Усилители мощности

Все рассмотренные нами усилители относятся к категории усилителей на­пряжения, их основное назначение — получение максимального размаха выходного напряжения. Когда требуется большая выходная мощность, например для «раскачки» мощных громкоговорителей или антенн или питания электродвигателей, применяются усилители мощности. Они ха­рактеризуются высоким коэффициентом усиления по мощности, который достигается за счет высоких коэффициентов усиления по напряжению и по току.

	Рис. 30.8. Влияние отвода от первичной обмотки трансформатора в    резонансном контуре. Первичная обмотка L3 играет роль автотрансформатора.		Рис. 30.9. Транзисторный усилитель мощности звуковой частоты с заземленным эмиттером.

На рис. 30.9 приведена базовая схема выходного транзисторного каска­да с эмиттером, заземленным по переменному току. Для получения не­искаженного выходного сигнала усилитель должен работать в режиме класса А. КПД такого усилителя мощности очень мал из-за большого тока, потребляемого от источника питания. От этого усилителя можно получить только небольшую мощность. Его можно использовать в авто­мобильном радиоприемнике, где величина потребляемого тока не имеет значения.

Двухтактный режим работы

Двухтактные выходные каскады почти повсеместно используются в со­временных транзисторных усилителях. Двухтактный усилитель содер­жит два транзистора, работающих в режиме классаВ, каждый из кото­рых обеспечивает усиление только одного полупериода входного сигнала.

Двухтактный усилитель с использованием двух идентичных транзисторов

На рис. 30.10 показана упрощенная схема двухтактного усилителя. Эмиттерные переходы транзисторов имеют нулевое напряжение смещения, по­этому каждый из транзисторов проводит ток только в одном из двух чере­дующихся полупериодов входного сигнала. Входной трансформатор Tp

1 с отводом от средней точки вторичной обмотки работает как расщепитель фазы.

Рис. 30.10. Двухтактный усилитель мощности с двумя идентичными транзи­сторами и трансформаторным расщепителем фазы.

Два равных и противоположных по знаку (противофазных) сигнала формируются в каждом полупериоде на половинах вторичной об­мотки этого трансформатора: сигнал V_a, находящийся в фазе с входным сигналом, и сигнал V_b, противофазный входному сигналу. В то время как положительный полупериод сигнала

V_aсоответствует положительному периоду входного сигнала, положительный полупериод сигнала V_bсоот­ветствует отрицательному полупериоду входного сигнала. Транзисторы T₁ и T₂ открываются, когда потенциал базы транзистора становится по­ложительным по отношению к потенциалу эмиттера. Таким образом, транзистор T₁ открыт в течение положительного полупериода сигнала V_a. При этом через него протекает ток i₁ от эмиттера к коллектору и далее через верхнюю половину первичной обмотки выходного трансфор­матора Tp₂ к источнику питания V_CC. Этот ток создает положитель­ный полупериод выходного сигнала на вторичной обмотке трансформато­ра Tp₂. Транзистор T₂ открыт в положительном полупериоде сигнала V_b, при этом ток i₂ протекает снизу вверх (в обратном по отношению к току i₁ направлении) через нижнюю половину трансформатора Tp₂, создавая отрицательный полупериод выходного сигнала на его вторичной обмотке. Выходной трансформатор с отводом от средней точки первичной обмотки объединяет эти два полупериода в один полный период выходного сигна­ла. Транзисторы T₁ и T₂ включены по схеме с общим эмиттером и имеют при этом относительно высокое выходное сопротивление. Так как сопро­тивление нагрузки выходного каскада очень мало, обычно менее 10 Ом в случае громкоговорителя, всегда используется согласующий трансфор­матор Tp₂.

Выходной сигнал двухтактного усилителя с нулевым смещением эмиттерных переходов транзисторов воспроизводится с искажениями типа «ступенька», как показано на рис. 30.10. Эти искажения связаны с нели­нейными участками характеристик двух транзисторов. Искажения воз­никают в те моменты времени, когда один транзистор начинает откры­ваться, а другой — закрываться. Для устранения этих искажений на базы транзисторов подается небольшое напряжение прямого смещения (0,1-0,2 В), как показано на рис. 30.11, где резисторы

R₁ и R₂ образу­ют общую цепь смещения для обоих транзисторов. Нелинейности двух транзисторов компенсируют друг друга, и на выходе воспроизводится не­искаженный сигнал.

Рис. 30.11. Цепь смещения R₁ — R₂ устраняет искажения типа «ступенька». 

Транзисторные фазорасщепители

На рис. 30.12 показана схема фазорасщепителя на транзисторе прп-типа. Резисторы R₃ и R₄ имеют равные сопротивления, для того чтобы полу­чить на выходе два равных по величине и противоположных по знаку си­нусоидальных сигнала, снимаемых с эмиттера и коллектора транзистора. Для обеспечения максимальной величины неискаженного выходного сиг­нала отношение сопротивлений R₁ : R₂ должно находиться в диапазоне от 2 : 1 до 3 : 1. Типичные значения постоянных напряжений, определя­ющих режим транзистора по постоянному току, указаны на схеме.

Рис. 30.12. Транзисторный фазорасщепитель.

Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах

Двухтактный усилитель мощности на комплементарных транзисторах по­зволяет отказаться от использования как фазорасщепителя на входе, так и трансформатора на выходе. В этом усилителе используются два сим­метричных транзистора, рпр- и npn-типа, называемые комплементарной парой. Принцип его работы основан на том факте, что положитель­ный сигнал открывает прп-транзистор, а отрицательный сигнал —

рпр-транзистор. На рис. 30.13 приведена базовая схема двухтактного усили­теля на комплементарных транзисторах (иногда называемая каскадом с дополнительной симметрией). Транзисторы T₁ и T₂ работают в режи­ме класса В, т. е. в точке отсечки. Используются два источника пи­тания: +V_CC и –V_CC. В положительном полупериоде входного сигнала транзистор T₁ открыт, а транзистор T₂ закрыт. Ток i₁ транзистора T₁ создает положительную полуволну тока в нагрузочном резисторе R. В отрицательном полупериоде открывается транзистор T₂, и теперь его ток i₂, имеющий противоположное току i₁ направление, протекает через на­грузочный резистор. Таким образом, на нагрузке формируется полный синусоидальный сигнал, соответствующий двум половинам полного пери­ода входного сигнала. Следует отметить, что в рассматриваемом каскаде транзисторы включены по схеме с общим коллектором, то есть как эмиттерные повторители, поскольку выходной сигнал снимается с эмиттеров транзисторов.

