Site Loader

Содержание

Операционные усилители (на основе простейших примеров): часть 1 / Хабр

В курсе электроники есть много важных тем. Сегодня мы попытаемся разобраться с операционными усилителями.

Начнем сначала. Операционный усилитель — это такая «штука», которая позволяет всячески оперировать аналоговыми сигналами. Самые простейшие и основные — это усиление, ослабление, сложение, вычитание и много других (например, дифференцирование или логарифмирование). Абсолютное большинство операций на операционных усилителях (далее ОУ) выполняются с помощью положительных и отрицательных обратных связей.

В данной статье будем рассматривать некий «идеал» ОУ, т.к. переходить на конкретную модель не имеет смысла. Под идеалом подразумевается, что входное сопротивление будет стремиться к бесконечности (следовательно, входной ток будет стремиться к нулю), а выходное сопротивление — наоборот, будет стремиться к нулю (это означает, что нагрузка не должна влиять на выходное напряжение). Также, любой идеальный ОУ должен усиливать сигналы любых частот. Ну, и самое важное, коэффициент усиления при отсутствующей обратной связи должен также стремиться к бесконечности.



Ближе к делу

Операционный усилитель на схемах очень часто обозначается равносторонним треугольничком. Слева расположены входы, которые обозначены «-» и «+», справа — выход. Напряжение можно подавать на любой из входов, один из которых меняет полярность напряжения (поэтому его назвали инвертирующим), другой — не меняет (логично предположить, что он называется неинвертирующий). Питание ОУ, чаще всего, двуполярное. Обычно, положительное и отрицательное напряжение питания имеет одинаковое значение (но разный знак!).

В простейшем случае можно подключить источники напряжения прямо ко входам ОУ. И тогда напряжение на выходе будет расчитываться по формуле:


, где

— напряжение на неинвертирующем входе,

— напряжение на инвертирующем входе,

— напряжение на выходе и

— коэффициент усиления без обратной связи.

Посмотрим на идеальный ОУ с точки зрения Proteus.


Предлагаю «поиграть» с ним. На неинвертирующий вход подали напряжение в 1В. На инвертирующий 3В. Используем «идеальный» ОУ. Итак, получаем:

. Но тут у нас есть ограничитель, т.к. мы не сможем усилить сигнал выше нашего напряжения питания. Таким образом, на выходе все равно получим -15В. Итог:


Изменим коэффициент усиления (чтобы Вы мне поверили). Пусть параметр Voltage Gain станет равным двум. Та же задача наглядно решается.


Реальное применение ОУ на примере инвертирующего и неинвертирующего усилителей

Есть два таких

основных

правила:


I.Выход операционного усилителя стремится к тому, чтобы дифференциальное напряжение (разность между напряжением на инвертирующем и неинвертирующем входах) было равно нулю.
II.Входы ОУ не потребляют тока.

Первое правило реализуется за счет обратной связи. Т.е. напряжение передается с выхода на вход таким образом, что разность потенциалов становится равной нулю.

Это, так сказать, «священные каноны» в теме ОУ.

А теперь, конкретнее.

Инвертирующий усилитель

выглядит именно так (обращаем внимание на то, как расположены входы):


Исходя из первого «канона» получаем пропорцию:


, и немного «поколдовав» с формулой выводим значение для коэффициента усиления инвертирующего ОУ:


Приведенный выше скрин в комментариях не нуждается. Просто сами все подставьте и проверьте.

Следующий этап — неинвертирующий усилитель.
Тут все также просто. Напряжение подается непосредственно на неинвертирующий вход. На инвертирующий вход подводится обратная связь. Напряжение на инвертирующем входе будет:
, но применяя первое правило, можно утверждать, что

И снова «грандиозные» познания в области высшей математики позволяют перейти к формуле:
Приведу исчерпывающий скрин, который можете перепроверить, если хотите:

Пара интересных схем

Напоследок, приведу парочку интересных схем, чтобы у Вас не сложилось впечатления, что операционные усилители могут только усиливать напряжение.

Повторитель напряжения (буферный усилитель). Принцип действия такой же, как и у транзисторного повторителя. Используется в цепях с большой нагрузкой. Также, с его помощью можно решить задачку с согласованием импедансов, если в схеме есть нежелательные делители напряжения. Схема проста до гениальности:

Суммирующий усилитель. Его можно использовать, если требуется сложить (отнять) несколько сигналов. Для наглядности — схема (снова обращаем внимание на расположение входов):

Также, обращаем внимание на то, что R1 = R2 = R3 = R4, а R5 = R6. Формула расчета в данном случае будет: (знакомо, не так ли?)

Таким образом, видим, что значения напряжений, которые подаются на неинвертирующий вход «обретают» знак плюс. На инвертирующий — минус.

Заключение

Схемы на операционных усилителях чрезвычайно разнообразны. В более сложных случаях Вы можете встретить схемы активных фильтров, АЦП и устройств выборки хранения, усилители мощности, преобразователи тока в напряжение и многие многие другие схемы.

Список источников

Краткий список источников, который поможет Вам быстрее освоится как в ОУ, так и в электронике в целом:


Википедия

П. Хоровиц, У. Хилл. «Искусство схемотехники»

Б. Бейкер. «Что нужно знать цифровому разработчику об аналоговой электронике»

Конспект лекций по электронике (желательно, собственный)


UPD.:

Спасибо

НЛО

за приглашение

Частотно-зависимая обратная связь в ОУ. Активные фильтры и генераторы сигналов на ОУ / Хабр

В предыдущей публикации цикла мы разобрали, как работают схемы на ОУ с нелинейными элементами в цепях обратной связи, научились производить с помощью ОУ операции умножения и деления, и узнали, как собрать на ОУ источник тока, напряжения, а также усилитель мощности.

В данной публикации цикла мы разберём работу ряда схем на ОУ с частотно-зависимой обратной связью и научимся собирать на ОУ активные фильтры и генераторы.

Для тех, кто присоединился недавно, сообщаю, что это пятая из шести публикаций цикла. Содержание публикаций со ссылками на них находится в конце статьи.

Частотно-зависимая обратная связь в ОУ

С частотно-зависимой обратной связью в ОУ мы впервые столкнулись при рассмотрении работы реальных ОУ «в динамике». Она интересовала нас в плане частотной коррекции передаточной характеристики для предотвращения генерации при работе ОУ в режиме усиления за счёт превращения отрицательной обратной связи в положительную из-за сдвига фаз.

Также мы имели дело с частотно-зависимой обратной связью, когда разбирали работу интегрирующего и дифференцирующего звеньев. Нас тогда интересовала не столько АЧХ, сколько реакция этих звеньев на воздействие единичного прямоугольного импульса.

По сути, интегрирующее звено на рисунке ниже имеет АЧХ фильтра низких частот (ФНЧ) 1-го порядка с частотой среза fc = 1/2πRC. Сигнал с частотой ниже fc передаётся на выход этого звена без затухания. Для частот выше fc сигнал передаётся с затуханием 6 дБ/октава, т.е. ослабляется по уровню в два раза при повышении частоты в два раза.

Дифференцирующее звено является ФВЧ 1-го порядка с частотой среза f

c

= 1/2πRC. Оно пропускает сигнал с частотой выше f

c

без затухания. Сигнал с частотой ниже f

c

передаётся с затуханием 6 дБ/октава.


Активные фильтры на ОУ

Фильтры применяются в электронике для выделения желательной составляющей спектра сигнала и/или подавления нежелательной.

Изначально фильтры строились из пассивных RLC-компонентов. Активные фильтры стали получать распространение с развитием полупроводниковой электроники. Активные фильтры проще в изготовлении, т.к. они не требуют применения «моточных» изделий. Однако, пассивные фильтры применяются до сих пор.

Расчёт фильтров обычно производится с применением полиномов Баттерворта, Чебышёва и Бесселя. Последнее время набирают популярность эллиптические фильтры.

