Підсилювач звукових частот

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Низькочастотний підсилювач Mission Cyrus 1
Підсилювач McIntosh MA6800
Схема простого двотактного підсилювача класу В з диференціальним каскадом на вході
všeobecná bloková schéma NF koncového stupňa v triede «AB»

Підси́лювач звукови́х часто́т (підсилювач чи звукопідсилювач, англ. audio amplifier, пол. wzmacniacz muzyczny) — електронний підсилювач, що підсилює малопотужні електричні сигнали звукового діапазону (звичайно від 20 Гц до 22 кГц, що відповідає діапазону чутих людиною акустичних коливань) до рівня, необхідного для роботи акустичних систем або гучномовців і є кінцевим активним елементом в системі отримання, обробки та підсилення сигналу.

Основні параметри[ред.ред. код]

Основними параметрами підсилювачів є такі:

  • амплітудно-частотна характеристика (клас Hi-fi вимагає АЧХ з відхиленням не більше -1,5 дБ в діапазоні 40-16000 Гц);
  • відношення сигнал/шум (до 105 раз);
  • рівень нелінійних спотворень (не більше 1% для апаратури класу Hi-fi);
  • рівень інтермодуляційних спотворень (не більше 3% для апаратури класу Hi-fi);
  • номінальна потужність, (Root Mean Squared, RMS) — середньоквадратичне значення електричної потужності, обмеженої заданим рівнем нелінійних спотворень (для високоякісної апаратури — від близько 100 ват і більше).
  • максимальна потужність — потужність при відтворенні синусоїдального сигналу в заданому діапазоні частот (звичайно 1кГц), при якій спотворення вихідного сигналу не перевищують вказаний рівень.
  • Опір акустичних систем (звичайно 4 або 8 ом).

Для високоякісної апаратури важливими параметрами також є:

  • розподіл спектру нелінійних спотворень (спотворення в високочастотній частині спектру є значно помітнішими)
  • коефіцієнт демпфування динамічних головок акустичної системи (демпфування забезпечується здатністю підсилювача протидіяти інерційному руху підвісної системи головки з дифузором).

Розподіл спектру нелінійних спотворень транзисторних підсилювачів є традиційно високим в високочастотній частині спектру. Це пов'язано з специфікою роботи транзисторів. Існують схемотехнічні рішення, які дозволяють уникнути цього ефекту.

Ефективне демпфування динамічних головок забезпечується зниженням вихідного опору підсилювача до рівня 1/50 — 1/100 опору акустичної системи. Для цього також використовують з'єднувальні провідники від підсилювача до акустичної системи значного перетину по міді (до кількох квадратних міліметрів для потужних підсилювачів). Ефективне демпфування також досягається спеціальним схемотехнічним рішенням, при якому вихідний опір підсилювача стає від'ємним.

В залежності від режиму роботи вихідного каскаду підсилювача, розрізняють класи підсилювачів A та B та похідні від них класи.

Класи роботи вихідного каскаду підсилювача[ред.ред. код]

Підсилювачі класу A[ред.ред. код]

Режим роботи, при якому робоча точка підсилювального електронного прибору не виходить за межі лінійної ділянки, називається режимом класу A. При цьому форма струму та напруги у вихідному колі повторюють форму сигналу на вході підсилювача.

A — підсилювачі, у яких весь сигнал підсилюється однією лампою або транзистором, використовуються в малопотужних каскадах, мають ККД порядку 25% і забезпечують найменший рівень нелінійних спотворень. Найвищий ККД вихідного каскаду класу А (близько 50%) можлививй лише при максимальній амплітуді вихідного сигналу. Різні методи підвищення ефективності вихідного каскаду класу А засновані на використанні динамічного керування струмом спокою або напругою живлення, однак такі методи не здобули широкого поширення.

Підсилювачі класу B[ред.ред. код]

  1. B — в цьому класі вихідний каскад побудований на двох лампах або транзисторах. Під час підсилення гармонійних сигнналів період пропускання окермого елемента рівний, або незначно більший від 180°. Такий режим генерує велику кількість нелінійних перекручувань через складності переключення з одного елемента на інший, однак ККД каскаду значно збільшується. На топології цього класу побудовані 99% усіх промислових підсилювачів звукової частоти.
  2. AB — підсилювачі, що працюють на двох лампах або транзисторах, за тим же принципом, як і класу B, однак поле дії обох транзисторів взаємно перекривають одне одного, що дозволяє зменшити кількість нелінійних перекручувань, в той же час у порівнянні з класом A, ці підсилювачі мають вищий ККД.
  3. C — працюють при напрузі зсуву більшому, ніж напруга запирання, і амплітудою сигналу не перевищуючої напруги зсуву. У такому режимі транзистор проводить тільки верхню частину позитивної напівхвилі, що приводить до більших перекручувань сигналу. Цей клас не придатний для використання в якості звукопідсилювача потужності, але часто застосовується в схемах генераторів і множників частоти (завдяки багатому набору гармонійних складових вихідного струму). Така схема характерихується високим КПД (близько 85%).
  4. D — імпульсні підсилювачі. На базу транзистора (напруга зсуву якої повинне бути більше напруги запирання) подається послідовність прямокутних імпульсів, що пройшли широтно-імпульсну модуляцію сигналом, якому необхідно підсилити. Ця послідовність відмикає й замикає транзистор, змушуючи його працювати в ключовому режимі. Значення ККД для цього класу становлять близько 90%; пояснюється це малим часом роботи транзистора на лінійній ділянці характеристики, що дозволяє зменшити втрати на нагрівання. Завдяки всьому цьому останнім часом зріс інтерес до підсилювачів цього класу.
  5. E — резонансні підсилювачі, в аудіотехніці не використовуються.
  6. G - підсилювачі, вихідний каскад яких об'єднує два каскади класу В, при чому один каскад працює при високих напругах живлення, інший - при низьких. Це рішення дозволяє підвищити загальний ККД підсилювача.
  7. H: - каскад такого класу розроблявся для підвищення ККД. Основні результати досягаються способом подібним до класу G, але замість переключення ніж набором шин живлення, тут підсилювач класу Н підлаштовує напруги живлення під потреби навантаження. В цьому класі не потрібне ускладнення у вигляді додаткового каскаду, але принцип керування напругами джерела є доволі складним. Таке рішення було втілено фірмою Philips в 1998 році запропонувавши ринку інтегральну мікросхему ПЗЧ типу TDA1562Q, в якій крім вихідного каскаду типу B (потужність до 18 Вт/4 Ом) реалізований і клас Н (потужність до 70 Вт/4 Ом). Вихідний каскад класу Н вмикається при великих амплітудах вихідного сигналу, а також при температурі кристалу менше 120°С. Вихіні каскади такого класу використвуються в сценічному обладнанні (до прикладу, в лінійці сценічних підсилювачів Yamaha), де довготривала надійність є основним критерієм.

Джерела[ред.ред. код]