На рис. 30.14 приведена полная схема двухтактного усилителя мощно­сти на комплементарных транзисторах вместе с предвыходным каскадом.

Рис. 30.13. Базовая схема двухтактного усилителя на комплементарных тран­зисторах.

 

Рис. 30.14. Двухтактный усилитель на комплементарных транзисторах с неза­висимой цепью смещения для транзистора T₁ предвыходного каскада.

Схема модифицирована для питания от одного источника. Транзистор T₁ работает в предвыходном каскаде (предусилителе мощности). Цепь сме­щения R₁ — R₂ обеспечивает работу этого каскада в режиме класса А. При подаче питания устанавливается нормальный статический режим тран­зистора T

1 (транзистор открыт). Разделительный конденсатор Сз раз­ряжен. Следовательно, потенциал точки А, где соединяются эмиттеры транзисторов T₂ и T₃, равен нулю. Однако базы этих транзисторов нахо­дятся под положительным потенциалом, определяемым напряжением на коллекторе транзистора T₁. Это положительное напряжение открывает транзистор T₂. Транзистор T₃ (рпр-типа) при этом закрыт. Таким обра­зом, ток i₂, протекающий через открытый транзистор, будет заряжать конденсатор C₃, как показано на схеме. По мере заряда этого конденса­тора возрастает напряжение в точке А. Процесс зарядки продолжается до тех пор, пока не закроется транзистор T₂. Это происходит в тот момент, когда напряжение на эмиттере этого транзистора (в точке А) сравнива­ется с напряжением на его базе.

Если статический режим транзистора T₁ выбран таким образом, что его коллекторное напряжение равно 0,5V_CC, то транзистор T₂ закроется, как только потенциал точки А возрастет до 0,5V_CC. В результате схе­ма будет сбалансирована по постоянному току и каждому транзистору будет приложено напряжение, равное половине напряжения источника питания. Транзисторы T₂ и T₃ оказываются в отсечке (режим класса В) с нулевым напряжением смещения на их эмиттерных переходах, т. е. они находятся на грани включения при отсутствии входного сигнала.

При подаче входного сигнала транзистор T₁ находится в проводящем состоянии в течение всего периода, усиливая этот сигнал и обеспечивая «раскачку» выходных транзисторов T₂ и T₃. Комплементарная пара выходных транзисторов обеспечивает дальнейшее усиление сигнала, как это рыло описано выше при рассмотрении базовой схемы.

Схема на рис. 30.14 имеет низкую стабильность по постоянному то­ру. Любое изменение тока транзистора T₁ вызывает изменение статиче­ского режима выходной пары транзисторов, что может привести к иска­жениям выходного сигнала. Для улучшения стабильности использует­ся отрицательная обратная связь по постоянному току, обеспечивающая автоматическую подстройку смещения транзистора T₁, как показано на рис. 30.15. Постоянное напряжение, действующее в точке А (0,5Vcc), подается обратно на базу транзистора T₁ через резистор обратной связи R_F. В этой схеме громкоговоритель подключен к положительной шине источника питания через разделительный конденсатор С₃. Заметим, что в такой конфигурации ток транзистора T₃ заряжает этот конденсатор, а ток транзистора T₂ разряжает его. Вообще, транзистор, включенный «последовательно» с разделительным конденсатором, заряжает его, а включен­ный «параллельно» — разряжает. Через резистор R₄ на базы выходных транзисторов подается небольшое напряжение прямого смещения, обеспечивающее уменьшение искажений типа «ступенька». Резисторы R₆ и R₇ в эмиттерных цепях транзисторов T₂ и T₃ обеспечивают стабильность по постоянному току, а также неглубокую обратную связь по переменному оку, улучшающую частотные характеристики усилителя.

 

Рис. 30.15. Типичный двухтактный усилитель мощности на комплементарных резисторах. Смещение на базу транзистора Т₁ подается через резистор отрицательной обратной связи R_F.

Усилители постоянного тока

При усилении сигналов постоянного тока между каскадами действует не­посредственная связь, как показано на рис. 30.16. Напряжение на базу транзистора Т₂ напрямую подается с коллектора транзистора Т₁. По­этому статический режим (в отсутствие сигнала) транзистора Т₂ опре­деляется статическим режимом предыдущего каскада. Отсутствие раз­делительного конденсатора позволяет усиливать самые низкочастотные сигналы.

Усилители постоянного тока подвержены так называемому дрейфу, представляющему собой сдвиг рабочей точки усилителя при изменении температуры. Для устранения дрейфа в схему включаются термисторы (термосопротивления) или другие температурно-чувствительные элемен­ты, как показано на рис. 30.16.

Рис. 30.16. Усилитель с непосредственной связью.

 

Обратная связь в усилителях

На рис. 30.17 показана система с обратной связью, в которой часть вы­ходного напряжения подается обратно на вход усилителя. Напряжение υ_f есть напряжение обратной связи, которое добавляется к входному на­пряжению υ_i для получения эффективного входного напряжения e_i, дей­ствующего непосредственно на входе усилителя. Цепь обратной связи В передает весь или часть β выходного сигнала обратно на вход усилите­ля. Если выходное напряжение равно υ₀, то напряжение обратной связи равно

υ_f  = βυ₀

Эффективный сигнал на входе усилителя υ_i = e_i + υ_f = e_i + βυ₀. При введении обратной связи коэффициент усиления становится равным

Рис. 30.17. Обратная связь в усилителях.

При введении отрицательной обратной связи, когда напряжение обрат­ной связи находится в противофазе с входным напряжением, эффектив­ное входное напряжение e_i = υ_i – υ_f, что приводит к уменьшению коэф­фициента усиления всей системы. При положительной обратной связи ситуация изменяется на обратную: напряжение обратной связи находит­ся в фазе с входным напряжением, и эффективное входное напряжение e_i = υ_i + υ_f,  т. е. превышает входное напряжение на величину напряже­ния обратной связи, в результате увеличивается коэффициент усиления всей системы.

