Учет и движение сотрудников по отделу кадров ТЭАКТ

В настоящее время ведущими производителями  усилителей мощности звуковой частоты  по праву считаются Arcam, AMC, BOW Technologies, Cary, Denon, Inter-M, Marshall, Marantz, Onkyo, Perreaux, Pioneer, Sony, Yamaha и др (рисунок 1.5).

 

 

 

 

 

 

1.4 Классификация усилителей

 

Усилители можно классифицировать: по характеру усиливаемых сигналов, по полосе усиливаемых частот, по назначению усилителя, по роду используемых усилительных элементов.

По характеру усиливаемых сигналов различают.

1. Усилители гармонических сигналов, или гармонические усилители, предназначенные для усиления непрерывных периодических и квазипериодических электрических сигналов, гармонические составляющие которых изменяются много медленнее длительности нестационарных процессов в цепях усилителя. К гармоническим усилителям относятся микрофонные и вещательные усилители, усилители аппаратуры записи и воспроизведения звука, многие уси­лители измерительной аппаратуры и т. д.

2. Усилители импульсных сигналов, или импульсные усилители, предназначенные  для усиления электрических импульсов  различной формы и величины. Нестационарные  процессы в цепях таких усилителей должны протекать настолько быстро, чтобы форма усиливаемых сигналов этими процессами почти не искажалась К импульсным усилителям относятся: усилители импульсных систем связи, импульсных радиолокационных и радионавигационных систем, усилители электронно-вычислительных машин, телевизионные видеоусилители, многие усилители регулирующих и управляющих устройств и т. д.

По ширине полосы и абсолютным значениям  усиливаемых усилителем частот различают:

1. Усилители постоянного тока (точнее, усилители медленно изменяющихся напряжений и токов), усиливающие электрические колебания любой частоты в пределах от низшей частоты fa-^О до высшей рабочей частоты т. е. усиливающие как переменные составляющие сигнала, так и его постоянную составляющую.

2. Усилители переменного тока, усиливающие лишь переменные составляющие сигнала в полосе частот от низшей рабочей частоты fH до высшей рабочей частоты /в.

3. Усилители высокой частоты, предназначенные для усиления электрических колебаний модулированной высокой частоты, например, радиосигналов, принимаемых приемной антенной радио­приемного устройства.

4 Усилители промежуточной частоты,  предназначенные для усиления  электрических сигналов модулированной  промежуточной (преобразованной)  частоты, например, применяемые в  радиоприемных устройствах супергетеродинного типа. Усилители как высокой, так и промежуточной частоты характеризуются малой величиной отношения высшей рабочей частоты к низшей (обычно—<1,1) и подробно рассматриваются в курсах радиоприемных и /в радиопередающих устройств.

5. Усилители низкой частоты,  предназначенные для усиления  непреобразованных (первичных) электрических  колебаний, несущих передаваемую  или принимаемую информацию. В  настоящее время этот термин  оказывается неподходящим для  многих усилителей непреобразованных сигналов, так как частота последних не является низкой. Например, частота сигналов телевизионного изображения достигает 3-МО Мгц\ усилители этих сигналов обычно называют видеоусилителями.

Название «усилитель низкой частоты» было введено в начале развития радиотехники, когда эти усилители применялись лишь для усиления сигналов речи, музыки, телеграфных сигналов, частоты которых по сравнению с частотой радиосигналов действительно являются низкими.

К усилителям низкой частоты относятся  усилители звуковых частот, усиливающие электрические сигналы в полосе звуковых частот, т. е. в полосе частот, воспринимаемой человеческим ухом.

Усилители с высшей рабочей частотой порядка мегагерца и выше и  низшей рабочей частотой порядка  килогерца или меньше имеют очень  большое отношение высшей частоты к низшей; такие усилители называют широкополосными.

Избирательными или селективными называют усилители, усиливающие сигналы  в очень узкой полосе частот, усиление которых резко падает за пределами  этой полосы; их подразделяют на резонансные, частотная характеристика которых имеет вид резонансной кривой, и полосовые, усиление которых почти постоянно в узкой полосе частот и резко падает за ее пределами.

Усилители, в которых сигналы  усиливаются без преобразования их частоты, называют усилителями прямого усиления; усилители, в которых частота усиливаемых сигналов преобразуется, называют усилителями с преобразованием.

По назначению усилители подразделяются на магнитофонные, телевизионные, радиолокационные, измерительные, проводного вещания, дальней связи и т. д.

