Принципиальные схемы усилителя мощности класса A First Watt F5

Легендарный оконечник First Watt F5 Nelson Pass класс А — принципиальные схемы усилителя

Принципиальные схемы усилителя Нельсона Пасс — в этой публикации представлен легендарный, несложный двухкаскадный, двухтактный усилитель мощности класса А — First Watt F5 от Nelson Pass. Нельсон Пасс широко известен как приверженец создания маломощных высоко линейных аппаратов категории HI-END.

Очень простая топология, выполнена по двухтактной схеме, с использованием комплементарных полевых транзисторов со статической индукцией, таких как JFET, для предварительного каскада усиления, и мощных полевиков MOSFET установленных в оконечном тракте.

Принципиальная схема высококачественного усилителя First Watt F5

Технические характеристики

Корпус усилителя выполнен в строгой лаконичной форме. На передней панели установлен электрический разъем типа IEC с встроенным предохранителем и устройством защиты, которое в случае резкого скачка тока отключает схему от питания. Ну и сам выключатель с подсветкой. Внутри корпуса установлен силовой тороидальный трансформатор 300W с двумя обмотками по 17v. Выпрямительный тракт обеспечен парой диодных мостов, расчитанных на максимальный ток 25А, установлено четыре электролитических конденсатора имеющих емкость 22000µF/35v каждый.

Кроме этого имеется дополнительный блок питания, состоящий из отдельного трансформатора мощностью 3W и напряжением 12v. Этот резервный БП служит для включения реле, которое управляется схемой входных селекторов. Всего там установлено 3 входных селектора на реле, переключение выполняется пр помощи галетного переключателя.

Регулировка громкости выполняется при помощи дискретного регулятора. Представленный здесь усилитель собран собственными руками, точно по схеме полученной с сайта производителя, изменений никаких не было.

Прежде чем использовать усилитель его необходимо настроить должным образом. Выполняется настройка с помощью двух подстроечных резисторов, которые расположены на печатной плате. В виду того, что усилитель работает в классе А и очень близок по звучанию к ламповому аппарату, то и настройка у него похожая на ламповый.

Поэтому, выполнять предварительную подстройку нужно через 1 час после его включения, это нужно для определенного прогрева всех компонентов схемы. А уже более точную корректировку рекомендуется производить примерно через пару часов работы. После эксплуатации в течении полумесяца, следует опять проверить настройки на предмет возможного изменения установленных ранее параметров. Дело в том, что изначально установленные значения, в процессе использования усилителя и полного его прогрева всех каскадов.

Через пару часов воспроизведения каких либо музыкальных композиций на средней громкости, мощные транзисторы в выходном каскаде нагреваются до температуры 45°С, в принципе у класса А так должно и быть. Следовательно, увеличивать площадь охлаждения выходного тракта в дальнейшем не планируется. В виду того, что установленные четыре алюминиевых радиатора, предварительно анодированных, а затем зачерненных, имеющие размеры 4 см толщины, 15 см высоты и в длину 20 см, вполне справляются с рассеиванием тепла.

Согласно инструкции разработчика, устанавливать выходное напряжение нужно в пределах 0,6v с помощью постоянных резисторов R11 — R12 с номинальным значением 0,47 Ом. При этом нужно еще следить за постоянным выходным током, так как выставить напряжение 0,6v можно двумя вариантами, получая разные величины U на выходе. В этом случае получилось установить 8mV и 14mV на двух каналах при падении напряжения на резисторах в пределах 0,57v.

По рекомендации первоисточника силовой трансформатор нужно устанавливать с двумя обмотками по 17v на каждой и током 8А. Около 60W в виде тепла рассеивается каждым теплоотводом, в общей сложности это получится более 120W. В результате измерений, потребляемая мощность составила 155W, это без подачи сигнала на вход.

В конечном итоге, собранный усилитель выдает великолепное, теплое, что при воспроизведении компакт-дисков улавливаешь разницу относительно CD и DVD дисками. Такой звуковой картины на стандартном усилителе мощности добиться невозможно.

Документация усилителя предоставляется его создателем бесплатно: PDF

Скачать: Передняя и задняя панели в формате fpd

Схема усилителя на микросхеме LM3886 50Вт класса AB-A

Схема усилителя на микросхеме LM3886, представленной в этой статье, выполнена на основе широко известного чипа LM3886 и считается одним из лучших компактных усилителей HiFi. Этот усилитель работает в классе AB-A (сопряженный), который имеет полностью симметричную структуру (двухтактный).

Это моя вторая встреча с LM3886. Меня порадовало звучание создаваемое этим чипом, которое я услышал при первом с ним знакомстве, поэтому я решил сделать еще один усилитель. Схема усилителя на микросхеме выполнена на основании спецификации LM3886 некоторыми изменениями увеличивающими производительность и качество звучания.

В процессе модернизации УМ я исключил из схемы конденсатор, установленный в цепи задержки и соединенный с выводом MUTE. Это было сделано для более стабильной работы устройства. Так как, правильнее будет задействовать отдельную схему защиты по постоянному току, которая обладает аналогичными функциями.

Выходную катушку индуктивности L1, я выполнил на резисторе R7 мощностью 1 Вт, намотав на него 15 витков эмалированного провода. Диаметр провода желательно использовать 0,4 — 0,5 мм., затем готовый дроссель я поместил в термоусадочную трубку. Установленный в схеме конденсатор C2 может быть обыкновенной электролитической емкостью, но все-таки лучше будет если вы примените неполярный конденсатор либо двуполярный с номиналом 47 мкФ/63v.

