Режимы работы усилителей a b c d. Классы усилителей мощности общие теоретические сведения

Усилители класса А. Предварительные, маломощные каскады усиления напряжения и (или) тока не потребляют много электроэнергии и строятся поэтому с использованием самого простого, распространенного и хорошо понятного подхода. При этом все активные элементы схемы (т. е. транзисторы или лампы) потребляют от источника питания максимальный ток, независимо от того, присутствует ли на входе и выходе усилителя полезный сигнал. Усилители с таким режимом работы называют усилителями «класса А».

Все усилители имеют встроенные конденсаторы, хотя высокопроизводительные усилители используют более крупные, более эффективные. к кабелю питания перед тем, как он достигнет вашего усилителя. Отношение сигнал-шум измеряется в взвешенных абсолютных децибелах при задании 1 Вт на 4 Ом. Это касается как внешних усилителей, так и усилителей внутри приемников в тире.

Классы усилителей Усилитель классифицируется в соответствии со схемой его схемы и способом включения его выходных каскадов. Хотя некоторые могут предположить, что для каждой части входного сигнала имеется соответствующий 100% выходной сигнал от усилителя, рассеивание мощности и искажение аудиосигнала являются двумя ключевыми факторами при определении эффективности и точности усилителя. Каждый класс обладает своими характеристиками и преимуществами.

Классы усилителей мощности

Усилитель класса А обеспечивает наиболее высокое качество звуковоспроизведения и широко используется во всех каскадах современных ламповых усилителей, претендующих на категорию Hi-End. Недостатком усилителей класса А является низкий КПД: обычно не более 10 %.

Это значит, что усилитель с выходной мощностью 50 Вт будет непрерывно потреблять от домашней сети 500 Вт электрической мощности. Вся мощность, не преобразованная в звуковые колебания, выделяется на компонентах усилителя (транзисторы, лампы, резисторы и т. д.) в виде тепла. Стереофонический усилитель класса Л с мощностью по 50 Вт на канал превращается по своей тепловой эффективности в электроплитку или электрокалорифер.

Усилители класса А желательны для высокого качества их звука, но из-за конфигурации его транзисторов чистый усилитель класса А является неэффективным и работает очень горячим. Это связано с тем, что даже когда нет звукового сигнала, выходные транзисторы всегда пропускают через них ток. Ток, протекающий через выходные транзисторы, заставляет усилитель нагреваться без необходимости и «отходы» входной энергии. Схема не воспроизводит самую высокую и самую нижнюю части сигнала, «отсекая» круглые вершины и днища музыкальных сигналов, оставляя их квадратными и вводя огромное количество искажений в выходной сигнал.

По этой причине усилители класса А часто проектируют с мощностью не более 10 Вт на канал. Выходной каскад, работающий в классе А, содержит единственный активный элемент. Поэтому такой выходной каскад часто называют однотактным. Иногда для увеличения выходной мощности в однотактных усилителях применяют 2 или 3 одинаковых элемента, соединенных параллельно.

Обрезание можно услышать как хрустящий или оловянный звук на музыкальных пиках. Обрезанный сигнал, особенно тот, который был усилен, может быть очень разрушительным для ваших динамиков и подложек. Точка кроссовера В фильтрах верхних частот, фильтрах нижних частот и кроссоверах точка кроссовера представляет собой частоту, на которой уровень выходного сигнала был уменьшен на 3 дБ, наполовину его уровень мощности.

Наклон выражается как децибелы на октаву. Пересечение 6 дБ на октаву снижает уровень сигнала на 6 дБ в каждой октаве, начиная с точки пересечения. Это означает, что каждый раз, когда частота звукового сигнала изменяется в 2 раза, уровень аудиосигнала изменяется на 6 дБ. Например, если ваш фильтр нижних частот установлен на частоте 80 Гц с наклоном 6 дБ, вы увидите падение уровня 6 дБ на частоте 160 Гц.

В усилителе с выходным каскадом, работающим в классе А, через выходную лампу или выходной транзистор постоянно протекает максимальный ток. При подаче полезного сигнала на вход этого каскада (сетка лампы, затвор или база транзистора) электрические характеристики активного элемента изменяются. Это приводит к перераспределению тока, потребляемого от источника питания, между выходным каскадом и подключенным к нему громкоговорителем.

