Усилитель в классе А №11 с невероятной мощностью и качеством звука!

Привет всем читателям Звукомания! Представляю вам свой небольшой обзор, большого по качеству звука усилителя в классе А. Да знаю, многие ждали этого обзора давно.

Левчук Александр Николаевич ©

Все знают, что каменные усилители в чистом классе А довольно проблематично сделать очень мощными в виду их характеристик и особенностей. Но у меня все же появился усилитель в классе А с неплохой мощностью до 60 Вт!!! Этот усилитель звука построен по схеме Лайкова (кстати, 6 версия!). 

Ведь усилители в классе А очень редко используемый тип усилителей. Усилитель класса А №11 представляет собой довольно мощный вид усилителя 60вт на канал, который использует транзисторы в общей схеме, для получения инвертированного выхода.

Клон Naim NAP 200 отзывы

 усилитель в классе А №11 

Транзисторы дают полный входной сигнал, создавая самые минимальные искажения и максимальную амплитуду выходного сигнала.
Это означает, что данный усилитель класса А являет идеальный режимом работы, потому что в нем не может быть искажений, а также перекрестных помех на выходной сигнал даже во время отрицательной половины цикла. Выходные каскады усилителя мощности класса A используют пары транзисторов, соединенных вместе для совместного использования тока большой нагрузки.

Для усилителя мощности, особенно класса А очень важно, чтобы источник питания был высококачественным, чтобы обеспечить максимальную доступную непрерывную мощность выходного сигнала.

Внешний вид. Данный аппарат имеет дизайн, который довольно стандартен и лаконичен. Всё чётко, строго и без лишней мишуры — это вам не китайские или фирменные усилители напичканные микрухой и разными не нужными улучшайзерами.

бюджетный ламповый усилитель Тон

Внутри высококачественные комплектующие, экранированный тороидальный трансформатор 200ватт. Защита акустики (от постоянки), софтстарт. Усилитель в классе А внутри имеет конденсаторы ELNA.

Передняя панель серебрянного цвета, на ней находится кнопка включения и регулятор громкости. Остальная часть усилителя выкрашена в серый цвет, верх гладкий. По бокам расположены толстенные радиаторы – это же класс А.

Задняя панель также стандартна. Мощные высококачественные завинчивающиеся клеммы, пара разъёмов RCA, а также разъём 220В с задним выключателем и предохранителем.

Прослушивание/впечатления 

Общее впечатление от звука. Целостность, точность, качественно играет на ВЧ и СЧ, звучание «дышит» своей естественностью, гипер-трехмерные звуковые образы на звуковой сцене, очень музыкальный, воспроизводит самые тонкие нюансы, показывает несравненную, чем обычные усилители в классе АВ текстуру средних частот, удивительная микродинамика и жуткая, сверхъестественная тональность – вот такие были у меня впечатления от прослушивания этого усилителя.  

Усилитель в классе А + акустика на широкополосных динамиках на новой стойке

Также понравилась интимность с музыкой, данный усилитель как никто другой показывает самые интересные мелочи, которые вы не услышите на ином усилителе особенно ВЧ и СЧ в музыке более заметны.

Альбом «Keiko Matsui — Journey To The Heart — 2016» — хорошо и довольно умело Усилитель №11 воспроизвёл нам композиции из этого альбома. Также отлично было слушать этот усилитель в связке с акустикой на широкополосных динамиках.

Усилитель в классе А + акустика на ШП динах

Честно говоря, я даже могу сказать, что этот усилитель по звуку похож на дорогой ламповый усилитель, но из достоинств данного каменного хочу выделить более глубокий бас, чем у ламповиков, а также больше драйва и энергии, ну и конечно нельзя обойти вниманием мощность этого усилителя в 60 вт на канал. 

Усилитель в классе А в стойке

Альбом «Yello — Toy (2016) » довольно неплохо раскрыл данный усилитель для своего соотношения цены, показывал без размазывания вокал и бас был на месте. Яркий, чёткий звук.
Очень всеядно-жанровый от рока до джаза и классики, на нём всё приятно слушать. Усилитель №11 преподнесёт довольно правильное воспроизведение человеческого голоса, вокал слушать одно удовольствие.

Усилитель в классе А + акустика на широкополосных динамиках

Альбом «2015 — Afrodeezia» Маркус Миллер 
Музыкальное содержание и качество воспроизведения этого альбома потрясло меня, но особенно привлекли мое внимание необычно детальные высокие частоты, а также общий тональный и пространственный трехмерный реализм звуковой сцены. Звуковые эффекты не только звучали необычайно реалистично, но артистичность вокала исполнителей была невероятной. 

Кино «Звезда по имени Солнце» 1989 
Кстати, бас глубокий, весомый и с хорошей глубиной. 
Усилитель в классе А №11 никогда не терял звукового самообладания, он с удовольствием воспроизводит самые сложные композиции и разнообразные тональные и текстурно-специфические ударные звуки, от флейты, и барабана до скрипки и литавр.

Усилитель в классе А и акустика на широкополосных динамиках

Это удивительно открытый звук, который легко получался у усилителя, причём он глубоко погружался в соблазнительные композиции Баха. Я был полностью пропитан музыкой.

Усилитель в классе А + акустика звук

Воспроизводит музыку со своим уникальным звуковым характером. Его разрешение пространственной информации на звуковой сцене, его способность воссоздавать музыкальные события с некой осторожностью, но со своей энергетикой, то к чему должен стремится меломан и аудиофил.

Не менее захватывающим был Stevie Ray Vaughan альбом «In Step (1989)», который перенес меня в Америку со сказочной игрой на гитаре которая окружила меня. Приятно было слышать знакомые записи, раскрыть новые звуковые истины. 

Усилитель в классе А + АС на широкополосных динамиках

Итоги. Усилитель №11 — это необычный аудио-продукт, особенно хорош для аудиофилов, которые находятся постоянно в поисках своего звука. А может быть вы один из них? Из плюсов это близость с музыкой, несравненная текстура средних частот и общая тональность, а также трехмерная огромная звуковая сцена. Внутри красивого корпуса скрывается реально мощная конструкция, благодаря которой вы полюбите всю свою музыкальную коллекцию.

С таким усилителем редко кто расстаётся, благодаря не только высококачественному воспроизведению музыки, ведь усилители в классе А в большинстве своём достаточно маломощные, но не усилитель №11.  С полностью дискретным усилителем мощности и тороидальным трансформатором этот усилитель настоящий волк в овечьей шкуре — мощный, качественный, дорогой звук!

Клон Naim NAP 200 черный

Отзывы на усилитель

Усилитель просто сказка!  Соседский ламповик намного дороже нагнул по полной!!!!!! Я в восторге мои колонки на гудмансах он раскрывает просто по полной программе!!! Хоть и пришлось ждать. но он стоит всех денег в него вложенных. Спасибо, будете у нас в краях обязательно заходите на чай с ламповым, чистым звуком в гости.

Томск.обл. Сергей Л.

Добрый день Александр!

Вот включил этот усилитель, поменял его  на мой любимый Одиссей, сижу и чуть ли не плачу!  Ведь я столько лет слушал этот хлам, это я про усилитель Одиссей, теперь мой любимый усилитель этот усилитель.

Свердловск. обл. Андрей Тимофеевич 

Ноутбук цап  + усь + акустика на 10гдш 36 подпёртая вч 2гд36 через 2,4 мф, даже мр3 звучат отлично теперь вид прост и мил ничего лишнего, звук с двд хороший с бука +цап , причем намного лучше с цапом.

Ульяновск.обл. Кирилл

отзыв на усилитель в классе А

Усилитель в классе А №11 

Гарантия на усилитель — 6 мес. с момента покупки усилителя.

В случае устранения каких либо ремонтных действий в усилителе, переделки, ремонт усилителя самому, своими силами или через мастера — гарантия на устройство теряет свою силу.

Клон Naim NAP 200 обзор

Если вы являетесь производителем, импортером, дистрибьютором или агентом в области воспроизведения звука и хотели бы связаться с нами, пожалуйста, свяжитесь со мной в ВК или по эл. почте: [email protected]

Вам нужен хороший усилитель для наушников, новый ламповый усилитель или отличный ЦАП, плеер, наушники, АС или другая звуковая техника, (усилитель, ресивер и т.д.) то пишите в ВК, помогу выгодно и с гарантией  приобрести хорошую звуковую технику…

По всем вопросам Пишите мне на эл. почту: [email protected] или ВК https://vk.com/id104002989 или https://ok.ru/aleksandr.levchuk2 

Не забывайте сохранять нас в закладках! (CTRL+SHiFT+D)

Подписывайтесь, комментируйте, делитесь в соц.сетях. Желаю удачи в поиске именно своего звука! 

На нашем сайте Звукомания есть полезная информация по звуку и видео, которая пригодится для каждого, причем на каждый день, мы обновляем сайт «Звукомания» постоянно и стараемся искать и писать только отличную, проверенную и нужную информацию.

Если вы хотите узнать больше об этой теме, и быть в курсе, пожалуйста, подпишитесь на наш сайт 

⚡️Транзисторный усилитель класса А | radiochipi.

ru

На чтение 11 мин. Опубликовано 18.05.2015 Обновлено 07.07.2019

Предлагаемая автором концепция построения мощного выходного каскада УМЗЧ исключает большинство нелинейных искажений, присущих двухтактным выходным каскадам на лампах или транзисторах. Введение следящего питания позволяет достичь очень малых нелинейных искажений — на уровне тысячных долей процента! Такой выходной каскад (его мощность более 20 Вт) вполне пригоден для работы с АС чувствительностью не менее 90 дБ.

Назначение выходного каскада (ВК) усилитель низкой частоты — передать сигнал с выхода усилителя напряжения (УН) на низко-импедансную нагрузку (акустическую систему) с наименьшими искажениями. Очень часто такой усилитель тока выполняют в виде мощного повторителя напряжения на транзисторах.

ВК присущи следующие основные виды искажений: тепловые, кроссоверные, переключательные и искажения, связанные со спадом статического коэффициента передачи тока базы с ростом тока нагрузки. Ну и в некоторой степени проявляются нелинейные искажения, связанные с эффектом Эрли в усилительных приборах.Тепловые искажения обусловлены мгновенным изменением температуры кристаллов и связанным с этим изменением в несколько раз (2…3 раза) статического коэффициента передачи тока базы, а также изменением падения напряжения на эмиттерном переходе.

Это проявляется в виде паразитной амплитудной модуляции полезного сигнала его собственной огибающей [I]. Кроссоверные искажения в ВК, работающем а режиме класса ЛВ, возникают вблизи переходов сигнала через ноль из-за неоптимального выбора тока покоя и нестабильности выходного сопротивления.

Переключательные искажения возникают из-за стабилизирующих режим резисторов, включённых в цепи эмиттеров: или истоков мощных транзисторов. Чем меньше сопротивление этих резисторов, тем меньше переключательные искажения. С ростом тока нагрузки (тока эмиттера, истока) pоcтет и необходимое напряжение на управляющем электроде: например, у биполярных транзисторов

(БТ) — с 0,5 до 2,5 В при изменении тока с 0,1 до 10 А, у полевых транзисторов (ПТ) с вертикальным каналом — с 4 до 6 В. а у транзисторов с горизонтальной структурой канала — с 0,6 до 8 В при изменении тока с 0.1 до 7 А. Это и определяет, наряду с изменяющимся выходным сопротивлением, основную ошибку (искажении) между входом и выходом простого повторителя.

Кроме того, в двухтактных повторителях на комплементарных транзисторах возникают дополнительные искажения из-за их неполной комплементарности, в том числе и на высоких частотах из-за разных частотных свойств. Неудивительно, что многие разработчики до сих пор отдают предпочтение квазикомплементарным ВК.

Транзисторный усилитель мощности без общей ООС, характеризующихся менее широким спектром гармоник по сравнению с усилителями с глубокой ООС, более высоки требования к ВК. Поэтому типовые выходные каскады класса АВ, обычно используемые в усилителях с глубокой ООС, не годятся. Исключением являются ВК с корректором Хаксфорда как на БТ [2], так и на ПТ. (3), а также более сложные повторители с использованием дифференциального каскада [4] или со структурой ОБ-ОK (ОЗ-ОС) [5]. Такие повторители, в том числе и с отрицательным выходным сопротивлением, были представлены и обсуждены на форуме [6].

На основании вышеизложенного в качестве ВК для усилителя мощности низкой частоты без общем ООС наиболее привлекательны всё же повторители на транзисторах в режиме класса А. Основное условие принадлежности к классу А отсутствие режима отсечки во всех режимах работы, т. е. ток сигнала через транзисторы каждого плеча ВК протекает в течение полного периода сигнала.

Однако это справедливо для нагрузки с постоянным импедансом. Акустические системы такой нагрузкой не являются, так как могут иметь существенную просадку импеданса, что неизбежно ведёт к выходу из режима класса А. В однотактных повторителях в качестве нагрузки нередко используют резистор (можно встретить даже дроссель или лампу накаливания), с помощью которого и задают необходимый ток покоя, а с него через конденсатор подают сигнал на акустическую систему.

Искажения такого ВК относительно велики, хотя и низкого порядка, так как нелинейность передаточной характеристики преимущественно квадратичная. Звучание с такими повторителями в усилитель мощности звуковой частоты напоминает звучание с однобитными ламповыми усилителями. Существенно улучшить параметры однотактного ВК можно, если в качестве нагрузки использовать генератор стабильного тока (ГСТ) [7].

По этому пути последовал Чиуффоли (Ciuffoli, его усилитель мощности звука Follower 99), а также разработчики усилителей Grimrni. Однако и это решение улучшает параметры однотакткого ВК недостаточно эффективно. Более высоких параметров (меньшие искажения, низкое выходное сопротивление) можно добиться, используя псевдодвухтактные каскады (8). Дальнейшее усовершенствование одного из повторителей на ВТ представлено на форуме.

В отношении двухтактных повторителей в ВК принято считать, что для достижения малых искажений достаточно взять типовой (например, “тройку” Дарлингтона на БТ или ВК на ПТ) и увеличить ток покоя до выхода в режим класса А. Однако, как показали исследования такого ВК [9], его нелинейные искажения и выходное сопротивление относительно велики и не могут в полной мере отвечать требованиям высококачественного звуковоспроизведения.

Более правильный подход к стабилизации тока покоя с помощью токового шунта был предложен Алисоном ещё в 1972 г., но и шунт не решает в полной мере проблему коммутационных искажений. Среди схем управлении транзисторами в плечах ВК можно встретить и трансформаторные с отдельными выходными обмотками. С помощью термокомпенсированных источников напряжения задают смещение для получения оптимального тока покоя, а через вторичные обмотки трансформатора управляют в противофазе транзисторами плеч ВК.

Преимуществом такого подхода является возможность использования в обоих плечах ВК транзисторов одинаковой структуры, что устраняет недостатки, связанные с неполной комплементарностью мощных транзисторов. Но и этот способ управления также не позволяет отказаться от резисторов в цепях эмиттеров (истоков) источника коммутационных искажений.

Двухтактный повторитель можно сделать на транзисторах одинаковой структуры с использованием отражателя тока [10]. Такое решение позволило существенно повысить параметры маломощных повторителей.

Суть идеи состоит в том, чтобы сохранить режим А при максимальной амплитуде выходного напряжения и обеспечить ток транзистора, работающего в режиме повторителя, строго постоянным. С целью устранения тепловых искажений в предлагаемом здесь ВК, наряду со стабилизацией тока повторителя, стабилизировано и напряжение на нём посредством дополнительного следящего каскада, как показано на рис.1.

ВК выполнен на распространенных полевых транзисторах вертикальной структуры IRF9630, IRF64-0. Входной сигнал поступает на повторитель напряжения на транзисторе VT2 с каналом р-типа. Он же играет роль термокомпенсатора напряжения смещения для транзистора выходного каскада. С целью уменьшения нелинейных искажений повторитель нагружен на генератор стабильного тока (ГСТ) с током около 20 мА на транзисторах VT1, VT3. Выходной же повторитель выполнен на транзисторах VT5—VT7, примем VT5 обеспечивает следящее питание транзистора VT6, a VT7 входит в узел прецизионного масштабного отражателя тока.

Одновременно входной сигнал поступает на полевой транзистор VT4 — преобразователь напряжение—ток относительно плюсовой шины питания. Питание преобразователя повышено на 5 В с помощью изолированного стабилизированного источника напряжения U2. Теоретически надбавка напряжения питания должна быть равна напряжению затвор—исток транзистора VT4, в этом случае падение напряжения на резисторе R9 равно напряжению питания верхнего плеча ВК.

В практической реализации это напряжение принято равным 5 В, чтобы использовать интегральным стабилизатор на микросхеме. Питание ГСТ от этого же источника позволяет более полно использовать источник напряжения U3 (сделать ограничение максимальной амплитуды сигнала более симметричным и близким к напряжению питания).

На микросхеме DA1, транзисторе VT7 и резисторах RIO, R11, R13, R14 выполнен прецизионный масштабный отражатель тока. Подстроечным резистором R11 выставляют расчётный ток покоя. Резистор R14 должен иметь малый температурный коэффициент (ТКС), его можно сделать из константана или манганина.

В качестве транзистора VT7, кроме ПТ. можно использовать мощный транзистор Дарлингтона n-р-n структуры, в качестве ОУ необходимо использовать быстродействующие микросхемы с минимальным напряжением питания не более +/-5В, способные работать с единичным коэффициентом усиления, например, AD823, ОРА134, ОР275. ОР249. ОРА627. LT1122, AD845, AD843 и др.

Из ОУ более ранних разработок можно использовать LM318 (LM118, LM218). Для увеличения нагрузочной способности выходы сдвоенных ОУ можно объединять через резисторы сопротивлением 100…200 Ом. Все ПТ и диод VD1 должны быть закреплены на общем теплоотводе. Источник питания усилителя, стабилизированный на напряжение +/-20в, выполнен по схеме из [11], но выходное напряжение увеличено за счёт включения последовательно со стабилитронами светодиодов красного свечения.

Кроме того, добавлены изолированные источники питания с напряжением по 5В (на микросхемах стабилизаторов LM78L05, LM79L05 или аналогичных). Это позволило получить максимальную амплитуду выходного сигнала до ± 19,5 В (при общем суммарном напряжении питания ВК 40 В).

Спектр гармоник при выходной мощности 14 Вт (амплитуда напряжения 15 В) на частоте 20 кГц показан на рис. 2.

Как видно из графика, спектр гармоник содержит в основном вторую и третью гармоники и носит спадающий характер. В качестве мощных транзисторов, кроме IRF640, можно использовать IRFP140, IRFP150. С транзисторами IRFP240 нелинейные искажения возрастают примерно на порядок, т. е. до 0,01 %.

Для минимизации искажений мощного повторителя (да и всего УМЗЧ) важна стабильность его выходного сопротивления, которое зависит как оттока ПТ. так и от температуры его кристалла. А так как ток стока и выделяемая на транзисторе VT6 мощность постоянны, то и все виды искажений, в том числе и тепловые, минимальны. Например, сопротивление канала исток—сток транзистора IRF640 при изменении температуры кристалла с 25 до 150 °С увеличивается в 2,5 раза.

Кроме того, нелинейные искажения минимальны при оптимальном импедансе нагрузки. Его отклонение (как в плюс, так и в минус), что имеет место для реальных АС, ведет к росту второй гармоники при сохранении всех остальных. Преимущества предлагаемого каскада наиболее заметно проявятся при полосовом усилении СЧ-ВЧ с современными динамическими головками (с постоянным импедансом).

Для полосы же НЧ более пригодны ВК с отрицательным импедансом, например, с корректором Хаксфорда или по структуре ОБ-ОК с охватом ОС. Что касается применимости для полосы НЧ выходных каскадов с токовым выходом (ИТУИ), который увеличивает отдачу АС в области основного резонанса НЧ-головки, для линеаризации результирующей АЧХ включают параллельно этой головке последовательный LC-фильтр оптимальной добротности.

Получаемый эффект, по моему мнению, напоминает работу АС с фазоинвертором (с теми же недостатками). На самом деле в этой области частот головка слабо контролируется самим ВК, и большая часть тока ВК уходит в LC-фильтр. Выравнивание АЧХ лучше делать с помощью корректора Линквица, а ВК с отрицательным выходным импедансом даёт эффект, похожий на действие ЭМОС.
Теперь о мощности, выделяемой в ВК. В отсутствие сигнала на выходных транзисторах выделяется суммарная мощность 100 Вт (40В х 2,5А = 100 Вт, по 50 Вт в пленах).

На рис. 3 показаны колебания мощности, рассеиваемой на выходных транзисторах VT5, VT6 и VT7 при амплитуде выходного напряжения 4В и 16B. Анализ показывает, что для верхнего плеча повторителя рассеваемая мощность на транзисторе VT6 равна примерно 9 Вт во всех режимах работы ВК. Остальные 41 Вт выделяются на транзисторе VT5, обеспечивающем следящее питание. Тепловые искажения транзистора VT5 могут сказываться только на эффекте Эрли транзистора VT6, но это ничтожно малые искажения по сравнению с другими видами искажений.

На нижнем плече ВК (VT7) в отсутствие сигнала выделяется мощность 50 Вт (20 В х 2,5 А = 50 Вт). По мере увеличения выходного напряжения средняя мощность, выделяемая этим транзистором, снижается примерно до 35 Вт при выходном напряжении 16 8 на нагрузке 8 Ом. Но гак как этот транзистор работает в режиме прецизионного масштабного отражателя тока с глубокой ООС, то и тепловые искажения этого транзистора существенно подавлены и не сказываются на точности работы отражателя. При увеличении напряжения питания до +/-25 В в качестве выходных транзисторов следует использовать спаренные транзисторы, в том числе и более мощные, например. IRFP140, IRFP240, IRFP150.

При этом неискаженная выходная мощность достигает 25 Вт при токе покоя 3А и средней рассеиваемой мощности на выходных транзисторах около 150 Вт (по 75 Вт на плече), что потребует принудительного охлаждения теплоотводов выходных транзисторов. В случае отсутствия для БП сетевого трансформатора с дополнительными отдельными обмотками для изолированных источников питания 2×5 В можно использовать автогенераторный конвертор с напряжений 20 В на 2×5 В (нестабилизированное) по схеме на рис. 4, а также с более сложным трансформатором на основе ГСП магнитофонов “Маяк-001”, “Электроника ТА1-003” или других, либо отдельными готовыми конверторами ТМА-1505D, MAU-151, VBTI-SI5-S5-SMT, PS1R5-12-5, SPS1 R5-12-5 и другими, снизив напряжение питания до оптимального
для входа конвертора.

Трансформатор Т1 выполнен в броневом магнитопроводе 22Б-22 из феррита М2000НМ1 или на кольце типоразмера «20x10x5». Обмотка I содержит 20 витков провода ПЭВ-2 0.33, обмотки II и III содержат по 11 витков того же провода. Достоинство такого конвертора в простоте трансформатора и отсутствии необходимости фазировки обмоток. Частота преобразования зависит от ёмкости конденсатора С6.

При использовании стабилизаторов LM78L05, LM79L05 число витков вторичных обмоток необходимо увеличить в 1.5 раза, т. е. до 16 витков. При этом дополнительное напряжение в нижнем плече может быть нестабилизированным от 5 до 8 В. Помехоподавляюший дроссель L1 намотан на металлопорошковом кольце (iron powder core) С12-Б4 (Т50-52В — кодировка Micrornetals) зелёного цвета и содержит две обмотки по 25 витков провода ПЭВ-2 0,22. За неимением кольца из альсифера можно использовать ферритовое М2000НМ типоразмера К12x6x4,5 или аналогичное.

О налаживании. Подстроенным резистором R1 выставляют ноль на выходе ВК при литании от источника с “заземлённой” средней точкой или половину напряжения питания (по 20 В на конденсаторах С8, С9) при питании от источника 40 В с “незаземлённой” средней точкой. Регулировкой подстроенным резистором R11 устанавливают расчётный ток покоя (2,5 А) или по минимуму нелинейных искажений при амплитуде выходного напряжения на 3…5В ниже напряжения питания одного плеча ВК.

