|
Усилители
|
|
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 21:39:51 | Сообщение # 1 |
|
Группа: Удаленные
| Возьмем популярные варианты: усилитель для SPL - щиков мощностью в парочку кВт, и какой нибудь дорогущий домашний ламповый усилитель, имеющий всего 5 или 8 Вт на канал. При прослушивании на одном уровне громкости с высококачественными АС, первый будет просто уничтожен по качеству звука вторым - если, конечно, говорить о достойных моделях и оценивать общее впечатление от музыки, а не только бас. Усилители одного класса с заявленной мощностью в несколько раз меньшей, чем у соперников, могут проявить убедительное превосходство в качестве и способность создать белее чем достаточный уровень громкости. Однако усилители одного и того же производителя в пределах одной серии при повышении мощности, как правило, звучат не только громче, но и более высоким качеством.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 21:40:15 | Сообщение # 2 |
|
Группа: Удаленные
| Учитывая, что автомобильные усилители могут отличаться по мощности в десятки и сотни раз, нелишне разобраться - сколько же ватт нужно в том или ином случае.
Выбирая мощность усилителя для аудиосистемы, в первую очередь следует учитывать чувствительность АС. Мощность сама по себе никому не интересна, главное - громкость, зависящая от звукового давления, а оно напрямую зависит и от мощности, и от чувствительности.
Прибавление мощности в два раза поднимает уровень звукового давления на 3 дБ. Если уровень чувствительности динамика указан в дБ/Вт/м, например 89 дБ/Bт/м, это означает, что при мощности в 1 Вт на расстоянии 1 м вы получите звуковое давление 89 дБ. Если второй динамик обладает уровнем чувствительности 92 дБ/Вт/м, то при той же мощности он обеспечит уровень звукового давления 92 дБ, то есть вдвое выше. Рассмотрим пример. Чтобы получить одинаковый уровень звукового давления, равный 107 дБ, от динамика с уровнем чувствительности 89 дБ/Вт/м, на него понадобится подать от усилителя 64 Вт. Динамику с уровнем чувствительности 92 дБ достоточно будет получить от усилителя 32 Вт.
Взаимосвязь чувствительности и мощности особенно важно учитывать при выборе сабвуфера. Чем меньше его диаметр, тем, как правило, меньше чувствительность и потребуется больше мощности для достижения ожидаемого звукового давления. Правда есть другие варианты, например, удвоить количество НЧ-динамиков.
Также следует помнить, что при определенном напряжении питания максимальная мощность усилителя зависит от сопротивления нагрузки или, конкретно, - динамиков. В автомобильной технике, как правило, используются два стандарта сопротивления динамиков: 4 и 2 Ом. Причем, если АС имеет сопротивление 2 Ом, то обязательно обратите внимание на возможность выбираемого усилителя работать именно с такой нагрузкой. Подключение 2-омного динамика к не предназначенному для этого усилителю явится грубым нарушением условий его эксплуатации, и за сгоревший экземпляр аппарата денег вам уже никто не вернет, ни по какой гарантии. Обычно, при понижении сопротивления нагрузки в два раза, выдаваемая усилителем мощность удваивается, но не всегда. Поскольку при низком сопротивлении сильно возрастают выходные токи и нелинейные искажения, то некоторые производители, заботящиеся о качестве звучания, ставят специальные цепи, ограничивающие критичные режимы работы выходных транзисторов. Хотя встречается и другой вариант - используемый в блоке питания трансформатор просто не в силах отдать требуемый ток для раскачки выходных каскадов.
Особняком стоят встроенные усилители головных устройств. Все они по определению маломощные, так что чем выше реальные возможности данной модели - тем лечше. Производители, дабы не огорчать вас малыми значениями, указывают максимальную мощность, поэтому, заявленные 4х50 Вт в реальности в лучшем случае окажутся 4х25 Вт.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 21:40:34 | Сообщение # 3 |
|
Группа: Удаленные
| Разумеется, в некоторых видах инсталляции запас по мощности просто обязан быть большим - например, при озвучивании кабриолетов или просто для любителей очень громкой музыки, не говоря уже про соревнования по SPL. Конкретно: если у среднестатистического слушателя стоит выбор между отлично звучащим усилителем для основных АС мощностью 30 Вт на канал и его одноклассником менее изысканного звучания мощностью 100 Вт на канал, то мы советуем остановиться на первом. Но для кабриолета 30 Вт на канал - откровенно мало, в этом случае стоит выбирать усилители намного мощнее, да и увеличение числа головок в АС не повредит.