Наиболее детально тема активных фильтров на ОУ разобрана в [3] в разделе «13. Активные фильтры» на стр. 185 – 226. Мы же разберём их работу на простом и понятном материале, изложенном в [5] в разделе главы 4 «3. Фильтры звуковых частот» на стр. 138 – 145, в части, касающейся схем на ОУ.

Как правило, активные RC-фильтры на ОУ собирают по схеме Саллена–Ки (Sallen–Key), которая действует как «источник напряжения, управляемый напряжением» (ИНУН, VCVS). Ниже приведена схема двухполюсного ФНЧ (ФНЧ второго порядка) подобного типа:

Если резисторы и конденсаторы поменять местами, получим двухполюсный ФВЧ:

Двухполюсные фильтры по схеме Саллена–Ки состоят из небольшого количества элементов и стабильны в работе. Частота среза определяется по формуле:

Коэффициент передачи K определяется соотношением сопротивлений резисторов в цепи ООС. В зависимости от коэффициента передачи у фильтров по схеме Саллена–Ки изменяется АЧХ. Из таблицы на стр. 290 [2] мы видим, что при K = 1,586 звено имеет АЧХ фильтра Баттерворта, при K = 1,268 – фильтра Бесселя, а при K = 1,842 – Чебышёва с неравномерностью в полосе пропускания 0,5 дБ.

Фильтры по схеме Саллена–Ки с числом полюсов более двух ведут себя нестабильно. Повышение порядка достигается каскадным подключением двухполюсных фильтров. Нюансы такого каскадирования наглядно продемонстрированы Поляковым в [5] на рисунке ниже:

Как мы видим на иллюстрации, АЧХ шестиполюсного ФНЧ Чебышёва с частотой среза f

c

= 2700 Гц формируется из АЧХ двухполюсного ФНЧ с частотой среза намного меньше f

c

и K = 1 (обозначение «1» на графике), АЧХ двухполюсного ФНЧ с частотой среза меньше f

c

и K = 1,4 (обозначение «2» на графике) и АЧХ двухполюсного ФНЧ с f

c

= 2700 Гц и K = 1,6 (обозначение «3» на графике). Для снижения влияния неточности номиналов элементов схемы на АЧХ соотношение ёмкостей конденсаторов в каждом звене выбрано из расчёта один к трём. Номиналы резисторов подобраны из диапазона 10…100 кОм.

Из ФВЧ и ФНЧ с перекрывающимися полосами пропускания можно получить полосовой фильтр. Активный полосовой фильтр по схеме Саллена–Ки выглядит следующим образом:

При R1 = R2, C1 = C2 и R3 = 2R1 центральную частоту полосы пропускания f

0

и добротность фильтра Q (отношение f

0

к ширине полосы пропускания Δf

0

) получаем по формулам:

Из формулы (22) видим, что коэффициент передачи K должен быть меньше трёх.

Гораздо лучшие результаты можно получить при применении в качестве активного полосового фильтра схемы биквадратного фильтра:

Схема биквадратного фильтра значительно сложней, но менее критична к неточности номиналов элементов схемы. Центральная частота полосы пропускания f

0

, ширина полосы пропускания Δf

0

, и коэффициент передачи K при R3 = R4 и R5 = R6 определяются по формулам:

Подробней о биквадратных фильтрах написано в [2] на стр. 293 – 295 и в [1] на стр. 106 – 108.

Релаксационные генераторы на ОУ

Генератор – это устройство для производства периодически изменяющихся сигналов. Релаксационный генератор – это генератор, элементы которого не обладают резонансными свойствами.

Релаксационный генератор на ОУ можно получить, объединив схемы интегрирующего звена и триггера Шмитта в замкнутый контур:

Когда на выходе триггера Шмитта присутствует напряжение высокого уровня, конденсатор C1 заряжается до тех пор, пока напряжение на входе триггера Шмитта не станет меньше порога срабатывания, после чего конденсатор C1 начнёт разряжаться, пока напряжение на входе триггера Шмитта не станет больше порога срабатывания.

На выходе интегрирующего звена присутствует периодический сигнал треугольной формы, на выходе триггера Шмитта – меандр. Стабилитрон VD1 ограничивает амплитуду прямоугольного сигнала на выходе триггера Шмитта Uвых2 до значения напряжения стабилизации Uст. Период автоколебаний T и амплитуду сигнала на выходе интегрирующего звена Uвых1 получаем по формулам:

Подобные схемы принято называть «функциональными генераторами», т.к. они производят на выходе сигналы разной формы.

Релаксационный генератор с выходным сигналом в виде меандра называется мультивибратором. Рассмотренную выше схему тоже можно использовать в качестве мультивибратора, но приведённая ниже схема проще:

При равенстве положительных и отрицательных напряжений ограничения U

огр

на выходе ОУ период автоколебаний T и амплитуду сигнала на инвертирующем входе U

вх-

получаем по формулам:


RC-генераторы гармонических колебаний на ОУ

Синусоидальный сигнал на выходе звена на ОУ можно получить с помощью обработки сигнала треугольной формы активным фильтром низких частот, а также применением моста Вина:

Схема построена таким образом, чтобы обеспечить обратную связь с фазовым сдвигом 180° на частоте f

0

и поддерживать генерацию изменением коэффициента передачи K. Запуск генерации происходит при K > 3, что достигается при R3/R4 > 2. Затем, когда запуск произведён, для стабилизации работы генератора коэффициент передачи K должен уменьшаться при увеличении амплитуды выходного сигнала. Одним из решений такой адаптивной обратной связи является использование вместо R4 лампы накаливания.

При равенстве R1 = R2, C1 = C2 частота генерации f0 определяется по формуле:

▍ От автора

В публикации были рассмотрены примеры реализации активных фильтров и генераторов на ОУ. С развитием DSP (Digital Signal Processors) и методов DDS (Direct digital synthesis) тема может казаться неактуальной, однако, как появление активных фильтров не отменило применение в системах связи пассивных фильтров, так и промышленное производство цифровых синтезаторов частоты не отменяет применения аналоговых генераторов сигналов.

Следует заметить, что применение генераторов сигналов на ОУ всегда было ограничено. С одной стороны, наличием простых и надёжных интегральных таймеров семейства 555, а с другой — простыми и надёжными генераторами на транзисторах по схемам ёмкостной (индуктивной) «трёхточки».

В следующей публикации мы сосредоточимся на применении «реальных» ОУ в условиях реального мира: рассмотрим однополярное питание ОУ, работу ОУ в условиях помех, а также нюансы экранирования схем и каналов.

Данный цикл публикаций состоит из шести частей. Краткое содержание публикаций:

1. Предпосылки появления ОУ. «Идеальный» операционный усилитель. Инвертирующий и неинвертирующий усилители, повторитель.
2. Отличия «реального» ОУ от «идеального». Основные характеристики реального ОУ. Ограничения реального ОУ.
3. Суммирующий усилитель. Разностный усилитель. Измерительный усилитель. Интегрирующее звено. Дифференцирующее звено. Схема выборки-хранения.
4. Активный детектор. Активный пиковый детектор. Логарифмический усилитель. Активный ограничитель сигнала. Компаратор на ОУ. Источник опорного напряжения. Источник тока. Усилитель мощности.
5. Частотно-зависимая обратная связь в ОУ. Активные фильтры на ОУ. Генераторы сигналов на ОУ. < — Вы тут
6. Однополярное включение ОУ. Входные помехи, «развязки» и защиты входных цепей, экранирование.

▍ Использованные источники:

1. Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Энергоатомиздат, 1988

2. Хоровиц, Хилл. Искусство схемотехники. 2-изд. Мир, 1993

3. Титце, Шенк. Полупроводниковая схемотехника. 5-изд. Мир, 1982

5. Поляков. Радиолюбителям о технике прямого преобразования. Патриот, 1990

Лаборатория звуковой техники: «Симметричный» транзисторный усилитель мощности.