Сделай сам усилитель hi fi. Транзисторный усилитель класса а своими руками

Усилитель сделан по схеме работающей в режиме АВ, гальваническая связь всех каскадов позволила охватить весь усилитель петлей широкополосной отрицательной обратной связью. Что обеспечило высокую стабильность работы при изменении питающего напряжения и температуры окружающей среды. Напряжение ОС снимается с эмиттеров выходных транзисторов и через R9 поступает на эмиттер VT1. Вторая ООС через R10 введена для уменьшения влияния конденсатора С5 на выходное сопротивление усилителя. Что дополнительно влияет на снижение КНИ.
Напряжение смещения базы выходных транзисторов поступает на VD2 включенного в цепь коллектора VT2. Нелинейность вольт-амперной харак-ки диода и ее зависимость от температуры окружающей среды используется для стабилизации выходного каскада.
С4 предотвращает самовозбуждение УМЗЧ на ВЧ, R11 предотвращает нарушение режима работы в случае обрыва цепи нагрузки.

Характеристики:

• Номинальная мощность 16Вт, максимальная 20Вт
• Номинальная чувствительность 0,32В
• КНИ на f=1кГц не более 0,25%
• Полоса пропускания при неравномерности АЧХ не более 2 дБ от 20 до 20кГц
• Отношение сигн\шум -80Дб

Источник питания — не стабилизированный, КТ3102Г можно заменит на КТ3102Е или на КТ 342Г. КТ630 на КТ807, он установлен на небольшой металлический радиатор. Выходные транзисторы имеют радиатор площадью не менее 100 кв см.

Налаживание сводится к симметрированию проходной динамической характеристики путем подбора номиналов R1 R2. При этом постоянное напряжение на эмиттерах выходных транзисторов должно быть равно половине питания. Кроме того VD2 подбираем так чтобы, на нем падало напряжение 0,9В.

Литература — Радиоконструктор 1999 — 07

• Похожие статьи

Войти с помощью:

Случайные статьи

• 15.

  10.2014

  На рис. показана схема простейшего усилителя НЧ, в котором можно использовать источник питания напряжением 4,5 или 9 В. При сопротивлении нагрузки 10 Ом и напряжении питания 4,5 В номинальная выходная мощность равна 70…80 мВт, а при повышении напряжения до 9 В 120… 150 мВт. В усилителе применены германиевые маломощные низкочастотные …

• 20.09.2014

  В соответствии со стандартами IEC на практике применяется четыре способа кодировки номинальной емкости. 1. Кодировка 3-мя цифрами Первые две цифры указывают на значение емкости в пикофарадах (пф), последняя — количество нулей. Когда конденсатор имеет емкость менее 10 пФ, то последняя цифра может быть «9». При емкостях меньше 1.0 пф первая …

– Сосед запарил по батарее стучать. Сделал музыку громче, чтобы его не слышать.
(Из фольклора аудиофилов).

Эпиграф иронический, но аудиофил совсем не обязательно «больной на всю голову» с физиономией Джоша Эрнеста на брифинге по вопросам отношений с РФ, которого «прёт» оттого, что соседи «счастливы». Кто-то хочет слушать серьезную музыку дома как в зале. Качество аппаратуры для этого нужно такое, какое у любителей децибел громкости как таковых просто не помещается там, где у здравомыслящих людей ум, но у последних оный за разум заходит от цен на подходящие усилители (УМЗЧ, усилитель мощности звуковой частоты). А у кого-то попутно возникает желание приобщиться к полезным и увлекательным сферам деятельности – технике воспроизведения звука и вообще электронике. Которые в век цифровых технологий неразрывно связаны и могут стать высокодоходной и престижной профессией. Оптимальный во всех отношениях первый шаг в этом деле – сделать усилитель своими руками: именно УМЗЧ позволяет с начальной подготовкой на базе школьной физики на одном и том же столе пройти путь от простейших конструкций на полвечера (которые, тем не менее, неплохо «поют») до сложнейших агрегатов, через которые с удовольствием сыграет и хорошая рок-группа. Цель данной публикации – осветить первые этапы этого пути для начинающих и, возможно, сообщить кое-что новое опытным.

Простейшие

Итак, для начала попробуем сделать усилитель звука, который просто работает. Чтобы основательно вникнуть в звукотехнику, придется постепенно освоить довольно много теоретического материала и не забывать по мере продвижения обогащать багаж знаний. Но любая «умность» усваивается легче, когда видишь и щупаешь, как она работает «в железе». В этой статье далее тоже без теории не обойдется – в том, что нужно знать поначалу и что возможно пояснить без формул и графиков. А пока достаточно будет умения и пользоваться мультитестером.

Примечание: если вы до сих пор не паяли электронику, учтите – ее компоненты нельзя перегревать! Паяльник – до 40 Вт (лучше 25 Вт), максимально допустимое время пайки без перерыва – 10 с. Паяемый вывод для теплоотвода удерживается в 0,5-3 см от места пайки со стороны корпуса прибора медицинским пинцетом. Кислотные и др. активные флюсы применять нельзя! Припой – ПОС-61.

Слева на рис. – простейший УМЗЧ, «который просто работает». Его можно собрать как на германиевых, так и на кремниевых транзисторах.

На этой крошке удобно осваивать азы наладки УМЗЧ с непосредственными связями между каскадами, дающими наиболее чистый звук:

• Перед первым включением питания нагрузку (динамик) отключаем;
• Вместо R1 впаиваем цепочку из постоянного резистора на 33 кОм и переменного (потенциометра) на 270 кОм, т.е. первый прим. вчетверо меньшего, а второй прим. вдвое большего номинала против исходного по схеме;
• Подаем питание и, вращая движок потенциометра, в точке, обозначенной крестиком, выставляем указанный ток коллектора VT1;
• Снимаем питание, выпаиваем временные резисторы и замеряем их общее сопротивление;
• В качестве R1 ставим резистор номинала из стандартного ряда, ближайшего к измеренному;
• Заменяем R3 на цепочку постоянный 470 Ом + потенциометр 3,3 кОм;
• Так же, как по пп. 3-5, в т. а выставляем напряжение, равное половине напряжения питания.

Точка а, откуда снимается сигнал в нагрузку это т. наз. средняя точка усилителя. В УМЗЧ с однополярным питанием в ней выставляют половину его значения, а в УМЗЧ в двухполярным питанием – ноль относительно общего провода. Это называется регулировкой баланса усилителя. В однополярных УМЗЧ с емкостной развязкой нагрузки отключать ее на время наладки не обязательно, но лучше привыкать делать это рефлекторно: разбалансированный 2-полярный усилитель с подключенной нагрузкой способен сжечь свои же мощные и дорогие выходные транзисторы, а то и «новый, хороший» и очень дорогой мощный динамик.

Примечание: компоненты, требующие подбора при наладке устройства в макете, на схемах обозначаются или звездочкой (*), или штрихом-апострофом (‘).

В центре на том же рис. – простой УМЗЧ на транзисторах, развивающий уже мощность до 4-6 Вт на нагрузке 4 Ом. Хотя и работает он, как и предыдущий, в т. наз. классе AB1, не предназначенном для Hi-Fi озвучивания, но, если заменить парой таких усилитель класса D (см. далее) в дешевых китайских компьютерных колонках, их звучание заметно улучшается. Здесь узнаем еще одну хитрость: мощные выходные транзисторы нужно ставить на радиаторы. Компоненты, требующие дополнительного охлаждения, на схемах обводятся пунктиром; правда, далеко не всегда; иногда – с указанием необходимой рассеивающей площади теплоотвода. Наладка этого УМЗЧ – балансировка с помощью R2.

Справа на рис. – еще не монстр на 350 Вт (как был показан в начале статьи), но уже вполне солидный зверюга: простой усилитель на транзисторах мощностью 100 Вт. Музыку через него слушать можно, но не Hi-Fi, класс работы – AB2. Однако для озвучивания площадки для пикника или собрания на открытом воздухе, школьного актового или небольшого торгового зала он вполне пригоден. Любительская рок-группа, имея по такому УМЗЧ на инструмент, может успешно выступать.

В этом УМЗЧ проявляются еще 2 хитрости: во-первых, в очень мощных усилителях каскад раскачки мощного выхода тоже нужно охлаждать, поэтому VT3 ставят на радиатор от 100 кв. см. Для выходных VT4 и VT5 нужны радиаторы от 400 кв. см. Во-вторых, УМЗЧ с двухполярным питанием совсем без нагрузки не балансируются. То один, то другой выходной транзистор уходит в отсечку, а сопряженный в насыщение. Затем, на полном напряжении питания скачки тока при балансировке способны вывести из строя выходные транзисторы. Поэтому для балансировки (R6, догадались?) усилитель запитывают от +/–24 В, а вместо нагрузки включают проволочный резистор 100…200 Ом. Кстати, закорючки в некоторых резисторах на схеме – римские цифры, обозначающие их необходимую мощность рассеяния тепла.

Примечание: источник питания для этого УМЗЧ нужен мощностью от 600 Вт. Конденсаторы сглаживающего фильтра – от 6800 мкФ на 160 В. Параллельно электролитическим конденсаторам ИП включаются керамические по 0,01 мкФ для предотвращения самовозбуждения на ультразвуковых частотах, способного мгновенно сжечь выходные транзисторы.

На полевиках

На след. рис. – еще один вариант достаточно мощного УМЗЧ (30 Вт, а при напряжении питания 35 В – 60 Вт) на мощных полевых транзисторах:

Звук от него уже тянет на требования к Hi-Fi начального уровня (если, разумеется, УМЗЧ работает на соотв. акустические системы, АС). Мощные полевики не требуют большой мощности для раскачки, поэтому и предмощного каскада нет. Еще мощные полевые транзисторы ни при каких неисправностях не сжигают динамики – сами быстрее сгорают. Тоже неприятно, но все-таки дешевле, чем менять дорогую басовую головку громкоговорителя (ГГ). Балансировка и вообще наладка данному УМЗЧ не требуются. Недостаток у него, как у конструкции для начинающих, всего один: мощные полевые транзисторы много дороже биполярных для усилителя с такими же параметрами. Требования к ИП – аналогичные пред. случаю, но мощность его нужна от 450 Вт. Радиаторы – от 200 кв. см.

Примечание: не надо строить мощные УМЗЧ на полевых транзисторах для импульсных источников питания, напр. компьютерных. При попытках «загнать» их в активный режим, необходимый для УМЗЧ, они или просто сгорают, или звук дают слабый, а по качеству «никакой». То же касается мощных высоковольтных биполярных транзисторов, напр. из строчной развертки старых телевизоров.

Сразу вверх

Если вы уже сделали первые шаги, то вполне естественным будет желание построить УМЗЧ класса Hi-Fi, не вдаваясь слишком глубоко в теоретические дебри. Для этого придется расширить приборный парк – нужен осциллограф, генератор звуковых частот (ГЗЧ) и милливольтметр переменного тока с возможностью измерения постоянной составляющей. Прототипом для повторения лучше взять УМЗЧ Е. Гумели, подробно описанный в «Радио» №1 за 1989 г. Для его постройки понадобится немного недорогих доступных компонент, но качество удовлетворяет весьма высоким требованиям: мощность до 60 Вт, полоса 20-20 000 Гц, неравномерность АЧХ 2 дБ, коэффициент нелинейных искажений (КНИ) 0,01%, уровень собственных шумов –86 дБ. Однако наладить усилитель Гумели достаточно сложно; если вы с ним справитесь, можете браться за любой другой. Впрочем, кое-какие из известных ныне обстоятельств намного упрощают налаживание данного УМЗЧ, см. ниже. Имея в виду это и то, что в архивы «Радио» пробраться не всем удается, уместно будет повторить основные моменты.

Схемы простого высококачественного УМЗЧ

Схемы УМЗЧ Гумели и спецификация к ним даны на иллюстрации. Радиаторы выходных транзисторов – от 250 кв. см. для УМЗЧ по рис. 1 и от 150 кв. см. для варианта по рис. 3 (нумерация оригинальная). Транзисторы предвыходного каскада (КТ814/КТ815) устанавливаются на радиаторы, согнутые из алюминиевых пластин 75х35 мм толщиной 3 мм. Заменять КТ814/КТ815 на КТ626/КТ961 не стоит, звук заметно не улучшается, но налаживание серьезно затрудняется.

Этот УМЗЧ очень критичен к электропитанию, топологии монтажа и общей, поэтому налаживать его нужно в конструктивно законченном виде и только со штатным источником питания. При попытке запитать от стабилизированного ИП выходные транзисторы сгорают сразу. Поэтому на рис. даны чертежи оригинальных печатных плат и указания по наладке. К ним можно добавить что, во-первых, если при первом включении заметен «возбуд», с ним борются, меняя индуктивность L1. Во-вторых, выводы устанавливаемых на платы деталей должны быть не длиннее 10 мм. В-третьих, менять топологию монтажа крайне нежелательно, но, если очень надо, на стороне проводников обязательно должен быть рамочный экран (земляная петля, выделена цветом на рис.), а дорожки электропитания должны проходить вне ее.

Примечание: разрывы в дорожках, к которым подключаются базы мощных транзисторов – технологические, для налаживания, после чего запаиваются каплями припоя.

Налаживание данного УМЗЧ много упрощается, а риск столкнуться с «возбудом» в процессе пользования сводится к нулю, если:

• Минимизировать межблочный монтаж, поместив платы на радиаторах мощных транзисторов.
• Полностью отказаться от разъемов внутри, выполнив весь монтаж только пайкой. Тогда не нужны будут R12, R13 в мощном варианте или R10 R11 в менее мощном (на схемах они пунктирные).
• Использовать для внутреннего монтажа аудиопровода из бескислородной меди минимальной длины.

При выполнении этих условий с возбуждением проблем не бывает, а налаживание УМЗЧ сводится к рутинной процедуре, описанной на рис.

Провода для звука

Аудиопровода не досужая выдумка. Необходимость их применения в настоящее время несомненна. В меди с примесью кислорода на гранях кристаллитов металла образуется тончайшая пленочка окисла. Оксиды металлов полупроводники и, если ток в проводе слабый без постоянной составляющей, его форма искажается. По идее, искажения на мириадах кристаллитов должны компенсировать друг друга, но самая малость (похоже, обусловленная квантовыми неопределенностями) остается. Достаточная, чтобы быть замеченной взыскательными слушателями на фоне чистейшего звука современных УМЗЧ.

Производители и торговцы без зазрения совести подсовывают вместо бескислородной обычную электротехническую медь – отличить одну от другой на глаз невозможно. Однако есть сфера применения, где подделка не проходит однозначно: кабель витая пара для компьютерных сетей. Положить сетку с длинными сегментами «леварем», она или вовсе не запустится, или будет постоянно глючить. Дисперсия импульсов, понимаешь ли.

Автор, когда только еще пошли разговоры об аудиопроводах, понял, что, в принципе, это не пустая болтовня, тем более, что бескислородные провода к тому времени уже давно использовались в технике спецназначения, с которой он по роду деятельности был хорошо знаком. Взял тогда и заменил штатный шнур своих наушников ТДС-7 самодельным из «витухи» с гибкими многожильными проводами. Звук, на слух, стабильно улучшился для сквозных аналоговых треков, т.е. на пути от студийного микрофона до диска нигде не подвергавшихся оцифровке. Особенно ярко зазвучали записи на виниле, сделанные по технологии DMM (Direct Meta lMastering, непосредственное нанесение металла). После этого межблочный монтаж всего домашнего аудио был переделан на «витушный». Тогда улучшение звучания стали отмечать и совершенно случайные люди, к музыке равнодушные и заранее не предуведомленные.

Как сделать межблочные провода из витой пары, см. след. видео.

Видео: межблочные провода из витой пары своими руками

К сожалению, гибкая «витуха» скоро исчезла из продажи – плохо держалась в обжимаемых разъемах. Однако, к сведению читателей, только из бескислородной меди делается гибкий «военный» провод МГТФ и МГТФЭ (экранированный). Подделка невозможна, т.к. на обычной меди ленточная фторопластовая изоляция довольно быстро расползается. МГТФ сейчас есть в широкой продаже и стоит много дешевле фирменных, с гарантией, аудиопроводов. Недостаток у него один: его невозможно выполнить расцвеченным, но это можно исправить бирками. Есть также и бескислородные обмоточные провода, см. далее.

Теоретическая интермедия

Как видим, уже на первых порах освоения звукотехники нам пришлось столкнуться с понятием Hi-Fi (High Fidelity), высокая верность воспроизведения звука. Hi-Fi бывают разных уровней, которые ранжируются по след. основным параметрам:

1. Полосе воспроизводимых частот.
2. Динамическому диапазону – отношению в децибелах (дБ) максимальной (пиковой) выходной мощности к уровню собственных шумов.
3. Уровню собственных шумов в дБ.
4. Коэффициенту нелинейных искажений (КНИ) на номинальной (долговременной) выходной мощности. КНИ на пиковой мощности принимается 1% или 2% в зависимости от методики измерений.
5. Неравномерности амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) в полосе воспроизводимых частот. Для АС – отдельно на низких (НЧ, 20-300 Гц), средних (СЧ, 300-5000 Гц) и высоких (ВЧ, 5000-20 000 Гц) звуковых частотах.

Примечание: отношение абсолютных уровней каких-либо величин I в (дБ) определяется как P(дБ) = 20lg(I1/I2). Если I1

Все тонкости и нюансы Hi-Fi нужно знать, занимаясь проектированием и постройкой АС, а что касается самодельного Hi-Fi УМЗЧ для дома, то, прежде чем переходить к таким, нужно четко уяснить себе требования к их мощности, необходимой для озвучивания данного помещения, динамическому диапазону (динамике), уровню собственных шумов и КНИ. Добиться от УМЗЧ полосы частот 20-20 000 Гц с завалом на краях по 3 дБ и неравномерностью АЧХ на СЧ в 2 дБ на современной элементной базе не составляет больших сложностей.

Громкость

Мощность УМЗЧ не самоцель, она должна обеспечивать оптимальную громкость воспроизведения звука в данном помещении. Определить ее можно по кривым равной громкости, см. рис. Естественных шумов в жилых помещениях тише 20 дБ не бывает; 20 дБ это лесная глушь в полный штиль. Уровень громкости в 20 дБ относительно порога слышимости это порог внятности – шепот разобрать еще можно, но музыка воспринимается только как факт ее наличия. Опытный музыкант может определить, какой инструмент играет, но что именно – нет.

40 дБ – нормальный шум хорошо изолированной городской квартиры в тихом районе или загородного дома – представляет порог разборчивости. Музыку от порога внятности до порога разборчивости можно слушать при наличии глубокой коррекции АЧХ, прежде всего по басам. Для этого в современные УМЗЧ вводят функцию MUTE (приглушка, мутирование, не мутация!), включающую соотв. корректирующие цепи в УМЗЧ.

90 дБ – уровень громкости симфонического оркестра в очень хорошем концертном зале. 110 дБ может выдать оркестр расширенного состава в зале с уникальной акустикой, каких в мире не более 10, это порог восприятия: звуки громче воспринимаются еще как различимый по смыслу с усилием воли, но уже раздражающий шум. Зона громкости в жилых помещениях 20-110 дБ составляет зону полной слышимости, а 40-90 дБ – зону наилучшей слышимости, в которой неподготовленные и неискушенные слушатели вполне воспринимают смысл звука. Если, конечно, он в нем есть.

Мощность

Расчет мощности аппаратуры по заданной громкости в зоне прослушивания едва ли не основная и самая трудная задача электроакустики. Для себя в условиях лучше идти от акустических систем (АС): рассчитать их мощность по упрощенной методике, и принять номинальную (долговременную) мощность УМЗЧ равной пиковой (музыкальной) АС. В таком случае УМЗЧ не добавит заметно своих искажений к таковым АС, они и так основной источник нелинейности в звуковом тракте. Но и делать УМЗЧ слишком мощным не следует: в таком случае уровень его собственных шумов может оказаться выше порога слышимости, т.к. считается он от уровня напряжения выходного сигнала на максимальной мощности. Если считать совсем уж просто, то для комнаты обычной квартиры или дома и АС с нормальной характеристической чувствительностью (звуковой отдачей) можно принять след. значения оптимальной мощности УМЗЧ:

• До 8 кв. м – 15-20 Вт.
• 8-12 кв. м – 20-30 Вт.
• 12-26 кв. м – 30-50 Вт.
• 26-50 кв. м – 50-60 Вт.
• 50-70 кв. м – 60-100 Вт.
• 70-100 кв. м – 100-150 Вт.
• 100-120 кв. м – 150-200 Вт.
• Более 120 кв. м – определяется расчетом по данным акустических измерений на месте.

Динамика

Динамический диапазон УМЗЧ определяется по кривым равной громкости и пороговым значениям для разных степеней восприятия:

1. Симфоническая музыка и джаз с симфоническим сопровождением – 90 дБ (110 дБ – 20 дБ) идеал, 70 дБ (90 дБ – 20 дБ) приемлемо. Звук с динамикой 80-85 дБ в городской квартире не отличит от идеального никакой эксперт.
2. Прочие серьезные музыкальные жанры – 75 дБ отлично, 80 дБ «выше крыши».
3. Попса любого рода и саундтреки к фильмам – 66 дБ за глаза хватит, т.к. данные опусы уже при записи сжимаются по уровням до 66 дБ и даже до 40 дБ, чтобы можно было слушать на чем угодно.

Динамический диапазон УМЗЧ, правильно выбранного для данного помещения, считают равным его уровню собственных шумов, взятому со знаком +, это т. наз. отношение сигнал/шум.

КНИ

Нелинейные искажения (НИ) УМЗЧ это составляющие спектра выходного сигнала, которых не было во входном. Теоретически НИ лучше всего «затолкать» под уровень собственных шумов, но технически это очень трудно реализуемо. На практике берут в расчет т. наз. эффект маскировки: на уровнях громкости ниже прим. 30 дБ диапазон воспринимаемых человеческим ухом частот сужается, как и способность различать звуки по частоте. Музыканты слышат ноты, но оценить тембр звука затрудняются. У людей без музыкального слуха эффект маскировки наблюдается уже на 45-40 дБ громкости. Поэтому УМЗЧ с КНИ 0,1% (–60 дБ от уровня громкости в 110 дБ) оценит как Hi-Fi рядовой слушатель, а с КНИ 0,01% (–80 дБ) можно считать не искажающим звук.

Лампы

Последнее утверждение, возможно, вызовет неприятие, вплоть до яростного, у адептов ламповой схемотехники: мол, настоящий звук дают только лампы, причем не просто какие-то, а отдельные типы октальных. Успокойтесь, господа – особенный ламповый звук не фикция. Причина – принципиально различные спектры искажений у электронных ламп и транзисторов. Которые, в свою очередь, обусловлены тем, что в лампе поток электронов движется в вакууме и квантовые эффекты в ней не проявляются. Транзистор же прибор квантовый, там неосновные носители заряда (электроны и дырки) движутся в кристалле, что без квантовых эффектов вообще невозможно. Поэтому спектр ламповых искажений короткий и чистый: в нем четко прослеживаются только гармоники до 3-й – 4-й, а комбинационных составляющих (сумм и разностей частот входного сигнала и их гармоник) очень мало. Поэтому во времена вакуумной схемотехники КНИ называли коэффициентом гармоник (КГ). У транзисторов же спектр искажений (если они измеримы, оговорка случайная, см. ниже) прослеживается вплоть до 15-й и более высоких компонент, и комбинационных частот в нем хоть отбавляй.

