Интегральный усилитель – что это?
16 Ноября 2015 Автор: Павел
Каждый более или менее опытный в теме акустической техники человек знает, что усилитель является крайне важным элементом аудиосистемы.
Он отвечает за усиление звукового сигнала, поступающего от источника, коммутирует подключенные устройства, регулирует громкость воспроизведения и контролирует процесс передачи звука, в целом.
Обработанный сигнал от усилителя поступает к колонкам, которые его воспроизводят.
По типу конструкции усилители разделяют на несколько категорий: одноблочные, двухблочные и трехблочные. Каждый тип отличается своими особенностями.
Важное место в мире аудиотехники занимают одноблочные, или интегральные усилители.
Конструкция таких устройств предполагает размещение всех функциональных блоков в одном корпусе: органов управления, предусилительной части и непосредственно усилителя мощности звука.
Категория интегральных усилителей, в свою очередь, также разделяется на три подкатегории:
- Ламповые. Устройства, сконструированные на основе работы радиоламп. Именно они выступают в качестве усиливающих звук элементов. Лампы не способны обеспечить высокую мощность, но при этом обеспечивают более теплое и деликатное воспроизведение среднечастотного и высокочастотного звука. Этим они и примечательны для любителей музыки, хотя далеко не всегда к ним с первого раза удается подобрать подходящую акустику.
- Транзисторные; Схемотехника таких устройств основывается на применении в качестве усилительных элементов транзисторов. Они более практичны, и выдают высокую мощность. Отлично подходят для прослушивания музыки, в которой преобладают низкие частоты. Бас транзисторного усилителя отличается высокой точностью и плотностью.
- Гибридные. В таких усилителях для повышения мощности звука одновременно используются и транзисторы и лампы. За счет этого достигается оптимальное сочетание преимуществ обеих технологий. Грамотно спроектированные и качественно изготовленные гибридные усилители являются универсальными. Они отлично справляются с воспроизведением музыки любых жанров, вне зависимости от того, какая область частот преобладает.
По типу подключения питания интегральные усилители бывают двух видов: со встроенным блоком питания, и с выносным блоком питания. Последний менее удобен в эксплуатации, поскольку пользователю приходится иметь дело с дополнительными электронными устройствами и проводкой.
Цифровые и аналоговые интегральные усилители в наше время получили наибольшее распространение. Ими пользуются в квартирах, домах и офисах. Они стоят относительно недорого, и при этом обеспечивают достаточно высокое качество звучания. Кроме того, с ними не возникает проблем при соединении с другими элементами акустических систем.
Все эти сведения помогут пользователю сформировать общее представление о том, что такое интегральный усилитель. В повседневной жизни этот термин встречается редко.
Гораздо чаще вы будете слышать упоминания о стереоусилителях и усилителях Hi-Fi, но большое количество терминов, относящихся к одному типу конструкции не должно сбивать вас с толку.
Запомните на будущее: всё, что мы сейчас перечислили – это и есть интегральные усилители.
Источник: https://baseacoustica.ru/stati/227-integralnyj-usilitel-chto-jeto.html
Интегральные стереоусилители
АЧХ усилителей снималась в диапазоне 20 Гц — 20 кГц при крайних положениях регуляторов тембра, если таковые имеются. Приводятся также частотные характеристики встроенных фонокорректоров, а для сравнения — стандартные кривые RIAA (зелёная) и МЭК (красная).
Мы также выявили зависимость КНИ от выходной мощности при сопротивлении нагрузки 4 и 8 Ом, на графике они показаны красным и зелёным цветами соответственно.
По этим кривым можно судить об энерговооруженности источника питания и, как следствие, о динамических характеристиках усилителя.
Спектр гармоник, как всегда, снимался на мощности, 1/10 от максимальной (за неё принималась мощность при 1% искажений).
Интегральные стереоусилители
Зависимость КНИ от выходной мощности Cambridge Audio Azur 650A
Уровень искажений чрезвычайно мал, в диапазоне мощностей 0,2 — 20 Вт он не зависит от сопротивления нагрузки и держится на отметке 0,003 — 0,004%.
На 8-омном эквиваленте клиппинг начинается при 72 Вт, а на 4-омном — при 120.