В процессе вечного холивара «усилитель vs лампа» одной из точек преткновения называют отрицательную обратную связь, которую вводят в усилителях, как это считается «для обеспечения линейности (=уменьшения нелинейных искажения)». Транслировать в бложек все эти изыскания я не буду, вы сами сможете их найти.

Но вот о чём почему-то упоминается далеко не в первую очередь — так о куда более важной функции обратной связи, в поддержании постоянной «рабочей точки» — т.е. напряжения на выходе усилителя, равного нулю относительно средней точки питания. И на деле задача эти оказывается весьма непростой: из-за большого коэффициента усиления и наличия непосредственной (гальванической) межкаскадной связи малейшие любые изменения, не связанные с полезным сигналом (например, температурного режима или питания) выводят схему из баланса. И выглядит этот процесс довольно просто: вы включаете схему, и спустя какое-то время или мгновенно в неё на выходе в отсутствие сигнала появляется постоянное напряжение.

Попытки сделать стабильный транзисторный усилитель без ООС делали многие, в том числе и я. Ниже пойдёт речь о моём опыте разработки (доработки?) такой конструкции во всех подробностях.


Под катом — схема и описание

Итак, прототипом стала схема в журнали Радио №1 за 1980 год и похожая на неё, более современная, найденная на просторах интернета. Они будут приведены ниже. Особенностью из была полностью симметричная структура, т.е. на входе стояли два абсолютно одинаковых дифференциальных усилителя с источниками тока, только на транзисторах разной проводимости. Входы соединялись параллельно, выходы раскачивали разные половинки усилителя напряжения, соответственно — так же разной проводимости, включённые в одну цепь. А далее — всё, как в обычном усилителе. Мощный выходной каскад: в одной модификации он был на полевых транзисторах, в другой — на биполярных, включённых по схеме Дарлингтона и Шиклаи. Вторая как раз была напечатана в журнале Радио и в прилагавшейся к ней статье было написано, что из-за «полной симметричности схемы» (что, собственно, так и было) она способна работать без ООС: т.е. температурным изменениям в равной степени подвергаются все каскады, и возникающие отклонения в одном компенсируются такими же по значению, но противоположными по знаку в другом.

Конечно же, я «купился» на эту заманчивую симметричность и решил схему собирать, предварительно доработав. От полевых транзисторов решил отказаться сразу (как в выходном каскаде, так и в источниках тока для ДУ), так же как и от множества каскадов, как в первом прототипе на выходе. Вообще все транзисторы взял из тех, что были под рукой. Так, все маломощные — комплиментарные 2SA1015 и 2SC1815, усилитель напряжения на BD139/BD140, предвыходной каскад можно реализовать на них же, а можно взять транзисторы помощнее. В выходном каскаде — опять де комплиментарная пара 2SA1943 и 2SC5200. Можно использовать и не комплементарную пару, например два одинаковых NPN транзистора. В этом случае одно плечо выходного каскада будет соединено по схеме Дарлингтона, другое — по схеме Шиклаи. Если кому-то будет интеренсо — выложу и её. В своей модификации я сделал обратную связь отключаемой с возможностью регулировать её глубину. Так же изначально в конструкции несколько увеличил токи покоя дифференциальных каскадов, желая этим получить запас по входному напряжению и увеличить динамический диапазон. Схема получилась такой.

Запуск показал сдеюующее: без обратной связи и с завышенным током покоя усилитель сразу уходит в насыщение. Добиться стабильной работы можно, только включив обратную связь и снизив токи покоя дифф. каскадов (подбор резисторов R4 и R10). В такой вариации схема работает хорошо. Так же в моей пробной конструкции отсутствовали R18 и R19 что, впрочем, на работоспособность не влияло.

Итак, пара слов для тех, кто захочет её собрать. Значения указаны те, при которых схема стабильно работает. Особенность её, которая во многом должна быть привлекательной для начинающих радиолюбителей — она позволяет использовать замену практически для всех её элементов, на случай, если каких-то не окажется под рукой. Главное при этом — соблюдать симметричность.

Так, во входных дифференциальных усилителях может быть применена почти любая комплиментарная пара маломощных транзисторов со следующими параметрами:

  • Uce>Uпит.
  • Iс>100mA
  • h31>50

    При замене необходимо будет подобрать резисторы R4 и R10 — они отвечают за ток покоя дифференцилаьных усилителей. Так, если будут использоваться более мощные транзисторы или при большем, чем 35В напряжени питания (которое, кстати, тоже можно менять в пределан от 20В до 45В) их сопротивление можно незначительно уменьшить. Если же усилитель даже с ООС будет сразу уходить в насыщении или будут нагреваться входных транзисторы — R4 и R10 следует взять не мене 1кОм. Транзисторы в коллекторной цепи дифференциального каскада отвечают за его коэффициент усиления и так же могут быть изменены в небольших пределах, главное — чтобы все четыре были одинаковы.

    Транзисторы в усилителе напряжения так же подлежат замене на аналоги па параметрам. Что же касается транзисторов Q10 и Q11 — их мы можем взять такими же, как и Q7 и Q9 или более мощными, если на выходе будут использованы мощные транзисторы (Q12 и Q13) с небольшим коэффициеном передачи тока и вообще.

    Ток покоя выходных транзисторов задаётся потенциометром VR2, глубина ООС — потенциометром VR1.

    Свою конструкцию я питал напряжением ±35В, подбором глубины обратной связи при указанных ниже элементах (в частности, транзисторах) можно добиться максимальной мощности около 100Вт. Опять же, тот факт, что моя конструкция «отказывается» работать без обратной связи — возможно, проблема не структуры схемы, а выбранных в ней режимов. Вы можете «поиграться» с ними подбором резисторов в коллекторных цепях транзисторов входных каскадов и эмиттерных цепях источников тока для них.


    Внешний вид конструкции:

    Стерео вариант, уже в корпусе

    В общем, надеюсь, мой опыт кому-нибудь пригодится. Пишите, если что. Мой вариант печатной платы — ниже


  • Скачать файл печатной платы в формате Sprint Layout
  • Список деталей
  • Схема — крупная картинка
  • Частотная коррекция усилителей с обратной связью

    Операционные усилители

    Частотная коррекция усилителей с обратной связью



    Если попытаться графически изобразить зависимость коэффициента усиления по напряжению при разомкнутой петле обратной связи от частоты для нескольких операционных усилителей, то получим кривые, подобные показанным на рис. 4.80. Даже поверхностный взгляд на представленные диаграммы Воде (кривые зависимости коэффициента усиления и фазы от частоты с использованием логарифмического масштаба) позволяет сделать заключение, что операционный усилитель типа 741 хуже остальных, так как с увеличением частоты его коэффициент усиления при разомкнутой цепи обратной связи уменьшается очень быстро. На самом деле такой спад усиления получают намеренно, и характеристика операционного усилителя совпадает с характеристикой RС — фильтра низких частот, имеющей спад — 6 дБ/октава. Операционный усилитель типа 748 подобен операционному усилителю типа 741, но не скорректирован (как и ОУ типа 739). В операционных усилителях бывает предусмотрена внутренняя коррекция, кроме того, промышленность выпускает и не скорректированные ОУ; познакомимся с некоторыми методами частотной коррекции.