На первых порах твердотельной электроники конструкторы транзисторных УМЗЧ брали для них привычный «ламповый» КНИ в 1-2%; звук с ламповым спектром искажений такой величины рядовыми слушателями воспринимается как чистый. Между прочим, и самого понятия Hi-Fiтогда еще не было. Оказалось – звучат тускло и глухо. В процессе развития транзисторной техники и выработалось понимание, что такое Hi-Fi и что для него нужно.

В настоящее время болезни роста транзисторной техники успешно преодолены и побочные частоты на выходе хорошего УМЗЧ с трудом улавливаются специальными методами измерений. А ламповую схемотехнику можно считать перешедшей в разряд искусства. Его основа может быть любой, почему же электронике туда нельзя? Тут уместна будет аналогия с фотографией. Никто не сможет отрицать, что современная цифрозеркалка дает картинку неизмеримо более четкую, подробную, глубокую по диапазону яркостей и цвета, чем фанерный ящичек с гармошкой. Но кто-то крутейшим Никоном «клацает фотки» типа «это мой жирный кошак нажрался как гад и дрыхнет раскинув лапы», а кто-то Сменой-8М на свемовскую ч/б пленку делает снимок, перед которым на престижной выставке толпится народ.

Примечание: и еще раз успокойтесь – не все так плохо. На сегодня у ламповых УМЗЧ малой мощности осталось по крайней мере одно применение, и не последней важности, для которого они технически необходимы.

Опытный стенд

Многие любители аудио, едва научившись паять, тут же «уходят в лампы». Это ни в коем случае не заслуживает порицания, наоборот. Интерес к истокам всегда оправдан и полезен, а электроника стала таковой на лампах. Первые ЭВМ были ламповыми, и бортовая электронная аппаратура первых космических аппаратов была тоже ламповой: транзисторы тогда уже были, но не выдерживали внеземной радиации. Между прочим, тогда под строжайшим секретом создавались и ламповые… микросхемы! На микролампах с холодным катодом. Единственное известное упоминание о них в открытых источниках есть в редкой книге Митрофанова и Пикерсгиля «Современные приемно-усилительные лампы».

Но хватит лирики, к делу. Для любителей повозиться с лампами на рис. – схема стендового лампового УМЗЧ, предназначенного именно для экспериментов: SA1 переключается режим работы выходной лампы, а SA2 – напряжение питания. Схема хорошо известна в РФ, небольшая доработка коснулась только выходного трансформатора: теперь можно не только «гонять» в разных режимах родную 6П7С, но и подбирать для других ламп коэффициент включения экранной сетки в ульралинейном режиме; для подавляющего большинства выходных пентодов и лучевых тетродов он или 0,22-0,25, или 0,42-0,45. Об изготовлении выходного трансформатора см. ниже.

Гитаристам и рокерам

Это тот самый случай, когда без ламп не обойтись. Как известно, электрогитара стала полноценным солирующим инструментом после того, как предварительно усиленный сигнал со звукоснимателя стали пропускать через специальную приставку – фьюзер – преднамеренно искажающую его спектр. Без этого звук струны был слишком резким и коротким, т.к. электромагнитный звукосниматель реагирует только на моды ее механических колебаний в плоскости деки инструмента.

Вскоре выявилось неприятное обстоятельство: звучание электрогитары с фьюзером обретает полную силу и яркость только на больших громкостях. Особенно это проявляется для гитар со звукоснимателем типа хамбакер, дающим самый «злой» звук. А как быть начинающему, вынужденному репетировать дома? Не идти же в зал выступать, не зная точно, как там зазвучит инструмент. И просто любителям рока хочется слушать любимые вещи в полном соку, а рокеры народ в общем-то приличный и неконфликтный. По крайней мере те, кого интересует именно рок-музыка, а не антураж с эпатажем.

Так вот, оказалось, что роковый звук появляется на уровнях громкости, приемлемых для жилых помещений, если УМЗЧ ламповый. Причина – специфическое взаимодействие спектра сигнала с фьюзера с чистым и коротким спектром ламповых гармоник. Тут снова уместна аналогия: ч/б фото может быть намного выразительнее цветного, т.к. оставляет для просмотра только контур и свет.

Тем, кому ламповый усилитель нужен не для экспериментов, а в силу технической необходимости, долго осваивать тонкости ламповой электроники недосуг, они другим увлечены. УМЗЧ в таком случае лучше делать бестрансформаторный. Точнее – с однотактным согласующим выходным трансформатором, работающим без постоянного подмагничивания. Такой подход намного упрощает и ускоряет изготовление самого сложного и ответственного узла лампового УМЗЧ.

“Бестрансформаторный” ламповый выходной каскад УМЗЧ и предварительные усилители к нему

Справа на рис. дана схема бестрансформаторного выходного каскада лампового УМЗЧ, а слева – варианты предварительного усилителя для него. Вверху – с регулятором тембра по классической схеме Баксандала, обеспечивающей достаточно глубокую регулировку, но вносящей небольшие фазовые искажения в сигнал, что может быть существенно при работе УМЗЧ на 2-полосную АС. Внизу – предусилитель с регулировкой тембра попроще, не искажающей сигнал.

Но вернемся к «оконечнику». В ряде зарубежных источников данная схема считается откровением, однако идентичная ей, за исключением емкости электролитических конденсаторов, обнаруживается в советском «Справочнике радиолюбителя» 1966 г. Толстенная книжища на 1060 страниц. Не было тогда интернета и баз данных на дисках.

Там же, справа на рис., коротко, но ясно описаны недостатки этой схемы. Усовершенствованная, из того же источника, дана на след. рис. справа. В ней экранная сетка Л2 запитана от средней точки анодного выпрямителя (анодная обмотка силового трансформатора симметричная), а экранная сетка Л1 через нагрузку. Если вместо высокоомных динамиков включить согласующий трансформатор с обычным динамиков, как в пред. схеме, выходная мощность составить ок. 12 Вт, т.к. активное сопротивление первичной обмотки трансформатора много меньше 800 Ом. КНИ этого оконечного каскада с трансформаторным выходом – прим. 0,5%

Как сделать трансформатор?

Главные враги качества мощного сигнального НЧ (звукового) трансформатора – магнитное поле рассеяния, силовые линии которого замыкаются, обходя магнитопровод (сердечник), вихревые токи в магнитопроводе (токи Фуко) и, в меньшей степени – магнитострикция в сердечнике. Из-за этого явления небрежно собранный трансформатор «поет», гудит или пищит. С токами Фуко борются, уменьшая толщину пластин магнитопровода и дополнительно изолируя их лаком при сборке. Для выходных трансформаторов оптимальная толщина пластин – 0,15 мм, максимально допустимая – 0,25 мм. Брать для выходного трансформатора пластины тоньше не следует: коэффициент заполнения керна (центрального стержня магнитопровода) сталью упадет, сечение магнитопровода для получения заданной мощности придется увеличить, отчего искажения и потери в нем только возрастут.

В сердечнике звукового трансформатора, работающего с постоянным подмагничиванием (напр., анодным током однотактного выходного каскада) должен быть небольшой (определяется расчетом) немагнитный зазор. Наличие немагнитного зазора, с одной стороны, уменьшает искажения сигнала от постоянного подмагничивания; с другой – в магнитопроводе обычного типа увеличивает поле рассеяния и требует сердечника большего сечения. Поэтому немагнитный зазор нужно рассчитывать на оптимум и выполнять как можно точнее.

Для трансформаторов, работающих с подмагничиванием, оптимальный тип сердечника – из пластин Шп (просеченных), поз. 1 на рис. В них немагнитный зазор образуется при просечке керна и потому стабилен; его величина указывается в паспорте на пластины или замеряется набором щупов. Поле рассеяния минимально, т.к. боковые ветви, через которые замыкается магнитный поток, цельные. Из пластин Шп часто собирают и сердечники трансформаторов без подмагничивания, т.к. пластины Шп делают из высококачественной трансформаторной стали. В таком случае сердечник собирают вперекрышку (пластины кладут просечкой то в одну, то в другую сторону), а его сечение увеличивают на 10% против расчетного.

Трансформаторы без подмагничивания лучше мотать на сердечниках УШ (уменьшенной высоты с уширенными окнами), поз. 2. В них уменьшение поля рассеяния достигается за счет уменьшения длины магнитного пути. Поскольку пластины УШ доступнее Шп, из них часто набирают и сердечники трансформаторов с подмагничиванием. Тогда сборку сердечника ведут внакрой: собирают пакет из Ш-пластин, кладут полоску непроводящего немагнитного материала толщиной в величину немагнитного зазора, накрывают ярмом из пакета перемычек и стягивают все вместе обоймой.

Примечание: «звуковые» сигнальные магнитопроводы типа ШЛМ для выходных трансформаторов высококачественных ламповых усилителей мало пригодны, у них большое поле рассеяния.

На поз. 3 дана схема размеров сердечника для расчета трансформатора, на поз. 4 конструкция каркаса обмоток, а на поз. 5 – выкройки его деталей. Что до трансформатора для «бестрансформаторного» выходного каскада, то его лучше делать на ШЛМме вперекрышку, т.к. подмагничивание ничтожно мало (ток подмагничивания равен току экранной сетки). Главная задача тут – сделать обмотки как можно компактнее с целью уменьшения поля рассеяния; их активное сопротивление все равно получится много меньше 800 Ом. Чем больше свободного места останется в окнах, тем лучше получился трансформатор. Поэтому обмотки мотают виток к витку (если нет намоточного станка, это маета ужасная) из как можно более тонкого провода, коэффициент укладки анодной обмотки для механического расчета трансформатора берут 0,6. Обмоточный провод – марок ПЭТВ или ПЭММ, у них жила бескислородная. ПЭТВ-2 или ПЭММ-2 брать не надо, у них от двойной лакировки увеличенный наружный диаметр и поле рассеяния будет больше. Первичную обмотку мотают первой, т.к. именно ее поле рассеяния больше всего влияет на звук.

Железо для этого трансформатора нужно искать с отверстиями в углах пластин и стяжными скобами (см. рис. справа), т.к. «для полного счастья» сборка магнитопровода производится в след. порядке (разумеется, обмотки с выводами и наружной изоляцией должны быть уже на каркасе):

1. Готовят разбавленный вдвое акриловый лак или, по старинке, шеллак;
2. Пластины с перемычками быстро покрывают лаком с одной стороны и как можно быстрее, не придавливая сильно, вкладывают в каркас. Первую пластину кладут лакированной стороной внутрь, следующую – нелакированной стороной к лакированной первой и т.д;
3. Когда окно каркаса заполнится, накладывают скобы и туго стягивают болтами;
4. Через 1-3 мин, когда выдавливание лака из зазоров видимо прекратится, добавляют пластин снова до заполнения окна;
5. Повторяют пп. 2-4, пока окно не будет туго набито сталью;
6. Снова туго стягивают сердечник и сушат на батарее и т.п. 3-5 суток.

Собранный по такой технологии сердечник имеет очень хорошие изоляцию пластин и заполнение сталью. Потерь на магнитострикцию вообще не обнаруживается. Но учтите – для сердечников их пермаллоя данная методика неприменима, т.к. от сильных механических воздействий магнитные свойства пермаллоя необратимо ухудшаются!

На микросхемах

УМЗЧ на интегральных микросхемах (ИМС) делают чаще всего те, кого устраивает качество звука до среднего Hi-Fi, но более привлекает дешевизна, быстрота, простота сборки и полное отсутствие каких-либо наладочных процедур, требующих специальных знаний. Попросту, усилитель на микросхемах – оптимальный вариант для «чайников». Классика жанра здесь – УМЗЧ на ИМС TDA2004, стоящей на серии, дай бог памяти, уже лет 20, слева на рис. Мощность – до 12 Вт на канал, напряжение питания – 3-18 В однополярное. Площадь радиатора – от 200 кв. см. для максимальной мощности. Достоинство – способность работать на очень низкоомную, до 1,6 Ом, нагрузку, что позволяет снимать полную мощность при питании от бортовой сети 12 В, а 7-8 Вт – при 6-вольтовом питании, напр., на мотоцикле. Однако выход TDA2004 в классе В некомплементарный (на транзисторах одинаковой проводимости), поэтому звучок точно не Hi-Fi: КНИ 1%, динамика 45 дБ.

Более современная TDA7261 звук дает не лучше, но мощнее, до 25 Вт, т.к. верхний предел напряжения питания увеличен до 25 В. Нижний, 4,5 В, все еще позволяет запитываться от 6 В бортсети, т.е. TDA7261 можно запускать практически от всех бортсетей, кроме самолетной 27 В. С помощью навесных компонент (обвязки, справа на рис.) TDA7261 может работать в режиме мутирования и с функцией St-By (Stand By, ждать), переводящей УМЗЧ в режим минимального энергопотребления при отсутствии входного сигнала в течение определенного времени. Удобства стоят денег, поэтому для стерео нужна будет пара TDA7261 с радиаторами от 250 кв. см. для каждой.

Примечание: если вас чем-то привлекают усилители с функцией St-By, учтите – ждать от них динамики шире 66 дБ не стоит.

«Сверхэкономична» по питанию TDA7482, слева на рис., работающая в т. наз. классе D. Такие УМЗЧ иногда называют цифровыми усилителями, что неверно. Для настоящей оцифровки с аналогового сигнала снимают отсчеты уровня с частотой квантования, не мене чем вдвое большей наивысшей из воспроизводимых частот, величина каждого отсчета записывается помехоустойчивым кодом и сохраняется для дальнейшего использования. УМЗЧ класса D – импульсные. В них аналог непосредственно преобразуется в последовательность широтно-модулированных импульсов (ШИМ) высокой частоты, которая и подается на динамик через фильтр низких частот (ФНЧ).

Звук класса D с Hi-Fi не имеет ничего общего: КНИ в 2% и динамика в 55 дБ для УМЗЧ класса D считаются очень хорошими показателями. И TDA7482 здесь, надо сказать, выбор не оптимальный: другие фирмы, специализирующиеся на классе D, выпускают ИМС УМЗЧ дешевле и требующие меньшей обвязки, напр., D-УМЗЧ серии Paxx, справа на рис.

Из TDAшек следует отметить 4-канальную TDA7385, см. рис., на которой можно собрать хороший усилитель для колонок до среднего Hi-Fi включительно, с разделением частот на 2 полосы или для системы с сабвуфером. Расфильтровка НЧ и СЧ-ВЧ в том и другом случае делается по входу на слабом сигнале, что упрощает конструкцию фильтров и позволяет глубже разделить полосы. А если акустика сабвуферная, то 2 канала TDA7385 можно выделить под суб-УНЧ мостовой схемы (см. ниже), а остальные 2 задействовать для СЧ-ВЧ.

УМЗЧ для сабвуфера

Сабвуфер, что можно перевести как «подбасовик» или, дословно, «подгавкиватель» воспроизводит частоты до 150-200 Гц, в этом диапазоне человеческие уши практически не способны определить направление на источник звука. В АС с сабвуфером «подбасовый» динамик ставят в отельное акустическое оформление, это и есть сабвуфер как таковой. Сабвуфер размещают, в принципе, как удобнее, а стереоэффект обеспечивается отдельными СЧ-ВЧ каналами со своими малогабаритными АС, к акустическому оформлению которых особо серьезных требований не предъявляется. Знатоки сходятся на том, что стерео лучше все же слушать с полным разделением каналов, но сабвуферные системы существенно экономят средства или труд на басовый тракт и облегчают размещение акустики в малогабаритных помещениях, почему и пользуются популярностью у потребителей с обычным слухом и не особо взыскательных.

«Просачивание» СЧ-ВЧ в сабвуфер, а из него в воздух, сильно портит стерео, но, если резко «обрубить» подбасы, что, кстати, очень сложно и дорого, то возникнет очень неприятный на слух эффект перескока звука. Поэтому расфильтровка каналов в сабвуферных системах производится дважды. На входе электрическими фильтрами выделяются СЧ-ВЧ с басовыми «хвостиками», не перегружающими СЧ-ВЧ тракт, но обеспечивающими плавный переход на подбас. Басы с СЧ «хвостиками» объединяются и подаются на отдельный УМЗЧ для сабвуфера. Дофильтровываются СЧ, чтобы не портилось стерео, в сабвуфере уже акустически: подбасовый динамик, ставят, напр., в перегородку между резонаторными камерами сабвуфера, не выпускающими СЧ наружу, см. справа на рис.

К УМЗЧ для сабвуфера предъявляется ряд специфических требований, из которых «чайники» главным считают возможно большую мощность. Это совершенно неправильно, если, скажем, расчет акустики под комнату дал для одной колонки пиковую мощность W, то мощность сабвуфера нужна 0,8(2W) или 1,6W. Напр., если для комнаты подходят АС S-30, то сабвуфер нужен 1,6х30=48 Вт.

Гораздо важнее обеспечить отсутствие фазовых и переходных искажений: пойдут они – перескок звука обязательно будет. Что касается КНИ, то он допустим до 1% Собственные искажения басов такого уровня не слышны (см. кривые равной громкости), а «хвосты» их спектра в лучше всего слышимой СЧ области не выберутся из сабвуфера наружу.

Во избежание фазовых и переходных искажений усилитель для сабвуфера строят по т. наз. мостовой схеме: выходы 2-х идентичных УМЗЧ включают встречно через динамик; сигналы на входы подаются в противофазе. Отсутствие фазовых и переходных искажений в мостовой схеме обусловлено полной электрической симметрией путей выходного сигнала. Идентичность усилителей, образующих плечи моста, обеспечивается применением спаренных УМЗЧ на ИМС, выполненных на одном кристалле; это, пожалуй, единственный случай, когда усилитель на микросхемах лучше дискретного.

Примечание: мощность мостового УМЗЧ не удваивается, как думают некоторые, она определяется напряжением питания.

Пример схемы мостового УМЗЧ для сабвуфера в комнату до 20 кв. м (без входных фильтров) на ИМС TDA2030 дан на рис. слева. Дополнительная отфильтровка СЧ осуществляется цепями R5C3 и R’5C’3. Площадь радиатора TDA2030 – от 400 кв. см. У мостовых УМЗЧ с открытым выходом есть неприятная особенность: при разбалансе моста в токе нагрузки появляется постоянная составляющая, способная вывести из строя динамик, а схемы защиты на подбасах часто глючат, отключая динамик, когда не надо. Поэтому лучше защитить дорогую НЧ головку «дубово», неполярными батареями электролитических конденсаторов (выделено цветом, а схема одной батареи дана на врезке.

Немного об акустике

Акустическое оформление сабвуфера – особая тема, но раз уж здесь дан чертеж, то нужны и пояснения. Материал корпуса – МДФ 24 мм. Трубы резонаторов – из достаточно прочного не звенящего пластика, напр., полиэтилена. Внутренний диаметр труб – 60 мм, выступы внутрь 113 мм в большой камере и 61 в малой. Под конкретную головку громкоговорителя сабвуфер придется перенастроить по наилучшему басу и, одновременно, по наименьшему влиянию на стереоэффект. Для настройки трубы берут заведомо большей длины и, задвигая-выдвигая, добиваются требуемого звучания. Выступы труб наружу на звук не влияют, их потом отрезают. Настройка труб взаимозависима, так что повозиться придется.

Усилитель для наушников

Усилитель для наушников делают своими руками чаще всего по 2-м причинам. Первая – для слушания «на ходу», т.е. вне дома, когда мощности аудиовыхода плеера или смартфона не хватает для раскачки «пуговок» или «лопухов». Вторая – для высококлассных домашних наушников. Hi-Fi УМЗЧ для обычной жилой комнаты нужен с динамикой до 70-75 дБ, но динамический диапазон лучших современных стереонаушников превышает 100 дБ. Усилитель с такой динамикой стоит дороже некоторых автомобилей, а его мощность будет от 200 Вт в канале, что для обычной квартиры слишком много: прослушивание на сильно заниженной против номинальной мощности портит звук, см. выше. Поэтому имеет смысл сделать маломощный, но с хорошей динамикой отдельный усилитель именно для наушников: цены на бытовые УМЗЧ с таким довеском завышены явно несуразно.

Схема простейшего усилителя для наушников на транзисторах дана на поз. 1 рис. Звук – разве что для китайских «пуговок», работает в классе B. Экономичностью тоже не отличается – 13-мм литиевых батареек хватает на 3-4 часа при полной громкости. На поз. 2 – TDAшная классика для наушников «на ход». Звук, впрочем, дает вполне приличный, до среднего Hi-Fi смотря по параметрам оцифровки трека. Любительским усовершенствованиям обвязки TDA7050 несть числа, но перехода звука на следующий уровень классности пока не добился никто: сама «микруха» не позволяет. TDA7057 (поз. 3) просто функциональнее, можно подключать регулятор громкости на обычном, не сдвоенном, потенциометре.

УМЗЧ для наушников на TDA7350 (поз. 4) рассчитан уже на раскачку хорошей индивидуальной акустики. Именно на этой ИМС собраны усилители для наушников в большинстве бытовых УМЗЧ среднего и высокого класса. УМЗЧ для наушников на KA2206B (поз. 5) считается уже профессиональным: его максимальной мощности в 2,3 Вт хватает и для раскачки таких серьезных изодинамических «лопухов», как ТДС-7 и ТДС-15.

Уже несколько десятилетий «QUAD-405» входит в число наиболее известных усилителей высшего качества. С применением новшеств, рожденных технологией, его параметры неоднократно улучшались. Мы познакомимся с его модифицированной версией, в которой упор сделан на повышение мощности.
Цель модификации состояла в том, чтобы повысить мощность «основной версии» «QUAD» вдвое, т.е. до 200 Вт, при сохранении всех его выходных параметров. Задача эта не из простых, поскольку она влечет за собой, в первую очередь, повышение питающего напряжения. Для получения синусоидальной мощности 200 Вт на 4-омной нагрузке необходим сигнал размахом 80 В (от пика до пика). Для этого уровня сигнала требуется питающее напряжение примерно ±50. .55 В. Ситуация еще более усложняется в случае 8-омных акустических систем. когда размах выходного сигнала нужно довести до 115 В. Необходимое для него питающее напряжение возрастает до ±60…65 В.
Из приведенных примеров явствует, что повышение мощности требует значительной осмотрительности в решении как схемотехнических, так и технологических проблем. Правильный выбор транзисторов является необходимым, но не достаточным условием корректного решения этой задачи.
Схема «QUAD-405/200″» изображена на рис.1. Коэффициент усиления переменного напряжения определяется в операционном усилителе 1С отношением сопротивлений R6 и R3. Отрицательная обратная связь, в силу наличия конденсатора СЗ, начинает действовать выше частоты 1 Гц. Через цепь R5-R3 с выхода усилителя осуществляется 100% отрицательная обратная связь по постоянному току. Поскольку относительно постоянного тока усилитель имеет единичное усиление, возникающее на выходе смещение (offset) совпадает с напряжением смещения операционного усилителя.