Прирост мощности в 1,7 раза свидетельствует о высокой энерговооруженности усилителя, благодаря чему он прекрасно сработается даже с акустикой, имеющей провалы импеданса.
Спектр искажений Cambridge Audio Azur 650A
Общий коэффициент искажений порядка 0,003% при выходной мощности 7 Вт получен в основном за счёт 2-й и 3-й гармоник. Чётная составляющая, как и должно быть в правильно сбалансированном усилителе, подавлена, составляющие более высоких порядков отсутствуют вообще. Звучание усилителя может быть очень чистым в верхнем диапазоне, но кто-то найдёт его несколько стерильным и аналитичным.
Частотная характеристика Cambridge Audio Azur 650A
В среднем положении регуляторов тембра АЧХ усилителя имеет едва заметный (0,5 дБ) по НЧ на 10 Гц, так что её можно считать абсолютно линейной. Для коррекции НЧ и ВЧ применяются схемы с разной глубиной регулировки — Bass охватывает область 10 — 400 Гц и работает в диапазоне +9,5/ -11 дБ, а Treble уходит в ультразвуковую область и на 20 кГц даёт подъём до +7 и спад до -8 дБ.
Частотная характеристика Marantz PM6003
Тембр в этой модели регулируется в пределах +10/-11 дБ на 70 Гц и +9/-10,5 дБ на 16 кГц. Этого вполне достаточно для компенсации нелинейности любой акустики. В режиме Source Direct получается завал -1 дБ на 10 Гц, но на слух он не будет заметен. Эффективность тонкомпенсации (фиолетовые кривые) оценивалась при уровне громкости -20. По НЧ она даёт подъем +8,5 дБ, а по ВЧ — порядка +8 дБ.
Частотная характеристика фонокорректора Marantz PM6003
На нижних частотах АЧХ проходит между кривыми RIAA и МЭК и попадает в отметку +17 дБ на 10 Гц. Бас будет глубоким, но без неприятных последствий даже в том случае, если в системе напольная акустика в фазоинверторном оформлении. На верхних частотах имеется спад около 1 дБ относительно обоих стандартов.
Зависимость КНИ от выходной мощности Marantz PM6003
Усилитель отличается низким уровнем искажений — порядка 0,005% на 8 Ом и 0,008% на 4 Ом при мощности от нуля до 5 Вт, после чего КНИ начинает плавно расти. Такая картина характерна для выходных каскадов, работающих в классе АВ. На 8-омной нагрузке максимальная мощность составила ровно 50 Вт, а на 4-омной она возрастает до 70. Эти данные вполне соответствуют заявленным.
Спектр искажений Marantz PM6003
Результаты, показанные на графике, получены при мощности 5 Вт. При этом 2-я и 3-я гармоники не превышают -75 дБ, а все остальные и вовсе незаметны на фоне шумов. Не исключено, что звучание покажется чересчур нейтральным, но за чистый верхний диапазон и высокое разрешение можно ручаться.
Частотная характеристика Onkyo A-5VL
В этом усилителе частотная коррекция предусмотрена в невероятно широких пределах: ±15 дБ по НЧ и ±13 дБ по ВЧ. Такой темброблок может пригодиться в системах с многополосным усилением или при конфигурации 2.1, когда нужно отфильтровать снизу сигнал, идущий на сателлиты. При установке регуляторов в среднее положение тракт абсолютно линеен.
Спектр искажений усилителя Onkyo A-5VL
Как всегда, спектр гармоник снимался при мощности 0,1 от максимальной, в данном случае при 4 Вт на эквиваленте нагрузки 8 Ом.
Как и должно быть в хорошем двухтактном усилителе, чётные гармоники полностью подавлены, а суммарный КНИ получился исключительно за счёт 3-й, 5-й и 7-й. Составляющие более высоких порядков теряются в шумах, так что т.н.
феномен «транзисторного звучания» здесь маловероятен. Единственное замечание — «забор» вокруг основной частоты (1 кГц), свидетельствующий о наличии интермодуляции.
Спектр искажений Rega Brio 3
Спектрограмма снималась на 5 Вт, что близко к комфортной мощности для жилых помещений при наличии чувствительной акустики.
Видны лишь 2-я и 3-я гармоники, причём чётная выше, что обещает отсутствие «стерильности» в звучании усилителя. А то, что нет составляющих высоких порядков, обычно свидетельствует о чистоте ВЧ-диапазона.