На снимках показана уже собранная плата:

Здесь показано фото макетной платы для тестирования собранных узлов схемы усилителя

В схеме усилителя задействован силовой трансформатор переменного тока 2х24v/105 Вт. Тест проводился на эквиваленте нагрузки 8 Ом, при этом большой радиатор нагревается только после нескольких часов воспроизведения музыки с моего компьютера на максимальной громкости. Однако, трансформатор немного слабоват для этого усилителя, все-таки желательно увеличить его мощность до 150 Вт, а еще лучше до 200 Вт.

Блок питания очень прост — состоит из мостового выпрямителя и четырех конденсаторов по 10 000 мкФ/50v. Если вход отключен и разомкнут, то-есть усилитель находится в режиме холостого хода, то слышен слабый гул, который можно услышать, только прижав ухо к динамику.

Но как только усилитель подключаешь через кабель к источнику но сигнала еще нет, он становится абсолютно бесшумным. Кроме того, если микросхема изолирована от радиатора при помощи слюдяных прокладок, тогда радиатор можно подключить к земле, поскольку он вызывает шум, когда входа отключены.

Микросхему можно крепить на теплоотводе без изоляционных прокладок, чтобы обеспечить лучший отвод тепла. Но в таком случае нужно обязательно изолировать радиатор от корпуса устройства, если он выполнен из металла, так как в большинстве случаев он соединен с шиной «земля».

Для лучшего удобства монтажных работ я несколько изменил пространственное положение элементов R7/L1 на печатной плате, поэтому файлы в архиве имеют некоторое отличие от снимков показанных выше.

Перечень радиокомпонентов

Файлы для загрузки:

Скачать: LM3886

Усилитель на транзисторах Класс А 10Вт

Уже и не помню откуда мне пришла идея собрать Унч класса А, зато четко помню как я искал эту схему. А все как было, нашел я на свалке 4 транзистора советских КТ803А в железном корпусе. Они такие были тертые, но тем не менее мультиметр показал что все четыре живые, как пользоваться мультиметром можно посмотреть тут. Ища что можно собрать на этих транзисторах, попала мне схема усилителя Класс А от J. Linsley Hood… Кто этот человек понятия я не имею, но схема рабочая и очень качественная, не смотря что отзывы о ней не лучшие и человеку этому огромное спасибо за качество и простоту…

Короче после кучки эксперементов до ума довел я одну из плат и проект бросил из-за не хватки время, а схема у меня осталась и я сейчас с вами поделюсь..

Схема усилителя Класс А на КТ803А

Используемые в схеме усилителя компоненты
C1 = 1.5мФ
C2 = 100мФ
C3 = 220мФ
C5 = 10000мФ
C7-8 = 0,1мФ

P1 = 100к
R1 = 39к
R2 = 100к
R3 = 8.2к
R4 = 2.7к
R5 = 220
R8 = 2.2к
R9 = 10

VT1 = КТ361
VT2 = КТ602БМ
VT3-4 = КТ803А

Некоторые детали, напряжение питания и ток покоя берутся из этой таблицы исходя из нагрузки, которую вы будете подключать к выходу УНЧ.

Настройка вся сводится к выставлению на плюсовом выходе конденсатора C6 подстроечным резистором P1, половины от напряжения питания, естественно без подключенного источника сигнала и без подключенной нагрузки

Короче собирал я данный усилитель, звук был на столько насыщенный и чистый. Питал все добро от старенького трансформатора от УНЧ Радиотехника У101 вроде(время прошло 2 года как собирал), источник звука был мой пк и неоцифрованный звук компакт диска с любимыми треками моего брата, группы «Любэ».

Все кто будет повторять схему, будьте внимательны к разводке печатной платы. Помните что расположение деталей на плате играет огромное значение в качестве звука…
Удачи в повторении и побольше качественных и простых схем..
С ув. Админ-чек

(пояснения к усилителям классов A, B, AB, C, D)

В электронике усилитель является наиболее часто используемым схемным устройством с огромными возможностями применения. В электронике, связанной с аудио, предварительный усилитель и усилители мощности — это два разных типа систем усилителей, которые используются для целей, связанных с усилением звука. Но, помимо этой цели, связанной с конкретным приложением, существуют огромные различия в разных типах усилителей, в основном в усилителях мощности. Итак, здесь мы рассмотрим различных классов усилителей , а также их преимущества и недостатки.

Классификация усилителей с использованием букв

Классы усилителей идентифицируют характеристики и характеристики усилителя. Усилители мощности разных типов дают разные отклики при пропускании через них тока. В соответствии с их спецификациями усилителям присваиваются разные буквы или алфавиты, которые представляют их классы. Существуют разные классы усилителей, начиная с A, B, C, AB, D, E, F, T и т. Д. .Из этих классов наиболее часто используемые классы звуковых усилителей — это A, B, AB, C. Другие классы — это современные усилители, которые используют топологию переключения и метод ШИМ (широтно-импульсной модуляции) для управления выходной нагрузкой. Иногда улучшенной версии традиционных классов присваивается буква, чтобы отнести их к другому классу усилителя, например, усилитель класса G является модифицированным классом усилителя класса B или усилителем класса AB.

Классы усилителя представляют собой пропорцию входного цикла, когда через усилитель пропускается ток. Входной цикл — это угол проводимости, определяемый синусоидальной волновой проводимостью на входе усилителя. Этот угол проводимости сильно пропорционален усилителям по времени в течение полного цикла. Если усилитель всегда включен во время цикла, угол проводимости будет равен 360 градусам . Таким образом, если усилитель обеспечивает угол проводимости 360 градусов, тогда усилитель использовал полный входной сигнал, а активный элемент проводился в течение 100% периода времени полного синусоидального цикла.