И, наконец, по роду используемых в  усилителе усилительных элементов  различают транзисторные, ламповые, магнитные, диодные, молекулярные и  т. д. усилители. Как транзисторные, так и ламповые усилители объединяют общим названием — электронные усилители, так как принцип действия используемых в них усилительных элементов основан на электронных процессах в полупроводнике и вакууме.

Транзисторные и ламповые усилители  являются наиболее универсальными, могут  работать в очень широком диапазоне частот, J0 просты в устройстве и эксплуатации, а поэтому являются наиболее распространенными. Их устройство, принцип действия, свойства и основы расчета рассматриваются в настоящей книге, магнитные, диодные, молекулярные и другие типы усилителей, имеющие более узкие, специальные области применения, изучаются в специальных курсах.

По способу работы с входным  сигналом и принципу построения усилительных каскадов усилители мощности звуковой частоты разделяются на:

1. Аналоговые, класс А
2. Аналоговые, класс В
3. Аналоговые, класс АВ
4. Аналоговые, класс H
5. Импульсные и цифровые, класс D
6. Цифровые, класс T

Необходимо отметить, что существует еще множество классов усилителей, таких как C, A+, SuperA, G, DLD и др. Некоторые  из них, такие как C (угол отсечки  менее 90 градусов) в УМЗЧ не применяются. Другие же оказались слишком сложными и дорогостоящими, поэтому «сошли со сцены» или были вытеснены более перспективными.

Аналоговые усилители, по сути, отличаются только углом отсечки входного сигнала, т.е. выбором так называемой «рабочей точки».

Класс А

Усилители класса А работают без  отсечки сигнала на наиболее линейном участке вольтамперной характеристики усилительных элементов. Это обеспечивает минимум нелинейных искажений (THD и IMD), причем как на номинальной мощности, так и на малых мощностях (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 - Углы отсечки для усилительных каскадов классов А, В, АВ и С.

За этот минимум приходится расплачиваться внушительными потребляемой мощностью, размерами и массой. В среднем КПД усилителя класса А составляет 15-30%, а потребляемая мощность не зависит от величины выходной мощности. Мощность рассеяния максимальна при малых сигналах на выходе.

Типичными представителями усилителей класса А являются транзисторный SX-25 Perreaux и ламповый Cary CAD 805, сравнительные характеристики которых приведены в таблице 1.2:

 

Таблица 1.2 - Сравнительные характеристики Perreaux и ламповый Cary CAD 805

Характеристики	SX-25 Perreaux	CAD 805 Cary
Номинальная мощность	25 Вт, стерео (8 Ом)	50 Вт, моно (8 Ом)
Коэффициент гармонических искажений	не более 0,02%	не указывается
Диапазон воспроизводимых частот	20 – 20000 Гц (+/- 0,13 дБ)	20 – 20000 Гц (+/- 0,75 дБ)
Отношение сигнал шум	более 100 дБ	более 80 дБ
Потребляемая мощность	210 Вт	230 Вт
Масса	2,4 кг	36 кг
Габариты (ШхВхГ)	216 х 58 х 178 мм	310 х 220 х 610 мм
Розничная цена	28 000 рублей	500 000 рублей

 

Класс В

Усилительные элементы работают с  отсечкой 90 градусов (рисунок 1.7). Для обеспечения такого режима работы усилителя используется двухтактная схема, когда каждая часть схемы усиливает свою «половинку» сигнала. Основная проблема усилителей в классе В - это наличие искажений из-за ступенчатого перехода от одной полуволны к другой. Поэтому, при малых уровнях входного сигнала нелинейные искажения достигают своего максимума.

Рисунок 1.7 - Принцип работы усилителей, классов А, В и С.

Достоинством усилителя класса В можно считать высокий КПД, который теоретически может достигнуть 78% (рисунок 1.7). Потребляемая мощность усилителя пропорциональна выходной мощности, и при отсутствии сигнала на входе она вообще равна нулю. Несмотря на высокий КПД, обнаружить среди современных моделей усилители класса В вряд ли кому-то удастся.

 

Рисунок 1.8 - Искажения типа ступенька в усилителях класса В.