Усиление переменного напряжения и работа усилителя класса «А» на транзисторе Т2 на высокой частоте определяется, главным образом, элементами моста. Конденсатор С9 вместе с этим усилителем образует быстродействующий интегратор, при этом он одновременно служит одним из элементов моста. Следующим элементом моста является R37. Контроль за током выходного каскада (dumper) осуществляется третьим элементом моста — индуктивностью L2. Четвертым элементом моста служит эквивалентное сопротивление параллельной цепочки резисторов R16-R17, которая при этом с помощью R15 задает усиление каскада на Т2 по напряжению, способствуя очень хорошей линейности характеристики.
Тем же путем на Т2 поступает напряжение, осуществляющее компенсацию ошибки, возникающей вследствие падения напряжения на L2 за счет выходного тока. Этот сигнал ошибки проходит через усилитель и появляется на выходе с той же амплитудой, но с противоположной фазой по сравнению с сигналом, возникающем на 12. После того, как на громкоговорителе происходит взаимное вычитание двух сигналов ошибки, незначительное рассогласование моста создает отличный выходной сигнал без искажений. На функционирование системы влияют искажения усилителя класса «А», рассогласование моста, а также искажения операционного усилителя NE5534.
Ограничение частотного диапазона сигнала, поступающего на Т2, обеспечивается интегрирующей цепочкой R11-C6. Это устанавливает верхний предел по ширине полосы усилиливаемых частот и является одним из простейших способов защиты от интермодуляционных искажений. О надлежащем фазовом сдвиге усилителя на Т2. nпомимо С9, «заботится» также цепочка C8-R14, а также конденсатор СЮ. Избыточный фазовый сдвиг, возникающий во время включения выходного каскада, компенсируется за счет цепочек L3-R33 и L1-R36.
Усилитель «QUA0-405/200» размещается на односторонней печатной плате, чертеж которой приведен на рис.2, а расположение элементов — на рис. 3. Монтаж деталей на плату начинается с резисторов (детали устанавливаются в порядке возрастания их высоты). Это позволяет избежать смещения припаиваемой детали со своего места при переворачивании платы. Сопротивления резисторов рекомендуется измерять омметром, а не идентифицировать по нанесенному на них цветовому коду. Мощные резисторы следует устанавливать на высоте нескольких миллиметров над платой, чтобы они лучше охлаждались. Катушки индуктивности L1…L3 содержат по 22 витка обмоточного провода 01 мм, намотанного на оправку 013 мм (L1, L3) и 016 мм (L2).
Далее осуществляется операция, особо влияющая на надежность усилителя: монтаж оконечных транзисторов. Задумаемся о следующем: при КПД 70% и синусоидальном сигнале требуется отвести примерно 90 Вт тепловой мощности так, чтобы мгновенная температура полупроводников не приближалась к критическому значению! В каталогах данная температура указывается обычно в пределах 120…140°С. Достичь этого можно лишь путем установки транзисторов Т7…Т10 на радиатор с очень хорошей теплопередачей (с теплопроводящей пастой).
По завершении сборки внимательно осматриваем еще раз всю схему. При помощи омметра проверяем изоляцию между транзисторами и радиатором. Если все в порядке, можно произвести первое включение. Не следует торопиться, поскольку в случае мощного усилителя нельзя однозначно определить, как он себя поведет, когда установка рабочей точки еще не известна. Работая с должной осторожностью, можно избежать так называемого «эффекта дыма». Для этого включаем амперметры в положительную и отрицательную цепи питания. Следует тем или иным способом ограничить максимальный ток блока питания, чтобы в случае короткого замыкания не случилось беды.
В принципе, возможны два случая. В первом из них оконечный каскад функционирует нормально, во втором «дымит» по причине какой-то неисправности. В первом случае потребляемый ток составляет около 100 мА. Во втором случае существует какая-то аномалия, ток гораздо больше (он ограничивается лишь внутренним сопротивлением нашего блока питания). В свете этого желательно иметь защиту с такой характеристикой, импедансом которой при малых токах можно было бы пренебречь, в то время как при больших токах он бы скачкообразно возрастал. Такой характеристикой обладает обычная лампа накаливания.
Включим в положительную и отрицательную ветви питания по лампе (последовательной цепочке ламп), напряжение которой не меньше питающего. Защитная способность лампы накаливания основана на том свойстве, что между ее сопротивлением в холодном и горячем состоянии существует разница более одного порядка. Если усилитель работает хорошо, ток покоя составляет около 100 мА. При таком токе лампа накаливания за счет малого «холодного» сопротивления эквивалентна короткому замыканию, как если бы ее там и не было. Другими словами, когда она не горит, все в порядке. В противном случае, если пампа горит, это свидетельствует о большом токе и о наличии какой-либо неисправности в системе. Однако катастрофы не произошло, и невелика вероятность того, что какая-либо деталь вышла из строя. Опыт показывает, что большой ток обычно возникает из-за неправильной установки резисторов, дефектов на плате, плохой пайки, высокочастотного самовозбуждения и, гораздо реже, вследствие плохих деталей.
При наличии лампы нахождение неисправностей упрощается, поскольку схема может оставаться включенной более длительное время. За это время дефектная деталь хорошо прогреется, и ее нетрудно обнаружить на ощупь. Если это не помогает, понадобятся измерения с помощью инструментов. Данный метод защиты с использованием лампы накаливания успешно применим к любому усилителю.
Итак, подключаем питающее напряжение к соответствующим контактам. Его значение nне критично: ±45…55 В. Смотрим на лампы; если они не горят, контролируем по амперметрам ток в обеих ветвях питающего напряжения, а затем напряжение на выходе усилителя. Здесь должно быть около 0 В. Ток ниже 100 мА и наличие нуля в средней точке показывает, что рабочая точка по постоянному току установлена правильно, и можно осуществлять динамический контроль. В целях предосторожности лампы накаливания при малом сигнале можно оставить. Следует иметь в виду, что они лимитируют выходную мощность, и, в зависимости от величины сигнала, вспыхивают и «подсаживают» питание, как в случае неисправности, поэтому при большом сигнале их не используют.

Контролируем передачу сигнала без нагрузки при помощи генератора звуковых частот и осциллографа. Если после включения усилителя без сигнала и нагрузки какая-либо лампа светится, немедленно отключаем питание и занимаемся систематическим поиском ошибок. К сожалению, здесь нельзя дать точный рецепт, поскольку любая ошибка может повлиять на питание. Снова осматриваем усилитель, уделяя повышенное внимание дорожкам платы (наличию разрывов, замыканий и т.п.), пайкам (замыканию соседних точек, «непропаям»). полярности установленных диодов, конденсаторов и пр.
Подобный усилитель целесообразно дополнить соответствующей защитной схемой — «глушителем стука». В первую очередь, это предохраняет акустическую систему от бросков напряжения, возникающих в ходе выключения и включения усилителя, а также появления на выходе постоянного напряжения при возможной неисправности. При окончательной доводке перед выходным усилителем нужно включить какой-либо предусилитель и регулятор тембра, чтобы регулировать уровень и тембр звука.
Питание усилителя целесообразно осуществлять от простого в конструктивном отношении питающего блока (трансформатора-моста-конденсатора фильтра большой емкости). Для достижения выходной мощности 200 Вт с хорошим приближением требуется сетевой трансформатор минимум на 300 Вт. Подключение усилителя к блоку питания может производиться при помощи контактных соединений. Сигнальный вход на плате выполнен в виде паяльного «пятачка», поскольку сюда целесообразнее непосредственно припаять экранированный кабель от предусилителя.

Вступление И это реально! Усилитель, несмотря на относительную простоту, обеспечивает довольно высокие параметры. Вообще-то, по правде говоря, у «микросхемных» усилителей есть ряд ограничений, поэтому усилители на «рассыпухе» могут обеспечить более высокие показатели. В защиту микросхемы (а иначе почему я и сам ее использую, и другим рекомендую?) можно сказать: схема очень простая и очень дешевая и практически не нуждается в наладке и собрать ее можно за один вечер а качество превосходит многие усилители 70-х… 80-х годов, и вполне достаточно для большинства применений (да и современные системы до 300 долларов могут ей уступить) таким образом, усилитель подойдет и начинающему, и опытному радиолюбителю (мне, например, как-то понадобился многоканальный усилитель проверить одну идейку. Угадайте, как я поступил?). В любом случае, плохо сделаный и неправильно настроенный усилитель на «рассыпухе» будет звучать хуже микросхемного. А наша задача — сделать очень хороший усилитель. Надо отметить, что звучание усилителя очень хорошее (если его правильно сделать и правильно питать), есть информация, что какая-то фирма выпускала Hi-End усилители на микросхеме TDA7294 ! И наш усилитель ничуть не хуже!!! Основные параметры Я специально проведу замеры параметров микросхемы и опубликую отдельно. Здесь же скажу, что микросхема устойчиво работала на активную нагрузку 2…24 ома, на активное сопротивление 4 ома плюс либо емкость ~15 мкФ, либо индуктивность ~1,5 мГн. Причем на емкостной и индуктивной нагрузках (не таких сильных, как описано выше) искажения оставались малыми. Нужно отметить, что величина искажений сильно зависит от источника питания, особенно на емкостной нагрузке. Схема Схема этого усилителя — это практически повторение схемы включения, предлагаемой производителем. И это неслучайно — уж кто лучше знает, как ее включать. И наверняка не будет никаких неожиданностей из-за нестандартного включения или режима работы. Вот она, схема: Признаюсь сразу — никаких 80-ти ватт (и тем более 100 Вт) от нее не получишь. Реально 40-60, но зато это будут честные долговременные ваты. В кратковременном импульсе можно получить гораздо больше, но это уже будет РМРО мощность, кстати, тоже честная (80-120 Вт). В «китайских» ватах это будет несколько тысяч, если кого интересует. Тысяч пять. Тут все сильно зависит от источника питания, и позже, я напишу, как увеличить мощность, при этом улучшив еще и качество звучания. Следите за рекламой! Описание схемы Входная цепочка R1C1 представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ), обрезающий все выше 90 кГц. Без него нельзя — ХХI век — это в первую очередь век высокочастотных помех. Частота среза этого фильтра довольно высока. Но это специально — я ведь не знаю, к чему будет подключаться этот усилитель. Если на входе будет стоять регулятор громкости, то в самый раз — его сопротивление добавится к R1, и частота среза снизится (оптимальное значение сопротивления регулятора громкости ~10 кОм, больше — лучше, но нарушится закон регулирования). Далее цепочка R2C2 выполняет прямо противоположную функцию — не пропускает на вход частоты ниже 7 Гц. Если для вас это слишком низко, емкость С2 можно уменьшить. Если сильно увлечься снижением емкости, можно остаться совсем без низких. Для полного звукового диапазона С2 должно быть не менее 0,33 мкф. И помните, что у конденсаторов разброс емкостей довольно большой, поэтому если написано 0,47 мкф, то запросто может оказаться, что там 0,3! И еще. На нижней границе диапазона выходная мощность снижается в 2 раза, поэтому ее лучше выбирать пониже: С2[мкФ] = 1000 / (6,28 * Fmin[Гц] * R2[кОм]) Резистор R2 задает входное сопротивление усилителя. Его величина несколько больше, чем по даташиту, но это и лучше — слишком низкое входное сопротивление может «не понравиться» источнику сигнала. Учтите, что если перед усилителем включен регулятор громкости, то его сопротивление должно быть раза в 4 меньше, чем R2, иначе изменится закон регулирования громкости (величина громкости от угла поворота регулятора). Оптимальное значение R2 лежит в диапазоне 33…68 кОм (большее сопротивление снизит помехоустойчивость). Схема включения усилителя — неинвертирующая. Резисторы R3 и R4 создают цепь отрицательной обратной связи (ООС). Коэффициент усиления равен: Ку = R4 / R3 + 1 = 28,5 раза = 29 дБ Это почти равно оптимальному значению 30 дБ. Менять коэффициент усиления можно, изменяя резистор R3. Учтите, что делать Ку меньше 20 нельзя — микросхема может самовозбуждаться. Больше 60 его также делать не стОит — глубина ООС уменьшится, а искажения возрастут. При значениях сопротивлений, указанных на схеме, при входном напряжении 0,5 вольт выходная мощность на нагрузке 4 ома равна 50 Вт. Если чувствительности усилителя не хватает, то лучше использовать предварительный усилитель. Значения сопротивлений несколько больше, чем рекомендовано производителем. Это во-первых, увеличивает входное сопротивление, что приятно для источника сигнала (для получения максимального баланса по постоянному току нужно чтобы R4 было равно R2). Во-вторых, улучшает условия работы электролитического конденсатора С3. И в-третьих, усиливает благотворное влияние С4. Об этом поподробнее. Конденсатор С3 последовательно с R3 создает 100%-ю ООС по постоянному току (так как сопротивление постоянному току у него бесконечность, и Ку получается равным единице). Чтобы влияние С3 на усиление низких частот было минимально, его емкость должна быть довольно большой. Частота, на которой влияние С3 становится заметной равна: f [Гц] = 1000 / (6,28 * R3 [кОм] * С3 [мкФ]) = 1,3 Гц Эта частота и должна быть очень низкая. Дело в том, что С3 — электролитический полярный, а на него подается переменное напряжение и ток, что для него очень плохо. Поэтому чем меньше значение этого напряжения, тем меньше искажения, вносимые С3. С этой же целью его максимально допустимое напряжение выбирается довольно большим (50В), хотя напряжение на нем не превышает 100 милливольт. Очень важно, чтобы частота среза цепи R3С3 была намного ниже, чем входной цепи R2С2. Ведь когда проявляется влияние С3 из-за роста его сопротивления, то и напряжеине на нем увеличивается (выходное напряжение услителя перераспределяется между R4, R3 и С3 пропорционально их сопротивлениям). Если же на этих частотах выходное напряжение падает (из-за падения входного напряжения), то и напряжение на С3 не растет. В принципе, в качестве С3 можно использовать неполярный конденсатор, но я не могу однозначно сказать, улучшится от этого звук, или ухудшится: неполярный конденсатор это «два в одном» полярных, включенных встречно. Конденсатор С4 шунтирует С3 на высоких частотах: у электролитов есть еще один недостаток (на самом деле недостатков много, это расплата за высокую удельную емкость) — они плохо работают на частотах выше 5-7 кГц (дорогие лучше, например Black Gate, ценой 7-12 евро за штуку неплохо работает и на 20 кГц). Пленочный конденсатор С4 «берет высокие частоты на себя», тем самым снижая искажения, вносимые на них конденсатором С3. Чем больше емкость С4 — тем лучше. А его максимальное рабочее напряжение может быть сравнительно небольшим. Цепь С7R9 увеличивает устойчивость усилителя. В принципе усилитель очень устойчив, и без нее можно обойтись, но мне попадались экземпляры микросхем, которые без этой цепи работали хуже. Конденсатор С7 должен быть рассчитан на напряжение не ниже, чем напряжение питания. Конденсаторы С8 и С9 осуществляют так называемую вольтодобавку. Через них часть выходного напряжения поступает обратно в предоконечный каскад и складывается в напряжением питания. В результате напряжение питания внутри микросхемы оказывается выше, чем напряжение источника питания. Это нужно потому, что выходные транзисторы обеспечивают выходное напряжение вольт на 5 меньше, чем напряжение на их входах. Таким образом, чтобы получить на выходе 25 вольт, нужно подать на затворы транзисторов напряжение 30 вольт, а где его взять? Вот и берем его с выхода. Без цепи вольтодобавки выходное напряжение микросхемы было бы вольт на 10 меньше, чем напряжение питания, а с этой цепью всего на 2-4. Пленочный конденсатор С9 берет работу на себя на высоких частотах, где С8 работает хуже. Оба конденсатора должны выдерживать напряжение не ниже, чем 1,5 напряжения питания. Резисторы R5-R8, конденсаторы С5, С6 и диод D1 управляют режимами Mute и StdBy при включении и выключении питания. Они обеспечивают правильную последовательность включения/выключения этих режимов. Правда все отлично работает и при «неправильной» их последовательности , так что такое управление нужно больше для собственного удовольствия. Конденсаторы С10-С13 фильтруют питание. Их использование обязательно — даже с самым наилучшим источником питания сопротивления и индуктивности соединительных проводов могут повлиять на работу усилителя. При наличии этих конденсаторов никакие провода не страшны (в разумных пределах)! Уменьшать емкости не стОит. Минимум 470 мкФ для электролитов и 1 мкФ для пленочных. При установке на плату необходимо, чтобы выводы были максимально короткими и хорошо пропаяны — не жалейте припоя. Все эти конденсаторы должны выдерживать напряжение не ниже, чем 1,5 напряжения питания. И, наконец, резистор R10. Он служит для разделения входной и выходной земли. «На пальцах» его назначение можно объяснить так. С выхода усилителя через нагрузку на землю протекает большой ток. Может так случиться, что этот ток, протекая по «земляному» проводнику, протечет и через тот участок, по которому течет входной ток (от источника сигнала, через вход усилителя, и далее обратно к источнику по «земле»). Если бы сопротивление проводников было нулевым, то и ничего страшного. Но сопротивление хоть и маленькое, но не нулевое, поэтому на сопротивлении «земляного» провода будет появляться напряжение (закон Ома: U=I*R), которое сложится со входным. Таким образом выходной сигнал усилителя попадет на вход, причем эта обратная связь ничего хорошего не принесет, только всякую гадость. Сопротивление резистора R10 хоть и мало (оптимальное значение 1…5 Ом), но намного больше, чем сопротивление земляного проводника, и через него (резистор) во входную цепь попадет в сотни раз меньший ток, чем без него. В принципе, при хорошей разводке платы (а она у меня хорошая) этого не произойдет, но с другой стороны, что-то подобное может случиться в «макромасштабе» по цепи источник_сигнала-усилитель-нагрузка. Резистор поможет и в этом случае. Впрочем, его можно вполне заменить перемычкой — он использован исходя из принципа «лучше перебдеть, чем недобдеть». Источник питания Усилитель питается двухполярным напряжением (т.е. это два одинаковых источника, соединенных последовательно, а их общая точка подключена к земле). Минимальное напряжение питания по даташиту +- 10 вольт. Я лично пробовал питать от +-14 вольт — микросхема работает, но стОит ли так делать? Ведь выходная мощность получается мизерной! Максимальное напряжение питания зависит от сопротивления нагрузки (это напряжение каждого плеча источника): Сопротивление нагрузки, Ом Максимальное напряжение питания, В Эта зависимость вызвана допустимым нагревом микросхемы. Если микросхема установлена на маленьком радиаторе, напряжение питания лучше снизить. Максимальная выходная мощность, получаемая от усилителя приблизительно описывается формулой: где единицы: В, Ом, Вт (я отдельно исследую этот вопрос и опишу), а Uип — напряжения одного плеча источника питания в режиме молчания. Мощность блока питания должна быть ватт на 20 больше, чем выходная мощность. Диоды выпрямителя рассчитаны на ток не менее 10 Ампер. Емкость конденсаторов фильтра не менее 10 000 мкФ на плечо (можно и меньше, но максимальная мощность снизится а искажения возрастут). Нужно помнить, что напряжение выпрямителя на холостом ходу в 1,4 раза выше, чем напряжение на втоичной обмотке трансформатора, поэтому не спалите микросхему! Простая, но довольно точная программа для расчета блока питания . И не забывайте, что для стереоусилителя нужен вдвое более мощный блок питания (при расчете по поредлагаемой программе все учитывается автоматически).

от лампы к микросхеме и обратно

Время публикации:14:00/

11.07.2019

Прослушивание музыки через колонки или наушники невозможно без устройства, которое бы усилило сигнал от источника до уровня, достаточного для их нормальной работы. Это мы уже знаем. Как устроен Hi-Fi усилитель тоже выяснили. Теперь давайте посмотрим, какими бывают Hi-Fi усилители.

Сначала была лампа

TAGA Harmony TTA-500 — настоящий ламповый звук по доступной цене

Исторически первыми появились ламповые усилители. Потому что первым был изобретен их главный элемент в виде электронно-вакуумной лампы. Серийные коммерческие ламповые усилители, появившиеся в 30-е годы прошлого века, вначале были встроены в радиоприемники, а позже и радиолы (приемники с проигрывателем винила). И только уже потом такие усилители появились в виде отдельных устройств. На протяжении всей истории развития ламповых усилителей совершенствовались и используемые в них компоненты, в то время как сама схемотехника менялась не столь значительно.

Ламповый усилитель, как правило, отличается небольшим количеством элементов (по сравнению с транзиторными, о которых чуть позже), но тем выше требования к качеству каждого из них. Ламповый усилитель может работать в классе A или A/B (существуют и весьма экзотические ламповые схемы класса D), быть однотактным или двухтактным. Если вы сейчас не поняли, о чем речь (про «классы» и «такты»), то рекомендуем прочитать нашу предыдущую статью из этого цикла.

Лампы усилителя обычно закрывают защитной сеткой (Roma 96DC)

Обязательным компонентом практически любого лампового усилителя является выходной трансформатор, который обеспечивает его нормальную работу (согласование) с акустикой. Качественный выходной трансформатор довольно дорог в изготовлении и имеет большие размеры и вес. Лампы усилителя требуют высокого напряжения питания в сотни вольт, и, кроме того, сильно нагреваются при работе, что делает такие устройства (теоретически) небезопасными при домашнем использовании. Кроме того, лампы имеют ограниченный срок службы. Поэтому индустрия начала поиск других решений для домашнего усиления звука, что и привело к появлению транзисторных аппаратов.

Тем не менее, сегодня ламповые усилители по-прежнему остаются востребованными на рынке, а их совершенствование продолжает идти по пути применения наиболее качественных комплектующих и материалов, а также расширения функциональных возможностей.

А потом пришел мощный и легкий транзистор

Современные технологии позволяют сделать мощный транзисторный усилитель очень компактным (Pro-Ject MaiA DS2)

Транзистор представляет собой устройство, способное выполнять те же функции, что и лампа, но с использованием других физических процессов. На практике это означает возможность построения более мощных (чем ламповые) усилителей, в которых не требуется использовать высокое питающее напряжение и которые выделяют гораздо меньше тепла. Разумеется, транзисторные усилители класса А тоже довольно горячие, но все же не так сильно, как ламповые. Кроме того, даже самый мощный транзистор меньше обычной лампы. А особенности характеристик транзисторных усилительных схем (их низкое выходное сопротивление) позволяет обойтись без дорого и громоздкого выходного трансформатора.

Все вышеперечисленное, а также возможность простой автоматизированной конвейерной сборки обусловили огромную популярность транзисторных усилителей в 70-90-е годы прошлого века. Они практически полностью вытеснили с рынка ламповые моделей. Кроме того, по измеряемым характеристиками транзисторные аппараты также заметно превосходили ламповые, и именно с их появления принято считать начало эпохи Hi-Fi.

Качественные компоненты для качественного звука

Однако схемотехника транзисторных усилителей оказалась заметно сложнее, чем у ламповых устройств. Им, в большинстве случаев, требовалась специальная настройка или точный предварительный отбор компонентов. Это привело к появлению специальных микросхем-усилителей, в небольших корпусах которых содержались уже настроенные схемы на десятках транзисторов. Использование таких микросхем еще более упростило создание усилителей в массовом производстве. Но со временем оказалось, что, несмотря на хорошие технические показатели, качество их звучания не удовлетворяет запросам меломанов. Поэтому современные транзисторные Hi-Fi усилители создаются только с использованием дискретных компонентов (т.е. отдельных транзисторов), по крайней мере, в выходных каскадах.

Транзисторные аппараты представлены во всех классах усиления, при этом инженеры постоянно разрабатывают и новые схемные решения для еще большего повышения эффективности их работы и улучшения характеристик.

Лампы или транзисторы?

Мы намеренно не останавливались на качестве звучания усилителей на лампах и транзисторах, так как здесь все зависит от конкретного исполнения той или иной модели. И «теплый ламповый» звук или «холодный транзисторный» являются всего лишь распространенными штампами. Да, паспортный уровень искажений лампового усилителя, как правило, выше, чем у транзисторного, а выходная мощность меньше, однако на воспринимаемое качество звука это может и не оказывать никакого влияния вообще.

TAGA Harmony HTA-800 — отличный пример качественного гибридного усилителя

В целом транзисторные аппараты звучат более аналитично, а ламповые – эмоциональнее, но подобные характеристики вряд ли можно измерить в лаборатории. Желание совместить звуковые характеристики усилителей обоих типов привело к возникновению гибридных моделей. Чаще всего в них ламповые входные каскады сочетаются с выходными транзисторными, но бывает и наоборот. В любом случае, усилитель для своей стереосистемы нужно послушать лично и выбирать тот, звук которого понравится именно вам. Подробнее о том, как же выбирать свой усилитель для домашней системы мы поговорим в следующих статьях.