    В операционном усилителе (а в общем, в любом многокаскадном усилителе), начиная с некоторой частоты наблюдается спад коэффициента усиления, обусловленный тем, что усилительный каскад для сигналов, поступающих от источника, имеющего конечный импеданс, является емкостной нагрузкой, и, таким образом каскад эквивалентен фильтру низких частот. Например, часто входной каскад представляет собой дифференциальный усилитель с нагрузкой в виде токового зеркала (см. схему LM358, изображенную на рис. 4.54), который работает на второй каскад, представляющий собой схему общим эмиттером. Теперь допустим, что конденсатор, обозначенный на схеме как Ск исключен. Высокий выходной импеданс входного каскада, а также емкость перехода Свх.э и емкость обратной связи Скб (вспомните эффект Миллера, разд. 2.19) последующего каскада образуют фильтр низкой частоты. Точка — 3 дБ на характеристике этого фильтра лежит в диапазоне от 100 Гц до 10 кГц. Уменьшение реактивного сопротивления конденсатора при увеличении частоты вызывает появление спада характеристики с наклоном 6 дБ/октава. На достаточно высоких частотах (которые могут не превышать 1 кГц) импеданс коллекторной нагрузки имеет емкостной характер, в связи с этим KU = gmXc , т. е. спад усиления пропорционален 1/ƒ. Кроме того, выходной сигнал будет сдвинут по фазе на 90° относительно входного. (Спаду усиления соответствует нижний участок («хвост») характеристики RС — фильтра низкой частоты, в котором сопротивление R есть эквивалентное выходное сопротивление источника, к которому подключена емкостная нагрузка. Однако в схеме не обязательно должны присутствовать реальные резисторы.)

    В многокаскадном усилителе на высоких частотах на характеристике усилителя появляются дополнительные точки перегиба, обусловленные тем, что другие усилительные каскады также начинают проявлять свойства фильтров низкой частоты. Зависимость коэффициента усиления всей многокаскадной схемы при разомкнутой цепи ОС от частоты показана на рис. 4.81. Спад коэффициента усиления при разомкнутой петле ОС определяется величиной — 6 дБ/октава и начинается на некоторой сравнительно невысокой частоте ƒ1. Он обусловлен емкостным характером нагрузки выхода первого каскада. Спад с таким углом наклона продолжается до тех пор, пока на частоте ƒ2 не начнет проявлять себя собственная RC — цепь следующего каскада. Начиная с этой точки, спад определяется величиной — 12 дБ/октава и т.д.

    Рис. 4.81.

    Что же следует из такой характеристики? Напомним, что для RС — фильтра низкой частоты зависимость сдвига фазы от частоты имеет вид кривой, показанной на рис. 4.82. Каждый фильтр низкой частоты, присутствующий в усилителе, имеет подобную фазовую характеристику, поэтому полный фазовый сдвиг гипотетического усилителя можно представить в виде кривой, изображенной на рис. 4.83.

    Рис. 4.82. Диаграмма Боде: зависимость коэффициента усиления и фазы от частоты.

    Рис. 4.83.

    Проблема заключается в следующем: если этот усилитель включить, например по схеме повторителя, то возникнут автоколебания. Это связано с тем, что на некоторой частоте фазовый сдвиг при разомкнутой петле обратной связи достигает 180°, при этом коэффициент усиления еще превышает единицу (на этой частоте отрицательная обратная связь превращается в положительную). Этого достаточно для того, чтобы возникла автогенерация колебаний, так как на этой частоте любой сигнал будет сам себя наращивать, проходя по петле обратной связи.

    Критерий устойчивости. Критерий устойчивости усилителя с обратной связью выглядит следующим образом: фазовый сдвиг усилителя при разомкнутой петле обратной связи не должен превышать 180° на частоте, при которой коэффициент передачи цепи обратной связи равен единице. Этот критерий трудней всего удовлетворить, когда усилитель включен как повторитель, так как при этом коэффициент передачи в петле обратной связи равен коэффициенту усиления при разомкнутой петле обратной связи, т. е. наибольшему значению. В операционном усилителе с внутренней коррекцией критерий устойчивости удовлетворяется даже в том случае, когда эти усилители включают по схеме повторителей; в них с помощью простой резистивной схемы обратной связи можно получить любое значение коэффициента усиления при замкнутой цепи обратной связи, при этом они будут работать устойчиво и в них не будут возникать колебания. Мы уже упомянули выше, что для этого намеренно смещают начало спада усиления таким образом, чтобы точка — 3 дБ лежала в области низких частот — обычно в диапазоне от 1 до 20 Гц. Покажем, как этого добиваются.


    Схемы, не требующие пояснений


    Разница между активным и пассивным сабвуфером

    Механизм работы автомобильного динамика предполагает обязательное наличие усилителя мощности. В базовых комплектациях автомобилей эту роль выполняет встроенный в головное устройство усилитель малой мощности, которого достаточно для работы салонных динамиков на определённом уровне громкости. Ввиду иных конструктивные и технических особенностей сабвуферного динамика, встроенный в головное устройство усилитель не способен его «раскачать», поэтому появляется необходимость в дополнительном усилителе мощности.

    В общих формулировках, отличие между активным и пассивным сабвуфером заключается исключительно в наличии этого самого дополнительного усилителя мощности. Активным можно назвать сабвуфер с усилителем мощности, пассивным же называют сабвуфер без усилителя мощности. Если из активного сабвуфера извелекается усилитель, то он становится пассивным, ровно как и пассивный сабвуфер становится активным при добавлении усилителя. Из этого вытекает, что активный сабвуфер — это готовая к установке система, а пассивный сабвуфер — промежуточное звено.

    Но всё же принято различать конструкции «Пассивный сабвуфер + внешний усилитель» и «Активный сабвуфер со встроенным усилителем». В рамках производства с конвейера сходят три модификации сабвуфера — отдельный сабвуферный динамик, сабвуферный динамик в корпусе и сабвуферный динамик в корпусе со встроенным в конструкцию усилителем мощности. Сам по себе сабвуферный динамик и сабвуферный динамик в корпусе — это пассивные элементы, для работы которых требуется внешний усилитель мощности. И добавляя к этим пассивным элементам усилитель мы и получаем связку «Пассивный сабвуфер + внешний усилитель». Активный сабвуфер — это заведомо корпусная конструкция, в которой предусмотрен и усилитель мощности. Под усилитель в активной конструкции предусмотрен некий объём, который, как правило, также закрыт стенками.

    Дополнительно стоит упомянуть, что активные сабвуферы делятся на обычные корпусные и компактные. И если любой корпусной сабвуфер (будь то пассивный или активный) может поместиться исключительно в багажном отделении легкового автомобиля, то компактный активный сабвуфер может быть установлен под сиденье автомобиля, то есть займёт объём неиспользуемой ниши.

    И если ответить на вопрос об отличиях между пассивным и активным сабвуфером достаточно просто, то выяснить какой из них лучше вряд ли получится, так как это зависит исключительно от пожеланий автовладельца и структуры имеющейся аудиосистемы. Минус, обусловленный текущей ситуацией, может оказаться плюсом в другой ситуации. Можно только описать ряд ситуаций, когда тот или иной вариант будет предпочтительней.

    1

    Чтобы занимал минимум места

    Когда пакеты из магазинов и картошка с дачи важнее. Определённо активный компактный, который можно спрятать под сиденье автомобиля. Результат непредсказуем.

    2

    Чтобы подешевле

    Когда хочется чтобы было, но с минимальными затратами. Определённо активный корпусной, но без оглядки на остальные параметры. Результат очень даже может огорчить, но это не точно.

    3

    Чтобы хороший, но не очень дорого

    Когда не хочется копаться в низших ценовых категориях. Либо недорогой пассивный с усилителем, либо корпусной активный. Здесь можно добиться хорошего результата.

    4

    Чтобы помощней

    Птички разлетаются, бабки разбегаются. Определённо пассивный. Массивная корпусная конструкция и соответствующий усилитель. Главное, чтобы хватило места в багажнике.

    5

    Чтобы немного баса добавить

    Когда не хватает совсем немного. Здесь предпочтение лучше отдать небольшому корпусному активному сабвуферу. Можно рассмотреть и компактный вариант, но опять может не хватить.

    6

    Самый хороший сабвуфер

    Такого нету. Ровно настолько, насколько нет слова «нету». Всё очень индивидуально. И даже если нравится практически всем, то не факт, что понравится вам. И наоборот.

    7

    Золотая середина

    Когда хочется нащупать некую середину. Необходимо выбрать некий компромисс между мощностью, качеством, размером и ценой, и тогда решить будет намного проще.

