым преодолевая кроссоверные искажения.
   • Класс C: Усилитель класса C смещен так, что проводит меньше половины цикла. Это приводит к очень высоким уровням искажений, но также позволяет достичь очень высокого уровня эффективности. Этот тип усилителя может использоваться для РЧ-усилителей, которые передают сигнал без амплитудной модуляции – его можно без проблем использовать для частотной модуляции. Гармоники, создаваемые усилителем, эффективно работающим в режиме насыщения, могут быть удалены фильтрами на выходе.Эти усилители не используются для аудио приложений из-за уровня искажений.

   Существуют и другие классы усилителей, но в них используются несколько иные методы.

   Усилители

   – одна из наиболее широко используемых схем – они используются для аудио, постоянного тока, радиочастоты и очень многих других приложений. Это одни из самых распространенных аналоговых схем. Существует огромное количество разнообразных схем, независимо от того, используются ли они с операционными усилителями, биполярными транзисторами, полевыми транзисторами даже старых электронных ламп / термоэмиссионных ламп.

   Какие бы устройства ни использовались в схеме, основные принципы одинаковы, и их можно применять независимо от типа используемого устройства.

   Другие схемы и схемотехника:
   Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
   Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

   Схема усилителя мощности класса A – Теория | Типовой проект дома

   Усилитель мощности класса А.

   Усилитель мощности класса A – это тип усилителя мощности, в котором выходной транзистор постоянно включен, а выходной ток течет в течение всего цикла формы входной волны. Усилитель мощности класса A является самой простой из конфигураций усилителей мощности. Они обладают высокой точностью воспроизведения и полностью невосприимчивы к кроссоверным искажениям. Несмотря на то, что усилители мощности класса A имеют несколько хороших характеристик, они не являются лучшим выбором из-за их низкой эффективности. Поскольку активные элементы (транзисторы) постоянно смещены в прямом направлении, через них будет протекать некоторый ток даже при отсутствии входного сигнала, и это основная причина неэффективности.Выходные характеристики усилителя мощности класса A показаны на рисунке ниже.

   Из приведенного выше рисунка ясно, что точка Q расположена точно в центре линии нагрузки постоянного тока, а транзистор проводит ток для каждой точки входной волны. Теоретический максимальный КПД усилителя мощности класса A составляет 50%. На практике при емкостной связи и индуктивных нагрузках (громкоговорители) КПД может упасть до 25%. Это означает, что 75% мощности, потребляемой усилителем от линии питания, тратится впустую.Большая часть потерянной мощности теряется в виде тепла на активных элементах (транзисторе). В результате даже умеренно мощный усилитель мощности класса A требует большого блока питания и большого радиатора.

   Схема усилителя мощности класса А.

   Принципиальная схема двухкаскадного несимметричного усилителя мощности класса A показана выше. R1 и R2 – резисторы смещения. Они образуют сеть делителей напряжения, которая подает на базу транзистора напряжение на 0,7 В выше, чем «отрицательный максимальный размах амплитуды» входного сигнала.Это причина того, что транзистор включен независимо от амплитуды входного сигнала. Конденсатор Cin – это входной развязывающий конденсатор, который удаляет компоненты постоянного тока, присутствующие во входном сигнале. Если Cin отсутствует, а во входном сигнале присутствуют компоненты постоянного тока, эти компоненты постоянного тока будут напрямую связаны с базой транзистора и обязательно изменят условия смещения.

   Rc – резистор коллектора, Re – сопротивление эмиттера. Их значение выбирается таким образом, чтобы ток коллектора находился на желаемом уровне, а рабочая точка располагалась в центре линии нагрузки при условии нулевого сигнала.Размещение рабочей точки как можно ближе к центру линии нагрузки очень важно для работы усилителя без искажений. Cc – это конденсатор связи, который соединяет два каскада вместе. Его функция – блокировать прохождение компонентов постоянного тока от первой ступени ко второй ступени.

   Ce – это шунтирующий конденсатор эмиттера, функция которого заключается в шунтировании составляющих переменного тока в токе эмиттера во время работы усилителя. Если Ce нет, компоненты переменного тока будут падать на эмиттерный резистор, что приведет к снижению коэффициента усиления (дегенеративная обратная связь).Самое простое объяснение состоит в том, что дополнительное падение напряжения на Re будет добавлено к напряжению база-эмиттер, а это означает, что для прямого смещения транзистора требуется дополнительное прямое напряжение.