Ниже мы продемонстрируем традиционных классов усилителей мощности, начиная с классов A, B, AB и C, , а также продемонстрируем усилитель класса D, который широко используется в схемах переключения. Эти классы используются не только в усилителе мощности, но также и в схемах аудиоусилителей.

Усилитель класса A

класса A — это усилитель с высоким коэффициентом усиления и высокой линейностью. В случае усилителя класса A угол проводимости составляет 360 градусов.Как мы заявили выше, угол проводимости в 360 градусов означает, что усилитель остается активным в течение всего времени и использует полный входной сигнал. На изображении ниже показан идеальный усилитель класса А.

Как мы видим на изображении, здесь один активный элемент, транзистор. Смещение транзистора остается включенным все время. Благодаря этой функции постоянного отключения усилитель класса A обеспечивает лучшую стабильность на высоких частотах и ​​петле обратной связи .Помимо этих преимуществ, усилитель класса A легко сконструировать из одного компонента и минимального количества деталей.

Несмотря на достоинства и высокую линейность, безусловно, имеет множество ограничений. Усилитель класса A из-за непрерывной проводимости имеет высокие потери мощности . Также из-за высокой линейности усилитель класса A обеспечивает искажения и шумы. Блок питания и конструкция смещения требуют тщательного выбора компонентов, чтобы избежать нежелательного шума и минимизировать искажения.

Из-за высоких потерь мощности в усилителе класса A он выделяет тепло и требует большего радиатора. Эффективность усилителей класса A очень низкая, теоретически эффективность варьируется от 25 до 30% при использовании с обычной конфигурацией. Эффективность можно повысить, используя конфигурацию с индуктивной связью, но эффективность в этом случае не превышает 45-50%, таким образом, подходит только для целей усиления низкого уровня сигнала или низкого уровня мощности.

Усилитель класса B

Усилитель класса B немного отличается от усилителя класса A. Создается с использованием двух активных устройств, которые проводят половину фактического цикла , то есть 180 градусов цикла. Два устройства обеспечивают комбинированный токовый привод нагрузки.

На изображении выше показана идеальная конфигурация усилителя класса B. Он состоит из двух активных устройств, которые смещаются одно за другим в течение положительного и отрицательного полупериода синусоидальной волны , и, таким образом, сигнал подталкивается или подтягивается к усиленному уровню как с положительной, так и с отрицательной стороны и объединяет результат, который мы получаем в течение полного цикла. выход.Каждое устройство включается или становится активным на половине цикла, и за счет этого эффективность повышается, по сравнению с КПД усилителя класса A 25-30%, теоретически он обеспечивает КПД более 60%. Мы можем увидеть график входного и выходного сигналов каждого устройства на изображении ниже. Для усилителя класса B КПД не более 78%. Тепловыделение в этом классе сведено к минимуму, обеспечивая небольшой радиатор .

Но и у этого класса есть ограничение. Очень серьезным ограничением этого класса является искажение кроссовера . Поскольку два устройства обеспечивают каждую половину синусоидальных волн, которые объединяются и объединяются на выходе, возникает рассогласование (переход) в области, где объединяются две половины. Это связано с тем, что, когда одно устройство завершает полупериод, другое должно обеспечивать такую ​​же мощность почти в то же время, когда другое завершает работу. Эту ошибку сложно исправить в усилителе класса А, так как во время активного устройства другое устройство остается полностью неактивным.Ошибка приводит к искажению выходного сигнала. Из-за этого ограничения это серьезный недостаток для применения в точных усилителях звука.

Усилитель класса AB

Альтернативный подход к преодолению перекрестных искажений заключается в использовании усилителя AB . Усилитель класса AB использует промежуточный угол проводимости обоих классов A и B, таким образом, мы можем видеть свойство усилителя как класса A, так и класса B в топологии усилителя этого класса AB.Как и класс B, он имеет ту же конфигурацию с двумя активными устройствами, которые работают в течение половины циклов индивидуально, но каждое устройство смещено по-разному, поэтому они не отключаются полностью в момент непригодности (момент перехода). Каждое устройство не покидает проводимость сразу после завершения половины синусоидальной формы волны, вместо этого они проводят небольшой ввод в течение другого полупериода. Используя этот метод смещения, рассогласование кроссовера во время мертвой зоны значительно уменьшается.

Но в этой конфигурации эффективность снижается из-за нарушения линейности устройств. Эффективность остается выше, чем у типичного усилителя класса A, но ниже, чем у системы усилителя класса B. Кроме того, необходимо тщательно выбирать диоды с точно таким же номиналом и размещать их как можно ближе к выходному устройству. В некоторых схемных конструкциях разработчики стремятся добавить резистор небольшого номинала, чтобы обеспечить стабильный ток покоя на устройстве, чтобы минимизировать искажения на выходе.

Усилитель класса C

Помимо усилителя классов A, B и AB, существует еще один усилитель класса C. Это традиционный усилитель, который работает иначе, чем усилители других классов. Усилитель класса C — это настроенный усилитель, который работает в двух разных рабочих режимах, настроенном или ненастроенном. Эффективность усилителя класса C намного выше, чем у усилителя A, B и AB. Максимальный КПД 80% может быть достигнут при работе с радиочастотами

класса C использует угол проводимости менее 180 градусов. В ненастроенном режиме секция тюнера не включается в конфигурацию усилителя. В этом случае усилитель класса C также дает огромные искажения на выходе.