При наклонах 12 дБ и выше вы услышите небольшой вывод за пределами точки пересечения. Ток Ток, измеренный в амперах, описывает количество электрического заряда, проходящего через цепь в секунду. Чтобы выпустить необходимое количество энергии, необходимое для успешного управления громкоговорителями или вспомогательным устройством, в то время как ограничение на низкое напряжение электрической системы автомобиля, усилитель будет потреблять и выделять большие объемы тока. Высокий ток, присутствующий в силовой проводке автомобильного усилителя, опасен, поэтому использование проводов правильного размера и предохранителей имеет решающее значение для безопасности вас и вашего автомобиля.

Усилитель класса В

Поскольку в усилителе мощности основная мощность потребляется оконечным каскадом, изменяя режим работы этого каскада, можно значительно уменьшить общую потребляемую мощность. Такой подход применяется для построения двухтактных усилителей.

Усилитель с хорошим демпфированием звучит чисто, без намека на непреднамеренные эхо-сигналы или реверберации. Чем выше коэффициент затухания, тем выше точность. И не забывайте - он затухает, а не увлажняет. Децибел Стандартная единица измерения для выражения относительных разностей мощности или амплитуды. Децибел описывает отношение между величиной измерения и контрольной точкой. Со звуком он часто представляет громкость или уровень звукового давления. Один дБ - это наименьшее изменение громкости, которое может обнаружить большинство людей.

В выходном каскаде двухтактного усилителя содержится минимум два активных элемента, один из которых усиливает только положительную, а второй - только отрицательную компоненты входного сигнала.

В таком каскаде при отсутствии сигнала ток через выходные транзисторы или лампы вообще не протекает. Двухтактный каскад наиболее легко реализуется с помощью транзисторов с разным типом проводимости (электронного и дырочного типа). Пару идентичных по характеристикам, но различных по типу проводимости транзисторов называют комплементарными.

Разница в 1 дБ едва заметна, но разница в 10 дБ велика - громкость динамика на 10 дБ выше будет звучать примерно в два раза громче. Другое значение дБ: для любого заданного набора громкоговорителей, каждый уровень громкости на 3 дБ требует удвоения мощности усилителя.

Типичные искаженные звуки включают слышимые гул, попсы, звуки и голоса, которые кажутся колючими, а трещины в барабане трескаются. Искажение чаще всего возникает из-за слишком громкой игры. Эффективность Эффективность усилителя заключается в том, насколько он выделяется по сравнению с тем, сколько он потребляет.

К сожалению, комплементарных пар ламп не существует, так как все лампы используют исключительно электроны, в отличие от полупроводниковых приборов, где возможна т. н. дырочная проводимость за счет направленной миграции вакансий в электронной подсистеме кристалла.

Но во внутренней схеме усилителя выходные сигналы часто возвращаются в секцию ввода, чтобы уменьшить шум и искажения. Частотный отклик В звуке «частота» - это другое слово для «примечания» или тонального сигнала. Частотная характеристика аудиоустройства - это показатель того, насколько хорошо устройство обрабатывает все ноты в звуковом спектре, от самого низкого до наибольший.

Предохранители Предохранители существуют, чтобы сохранить вашу проводку, ваш автомобиль и вашу жизнь от сжигания в случае короткого замыкания или другой катастрофической перегрузки. Вы всегда должны подключать свой основной кабель питания как можно ближе к аккумулятору, поэтому в случае аварии у вас не будет живого и опасного провода на вашем автомобиле. Замена пятидолларового предохранителя намного дешевле чем замена вашего автомобиля. Страховые компании, вероятно, не будут покрывать ущерб, вызванный небрежностью, которую не устанавливает плавкий предохранитель.

Поэтому реализация двухтактного каскада на лампах требует применения специальных выходных трансформаторов с симметричными обмотками. Усилитель с двухтактным выходным каскадом, работающим в указанном режиме, называют усилителем «класса В». По-английски двухтактный усилитель называют «push-pull amplifier» (буквально - «тяни-толкай»).