Исходя из распределения спектральной плотности звукового сигнала, можно сказать, что 50% полезной мощности приходится на диапазон частот ниже 500 Гц. То есть высококачественная передача НЧ-диапазона потребует более мощного усилителя. Но самое интересное, что именно воспроизведение этого диапазона у многих усилителей вызывает трудности. Поэтому в хороших аудиосистемах для воспроизведения НЧ-диапазона используют специальные, разработанные для этих целей усилители, так называемые моноблоки, которые с легкостью решают все проблемы. У каждого производителя в арсенале линеек есть как минимум такая модель.
Усилитель для сабвуфера должен быть примерно в 4 раза мощнее, чем для фронтальных АС. Точное значение зависит от используемой НЧ-головки и акустического оформления: например, для сабвуферов, работающих в бесконечном акустическом экране ("free-air"), дополнительная мощность не помешает. При использовании же корпуса полосового типа можно использовать несколько менее мощный аппарат. Если же используется 3-компонентный "фронт", то усилителю, работающему с НЧ/СЧ-головками, лучше иметь примерно 2-кратный запас мощности по сравнению с имеющейся для питания СЧ/ВЧ-динамиков. Но и увлекаться мощностью не стоит. При создании мощной звуковой системы необходимо учитывать нагрузку, которую она будет оказывать на бортовую сеть автомобиля. Производители часто указавают класс работы усилителя, от которого зависит КПД (коэффициент полезного действия), показывающий, каков процент отдаваемой звуковой мощности в общей мощности, которая потребляется усилителем от бортовой сети. Большинство высококлассных усилителей работают в классе АВ с КПД около 50-60%, а аудиофильский вариант - усилители класса А - и того меньше, около 20%. При звуковой мощности в 100 Вт потребляемая мощность последнего варианта будет в три раза выше, и без специальных мер вы не только можете лишиться генератора и аккумуляторя, но и не получите должного качества звука. Самый простой способ приблизительно оценить потребляемую мощность - посмотреть на номинал предохранителей усилителя. Умножив его на напряжение бортовой сети, вы получите значение потребляемой мощности. Пусть, например, номинал предохранителей 40А, а напряжение бортовой сети при включенном двигателе составляет 13,5 В, тогда мощность потребления составит 540 Вт. Если суммарная мощность всех усилителей приближается к мощности генератора или превышает ее, то потребуется установить специальный звуковой аккумулятор, не помешает в качестве дополнительной меры и использование буферного конденсатора большой емкости.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 21:40:58 | Сообщение # 4 |
|
Группа: Удаленные
| В заключение отметим, что мощность автомобильных усилителей является предметом многочисленных спекуляций. Например, многие производители не брезгуют в паспортных данных завышать реальные значения, а некоторые, как ни странно это покажется, - занижают. Для автозвуковых спортсменов это может стать преимуществом, поскольку класс, в котором вы будете выступать, определяется параметрами мощности, заявленными производителем, а значит, имея усилитель фактически более мощный, чем указывает производитель, вы оказываетесь в более выигрышной ситуации, чем соперники. Кроме того, разные условия измерения мощности дают радикально отличающиеся результаты. Например, мощность РМРО будет выше, чем номинальная (RMS) раз в 20, а некоторые производители, особенно в сверхбюджетном классе, вовсе не любят указывать условия измерения.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:07:13 | Сообщение # 5 |
|
Группа: Удаленные
| Автомобильная аудиосистема при всем своем отличии от домашней состоит из тех же самых компонентов. Разница только в упаковке. Помимо источника сигнала (тюнера, магнитофона, CD- или MD-проигрывателя) в составе любой аудиосистемы обязательно присутствует усилитель - малозаметный, но очень важный компонент. Эта статья - не учебник и не справочник, поэтому материал упрощен, без лишних формул. Хотя изложение ведется применительно к автомобильным усилителям, материал не ограничивается этими рамками...