    Получается, что если разговор о мощности, то предпочтение стоит отдавать пассивной конструкции, если о компактности, то активной, если о ценовом аспекте, то скорее активной, чем пассивной, а если о качественной составляющей, то скорее пассивной, чем активной.

    Посмотреть список активных сабвуферов можно здесь. Пассивные сабвуферы расположились тут. А обычные сабвуферные динамики оказались там. А если у вас остались какие-нибудь вопросы, то задайте их нашему специалисту по телефону.

    Четырехканальный усилитель — AudioKiller’s site

    Этот усилитель имеет очень хорошие параметры и отличное звучание. Но главное в нем то, что такой усилитель можно сделать самому! И  совсем даже не сложно. Для него есть все схемы. Есть все печатные платы, которые можно изготовить самостоятельно, а можно недорого купить. А также есть описания что и как делать, как правильно и как неправильно, как хорошо и как плохо. И почему именно так.

    В основе лежит усилитель на TDA7293. Предусмотрена защита колонок, клип-детектор (показывающий перегрузку), разнообразная индикация. Вот, как это устройство выглядит:

    Индикатор включения питания расположен в самой кнопке включения питания. Зеленый индикатор над кнопкой питания — это индикатор защиты колонок. Когда защита срабатывает, индикатор светится красным. Светодиод над регулятором громкости — индикатор клиппинга. При перегрузке он светится и показывает, что неплохо было бы уменьшить громкость.

    Трансформатор питания установлен под платой с выпрямителем и конденсаторами фильтра. Он заказывался ограниченной высоты специально для этого усилителя.

    Плата блока питания и плата защиты колонок с клип-детектором — самодельные. Остальные я также разрабатывал сам, но заказывал их изготовление на производстве. Практически все платы можно купить.

    Назначение усилителя — экспериментальный. На нем можно настроить, обмерить и отслушать любые колонки. Сравнить варианты биампинга. Оперативно подключить к любой аппаратуре. Да и взять его собой на какое-нибудь мероприятие, ведь это универсальный мобильный усилитель с хорошим звучанием.

    Усилитель содержит четыре канала по 30…40 Вт и может работать в трех различных режимах:

    1. Четырехканальный усилитель. Все каналы независимы, можно подключить четыре разных источника сигнала и четыре разные нагрузки (громкоговорителя).
    2. Стерео усилитель с двумя левыми параллельными каналами и двумя правыми параллельными каналами. В параллельных каналах воспроизводится одно и то же. Регулировка громкости производится во всех каналах одновременно. Этот режим находит много применений:
      • Система мультирум (multiroom).
      • «Неправильный» биампинг, когда каждый из усилителей усиливает весь частотный диапазон (т.е. весь сигнал). Этот весь усиленный сигнал подается на колонку, а в ней встроенный фильтр-кроссовер пропускает на динамики только нужные частоты. Ненужные частоты «отбрасываются».
      • Подключить к каждому из стереоканалов отдельную колонку и получить вдвое большую громкость.
      • А если колонки каждого из стереоканалов установить не рядом друг с другом, а на некотором расстоянии, то можно получить нечто вроде акустической голографии (для этого еще нужен фазовращатель, но его можно подключить как внешний блок).
    3. Стерео усилитель с «правильным» биампингом. В усилитель устанавливается активный кроссовер, и на один из каналов поступают только низкие частоты, а на другой – только высокие частоты. Это происходит в каждом из стереоканалов. Причем плата кроссовера не впаивается, а вставляется в специальные гнезда, поэтому кроссовер можно легко заменять, чтобы получать различные частоты раздела. Таким образом, можно работать с любыми колонками и любыми частотами раздела.

    На рисунках показаны условные схемы вариантов включения усилителя:

    Четырехканальный усилитель с независимыми каналами Стерео усилитель с двумя левыми параллельными каналами и двумя правыми параллельными каналами. Стерео усилитель с биампингом.

    Устройство усилителя (клип-детектор находится в блоке защиты колонок):

    Усилитель в разобранном виде в процессе монтажа:

    Усилитель в разобранном виде

    На следующем фото показан процесс рабочего отслушивания экспериментальных колонок с BMR динамиками. В этих колонках используется биампинг и я пытаюсь определить на слух, есть ли разница в звучании при различных частотах раздела частотных полос динамиков. Возможность менять кроссовер в усилителе позволяет использовать различные частоты раздела и на слух определить особенности звучания в каждом случае.

    Усилитель я делал для себя, так что не старался сделать его красиво. Тем не менее, он неплохо выглядит в корпусе, приобретенном на Али Экспрессе. А работает просто отлично! И отлично звучит.

    В усилителе максимально использовались хорошо зарекомендовавшие себя схемные решения с печатными платами моей разработки изготовленными промышленным способом. Конструкция усилителя базируется на результатах исследований и материалах, описанных на сайте. И не обязательно делать усилитель четырехканальным – какой нужен, такой и делайте.

    Схемы, описания схем, принципы работы, принципы конструирования и все остальное можно найти в материалах сайта.

    А что вы думали, сделать хороший усилитель это просто? Типа, собрал как попало, зато поставил серебряные провода и золотые конденсаторы, прочел нужное заклинание в момент лунного затмения, и все? И усилитель сам по себе появился? То, что плохо работает, хорошо звучать не может! А чтобы устройство хорошо работало, надо все делать правильно с научной и технической стороны! И понимать что делаешь и почему – в каждом конкретном случае наилучшее решение может быть другим.

    Ссылки на схемы и практические рекомендации:

    Hi-Fi инвертирующий усилитель на TDA7293 / 7294 с Т-образной ООС

    Блок питания для TDA7293 и TDA7294

    Активный кроссовер для биампинга

    Клип-детектор (clip-detector) для усилителя на TDA7293

    Softstart – Софтстарт для усилителя

    Подключение блоков внутри усилителя

    Разделение земли в усилителе

    И полезная теория:

    Насколько важно качество разводки печатных плат?

    Работа усилителя на микросхеме TDA7293 (TDA7294) на “трудную” нагрузку

    Биампинг в усилителе

    Клиппинг (cliping) в усилителе

    Правильный выпрямитель

    Выпрямитель для усилителя или сага о быстром диоде

    Расчет источника питания усилителя

    Трансформатор для питания усилителя

    Раздельное питание каналов стерео усилителя

    Массив конденсаторов – мифы и реальность

    09.02.2020

    Total Page Visits: 2416 — Today Page Visits: 3

    Из чего состоит отличный стереоусилитель?

    Не все стереоусилители одинаковы, поэтому покупка правильного продукта гарантирует, что вы сможете услышать каждый нюанс в каждой песне, воспроизводимой на вашей звуковой системе. В дополнение к советам экспертов из авторитетных источников, таких как Speakerxperts, продолжайте читать, чтобы узнать немного о том, что делает стереоусилитель действительно отличным. Ищите эти функции, когда отправляетесь за покупками, и вы будете очень довольны.

    Искажение

    Суммарное гармоническое искажение + шум, также называемое THD+N, является просто мерой влияния усилителя на выходной звук.Чем ниже искажения, тем ближе выход вашего усилителя будет к оригинальному звуку записи. Чем больше искажений, тем больше окраски будет в звуке. Просто имейте в виду, что ваши динамики также будут влиять на звук, поэтому выбирайте их с умом, сочетая с правильным усилителем для максимально чистого звука.

    Левый и правый сигналы

    Перекрестные помехи — это термин, обозначающий степень смешения правого сигнала с левым сигналом.Усилители поставляются как единое целое, но они должны посылать сигналы на динамики отдельно, чтобы вы могли слышать такие вещи, как пианино справа и певец слева. Однако, если есть много перекрестных помех, будет намного сложнее расшифровать, откуда исходят разные звуки.

    Мощность

    Когда вы посмотрите на характеристики усилителя, вы также заметите, что есть число для выходной мощности, которая в основном показывает, насколько громкой может быть музыка. Для среднего слушателя будет достаточно усилителя мощностью 10 Вт, так как он позволит вам воспроизводить музыку громко, не создавая никаких искажений.Однако, если вы действительно ищете супер громкий усилитель, вы можете увеличить мощность до 100 Вт. Это действительно зависит от ваших предпочтений, для чего вы будете использовать свой усилитель, какие у вас динамики и сколько у вас места.