Правильная настройка усиления снижает фоновый шум и предотвращает «отсечение» усилителя, что может повредить динамики. Он завершает питание системы от батареи, через усилитель и обратно к батарее. В автомобильной электронике металлическая рама автомобиля заземляется. Это то, к чему подключен отрицательный вывод батареи. В автомобильном аудио разъемы с заземлением несут ответственность за больше проблем, чем что-либо еще.

Убедитесь, что ваш усилитель плотно заземлен на основном шасси вашего автомобиля, вся грязь и краска удаляются при контакте. Имея небольшой запас по высоте, ваш усилитель не может воспроизводить внезапные всплески энергичной музыки очень хорошо. Чем мощнее ваш усилитель, тем больше у него будет запас. Теплоотвод Теплоотвод - это металлическая структура, используемая в электронике для отвода тепла от критических компонентов и рассеивания ее в воздух, обычно через охлаждающие ребра.

Усилители класса АВ

Разновидность усилителя класса В с небольшим (менее 10 % от максимального) начальным током выходного каскада для уменьшения искажений называют усилителем «класса АВ». К этому классу относится подавляющее большинство всех промышленных транзисторных усилителей, а также ламповых усилителей мощностью более 20 Вт.

Фильтр верхних частот Фильтр верхних частот представляет собой электронную схему, которая удаляет все примечания ниже настройки частоты фильтра. Например, фильтр верхних частот, установленный на частоте 100 Гц, позволит всем сигналам выше 100 Гц по частоте проходят через, но блокируют все менее 100 Гц. Фильтры верхних частот в основном используются для блокировки басовых нот от искажения через автомобильные динамики и твитеры.

Импеданс импеданса - это сопротивление или сопротивление потоку переменного тока катушкой, индуктором или электрической цепью на заданной частоте. Импеданс измеряется в омах. Несмотря на то, что производители автомобильных аудиосистем обозначают импеданс большинства автомобильных динамиков при 4 Ом, импеданс динамика на самом деле не является постоянным. Фактически импеданс изменяется с частотой и может сильно различаться. Поэтому, хотя 4-Ом является стандартным импедансом в автомобильном аудио, этот стандарт является скорее средним сопротивлением для громкоговорителей и усилителей при управлении в пределах части спектра звука, для которого они разработаны.

Типичное значение КПД усилителя класса В или АВ составляет примерно 50 %. То есть, усилитель, отдающий в нагрузку 50 Вт мощности, потребляет 100 Вт от домашней сети. Подчеркнем: в момент появления сигнала. При отсутствии сигнала и при его малых значениях потребляемая мощность задается током покоя выходных элементов и может составлять от 1 до 10 % от максимальной полезной мощности. Таким образом, двухтактные усилители класса В или АВ оказываются намного экономичнее усилителей класса А.

Нагрузка Усилитель видит динамик или подсистему в качестве рабочей нагрузки, которая повышает сопротивление ее выходу. Чем выше импеданс громкоговорителя, тем больший вес усилителя воспринимается. Усилители предназначены для работы с определенными нагрузками. Слишком тяжелая нагрузка, а усилитель болота вниз и не может полностью использовать динамик. Слишком легкая нагрузка, и усилитель работает, крадуя электроэнергию от электрической системы и перегревая.

Громкость Громкость - это субъективное восприятие, связанное с уровнем звукового давления, но никто точно не знает, как именно. Фильтр нижних частот Фильтр нижних частот представляет собой электронную схему, которая удаляет все примечания над настройкой частоты фильтра. Фильтр нижних частот, установленный, например, на частоте 100 Гц, блокирует записи выше 100 Гц и позволяет Фильтры нижних частот в основном используются для сохранения высоких заметок от сабвуферов.

Двухтактный выходной каскад при высокой симметрии «плеч» обеспечивает подавление в выходном сигнале четных гармоник. Это существенно понижает общий коэффициент нелинейных искажений по сравнению с однотактными усилителями. Снижение уровня гармоник происходит, главным образом, за счет подавления второй гармоники, доминирующей обычно в спектре искажений «однотактников». Иногда в двухтактных усилителях класса АВ используют большое значение тока покоя, переводя усилитель в класс А для малых сигналов, соответствующих выходной мощности около 1 Вт.