Когда на схему воздействует настроенная нагрузка, она ограничивает уровень выходного смещения со средним выходным напряжением, равным напряжению питания. Настроенная операция называется фиксатором . Во время этой операции сигнал приобретает правильную форму, а центральная частота становится менее искаженной.

При типичном использовании усилитель класса C дает КПД 60-70%.

Усилитель класса D

класса D — это коммутирующий усилитель, в котором используется широтно-импульсная модуляция или ШИМ. В этом случае угол проводимости не имеет значения, так как прямой входной сигнал изменяется с переменной шириной импульса.

В этой системе усилителей класса D линейное усиление не допускается, поскольку они работают так же, как обычный переключатель, который имеет только две операции: ВКЛ или ВЫКЛ.

Перед обработкой входного сигнала аналоговый сигнал преобразуется в поток импульсов с помощью различных методов модуляции, а затем подается в систему усилителя. Поскольку длительность импульсов связана с аналоговым сигналом, он снова восстанавливается с использованием фильтра нижних частот на выходе.

Усилитель класса D — это усилитель класса с наивысшим КПД в сегментах A, B, AB, а также C и D. Он имеет меньшее тепловыделение, поэтому необходим небольшой радиатор.Для схемы требуются различные переключающие компоненты, такие как полевые МОП-транзисторы с низким сопротивлением.

Это широко используемая топология в цифровых аудиоплеерах или для управления двигателями. Но мы должны помнить, что это не цифровой преобразователь. Хотя для более высоких частот усилитель класса D не является идеальным выбором, поскольку в некоторых случаях он имеет ограничения по полосе пропускания в зависимости от возможностей фильтра нижних частот и модуля преобразователя.

Усилители других классов

Помимо традиционных усилителей, есть еще несколько классов: класс E, класс F, класс G и H.

Усилитель класса E — это высокоэффективный усилитель мощности, использующий переключающую топологию и работающий в радиочастотах. Однополюсный переключающий элемент и настроенная реактивная сеть являются основными компонентами, используемыми с усилителем класса E.

Класс F — усилитель с высоким сопротивлением гармоник. Он может управляться прямоугольной или синусоидальной волной. Для входа синусоидальной волны этот усилитель может быть настроен с помощью катушки индуктивности и может использоваться для увеличения усиления.

Класс G использует переключение шин для снижения энергопотребления и повышения эффективности. А Class H — это дальнейшая улучшенная версия Class G.

Дополнительные классы — усилители специального назначения. В некоторых случаях буквы предоставляются производителем для обозначения их фирменного дизайна. Одним из лучших примеров является усилитель класса T, который является торговой маркой особого типа переключающего усилителя класса D, используемого в технологиях усилителей Tripath и являющихся запатентованной конструкцией.

Двухтактный усилитель — это усилитель мощности, который используется для подачи высокой мощности на нагрузку. Он состоит из двух транзисторов, один из которых — NPN, а другой — PNP. Один транзистор подталкивает выход на положительном полупериоде, а другой — на отрицательном полупериоде, поэтому он известен как двухтактный усилитель . Преимущество двухтактного усилителя заключается в том, что в выходном транзисторе не рассеивается мощность при отсутствии сигнала.Существует три классификации двухтактных усилителей, но обычно усилитель класса B считается двухтактным усилителем.

• Усилитель класса A
• Усилитель класса B
• Усилитель класса AB

Усилитель класса A

класса A является наиболее распространенной конфигурацией усилителя мощности. Он состоит только из одного переключающего транзистора, который настроен на постоянное включение. Он производит минимальные искажения и максимальную амплитуду выходного сигнала.КПД усилителя класса А очень низок — около 30%. Каскады усилителя класса A позволяют проходить через них одинаковому току нагрузки, даже если входной сигнал не подключен, поэтому для выходных транзисторов требуются большие радиаторы. Принципиальная схема усилителя класса A приведена ниже:

Усилитель класса B

класса B представляет собой фактический двухтактный усилитель . Эффективность усилителя класса B выше, чем у усилителя класса A, так как он состоит из двух транзисторов NPN и PNP.Схема усилителя класса B смещена таким образом, что каждый транзистор будет работать в течение одного полупериода входного сигнала. Следовательно, угол проводимости этого типа схемы усилителя составляет 180 градусов. Один транзистор подталкивает выход на положительном полупериоде, а другой — на отрицательном полупериоде, поэтому он известен как усилитель Push-Pull . Принципиальная схема усилителя класса B приведена ниже:

Class B обычно страдает от эффекта, известного как Crossover Distortion , при котором сигнал искажается при 0 В.Мы знаем, что для включения транзистору требуется 0,7 В на переходе база-эмиттер. Таким образом, когда входное напряжение переменного тока подается на двухтактный усилитель, оно начинает увеличиваться с 0 и пока не достигнет 0,7 В, транзистор остается в выключенном состоянии, и мы не получаем никакого выхода. То же самое происходит с транзистором PNP в отрицательном полупериоде переменного тока, это называется мертвой зоной. Чтобы решить эту проблему, для смещения используются диоды, а затем усилитель известен как усилитель класса AB.

Усилитель класса AB

Распространенным методом устранения перекрестных искажений в усилителе класса B является смещение обоих транзисторов в точке, немного превышающей точку отсечки транзистора.Тогда эта схема известна как схема усилителя класса AB . Кроссовер-искажение будет объяснено позже в этой статье.