Используя величины, указанные на рис. 30.17, и предполагая, что дей­ствует отрицательная обратная связь, можно рассчитать некоторые па­раметры системы с обратной связью.

Эффективное входное напряжение e_i = 10 — 2 = 8 мВ.

Выходное напряжение υ₀ = 8 · 100 = 800 мВ.

 Таким образом, коэффициент усиления системы с обратной связью

Коэффициент обратной связи

Различают обратную связь по току и обратную связь по напряже­нию. При обратной связи по току напряжение обратной связи пропорци­онально выходному току. Например, в схеме на рис. 30.18 такая связь осуществляется через резистор R₄. Когда напряжение обратной связи пропорционально выходному напряжению, мы имеем дело с обратной свя­зью по напряжению. В схеме на рис. 30.18 обратная связь по напряжению осуществляется через цепь C₂ – R₃.

Таблица 30.1. Сравнение характеристик систем с отрицательной и положи­тельной обратной связью

Положительная обратная связь	Отрицательная обратная связь
1. Высокий коэффициент усиления 2. Узкая полоса пропускания 3. АЧХ с выбросами 4. Низкое входное сопротивление 5. Высокое выходное сопротивление 6.Вносит нестабильность как по переменному току (возникновение колебательных процессов), так и по постоянному току (неустойчи­вость стационарного режима) 7. Применяется в генераторах	1. Низкий коэффициент усиления 2. Широкая полоса пропускания  3. Плоская АЧХ 4. Высокое входное сопротивление 5. Низкое выходное сопротивление 6. Улучшается устойчивость системы, как по переменному, так и по постоянному току  7. Часто применяется для улучше­ния устойчивости и расширения полосы пропускания усилителя

Рис. 30.18. Усилитель на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, с двумя видами обратной связи: по току (через резистор R₄) и по напряжению (через цепь C₂ – R₃).

Усилители радиочастоты (УРЧ)

На радиочастотах, например в УКВ-диапазоне, влияние межэлектродных емкостей транзистора, особенно между коллектором и базой, становит­ся очень заметным. Для устранения влияния этих емкостей использу­ется усилитель по схеме с общей базой. Однако в схеме с ОБ транзи­стор имеет низкое входное сопротивление, которое чрезмерно нагружает предыдущий каскад, работающий на усилитель.

Рис. 30.19. Каскодный усилитель.

Для решения пробле­мы существуют два метода. В первом методе используется усилительс ОЭ и схемой нейтрализации обратной связи. Такая схема компенсирует, или нейтрализует, отрицательную обратную связь через емкость перехо­да коллектор-база за счет введения еще одной петли обратной связи, но противоположного знака.

Во втором методе используется усилитель с общим эмиттером, каскодно включенный с усилителем с общей базой (рис. 30.19). Транзистор T₁ работает в усилителе с ОЭ, а транзистор T₂ — в усилителе с ОБ. Входной сигнал подается на базу транзистора T₁. Его эмиттер развязан с шасси через конденсатор С₃. Выходной сигнал с коллектора транзистора T₁ по­дается на эмиттер транзистора T₂, база которого развязана с шасси через конденсатор С₁. Смещение обоих транзисторов обеспечивает резисторная цепочка R₁ – R₂ – R₃.

 

Hi-Fi-усилители

Английское сокращение Hi-Fi(high fidelity — высокая верность переда­чи или воспроизведения, читается «хи-фи») используется для обозначе­ния высокого качества. Этот термин применяется в звуковоспроизводя­щей аппаратуре, которая обеспечивает реалистичное воспроизведение ис­ходного звука, — другими словами, высокое качество воспроизведения. Hi-Fi-системы должны иметь широкую полосу пропускания (40 Гц — 16 кГц), низкий уровень шумов и воспроизводить звук с минимальными искажениями.

Регулировка тембра

регулировка тембра нужна для расширения или сужения (т. е. изме­нения формы) АЧХ усилителя. Регулировка тембра осуществляется в области нижних (низкочастотный участок АЧХ) и верхних (высокоча­стотный участок АЧХ) звуковых частот. Для этой цели используются самые различные схемы: начиная от простейшей цепи, состоящей из последовательно включенных конденсатора и резистора, до очень сложных систем с использованием обратной связи. На рис. 30.20 приведена схе­ма регулятора тембра с возможностью независимой регулировки тембра в области нижних и верхних звуковых частот. На элементах R₁ и C₁ выполнен делитель напряжения поступающего сигнала ЗЧ. Поскольку реактивное сопротивление конденсатора C₁ мало па высоких частотах, этот делитель обеспечивает ослабление верхних звуковых частот, при­чем степень ослабления зависит от установки движка потенциометра R₁. Элементы R₂ и C₂ образуют еще один делитель. Конденсатор C₂ имеет высокое реактивное сопротивление в области нижних звуковых частот, поэтому второй делитель ослабляет эти частоты в степени, зависящей от установки потенциометра R₂. 

Рис. 30.20. Схема регулятора тембра.

Громкоговорители

Громкоговоритель представляет собой преобразователь электрической энергии в акустическую или звуковую энергию. Один из факторов, определяющих выбор громкоговорителя, — его АЧХ по звуковому давлению, т. е. диапазон эффективно воспроизводимых им звуковых частот. Еслидиапазон частот, воспроизводимых данным громкоговорителем, недостаточно широк, можно использовать два громкоговорителя, один из которых хорошо воспроизводит нижние, а другой — верхние звуковые частоты. На рис. 30.21 иллюстрируется один возможный способ разбиение частотного диапазона с помощью разделительного (двухполосного) фильтра.

Рис. 30.21. Двухполосный разделительный фильтр для акустической системы с использованием низкочастотного и высокочастотного громкоговорителей.

Разделительный фильтр состоит из фильтра нижних частот L₁ — C₁, к выходу которого подключается низкочастотный громкоговоритель, и фильтра верхних частот L₂ — C₂, связанного с высокочастотным громко­говорителем.

Другими факторами, влияющими на выбор громкоговорителя, явля­ются его выходная мощность, КПД и сопротивление (для согласования с УЗЧ).