   Cout – выходной конденсатор связи, который связывает выход с нагрузкой (громкоговорителем). Cout блокирует попадание компонентов постоянного тока второй ступени в нагрузку (громкоговоритель). Конденсатор связи Cout, Cin и Cc ухудшает низкочастотную характеристику усилителя. Это связано с тем, что эти конденсаторы образуют фильтры верхних частот вместе с входным сопротивлением последующих каскадов, что приводит к ослаблению низкочастотных компонентов.Формы входных и выходных сигналов двухкаскадного усилителя RC-пары показаны на рисунке ниже.

   Преимущества усилителя мощности класса А.

   • Класс А самая простая конструкция.
   • Высокая точность, потому что входной сигнал будет точно воспроизводиться на выходе.
   • Поскольку активное устройство работает постоянно, время на включение не требуется, и это улучшает высокочастотный отклик.
   • Поскольку активное устройство проводит весь цикл входного сигнала, переходных искажений не будет.
   • Несимметричная конфигурация может быть практически реализована в усилителе класса А. Несимметричный означает только одно активное устройство (транзистор) в выходном каскаде.

   Недостатки усилителя мощности класса А.

   • Главный недостаток – низкая эффективность.
   • Действия по повышению эффективности, такие как трансформаторная связь и т. Д., Влияют на частотную характеристику.
   • Мощные усилители мощности класса A дороги и громоздки из-за большого блока питания и радиатора.

   Трансформаторный усилитель мощности класса А.

   Усилитель, в котором нагрузка соединяется с выходом с помощью трансформатора, называется усилителем с трансформаторной связью. Использование трансформаторной связи позволяет значительно повысить эффективность усилителя. Трансформатор связи обеспечивает хорошее согласование импеданса между выходом и нагрузкой, и это основная причина повышения эффективности. Согласование импеданса означает, что выходной импеданс усилителя равен входному сопротивлению нагрузки, и это важный критерий для передачи максимальной мощности.Принципиальная схема типичного одноступенчатого усилителя класса A показана на схеме ниже.

   Согласование импеданса может быть достигнуто путем выбора количества витков первичной обмотки так, чтобы ее чистый импеданс был равен выходному сопротивлению транзисторов, и выбора количества витков вторичной обмотки таким образом, чтобы ее чистый импеданс был равен входному сопротивлению громкоговорителей.

   Преимущества усилителя с трансформаторной связью.

   • Главное преимущество – повышение эффективности.
   • Обеспечивает хорошую изоляцию по постоянному току, поскольку нет физического соединения между выходом усилителя и нагрузкой. Аудиосигналы передаются с одной стороны на другую за счет индукции.

   Недостатки трансформаторного усилителя.

   • Достаточно сложно сделать / найти точно подходящий трансформатор.
   Трансформаторы
   • громоздкие, что увеличивает стоимость и размер усилителя.
   • Обмотка трансформатора не обеспечивает сопротивления постоянному току.Если на выходе усилителя присутствуют какие-либо компоненты постоянного тока, они будут проходить через первичную обмотку и насыщать сердечник. Это приведет к снижению активности трансформатора.
   • Трансформаторная муфта снижает низкочастотную характеристику усилителя.
   • Трансформаторная муфта вызывает гудение на выходе.
   • Трансформаторная муфта может использоваться только для небольших нагрузок.

   Схема усилителя 150 Вт

   Схема недорогого усилителя мощностью 150 Вт

   В этом проекте мы создаем простую схему усилителя мощностью 150 Вт.

   Описание

   Это самая дешевая схема усилителя на 150 Вт, которую вы можете сделать, я думаю. Основанная на двух силовых транзисторах Дарлингтона TIP 142 и TIP 147, эта схема может обеспечить выдачу 150 Вт Rms на динамик 4 Ом. ; затем попробуйте это.

   TIP 147 и 142 – это дополняющие друг друга транзисторы пары Дарлингтона, которые могут выдерживать ток 5 А и 100 В, известные своей прочностью. Здесь два транзистора BC 558 Q5 и Q4 подключены как предварительный усилитель, а TIP 142, TIP 147 вместе с TIP41 (Q1, Q2, Q3) используются для управления динамиком.Эта схема спроектирована настолько прочно, что ее можно собрать даже на перфорированной плате или даже при помощи пайки выводов. Схема может питаться от двойного источника питания +/- 45 В, 5 А. Вы должны попробовать эту схему. Она отлично работает. !