Схема усилителя класса AB представляет собой комбинацию усилителя класса A и класса B. При добавлении диода транзисторы смещаются в слабо проводящем состоянии, даже когда на базовом выводе нет сигнала, что устраняет проблему перекрестных искажений.

Необходимые материалы

• Трансформатор (6-0-6)
• BC557-PNP Транзистор
• 2N2222-NPN Транзистор
• Резистор — 1к (2 шт.)
• светодиод

Работа схемы двухтактного усилителя

Принципиальная схема усилителя Push-Pull состоит из двух транзисторов Q1 и Q2, которые являются NPN и PNP соответственно.Когда входной сигнал положительный, Q1 начинает проводить и создавать копию положительного входа на выходе. В настоящий момент Q2 остается в выключенном состоянии.

Вот в этом состоянии

  В  ВЫХ  = V  ВХОД  - V  BE1   

Точно так же, когда входной сигнал отрицательный, Q1 отключается, а Q2 начинает проводить, создавая копию отрицательного входа на выходе.

В этом состоянии

  В  ВЫХ  = V  ВХОД  + V  BE2   

Теперь, почему возникает искажение кроссовера, когда V _IN достигает нуля? Позвольте мне показать вам примерную диаграмму характеристик и форму выходного сигнала двухтактной схемы усилителя .

Транзисторы Q1 и Q2 не могут быть одновременно включены, для того чтобы Q1 был включен, мы требуем, чтобы V _IN было больше Vout, а для Q2 Vin должно быть меньше Vout. Если V _IN равен нулю, то Vout также должен быть равен нулю.

Теперь, когда V _IN увеличивается с нуля, выходное напряжение Vout будет оставаться равным нулю до тех пор, пока V _IN не станет меньше, чем V _BE1 (что составляет примерно 0,7 В), где V _BE — напряжение, необходимое для включить NPN-транзистор Q1.Следовательно, выходное напряжение демонстрирует мертвую зону в течение периода V _IN меньше, чем V _BE или 0,7 В. То же самое произойдет, когда V _IN уменьшается от нуля, PNP-транзистор Q2 не будет проводить, пока V _IN не станет больше, чем V _BE2 (~ 0,7 В), где V _BE2 — требуемое напряжение включить транзистор Q2.

Что такое усилитель мощности? Типы, классы и применение

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, разработанный для увеличения мощности заданного входного сигнала.Мощность входного сигнала увеличивается до уровня, достаточно высокого 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 после внесения необходимых изменений отправляется в качестве входного сигнала в усилитель мощности.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 регуляторов 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 этого типа используются для увеличения мощности более слабого звукового сигнала. Усилители, используемые в схемах динамиков 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 на большие расстояния по воздуху. Сигналы передаются с помощью антенн, и диапазон 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 величины мощности модулированных волн до уровня, достаточно высокого для достижения требуемого расстояния передачи.

Усилители мощности постоянного тока

используются для усиления мощности сигналов с широтно-импульсной модуляцией. Они используются в электронных системах управления, которым требуются мощные сигналы для привода двигателей или исполнительных механизмов. Они принимают входные данные от микроконтроллерных систем, увеличивают их мощность и подают усиленный сигнал на двигатели постоянного тока или приводы.

Классы усилителей мощности

Существует несколько способов создания схемы усилителя мощности. Рабочие и выходные характеристики каждой из конфигураций 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.

Чаще всего используются усилители мощности, которые используются в схемах аудиоусилителей и относятся к классам A, B, AB или C.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 нормальной конфигурации и 50% в 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

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 одну половину (180 °) формы волны, а две из них в совокупности усиливают весь сигнал.

Эффективность усилителей класса B значительно выше, чем у усилителей класса A, благодаря 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

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 снижает линейность / угол 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.

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 когда входное напряжение превышает определенный порог, что снижает рассеиваемую мощность и увеличивает эффективность.

Усилители мощности других классов

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 в выключенном состоянии, без каких-либо других уровней между ними.

Благодаря этой простоте усилители мощности, относящиеся к вышеупомянутым классам, могут достигать теоретической эффективности 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 до систем усиления для театральных и концертных мероприятий.
• Industrial: Усилители мощности импульсного типа используются для управления большинством промышленных исполнительных 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.

Pass Labs Односторонний класс A — Pass Labs

класса A, безусловно, добились больших успехов за четыре года, прошедшие с начала тестирования первого Aleph 0.Так является ли это еще одной причудой в области аудио или есть что-то фундаментальное в подобном дизайне, оправдывающее возрождение старых подходов к усилению?

Когда двадцать пять лет назад я начал разрабатывать усилители, твердотельные усилители только что прочно обосновались на рынке. Значения мощности и гармонических искажений были важны, и крупнейший аудиожурнал сказал, что усилители с одинаковыми характеристиками звучат одинаково.

Мы слышали триоды, пентоды, биполярные, VFET, Mosfet, клапаны TFET, IGBT, гибриды, искажение THD, искажение IM, искажение TIM, фазовое искажение, квантование, обратную связь, вложенную обратную связь, без обратной связи, прямую связь, стазис, гармоническое время выравнивание, большой угол поворота, класс AB, класс A, чистый класс A, класс AA, класс A / AB, класс D, класс H, постоянное смещение, динамическое смещение, оптическое смещение, реальное смещение, устойчивое смещение плато, большие запасы, умный источники питания, регулируемые источники питания, отдельные источники питания, импульсные источники питания, динамический запас по мощности, сильноточные, симметричные входы и симметричные выходы.

Должен признаться, что в некоторых из них я несу ответственность.