В этом видео рассказывается об усилителе мощности для самостоятельной сборки:

Добавить комментарий

Цифровые усилители против аналоговых. Что лучше?

 

Цифровая техника постоянно развивается, и, наряду с этим развитием, в продаже появляется всё большее количество полностью цифровых усилителей. Это, в свою очередь, всё более остро ставит вопрос относительно того, какой тип усилителей всё таки лучше: цифровой или аналоговый. Абсолютное большинство заядлых аудиофилов и энтузиастов Hi-Fi аудио техники ответят на этот вопрос однозначно и не задумываясь — «конечно аналоговые лучше». Не будем спешить с выводами и попробуем во всём разобраться. Скажу сразу, что как бы мы не старались сопротивляться, всё равно за цифровой техникой будущее и до настоящего времени за ней было только будущее, но не настоящее, так как качество звука первых моделей цифровых усилителей было мягко говоря не самым хорошим. В настоящее время ситуация изменилась кардинальным образом.

В чём же принципиальная разница между цифровыми и аналоговыми усилителями? Аналоговый усилитель получает от источника сигнал в аналоговой форме, в виде переменного тока и напряжения, изменяющегося со звуковой частотой, усиливает его и передаёт на акустические системы. Цифровой усилитель работает только с цифровыми сигналами, он получает от источника сигнал в цифровой форме (в виде ноликов и единичек, а точнее в виде импульсов сигнал есть/нет), усиливает его и только после этого, перед непосредственной передачей на акустические системы, преобразует его в аналоговыю форму.

 

 

 

К сожалению, цифровые усилители до сих пор не получили широкого признания в среде аудиофилов, но, зачастую, незаслуженно. Подавляющее большинство аудиофилов, предпочитающих High-End стереосистемы, заранее отвергают цифровые усилители и даже не желают их прослушивать, основывая своё мнение, зачастую ошибочное, на критических журнальных статьях и мнениях «специалистов», большинство из которых даже отдалённо не представляют о чём говорят. Да, пожалуй, цифровые усилители нельзя назвать полностью идеальными, но ведь аналоговые аппараты тоже обладают своими недостатками.

Пожалуй единственным случаем, когда я полностью отверг бы идею использования цифрового усилителя в стереосистеме является случай, когда в качестве одного из источников используется проигрыватель виниловых пластинок (он же виниловый проигрыватель или LP-проигрыватель).

Ни для кого не секрет, что виниловый проигрыватель является стопроцентным аналоговым источником сигнала, также секретом не является то, что любая оцифровка сигнала приводит к некоторой потере звуковой информации, а именно: звук немного теряет свою «аналоговость» и величина этой потери напрямую зависит от качества аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей (digital-analog converter, он же DAC).

 

Справедливо замечу, что аналоговый звук является эталоном для записи (лучше аналоговой записи может быть только живое выступление музыкантов) и насколько бы не был совершенен цифро-аналоговый преобразователь, он неизбежно немного ухудшит звук (это может быть ничтожно малое ухудшение, которое многие возможно даже не заметят, но оно всё таки будет). А, как уже упоминалось ранее, цифровые усилители работают только с цифровыми сигналами, следовательно, если к нему подключить аналоговый LP-проигрыватель виниловых пластинок, то усилитель будет вынужден преобразовать его аналоговый сигнал в цифровой, с которым он в дальнейшем будет работать, а после усиления сигнал будет вновь преобразован в аналоговый и передан на акустические системы. Это двойное преобразование аналог-цифра-аналог не испортит звук, но сделает его похожим на звук с компакт диска, следовательно, Вы потеряете ту «аналоговость», ради которой скупали пластинки и потратили средства на приобретение качественного проигрывателя винила.

Что же касается воспроизведения CD, здесь оба усилителя конкурируют на равных и сейчас мы разберёмся почему. CD-диск, как таковой, несёт на себе запись в цифровой форме, значит заведомо не является аналоговым, значит та самая «аналоговость» звука уже потеряна на этапе оцифровки Вашей любимой музыки и записи её на диск. CD-проигрыватель считывает звуковую информацию в цифровой форме с диска, а встроенный или внешний цифро-аналоговый преобразователь преобразует её в аналоговую форму, при этом качество воспроизведения CD-диска напрямую зависит от качества считывания информации с поверхности компакт диска и точности преобразования её в аналоговую форму. Системы считывания в настоящее время уже почти достигли своей высшей точки развития, а цифро-аналоговые преобразователи продолжают развиваться.

 

Таким образом, если в CD-проигрывателе установлен некачественный цифро-аналоговый преобразователь, то некачественно преобразованный в аналоговую форму сигнал поступает с проигрывателя на аналоговый усилитель. Стоит отметить, что даже если аналоговый усилитель в данном случае будет самый лучший в мире, то он всё равно не сможет улучшить качество звука, он сможет лишь не ухудшить его, ведь идеальный усилитель должен только усиливать сигнал и не вносить в него даже малейших изменений. Таким образом, плохой цифро-аналоговый преобразователь, установленный в CD-проигрывателе станет причиной общего ухудшения качества звука, независимо от того, что мы выбрали лучший образец усилителя (аналоговый усилитель, в данном случае, не панацея, как видите).

 

 

 

Давайте теперь представим принцип действия стереосистемы на основе связки «CD-проигрыватель + цифровой усилитель».

Для того, чтобы нам ощутить все преимущества использования цифрового усилителя нам потребуется CD-проигрыватель с цифровыми выходами на задней панели (это разъёмы с которых можно получить сигнал в цифровой форме до того как встроенный цифро-аналоговый преобразователь преобразует его в аналоговую форму) или CD-проигрывателю предпочесть CD-транспорт, в котором цифро-аналоговый преобразователь в принципе отсутствует (зачем платить за цифро-аналоговый преобразователь встроенный в проигрыватель, если мы его не собираемся использовать при подключении к цифровому усилителю). После того как усилитель усиливает сигнал в цифровой форме при помощи встроенного цифро-аналогового преобразователя, он преобразует усиленный цифровой сигнал в аналоговую форму и передаёт его акустические системы.