Моно усилители Моноусилители - это одноканальные усилители, хорошо подходящие для низкочастотных приложений, поскольку человеческое ухо не может отличить стерео в экстремальном диапазоне низких частот. Кроме того, поскольку моно усилители устойчивы к 2 Ом, вы можете безопасно подключить их к двум 4-омным низкочастотным динамикам, подключенным параллельно.

Единица измерения сопротивления или сопротивления. Это говорит о том, насколько устройство будет противостоять текущему току. Если вы берете два сигнала с точно такой же силой напряжения и посылаете один на 4-омный динамик, а другой на 8-омный динамик, в 4-омном динамике будет протекать в два раза больше тока.

Многие эксперты отмечают особую важность качества «первого ватта» для повышения естественности звуковоспроизведения. Важность первого ватта связана с тем, что при типичной чувствительности головки громкоговорителя на уровне 90 дБ/Вт мощности в 1 Вт достаточно для комфортного прослушивания негромкой (камерной, джазовой) музыки. В рекламных целях некоторые производители объявляют усилители такого типа усилителями класса А, что не совсем верно, если не уточняется до какого уровня мощности действительно сохраняется режим класса А.

Другими словами, 8-омный динамик потребует в два раза больше энергии для воспроизведения на том же громкости. Наличие правильной полярности означает, что аккумулятор подключен правильно - положительный к мощности, отрицательный - к земле - и что все громкоговорители подключены, поэтому их положительные клеммы подключаются к положительным клеммам усилителя и к отрицательным клеммам к отрицательным клеммам усилителя. Последнее гарантирует, что все конусы динамиков будут двигаться вперед по положительным электрическим импульсам и назад на отрицательные импульсы.

Усилители класса D,G,H,T

Существуют и другие классы усилителей, предназначенные для усиления звука с максимально возможным КПД. Они обозначаются буквами D, G, Н, Т. В высококачественной аппаратуре такие типы усилителей не используются.

Фаза, которая часто путается с полярностью, описывает акустическое выравнивание звуковых волн, в то время как полярность описывает, как громкоговорители соединены вместе. Это произведение количества электрического тока и давления на этот ток. Теперь они стали отраслевым стандартом для объединения потребительских электронных компонентов вместе.

Сопротивление Противоположность потоку электрического тока. Сопротивление измеряется в Ом. Производители стереочастот часто демонстрируют максимальную мощность на лицевой стороне своих продуктов. Пиковая мощность указывает максимальную мощность, которую усилитель может подавать в виде короткой вспышки во время музыкального пика, как драматический ударный удар.

При этом некоторые из них могут иметь объективно высокие параметры (например, низкое значение коэффициента нелинейных искажений). Усилители класса Н в виде мощных интегральных схем используются в некоторых конструкциях автомобильных сабвуферов. Усилители класса D используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ): преобразование сигнала на входе в последовательность коротких импульсов различной длительности и обратное восстановление на выходе усилителя.

Несколько лет назад появились ШИМ-усилители с обозначением «класс Т» в виде мощных интегральных схем и были разрекламированы как высококачественные системы. Автор этой книги приобрел такой усилитель. При напряжении питания 12 В усилитель отдавал в нагрузку до 10 Вт мощности, рассеивая на корпусе микросхемы всего 1 Вт (т. е. КПД около 90 %!). Однако звучание усилителя качественным назвать нельзя: при прослушивании создается впечатление, что кроме музыки в помещении непрерывно работает распылительный аэрозольный баллончик.

Мостовые усилители

Для повышения мощности (в 2-4 раза) при неизменном напряжении источника питания иногда применяют мостовое включение двух полноценных усилителей. В этом случае на вход каждого усилителя подаются в противофазе две полные копии входного сигнала, а на нагрузке выходные напряжения складываются, что и обеспечивает в идеале 4-кратное увеличение выходной мощности. Для формирования двух противофазных копий входного сигнала требуется дополнительный каскад. В мостовом усилителе так же, как и в двухтактном выходном каскаде, подавляются четные гармоники.