Основная проблема при создании автомобильной аудиосистемы состоит в оптимальном согласовании всех компонентов по характеристикам (уровням сигналов, мощности, чувствительности и т.д.). В одних случаях владельцу автомобильной аудиосистемы достаточно встроенного усилителя головного аппарата, в других случаях необходимо использовать дополнительный усилитель - конкретное решение зависит от поставленной задачи. Конечно, в каждом случае решение требуется свое, но производители автомобильной техники придерживаются определенных стандартов и стыковка компонентов обычно не вызывает проблем. При использовании головного аппарата в "гордом одиночестве" (конечно, совместно с качественными динамиками) проблем обычно не возникает, но иногда они могут возникнуть при создании системы из нескольких компонентов.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:07:54 | Сообщение # 6 |
|
Группа: Удаленные
| Усилители мощности (оконечные усилители) предназначены для увеличения мощности звуковых сигналов до такого уровня, чтобы они могли возбуждать громкоговорители. Принцип работы усилителя состоит в том, что они преобразуют подводимую к ним от источника питания мощность постоянного тока в переменный ток в нагрузке, причем форма сигнала на выходе полностью повторяет сигнал на входе. При этом усилитель должен обеспечить минимальные искажения сигнала и высокий КПД. Если в домашних аудиосистемах решение этих задач представляет определенные сложности, то в автомобильных выливается в проблемы буквально вселенского масштаба. Характеристики усилителей.
Основные определения.
Мостовое включение.
Теперь настало время поговорить о характеристиках усилителей. И, хотя взаимосвязь между объективно измеренными параметрами и субъективно воспринимаемым звучанием заметна мало, на сегодняшний день другого способа "заочной" оценки и сравнения усилителей пока не придумано. Следующий этап - сопоставительное прослушивание, и тут возникает парадокс - звучание усилителя с худшими показателями нередко оказывается более приятным. Чуть позже мы вернемся к этой теме. Выходной каскад усилителя мощности служит усилителем тока и согласует предварительные каскады с низкоомной нагрузкой. Основные характеристики выходного каскада - его выходная мощность, мощность рассеяния, потребляемая мощность и коэффициент полезного действия (КПД). КПД показывает эффективность работы усилителя (какая часть потребляемой выходным каскадом мощности передается в нагрузку). Мощность рассеяния - это мощность потерь в выходном каскаде, превращающаяся в тепло и нагревающая выходные транзисторы. Величина мощности рассеяния и КПД зависят от класса работы усилителя (об этом далее) и уровня сигнала. Эти показатели связаны следующими соотношениями:
потребляемая мощность = выходная мощность + мощность рассеяния
КПД = (выходная мощность / потребляемая мощность) * 100%
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:09:21 | Сообщение # 7 |
|
Группа: Удаленные
| Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ, полоса усиливаемых частот) показывает способность усилителя усиливать различные частоты спектра. Обычно указывается диапазон частот, в котором отклонение коэффициента передачи усилителя от коэффициента передачи на частоте 1кГц не превосходит некоторых пределов (обычно +- 0,5...1дБ). Для современных усилителей полоса пропускания простирается от нескольких герц до десятков и сотен килогерц и, во всяком случае, не должна быть уже 20 Гц...20 кГц. Исключение составляют специализированные усилители. Так, для усилителей сабвуферов характерна полоса 10…500 Гц.
Амплитудная характеристика показывает зависимость коэффициента усиления от входного напряжения. При прохождении сигнала через нелинейный усилительный тракт появляются составляющие с частотами, кратными основной (гармоники), а в случае нескольких сигналов - комбинационные составляющие на частотах, кратных сумме или разности составляющих частот и их гармоник. Амплитудную характеристику усилителя характеризует коэффициент нелинейных (гармонических) искажений и коэффициент интермодуляционных искажений. Эти параметры показывают мощность продуктов искажений относительно мощности основного сигнала в процентах. Заметность искажений определяется спектральным составом продуктов искажений: четные гармоники более заметны на слух, но не так неприятны, как нечетные. Мнения относительно допустимой величины этих искажений расходятся, ясно только одно - заметность интермодуляционных искажений на порядок выше, чем гармонических. Во всяком случае, коэффициент интермодуляционных искажений усилителя не должен быть больше 0,1-0,2%..
Номинальная или непрерывная выходная мощность (Continuous Power Output) - выходная мощность усилителя (на один канал) при работе на номинальную нагрузку (обычно 4 Ом) с определенным коэффициентом нелинейных искажений (от 0.1% до 1% в зависимости от принятого стандарта) на некоторой частоте (обычно 1kHz, если не указано особо). Измеряется на синусоидальном сигнале на активной нагрузке. Определяет зону качественного звучания. Кроме того, усилитель должен без проблем выдерживать указанную мощность в течение длительного периода (в частности, не перегреваться).