Гибридный лампово-транзисторный усилитель класса А — Fonel Emotion в Москве (Аудиоаппаратура)

Гибридный лампово-транзисторный усилитель класса «А» — Fonel «Emotion» , новый
Выставочный образец, состояние как новый, предоставляется скидка 18%
Этот усилитель имеет относительно небольшую выходную мощность 2 х 25W, но способен �раскачать� любые колонки с нормальной чувствительностью. Подлинная балансная схема.
Очень высокое разрешение, лёгкость и воздушность высоких частот в сочетании с живыми средними и мягким, но насыщенным и контролируемым, басом. Аудиофильный усилитель HiEnd.
Технические параметры:
Входы RCA 3
Входы XLR 1
Подключение пар акустики 2
Подключение наушников 1
Выходная мощность 2x25W
THD:
при Pnom
при P=1
Потребляемая мощность W,
Дистанционное управление
Соотношение сигнал/шум -98 dB
Входное сопротивление 47 kOm
Напряжение питания 230/115 V, 50-60 Hz
Размеры 430 mm x 132 mm x 432 mm
Вес 29,2 kg
ФотографииКупить гибридный лампово-транзисторный усилитель класса а — fonel emotionЗаказатьУточнить ценуИли свяжитесь с продавцомСообщениеПостарайтесь кратко описать суть вашего вопроса продавцу (минимум 20 символов)ФИОТелефонE-mailОтправляя вопрос, вы соглашаетесь с пользовательским соглашением ознакоми(лся/лась) и принимаю егоВернуться назадв раздел «Аудиоаппаратура»
Смотрите также товары категории «Аудиотехника»
Радиоприемники
Кабинеты лингафонные
Стереосистемы
Колонки акустические
Ресиверы вертикальные
Караоке
Метрономы
Стереогарнитура
Комплекты акустические для домашнего кинотеатра
Сабвуферы
Пульты дистанционного управления
Ресиверы, усилители
Аудиоаппаратура
Оборудование центральное для конференц-систем
Мегафоны
Динамики
Тюнеры
Граммофоны
Ресиверы горизонтальные
Проигрыватели компакт-дисков
Ламповый усилитель
Ламповый усилитель для наушников
Проигрыватели виниловые
Аудио портативное
Аудиокассеты

Качественный усилитель звука своими руками. Схема двух простых усилителей Транзисторный усилитель своими руками 805

Высокое входное сопротивление и неглубокая ОС — основной секрет теплого лампового звучания. Ни для кого не секрет, что именно на лампах реализуются самые высококачественные и дорогие усилители, которые относятся к разряду HI-End. Давайте поймем, что такое качественный усилитель? Качественным имеет право называться тот усилитель мощности НЧ, который полностью повторяет форму входного сигнала на выходе, не искажая его, разумеется выходной сигнал уже усиленный. В сети можно встретить несколько схем действительно высококачественных усилителей, которые имеют право относится к разряду HI-End и совсем не обязательна ламповая схематика. Для получения максимального качества, нужен усилитель, выходной каскад которого работает в чистом классе А. Максимальная линейность схемы дает минимальное кол-во искажений на выходе, поэтому в строении высококачественных усилителей особое внимание уделяется именно этому фактору. Ламповые схемы хороши, но не всегда доступны даже для самостоятельной сборки, а промышленные ламповые УМЗЧ от брендовых производителей стоят от нескольких тысяч, до нескольких десятков тысяч долларов США — такая цена уж точно не по карману многим.
Возникает вопрос — можно ли аналогичных результатов добиться от транзисторных схем? ответ будет в конце статьи.

Линейных и сверхлинейных схем усилителей мощности НЧ достаточно много, но схему, которая будет сегодня рассмотрена является ультралинейной схемой высокого качества, которая реализована всего на 4-х транзисторах. Схема была создана в далеком 1969 году, британским инженером-звуковиком Джоном Линсли-Худом (John Linsley-Hood). Автор является создателем еще нескольких высококачественных схем, в частности класса А. Некоторые знатоки называют этот усилитель самым качественным среди транзисторных УНЧ и я в этом убедился еще год назад.

Первая версия такого усилителя была представлена на . Удачная попытка реализации схемы заставила создать двухканальный УНЧ по этой же схеме, собрать все в корпусе и использовать для личных нужд.

Особенности схемы

Не смотря на простоту, схема имеет несколько особенностей. Правильный режим работы может нарушиться из-за неправильной разводки платы, неудачного расположения компонентов, неправильное питание и т.п..
Именно питание — особо важный фактор — крайне не советую питать данный усилитель от всевозможных блоков питания, оптимальный вариант аккумулятор или блок питания с параллельно включенным аккумулятором.
Мощность усилителя составляет 10 ватт с питанием 16 Вольт на нагрузку 4 Ом. Саму схему можно приспособить для головок 4, 8 и 16 Ом.
Мною была создана стереофоническая версия усилителя, оба канала расположены на одной плате.

Второй — предназначен для раскачки выходного каскада, поставил КТ801 (раздобыл достаточно трудно.
В самом выходном каскаде поставил мощные биполярные ключи обратной проводимости — КТ803 именно с ними получил несомненно высокое качество звучание, хотя экспериментировал со многими транзисторами — КТ805, 819 , 808, даже поставил мощные составные — КТ827, с ним мощность на много выше, но звук не сравниться с КТ803, хотя это лишь мое субъективное мнение.

Входной конденсатор с емкостью 0,1-0,33мкФ, нужно использовать пленочные конденсаторы с минимальной утечкой, желательно от известных производителей, тоже самое и с выходным электролитическим конденсатором.
Если схема рассчитана под нагрузку 4 Ом, то не стоит повышать напряжение питания выше 16-18 Вольт.
Звуковой регулятор решил не поставить, он в свою очередь тоже оказывает влияние на звук, но параллельно входу и минусу желательно поставить резистор 47к.
Сама плата — макетная. С платой пришлось долго повозиться, поскольку линии дорожек тоже оказывали некое влияние на качество звука в целом. Этот усилитель имеет очень широкий диапазон воспроизводимых частот, от 30 Гц до 1мГц.

Настройка — проще простого. Для этого нужно переменным резистором добиться половины питающего напряжения на выходе. Для более точной настройки стоит использовать многооборотный переменный резистор. Один шуп мультиметра присоединяем с минусом питания, другой ставим к линии выхода, т.е к плюсу электролита на выходе, таким образом, медленно вращая переменник добиваемся половины питания на выходе.

Сегодня я расскажу о своем самом первом усилителе средней мощности на транзисторах.

Усилитель реально классный, мне очень понравилось. На выходе стоят транзисторы КТ803А

Автором схемы является J. Linsley Hood. Схему я срисовал с какого-то старенького журнальчика. Естественно все транзисторы зарубежные, но их можно заменить нашими отечественными.

Вот схема этого чуда

C1 = 220мФ
C2 = 100нф
C3 = 100мФ
C3 = 100нФ

R2 = 2.7к
R2 = 220
R3 = 2.2к
R4 = 8,2к
R7 = 100к
R8 = 39к
R9 = 100к
R10 = 10

VT1 = КТ361(2N3906)
VT2 = КТ602БМ(2N3697, КТ630Д, КТ801)
VT3,4 = КТ803А(MJ480)

Некотрые номиналы деталей берутся из этой таблицы

Настройка усилителя сводится к установке половины напряжения резистором R9 в точке Контр.

Выходные транзисторы рекомендуется устанавливать на радиаторы площадью 200 кв. см под каждый транзистор. И нельзя соединять радиаторы, чтобы не было короткого замыкания. Я использовал на испытаниях простые две пластины из корпуса DVD/ Но в коробку буду мутить норм. радиаторы

Питал усилитель я от импульсного блока питания. И скажу что никакого самовозбуждения небыло. Все благодаря цепочке C5-R10.

Вот фото собранного усилителя

Печатка. Вид со стороны дорожек

Печатку для усилителя 10 Вт класса А на КТ803А

Постовой : Если вам надо провести качественные электро монтажные работы, то есть хорошая контора v220.kiev.ua . Делают качественно и быстро

Related Posts

Вынул из телевизоров динамики 3ГДШ-1, чтоб не лежали без дела решил сделать колонки, но так как внешний усилитель с сабвуфером у меня есть, значит, буду собирать сателлиты.

Всем привет, уважаемые радиолюбители и аудиоманы! Сегодня я расскажу как доработать высокочастотный динамик 3ГД-31 (-1300) он же 5ГДВ-1. Применялись они в таких акустических системах, как 10МАС-1 и 1М, 15МАС, 25АС-109…….Доработка и установка динамика 4ГД-35-65 в аудиосистему 10МАС-1М

И снова мой знакомый Вячеслав (SAXON_1996) Хочет поделится своей наработкой по колонкам. Слово Вячеславу Досталась как — то мне одна колонка 10МАС с фильтром и высокочастотным динамиком. Я долго не…….

Читатели! Запомните ник этого автора и никогда не повторяйте его схемы.
Модераторы! Прежде чем меня забанить за оскорбления, подумайте, что Вы «подпустили к микрофону» обыкновенного гопника, которого даже близко нельзя подпускать к радиотехнике и, тем более, к обучению начинающих.

Во-первых, при такой схеме включения, через транзистор и динамик пойдет большой постоянный ток, даже если переменный резистор будет в нужном положении, то есть будет слышно музыку. А при большом токе повреждается динамик, то есть, рано или поздно, он сгорит.

Во-вторых, в этой схеме обязательно должен быть ограничитель тока, то есть постоянный резистор, хотя бы на 1 КОм, включенный последовательно с переменным. Любой самоделкин повернет регулятор переменного резистора до упора, у него станет нулевое сопротивление и на базу транзистора пойдет большой ток. В результате сгорит транзистор или динамик.

Переменный конденсатор на входе нужен для защиты источника звука (это должен обьяснить автор, ибо сразу же нашелся читатель, который убрал его просто так, считая себя умнее автора). Без него будут нормально работать только те плееры, в которых на выходе уже стоит подобная защита. А если ее там нет, то выход плеера может повредиться, особенно, как я сказал выше, если выкрутить переменный резистор «в ноль». При этом на выход дорогого ноутбука подастся напряжение с источника питания этой копеечной безделушки и он может сгореть. Самоделкины, очень любят убирать защитные резисторы и конденсаторы, потому-что «работает же!» В результате, с одним источником звука схема может работать, а с другим нет, да еще и может повредиться дорогой телефон или ноутбук.

Переменный резистор, в данной схеме должен быть только подстроечным, то есть регулироваться один раз и закрываться в корпусе, а не выводиться наружу с удобной ручкой. Это не регулятор громкости, а регулятор искажений, то есть им подбирается режим работы транзистора, чтобы были минимальные искажения и чтобы из динамика не шел дым. Поэтому он ни в коем случае не должен быть доступен снаружи. Регулировать громкость, путем изменения режима НЕЛЬЗЯ. За это нужно «убивать». Если очень хочется регулировать громкость, проще включить еще один переменный резистор последовательно с конденсатором и вот его уже можно выводить на корпус усилителя.

Вообще, для простейших схем — и чтобы заработало сразу и чтобы ничего не повредить, нужно покупать микросхему типа TDA (например TDA7052, TDA7056… примеров в интернете множество) , а автор взял случайный транзистор, который завалялся у него в столе. В результате доверчивые любители будут искать именно такой транзистор, хотя коэффициент усиления у него всего 15, а допустимый ток аж 8 ампер (сожгет любой динамик даже не заметив).

Эта схема усилителя звука была создана всеми любимым британским инженером (электронщик-звуковик) Линсли-Худом. Сам усилитель собран всего на 4-х транзисторах. С виду — обыкновенная схема усилителя НЧ, но это лишь с первого взгляда. Опытный радиолюбитель сразу поймет, что выходной каскад усилителя работает в классе А. Гениально то, что просто и эта схема тому доказательство. Это сверхлинейная схема, где форма выходного сигнала не изменяется, то, есть на выходе мы получаем ту же форму сигнала, что на входе, но уже усиленный. Схема более известна под названием JLH — ультралинейный усилитель класса А , и сегодня я решил представить ее вам, хотя схема далеко не новая. Данный усилитель звука, своими руками собрать может любой рядовой радиолюбитель, благодаря отсутствию в конструкции микросхем, делающей его более доступным.

Как сделать усилитель для колонок

Схема усилителя звука

В моем случае использовались только отечественные транзисторы, поскольку с импортными напряг, да и стандартные транзисторы схемы, найти нелегко. Выходной каскад построен на мощных отечественных транзисторах серии КТ803 — именно с ними звук кажется лучше. Для раскачки выходного каскада использован транзистор средней мощности серии КТ801 (удалось найти с трудом). Все транзисторы можно заменить на другие (в выходном каскаде можно использовать КТ805 или 819). Замены не критичны.

Совет: кто решит попробовать на «вкус» этот самодельный усилитель звука — используйте германиевые транзисторы, они лучше звучат (ИМХО). Было создано несколько версий этого усилителя, все они звучат… божественно, других слов не могу найти.

Мощность представленной схемы не более 15 ватт (плюс минус), ток потребления 2 Ампер (иногда чуть больше). Транзисторы выходного каскада будут греться даже без подачи сигнала на вход усилителя. Странное явление, не правда ли? Но для усилителей класса. А, это вполне нормальное явление, большой ток покоя — визитная карточка буквально всех известных схем этого класса.

В ролике представлена работа самого усилителя, подключенного к колонкам. Обратите внимание, что ролик снят на мобильный телефон, но о качестве звука можно судить и так. Для проверки любого усилителя стоит лишь послушать всего одно мелодию — Бетховен «К Элизе». После включения становится ясно, что за усилитель перед вами.

90% микросхемных усилителей не выдержат тест, звук будет «обломанным» могут наблюдаться хрипы и искажения при высоких частотах. Но вышесказанное не касается схемы Джона Линсли, ультралинейность схемы позволяет полностью повторить форму входного сигнала, этим получая только чистое усиление и синусоиду на выходе.

В моем случае схема усилителя звука была реализована на макетной плате, пока нет возможности собрать второй канал, но в будущем обязательно сделаю и помещу все в корпус.

Алексей, почему бы не начать задавать вопросы более осознанно? Тогда и ответить можно будет точнее. Это я не потому, что вот я тут такой гуру весь в белом, а он там «запикано» презренный, потаскаю-ка я его фейсом по тейблу — нет, конечно. Но или «…составные применить можно или нет для повышения мощности…», или «…мощности хватает…» — здесь что-нибудь одно, согласитесь. А если интересует почему греются выходные транзисторы — так сразу бы об этом и спрашивали.
И, опять же, по порядку. «проблема в другом выхода греются» — вот это как понимать? Выход усилителя — это два провода, сигнальный и общий, они-то в вашем изложении и греются?
Ok, речь всё же идёт о чрезмерном, на ваш взгляд, нагреве выходных транзисторов. Они у вас «греются стоят все 4 транзистора на радиаторе» — попробую профильтровать этот поток. Греются — что значит «греются», в некоторых пределах эти транзисторы и должны греться. Греются под сигналом на большой мощности или греются без сигнала? До какой температуры греются — если приблизительно, то палец терпит (это 50-60 градусов) или можно на радиаторе чайник кипятить?
Не указано.
«все 4 транзистора на радиаторе от магнитофона комета» — и что? Алексей, самых разных моделей магнитофонов «Комета» с 50-х годов и до конца советских времён было выпущено чуть более чем до фига, это снова ни о чём. Каковы размеры радиатора и какова измеренная номинальная мощность усилителя на нагрузке какой величины?
Не указано.
«может радиатор маловат» — а хрен его знает, может и маловат. А может, и в самый раз. А может, великоват ток покоя. Каков ток покоя? Каков он при включении, то есть на холодном усилителе и каков после прогона усилителя без сигнала в течение минут 20-30? Почему выбрано такое значение этого тока, а не больше и не меньше?
Не указано.
«на выходе кт 819» — снова: и что? КТ819 в пластмассе или КТ819 в металле,- не указано — у этих разновидностей разная площадь контакта с радиатором, пластмассовые при прочих равных условиях греются чуть больше, ничего страшного.
Вот видите, Алексей, вы ставите вопросы таким образом, что ответить по вашей ситуации при всём желании едва ли возможно. Поэтому о некоторых причинах перегрева выходных транзисторов — довольно абстрактно:

Это так, на ходу припомнилось. Может, кто ещё что вспомнит. А ставить два в параллель выходных транзистора при такой выходной мощности смысла нет никакого: на нормальной нагрузке и в нормальном режиме одиночные потянут без всяких проблем. КТ819 точно потянут.
По хорошему надо не выдумывать что бы ещё куда прикрутить, а измерить режимы транзисторов и посмотреть осциллографом, что происходит в схеме как без сигнала, так и при работе от генераторов синуса и импульсного; что имеем на холостом ходу, а что — под нагрузкой или на её эквиваленте. Такой разговор будет предметным, а пока что всё напоминает попытку описать сегодняшнюю погоду исходя из ощущений на выставленном в форточку обслюнявленном пальце.
А первым делом — суметь корректно сформулировать задачу: что наблюдается, что не устраивает, к чему стремимся и какие издержки на этом пути будут считаться приемлемыми.
И тогда, Алексей, вам помогут более результативно.

Классы усиления транзисторных усилительных каскадов

В зависимости от значения и знака напряжения смещения UБ0 и напряжения сигнала UВХ в схеме транзисторного каскада, приведенного на рис.11.5, возможно несколько принципиально различных режимов его работы, называемых классами усиления. Различают следующие режимы работы: A, B, C, D, E; промежуточные режимы AB, AD, BD. Режимы работы в зависимости от начального положения рабочей точки показаны на рис. 11.9.  

         Режим А – это режим работы транзистора, при котором ток в выходной цепи IK протекает в течение всего периода входного сигнала (рис.11.10). Положение рабочей точки выбирают так, чтобы она находилась в пределах отрезка АВ нагрузочной прямой (рис.11.6), только в линейном (активном) режиме работы транзистора. 

      Рис.11.9. Связь режимов усиления и точки покоя транзистора 

Преимуществом режима А является то, что в нем возникают малые нелинейные искажения. Однако КПД каскада η = P~/P0 (P~– выходная мощность, P0– полная мощность, потребляемая каскадом) низкий – менее 0,5. Режим А используют в каскадах предварительного усиления, а также в маломощных выходных каскадах.

Рис.11.10. Изменение токов транзистора в зависимости от входного сигнала: а – входной сигнал усилителя; б – режим А; в – режим В и АВ; г – режим С

         Режим АВ. Чтобы исключить переходные искажения выходного сигнала, применяют режим класса АВ, когда на базу транзистора подается небольшое напряжение смещения UБ0, при котором рабочая точка занимает начальное положение в нелинейной области входных характеристик, но через транзисторы в отсутствие входного сигнала протекает небольшой ток IБ0 (рис.11.9). При этом КПД схемы практически не изменяется, но переходные искажения уменьшаются в несколько раз (рис.11.11, б). 

Рис.11.11. Диаграммы работа транзистора: а) – класс В; б) – класс АВ.

         Режим D. В режиме D транзистор работает как электронный ключ, т.е. он открыт или заперт. В закрытом состоянии через транзистор протекает незначительный ток, а падение напряжения на нем примерно равно напряжению источника питания. В открытом состоянии падение напряжения на транзисторе мало, а ток велик. Поэтому и в закрытом, и в открытом состоянии потери на транзисторе малы, и КПД каскада в режиме класса D приближается к 100%.         Понятно, что каскад, транзистор которого работает в ключевом режиме, гармонические сигналы усиливать не может. Их необходимо преобразовывать (модулировать) в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды, но с длительностями, пропорциональными мгновенному значению напряжения сигнала. При этом частота следования импульсов должна быть постоянной и значительно превышать максимальную частоту входного сигнала. Таким образом, гармонические сигналы, прежде чем подаваться на вход усилительного каскада класса D, модулируются. После усиления импульсов, промодулированных по ширине, осуществляется их обратное преобразование (демодуляция) в сигнал первоначальной формы.      

   В усилителях класса D используются два режима: AD (рис.11.12, а) и BD (рис.11.12, б). Если для осуществления режима AD применяются сравнительно простые электрические схемы, как и для режима А, то режим BD реализуется с помощью сложных двухтактных схем с двойным управлением транзисторами.

         Режим Е, как и режим D, позволяет получать высокий КПД (более 90%) в оконечном каскаде усилителя мощности при изменении уровня усиливаемого сигнала в широких пределах. Сущность режима Е заключается в том, что точка покоя транзистора не зафиксирована, а изменяет свое положение в зависимости от уровня входного сигнала. Это достигается за счет регулируемого источника питания, который изменяет свое напряжение в соответствии со входным сигналом. Транзистор меняет свое положение на ВАХ таким образом, что падение напряжения на транзисторе получается минимальным для активного режима, что обеспечивает значительное уменьшение рассеиваемой мощности на транзисторе.

 

Рис.11.12. Диаграммы работы транзисторов: а – режим AD; б – режим BD

 

Классы и классификация усилителей и их применения

Раньше, до изобретения электронных усилителей, связанные угольные микрофоны использовались в качестве грубых усилителей в телефонных репитерах. Первым электронным устройством, которое практически усиливает звук, была вакуумная лампа Audion, изобретенная Ли Де Форестом в 1906 году. Термин «усилитель» и «усиление» происходит от латинского слова «ampificare», означающего «расширять» или «увеличивать». Электронная лампа была единственным упрощающим устройством в течение 40 лет и доминировала в электронике до 1947 года.Когда на рынке появился первый BJT, он произвел еще одну революцию в электронике, и это первое портативное электронное устройство, такое как транзисторный радиоприемник, разработанное в 1954 году. В этой статье обсуждаются классы и классификация усилителей.

Что такое усилитель и классификация усилителей?

Просто усилители называются усилком. Усилитель — это электронное устройство, используемое для увеличения сигнала тока, напряжения и мощности. Функция усилителя заключается в использовании энергии от источника питания и большей высоте над уровнем моря, он управляет выходным сигналом с помощью входного сигнала.Усилитель модулирует выход из источника питания в зависимости от свойств входного сигнала. Усилитель полностью противоположен аттенюатору, если усилитель обеспечивает усиление, следовательно, аттенюатор обеспечивает потери. Усилитель также является дискретной частью электрической цепи, которая продолжается с другим устройством.

Усилитель

Усилитель используется во всем электронном оборудовании. Усилители можно разделить на разные типы. Первый — улучшением частоты электронного сигнала.Следующий — аудиоусилитель, который усиливает сигнал в диапазоне менее 20 кГц, а РЧ-усилитель усиливает радиочастотный диапазон от 20 кГц до 300 кГц. Последний — качество тока и усиливается напряжение.

Есть разные типы усилителей, включая усилитель тока, усилитель напряжения или усилитель крутизны и усилитель сопротивления. В настоящее время большинство усилителей, используемых на рынке, являются транзисторами, но в некоторых приложениях также используются электронные лампы.

Классификация усилителей

Классификация усилителей показана ниже:

• Входная и выходная переменная
• Общая клемма
• Односторонняя и двусторонняя
• Инвертирующая и неинвертирующая
• Метод межкаскадной связи
• Диапазон частот
• Функция

Входная и выходная переменные

Электронный усилитель использует только одну переменную, то есть ток или напряжение. Это может быть ток или напряжение, может использоваться на входе или на выходе.Существует четыре типа усилителей, которые зависят от источника, используемого для линейного анализа.

Вход	Выход	Зависимый источник	Тип усилителя	Единицы усиления
I	I	Источник с регулируемым током CCCS	Усилитель тока	Безразмерный
I	В	Источник напряжения с регулируемым током CCVS	Усилитель сопротивления передачи	Ом
В	1 9004 I Напряжение Управляемый источник тока VCCS	Усилитель проводимости Trans	Siemens
В	В	Источник контролируемого напряжения VCVS	Усилитель напряжения	Безразмерный

Общая клемма

Классификация усилителя основана на выводе устройства, который является общим как для входной, так и для выходной цепи.В биполярном переходном транзисторе есть три класса, а именно. общий эмиттер, общая база и общий коллектор. В случае полевого транзистора он имеет соответствующие конфигурации, такие как общий исток, общий затвор и общий сток. Общий эмиттер чаще всего обеспечивает усиление напряжения, приложенного между базой и эмиттером. Входной сигнал между коллектором и эмиттером инвертирован относительно входа. Схема с общим коллектором называется эмиттерным повторителем, истоковым повторителем и катодным повторителем.