Единственный минус данного экземпляра — повышенный уровень фона 100 Гц и вызванная им интермодуляция.
Частотная характеристика фонокорректора Onkyo A-5VL
Коррекция предусилителя точно соответствует стандарту RIAA, достигая отметки +18 дБ на 10 Гц. Таким образом, ограничение баса незначительно, и если в коллекции есть коробленые пластинки, существует опасность перегрузки на инфранизких частотах.
Частотная характеристика Rega Brio 3
Темброблок в этом усилителе отсутствует, поэтому АЧХ с линейных входов и входа Phono объединены. В первом случае тракт линеен, видны лишь небольшие завалы на краях диапазона: -0,8 дБ на 20 Гц и -1 дБ на 20 кГц. Характеристика фонокорректора намного ближе к МЭК, чем к RIAA, поэтому серьёзных проблем с инфранизкими составляющими не будет даже при проигрывании коробленых пластинок.
Частотная характеристика Tangent EXEO AMP
Тембр в этом аппарате регулируется нестандартно, особенно это касается выбора центральных частот. Коррекция НЧ в пределах ±10 дБ производится на 150 Гц, что высоковато для регулятора BASS, а подъём на ВЧ вообще уходит в ультразвуковую область. Более того, даже при установке всех настроек в нулевое положение получается подъём +1,5 дБ на 20 кГц.
Зависимость КНИ от выходной мощности Onkyo A-5VL
Усиление в классе D даёт необычную картину: высокий уровень искажений на исчезающее малых мощностях, затем резкий спад до минимума (0,003% на 8 Ом и 0,007% на 4 Ом) и дальнейшие подъёмы с разной степенью крутизны.
Область приемлемых значений приходится на диапазон 0,2 — 20 Вт, а именно при такой мощности мы обычно слушаем музыку дома. Переход с 8-омного эквивалента на 4-омный приводит к значительному росту искажений, что обязательно следует учитывать при выборе акустических систем.
Выходная мощность соответствует заявленной — 40 и 80 Вт.
Зависимость КНИ от выходной мощности Rega Brio 3
Уровень искажений очень низок и мало зависит от выходной мощности в диапазоне от нуля до номинальных значений, что можно считать прекрасным результатом для усилителя такой стоимости.
Более того, при уменьшении сопротивления нагрузки вдвое КНИ возрастает крайне незначительно, поэтому Brio 3 сможет работать с акустикой, имеющей провалы импеданса. Максимальная выходная мощность — 48 и 80 Вт, т.е.
при переходе с 8 на 4 Ом она увеличивается почти вдвое. Такое возможно лишь при очень серьёзном источнике питания.
Частотная характеристика фонокорректора Tangent EXEO AMP
Такую коррекцию по НЧ мы встречаем впервые — кривая даже не умещается в обычное поле измерений, поскольку подъём АЧХ на 20 Гц превышает значение, предусмотренное стандартом RIAA. Поскольку в усилителе нет фильтра инфранизких частот, возможны проблемы — при наличии в системе акустики с низко настроенными фазоинверторами могут возникнуть искажения на инфранизких частотах.
Зависимость КНИ от выходной мощности Tangent EXEO AMP
И снова усиление в классе D с высокими искажениями (или помехами) на мизерных мощностях с последующим спадом до минимального значения. И минимум этот рекордный — 0,002% на 18 Вт при 8 Ом и на 35 Вт при 4 Ом.
В целом же картина более характерна для обычного оконечника, работающего в классе АВ. Переход с 8-омной нагрузки на 4-омную не даёт серьёзного роста искажений, так что этот усилитель способен работать с любой акустикой.
Отдаваемая же мощность при этом увеличивается более чем вдвое — с 80 до 180 Вт. Это значит, что КПД аппарата тем больше, чем меньше сопротивление нагрузки.
Частотная характеристика фонокорректора Yamaha A-S700
АЧХ предусилителя очень близка к рекомендованной RIAA и достигает отметки +19 дБ на 10 Гц. Соответственно, при воспроизведении коробленых пластинок возможны проблемы с инфранизкими частотами.