    Соединения

    Ваш усилитель должен иметь множество входов для всего, что вы хотите к нему подключить. У вас может быть разъем 3,5 мм для iPod и USB-подключение для ноутбука, например. Только не жертвуйте качеством звука ради большего количества входов.

    Сигнал и шум

    В вашем усилителе всегда будет некоторый фоновый шум, точно так же, как всегда есть фоновый шум в вашем собственном окружении. Что вам нужно, так это усилитель, который гарантирует, что фоновый шум не будет очевидным или ощутимым. Это гарантирует, что вы будете слышать всю музыку, но не шум. Проверка соотношения сигнал-шум на усилителе даст вам более четкое представление о том, насколько хорошо продукт будет работать в этой области.

    Имея в виду эти характеристики, вы можете купить стереоусилитель, в котором есть все, что вам нужно, чтобы наслаждаться музыкой, не выходя из дома.Делайте покупки с умом, чтобы вы могли инвестировать в продукт, который стоит ваших денег и поднимет ваши впечатления от прослушивания на новый уровень. Если вы не знаете, что такое усилитель, прочтите это.

    Усилитель звука — что влияет? Звук усилителя

    — что влияет?
     Эллиот Саунд Продактс Усилитель звука — что влияет?

    © 2000, Род Эллиотт (ESP)

    Верхняя
    Основной индекс Указатель статей

    Содержимое


    Введение

    Звук усилителя — одна из тех неземных вещей, которые, кажется, не поддаются описанию.Я попытаюсь охватить влияния, о которых я знаю, и описать эффекты как можно лучше. Это в значительной степени моя гипотеза, так как есть так много влияний, которые, хотя они присутствуют и слышимы, почти невозможно измерить количественно. Особенно в сочетании, некоторые из эффектов сделают звук одного усилителя лучше, а другого хуже — сомневаюсь, что смогу даже продумать все возможности, но эта статья может немного помочь некоторым из вас — хотя бы расшифровать некоторые возможностей.

    Я не утверждаю, что у меня есть ответы на все вопросы, и вполне возможно, что у меня их нет (хотя я надеюсь, что это не так). Вся эта тема подлежит значительной интерпретации, и я очень постараюсь быть полностью объективным.

    Комментарии читателей приветствуются, так как я сомневаюсь, что у меня получится все сделать правильно с первого раза, и есть некоторые области, где я действительно не знаю, каковы ответы. Единственная радость, которую я могу получить от этого, заключается в том, что я сомневаюсь, что кто-то другой может добиться большего успеха.Если вы можете, дайте мне знать.

    К сожалению, новичку может быть чрезвычайно сложно понять, какая онлайн-информация достоверна, что является откровенной чепухой, а в каком материале есть случайная смесь того и другого. Есть несколько чрезвычайно сомнительных утверждений, и в качестве примера я предлагаю следующую жемчужину (воспроизведенную дословно) …

    «Современная высококачественная аудиосистема имеет отличные характеристики и звучит почти идеально. Почти идеально, но не совсем. В аудио не хватает одного очень важного атрибута. системы — атрибут, который мы называем «присутствием».В этой статье обсуждается альтернативная конструкция усилителя мощности со звуком, которого часто не хватает в обычных усилителях. Даже лучший доступным в продаже аудиосистемам не хватает реального присутствия — хотя звук может быть кристально чистым, вы никогда не перепутаете записанные голоса с реальными голосами или записанное пианино с настоящим голосом. пианино. Человеческое ухо сразу чувствует разницу.

    Как слушатели, даже как аудиофилы, мы не суетимся из-за отсутствия присутствия, потому что мы пришли к выводу, что то, что мы слышим от современной аудиосистемы, настолько хорошо, насколько это возможно. Но это просто неправда, и это не нужно принимать.

    Отсутствие присутствия происходит почти полностью в результате искажений, присущих фундаментальной конструкции всех коммерческих усилителей мощности. Вы заметили, насколько четче наушники звук? Это связано с тем, что они управляются маломощными усилителями».

    В этой чепухе как раз достаточно (полу) правды, чтобы казаться правдоподобной, но по мере того, как она продолжается, утверждения становятся менее последовательными.Записанный звук отличается от живого, потому что между источником и вашими ушами есть микрофон и динамики. Это не имеет никакого отношения к усилителю и тем более к мощности усилителя . Наушники звучат чище (за исключением случаев, когда это не так) благодаря динамикам наушников и тесному взаимодействию с нашим слуховым аппаратом. Мощность усилителя совершенно не имеет значения, а третий абзац — полнейший бред!

    Я мог бы разобрать претензии (которые продолжаются до тошноты в полном тексте) более подробно, но, честно говоря, это не стоит тех электронов, которые были бы использованы для переноса текста.Далее в статье восхваляются «достоинства» довольно странной топологии усилителя, которая просуществовала около 30 секунд в 1971 году и никогда не производилась в коммерческих целях. Он был опубликован в Wireless World, но, похоже, нигде больше не публиковался. Усилитель использовал один источник питания, поэтому к динамику был подключен конденсатор, и, хотя базовая конструкция работает достаточно хорошо (по крайней мере, так утверждается), почти никому больше не нужны динамики с емкостной связью.


    1.0   Компоненты звука

    Когда говорят о звуке усилителя, используют много разных терминов. Для типичного (высококачественного) усилителя звук можно охарактеризовать как «размазанный», с «воздушным» или «авторитетным» басом. Эти термины, хотя и описывают опыт слушателя, не имеют прямого значения в электрических терминах. Упомянутый выше термин «присутствие» создается в гитарных усилителях (например) путем повышения частот около 3 кГц — это , а не , что-то, что можно найти в усилителях мощности.

    С точки зрения электричества мы можем обсуждать искажения, фазовый сдвиг, допустимый ток, скорость нарастания и множество других известных явлений. У меня нет реального представления о том, как мы можем напрямую связать их с общими терминами, используемыми рецензентами и слушателями.

    Некоторые авторы утверждают, что все усилители на самом деле звучат одинаково, и в какой-то степени (при сравнении яблок с яблоками) это «доказано» двойным слепым прослушиванием. Я большой сторонник этой техники, но есть некоторые различия, которые нелегко объяснить.Усилитель, который считается «идентичным» другому в тестовой ситуации, может звучать совершенно иначе в обычной среде прослушивания. Именно с этими различиями сложнее всего иметь дело, поскольку мы не всегда измеряем некоторые вещи, которые могут оказать большое влияние на звук.

    Например; Редко тестируется характеристика ограничения усилителя — то, как усилитель восстанавливается после кратковременной переходной перегрузки. Я уже говорил в другом месте, что Hi-Fi усилитель никогда не должен ограничивать звук при нормальном использовании — хорошая попытка, но это произойдет, и часто это происходит чаще, чем мы думаем.Используйте хороший индикатор клиппирования на усилителе, и это можно устранить, но какой ценой? Возможно, потребуется уменьшить громкость (и SPL) до уровня, который намного ниже, чем вы привыкли, чтобы устранить проблему, о существовании которой вы не подозревали.

    Различные усилители по-разному реагируют на эти мгновенные перегрузки, в то время как их общая производительность практически одинакова. Я тестировал усилители мощности на интегральных схемах и был встревожен формой сигнала восстановления после перегрузки. Моя верная старая конструкция мощностью 60 Вт измеряет примерно такие же параметры, что и IC, в некоторых областях, немного лучше в некоторых, немного хуже в других (как и следовало ожидать).