 

Получается, что мы как бы отказываемся от «услуг» родного встроенного в CD-проигрыватель цифро-аналогового преобразователя в пользу цифро-аналогового преобразователя, установленного в цифровой усилитель (это позволит существенно повысить качество воспроизведения в случае если цифро-аналоговый преобразователь стоящий в цифровом усилителе лучше по качеству чем тот, что стоит в CD-проигрывателе или наоборот ухудшить, если ситуация обратная).

Справедливости ради замечу, что CD-проигрыватель к цифровому усилителю можно подключить и через аналоговые входы-выходы, но тогда теряется смысл использования цифрового усилителя, а многократное преобразование аналога в цифру и обратно не очень благотворно повлияет на звук. Прямое же подключение через цифровой кабель кардинальным образом уменьшает количество ненужных преобразований аналога в цифру и обратно и, соответственно, существенно снижается негативное влияние на звук.

Итак, если сравнить оба варианта (с аналоговым и с цифровым усилителем), то можно заметить, что основная разница, если не вдаваться в детали, заключается в том, что в случае использования аналогового усилителя цифро-аналоговый преобразователь находится перед усилителем, а в случае с цифровым усилителем цифро-аналоговый преобразователь находится после усилителя. И самое главное, что в обоих случаях звук был изначально оцифрован, а следовательно, и в одной системе и во второй та самая «аналоговость» уже отсутствует.

 

Основной вывод из вышесказанного: если цифро-аналоговый преобразователь, установленный в CD-проигрыватель лучше по качеству чем тот, который стоит в цифровом усилителе, то лучше предпочесть аналоговый усилитель, а если цифро-аналоговый преобразователь в цифровом усилителе превосходит по качеству аналогичный установленный в CD-проигрывателе, то цифровой усилитель — это лучший вариант для Вас.

 

У цифровых усилителей есть дополнительные достоинства и возможности в отличии от их аналоговых конкурентов — это цифровая обработка сигнала не ухудшающая качество звука, к примеру, любая обработка сигнала (регуляторы тембра и прочее) в аналоговом усилителе неизбежно негативно отразится на качестве звучания). В зависимости от производителя и модели цифрового усилителя виды обработки сигнала колеблятся от элементарной регулировки тембров и частот, до сложнейших алгоритмов по коррекции акустики помещения и амплитудно-частотных характеристик всей системы. Кроме того цифровые усилители самые экономичные по энергопотреблению, имеют самый высокий КПД, обладают внушительной мощностью, огромным коэффициентом демпфирования акустических систем и практически не нагреваются при работе. Но не забывайте, что окончательный выбор предстоит делать Вам после прослушивания.

 

Что такое усилитель и как он работает?

Содержание

Что такое усилитель?

Электронный усилитель, усилитель или усилитель — это электронное устройство, способное увеличивать мощность сигнала, представляющего собой изменяющийся во времени ток или напряжение. Двухпортовая электронная схема усилителя известна тем, что использует электроэнергию от источника питания для увеличения усиления сигнала, подаваемого на входные клеммы. На своем выходе он выдает сигнал пропорционально большей амплитуды.

Усилитель производит усиление, которое измеряется его усилением; это отношение выходного напряжения, мощности или тока. Усилитель известен тем, что обладает коэффициентом усиления по мощности, превышающим единицу. Усилитель в основном представляет собой электрическую цепь, которая содержится в другом устройстве или отдельном оборудовании. Усиление считается необходимым для современной электроники, так как усилители используются в различном электронном оборудовании.

Усилитель — это электронное устройство, которое реагирует на различные небольшие входные сигналы, такие как мощность, напряжение или ток. Он известен тем, что выдает большие выходные сигналы, состоящие из характеристик входного сигнала. Существуют усилители различных типов, которые используются в электронном оборудовании, таком как телевизионные приемники, радиоприемники, компьютеры и аудиооборудование с высокой точностью воспроизведения.

Усиливающее действие может обеспечиваться различными электромеханическими устройствами, включая трансформаторы, генераторы и электронные лампы. В электронных системах в основном используются твердотельные микросхемы в виде усилителей. Как правило, интегральная схема состоит из множества транзисторов и связанных с ней устройств на одном маленьком кремниевом кристалле.

Было замечено, что одного усилителя недостаточно для повышения выходной мощности в соответствии с требованиями. В таких случаях первый выход подается на второй, который подается на третий, и так далее. Этот процесс продолжается до тех пор, пока пользователь не получит удовлетворительный результат. Это приводит к каскадному или многоступенчатому усилению. Как вы теперь знаете что такое усилитель , пришло время пройтись по его использованию.

Использование усилителя

В основном электрические устройства используют усилители для обеспечения различной степени усиления сигнала. В большинстве случаев сигналы слишком малы по размеру, чтобы управлять выбранным устройством, и именно здесь необходимы усилители. Давайте разберемся в этом с помощью примера. Звуковой сигнал, извлекаемый из записей, слишком слаб для работы динамика.

В этом состоянии для выполнения задания необходимо усиление. Сигнал обычно многократно усиливается между динамиком и иглой проигрывателя. Каждый раз, когда сигнал усиливается, он должен пройти через каскад усиления. Аудиоусилитель, подключенный между акустической системой и проигрывателем, обычно содержит различные каскады усиления.

Усилитель, также известный как операционный усилитель, представляет собой схему, в основном используемую для управления и автоматизации электронных схем в различных морских приложениях. Как правило, применяемый входной сигнал представляет собой сигнал тока или напряжения. Целью усилителя является подача выходного сигнала, который больше, чем входной сигнал.

Вы также можете прочитать:  Что такое система питания постоянного тока и как она работает?

Целью усилителя или операционного усилителя является увеличение или усиление входного сигнала для доставки или создания выходного сигнала. Эти сигналы обычно больше, чем входные сигналы, но имеют форму волны, аналогичную входному сигналу. В основном изменение выходного сигнала обозначается увеличением уровня мощности. Напряжение постоянного тока известно для подачи дополнительной мощности извне.

В усилителе входной сигнал управляет выходными сигналами. Компактные усилители слабого сигнала в электронных компонентах используются в качестве устройств из-за способности повышать малые входные сигналы до большей величины. Узнав о что такое усилитель и использование усилителя , давайте прочитаем о типах усилителей .