Мостовые усилители широко используются в автомобильной аудиотехнике, позволяя получать до 50 Вт выходной мощности на нагрузке 2-4 Ом при напряжении питания 14 В. По мнению автора этой книги, сфера применения мостовых усилителей не должна ограничиваться низковольтными устройствами. Мостовые усилители хорошо звучат, и достигается это, по-видимому, не столько за счет снижения уровня четных гармоник, сколько из-за исключения связи силовой «земли» с нагрузкой. В мостовой схеме катушка громкоговорителя подключается непосредственно к двум «горячим», т. е. «неземляным» клеммам каждого из усилителей. Как известно, гальваническая связь сигнальной и силовой «земли» порождает помехи, связанные с воздействием переходных процессов на выходе усилителя на форму сигнала на его входе.

Обратная связь

В абсолютном большинстве транзисторных усилителей достижение высоких объективных (т. е. измеряемых с помощью электронных приборов) характеристик (не звучания, а именно характеристик) достигается применением глубокой общей отрицательной обратной связи (ООС), охватывающей полностью усилитель мощности с входной чувствительностью около 1 В. Альтернативный подход, сторонником которого является и автор этой книги, состоит в отказе от общей ООС в аудиоусилителях. Поэтому, кроме классификации по режиму работы оконечного каскада (класс А, В, и т. д.), усилители классифицируют еще и по наличию-отсутствию общей ООС.Все рекомендуемые ламповые каскады работают в классе А. А вот для оконечных транзисторных каскадов будут предложены варианты как класса А, так и класса АВ.

Последние сообщения

Популярные сообщения


Обычно, высококачественные усилители мощности (Hi-Fi) усиливают сигнал аудио систем в выходных каскадах для управления нагрузкой динамика. Последний, как правило, имеет сопротивление 4 или 8 ом, поэтому, УНЧ должен уметь работать с высокими пиковыми токами, требуемыми для управления низким импедансом акустических систем.

Для различия электрических параметров УНЧ их классифицируют в соответствии с их схемотехникой и способами работы. Классы усилителей - это термин в электронике и звукотехнике, используется для дифференциации между типами различных усилителей.

Классы усилителей представляют собой сумму выходного сигнала, который изменяется в зависимости от схемы усилителя в течение одного цикла работы при возбуждении синусоидальным сигналом следующим на вход УНЧ.

Классы усилителей лежат в основном в двух группах. Первые в классическом исполнении усилители мощности, образуют более общие классы усилителей A, B, AB и C. В основном строятся на транзисторной, ламповой и гибридной схемотехнике.

Второй основной класс усилителей это новые УНЧ класса D, E, F, G, S, T и т.д., схемотехника которых базируется на цифровых схемах и широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Наиболее широко распространенный тип УНЧ в основном благодаря своей схемотехнической простоте. Класс А, в принципе «лучший класс» усилителя, т.к именно в них наиболее низкий уровень искажений сигнала и наилучшее звучания. Кроме того усилитель класса А имеет максимальную линейность и поэтому работает в линейном участке кривой характеристик.

Основным минусом УНЧ класса А является их низкий КПД: обычно не выше 10 %. Т.е предположим что если у нас есть УНЧ с выходной мощностью 50 Вт, то он будет непрерывно потреблять от питающей сети 500 Вт. Т.к не вся мощность, преобразуется в звуковые колебания, большая ее масса выделяется на элементах усилителя (лампы, транзисторы, сопротивления, конденсаторы и т. д.) в виде тепловых потерь.



По этой причине усилители класса А обычно разрабатывают с мощностью не выше 10 Вт на канал. Выходной каскад, работающий в классе А, содержит только один активный элемент. Поэтому такой выходной каскад обычно называют однотактным. В отдельных случаях, когда требуется большая выходной мощности в однотактных УНЧ используют 2 или 3 одинаковых активных компонента, соединенных параллельно.

В УНЧ с выходным каскадом, работающим в классе А, через выходной транзистор постоянно идет максимальный ток. При поступление на вход полезного сигнала на вход этого каскада (база или затвор транзистора, сетка лампы) электрические характеристики активного радиокомпонента изменяются. Это вызывает перераспределению тока, потребляемого от блока питания, между выходным каскадом и подключенным к нему акустической системы.

УНЧ класса B были созданы решения эффективности и проблем с нагревом у выше описанного типа. Усилитель мощности класса В использует два биполярных либо полевых транзистора для каждой половины сигнал, один из активных элементов усиливает только положительную, а второй - только отрицательную полуволну входного сигнала.