Максимальная выходная мощность (MPO, Max. Power Output) - выходная мощность усилителя (на один канал) при работе на номинальную нагрузку (обычно 4 Ом) с повышенным коэффициентом нелинейных искажений (обычно 10%) на некоторой частоте (обычно 1kHz, если не указано особо). В зависимости от конструкции выходного каскада усилителя может превышать номинальную в 1,5 - 2,5 раза. Определяет "громкость" усилителя, но говорить о музыкальности при таких искажениях бессмысленно.
Пиковая или музыкальная выходная мощность (PMPO, Peak Music Power Output) - мощность, измеренная на импульсном сигнале на комплексной нагрузке. Понятие весьма спорное с точки зрения музыки, но достаточно точно характеризующее способность усилителя без искажений передавать реальные звуковые сигналы. Большая часть этой мощности имеет реактивный характер, поэтому оценивать "громкость" усилителя по этой характеристике не стоит.
Коэффициент демпфирования (Damping Factor) - отношение сопротивления нагрузки (обычно 4 Ом) к выходному сопротивлению усилителя. Показатель достаточно спорный. Определяет эффективность электрического демпфирования резонанса подвижной системы низкочастотных динамиков и с этой точки зрения должен быть не менее 20-30 (у ряда моделей дистигает сотен и даже тысяч). С другой стороны, для отдельных полосовых усилителей средних и высоких частот снижение коэффициента демпфирования значительно снижает уровень интермодуляционных искажений в динамиках. Однако эта характеристика позволяет косвенно оценить способность усилителя отдавать в нагрузку большой ток.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:10:18 | Сообщение # 8 |
|
Группа: Удаленные
| Минимальная спецификация любого усилителя (не только автомобильного) должна включать номинальную и максимальную мощности и коэффициент гармоник, для полноты картины полезно знать и коэффициент интермодуляционных искажений. В последнее время наряду с этими параметрами иногда используется и спектр искажений.
Максимальную выходную мощность можно реализовать в том случае, когда размах напряжения сигнала становится равным напряжению питания. На практике это невозможно, так как свойственное транзисторам напряжение насыщения (~0,5…1,5 В для биполярных и ~2…5 В для большинства полевых в линейном режиме) не позволяет доводить напряжение сигнала до напряжения питания. Это особенно актуально при низких напряжениях питания, т.е. при использовании встроенных усилителей головных аппаратов. По этой причине они до недавнего времени выполнялись только на биполярных транзисторах. Полевые транзисторы, сохраняющие высокую линейность при низких напряжениях, появились относительно недавно.
Дополнительные усилители имеют встроенные преобразователи напряжения, обеспечивающие напряжение питания выходного каскада несколько десятков вольт и для них это обстоятельство не так существенно. Поэтому выходные каскады дополнительных усилителей часто выполняются на полевых транзисторах - качество звучания у них заметно выше, чем у биполярных, а сами усилители проще и надежнее. Полевые транзисторы, в отличие от биполярных, не боятся перегрева - с увеличением температуры кристалла ток транзистора уменьшается.
Наиболее простой способ увеличить выходную мощность при неизменном напряжении питания - снизить сопротивление нагрузки. Однако у этого способа есть недостатки:
Ухудшение демпфирования может привести к росту резонансного горба на АЧХ
Увеличение тока нагрузки может привести к росту искажений
Усиливается влияние соединительных проводов между усилителем и динамиком
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:12:16 | Сообщение # 9 |
|
Группа: Удаленные
| Другой способ увеличить выходную мощность усилителя при низком напряжении питания - включить его по мостовой схеме (рис.1.). Два одинаковых каскада или усилителя включаются в противофазе и работают на общую нагрузку. Громкоговоритель подключается непосредственно к мостовой схеме без использования разделительных конденсаторов. Выходное напряжение на нагрузке оказывается вдвое больше, поэтому при одном и том же напряжении питания и нагрузке выходная мощность усилителя по мостовой схеме теоретически оказывается в 4 раза больше, чем у отдельно взятого усилителя. По такой схеме выполнены усилители мощности современных головных аппаратов. Возможность мостового включения предусматривается практически во всех моделях дополнительных усилителей.