Спектр искажений Tangent EXEO AMP
Очень неплохой результат для импульсного усилителя — составляющие высоких порядков отсутствуют, в спектре видны лишь гармоники со 2-й по 5-ю. Правда, имеются признаки интермодуляции (частокол возле обертонов), но на слух она заметна не будет. Звучание может показаться чересчур холодным, но с чистотой верхнего диапазона и разрешением проблем не будет.
Зависимость КНИ от выходной мощности Yamaha A-S1000
Столь выдающийся результат — следствие фирменной схемотехники ToP-ART. Уровень искажений крайне невелик и мало зависит от выходной мощности вплоть до 52 Вт на 8 Ом и 102 Вт на 4 Ом.
Таким образом, даже перед самым началом клиппинга усилитель будет звучать чисто и разборчиво. Максимальные же значения мощности при КНИ = 1%, соответственно, 78 Вт и 130 Вт.
Прирост в 1,7 раза, что говорит о высокой энерговооружённости усилителя.
Частотная характеристика Yamaha A-S700
Темброблок в этой модели классический для Hi-Fi 70-х — глубокая коррекция по обеим полосам при широком охвате диапазонов. Так, тембр по НЧ можно менять в пределах ±11 дБ от 10 до 200 Гц, а по ВЧ — от +10 до -11 дБ начиная с 2000 Гц.
При установке регуляторов в среднее положение тракт линеен, виден лишь незначительный (-0,8 дБ) спад на 10 Гц. Нижние кривые сняты в различных положениях регулятора Loudness.
Он даёт примерно тот же эффект, что и темброблок, но по НЧ и ВЧ одновременно.
Спектр искажений Yamaha A-S700
Справа от основного тона видны лишь 2-я и 3-я гармоники, причём одинаковой амплитуды, все остальные неразличимы на фоне шумов.
Правда, уровень этих шумов, в основном интермодуляционных, довольно велик, и спектр их простирается до верхней границы измерений. Это вызывает некоторые опасения за чистоту ВЧ-диапазона.
Равенство амплитуд чётной и нечётной составляющих обещает выразительное звучание, насыщенное тембральными оттенками.
Источник: http://www.salonav.com/arch/2010/11/052-7raz.htm
Рефераты, дипломные, курсовые работы – бесплатно: Библиофонд!
Тема
Двухканальный усилитель низкой частоты 2х22Вт
Задание на курсовую работу
Разработать двух канальный усилитель низкой частоты со следующими характеристиками:
Напряжение питания – 6…15 В
Пиковое значение выходного тока – 4 А
Ток в режиме mute/stand-by – 100 мкА
Диапазон воспроизводимых частот – 45…20000 Гц
Коэффициент нелинейных искажений – 0,1%
Сопротивление нагрузки (номинальное 4) – более 2 Ом
Мостовое включение(2X22 Вт).
Выходная мощность: 22 Вт.
Входное сопротивление: 30 кОм.
Коэффициент усиления Au: 26 дБ.
ВВЕДЕНИЕ
Предлагаемый усилитель обладает малыми габаритами и широким диапазоном питающих напряжений. УНЧ воспроизводит частоты 45 Гц…20 кГц при коэффициенте нелинейных искажений 0.1%. Области применения данного УНЧ крайне разнообразны.
УНЧ можно использовать как на открытом воздухе для проведения различных мероприятий, так и в домашних условиях в составе музыкального комплекса.
Выбор выходной мощности и числа каналов осуществляется самим радиолюбителем, поскольку элементная база обеспечивает работу как одного, так и другого варианта.
УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA1554Q, содержащей четыре идентичных УНЧ по 11 Вт. При работе в режиме 4х11 Вт каждый усилитель работает отдельно со своим входным сигналом и на свою нагрузку. Для удвоения выходной мощности на той же нагрузке и при том же напряжении питания (вариант 2х22 Вт) усилители включаются попарно по мостовой схеме.
Конструкция предусматривает установку платы в корпус.Габариты устройства специально рассчитаны для использования его совместно с компьютерным радиатором от процессоров семейства Pentium. Радиатор устанавливается перпендикулярно плате.