Односторонний и двусторонний

Усилитель, на выходе которого нет обратной связи со стороны входа, называется односторонним. Односторонний усилитель входного импеданса не зависит от нагрузки, а выходное сопротивление не зависит от импеданса источника сигнала.

Усилитель, который использует обратную связь для подключения части выхода обратно к входу, называется двусторонним усилителем. Входное сопротивление двустороннего усилителя зависит от нагрузки и выходного сопротивления источника.Линейные односторонние и двусторонние усилители обозначены как двухпортовые сети.

Инвертирующий и неинвертирующий

В этой классификации усилитель использует соотношение фаз входного и выходного сигналов. Инвертирующий усилитель дает выход на 180 градусов, не совпадающий по фазе с входным сигналом.

Неинвертирующий усилитель непрерывно определяет фазу формы волны входного сигнала, а эмиттер — неинвертирующий усилитель. Повторитель напряжения называется неинвертирующим усилителем и имеет единичное усиление.

Метод межкаскадной связи

Этот тип усилителей классифицируется по использованию метода связи сигнала на входе, выходе и между каскадами. В усилителе межкаскадной связи используются разные методы.

• Усилитель резистивно-емкостной связи
• Усилитель индуктивно-емкостной связи
• Усилитель связи с преобразователем
• Усилитель прямой связи

Классы усилителей

В следующих

• Класс A упоминаются разные типы усилителей. усилитель
• усилитель класса B
• усилитель класса C
• усилитель класса D
• усилитель класса AB
• усилитель класса F
• усилитель класса S
• усилитель класса R

усилитель класса A

Усилители класса A просты разработанные усилители, и этот усилитель чаще всего используется в усилителях.По сути, усилители класса А являются лучшими усилителями класса из-за их низкого уровня искажений. Этот усилитель является лучшим в звуковой аудиосистеме, и в большинстве звуковых систем используется усилитель класса А. Усилители класса A образованы устройствами выходного каскада, которые смещены для работы класса A. По сравнению с усилителями других классов, усилитель класса A имеет самую высокую линейность.

Усилитель класса A

Чтобы получить высокую линейность и усиление в усилителе класса A, выход усилителя класса A должен быть постоянно включен.Следовательно, усилитель считается усилителем класса А. Идеальный ток нулевого сигнала в выходном каскаде должен быть равен или превышать максимальный ток нагрузки, необходимый для получения большего количества сигнала.

Преимущества

• Устраняет нелинейные искажения
• Обладает низкими пульсациями напряжения
• Не требует частотной компенсации
• Отсутствуют перекрестные и переключающие искажения
• Низкие гармонические искажения в усилителе напряжения и тока

Недостатки

• Трансформаторы, используемые в этом усилителе, громоздкие и дорогие
• Требуются два идентичных транзистора

Усилитель класса B

Усилители класса B представляют собой положительную и отрицательную половины сигналов, которые назначены различным частям цепей, а выходное устройство постоянно включается и выключается.Базовые усилители класса B используются в двух дополнительных транзисторах, которые являются полевыми транзисторами и биполярными. Эти два транзистора каждой половины формы сигнала с выходом сконфигурированы по двухтактной схеме. Следовательно, каждый усилитель только половина формы выходного сигнала.

Усилитель класса B

В усилителе класса B, если входной сигнал положительный, то транзистор с положительным смещением проводит, а отрицательный транзистор отключается. Если входной сигнал отрицательный, то положительный транзистор выключается, а транзистор с отрицательным смещением включается.Следовательно, транзистор проводит половину времени, что бы это ни было как положительный или отрицательный полупериод входного сигнала.

Преимущества

• Некоторое количество искажений в цепи дает больший выход на одно устройство из-за отсутствия четных гармоник
• Использование двухтактной системы в усилителе класса B устраняет четную гармонику

Недостатки

• В усилителе класса B высокие гармонические искажения
• В этом усилителе нет необходимости в самосмещении

Приложения

• Усилители класса B используются в недорогой конструкции
• Этот усилитель более существенен, чем усилитель класса A
• Усилитель класса B страдает от сильных искажений при низком уровне сигнала.

Усилитель класса AB

Класс AB представляет собой комбинацию усилителя класса A и класса B.Усилители класса AB обычно используются в усилителях мощности звука. Как видно из диаграммы, два транзистора имеют небольшое напряжение, которое составляет от 5 до 10% тока покоя, и смещение транзистора чуть выше точки отсечки. Тогда устройство может быть на полевом транзисторе или биполярное устройство будет включено больше половины цикла, но меньше одного полного цикла входного сигнала. Следовательно, в конструкции усилителя класса AB каждый из двухтактных транзисторов проводит немного больше, чем полупериод проводимости в классе B, но намного меньше, чем полный цикл проводимости класса A.

Усилитель класса AB

Угол проводимости усилителя класса AB находится в пределах от 1800 до 3600, что зависит от точки смещения. Преимущество небольшого напряжения смещения состоит в том, что оно дает последовательное сопротивление и диод.

Преимущества

• Класс AB имеет линейное поведение
• Конструкция этого усилителя очень проста
• Искажения этого усилителя менее 0,1%
• Качество звука этого звука очень высокое

Недостатки

• Рассеиваемая мощность этого усилителя выделяет тепло и требует большого количества радиатора.
• Этот усилитель имеет низкий КПД по мощности и средний КПД менее 50%.

Применения

Усилители класса AB используются в Hi-Fi системы.

Усилитель класса C

Конструкция усилителя класса C имеет высокий КПД и плохую линейность. В предыдущих усилителях мы обсуждали классы A, B и AB — это линейные усилители. Усилитель класса C имеет сильное смещение, поэтому выходной ток равен нулю более половины входного сигнала, а транзистор работает на холостом ходу в точке отсечки. Из-за серьезных искажений звука усилители класса C представляют собой высокочастотные синусоидальные колебания.

Усилитель класса C

Преимущества

• Эффективность усилителя класса C высокая
• В усилителе класса C физические размеры малы для данной выходной мощности

Недостатки

• Линейность усилителя класса C низкая
• Усилители класса C не используются в усилителях звука
• Динамический диапазон усилителя класса c уменьшен
• Усилитель класса C будет производить больше интерфейсов RF

Применения

Этот усилитель используется в усилителях RF

Усилитель класса D

Усилитель класса D — это усилители с нелинейной коммутацией или усилители с ШИМ.Этот усилитель может достичь 100% эффективности теоретически, и в течение цикла нет периода. Формы сигналов напряжения и тока перекрываются, ток выводится только с помощью транзистора, который находится в состоянии ВКЛ. Эти усилители также называются цифровыми усилителями.

Усилитель класса D

Преимущества

• Усилитель класса D имеет более высокий КПД, превышающий 90%
• В усилителях класса D наблюдается низкое рассеивание мощности

Недостатки

Усилитель класса D имеет конструкцию сложнее, чем усилитель класса AB.

Приложения

• Этот усилитель используется в звуковых картах мобильных устройств и персональных компьютеров.
• Эти усилители используются в автомобилях с усилителями звуковых сабвуферов.
• В настоящее время в большинстве приложений используются эти усилители.

Усилитель класса F

Усилители F используются для увеличения эффективности и вывода гармонических резонаторов в форме выходной цепи и для формирования формы выходного сигнала в виде прямоугольной волны.Усилители класса F имеют КПД более 90% при использовании бесконечной настройки гармоник.

Усилитель класса F

Усилитель класса S

Усилители класса S работают аналогично усилителям класса D. Эти усилители представляют собой усилители с нелинейным переключением режимов. Он преобразует аналоговые входные сигналы в цифровые прямоугольные импульсы с использованием дельта-сигма модуляции. Он усиливает их, чтобы увеличить выходную мощность с помощью полосового фильтра. Цифровой сигнал коммутирующего усилителя полностью находится в состоянии ВКЛ или ВЫКЛ, а его КПД может достигать 100%.

Усилитель класса S

Усилитель класса T

Усилители класса T разработаны с использованием цифровых переключаемых усилителей. В настоящее время эти усилители стали более популярными в качестве звуковых усилителей из-за расширения микросхемы DSP и многоканального усилителя звука. Этот усилитель преобразует сигнал из аналогового сигнала в сигнал с цифровой широтно-импульсной модуляцией, а усиление увеличивает эффективность усилителей. Усилители класса T представляют собой комбинацию сигнала с низким уровнем искажений усилителя класса AB, а другой — эффективность усилителя класса D.

Усилитель класса T

Усилитель класса G

Усовершенствованный усилитель класса G является основой усилителя класса AB. Усилитель класса G используется в нескольких шинах питания разного напряжения. Автоматически переключается между шинами питания при изменении входного сигнала. Переключение контактов снижает среднее энергопотребление, следовательно, потери мощности вызваны потерянным теплом. На приведенной ниже принципиальной схеме показан усилитель класса G.

Усилитель класса G

В этой статье описывается классификация усилителей.Кроме того, любые запросы, вы чувствуете, что что-то упущено, вы хотите знать любую информацию по какой-либо конкретной теме, пожалуйста, дайте мне знать, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, Каковы функции разных типов усилителей?

Фото:

Что такое усиление класса D?

Если у вас сложилось впечатление, что усилители класса D всего на две буквы хуже, чем модели класса A, подумайте еще раз: технология класса D оказывает все большее влияние на мир живого звука, предлагая большую мощность при меньшем весе чем когда-либо.Узнаем, как и почему …

У каждого звукорежиссера есть свое мнение о микрофонах. И громкоговорители, безусловно, все звучат по-разному. Микшерные пульты? Различия заключаются в удобствах и удобстве эксплуатации. А усилители мощности? Кроме «больше — лучше», кого может волновать усилитель? Усилитель мощности, возможно несколько из них для живого выступления, находится в стойке и продолжает свою работу. Технология отработана, и между усилителями мощности не так уж много разницы, поэтому вы просто выбираете надежного производителя и требуемую мощность.Поднимитесь, и все готово.

Мы должны быть благодарны за то, что усилители мощности настолько неинтересны, потому что если они неинтересны, это означает, что они работают хорошо. Действительно, усилитель мощности является одним из наиболее эффективных компонентов всей звуковой системы с точки зрения частотной характеристики, искажений и шума. Современные усилители мощности тоже вообще довольно надежная связка. Старые усилители регулярно умирали из-за самопроизвольного возгорания транзисторов. Но теперь, благодаря эффективным схемам охлаждения и защиты, отказ усилителя мощности — сравнительно редкое событие.(Если это не так, обратите внимание на свое охлаждение — свободный воздушный поток необходим).

И все же производители не любят отдыхать. Им необходимо постоянно улучшать свои продукты, надеясь получить преимущество перед своими конкурентами и побудить нас покупать больше того, что они производят. Как бы то ни было, в области усилителей мощности еще есть возможности для улучшения. Больше ватт за доллар — это один из способов их улучшения. Просто больше ватт в одном усилителе — другое. Третья потенциальная область для развития? Сделайте их светлее! Если вы когда-либо проводили время, монтируя усилители и стойки усилителей, вы все об этом знаете.

Crest Audio CD3000 — это усилитель класса D, способный выдавать 1500 Вт на канал при нагрузке 2 Ом. Удивительно для такого грубого человека, но CD3000 занимает всего 2U в стойке и весит всего (для усилителя мощности) 21 кг. Вот хороший вопрос: почему усилители мощности такие тяжелые? Электричество ничего не весит, так почему же усилители имеют такую ​​массу? На это есть два ответа. Один из них — трансформатор, который преобразует сетевое напряжение в более низкое напряжение, подходящее для схемы усилителя.Например, если усилитель рассчитан на 500 Вт, трансформатор должен обеспечивать всю эту мощность и многое другое. Поэтому ему нужны солидные медные обмотки и громоздкий сердечник; это обязательно будет тяжело. Другой потенциально массивный элемент — это радиатор. Не все электричество, подаваемое в схему усилителя, преобразуется в полезную мощность, подаваемую на громкоговорители. Некоторое количество тратится как тепло, и это тепло необходимо рассеивать, иначе усилитель будет готовиться. Таким образом, выходные транзисторы прикреплены болтами к большому ребристому радиатору с большой площадью поверхности, которая может легко терять тепло, особенно при использовании вместе с вентилятором.Верно, что радиаторы могут быть изготовлены из легкого металла, такого как алюминий, а продуманная конструкция может сделать радиатор частью конструкции усилителя. Тем не менее, все складывается, и типичный усилитель мощности — довольно увесистый зверь.

Чтобы уменьшить вес усилителя, есть простое решение: не тратьте слишком много энергии. Если бы энергия не тратилась впустую, трансформатор мог бы быть намного меньше и не требовался бы радиатор. Ясно, что «безотходного» усилителя никогда не будет, но чем эффективнее усилитель, тем легче и меньше он может быть.Таким образом, для живого звука, когда усилители мощности используются в большом количестве, эффективность усилителя является очень желательным качеством. В других областях, где используются усилители мощности, таких как домашний Hi-Fi и студийный мониторинг, эффективность не является такой проблемой.

Это подводит меня к теме этой статьи: усилители класса D. Вся причина существования класса D — эффективность. Ясно, что также должны быть классы-A, класс-B и класс-C, и можно было бы ожидать, что это будут более ранние разработки, поскольку они стоят перед D в алфавите.Я собираюсь объяснить, как работает Class-D и почему он подходит для живого звука. Но сначала мне нужно объяснить, как работают все эти классы.

Если вы ничего не разбираетесь в электронике, не волнуйтесь. Что ж, не беспокойтесь сильно — я не собираюсь углубляться в существующее понимание того, как работают батарея и лампочка. (Конечно, немного знаний об аудиосигналах не помешает.)

Рисунок 1: Простой несимметричный усилитель класса A. Вначале был несимметричный усилитель класса A, как показано на рисунке 1.Я упростил схему, чтобы показать только устройство вывода, в котором определены различия между классами. В простом усилителе, подобном этому, входной аудиосигнал — небольшой переменный ток (AC), протекающий в базу транзистора (‘b’), управляет большим постоянным током (DC), протекающим с выхода источника питания усилителя через коллектор (‘c’) и эмиттер (‘e’) на землю. Части схемы, которые я не упомянул, «смещают» транзистор, так что при отсутствии входного сигнала выходное напряжение (т. Е.напряжение на коллекторе) составляет половину от общего напряжения питания. Это позволяет выходному напряжению изменяться как вверх, так и вниз в равной степени, чтобы воссоздать форму волны переменного тока на входе. Если бы напряжение при отсутствии входного сигнала было чем-то иным, кроме как на полпути между нулем и полным напряжением источника питания, то неизбежно, что одна половина формы волны исчерпала бы напряжение раньше другой, ограничивая величину усиления, доступную до форма волны будет обрезана.

Давайте посмотрим, что происходит, когда напряжение входного сигнала на транзистор низкое.Транзистор пропускает лишь крошечный ток между коллектором и эмиттером, поэтому напряжение на коллекторе будет почти таким же, как полное напряжение на шине питания. Таким образом, нагрузка (громкоговоритель) приводится в действие высоким напряжением и сильным током — закон Ома, V = IR (вольт = ток x сопротивление), диктует, что ток всегда пропорционален приложенному напряжению и сопротивлению в цепи. И наоборот, когда входное напряжение транзистора высокое, коллектор-эмиттерная часть транзистора будет проводить.Напряжение на коллекторе станет низким, поэтому нагрузка (динамик) приводится в действие низким напряжением и только небольшим током (снова закон Ома; сопротивление динамика остается тем же, но приложенное напряжение теперь низкое, поэтому текущий расход низкий). По мере того, как форма входного сигнала, поступающего в транзистор, изменяется вверх и вниз, изменяется и выходное напряжение. Выходное напряжение — это большая версия входного напряжения, что, конечно же, и есть весь смысл усиления.

Это вызывает некоторые вопросы.Во-первых, почему нагрузка (громкоговоритель) не подключается просто между питающей шиной и коллектором? Ответ заключается в том, что в противном случае через громкоговоритель всегда протекал бы ток, даже если входного сигнала не было. Это было бы а) расточительно и б) сместите конус громкоговорителя из его исходного положения, даже если нет сигнала. Второй вопрос: почему между коллектором и громкоговорителем стоит конденсатор (С1)? Ответ заключается в том, чтобы не допустить, чтобы фактический (постоянный) ток источника питания достигал динамика, поскольку нас интересуют только изменения напряжения, а постоянное приложенное напряжение, как и выше, смещает конус из его положения покоя.(Для простоты я опущу объяснение резистора.)

Этот простой усилитель известен как «несимметричный, класс A». Он имеет только одно выходное устройство, и при отсутствии сигнала ток через выходной транзистор, по крайней мере, не меньше или больше максимального тока, который когда-либо протекает через громкоговоритель. Таким образом, усилитель класса A работает безупречно даже при отсутствии сигнала! Согласно математике, усилитель класса A может иметь КПД только 25%.Таким образом, даже при оптимальной работе три четверти потребляемой мощности тратятся впустую.

Мечта любого дизайнера усилителей — придумать дизайн, который однажды будет описан как «класс». Эти классы фактически далеко продвинулись за пределы классов A, B, AB и D. Классы E и F используются в радиопередаче, поэтому мы можем игнорировать их. Но класс G и класс H относятся к аудио.

Мы знаем, что класс AB неэффективен или, по крайней мере, не так эффективен, как хотелось бы, учитывая, что на уровнях усилителя мощности теряется много энергии.Причина его неэффективности в том, что мгновенный уровень сигнала контролируется транзисторами, которые сопротивляются протеканию тока, по сути, рассеивая его в виде тепла. Итак, говоря простым языком, когда транзистор пропускает только половину тока, который мог бы, другая половина должна куда-то уходить — и это « где-то » является небольшим, но значительным вкладом во второй закон термодинамики и в конечном итоге смерть Вселенной. . Кто бы мог подумать, что усилитель может это сделать?

Но вот идея: что, если бы слабые сигналы могли быть доставлены маленьким усилителем, а большие сигналы — большим усилителем? Маленький усилитель не должен рассеивать слишком много энергии, как и большой усилитель, поскольку при вызове он будет передавать свою мощность на громкоговоритель.На практике это может быть достигнуто за счет использования двух или более пар шин питания. Одна пара шин подает низкое напряжение для слабых сигналов. При приближении к точке ограничения этих шин усилитель переключается на пару шин питания с более высоким напряжением. И не нужно останавливаться на двух парах рельсов. Ясно, что переключение может быть проблемой и потенциальным источником слышимых дефектов, но повышение эффективности может перевесить проблемы в определенных приложениях.

Class-H — это развитие Class-G (честно говоря, они оба являются лишь развитием Class-AB, но давайте не будем слишком придирчивы к этому).В классе H сигнал используется для изменения напряжения на шине источника питания. Таким образом, когда сигнал находится на высоком уровне, шины питания также находятся под высоким напряжением и готовы к работе. Это позволяет избежать переключения, связанного с классом G. Интересно, что для генерации напряжения на рейке используются схемы, очень похожие по своей природе на класс D.

Рисунок 2: Двухтактный усилитель класса B. На рисунке 2 показана альтернативная стратегия в виде выходного каскада двухтактного усилителя. Один транзистор «подтягивает» напряжение на положительном полупериоде сигнала.Другой транзистор «понижает» напряжение на отрицательном полупериоде. Ну, это детсадовское объяснение. Давайте рассмотрим чуть подробнее …

В этой версии я показал как положительную, так и отрицательную шины питания, а также землю точно между ними по напряжению; фактически ноль вольт. Можно использовать несимметричный (только положительный или отрицательный) источник питания, но лучше использовать двухканальный источник питания, поскольку выходной конденсатор блокировки постоянного тока не требуется. Это связано с тем, что при отсутствии сигнала оба вывода громкоговорителя находятся под нулевым напряжением, поэтому ток не течет и постоянный ток не блокируется.Вы заметите, что транзисторы немного отличаются друг от друга. Верхний транзистор (Q1) — это то, что мы называем npn, что означает, что он будет проводить между коллектором и эмиттером для положительного напряжения на базе. Нижний транзистор (Q2) — pnp, что означает, что он будет проводить между коллектором и эмиттером при отрицательном напряжении на базе. Если вы уже занимаетесь электроникой, вы заметите, что есть еще одно различие между этим и рис. 1. На рис. 2 громкоговоритель подключен к эмиттерам транзистора, а не к коллектору транзистора на рис. 1.Это означает, что все усиление напряжения должно предшествовать этому этапу. Эта часть схемы отвечает за подачу сильного тока на громкоговоритель. Но не беспокойтесь об этом слишком сильно; это не влияет на мое объяснение классов усилителей.

Рисунок 3: Кроссовер искажения.

В этой конфигурации высокое входное напряжение вызовет проводимость Q1, в результате чего выходное напряжение будет близко к положительному напряжению шины питания. При нулевом входном напряжении ни один из транзисторов не будет проводить.На выходе нулевое напряжение. Очевидно, что без проводимости ни одного транзистора в громкоговорителе нет тока. Но поскольку на выводах громкоговорителя нет напряжения, оно и не нужно! (Удобное совпадение.) Когда входное напряжение низкое, Q2 проводит, позволяя выходному напряжению опускаться почти до напряжения отрицательной шины питания. Из этого вы можете видеть, что Q1 обрабатывает положительные полупериоды сигнала, а Q2 обрабатывает отрицательные полупериоды. Это класс Б.

Рис. 4: Усилитель класса AB (упрощенный). Прелесть этой схемы в том, что она намного более эффективна. Когда входной сигнал равен нулю, ток не течет ни через громкоговоритель, ни через транзисторы. Максимальный теоретический КПД для синусоидального входа составляет 78,5% — значительное улучшение по сравнению с классом A.

Но есть ложка дегтя. Транзистор практически не будет проводить, если напряжение на базе меньше 0,6 В (минус 0,6 В для транзистора pnp).Таким образом, входные напряжения от 0,6 до +0,6 вольт не приведут ни к одному транзистору в состояние проводимости. На рисунке 3 показаны последствия. Это плоское пятно в середине сигнала называется «кроссоверным искажением» и является неотъемлемой чертой класса B. К счастью, ответ есть, и он заключается в «смещении» входа на два транзистора, как показано на рисунке 4. Эти два новых компонента между базами транзисторов — диоды. Их действие заключается в разделении стоячих напряжений на базах на 1,2 вольт, тем самым преодолевая внутреннюю «инерцию» транзисторов.Входной сигнал теперь должен только дергаться, и транзисторы среагируют. Это упрощение реальной схемы, но лишь незначительное. В реальной схеме напряжения на базах транзисторов должны быть немного дальше друг от друга и регулироваться для установки «тока покоя» (постоянного тока при отсутствии входного сигнала).

Преимущество заключается в том, что кроссоверные искажения практически устраняются за счет небольшого постоянного тока, когда сигнал находится на нулевом уровне.Интересно отметить, что смещение может быть устроено так, чтобы транзисторы пропускали очень высокий ток при нулевом входном сигнале. Когда вход перемещается, этот ток будет отводиться через нагрузку. Угадай, что? Это снова класс А. Это двухтактный выходной каскад класса A, не более эффективный, чем несимметричный класс A, но более практичный в реализации и полностью лишенный кроссоверных искажений, поэтому он восхищается энтузиастами Hi-Fi высокого класса. Компромиссная ситуация смещения выходных транзисторов так, чтобы они находились в состоянии проводимости, называется классом AB.Класс AB — безусловно, самый распространенный тип усилителей. Он достаточно эффективен, а качество звука превосходно, превосходит только усилители класса A, которые работают так же тепло, как Aga, и стоят недешево — как для покупки, так и для эксплуатации.