Наряду с достоинством - большей выходной мощностью, мостовым усилителям свойственны и недостатки. В первую очередь - повышенный примерно в 1,2-1,7 раза по сравнению с исходными усилителями коэффициент гармоник и вдвое худший коэффициент демпфирования (при неизменном сопротивлении нагрузки). Теоретически коэффициент гармоник изменяться не должен, но на практике увеличение происходит из-за различия характеристик реальных (даже одинаковых) усилителей. Ухудшение демпфирования также понятно - выходные сопротивления усилителей сложились.
Выходы встроенных усилителей головных аппаратов имеют потенциал Uпит/2 относительно массы. Поэтому случайное замыкание нагрузки на массу приводит к выходу усилителя из строя, если он не имеет систем защиты. Впрочем, к звуку это уже имеет весьма отдаленное отношение, об этом нужно помнить при монтаже. Однако это свойство можно использовать. Так, входы высокого уровня дополнительных усилителей нередко оборудованы датчиком напряжения, и постоянное напряжение на выходе головного устройства используется как сигнал включения дополнительного усилителя.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:14:08 | Сообщение # 10 |
|
Группа: Удаленные
| Многие производители указывают для усилителя колоссальную мощность: 100, 200 и более ватт на канал. При этом необходимо иметь в виду, что это PMPO (пиковая мощность), для реализации которой необходимо, как минимум, использовать в блоке питания батарею конденсаторов большой емкости (из расчета ~1000 мкФ на каждый ватт максимальной выходной мощности). Как уже указывалось, оценить громкость звучания по этой характеристике невозможно. Мощность дополнительных усилителей ограничивается, главным образом, возможностями источника питания (способностью отдавать большой ток без снижения выходного напряжения).
Усилители мощности современных головных аппаратов выполняются исключительно на микросхемах, дополнительные усилители - как правило, на дискретных компонентах, хотя встречаются исключения из этого правила. В головных аппаратах подразумевается использование акустики с импедансом 4 Ом, но некоторые модели в состоянии работать на нагрузку 2 Ом (это оговаривается особо). Впрочем, подобные исключения достаточно редки. С другой стороны, для современных дополнительных усилителей нагрузка 2 Ом или даже 1 Ом - обычное явление.
С мощностью наконец разобрались. Но тут есть прямо-таки фарисейская уловка. Дело в том, что номинальная и максимальная выходная мощность усилителя измеряется на активной нагрузке при подаче на вход синусоидального сигнала. В действительности же усилители работают на комплексную нагрузку, обладающую помимо активного сопротивления и емкостью, и индуктивностью. Да и в реальном музыкальном сигнале трудно найти что-нибудь, хотя бы отдаленно напоминающее синусоиду. Чтобы оценить взаимодействие усилителя и нагрузки, необходимо учитывать зависимость импеданса нагрузки от частоты.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:17:41 | Сообщение # 11 |
|
Группа: Удаленные
| Импеданс (полное электрическое сопротивление) громкоговорителей имеет максимумы и минимумы. В области средних частот он имеет минимум, равный примерно половине активного сопротивления звуковой катушки динамика, и максимум вблизи частоты резонанса подвижной системы. Импеданс в зоне резонанса превышает номинальный в несколько раз. Увеличивается он и с ростом частоты - сказывается индуктивность обмотки звуковой катушки.
Для компенсации индуктивной составляющей импеданса применяется компенсатор Цобеля-Буше. Он представляет собой последовательную RC-цепь, подключаемую параллельно динамику. В результате импеданс нагрузки становится практически активным и не зависящим от частоты. Емкость конденсатора определяется индуктивностью звуковой катушки динамика и в большинстве случаев составляет ~10-20 мкФ. Особенно оправдано включение компенсатора в состав пассивных разделительных фильтров - стабилизация нагрузки фильтра улучшает его частотную характеристику.
При воспроизведении реальных музыкальных сигналов, имеющих импульсный характер, за счет влияния нагрузки возникают значительные скачки тока и напряжения, приводящие к перегрузке выходного каскада усилителя. За счет реактивных токов в цепи нагрузки мощность рассеяния в выходном каскаде может многократно превышать мощность, потребляемую усилителем от источника питания. Емкость создает бросок тока, а индуктивность - выброс напряжения при резком изменении сигнала. Для испытаний усилителей в условиях, приближенных к реальным применяется стандартный эквивалент нагрузки.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:20:01 | Сообщение # 12 |
|
Группа: Удаленные
| Работа усилителя на комплексную нагрузку.