1. УСИЛИТЕЛИ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ
1.1 Определение
Усилители низкой частоты наиболее широко применяются для усиления сигналов, несущих звуковую информацию, в этих случаях они называются, также, усилителями звуковой частоты, кроме этого УНЧ используются для усиления информационного сигнала в различных сферах: измерительной технике и дефектоскопии; автоматике, телемеханике и аналоговой вычислительной технике; в других отраслях электроники. Усилитель звуковых частот обычно состоит из предварительного усилителя и усилителя мощности (УМ). Предварительный усилитель предназначен для повышения мощности и напряжения и доведения их до величин, нужных для работы оконечного усилителя мощности, зачастую включает в себя регуляторы громкости, тембра или эквалайзер 1.3 Классификация
По типу обработки входного сигнала и схеме построения выходного каскада усилители можно разделить на:
1). Класс «A» – аналоговая обработка сигнала 1.4. Варианты схем УНЧ
). Усилитель на микросхеме TA8251AH (TA8255AH).
Микросхемы TA8251AH и TA8255AH- четырехканальные мостовые усилители мощности низкой частоты. Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 1.
Рисунок 1 – электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TA8251AH
). Усилитель на TDA1557Q
Uпит – 7…16 V
Iмакc – 6 A
Rнагp – 3,2…16 Om
Uвх – 40…70 mV
Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 2.
Рисунок 2 – электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TDA1557Q
3). Усилители на TDA1558
Микросхема TDA-1558 (TDA-1555) – это четырехканальный усилитель мощности с выходной мощностью 11 Вт (4 канала при Rн=2 Ом), 22 Вт (2 канала в мостовом включении при Rн=4 Ом). Предназначена для применения в звуковоспроизводящей Hi-Fi аппаратуре.
Усилитель имеет защиту выходного каскада от короткого замыкания и перегрузок по току, переполюсовки питания и термозащиту.
В ИМС встроен стабилизатор напряжения с коэффициентом подавления пульсаций 48 дБ и детектор нелинейных искажений, позволяющий автоматически переводить усилитель в режим “мягкого ограничения” (при совместном использовании с ИМС . Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 3.
двухканальный усилитель частота низкий
Рисунок 3 – электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TDA1558
). Усилитель на TA8215
Основа- микросхема TA8215 с мостовым оконечным каскадом, что дает возможность при низком напряжении питания получить значительную выходную мощность! Ещё одна положительная сторона этого УМЗЧ та, что его можно использовать не только дома, но и в автомобиле. Схема электрическая принципиальная показана на рисунке 4.
УМЗЧ изготовлен на основе микросхемы TA8215 внутри микросхема состоит из девяти функциональных узлов- два предварительных усилителя, два фазоинвертора, четыре оконечных усилителя мощности с мостовой схемой включения нагрузки (по два на канал) и узла мониторинга и защиты.
Рисунок 4 – электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TA8215
). Одноканальный усилитель НЧ 22 Вт (TDA2005, мостовое включение)
УНЧ имеет хорошие эксплуатационные характеристики, надежен и прост в сборке. Его можно использовать как в домашних условиях, так и в автомобиле. Применение в качестве усилительного элемента интегральной микросхемы TDA2005 позволило реализовать следующие функции:
защита от КЗ нагрузки;
защита от перегрева;
защита от бросков напряжения питания в диапазоне до 40 В.
Усилитель имеет широкий диапазон напряжений от 6 до 18 В.
Технические характеристики УНЧ NK057
Напряжение питания – 6…18 В
Пиковое значение выходного тока – 3 А
Ток в режиме покоя – 75 мА
Диапазон воспроизводимых частот – 40…20000 Гц
Коэффициент нелинейных искажений – 1%
Сопротивление нагрузки (номинальное 3,2) – больше 2 Ом
Выходная мощность – 22 Вт
Коэффициент усиления – 50 дБ
Размеры печатной платы – 34х28 мм
Общий вид усилителя представлен на рисунке 5, схема электрическая принципиальная на рисунке 6, вид печатной платы со стороны проводников на рисунке 7.
Рисунок 5 – Общий вид усилителя
Рисунок 6 – схема электрическая принципиальная
Рисунок 7 – вид печатной платы со стороны проводников
2. МИКРОСХЕМА TDA1554Q
Размеры микросхемы TDA1554Q показаны на рисунке 8.