Однако, кроме записанного в цифровом виде исходного материала, многое не изменилось. Твердотельные усилители по-прежнему доминируют на рынке, крупнейший аудиожурнал по-прежнему не видит разницы, и многие аудиофилы все еще держатся за свои лампы. Оставляя в стороне примеры маркетинговой шумихи, у нас есть большое количество попыток улучшить звучание усилителей, каждая из которых пытается устранить предполагаемый недостаток производительности.

Попытка использовать спецификации для описания тонкостей звуковых характеристик потерпела неудачу. Усилители с аналогичными размерами не равны, и продукты с более высокой мощностью, более широкой полосой пропускания и меньшими искажениями не обязательно звучат лучше. Исторически сложилось так, что этот усилитель, предлагающий максимальную мощность, или самые низкие IM-искажения, или самые низкие THD, или самую высокую скорость нарастания, или самый низкий уровень шума, не стал классикой и даже не стал более чем скромным успехом.В течение долгого времени в техническом сообществе существовала вера в то, что в конечном итоге некоторый объективный анализ позволит согласовать субъективный опыт критически настроенного слушателя с лабораторными измерениями. Возможно, это произойдет, но в то же время аудиофилы в значительной степени отвергают спецификации стендов как показатель качества звука. Это уместно. Оценка звука — это полностью субъективный человеческий опыт. Мы не должны больше позволять числам определять качество звука, чем позволять химическому анализу быть арбитром в производстве изысканных вин.Измерения могут дать некоторую информацию, но не заменяют человеческое суждение.

Почему мы все равно стремимся свести субъективное восприятие к объективным критериям? Тонкости воспроизведения музыки и звука для тех, кто это ценит. Дифференциация по номерам предназначена для тех, кто этого не делает.

Как и в искусстве, классические аудиокомпоненты являются результатом индивидуальных усилий и отражают последовательную основную философию. Они делают субъективное и объективное заявление о качестве, которое должно быть оценено.Важно, чтобы схема аудиокомпонента отражала философию, которая в первую очередь касается субъективного характера его работы.

Не имея возможности полностью охарактеризовать производительность объективным образом, мы должны сделать шаг назад от результирующего сигнала и принять во внимание процесс, с помощью которого он был получен. История того, что было сделано с музыкой, важна и должна рассматриваться как часть результата. Все, что было сделано с сигналом, встроено в него, пусть и тонко.

Опыт соотнесения того, что звучит хорошо, со знанием дизайна компонентов дает некоторые общие рекомендации относительно того, что будет звучать хорошо, а что нет.

Простота и минимальное количество компонентов — ключевой элемент, который хорошо отражается на качестве конструкции трубок. Чем меньше штук последовательно с трактом прохождения сигнала, тем лучше. Обычно это верно, даже если добавление еще одного каскада усиления улучшит измеренные характеристики.

Важны характеристики устройств усиления и их конкретное использование.Важны индивидуальные различия в производительности между одинаковыми устройствами, а также различия в топологическом использовании. Все сигнальные устройства способствуют ухудшению характеристик, но есть некоторые другие характеристики, заслуживающие внимания. Нелинейности низкого порядка в значительной степени аддитивны по качеству, принося ложную теплоту и окраску, в то время как резкие нелинейности высокого порядка аддитивны и вычитаются, добавляя резкости и теряя информацию из-за интермодуляции.

Требуется максимальная внутренняя линейность.Это характеристики каскадов усиления до применения обратной связи. Опыт показывает, что обратная связь — это процесс вычитания; он удаляет искажения из сигнала, но, видимо, и некоторую информацию. Во многих старых конструкциях плохая внутренняя линейность была исправлена ​​большим применением обратной связи, что приводило к потере тепла, пространства и деталей.

Высокий ток холостого хода или смещение очень желателен как средство максимизации линейности и дает эффект, который не только легко измерить, но и легко продемонстрировать: возьмите усилитель класса A или другой усилитель с высоким смещением и сравните звук с полным смещением и с уклоном уменьшено.(Регулировка смещения выполняется легко, поскольку практически каждый усилитель имеет потенциометр для регулировки смещения, но это следует делать очень осторожно). В качестве эксперимента он может лишь изменить предвзятость и ожидания экспериментатора.

По мере уменьшения смещения восприятие глубины сцены и атмосферы обычно уменьшается. На это восприятие глубины влияет исходная величина тока смещения.

Если вы продолжите увеличивать ток смещения далеко за пределы рабочей точки, окажется, что улучшения будут достигнуты с помощью токов смещения, которые намного превышают уровень сигнала.Обычно уровни, используемые при наиболее критическом прослушивании, составляют всего несколько ватт, но усилитель, смещенный в десять раз больше, обычно будет звучать лучше, чем усилитель со смещением на несколько ватт.

По этой причине конструкции, которые работают в так называемом «чистом» классе A, являются предпочтительными, потому что их токи смещения большую часть времени намного больше, чем сигнал. Как уже упоминалось, каскады усиления предусилителя и входные каскады усилителей мощности обычно имеют несимметричный «чистый» класс A, и поскольку уровни сигнала составляют малые доли ватта, эффективность схемы не имеет значения.

«Чистота» конструкций класса A была предметом обсуждения в последние несколько лет, при этом «чистый» класс A в общих чертах определялся как рассеивание тепла на холостом ходу, более чем в два раза превышающее максимальную выходную мощность усилителя. Для 100-ваттного усилителя это будет 200 ватт на постоянной основе. Конструкции, которые изменяют смещение относительно музыкального сигнала, обычно имеют ток смещения на уровне сигнала или ниже. Это, безусловно, улучшение с точки зрения энергоэффективности, но звук отражает меньшую точку смещения.