Типы усилителей

В зависимости от выходной мощности усилители делятся на три категории. Эти категории включают усилитель напряжения, усилитель мощности и усилитель тока. Усилители напряжения широко используются в электронных устройствах. Эти усилители известны тем, что увеличивают амплитуду выходного напряжения сигнала.

Усилители тока увеличивают амплитуду входного тока по сравнению с формой волны входного тока. Усилители мощности используются для увеличения мощности, которая относится к произведению выходного тока и напряжения, которое больше, чем произведение входного тока и напряжения.

Ток или напряжение на выходе может быть меньше, чем на входе, но произведение общего тока или напряжения больше, чем на входе. Часть сигнала переменного тока усиливается каждый раз, когда он подается на усилитель. На основе сигналов, которые усиливаются усилителями, их можно дополнительно разделить на следующие.

Усилители звуковой частоты

A.F. Усилители или усилители звуковой частоты усиливают звуковые частоты. Эти звуковые частоты обычно находятся в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, среди которых некоторые усилители HI-FI способны усиливать до 100 кГц.

Используются для подачи мощности звуковой частоты для работы громкоговорителей. В основном современные усилители звука основаны на некоторых твердотельных накопителях, таких как транзисторы, а на ранних этапах они создавались из электронных ламп.

Усилители промежуточной частоты

I.F. Усилители или усилители промежуточной частоты — это те, которые усиливаются усилителем. Эти типы усилителей используются в радио, радарах или телевидении. Они известны тем, что обеспечивают максимальное усиление напряжения радио, телевидения или радиолокационного сигнала. Это происходит до демодуляции аудио- или видеоинформации, переносимой сигналами.

Наблюдаемая здесь частота работы ниже частоты принимаемого радиосигнала. Однако они выше, чем видео- или аудиосигналы, которые со временем вырабатываются системой. Здесь частота, на которой I.F. усилитель должен работать определяется оборудованием.

Радиочастотные усилители

R.F. усилители или радиочастотные усилители известны тем, что увеличивают мощность радиосигналов с низкой частотой. Они специально используются для управления антенной передатчика. Эти усилители являются настроенными, рабочая частота которых контролируется настроенной схемой.

При этом схема может быть скорректирована исходя из назначения усилителя. Входное сопротивление и коэффициент усиления здесь значительно ниже. Особенностью этих усилителей является низкий уровень шума во время исполнения. Они обычно используются на ранних стадиях приемника.

Вы также можете прочитать: Что такое цифровой мультиметр и как работает цифровой мультиметр?

Было замечено, что фоновый шум, создаваемый электронным устройством, здесь имеет низкое значение. Это происходит потому, что усилитель способен обрабатывать сигналы очень низкой амплитуды от антенны.

Ультразвуковые усилители

Ультразвуковые усилители усиливают ультразвуковые волны. Они присутствуют в диапазоне частот от 20 кГц до 100 кГц. Они используются для специальных целей, таких как ультразвуковая очистка, ультразвуковое сканирование, системы дистанционного управления и т. д. Каждый из этих типов известен тем, что работает в узкой полосе частот, лежащих в пределах ультразвукового диапазона.

Широкополосные усилители

Эти усилители известны тем, что усиливают полосу частот. Они вообще известны тем, что усиливают от постоянного тока до многих десятков МГц. Они используются в различном оборудовании, таком как осциллографы. Они используются в областях, где требуется точное измерение сигналов в широком диапазоне частот. Их усиление низкое из-за их широкой полосы пропускания.

Усилители с прямой связью

Усилители постоянного тока или усилители с прямой связью используются для усиления низкочастотных сигналов. В них выход одного каскада обычно соединен с входом следующего каскада в этих усилителях. Эти усилители известны тем, что усиливают частоту постоянного тока, которая равна нулю. Они в основном используются многочисленными измерительными приборами и электрическими системами управления.

Видеоусилители

Видеоусилители используются для улучшения качества видеосигналов и отображения их в более высоком разрешении. Сигналы служат носителем всей информации об изображениях в телевизионных и радиолокационных системах. Они могут быть классифицированы как особый тип широкополосного усилителя, который специально используется для передачи сигналов, применяемых к видеооборудованию.

Использование видеоусилителей лежит в основе пропускной способности. В случае телевизионных приемников они расширены от 0 Гц до 6 МГц и шире в случае радаров. Эти усилители используются для усиления сигналов, принимаемых от компьютерных мониторов и DVD-дисков. Их также можно использовать для повышения качества видео в телевизорах меньшего размера, которые устанавливаются в транспортных средствах.

Буферные усилители

Буферные усилители обычно используются для преобразования электрического сопротивления одной цепи в другую. Известно, что они имеют коэффициент усиления усилителя, равный единице. Они также используются для изоляции цепей друг от друга. Известно, что они имеют более высокий уровень импеданса на входе и более низкий уровень импеданса на выходе.

Поэтому их можно использовать в качестве устройства согласования импеданса, которое показывает, что сигналы не затухают между цепями. Это происходит, когда схема с высоким уровнем выходного импеданса подает сигнал непосредственно на другую схему с низким уровнем импеданса.

Операционные усилители

Операционные усилители в основном представляют собой усилители с электронным напряжением с высоким коэффициентом усиления. Они используются для выполнения различных математических операций над напряжениями. Мало того, они используются в виде ИС, которые изначально были разработаны с электронными лампами. Операционные усилители известны тем, что имеют два основных входных разъема.

Эти две клеммы являются инвертирующими и неинвертирующими, и их можно использовать в качестве инвертирующих усилителей, суммирующих усилителей, дифференциальных усилителей и неинвертирующих усилителей.

Транзисторные усилители

Транзисторы — это электронные устройства, используемые в качестве усилителей. Они известны усилением тока напряжения входного сигнала. В основном существует два типа транзисторных устройств: BJT или биполярные переходные транзисторы и FET или полевые транзисторы.

Транзисторные усилители обычно анализируются в различных конфигурациях. К ним относятся общий эмиттер, общая база и общий коллектор с использованием BJR. В FET эти усилители анализируются в следующих конфигурациях: общий затвор, общий исток и общий сток.