Рисунок 8 – размер микросхемы TDA 1554Q Описание схемы включения микросхемы TDA 1554Q: 1- неинвертированный вход 1; 2- инверсный вход 1; 3- общий сигнал; 4- земля; 5, 13 и 14- подключаются к переключателю дежурного режима; 6- OUT1; 7,11- общее питание; 8- OUT2; 10 – OUT3; 12 – OUT4; 16 – инверсный вход 2; 17 – неинвертированный вход 2
Схема включения микросхемы TDA 1554Q показана на рисунке 9.
Рисунок 9 – схема включения
3. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ
УНЧ выполнен на интегральной микросхеме TDA1554Q, содержащей четыре идентичных УНЧ по 11 Вт. Для удвоения выходной мощности на той же нагрузке и при том же напряжении питания (вариант 2х22 Вт) усилители включаются попарно по мостовой схеме.
Габариты устройства специально рассчитаны для использования его совместно с компьютерным радиатором от процессоров семейства Pentium. Радиатор устанавливается перпендикулярно плате.
Электрическая принципиальная схема сделанного мной усилителя показана на рисунке 10.
Рисунок 10 – электрическая принципиальная схема усилителя на микросхеме TDA1554Q
На входы X1 и Х2 подается звуковой сигнал, в моём случае я беру сигнал с mp3-плеера. Затем сигнал подаётся на два стабилизирующих конденсатора ёмкостью 0,22 мкФ. Конденсатор С2 идет на ножки 1 и 2 микросхемы TDA1554Q, а С1 на ножки 17, 18. Ножки 3, 7 и 11 микросхемы TDA1554Q идут на общий провод.
Входное напряжение Х5 идет на стабилизирующий конденсатор ёмкостью 0,1 мкФ и электролитический конденсатор ёмкостью 2200,0 мкФ/ 25В. Минус электролитического конденсатора выходит на общий провод и заземляется. Положительный выход электролитического конденсатора идет на ножки 5, 13 и 14.
Выходной сигнал для левого динамика снимаем с ножек 6 и 8 микросхемы TDA1554Q. С ножек 10, 12 выводим сигнал на правый динамик.
Переключатель SW1 служит для выбора режимов работы усилителя:
рабочий режим – SW1 замкнут;
дежурный режим – SW1 разомкнут.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Усилители низкой частоты являются неотъемлемым звеном практически любой аудиосистемы, независимо от уровня ее сложности и области применения. Существует много факторов, позволяющих характеризовать и делить на категории УНЧ по методам работы и эксплуатационным свойствам.
К ним относятся тип применяемых усилительных элементов (полупроводники или лампы), коэффициент передачи (обычно, по напряжению в дБ), диапазон воспроизводимых частот, уровень нелинейных искажений, КПД, величина потребляемого тока и напряжение питания, собственный уровень шумов, входные/выходные параметры, предельно допустимые режимы работы и многие другие.
Кроме этого, усилители мощности можно классифицировать по назначению, а именно, автомобильные УНЧ, УНЧ для применения дома и на улице.
Традиционно, при построении УНЧ используют дискретную элементную базу и многочисленные отработанные схемотехнические решения.
На сегодняшний день, уровень развития интегральной полупроводниковой техники позволяет создавать УНЧ в интегральном исполнении с характеристиками, в большинстве случаях эквивалентными дискретным усилителям мощности, а порой даже на порядок лучшими.
Подобные интегральные УНЧ обладают рядом неоспоримых преимуществ: они несоизмеримо меньше в размерах и существенно дешевле своих дискретных аналогов. Кроме того, как показывает практика, такие УНЧ удовлетворяют потребности практически любого пользователя.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Источник: https://www.BiblioFond.ru/view.aspx?id=598864
Характеристика усилителя низкой частоты (стр. 1 из 7)
Усилители низкой частоты
Усилители низкой частоты (УНЧ) являются относительно простыми устройствами по своей структуре и вместе с тем весьма сложными для оценки. До сих пор не существует объективных параметров для их сравнения и пока непонятно, возможно ли это в принципе. Так, до сих пор не утихают споры между сторонниками и противниками ламповых усилителей.
Но, поскольку усилители все же надо как-то оценивать, то давайте поближе познакомимся с их классификацией и общепринятыми параметрами, применяемыми для их оценки.
Мы не будем затрагивать другие виды усилителей, кроме усилителей мощности низкой частоты переменного тока и именно их будем иметь в виду под аббревиатурой УНЧ, хотя многие параметры одинаковы для всех видов усилителей.