Рис. 5: Простой усилитель класса C, который управляет резонансной нагрузкой и очень эффективен на резонансной частоте нагрузки.

В завершение этого раздела на Рисунке 5 показан простой усилитель класса C. Он приводит в действие резонансную нагрузку и, таким образом, очень эффективен на резонансной частоте нагрузки — более 90 процентов.Однако, поскольку он работает только в узком диапазоне частот, он совершенно не подходит для звука. Усиление класса C фактически используется в радиопередаче.

Теперь, когда мы знаем, как работают классы A, B, AB и C, мы можем взглянуть на класс D. Ясно, что все классы от A до C относятся к одному семейству, но класс D совершенно другой. В классах A, B и AB проблема заключается в неэффективности. Некоторая мощность тратится впустую, и мы бы предпочли, чтобы ее можно было разумно использовать для приведения громкоговорителей к еще более высоким уровням звукового давления — или, по крайней мере, не преобразовывать в тепло.Там, где энергия расходуется впустую, транзистор находится в частичной проводимости. Когда транзистор полностью проводящий, это как кусок провода, и кусок провода почти не теряет мощность. Когда транзистор полностью выключен, он вообще не проводит, а если он вообще не проводит, нечего терять. Проблема заключается в промежуточных этапах, когда транзистор тратит энергию и нагревается. Так что, если бы мы могли найти способ использовать транзисторы только в полностью открытом или полностью выключенном состоянии.Если бы это было возможно, никакая сила не пропала бы. Но возможно ли это …?

Рисунок 6: Усилитель класса D. Это так, и решение — это то, что мы называем классом D. На рисунке 6 показан упрощенный усилитель класса D. Во-первых, давайте посмотрим на сходство между этим и тем, что мы уже обсуждали. Вы можете видеть два транзистора в двухтактной конфигурации, как и раньше. Транзисторы выглядят немного иначе, потому что они представляют собой МОП-транзисторы (полевые транзисторы с металлическим оксидом и полупроводником), а не «обычные» транзисторы.Выходные транзисторы должны быть быстрыми, чтобы они могли очень быстро переключаться между полностью включенным и полностью выключенным. Это также помогает, чтобы состояния включения и выключения были «действительно» включены и выключены. Чем ближе транзисторы могут достичь полной проводимости или полного непроводимости, тем выше будет эффективность усилителя. Ясно, однако, что помимо сходства есть и отличия.

Начнем с вывода. Чего не произойдет, так это того, что транзисторы создадут высоковольтную версию входного сигнала.Что — это , так это то, что они переключаются поочередно, чтобы поднять выход полностью до положительной шины питания, а затем полностью вниз до отрицательной шины питания, как можно быстрее, без промежуточных напряжений. Очевидно, это будет импульсный сигнал. А теперь хитрый момент: если ширину импульсов можно сделать пропорциональной мгновенному уровню входного сигнала, мощность, подаваемая на громкоговоритель, усредненная по времени, будет такой же, как если бы входной сигнал был усилен обычным способом. .Задумайтесь об этом на мгновение, потому что это ключ к работе усилителя класса D.

Далее, если выходной сигнал фильтруется для удаления высоких частот и острых углов формы импульса, исходный входной сигнал будет реконструирован, точно такой же формы, как и был, но большего размера. Конечный результат — усиленный сигнал, который невозможно отличить от сигнала, производимого обычным усилителем мощности класса AB.

Рисунок 7: Компаратор усилителя класса D, генерирующий сигнал с широтно-импульсной модуляцией.Но как формируется импульсный сигнал? Хорошо, это непросто, но это и не ракетостроение. Сначала нам нужен строительный блок схемы, известный как компаратор. Компаратор имеет два входа: назовем их Вход A и Вход B. Когда на входе A напряжение выше, чем на входе B, на выходе компаратора будет максимальное положительное напряжение. Когда на входе A ниже напряжение, чем на входе B, на выходе компаратора будет максимальное отрицательное напряжение. На рисунке 7 показано, как компаратор работает в усилителе класса D.На один вход (вход A в моем примере) подается сигнал, который нужно усилить. Другой вход (Вход B) снабжен точно сгенерированной треугольной волной. Когда уровень сигнала мгновенно превышает уровень треугольной волны, выходной сигнал становится положительным. Когда уровень сигнала мгновенно ниже, чем уровень треугольной волны, выходной сигнал становится отрицательным. В результате получается цепочка импульсов, ширина которой пропорциональна мгновенному уровню сигнала. Волшебно просто! Мы называем это «широтно-импульсной модуляцией» или ШИМ.Вот и все. Теперь вы понимаете, как работает усилитель класса D, и если кто-то попытается заткнуть вам глаза и убедить вас, что буква «D» означает «цифровой», вы можете с уверенностью сказать им, насколько они ошибаются. Класс D не является цифровым.

Если бы класс D был совершенен, он бы охватил весь мир, и не было бы никакого другого класса в общем использовании. Я сейчас расскажу вам о трех основных проблемах усилителей класса D, но сначала задам вопрос: как сделать эффективный радиопередатчик? Ответ: начните с аудиоусилителя класса D.Да, высокие частоты, участвующие в усилении класса D, легко распространяются как радиоволны, потенциально вызывая помехи для радиоприемников и другого оборудования. Вы могли подумать, что решением будет заключить усилитель в прочный стальной корпус. Но проблема не в этом, а в кабелях. Фильтр, который должен удалять высокочастотные компоненты и оставлять только аудиосигнал, имеет довольно небольшой наклон — 6 дБ или 12 дБ на октаву, поэтому довольно много радиочастотной энергии все еще выходит.Понятно, что производители стараются улучшить ситуацию и оставаться в допустимых пределах, но это проблема, присущая классу D.

Класс D без фильтра. Технология Class TD от Lab Gruppen расширяет класс D с заявленными звуковыми характеристиками, эквивалентными классу AB, но с превосходными характеристиками класса D с точки зрения эффективности и небольшого веса. Вторая проблема класса D заключается в том, что сигнал воспринимается в последнюю очередь. он достигает громкоговорителя — это фильтр. Пассивный фильтр, состоящий из конденсаторов и катушек индуктивности, ожидает увидеть определенную нагрузку на своем выходе.Даже просто глядя на сопротивление громкоговорителя и игнорируя его емкость и индуктивность, громкоговорители бывают с номинальным сопротивлением 2 Ом, 4 Ом и 8 Ом, и фильтр будет работать по-разному в зависимости от импеданса громкоговорителя. Принимая во внимание емкость и индуктивность, импеданс будет варьироваться в зависимости от частоты. Таким образом, конструкция фильтра внезапно становится намного более сложной: усилитель, который работает по-разному для разных динамиков, будет проблемой.

В-третьих — не окончательно, но на данный момент достаточно — усилитель класса D имеет относительно низкий коэффициент демпфирования.Коэффициент демпфирования — это отношение импеданса громкоговорителя к выходному сопротивлению усилителя (это немного сложнее, но давайте не будем увлекаться деталями). Проще говоря, это мера того, насколько хорошо усилитель может управлять движением диафрагмы громкоговорителя. Хороший усилитель не просто дает толчок и надеется на лучшее; он определяет, где находится диафрагма, и контролирует ее положение. Для этого желателен высокий коэффициент демпфирования, и, как упоминалось выше, простой усилитель класса D имеет низкий коэффициент демпфирования.

Очевидно, что для решения этих проблем можно применить передовые технологии, но из-за них усиление класса D используется в основном в приложениях, где важны эффективность, вес и малые размеры. К ним относятся живой звук, автомобильная аудиосистема и компактные портативные системы.

Не ограничиваясь усилителями мощности PA, Yamaha использует выходной каскад класса D в своей басовой головке BBT 500H мощностью 500 Вт и весом менее 5 кг! Очевидно, есть еще кое-что, что нужно знать. Например, важно знать, что частота переключения должна быть очень высокой для достижения необходимого разрешения.Типичная частота переключения составляет около 300 кГц, что примерно в 15 раз выше самой высокой звуковой частоты, представляющей общий интерес. Динамический диапазон и отношение сигнал / шум усилителя класса D регулируются частотой переключения — чем выше, тем лучше. Очевидно, что чем выше скорость генерации импульсов, тем точнее ширина импульса будет пропорциональна мгновенному уровню сигнала. Однако недостатком увеличения частоты переключения является то, что усилитель будет менее эффективным.Оптимальный КПД был бы достигнут, если бы транзисторы могли переключаться мгновенно, так что они находились либо в полностью включенном, либо в полностью выключенном состоянии, когда почти не потреблялась мощность. Но в реальном мире для того, чтобы напряжение качнулось, требуется немного времени, и в течение этого времени некоторая мощность рассеивается. Таким образом, чем чаще происходят качели, тем больше возможностей для расточительства. Даже в этом случае эффективность практического усилителя класса D может быть выше 90 процентов, что значительно лучше, чем у усилителя класса AB (78.В лучшем случае 5 процентов и обычно ближе к 50 процентам).

Замыкает круг, поскольку усилитель класса D более эффективен, чем обычный усилитель класса AB, он может быть легче. И это, вкратце, причина существования класса D. Более легкое также ведет к меньшему размеру, а для достижения необходимых высоких скоростей переключения схема должна быть физически маленькой. Загляните внутрь усилителя класса D, и вы найдете трансформатор. Посмотрите достаточно внимательно, и где-то там вы тоже найдете схему!

A, B, AB, C, D и т. Д. »Электроника

Способ работы усилителя определяется его классом — широко используются классы усилителей, включая A, B, AB, C, D и другие.

---

Концепции конструкции усилителя Включает:
Основные концепции Классы усилителя

---

Усилители классифицируются в зависимости от того, как они смещены и работают.

Классы усилителей

, включая класс A, класс B, класс AB, класс C и т.п., широко используются при рассмотрении технических характеристик усилителей и их конструкции.

Класс усилителя выбирается в соответствии с общими требованиями.Разные классы усилителей обладают разными характеристиками, что позволяет усилителю работать определенным образом, а также с определенным уровнем эффективности.

Обзор классов усилителей

Усилители разных классов имеют разные рабочие характеристики. Это делает разные типы усилителей подходящими для разных ситуаций. Табличное резюме их различных характеристик приводится ниже.

Обозначения классов усилителя и сводка характеристик
Класс усилителя	Описание	Угол проводимости θ
Класс A	Проведение на всех 360 ° цикла	θ = 2π
Класс B	Проводимость происходит в течение половины цикла, т.е.е. для 180 °	θ = π
Класс AB	Электропроводность наблюдается в течение чуть более половины цикла, то есть чуть более 360 °	θ <θ <2π
Класс C	Проводимость происходит менее чем на 180 ° цикла, но это создает искажения	θ <π
Классы от D до T	Усилители этих классов используют методы нелинейного переключения для повышения эффективности.	НЕТ

Усилители класса A

Усилитель класса A смещен так, что он проводит в течение всего цикла формы волны. Он проводит все время, даже при очень слабых сигналах или при отсутствии сигнала.

Усилитель класса A по своей сути является наиболее линейной формой усилителя, и он обычно смещен, чтобы гарантировать, что выходной сигнал самого устройства, прежде чем он будет пропущен через конденсатор связи или трансформатор, будет составлять половину напряжения шины, что допускает скачки напряжения. одинаково по обе стороны от этой центральной точки.Это означает, что самый большой сигнал может быть обработан до того, как он достигнет верхней или нижней шины напряжения.

Обычно усилитель класса A начинает становиться нелинейным, когда сигнал приближается к любой шине напряжения, поэтому в этой ситуации обычно не работают.

Для правильной работы усилителя в условиях класса A ток отсутствия сигнала в выходном каскаде должен быть равен или превышать максимальный ток нагрузки для пика любого сигнала.

Поскольку выходное устройство всегда проводит этот ток, это означает потерю мощности в усилителе.Фактически, максимальная теоретическая эффективность, которую может достичь усилитель класса A, составляет 50% эффективности при индуктивной связи по выходу или всего 25% при емкостной связи. На практике полученные фактические цифры намного меньше этого по ряду причин, включая потери в цепи и тот факт, что формы сигналов обычно не остаются на своих максимальных значениях, где достигаются максимальные уровни эффективности.

Соответственно, усилитель класса A обеспечивает линейный выходной сигнал с наименьшими искажениями, но также и с наименьшим уровнем эффективности.

Усилители класса B

Усилитель класса B смещен так, что проводит более половины формы волны. Используя два усилителя, каждый из которых проводит половину сигнала, можно охватить весь сигнал.

Для этого используются два активных устройства, а форма входного сигнала разделяется таким образом, чтобы одно активное устройство проводило в течение половины цикла ввода, а другое — в течение другой половины. Две половины суммируются на выходе усилителя для восстановления полной формы сигнала.

Иногда усилители класса B называют «двухтактными», потому что выходы активных устройств имеют фазовое соотношение 180 °.Однако в наши дни этот термин используется менее широко — он имел тенденцию быть очень распространенным, когда использовались вакуумные лампы / термоэлектронные клапаны, а в последние годы термин вышел из употребления.

КПД намного выше, но усилитель класса B страдает от так называемых перекрестных искажений, когда одна половина усилителя отключается, а другая начинает действовать. Это происходит из-за нелинейностей, возникающих вблизи точки переключения, когда одно устройство включается, а другое выключается.Эта точка, как известно, является нелинейной, и искажение особенно заметно для сигналов низкого уровня, где нелинейный участок кривой представляет гораздо большую часть общего сигнала.

Хотя максимальная теоретическая эффективность усилителя класса B составляет 78,5%, типичные уровни эффективности намного ниже.

Усилители класса AB

Как и следовало ожидать, усилитель класса AB находится между классом A и классом B. Он направлен на преодоление перекрестных искажений путем небольшого включения транзисторов, так что они проводят чуть больше половины цикла, и два устройства перекрываются друг с другом. небольшое количество во время фазы включения / выключения, тем самым преодолевая кроссоверные искажения.

Этот подход означает, что усилитель жертвует некоторым потенциальным КПД ради лучшей линейности — в точке кроссовера выходного сигнала наблюдается гораздо более плавный переход. Таким образом, усилители класса AB жертвуют частью эффективности ради снижения искажений. Соответственно, класс AB — гораздо лучший вариант, когда требуется компромисс между эффективностью и линейностью.

Классы AB1 и AB2
Термоэмиссионные клапаны или вакуумные лампы широко использовались для мощных звуковых и высокочастотных линейных усилителей.Для экономии затрат, веса и энергопотребления усилители использовались в классе AB, и часто упоминались два подкласса усилителей: класс AB1 и AB2. Эти подклассы применимы только к термоэлектронной технологии или технологии вакуумных трубок, поскольку они относятся к способу смещения сетки:

• Класс AB1: Класс AB1 — это место, где сеть смещена более отрицательно, чем в классе A. В классе AB1 клапан смещен так, что ток в сети не течет. Этот класс усилителя также дает более низкие искажения, чем тот, который работает в классе AB2.
• Класс AB2: Класс AB2 — это то место, где сетка часто имеет более отрицательное смещение, чем в AB1, а также размер входного сигнала часто больше. В этом классе ток сети течет в течение части положительного полупериода входного сигнала. Это нормальная практика, когда точка смещения сети класса AB2 находится ближе к отсечке, чем это происходит в классе AB1, а класс AB2 дает большую выходную мощность.

Усилители класса C

Усилитель класса C смещен так, что проводит меньше половины цикла.Это приводит к очень высоким уровням искажений, но также позволяет достичь очень высокого уровня эффективности. Этот тип усилителя может использоваться для РЧ-усилителей, которые передают сигнал без амплитудной модуляции — его можно без проблем использовать для частотной модуляции. Гармоники, создаваемые усилителем, эффективно работающим в режиме насыщения, могут быть удалены фильтрами на выходе. Эти усилители не используются для аудио приложений из-за уровня искажений.

Усилители

класса C обычно используют одно активное устройство, которое смещено в свою выключенную зону.При подаче сигнала верхние пики сигнала заставляют устройство работать в режиме проводимости, но, очевидно, только в течение небольшой части каждого цикла входной формы волны.

На выходе схема использует высокодобротный низкочастотный резонансный контур. Эта схема эффективно звонит после каждого импульса, так что выходной сигнал приближается к синусоиде. На выходе требуется фильтрация, чтобы гарантировать достаточно низкий уровень гармоник.

Обычно угол проводимости транзистора значительно меньше 180 ° — часто около 90 °.Уровни КПД могут достигать 80%, но значения 66% являются более нормальными, если учитывать потери в цепи и т. Д.

Усилитель классов от D до T

Существует множество различных классов усилителей, которые, как правило, основаны на методах переключения, а не на аналоговых подходах.

• Усилитель класса D: В усилителе звука класса D используется технология переключения внутри усилителя. Поскольку выходные устройства либо включены, либо выключены, усилители класса D теоретически могут достичь уровня эффективности 100%.В действительности фактические достигнутые уровни меньше, но тем не менее достигнутые уровни эффективности намного выше, чем у других аналоговых классов.

  Один из первых усилителей класса D для использования звука был представлен Синклером в Великобритании примерно в 1964 году. Хотя концепция была хороша в теории, усилитель не работал особенно хорошо, и когда это было так, усилитель, как правило, вызывал большие количества помех. помех местному радио и телевидению, поскольку меры предосторожности в отношении электромагнитной совместимости в настоящее время обычно не применяются к оборудованию.

• Усилитель класса G: Класс G — это усилитель, в котором используется несколько источников питания, а не только один. Для сигналов низкого уровня используется источник низкого напряжения, но по мере увеличения уровня сигнала используется источник высокого напряжения. Это постепенно приводится в действие до достижения полной номинальной выходной мощности по мере необходимости. Это дает очень эффективную конструкцию, поскольку дополнительная мощность используется только тогда, когда она действительно требуется. Изменение как более высокого напряжения питания может быть достигнуто без ущерба для точности выходного сигнала.Таким образом, усилитель способен обеспечить как низкие уровни искажений, так и высокий уровень эффективности. Этот подход может быть сложным для разработки с нуля, но при правильной разработке он может хорошо работать. К счастью, сложность проектирования может быть уменьшена, если использовать одну из многих аудио ИС, которые используют класс G.

В наши дни разработчику доступно намного больше рабочих классов усилителей. Современные кремниевые технологии открыли гораздо больше возможностей, но, несмотря на это, три основных класса усилителей: класс B и класс C с производным классом AB, который представляет собой нечто среднее между классами A и B, по-прежнему используются наиболее широко.

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

Эксперимент: разработка схем транзисторов

---

Процедура

Примечание: Эта схема была разработана, когда мы только учились обучать работе транзисторов.Теперь мудрее, мы знаем, что ниже есть некоторые ошибки в математике с вычислениями фильтра. Мы перепроектируем эту схему, когда позволят время и ресурсы, но учтите, что схема все еще работает (может усиливать пики).

Все, что вам нужно, чтобы построить усилитель, — это транзистор, источник питания, резисторы и конденсаторы. Есть много способов смешать их вместе, что является искусством (Стив Джобс часто называл компоновку схем «цифровым искусством»), но мы дадим вам некоторые основные условия и предположения, с которыми можно поработать, а затем проведем вас через дизайн вашего самого первый простой био-усилитель!

Существует несколько конфигураций с использованием транзисторов NPN, но мы будем использовать «конфигурацию с общим эмиттером», потому что она позволяет получить высокий коэффициент усиления по напряжению.Почему его называют «усилителем с общим эмиттером»? — поскольку база — это вход, коллектор — это выход, а «общий» или земля — ​​это эмиттер.

Как любой прилежный инженер, давайте начнем с «требований», что является скучным способом сказать: «что мы хотим, чтобы эта машина действительно выполняла». В нашем биоусилителе мы хотим «усилить» очень слабые электрические сигналы в нервах тараканов. Давайте стремимся к «усилению» 150 или увеличению амплитуды сигнала в 150 раз. Мы также хотим ограничить то, что мы усиливаем, чтобы гарантировать, что мы обращаем внимание только на всплески (потенциалы действия), а не на другие электрические сигналы, такие как электрический шум из вашего дома.Итак, как и в реальном SpikerBox, мы хотим измерять только сигналы с компонентами выше 300 Гц (циклов в секунду). Это также называется «высокочастотным» сигналом.

Таким образом, у нас есть два требования

1. Прирост 150.
2. Настройка фильтра: фильтр высоких частот 300 Гц.

А теперь вернемся к искусству дизайна электроники. В основе нашего усилителя лежит превосходная книга Пола Шерца «Практическая электроника для изобретателей».

Детали

Помимо тараканов, кабеля и электрода, упомянутых выше, вам необходимо посетить местный дружественный RadioShack, чтобы получить:

1. два NPN транзистора (2N4401) — из набора образцов транзисторов
2. четыре 4.Резисторы 7 кОм — из набора образцов резисторов
3. четыре резистора 1 кОм из того же набора образцов
4. один резистор 50 Ом из того же набора образцов
5. два конденсатора по 1 мкФ
6. четыре конденсатора по 10 мкФ
7. немного перемычки
8. беспаечный макет
9. Разъем аккумулятора 9В
10. аккумулятор 9В
11. разъем RCA
12. динамик RadioShack (мы любим эти вещи)

Вам также понадобится небольшой кусок пробки или пенопласта, на который можно положить ногу таракана.

Проектирование схемы

Эмиттерные и коллекторные резисторы

Поскольку мы будем использовать батарею на 9 В, и наши шипы имеют как положительный, так и отрицательный компонент:

Мы хотим, чтобы нейронный сигнал превышал +4,5 В, чтобы у нас было достаточно «места» для напряжения, чтобы усилить как отрицательную, так и положительную части сигнала. Таким образом, необходимо, чтобы напряжение на коллекторе V _c составляло 1/2 V _cc (это сбивает с толку, но Vcc означает «общий ток» или, в более общем смысле, наш источник питания 9 В).Таким образом, нам нужно поставить резистор на V _c , чтобы установить V _c = 1/2 V _cc , и мы используем закон Ома V = IR, который мы можем переписать как:

I _c — это ток через коллектор и функция транзистора (для его расчета вы используете лист данных транзистора). Мы будем использовать значение 1 мА для I _c .

4,7 кОм — стандартное значение для комплекта резисторов, поэтому мы будем использовать 4,7 кОм для R _c

.

Коэффициент усиления нашей схемы, как он есть, составляет ΔV _c / ΔV _e , что равно отношению R _c / R _e .

Мы уже установили R _c = 4,7 кОм, а R _e уже встроен в транзистор. Его R _e называется транссопротивлением, которое рассчитывается как:

I _e примерно такое же, как I _c , поэтому сопротивление составляет 26 Ом.

Мы можем рассчитать выигрыш следующим образом:

Однако в транзисторе может быть нестабильное сопротивление, поэтому нам нужно добавить собственное сопротивление R в дополнение к сопротивлению.Шерц рекомендует V _e с напряжением 1 В для стабилизации нестабильности транссопротивления, поэтому согласно закону Ома:

Но обратите внимание, что добавление этого R в схему:

У нас будет изменение в прибыли. Новое усиление:

о нет! Наше первоначальное усиление 180 исчезло! И наш выигрыш теперь намного меньше, чем нам нужно! Но не бойтесь, мы можем добавить конденсатор параллельно с резистором 1 кОм, который эффективно заставит 1 кОм исчезнуть для нашего пикового сигнала.Мы все равно хотим добавить конденсатор, так как нам нужно сделать:

Фильтр высоких частот

Параллельно подключенные резистор и конденсатор действуют как фильтры верхних частот, и, как указано выше, мы хотим, чтобы наш фильтр высоких частот составлял 300 Гц. Это легко подсчитать.

У нас уже есть R = 1 кОм, а f должно быть 300 Гц, поэтому емкость конденсатора составляет 20 мкФ.

Все, что остается, — это входной конденсатор для устранения любого смещения постоянного тока на входном сигнале и поддержания стабильности нашей схемы. Давайте просто установим его на 1 мкФ.