Небольшой ток на клеммной базе биполярного транзистора может быть полезен для управления током на коллекторе и эмиттере. В FET или полевых транзисторах небольшое напряжение на затворе может управлять напряжением на стоке или истоке.

Классификация каскадов и систем усилителя

  Усилитель известен своей способностью усиливать сигнал. Давайте прочитаем о Классификации каскадов и систем усилителей . По количеству каскадов различают однокаскадные усилители и многокаскадные усилители. Однокаскадные усилители — это те, которые имеют схему с одним транзистором, которую можно назвать однокаскадным усилением. Многокаскадный усилитель имеет несколько транзисторных схем, которые, как известно, обеспечивают многокаскадное усиление.

По выходной мощности усилители можно разделить на усилители мощности и напряжения. Усилитель напряжения известен тем, что увеличивает уровень напряжения входного сигнала. Усилитель мощности — это тот, в котором схема известна тем, что увеличивает уровень мощности входного сигнала.

В зависимости от величины подаваемого входного сигнала усилители можно разделить на усилители слабого сигнала и усилители большого сигнала. Усилитель слабого сигнала — это усилитель, в котором входной сигнал слаб, чтобы иметь возможность создавать небольшие колебания тока коллектора по сравнению со значением покоя. Усилитель называется усилителем с большим сигналом, когда флуктуации тока коллектора велики за пределами линейной части характеристики.

На основе частотного диапазона усилители можно классифицировать как аудио- и радиоусилители. Схема усилителя, которая способна усиливать сигналы, лежащие в диапазоне звуковых частот от 20 Гц до 20 кГц, называется звуковым усилителем.

Усилитель мощности — это усилитель мощности, который усиливает сигналы в диапазоне очень высоких частот.

В зависимости от метода связи усилители делятся на категории с RC-связью, с трансформаторной связью и усилители с прямой связью. Усилитель с RC-цепочкой представляет собой многокаскадную схему, которая соединена со следующим каскадом с помощью комбинации конденсатора и резистора. Вот почему он называется усилителем с RC-связью.

Усилитель с трансформаторной связью — это усилитель, подключенный к следующему каскаду с помощью трансформатора, тогда как усилитель с прямой связью — это усилитель, подключенный к следующему каскаду напрямую.

На основе конфигурации транзисторов усилители можно разделить на усилители CE, усилители CB и усилители CC. Усилитель, созданный с использованием комбинации транзисторов с конфигурацией CE, называется усилителем CE. Усилители, созданные с использованием комбинации транзисторов с конфигурацией CB и комбинации транзисторов с конфигурацией CC, могут называться усилителем CB и усилителем CC соответственно.

Классы усилителя

Как вы уже подробно прочитали о что такое усилитель , его использование и другие детали, давайте также узнаем о его классах. Усилители подразделяются на разные классы на основе их рабочих характеристик и конструкции.

Классы усилителей — это термин, который используется для обозначения различия между различными типами усилителей. Они представляют собой количество выходного сигнала, которое, как известно, изменяется в схеме усилителя за один цикл работы, когда он получает синусоидальный входной сигнал.

В зависимости от режима работы усилители подразделяются на различные классы, такие как класс A, класс B, класс C и класс AB. В усилителе класса А условия таковы, что ток коллектора протекает по всей используемой сигнальной цепи переменного тока. В классе B ток коллектора протекает только в течение полупериода входа.

Приближаясь к классу C, ток коллектора в нем протекает менее половины цикла ввода. Усилитель класса AB представляет собой комбинацию классов A и B, что делает доступными преимущества обоих классов и уменьшает проблемы. Это было около классов усилителей теперь давайте прочитаем функций усилителей .

Функции усилителя

Работа усилителя заключается в преобразовании небольшого электрического тока в больший. Есть множество методов, которые могут быть применены для достижения этой цели. Усилители мощности считаются необходимыми, поскольку они имеют множество устройств, включая микроволновые печи, наушники, системы домашнего кинотеатра и т. Д., Которые обычно используются в электронике.

Двигатели, такие как двигатели постоянного тока, серводвигатели и т. д., используют усилители для увеличения производительности работающих электродвигателей. Связь на большие расстояния стала возможной благодаря использованию эффективных усилителей мощности. Чем выше скорость передачи, тем больше она используется в электронных приложениях.

Как работает усилитель?

Понимания что такое усилитель недостаточно, вы должны также знать, как он работает. На общем языке слово «усилитель» используется для обозначения стереокомпонентов, но на самом деле это всего лишь его небольшое представление.

Мы окружены ими в виде компьютеров, телевизоров, проигрывателей компакт-дисков, динамиков и т. д. Работа усилителя заключается в генерации нового выходного сигнала в обмен на входной сигнал. Их можно представить в виде двух отдельных цепей, выходной цепи и входной цепи.

Выходная цепь генерируется с помощью блока питания усилителя. Этот процесс потребляет энергию от аккумулятора или розетки. Если усилитель питается от переменного тока дома, где направление потока заряда меняется, источник питания преобразуется в постоянный ток, если направление потока заряда остается прежним.

Входная цепь представляет собой электрический звуковой сигнал, который записывается на кассеты, поступающие от микрофона. К выходной цепи применяется переменное сопротивление для воссоздания колебаний напряжения исходных аудиосигналов. Этот тип нагрузки высок в усилителях для оригинальных аудиосигналов.

Преимущества усилителя

  Преимущества усилителей многочисленны, давайте прочитаем об этом. Усилитель CE представляет собой усилитель с общим эмиттером, который не только инвертирует, но и имеет низкое входное сопротивление. Он имеет высокий коэффициент усиления по напряжению, высокий выходной импеданс и высокий коэффициент усиления по току.

Усилитель CB считается приличным усилителем напряжения с током, равным выходному току. Обычно известно, что базовая схема лучше всего работает в качестве буфера тока. Он способен принимать входной ток с низким импедансом и подавать аналогичный ток на выход с более высоким импедансом.

Преимущества усилителя CC заключаются в усилении тока при неизменном поддержании напряжения. Он состоит из самого низкого выходного импеданса по сравнению с другими типами усилителей. Кроме того, его можно использовать для согласования импеданса между каскадом усилителя с низким входным импедансом и каскадом усилителя с высоким выходным импедансом.