Абсолютно необходимо упомянуть о том, что мы будем рассматривать усилители, предназначенные для качественного воспроизведения звука, поэтому все оценки усилителей и их параметров, типа лучше-хуже, будут исходить именно из этого критерия.
Идеалом является Hi-End, классический Hi-End в инженерном, а не аудиофильском понимании этого слова, развитие старого доброго Hi-Fi — высокая верность воспроизведения в терминах технических параметров и научных терминов, измеряемая и воспроизводимая.
Эти лекции полностью посвящены интегральным усилителям низкой частоты. Никто не знает, что будет завтра, но сегодня не существует таких интегральных УНЧ, которые могли бы по качеству воспроизведения сравниться с усилителями на дискретных элементах.
Их достоинства — это низкая стоимость (в тысячи и десятки тысяч раз), малые габариты и простота использования. Есть и еще ряд достоинств, возникающих благодаря технологии производства.
Такой идентичности параметров транзисторов дифференциальных пар как у тех, которые выращены на одном кристалле, на дискретных элементах добиться невозможно.
Автоматический контроль за тепловыми и электрическими режимами важнейших силовых структур, находящимися на одном кристалле со всей остальной схемой — легко и просто. Все преимущества и весь опыт, накопленный в процессе производства операционных усилителей, к вашим услугам.
Недостаток интегральных УНЧ — это, прежде всего, затрудненный отвод тепла и сложность работы с большими и малыми токами одновременно на одной подложке. Кроме того, при их разработке не ставится задача добиться чего-то эксклюзивного. Это, прежде всего дешевый массовый продукт, позволяющий легко, дешево и удобно получать прекрасные результаты.
Для того чтобы было легче понять, о чем идет речь, необходимо вспомнить ряд общих вопросов.
Специалисты, безусловно, могут этого не читать, но большинству читателей хотелось бы освежить в памяти ряд вопросов, тем более, что современной литературы по данному вопросу на русском языке немного.
Для начинающих эти вопросы, наверное, покажутся недостаточно полно освещенными, но ведь это и не учебник.
Основные параметры усилителей
Усилителем электрических сигналов называется устройство, которое за счет энергии источника питания обеспечивает увеличение амплитуды тока и/или напряжения на выходе, по сравнению с входным сигналом, не изменяя его формы.
Наверное, это не самое лучшее определение, но для наших целей вполне пригодно (кстати, абсолютно корректных определений я не встречал). Уже из определения можно сделать ряд выводов. Часто говорят об усилителях напряжения, усилителях тока и усилителях мощности.
В принципе это не совсем корректные выражения. Их можно употреблять, говоря о главой задаче данного усилителя или о конкретной нагрузке.
Когда мы говорим об УНЧ, то всегда имеем ввиду усиление мощности В каких единицах измеряется усиление? На сегодняшний день общепринятым мировым стандартом являются децибелы (дБ). Впервые децибелы были введены в практику для обозначения отношения мощностей.
Это связано с тем, что громкость для человеческого уха воспринимается как прямое увеличение интенсивности акустического воздействия (т.е. выходной мощности усилителя), а как ее логарифм. Считалось, что децибел —это минимальная различимая человеком величина. Сегодня общепринятой нормой стало принимать за минимальную чувствительность уха величину 0,5 дБ.
Из эгого и следует исходить, оценивая различные характеристики усилителей. Несколько позже децибел стал применяться и для обозначения просто отношения напряжений, хотя это и не совсем корректно, а потоми других величин. Из сказанного следует и такой вывод: усилитель, мощность которого в 10 раз больше, звучит громче всего в два раза.
Это надо помнить при выборе выходной мощности усилителя.
Коэффициент усиления по напряжению для усилителей определяется при синусоидальном входном сигнале как отношение выходного напряжения к входному и, вообще говоря, является комплексной величиной, зависящей от частоты.
В технике под коэффициентом усиления понимается его модуль.
где Uo — выходное напряжение, aUiN — входное напряжение.
Измерения коэффициента усиления, как и всех остальных параметров усилителя или любого другого прибора, производятся при заранее оговоренных производителем условиях и не всегда эти условия одинаковы для разных производителей.