    Если бы эти два усилителя сравнивались в двойном слепом тесте (избегая клиппирования), вероятно, никто не смог бы заметить разницу. Продвиньте уровень так, чтобы транзиенты начали обрезаться, и столб забора смог бы услышать разницу между ними. Какие термины описывают звук? Не имею представления. Звук может быть «размазанным» из-за потери деталей во время восстановления усилителя IC. Отображение также может пострадать, поскольку большая часть сигнала, обеспечивающего подсказки направления, будет потеряна на какое-то время.


    2.0  Измеряемые рабочие характеристики

    Подробное описание наиболее важных (с точки зрения звука) различных параметров усилителя приводится далее в этой статье, но сначала необходимо дать краткое описание. Пункты, отмеченные *, являются проблемными областями, и их влияние должно быть сведено к минимуму, где это возможно. Параметры, которые обычно должны быть измерены (хотя для отмеченных # это действительно редко) следующие:

    ¹ Важный параметр
    ² Измеряется редко

    • Входная чувствительность: Уровень сигнала, необходимый для получения полной мощности на выходе усилителя.Это определяется коэффициентом усиления и номинальной мощностью усилителя. 10 Вт Усилитель требует гораздо меньшего коэффициента усиления, чем усилитель мощностью 200 Вт, чтобы получить полную мощность при том же входном напряжении. Было бы полезно, если бы все усилители имели одинаковый коэффициент усиления независимо от мощности, Но это не так. Чувствительность варьируется в широких пределах: от 500 мВ до 1,5 В и более.
    • Общее гармоническое искажение (THD) ¹ : Это мера степени искажения (модификации) входного сигнала, которая добавляет дополнительные частоты сигнала к выходному сигналу. которых нет во входном сигнале.THD обычно измеряется в процентах и ​​может варьироваться от 0,001% до 0,1% для типичных усилителей Hi-Fi. Теоретически идеальный усилитель не вносит искажений.
    • Интермодуляционные искажения (IMD) ¹ : Наиболее нежелательная форма искажения, при которой сигналы интермодулируются для создания новых частот, не связанных гармонически. на любую из входных частот (кроме случайных). Это связано с THD, и вы не можете иметь одно без другого. THD не предсказывает IMD.Используются различные методы для измерения IMD, но не все тесты покажут истинную степень. Это один из самых сложных тестов.
    • Переходное интермодуляционное искажение (TIM) ¹ : Также иногда называемое искажением, вызванным вращением, это форма искажения, которая, как говорят, возникает, когда входной сигнал изменяется таким образом. быстро, что вывод не может угнаться за ним. Когда это происходит, обратная связь перестает быть эффективной, так как выходной сигнал слишком долго задерживается. Это остается несколько спорным, и большинство современных усилителей вполне способны без труда обрабатывать нормальную программную амплитуду и частотный диапазон.
    • Перекрестное искажение ¹ ² : Форма искажения, вызванная устройствами вывода мощности в двухтактном усилителе, работающем в классе AB. Это происходит в клапане и твердотельные конструкции и вызвано отключением одного устройства, когда другое берет на себя его половину формы волны. Есть некоторые конструкции, которые утверждают, что устраняют это искажение. никогда не выключая силовые устройства, но на самом деле только усилители класса А имеют нулевые кроссоверные искажения. Обычно измеряется как часть коэффициента нелинейных искажений усилителя. ухудшается по мере снижения мощности от максимальной.
    • Частотная характеристика ¹ : Количество частотно-амплитудных искажений в усилителе. Идеальный усилитель будет усиливать все сигналы одинаково, независимо от частота. На самом деле усилителю требуется отклик от 5 Гц до 50 кГц, чтобы гарантировать, что все звуковые сигналы будут учтены с минимальными изменениями.
    • Фазовая характеристика : Указывает время, на которое входной сигнал задерживается перед достижением выхода, в зависимости от частоты сигнала.Вариации в абсолютном фазы не слышны в системе усилителя, но обычно считаются нежелательными в Hi-Fi прессе. Поскольку обеспечить линейность фазы несложно, проблема дизайна, за исключением ламповых усилителей.
    • Выходная мощность : Чаще всего измеряется при неиндуктивной резистивной нагрузке. Это делается не для улучшения показателей или маскировки возможных недостатков, а для убедиться, что измерения точны и воспроизводимы.Мощность всегда следует указывать только как «среднеквадратичное значение», что, хотя и не совсем правильно, принято в отрасли и может быть измеряется в 8 Ом или других импедансах, на которые способен усилитель.
    • Выходной ток ² : Часто не измеряется, но иногда указывается производителями. Это максимальный ток, который усилитель может подать на любую нагрузку. Это редкость что любой усилитель будет вынужден выдавать любой ток, превышающий примерно в 3-5 раз максимальный ток, который номинальный импеданс громкоговорителя допускает для питания усилителя. Напряжение.Для некоторых конструкций динамиков возможны большие вариации, но (IMO) это представляет собой недостаток конструкции громкоговорителя.
    • Полоса пропускания мощности : Обычно это максимальная частота, при которой усилитель может производить 1/2 своей номинальной выходной мощности (это частота -3 дБ). 100 Вт усилитель, который может производить 50 Вт на частоте 50 кГц, будет считаться имеющим полосу пропускания мощности 50 кГц.
    • Скорость нарастания ² : Скорость нарастания, тесно связанная с полосой пропускания мощности, представляет собой максимальную скорость изменения (измеряемую в вольтах в микросекунду) выходного сигнала усилителя.То чем выше мощность усилителя, тем выше должна быть скорость нарастания для получения той же полосы пропускания по мощности.
    • Полоса пропускания без обратной связи ² : Полоса пропускания усилителя без обратной связи по переменному току. Очень немногие усилители будут иметь полосу пропускания без обратной связи больше, чем несколько килогерц, но ламповые усилители и некоторые полупроводниковые усилители имеют сравнительно большую полосу пропускания без обратной связи.
    • Коэффициент усиления разомкнутого контура ² : Редко указывается, за исключением самодельных усилителей (а их тоже немного). Это коэффициент усиления усилителя без обратной связи по переменному току.это не совсем полезный параметр для большинства людей, но его можно использовать для определения …
    • Искажение без обратной связи ¹ ² : КНИ усилителя без обратной связи. Это должно быть как можно меньше, но на практике обычно будет довольно высоким. по нормальным меркам. Искажение разомкнутого контура уменьшается на величину, приблизительно равную коэффициенту обратной связи.
    • Выходное сопротивление без обратной связи ² : Выходное сопротивление усилителя без обратной связи по переменному току.Оно может варьироваться от нескольких Ом до 10 и более Ом, в зависимости от конструкция усилителя. Ламповые усилители обычно имеют выходной импеданс разомкнутого контура около 0,7 расчетного импеданса динамика.
    • Коэффициент обратной связи ² : Какая часть усиления без обратной связи возвращается на вход усилителя, чтобы получить значение чувствительности, указанное для усилителя. Например, если усилитель имеет коэффициент усиления без обратной связи 100 дБ и коэффициент усиления 20 дБ, тогда коэффициент обратной связи составляет 80 дБ. Приложение обратной связи будет …
      • Увеличить пропускную способность
      • Уменьшить фазовый сдвиг
      • Уменьшить искажение
      • Уменьшить выходное сопротивление
    • Выходное сопротивление ¹ : Это фактическое выходное сопротивление усилителя, которое не влияет на величину тока, который может подаваться выходным каскадом. Ламповые усилители обычно имеют относительно высокое выходное сопротивление (обычно от 1 до 6 Ом), в то время как твердотельные усилители обычно имеют выходное сопротивление в доли Ома. Используя обратную связь, можно увеличить выходной импеданс (> 200 Ом довольно просто) или сделать его отрицательным. Отрицательный импеданс пробовали многие разработчики. (включая автора), но так и не приобрел популярности — возможно, потому, что большинство динамиков очень плохо реагируют на отрицательное сопротивление и имеют тенденцию звучать ужасно.

    Каждая конструкция усилителя на планете имеет одинаковый набор ограничений и в той или иной степени будет демонстрировать все вышеперечисленные проблемы. Единственным исключением является усилитель класса А, который не имеет кроссоверных искажений, но все же ограничен по всем остальным параметрам.