Недостатки усилителя

Недостатки усилителя многочисленны, давайте прочитаем о них. Недостатки усилителя СЕ заключаются в том, что он имеет высокое выходное сопротивление. Он известен плохой реакцией на высокие частоты. Он имеет высокую термическую нестабильность, и коэффициент усиления по напряжению нестабилен.

Недостаток усилителя CB заключается в том, что для работы схемы ему требуются два источника питания постоянного тока. Он известен измерением напряжения между коллектором или выходом и эмиттером и входом. Он сравнивает напряжение между базой и эмиттером и поддерживает его в пределах возможностей транзистора.

Надеюсь, теперь вы ясно поняли , что такое усилитель , его использование, преимущества, недостатки, части, классы, классификации и типы. Усилитель — это электрическая цепь, которая содержится в другом устройстве или отдельной части оборудования. Усиление считается основой современной электроники; в настоящее время они используются в различном электронном оборудовании, которое нас окружает.

Усилитель с его схемой, конструкцией, работой и применением

Усилитель можно рассматривать как основное электронное устройство. Эти усилители существуют в различных типах. На основании операций, выполняемых в различных режимах, и типах используемых конфигураций усилители классифицируются. Основная операция этих устройств заключается в усилении и увеличении мощности подаваемого входного сигнала.

Усилители можно классифицировать по различным категориям, это могут быть операционные усилители, усилители слабого сигнала и усилители сильного сигнала или мощности. Эти устройства состоят из базового блока в виде транзисторов. В транзисторах есть три области работы. Среди этих трех областей транзистор работает в активной области, что делает его хорошим вариантом для усиления сигналов.

Усилитель — это устройство, основным компонентом которого является транзистор. Устройства, которые используются для усиления подаваемых входных сигналов и повышают мощность сигнала, можно определить как усилители. Например в музыкальных проигрывателях, в спикерфонах эти усилители используются в различных устройствах для усиления силы сигнала. Есть много практических примеров усилителей. Эти устройства используются даже для дальней связи или беспроводной связи.

Схема усилителя

Базовая схема усилителя состоит из любого типа транзистора, это может быть BJT, FET или любой другой транзистор. Конструкция этой схемы усиления проста.

Схема усилителя с общим эмиттером

  В приведенной выше схеме схема усилителя с общим эмиттером была выбрана. Схема состоит из схемы делителя потенциала, которая состоит из резисторов на входной стороне для прохождения приложенного входного сигнала через эту схему. Входной сигнал подается на эмиттер и базовый переход. Выход подается через терминал, называемый коллектором. Здесь эмиттер — это общий терминал, присутствующий как на входе, так и на выходе.

Конструкция усилителя

Рассмотрим базовую схему усилителя с биполярным переходным транзистором (BJT). BJT бывает двух разных типов N-P-N и P-N-P в зависимости от типа выбранного полупроводникового материала. В приведенной выше схеме мы рассмотрели общий эмиттер типа N-P-N. При подключении резисторов к входу и терминалу эмиттера вместе с этим резистор также должен быть подключен к выходу. Конденсаторы и наличие резистора в цепи заставляют транзистор правильно смещаться. Как только это будет сделано, задача усиления сигнала станет эффективной и простой.

Принцип работы усилителя

Основной принцип работы этих усилителей заключается в том, что входной сигнал должен подаваться на переход, который должен быть смещен в прямом направлении. Выход может быть собран через соединение обратного смещения. Точное измерение сигнала может быть получено описанным выше способом.

Сторона входа, через которую подается сигнал, имеет низкое сопротивление. Минимальное изменение на входе может привести к экстремальному изменению на выходе.

Типы усилителей

В зависимости от размера разработанного усилителя и обработки сигналов усилители можно разделить на различные типы. Каждая классификация имеет свое значение. На основании типа требования к сигналу была выбрана его классификация для соответствующей цепи. Либо выбранный сигнал может иметь большее или меньшее значение.

Тип сигнала	Конфигурация	Классификация	Рабочая частота
1. Если тип сигнала считается малым	Выбран тип конфигурации с общим эмиттером.	Усилитель класса А	Работает от постоянного тока
2. Если рассматриваемые сигналы большого типа	Тип конфигурации может быть Common Base.	Усилитель класса B	Работает в диапазоне звуковых частот.
	Тип конфигурации может быть Common Collector.	Усилитель класса AB	Работает в диапазоне радиочастот
		Усилитель класса C	Работает в диапазонах УКВ, СВЧ и УВЧ.

 

Как правило, классификация основана на варианте сигнала. Если это слабый сигнал, то эти усилители можно использовать для предварительного усиления сигналов или в качестве инструментальных усилителей. В то время как в усилителях больших сигналов мощность должна управлять нагрузкой. Поэтому они известны как усилители мощности. Они подключены к выходным каскадам. В практических примерах это видно на выходных каскадах громкоговорителей.

Усилители можно выбирать по диапазону рабочих частот. Каждый усилитель на основе его рабочей частоты можно разделить на различные классы. Усилители, используемые для усиления звука, классифицируются в алфавитном порядке классов. Классификация характеризуется на основе применяемых входных и выходных отношений и их характеристик.

Применение усилителей

Существуют различные практические усилители, которые имеют очень важное применение. Некоторые области применения усилителей:

1. Аудиоусилители

Низкие значения сигналов, генерируемых микрофонами или любыми дисками и т. д., усиливаются с помощью усилителей напряжения. Помимо этого, усилители известны тем, что выполняют различные функции, такие как эквалайзеры, корректор тона и так далее.

2. Усилители промежуточной частоты

Эти усилители известны своей работой в диапазоне средних частот. Они действуют как тюнеры в цепях радиоприёмников, в телевизорах и так далее. Цель таких усилителей состоит в том, чтобы обеспечить основные значения усиления сигналов в телевидении и радаре до того, как информация, переносимая сигналами, будет отделена от сигналов радио.

3. Радиочастотные усилители

Они обеспечивают очень низкий уровень шума и предпочтительны для токарных станков. Они предпочтительны на начальных этапах приемников. Они используются для управления антеннами соответствующего передатчика.

4. Ультразвуковые усилители

При этом усилитель работает в диапазоне ультразвуковых волн.