Коэффициент усиления по току определяется так же, как и по напряжению, но эта характеристика УНЧ применяется редко, так же как и коэффициент усиления по мощности, поэтому в дальнейшем, под коэффициентом усиления будем понимать именно коэффициент усиления по напряжению.
Коэффициент усиления (любой) не является величиной постоянной, а зависит от многих факторов. В частности он зависит от частоты входного сигнала. Зависимость коэффициента усиления от частоты является одной из важнейших характеристик усилителя и называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) или полосой пропускания (frequencyresponse).
Идеальный усилитель имеет абсолютно плоскую АЧХ, однако реальные усилители далеки от этого. Все усилители имеют спад АЧХ в области высоких частот по ряду причин, главной из которых являются ограниченные частотные свойства активных элементов: транзисторов, ламп и т.п.
Многие усилители имеют спад в области низких частот, обусловленный влиянием разделительных емкостей. Следует заметить, что для УНЧ идеальной характеристикой является вовсе не прямая линия. Для них представляет интерес лишь диапазон от16 Гц до 20 кГц, т.е. диапазон звуковых колебаний, который слышит человеческое ухо.
Лишние частотные области, в которых нет полезного сигнала, а присутствуют только шумы, как от внутренних, так и от внешних источников, только ухудшают работу усилителя, уменьшая его КПД, а высокочастотная область, в случае не слишком удачных схемных решений, даже представляет некоторую опасность для выходных каскадов и акустики при возникновении автогенерации. Однако в усилителях высокого класса некоторый запас по частоте необходим по ряду причин, как психоакустического, так и технического характера. Поэтому верхняя граница идеальной характеристики устанавливается в районе 25…50 кГц. Абсолютного стандарта здесь нет. Можно только сказать, что если характеристика конкретного прибора выходит за эти рамки, то ее искусственно ограничивают. В некоторых случаях эту область сужают гораздо больше, если выходное устройство принципиально не может воспроизводить весь частотный спектр, как, например, мегафон или телефон, или данная область содержит большое количество помех от внешних источников, как в автомобильной технике.
Выглядят АЧХ по-разному даже в пределах информации, предоставляемой одним разработчиком. Иногда это график зависимости коэффициента усиления от частоты, иногда — затухание выходного сигнала.
Встречается и нормированные характеристики, когда по оси Y откладывается отношение выходного напряжения или коэффициента усиления к этой же величине, замеренной на средней частоте. Последнее время широкое распространение получил термин POWERBANDWIDTH (BW),to есть полоса пропускания по мощности.
Самое главное при оценке этих характеристик помнить, что граница АЧХ определяется по уровню 0,5 от уровня на средних частотах, если это мощностная характеристика (т.е. по уровню —3 дБ) и по уровню 0,707 (или —6 дБ), если это напряжение.
Поскольку у современных усилителей эти характеристики весьма равномерны, то чаще всего их графики даже не приводятся, а просто даются табличные данные о полосе пропускания или о граничных частотах, т.е. о тех частотах, на которых спад АЧХ достигает упомянутых выше величин. Так, различаются верхняя и нижняя граничные частоты (fн, fL).
Второй характеристикой комплексного коэффициента усиления является фазовый сдвиг (phaseshift), вносимый усилителем. Зависимость фазового сдвига от частоты сигнала называется фазочастотной характеристикой усилителя или просто фазовой характеристикой.
Поскольку такая зависимость всегда имеет место, это означает, что различные спектральные составляющие проходят через усилитель за разное время, что приводит к искажению формы выходного сигнала. Фазовые характеристики никогда не приводятся ни для интегральных усилителей, ни для готовых изделий, т.к.
их измерение чрезвычайно сложно и нет общих стандартов для проведения таких измерений. Кроме того, нет единого мнения о том, как фазовые искажения влияют на восприятие акустических сигналов, и потому нет единых требований.
Все искажения формы сигнала, описываемые частотными и фазовыми характеристиками, являются линейными, т.е. могут быть описаны функциями вида
где А и В — постоянные величины. Это связано с тем, что они вызваны линейными реактивными элементами и соответственно не приводят к появлению новых составляющих в спектре сигнала, а только изменяют соотношение фаз и амплитуд существующих.
Источник: http://MirZnanii.com/a/120760/kharakteristika-usilitelya-nizkoy-chastoty
Загрузка...