Учитывая предположение, что каждый процесс, который мы выполняем с сигналом, будет слышен, лучшие усилители должны использовать те процессы, которые наиболее естественны.

Есть один элемент в цепочке, который мы не можем изменить или улучшить, и это воздух. Воздух определяет звук и служит естественным ориентиром.

Практически все усилители на рынке основаны на двухтактной симметричной модели. Топология двухтактной симметрии не имеет особой основы.

Можно ли использовать характеристики воздуха в качестве модели для разработки усилителя? Если вы согласны с тем, что вся обработка оставляет свою подпись на музыке, ответ — да.

Одной из самых интересных характеристик воздуха является его односторонность. Звук, распространяющийся через воздух, является результатом уравнения газа:

PV1.4 = 1,26 X 104

где P — давление, V — объем. Небольшая нелинейность, являющаяся результатом характеристик воздуха, обычно не считается значительной при нормальных уровнях звука и сравнима с величиной искажения тонких усилителей.Это искажение обычно вызывает беспокойство только в горле рожков, где уровни интенсивного давления во много раз превышают уровни во рту, и где гармоническая составляющая может достигать нескольких процентов.

Мы можем надавить на воздух и поднять давление на произвольную величину, но мы не можем тянуть его. Мы можем только позволить ему расслабиться и заполнить пространство по своему усмотрению, и давление никогда не опустится ниже «0». Когда мы проталкиваем воздух, повышение давления больше, чем соответствующее уменьшение, когда мы позволяем воздуху расширяться.Это означает, что при заданном движении диафрагмы, действующей на воздух, положительные возмущения давления будут немного больше отрицательных. Из этого мы видим, что воздух чувствителен к фазе.

Вследствие своей несимметричной природы, содержание гармоник в воздухе в первую очередь относится к 2-му порядку, и большая часть искажений одного тона — это вторая гармоника. Характеристика искажения воздуха монотонна, то есть продукты искажения плавно уменьшаются по мере уменьшения акустического уровня.Это важный элемент, который часто упускается из виду при проектировании аудиосистемы и отражается в низком качестве первых полупроводниковых усилителей и цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей. Они не монотонны: искажение увеличивается с уменьшением уровня.

Обычное электрическое изображение звукового сигнала представляет собой форму волны переменного тока без составляющей постоянного тока. Звук представлен как переменное напряжение и ток, где положительное напряжение и ток чередуются с отрицательным симметричным образом.Эта фикция удобна тем, что позволяет использовать энергоэффективную конструкцию для каскадов мощности усилителя, известную как двухтактный, где «плюс» усилителя чередуется с «минусовой» стороной. Каждая сторона двухтактного усилителя поочередно обрабатывает аудиосигнал; сторона «плюс» подает положительное напряжение и ток на громкоговоритель, а сторона «минус» — отрицательное напряжение и ток.

Проблемы с конструкциями двухтактных усилителей, связанные с кроссоверными искажениями, подробно обсуждались в другом месте, и одним из основных результатов является немонотонность.Класс B и многие конструкции AB имеют продукты искажения, которые резко увеличиваются с уменьшением сигнала. Это значительно уменьшается в режиме класса A, но кроссоверные искажения остаются разрывом нижнего порядка на кривой передачи.

Для максимально естественного воспроизведения музыки двухтактный симметричный режим — не лучший подход. Воздух несимметричен и не имеет двухтактной характеристики. Звук в воздухе — это возмущение вокруг точки положительного давления. Есть только положительное давление, больше положительного давления и меньше положительного давления.

В описаниях толкания и вытягивания этот тип операций часто иллюстрируется изображением двух мужчин, распиливающих дерево вручную, по одному с каждой стороны пилы. Конечно, это эффективный способ рубить деревья, но можете ли вы представить двух мужчин, играющих на скрипке?

Аналогия со скрипкой или аналогичным струнным инструментом прекрасно иллюстрирует одностороннюю работу и указывает на контроль и изящество, которых можно достичь, когда только одно устройство усиления контролирует работу каскада усиления.

Напротив, двухтактные схемы класса A имеют два противоположных устройства усиления, производящих выходной сигнал, и, хотя это промышленно эффективный и действенный способ, это не самый тонкий способ усиления сигнала. Двухтактные схемы приводят к возникновению нечетных упорядоченных гармоник, где фазовая синхронизация отражает сжатие как на положительных, так и на отрицательных пиках и нелинейность кроссовера вблизи нулевой точки.

Только одна топология линейной цепи обеспечивает подходящую характеристику — это несимметричный усилитель.Одностороннее усиление относится только к чистому классу A и является наименее эффективной формой силового каскада, который вы можете разумно создать, обычно на холостом ходу в три-пять раз больше номинальной выходной мощности.

Односторонняя работа не новость. Его обычно можно найти в схемах низкого уровня лучших каскадов предварительного усиления и во входных схемах лучших усилителей мощности. Первые ламповые усилители мощности представляли собой однополярные схемы, в которых использовалась одна лампа, управляющая первичной обмоткой трансформатора.

В 1977 году я разработал и опубликовал в Audio Magazine несимметричный усилитель класса A, использующий биполярные повторители, смещенные от источника постоянного тока. Значительное количество любителей создали устройство с выходной мощностью 20 Вт, и многие отметили его уникальную звуковую подпись. Это один из немногих доступных твердотельных однополюсных выходных каскадов.

Несимметричный режим работы класса A менее эффективен, чем двухтактный. Односторонние усилители обычно больше и дороже, чем двухтактные, но у них более естественная кривая передачи.