Установка напряжений смещения

Помните из нашей теории транзисторов, что транзистор не включится без нажатия нижнего предела напряжения, а это примерно 0,6 В для схем на основе кремния. Нам нужно добавить резисторы смещения.

Мы хотим, чтобы напряжение на базе V _b было на 0,6 В выше, чем напряжение на уровне V _e , поэтому

Мы знаем, что V _e равно 1 В из-за падения напряжения, рассчитанного выше, поэтому V _b должно быть 1.6В. Сделаем делитель напряжения!

Наш V _в имеет курс 9 В, а наш V _out равен 1,6 В, и мы используем классическое уравнение делителя напряжения:

Мы можем переставить уравнение и вычислить …

Таким образом, R1 должен быть в ~ 4,6 раза больше, чем R2. Звучит достаточно просто, но, как показывает практика, для этой конструкции транзистора:

Итак, мы просто выберем R2 = 1 кОм и R1 = 4,7 кОм в качестве значений, поскольку мы уже используем эти значения резисторов и имеем их под рукой.

Вот и все! Пришло время …

Построить схему

Вы посчитали, и теперь пришло время физически построить вашу схему. Поместите аккумулятор, транзистор, резисторы, конденсаторы и компоненты ввода / вывода на макетную плату, как показано ниже:

Присмотритесь к схеме на макетной плате:

Вставьте электроды в лапу таракана, как вы делали в предыдущих экспериментах, и подключите динамик к цепи.Полностью поверните динамик и почистите ногу таракана зубочисткой. Вы можете услышать очень слабый ответ, но он будет скрыт в шуме. Давайте еще немного усилим шипы. Вы можете создать «вторую стадию» усиления, как мы это делаем с нашим обычным SpikerBox, где у вас есть выход схемы, идущий на вход другой копии схемы, как показано ниже:

Однако вы обнаружите, что это «удвоение» делает схему немного нестабильной, поэтому давайте немного снизим усиление на втором этапе.Мы добавили резистор 50 Ом параллельно с R _и , чтобы немного понизить усиление второй ступени, но все равно сделают более громкие всплески, когда вы подключите эту схему к ноге таракана. Смотрите видео ниже.

Теперь вы создали свой собственный усилитель на транзисторах! Поздравляю! Сообщите нам, если вы нашли способ сделать схему проще, чище и с большим усилением.

Обсуждение

Вы находитесь на пути к изобретению еще многих чудесных вещей.История науки определяется изобретением нового оборудования в руках творческих умов. Телескоп позволяет видеть вещи очень далеко. Микроскоп позволяет увидеть очень маленькое. Аппарат ПЦР позволяет измерять молекулы ДНК, а транзистор позволяет наблюдать крошечные электрические сигналы. С помощью этих инструментов мы можем видеть и пытаться понять мир, недоступный нашим невооруженным чувствам. Теперь начнем открывать.

Вопросы для обсуждения

1. Почему шипы от нашего простого двухтранзисторного биоусилителя «шумнее», чем SpikerBox? Что делает SpikerBox? Подсказка: SpikerBox имеет гораздо больше транзисторов и использует их для создания операционных усилителей, которые затем смешиваются с инструментальными усилителями.Добро пожаловать в искусство электроники!

Теория усилителя мощности класса A, уравнение КПД, преимущества и недостатки — Анализируйте измеритель

Усилитель

класса A — один из простейших типов усилителей мощности. Он обладает высокой точностью воспроизведения и полностью невосприимчив к кроссоверным искажениям. В стандартной схеме схемы с общим эмиттером усилитель класса A использует переключающий транзистор .

В нашей предыдущей статье мы подробно объяснили теорию усилителей, схему усилителя мощности, диоды, выпрямители.

Здесь мы собираемся подробно объяснить уравнение эффективности , преимущества и недостатки усилителя класса А.

В этой статье вы узнаете:

Усилитель мощности класса A Теория:

Конфигурация усилителя

класса A является самой простой из всех конфигураций усилителя мощности, поскольку отсутствует искажение при выключении выходного сигнала даже во время отрицательной половины цикла.

Транзистор всегда включен, так что выходной ток течет в течение всего цикла входной формы волны.Для контроля высокого тока нагрузки. Усилитель класса A может использовать один силовой транзистор или пару транзисторов, соединенных вместе.

Усилитель класса A Коллекторный КПД:

Как показано на принципиальной схеме ниже, нагрузка подключается к коллекторной цепи либо напрямую, либо через трансформатор связи .

Обычно нагрузка подключается через выходной трансформатор, поскольку он обеспечивает идеальное согласование импеданса . Благодаря идеальному согласованию импеданса на нагрузку может передаваться максимальная мощность при минимальных потерях мощности постоянного тока.

Все это происходит из-за малого сопротивления первичной обмотки трансформатора.

Как мы знаем, в условиях нулевого сигнала эффективное сопротивление в цепи коллектора почти равно нулю, поскольку сопротивление первичной обмотки трансформатора очень мало и им можно пренебречь.

Как показано на его форме волны, линия, проходящая через V _cc и параллельная оси коллектора тока I _c , представляет собой , известную как _{линия нагрузки постоянного тока} .

Нарисуйте линию нагрузки переменного тока, отрезав линию нагрузки постоянного тока в точке Q (рабочая точка) так, чтобы Q лежал в центре линии нагрузки переменного тока.

Расчет КПД коллектора усилителя класса А:

Для получения максимальной выходной мощности переменного тока и, следовательно, максимальной эффективности коллектора, пиковое значение тока коллектора, обусловленное только сигналом, должно быть равно нулевому току коллектора сигнала.

Когда положительный полупериод находится на пике:

Полный ток коллектора = 2 I _c

и,

V _CE = 0

Когда отрицательный полупериод находится на пике:

Общий ток коллектора = 0

и,

В _CE = 2 В _куб.см

Следовательно, размах напряжения эмиттера задается как,

В _ce (от пика до пика) = 2 В _куб.см

Пиковый ток коллектора определяется как,

I _c (от пика до пика) = 2 I _c

= V _ce (от пика до пика) / R _L

= 2 В _{куб. См /} R _L ’

где,

R _L ’= Действующее значение сопротивления нагрузки R _L применительно к первичной стороне.

т.е.

R _L ’= n ² R _L

Как известно, входная мощность постоянного тока и выходная мощность переменного тока задаются как

P _dc = V _cc I _{c =} I _c ² R _L ’

P _ac = [V _ce (от пика до пика) * I _c (от пика до пика)] / 8

= (2 В _куб.см * 2 I _в ) / 8

= 1/2 В _см I _см

= 1/2 I _c ² R _L ’

Следовательно, максимальная эффективность коллектора определяется выражением

.

η _макс = (P _ac / P _dc ) * 100

Подставляем значения входной мощности постоянного тока и выходной мощности переменного тока в приведенное выше уравнение, получаем

η _макс. = [(I _c ² R _L ’) / 2 I _c ² R _L ’] * 100

η _макс = 50%

Приведенное выше выражение показывает, что в усилителе класса A максимум 50% подаваемой мощности постоянного тока может быть преобразовано в выходную мощность переменного тока.Из-за потерь мощности в первичной обмотке трансформатора КПД коллектора усилителя класса А всегда меньше 50%. Можно отметить, что максимальная мощность рассеивается в транзисторе в состоянии нулевого сигнала, т.е. задается как

.

P _dis = V _cc I _c

Примечание. Перед выбором транзистора всегда помните, что его номинальная мощность должна быть> = P _dis.

Вы можете узнать больше об усилителе класса А из видео, приведенного ниже:

Видео кредит: Устройства питания и схемы

Преимущества и недостатки

В электронной промышленности мы используем усилители мощности для различных целей в зависимости от требований.У каждого усилителя есть свои плюсы и минусы с точки зрения надежности и эффективности.

Преимущества усилителя класса A:

Как мы читали выше, использование усилителя класса A дает много преимуществ по сравнению с другими типами усилителей. Некоторые из них упомянуты ниже:

• Имеет высокую точность воспроизведения, поскольку на выходе создается точная копия входного сигнала.
• Конструкция проста.
• Улучшен высокочастотный отклик, так как активное устройство постоянно работает i.На включение устройства не требуется времени.
• Разделительного искажения нет, потому что активное устройство проводит весь цикл входного сигнала.
• Несимметричная конфигурация может быть легко и практически реализована в усилителе класса A .

Недостатки усилителя класса А:

Хотя есть много преимуществ, но поскольку это электрический компонент, он также имеет некоторые недостатки или недостатки. Они перечислены ниже:

• Из-за большого блока питания и радиатора усилитель класса А является дорогостоящим и громоздким.
• Низкая эффективность.
• Из-за трансформаторной связи частотная характеристика не очень хорошая.

Надеюсь, вам всем понравится эта статья. Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.

Классы усилителей

— Electronics-Lab.com

Введение

Усилители

обычно классифицируются в зависимости от структуры выходного каскада. Действительно, усиление мощности действительно происходит на этом этапе, и поэтому качество и эффективность выходного сигнала определяется архитектурой выхода усилителя.Классификация состоит из алфавитного расположения A, B, AB и C, что связано с историей появления усилителей. В этой статье мы кратко расскажем о каждом классе усилителей. Каждый класс обозначает качество усиления в основном по двум критериям: эффективность и угол проводимости .

Классы усилителя Угол проводимости

КПД усилителя η определяется по следующей формуле:

уравнение 1: Определение КПД

P _out — это мощность на выходе, передаваемая на нагрузку, тогда как P _abs — это мощность, потребляемая усилителем.

Угол проводимости — это мера того, какая часть входного сигнала используется для усиления. Это значение находится в диапазоне от 360 ° или 2π рад до 0 ° или 0 рад . Верхний предел 360 ° означает, что 100% входного сигнала используется для процесса усиления, а нижний предел 0 ° означает, что сигнал не принимается. Мы уточним это далее.

Примечание о смещении

Есть причина, по которой, прежде чем описывать различные классы усилителей, мы кратко поговорим о смещении.Действительно, если действительно есть что вспомнить об этом руководстве, так это то, что класс усилителя полностью определяется смещением, приложенным к транзистору .

Диаграмма, представленная на Рис. 1 , должна быть вам знакома:

рис 1: Схема делителя напряжения

На рис. 1 BJT-транзистор с коэффициентом усиления по току β смещен цепью делителя напряжения, которая состоит из двух параллельных сопротивлений R ₁ и R ₂ , подключенных к базовой ветви.Как мы объясняем в учебном пособии Смещение BJT, ток коллектора и напряжения при отсутствии сигнала переменного тока (I _C0 , V _C0 ) задают рабочую точку или точку покоя усилителя. Точка покоя очень важна, потому что ее положение в выходной характеристике определяет значение угла проводимости и, следовательно, класс усилителя.

Набор значений (I _C0 , V _C0 ) можно настроить с помощью значений сопротивлений смещения и сопротивления эмиттера.Действительно, ток коллектора I _C0 определяется выражением:

уравнение 2: Ток коллектора смещения

Мы можем уточнить два параметра в Уравнение 2 : 0,7 В соответствует напряжению V _BE , которое является пороговым напряжением кремниевых транзисторов. Сопротивление R ₁ // R ₂ является параллельным эквивалентным сопротивлением цепи смещения и определяется соотношением (R ₁ × R ₂ ) / (R ₁ + R ₂ ) .

А напряжение коллектора В _С0 удовлетворяет:

уравнение 3: Напряжение смещения коллектора

Обратите внимание, что в дальнейшем в этом руководстве мы всегда будем рассматривать биполярные транзисторы, но все, что мы говорим, применимо также и к другим типам транзисторов, таким как полевые МОП-транзисторы.Более того, для упрощения мы используем усилитель с общим эмиттером в качестве исследуемой конфигурации, поэтому выходные сигналы, показанные на рисунках, будут инвертированы.

Усилитель класса A

Усилитель класса A характеризуется углом проводимости 360 ° . Для достижения этой функции точка покоя усилителя класса A выбирается в середине линии нагрузки, как показано на Рис. 2 :

рис 2: Условия смещения класса A

Точка покоя удовлетворяет требованиям I _C0 = V _подача / 2R _C и V _C0 = V _подача /2 .Эти формулы вместе с уравнением 2 и уравнением 3 позволяют выбрать правильные значения сопротивлений смещения, чтобы получить усилитель класса А.

Потребляемая мощность усилителя класса A постоянна и равна P _abs = V _supply × I _C0 . Выходная мощность является произведением среднеквадратичного выходного тока и напряжения: P _out = V _{out, среднеквадратичное значение} × I _{out, среднеквадратичное значение} . Максимальное значение P _out дается, когда выходной ток достигает верхнего предела I _{C 0} и выходное напряжение достигает источника питания V _supply : P _{out, max} = (V _supply × I _C0 ) / 2 .Таким образом, максимальная эффективность составляет:

. уравнение 4: Максимальный КПД усилителя класса A

В действительности КПД составляет от 20 до 30%, а 50% может быть достигнуто с помощью конфигурации с двумя транзисторами. Такой низкий КПД подчеркивает тот факт, что усилители класса A потребляют мощность даже при отсутствии входных сигналов переменного тока.

Усилитель класса B

Усилители

класса B были разработаны как ответ на низкий КПД усилителей класса A. Этот класс усилителей характеризуется углом проводимости 180 ° , то есть они используют только половину входного сигнала для реализации процесса усиления.Чтобы получить усиление класса B, необходимо смещать схему в соответствии с Рисунок 3 :

рис. 3: Условия смещения класса B

Рабочая точка здесь расположена в точке отсечки и удовлетворяет требованиям I _C0 = 0 и V _C0 = V _{питание} .

Совершенно очевидно, что точное усиление не может быть достигнуто с усилителем класса B. Для решения этой проблемы одним из наиболее распространенных решений является использование двух транзисторов (один NPN и один PNP) в так называемой «двухтактной» конфигурации:

Рис. 4: Двухтактная конфигурация класса B

Транзистор NPN усиливает положительный сигнал на входе, а PNP усиливает отрицательный сигнал.Комбинация приводит к добавлению двух независимых усилителей, воспроизводящих форму входного сигнала.

Однако существует явление, называемое перекрестным искажением , которое не позволяет усилителям класса B, даже в двухтактной конфигурации, давать 100% достоверное усиление. Причина заключается в пороговом напряжении транзисторов (+0,7 В для NPN и -0,7 В для PNP), которое создает интервал 1,4 В, когда никакое усиление не выполняется ни с NPN, ни с PNP-транзистора.Следствием этого является искажение сигнала около точки 0 В выходного сигнала, что хорошо известно аудиофилам.

Тем не менее, усилитель класса B имеет преимущество перед усилителем класса A в том, что он более эффективен с теоретической максимальной эффективностью η _max = 78,5% . Однако эффективность, наблюдаемая в реальных конфигурациях, не превышает 70%.

Усилитель класса AB

Как следует из названия, усилитель класса AB ведет себя как комбинация усилителей класса A и класса B.Он был разработан для того, чтобы преодолеть низкий КПД класса A и искажение класса B. Усилители класса AB характеризуются углом проводимости в интервале] 180 °; 360 ° [. Рабочая точка, задаваемая схемой смещения, расположена между точкой покоя класса A и точкой отсечки:

рис 5: Условия смещения класса AB

Рабочая точка усилителя класса AB удовлетворяет: 0 C0 питание / 2R _C и V _{питание} /2 C0 < В _{поставка} .

Когда рабочая точка ближе к точке отсечки, усилитель «становится» больше как класс B, чем как класс A: сигнал становится более искаженным, но эффективность увеличивается. Напротив, когда рабочая точка приближается к точке покоя в середине линии нагрузки, усилитель ведет себя больше как класс A, чем как класс B: выходной сигнал воспроизводится более точно, но эффективность снижается.

Поскольку усилители класса AB предлагают хороший компромисс между преимуществами линейности класса A и хорошей эффективностью класса B, они сегодня широко используются во многих приложениях.Обычно они находятся в двухтактной конфигурации, такой как представлена ​​на рис. 4 , и они даже устраняют перекрестные искажения во время сложения двух усиленных выходов транзисторов NPN и PNP.

Усилитель класса C

Последним наиболее распространенным классом усилителей является класс C. Он характеризуется небольшим углом проводимости, который находится в интервале ] 0 °; 90 ° [. Рабочая точка класса C находится за точкой отсечки, совмещена с линией нагрузки, но в области отрицательных токов смещения:

рис 6: Условия смещения класса C

Фактически рабочая точка класса C удовлетворяет: I _C0 <0 и V _C0 > V _{питание} (что имеет смысл из уравнения 3 , если I _C0 <0).

Высокие искажения, создаваемые усилителями класса C, могут быть обработаны параллельным резонансным контуром L // C, который состоит из индуктивности (L) и емкости (C). Эта схема действительно может преобразовывать выходные импульсы в полные синусоидальные волны. По этой причине усилители класса C используются в высокочастотных приложениях .

Самым большим преимуществом усилителя класса C является его КПД, который превышает 78,5% и может приближаться к 100% в зависимости от того, насколько далеко рабочая точка находится от точки отсечки.

Заключение

Во время этого введения в классы усилителей мы видели, что для данной конфигурации (полевой МОП-транзистор, общий эмиттер…) схема смещения сильно влияет на поведение усилителя. Способ смещения усилителей можно разделить на четыре основных класса:

• Класс A: Рабочая точка находится в середине линии нагрузки. У него самая высокая линейность, но самый низкий КПД около 20-30%. Этот класс очень ценят аудиофилы, считающие, что он воспроизводит чистейший звук.
• Класс B: Рабочая точка соответствует точке отсечки линии нагрузки. Он имеет хороший КПД около 70%, но создает кроссоверные искажения при использовании в двухтактной конфигурации.
• Класс AB: Рабочая точка находится между серединой и точкой отсечки линии нагрузки. Он сочетает в себе преимущества классов A и B за счет разумного КПД выше 50% и хорошей линейности при использовании в двухтактной конфигурации. Таким образом, класс AB обычно используется в выходных каскадах многих приложений: усилители звука, функциональный генератор…
• Класс C: Рабочая точка выше точки отсечки.Он имеет самый высокий КПД выше 80%, но самую низкую линейность. Усилители класса C могут использоваться только в высокочастотных приложениях.

Позже, после развития этих технологий, были разработаны усилители других классов для решения конкретных задач, в основном для высокочастотных приложений. Мы можем упомянуть, например:

• Класс D: Это нелинейные усилители, и их эффективность очень высока (близка к 100%). Они широко известны как усилители ШИМ (широтно-импульсная модуляция).Усилители класса D используются в двухтактной конфигурации и дают в качестве выходного сигнала импульс, который можно легко фильтровать с помощью индуктивности и конденсатора, чтобы воспроизвести исходную желаемую форму.
• Класс E: Они используются для усиления радиочастот от 3 МГц до 10 ГГц. Усилители класса E предлагают для верхнего предела частоты хороший КПД выше 70%.

В следующих уроках мы подробно расскажем о каждом из наиболее распространенных классов: A, B и AB.

Транзисторные усилители

— обзор

Каскады усиления напряжения усилителя мощности

Общие конструктивные системы, используемые в транзисторных каскадах усиления, были рассмотрены в главе 4. Однако для высококачественных усилителей мощности звука более высокие коэффициенты усиления каскада разомкнутого контура и меньшая собственная фаза характеристики сдвига потребуются — чтобы облегчить использование больших количеств общей NFB для линеаризации неоднородностей выходного каскада — чем это необходимо для предыдущих каскадов усиления малого сигнала.

Действительно, с очень многими современными конструкциями аудиоусилителей вся схема предварительного усилителя малых сигналов основана на использовании операционных усилителей на интегральных схемах хорошего качества, число которых постоянно растет, и они совместимы по выводам с популярными TL071 и TL072 с одним и двумя входами на полевых транзисторах op. усилители. Для каскадов напряжения усилителя мощности, ни выходное напряжение, ни фазовый сдвиг, ни переходные характеристики большого сигнала такого op. Для каскадов усилителей мощности «Класса А» основными требованиями к конструкции были хорошая симметрия, высокое произведение коэффициента усиления / ширины полосы, хорошая переходная характеристика, и низкие значения фазового сдвига в пределах звукового диапазона.

Для этой цели использовался широкий спектр схемных устройств, таких как источники постоянного тока, токовые зеркала, активные нагрузки и «пары с длинными хвостовиками» во многих оригинальных схемах. В качестве типичного примера схема, показанная на рис. 5.20, первоначально использованная National Semi-wirectors Inc. в ее операционном усилителе LH0001 и принятая Hitachi в схеме, рекомендованной для использования с ее силовыми полевыми МОП-транзисторами, обеспечивает высокую степень симметрии. , поскольку Q ₃ / Q ₄ , действуя как токовое зеркало, обеспечивают активную нагрузку, эквивалентную симметрично работающему транзисторному усилителю, для транзистора оконечного усилителя, Q _6.

Рис. 5.20. Симметричный каскад с высоким коэффициентом усиления.

Эта схема обеспечивает усиление по напряжению около 200 000 на низких частотах, со стабильной фазовой характеристикой и высокой степенью симметрии. Происхождение и развитие этой схемы было проанализировано автором в работе Wireless World (июль 1982 г.).

Альтернативная компоновка схемы, разработанная Хафлером, была описана Э. Борбели ( Wireless World , март 1983 г.) и показана на рис.5.21. Он намеренно выбран полностью симметричным, настолько быстрым, насколько позволяют характеристики транзистора, чтобы свести к минимуму любую тенденцию к ограничению скорости нарастания напряжения, возникающую в результате зарядки или разрядки паразитных емкостей через источники постоянного тока. Однако коэффициент усиления разомкнутого контура / контура несколько ниже, чем у схемы NS / Hitachi на рис. 5.20.

Рис. 5.21. Симметричный пуш-пул-сцена от Borbely.

И эмиттерные резисторы без обхода, и резисторы с подавлением импеданса базовой цепи были свободно использованы в конструкции Borbely для линеаризации передачи и улучшения фазовых характеристик биполярных транзисторов, используемых в этой конструкции, а также дальнейшего улучшения линейности выходного сигнала. Вытягивание пар Дарлингтона (Q ₅ / Q ₆ / Q ₈ / Q ₉ ) получается за счет использования каскодно подключенных буферных транзисторов Q ₇ и Q _l0 .

Особое достоинство каскодной схемы в аудиосхеме состоит в том, что ток, протекающий через каскодный транзистор, почти полностью управляется транзистором драйвера, включенным последовательно с его эмиттером. Напротив, коллекторный потенциал транзистора драйвера остается практически постоянным, что устраняет вредное влияние нелинейных внутренних сопротивлений утечки, зависящих от напряжения, или емкостей коллектор-база от устройства драйвера.

Очень высокая степень проработки, используемая в последних высококачественных японских усилителях с целью улучшения характеристик усилителя, показана в схеме каскада усиления напряжения Technics SE — A100, показанной в несколько упрощенной форме на рис.5.22.

Рис. 5.22. Каскад усиления напряжения Technics.

В этой конфигурации входная пара с длинным хвостом, основанная на транзисторных полевых транзисторах (Q ₁ , Q ₄ с CC ₁ ), чтобы воспользоваться преимуществом высокой линейности этих устройств, изолирована каскодом ( Q ₂ , Q ₃ ) от схемы токового зеркала (CM ₁ ), которая объединяет выходные сигналы входных устройств, чтобы максимизировать усиление и симметрию этого каскада, и управляет парным усилителем PNP Дарлингтона стадия (Q ₅ , Q ₆ ).

Выходной транзистор Q ₆ управляет токовым зеркалом (CM ₂ ) через каскодный изолирующий транзистор (Q ₇ ) от коллектора Q ₆ и еще один каскод изолированного каскада усилителя (Q ₈ , Q ₉ ) от своего эмиттера, для которого токовое зеркало CM ₂ служит активной нагрузкой.