   Блок предусилителя этой схемы основан на Q4 и Q5, которые образуют дифференциальный усилитель. Использование дифференциального усилителя во входном каскаде снижает шум, а также обеспечивает возможность применения отрицательной обратной связи. Таким образом улучшаются общие характеристики усилителя.Входной сигнал подается на базу Q5 через разделительный конденсатор постоянного тока C2. Напряжение обратной связи подается на базу Q4 от перехода резисторов 0,33 Ом через резистор 22 кОм. Комплементарный двухтактный каскад класса AB построен на транзисторах Q1 и Q2 для управления громкоговорителем. Диоды D1 и D2 смещают дополнительную пару и обеспечивают работу класса AB. Транзистор Q3 управляет двухтактной парой, а его база напрямую соединена с коллектором Q5.

   Принципиальная электрическая схема и список деталей. Принципиальная схема усилителя мощностью 150 Вт Печатные платы

   для этого проекта можно заказать через PCBWay . В ближайшее время мы загрузим образец файла печатной платы (для загрузки).

   Примечания.
   • Помните, что TIP 142 и 147 – это пары Дарлингтона. Они для простоты показаны на рисунке как обычные транзисторы. Так что не запутайтесь. Даже если внутри каждого из них 2 транзистора, 2 резистора и 1 диод, только три контакта, база эмиттер и коллектор выходят наружу.Остальные подключаются внутри, так что для простоты можно принять каждый из них как транзистор.
   • Используйте хорошо регулируемый и фильтрованный источник питания.
   • Подключите 10K POT последовательно ко входу в качестве регулятора громкости, если вам нужно. Не показано на принципиальной схеме.
   • Все электролитические конденсаторы должны быть рассчитаны на напряжение не менее 50 вольт.

   Источник питания для этой схемы.

   Нерегулируемый двойной источник питания A + 40 / -40 для питания этого усилителя показан ниже. Этого блока питания достаточно только для питания одного канала, а для стереосистем удваивают номинальные токи трансформатора, диодов и предохранителей.

   Блок питания для этого проекта
   TIP 142 & 147 Внутренняя схема и распиновка. СОВЕТ 142-СОВЕТ 147 Схема выводов со схемами

   Примечание: – Мы объяснили, как создать схему этой схемы и ее печатной платы с помощью онлайн-инструмента EDA – EasyEDA . Вы можете прочитать статью, чтобы понять, как нарисовать и разработать печатную плату этой схемы.

   У нас есть более подробный список схем усилителей, которые вы можете посетить;

   1.Схема стереоусилителя 2 х 60 Вт – разработана с использованием LM4780, ИС аудиоусилителя, которая может выдавать выходную мощность 60 Вт RMS на канал на динамики с сопротивлением 8 Ом. Преимущества использования этой ИС – низкий уровень гармонических искажений по сравнению с другими усилителями ИС аналогичной категории и степень отклонения источника питания 85 дБ. Кроме того, для этого требуется минимум компонентов и встроенная функция отключения звука.

   2. Схема усилителя наушников – Это простая схема, в которой используются только 3 транзистора, которые можно использовать для управления наушниками.Он может быть легко собран любым и может питаться от батареи на 3 вольта.

   3. Схема усилителя на МОП-транзисторе – В этой схеме используются два МОП-транзистора и один транзистор; что позволяет легко построить схему. Он может обеспечить выходную мощность 18 Вт на динамик 8 Ом или 30 Вт на динамик 4 Ом; Вы можете делать это так, как вам нравится. Еще одно преимущество этой схемы – минимальное использование компонентов.

   4. Усилитель мощностью 40 Вт с использованием TDA1514 – TDA1514 – это высококачественный высококачественный усилитель от Philips.Требуется двойное питание + 25 / -25 В. Преимуществами использования TDA1514 являются низкий коэффициент нелинейных искажений, функция отключения звука в режиме ожидания, тепловая защита и другие функции. Он может обеспечить выходную мощность 40 Вт на динамик с сопротивлением 8 Ом. Для желаемой надежности этой схемы вам понадобится подходящий радиатор.

   5. Схема стереоусилителя 2 x 32 Вт – Эта схема построена с использованием TDA2050, который представляет собой микросхему аудиоусилителя класса AB мощностью 32 Вт (монолитную). Эта ИС имеет множество функций, таких как тепловое отключение, низкий коэффициент нелинейных искажений, защита от короткого замыкания и т.