Основные требования к усилителям мощности.
Особенно сложной и трудно предсказуемой становится работа усилителя на многополосные акустические системы, снабженные сложными пассивными разделительными фильтрами (кроссоверами). Их импеданс достаточно сильно изменяется в рабочем диапазоне частот. Нагрузка на выходной каскад усилителя в этом случае значительно возрастает. Например, при выходной мощности усилителя 100 Вт и нагрузке 8 Ом ток сигнала на выходе составляет 5 А при активной нагрузке и 28 А при комплексной нагрузке, что почти в шесть раз больше. Поэтому ясно, что усилитель должен быть в состоянии отдать в нагрузку значительный ток без искажений формы сигнала и вредных для себя последствий. По той же причине сильное влияние на звучание системы оказывают соединительные провода между усилителем и динамиками - именно по ним циркулируют реактивные токи. Если сечение провода недостаточно, значительная часть мощности усилителя будет теряться в проводах. Поэтому выбор проводов - достаточно серьезный вопрос.
Основные требования к усилителям мощности и их установке можно кратко сформулировать следующим образом: Выходные каскады должны обладать большой перегрузочной способностью по току. Это позволит без искажений воспроизвести пики сигнала.
В схеме усилителя должны быть предусмотрены средства защиты выхода от перегрузок по току (автоматические предохранители), а также защита АС при выходе усилителя из строя. Для автомобильных усилителей необходимы устройства защиты от перегрева.
Желательно обеспечить возможно более высокий КПД - это снизит нагрузку на аккумулятор и генератор и нагрев усилителя.
Крайне желательно использование сглаживающих конденсаторов большой емкости, установленных в непосредственной близости от усилителя. Конденсатор играет роль фильтра и дополнительного источника питания на пиках мощности. Емкость конденсатора выбирается из соотношения ~1000мкФ на каждый ватт мощности усилителя.
Монтаж цепей питания и, особенно, выходных цепей должен быть выполнен проводами правильно подобранного сечения. Чем больше потребляемый ток и длина провода, тем больше должно быть его сечение.
Обеспечение требований помехозащищенности. Это требование относится уже к входящему в состав автомобильных усилителей высокочастотному преобразователю напряжения питания, который фактически представляет собой достаточно мощный передатчик.
<Основные классы усилителей - A, B, AB.
Сравнительные характеристики.
Как уже говорилось, усилитель мощности должен сочетать высокую выходную мощность с малыми искажениями и высоким КПД. К сожалению, при повышении КПД обычно увеличиваются искажения сигнала. Выходные каскады транзисторных усилителей мощности выполняются исключительно по двухтактной схеме на полевых или биполярных транзисторах. Однотактные усилители типа Pass Zen - экзотика, в автомобиле мало применимая. Полевые транзисторы используются при высоких напряжениях питания и сами по себе вносят малые искажения в сигнал, но КПД усилителя несколько ниже, чем при использовании биполярных транзисторов. Зато у биполярных искажения больше - как всегда, палка о двух концах.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:21:25 | Сообщение # 13 |
|
Группа: Удаленные
| Существует три основных режима работы выходного каскада "звукового" усилителя - A, B, AB, соответственно которым их классифицируют. Каждый из режимов обладает своими достоинствами и недостатками.
класс усилителя A B AB
КПД max.50% max.78% max.60-75%
Искажения малые высокие средние
потребляемая мощность постоянная зависит от выходной зависит от выходной
термостабильность низкая высокая средняя В режиме A рабочая точка находится на середине линейного участка вольт-амперной характеристики транзисторов, поэтому нелинейные искажения сигнала минимальны. В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает значительный ток покоя, транзисторы в течение рабочего периода никогда не закрываются, т.е. каждый транзистор участвует в усилении обеих полуволн сигнала - и положительной, и отрицательной. Потребляемая мощность постоянна, а мощность рассеяния максимальна при малых сигналах. Термостабильность в этом режиме наихудшая.
В режиме B рабочая точка выходного каскада смещена до критического значения коллекторного тока и каждую половину периода происходит переключение транзисторов - каждый из них усиливает свою "половинку" сигнала. В отсутствие сигнала транзисторы закрыты, ток покоя не протекает. Потребляемая мощность пропорциональна выходной, а мощность рассеяния приблизительно постоянна (максимально 22% от выходной). Термостабильность исключительно высокая. Самый главный недостаток, перечеркивающий все достоинства - при возбуждающих сигналах, близких к отсечке коллекторного тока транзисторов, возникают значительные переключательные искажения, с которыми не справляется никакая отрицательная обратная связь.