В таком усилительном каскаде при отсутствии полезного сигнала ток через выходные активные элементы совсем не протекает. Двухтактный каскад проще всего собрать с помощью комплементарных транзисторов с разным типом проводимости (электронного и дырочного типа). В ламповых вариантах все намного сложнее, т.к комплементарных пар ламп еще не придумали. Поэтому реализация двухтактного каскада в ламповом исполнении требует использования специальных выходных трансформаторов. Усилитель мощности с двухтактным выходным каскадом называют усилителем «класса В».

УНЧ класса B более эффективный, чем А, но при этом может создать искажения в точке пересечения нулевого уровня. Т.е часть сигнала, которая попадает в уровень до 0,7 вольт не воспроизводится не совсем точно, что делает подобные УНЧ непригодными для высокой точности звука.

Чтобы частично преодолеть это искажение при пересечении нуля (искажения) были разработаны УНЧ следующего вида:

К этому виду относится основная масса всех промышленных транзисторных и ламповых УНЧ мощностью более 20 Вт. КПД усилителя класса АВ (как и В) будет около 50 %. То есть, в момент появления сигнала УНЧ, отдающий в нагрузку 50 Вт мощности, потребляет 100 Вт от источника питания. При отсутствии или малых уровнях сигнала потребляемая мощность схемы УНЧ задается током покоя выходных компонентов и составляет 1 - 10 % от максимальной полезной мощности. Поэтому, двухтактные усилители (В и АВ) оказываются существенно экономичнее УНЧ типа А.



В подобных схемах два транзистора имеют некоторое небольшое напряжение смещения, обычно, от 5 до 10% от тока покоя для смещения этих активных компонентов чуть выше точки нулевого уровня.

Огромным плюсом этого небольшого напряжения смещения, созданного диодами или резисторами, заключается в том, что искажение кроссовера УНЧ в классе В будет преодолено. Т.е усилитель мощности класса АВ хороший промежуточный вариант между классом А и B с точки зрения линейности и эффективности.

Работа усилителя класса C задается выбором рабочей точки на характеристике прямой передачи таким образом, чтобы транзистор был закрыт, и для его открытия сигнал на входе должен превысить заданный уровень. В результате на выходе транзисторов протекает ток ограниченной снизу синусоиды с углом отсечки ниже 90°.

Как видно из графика выше, в данном случае усиливается только небольшая часть периода синусоиды, что приводит к сильным нелинейным искажениям и поэтому такой режим работы активного компонента подходит для усиления не всех видов сигнала. В роли УНЧ такую схему использовать нельзя.



Хотя их и нельзя использовать в роли усилителей мощности звуковой частоты, они очень эффективны для сигналов, в которых информация заложена в изменение фазы несущего колебания. Т.е при частотной модуляции или фазовой модуляции

Существуют и другие классы УНЧ, используемые для усиления звука с максимальным КПД. Они обозначаются буквами латинского алфавита D, G, Н, Т. В высококачественной звуковой технике такие типы УНЧ не применяют.

Так УНЧ класса Н в интегральном исполнении часто используются в схемах автомобильных сабвуферов. УНЧ класса D при усилении используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ), т.е преобразование входного сигнала в определенную последовательность коротких импульсов разной длительности и обратное их восстановление на выходе схемы.

Не так давно появились ШИМ-усилители класса Т выполненные в виде мощных микросхем с КПД около 90 %. Однако их звучание нормальным назвать нельзя, а при прослушивании формируется ощущение, что кроме музыки где-то неподалеку работает распылительный аэрозольный баллончик.



Данная схема класса D состоит из входного усилителя, обеспечивающего нужное сопротивление на входе, компаратора напряжения, на второй вход которого следует пилообразное напряжение и выходного каскада на комплементарных полевых транзисторах. Именно они и задают необходимую выходную мощность.

Микросхемы подобного класса обычно используются в недорагой портативной аппаратуре.

Подборка радиолюбительских конструкций и схем на различных микросборках УНЧ.

Похожие статьи

© 2019 evently.ru. Все о канализации и водоснабжении.