 

Класс АВ

Как следует из названия усилители  класса АВ – это попытка объединить достоинства усилителей А и В  класса, т.е. добиться высокого КПД и  приемлемого уровня нелинейных искажений. Для того чтобы избавиться от ступенчатого перехода при переключении усилительных элементов используется угол отсечки более 90 градусов, т.е. (рисунок 1.8) рабочая точка выбирается в начале линейного участка вольтамперной характеристики. За счет этого при отсутствии сигнала на входе усилительные элементы не запираются, и через них протекает некоторый ток покоя, иногда значительный. Из-за этого уменьшается коэффициент полезного действия и возникает незначительная проблема стабилизации тока покоя, но зато существенно уменьшаются нелинейные искажения (рисунок 1.9).

 

Рисунок 1.10 - Минимизация искажения  типа «ступенька» в усилителях класса  АВ.

 

Среди аналоговых усилителей данный режим работы встречается чаще всего.

 

Рисунок 1.9 - Графики зависимости  коэффициентов нелинейных искажений  от выходной мощности усилителя для классов А, В и АВ.

 

Класс H

Данный класс усилителей был  разработан специально для автомобилей, в которых имеется ограничение  напряжения, питающего выходные каскады. Стимулом к созданию усилителей класса Н послужило то, что реальный звуковой сигнал имеет импульсный характер и его средняя мощность намного ниже пиковой. В основе схемы лежит обычный усилитель класса AB, включенный по мостовой схеме. Изюминка - применение специальной схемы удвоения напряжения питания. Основной элемент схемы удвоения - накопительный конденсатор большой емкости, который постоянно подзаряжается от основного источника питания. На пиках мощности этот конденсатор подключается схемой управления последовательно с основным источником питания. Напряжение питания выходного каскада усилителя на доли секунды удваивается, позволяя ему справиться с передачей пиков сигнала. Однако накопительный конденсатор должен быть достаточной емкости, иначе заявленная выходная мощность будет обеспечиваться только на средних и высоких частотах.

Идея коммутирования напряжения питания  нашла применение не только в автомобильных  усилителях мощности. Усилитель с  двух- трехуровневым питанием фактически представляет собой импульсный усилитель  с последовательным аналоговым каналом, который лишнюю энергию импульсов переводит в тепло. Чем больше ступенек у напряжения питания, тем более приближенная к синусоиде получается лестница на выходе импульсной части усилителя и тем меньше выделяется тепла на аналоговом канале.

Усилители, построенные по подобной схемотехнике, сочетают в себе дискретные методы усиления с аналоговыми и, соответственно, занимают промежуточное положение между аналоговыми и импульсными усилителями по КПД и тепловыделению. В данном усилителе для повышения КПД, и соответственно, снижения тепловыделения применено дискретное приближение уровня напряжения питания аналогового канала к его выходному напряжению. Повышение КПД происходит за счет уменьшения падения напряжения на активном плече по сравнению с усилителями с одноуровневым питанием. Отличительная особенность подобных усилителей состоит в том, что коммутация ключевых элементов происходит с частотой сигнала. Фильтрация высших гармоник осуществляется аналоговой частью усилителя путем преобразования энергии гармоник в тепло в усилителями с высокой тактовой частотой, когда частота коммутации ключевых элементов многократно выше верхней граничной частоты сигнала, а фильтрация осуществляется LC фильтром. Тепловые потери аналоговой части усилителя получаются довольно низкими, но их в достаточной мере восполняют коммутационные потери и потери в фильтре при высокой тактовой частоте. Существует оптимальное количество ступенек напряжения питания, при котором усложнение схемы оправдывается повышением КПД и удешевлением мощных транзисторов аналоговой части усилителя.

КПД усилителей класса H достигает 83% при коэффициенте гармонических  искажений 0,1%.

Класс D

Строго говоря, класс D - это не только схема построения или режим работы выходного каскада - это отдельный  класс усилителей. Более логично  было бы назвать их импульсными, но историческое название «цифровой» за ними уже прочно закрепилось. Рассмотрим общую структурную схему усилителя (рисунок 1.10).

 

Рисунок 1.10 - Блок схема цифрового усилителя

 

Оцифрованный сигнал поступает  на аудио процессор, который в свою очередь с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM - Pulse Width Modulation) управляет силовыми полупроводниковыми ключами. Можно добавить, что ШИМ-сигнал можно получить и без аналого-цифрового преобразования с помощью компаратора и генератора, например, пилообразного сигнала. Такой метод в усилителях класса D также широко применяется, но благодаря развитию цифровой техники постепенно уходит в прошлое. Аналого-цифровое преобразование обеспечивает дополнительные возможности по обработке звука: от регулировки уровня громкости и тембра до реализации цифровых эффектов, таких как реверберация, шумоподавление, подавление акустической обратной связи и др.