Режим AB - попытка примирить волков и овец. Рабочая точка выбрана в начале линейного участка вольт-амперной характеристики транзисторов, поэтому при малых сигналах каскад работает фактически работает в режиме A, а в режим B переходит при достаточно сильном возбуждении. В отсутствие сигнала через выходной каскад протекает некоторый ток покоя, иногда весьма значительный. КПД при этом снижается и появляется проблема стабилизации тока покоя. Термостабильность - удовлетворительная. Характер искажений сильно зависит от режима работы выходного каскада, особенно при малых уровнях сигнала. Искажения при среднем уровне сигнала примерно одинаковы для всех усилителей. При больших уровнях сигнала начинается ограничение (клиппирование) сигнала в выходном каскаде и искажения возрастают во много раз. Вот почему помимо коэффициента нелинейных искажений важно знать, при какой мощности он измерялся. Искажения малого сигнала максимальны у каскадов в режиме B. Подробно об этом далее.
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:22:08 | Сообщение # 14 |
|
Группа: Удаленные
| Другие классы усилителей
(A+, SuperA, G, DLD, H)
За все надо платить. Плата за малые искажения "чистого" класса A непомерна. В среднем три четверти потребляемой мощности превращается в тепло и рассеивается внушительными радиаторами. Стереоусилитель мощностью 100 Вт на канал превращается в скромный электрокамин мощностью 400 Вт, который чем тише звучит, тем больше греется. В квартире камин не помеха, но в машине нужен только зимой. А экономичные усилители класса B явно проигрывают по качеству звучания и не устроят придирчивого меломана. Компромиссные усилители в режиме AB мечутся в поисках "золотой середины" между экономичностью и качеством звучания. Замкнутый круг. Выход был найден достаточно неожиданный - совместить два усилителя в одном так, чтобы и волки были сыты, и овцы целы. Так в начале 80-х появились усилители класса A+. По качеству звучания они приближаются к усилителям класса A, а по экономичности - к AB. Цена такого достижения немалая - усилитель стал практически вдвое сложнее (и существенно дороже).
|
| |
| |
| Start | Дата: Воскресенье, 24.Фев.2008, 22:22:43 | Сообщение # 15 |
|
Группа: Удаленные
| Принцип работы усилителей класса A+ заключается в использовании управляемого источника питания. Выходной каскад класса A работает от "плавающего" (не связанного с "землей") источника низкого напряжения (обычно ±5 вольт), поэтому тепловые потери в этом каскаде невелики. Средняя точка "плавающего" источника питания управляется отдельным мощным усилителем класса B, питающемся от "нормального" источника достаточно высокого напряжения (несколько десятков вольт). За счет совместного использования двух усилителей достигается и качество, и экономичность. Коэффициент гармоник не превышает обычно 0,003%.
Поскольку основные искажения в усилителях классов AB и B возникают в моменты запирания-отпирания транзисторов (коммутационные искажения), существует и более простое решение - нужно запретить транзисторам запираться. Этим занимается специальная схема. Так появились усилители класса SuperA или non-switching. Качество звучания и экономичность практически такие же, как и у A+, но конструкция существенно проще, поэтому старый вариант быстро сошел со сцены.
Не думайте, что разнообразие классов усилителей на этом закончилось. Битва за КПД привела к рождению монстров с коммутируемым выходным каскадом и управляемым источником питания. Самый простой вариант - усилитель класса G. В нем используется сдвоенный выходной каскад в режиме AB или B и два источника питания разного напряжения. При малой мощности (до 25-30% максимальной) работает только малосигнальная половина выходного каскада с низким напряжением питания, на пиках сигнала она передает свои функции оставшейся половине с повышенным напряжением питания. Экономичность каскада выше, чем в режиме В, искажения несколько меньше.
Дальнейшим развитием этой схемы стал каскад с динамическим линейным возбуждением (DLD, Dynamic Linear Drive). Принцип его работы практически такой же, но для снижения переходных искажений мощный высоковольтный каскад вступает в работу до того, как исчерпает свои возможности маломощный. Для реализации этого режима используется специальная схема управления. Применялись также усилители с управляемым источником питания, напряжение которого зависело от уровня сигнала.
|
| |
| |