Очень важным моментом при попытке создать усилитель с естественной характеристикой является выбор устройств усиления. Односторонняя топология класса A является подходящей, и нам нужна характеристика, при которой положительная амплитуда очень, очень немного превышает отрицательную. Для устройства усиления по току это будет означать усиление, которое плавно увеличивается с током, а для лампового или полевого устройства крутизна, которая плавно увеличивается с током.

имеют общую полезную характеристику: их крутизна имеет тенденцию увеличиваться с увеличением тока.У биполярных силовых устройств есть небольшое увеличение усиления, пока они не достигнут ампер или около того, а затем они уменьшаются при более высоких токах. В общем, использование биполярного сигнала в однополярной цепи не подходит.

Еще одно преимущество в производительности Tubes and Fets — это высокая производительность, которую они обеспечивают в простых схемах класса A. Биполярные конструкции, представленные на рынке, имеют от четырех до семи каскадов усиления, связанных с трактом прохождения сигнала, но с лампами и МОП-транзисторами хорошие объективные характеристики достигаются только с 2 или 3 устройствами усиления в тракте прохождения сигнала.

Третье преимущество ламп и МОП перед биполярными устройствами — это их большая надежность при более высоких температурах. Несимметричные усилители мощности рассеивают сравнительно большую мощность и сильно нагреваются.

При выборе между триодом и МОП-транзистором преимущество МОП-транзистора состоит в том, что он естественным образом работает при тех напряжениях и токах, которые мы хотим передать в громкоговоритель. Усилия по созданию несимметричного триодного усилителя мощности с прямой связью были серьезно ограничены высокими напряжениями и низкими токами на пластинах, которые характерны для ламп.

имеет интересный характер, поскольку они имеют относительно высокие искажения, пока вы не пропустите через них довольно большой ток. Это делает их очень подходящими для работы в чистом классе A, особенно для несимметричных. Это также делает их гораздо менее подходящими для работы в классах B и AB, где они становятся совершенно нелинейными вблизи точки отсечки и требуют большого количества коррекции отрицательной обратной связи для получения чистого вывода.

Не все силовые МОП одинаковы.Ранние МОП-транзисторы имели гораздо более низкую крутизну и более высокое внутреннее сопротивление и искажения, чем более новые поколения. Они также были довольно анемичными с точки зрения номинальных значений тока, напряжения и мощности.

Вдобавок ко всему, глядя на схемы ранних и даже современных конструкций усилителей Mosfet, мы видим, что они обычно просто использовались как замена биполярным устройствам в конструкциях классов B и AB, без учета их особых требований к линейности, и без использования их уникальных характеристик.

Учитывая характеристики Mosfet, легко понять, почему ранние и даже современные усилители, использующие их, не достигли той меры звуковых характеристик, которую, казалось, предлагали устройства.

Обещание характеристики крутизны в усилителях мощности для обеспечения наиболее реалистичного усиленного представления музыки лучше всего реализуется с помощью Mosfet в несимметричных схемах класса A, где они используются очень просто и смещены до очень высоких токов.

В прошлом году я опубликовал проект несимметричного усилителя мощности класса A в журнале Audio Amateur Magazine.В нем используется только один каскад усиления на весь усилитель. Названный усилителем Zen (в конце концов, как звучит хлопок одного транзистора?), Он иллюстрирует крайнюю простоту, которую можно достичь с помощью Mosfet, работающего в несимметричном режиме класса A, и высоких объективных и субъективных характеристик. Более подробную информацию об усилителе Zen и его преемнике, Son of Zen, можно получить на сайте Audio Amateur.

На данный момент на рынке доступно очень мало других несимметричных твердотельных усилителей.Это изменится по мере того, как спрос будет продолжать расти и другие дизайнеры узнают, как их создавать.

Между тем, альтернативой являются несимметричные триодные усилители с трансформаторной связью, в которых используются трансформаторы с очень большим зазором, чтобы избежать насыщения сердечника из-за высокого постоянного тока. Эти конструкции отражают более традиционный подход к несимметричному усилению. Они страдают характеристиками слабосвязанного трансформатора, более ограниченной мощности и более высоких измеренных искажений, чем их твердотельные аналоги, однако они по-прежнему устанавливают стандарт прозрачности средних частот, и от них нельзя отказываться.

Помимо простоты использования, основным преимуществом МОП-транзисторов перед лампами является то, что они работают при напряжениях и токах, подходящих для громкоговорителей, без преобразования и не требуют выходного трансформатора.

Независимо от типа устройства усиления, в системах, где целью является максимальное естественное воспроизведение, предпочтительной топологией являются простые несимметричные схемы класса А.

класса AB

Это транзисторный усилитель мощности класса AB.Это простой в сборке усилитель, в котором используются стандартные детали, он стабилен и надежен. Вся схема использует общедоступные компоненты и может быть просто построена на плате общего назначения. Зато у этого усилителя очень хорошее качество звука.

Есть одиннадцать транзисторов, в том числе четыре в выходном каскаде. Транзисторы Q1 и Q2 должны иметь силовые транзисторы от 3 до 5 ампер. Q4 и Q5 должны быть в диапазоне транзисторов драйвера от 100 мА до 500 мА. Другие транзисторы представляют собой малые драйверные транзисторы на 10 мА.Q1, Q4 и Q2, Q5 — дополнительные пары, они образуют дополнительные пары Дарлингтона.

Выходная мощность усилителя

10 Вт достаточно для повседневного домашнего использования.