    Трудность заключается в том, чтобы определить, какая часть любого из проблемных элементов допустима и при каких условиях. Например, существует множество конструкций однотактных триодных ламп, которые имеют очень высокие показатели искажений (сравнительно говоря), высокое выходное сопротивление и низкий выходной ток. Есть много энтузиастов звука, которые утверждают, что эти усилители звучат лучше, чем все другие усилители, значит ли это, что параметры, в которых они работают плохо (или, по крайней мере, не так хорошо, как другие усилители), можно считать неважными? Нисколько!

    Если обычный (т.е. не класса А) твердотельный усилитель давал аналогичные цифры, это считалось бы ужасным и, несомненно, звучало бы ужасно.


    Хотя все проблемы, описанные выше, самостоятельны, многие из них могут быть объединены в одну общую категорию….

    3.0 Искажение
    Технически, искажение — это любое изменение, происходящее в сигнале при его перемещении от источника к месту назначения. Если какая-то часть сигнала «пропадает», это такое же искажение, как и при генерации дополнительных гармоник.

    Мы склонны классифицировать искажения по-разному — неидеальная частотная характеристика усилителя обычно не называется искажением, но так оно и есть. Вместо этого мы говорим о частотной характеристике, фазовом сдвиге и различных других параметрах, но на самом деле все они являются формой искажения.

    Суть в том, что все усилители в той или иной степени подвержены искажениям, но если сравнивать два усилителя, у которых вообще нет искажений, они должны (по определению) быть идентичными как по измеренному, так и по восприятию звука.

    Естественно, идеальных усилителей не существует, но есть немало таких, которые подходят к ним опасно близко, по крайней мере, в пределах слышимого диапазона частот. Что я попытаюсь сделать, так это взглянуть на различия, которые действительно существуют, и попытаться определить, какое влияние эти различия оказывают на воспринимаемое «качество звука» различных усилителей. Я не буду первым, кто попытается разгадать эту тайну, и сомневаюсь, что буду последним. Я также сомневаюсь, что у меня получится, в том смысле, что успех в этой конкретной области был бы достигнут только в том случае, если бы все согласились с моей правотой — а на это нет никаких шансов! (Однако человек живет надеждой.)

    В этой статье я использую несколько устаревший термин «полупроводниковый», чтобы различать ламповые усилители и усилители, построенные с использованием биполярных транзисторов, полевых МОП-транзисторов или других устройств, отличных от ламповых.

    Я также представил новый (?) метод тестирования, который я назвал SIM (Sound Impairment Monitor), общая концепция которого описана в приложении к этой статье.


    3.1 Искажение отсечения

    Как звук клиппирующего искажения одного усилителя может отличаться от звука другого? Большая часть hi-fi сообщества будет склонна думать, что клиппирование нежелательно в любой форме и в любое время.Хотя это, несомненно, правда, многие усилители, используемые в типичной high-end установке, будут клиппинговать во время обычных программных сессий. Я не имею в виду грубую перегрузку — это совершенно очевидно и неизменно звучит ужасно — независимо от усилителя.

    Существуют тонкие различия между тем, как усилители ограничивают звук, что может оказать большое влияние на звук. Ламповые усилители — самые респектабельные из всех, с «мягкой» характеристикой клиппинга, которая сравнительно ненавязчива.Однако за это приходится платить. В то время как искажения могут быть очень низкими на низких уровнях, в конструкциях ламповых усилителей с низкой обратной связью искажения возрастают с увеличением уровня. Переход от «неотсеченного» к «отсеченному» может быть менее резким, но искажение непосредственно перед отсечением может быть на удивление высоким. Далее следуют усилители класса А с низкой обратной связью, с немного более «краем», но в остальном они обычно свободны от каких-либо действительно неприятных дополнений к общему звуку.

    Кроме того, существует множество дискретных усилителей класса AB.Большинство из них (но ни в коем случае не все) ведут себя достаточно хорошо, и, хотя отсечение является «жестким», оно не имеет значительного нависания — это означает, что как только выходной сигнал снова становится ниже напряжения питания, он просто продолжается. как обычно. Это идеальный случай — когда какой-либо усилитель клипсы, он не должен добавлять гадости звуку больше, чем это абсолютно необходимо. Ограничение относится к тому факту, что когда мгновенное значение выходного сигнала пытается превысить напряжение питания усилителя, оно просто останавливается, потому что оно не может быть больше напряжения питания.Мы знаем, что он должен остановиться, но интересно то, как он останавливается и что делает усилитель в течение короткого периода во время и сразу после того, как произошло ограничение.


    Рис. 1. Сравнение основных сигналов отсечения

    На Рисунке 1 вы можете видеть различные ограничительные формы сигналов, на которые я ссылаюсь, где «A» представляет типичные двухтактные ламповые усилители, «B» — это форма сигнала обычного дискретного полупроводникового усилителя класса AB, а « C’ показывает выступ, который типичен для некоторых усилителей мощности на интегральных схемах, а также для многих дискретных конструкций.Это наиболее коварное поведение усилителя, потому что, пока питание «прилипает» к шине питания, любой сигнал, который мог присутствовать в программном материале, теряется, а компонент 100 Гц (или 120 Гц) добавляется, если ограничение + период «прилипания к рельсам» длится достаточно долго. Это происходит от источника питания, и этого можно избежать только с помощью регулируемого источника питания или батарей. Ни один из них не является дешевым в реализации, и они редко встречаются в конструкциях усилителей.

    Хотя на Рисунке 1 сигнал показан в виде синусоиды для простоты идентификации, в реальном музыкальном сигнале это будет резкий переходный процесс, который будет обрезаться, и если усилитель будет вести себя нормально, он будет (или должен быть) более или менее неслышимым.Если он прилипнет к питающей шине, результирующее описание эффекта вряд ли точно опишет реальную проблему, но опишет, что он сделал со звуком — с точки зрения этого слушателя. Простой обрезанный переходный процесс не должен быть слышен сам по себе, но будет оказывать общее влияние на качество звука. Опять же, описание этого вряд ли указывает на то, что усилитель был клиппингом, и, к сожалению, лишь немногие усилители имеют индикаторы клиппинга, поэтому в большинстве случаев мы просто не знаем, что это происходит.

    Чтобы иметь возможность визуализировать реальный эффект отсечения, нам нужно увидеть часть «реальной» формы волны сигнала с самой низкой и самой высокой частотами сигнала, присутствующими в одно и то же время. Если усилитель обрезается из-за басового переходного процесса (это наиболее распространенный случай), период формы волны будет длинным. даже если сигнал обрезается всего на 5 миллисекунд, это означает, что 5 полных циклов любого сигнала на частоте 1000 Гц удаляются полностью или 50 полных циклов на частоте 10 кГц. Это представляет собой значительную потерю предполагаемой информации, которая заменяется серией гармоник обрезаемой частоты (если клиппирование длится достаточно долго) или, что более типично, серией гармоник, ни с чем особенно не связанных (говоря музыкально — все гармоники). связаны с чем-то, но это не обязательно музыкальное!)

    Я думаю, что ни один обзор любого усилителя никогда не должен выполняться без какого-либо метода, указывающего на то, что усилитель ограничивает (или подвергается какой-либо другой форме ухудшения сигнала), и это может быть добавлено к примечаниям рецензента — в соответствии с …

    «Этот усилитель был безупречен, когда он оставался ниже ограничения (или до тех пор, пока SIM (или другое устройство контроля целостности сигнала) не показывало каких-либо заметных ухудшений), но даже самые маленькие количество перегрузок заставило усилитель звучать очень тяжело. Прозрачность была полностью потеряна, изображение было разрушено, и это очень быстро утомляло слушателей».

    Разве это не круто? Вместо того, чтобы не знать (как это было во многих случаях рецензенту), что рассматриваемый усилитель был перегружен, пусть и незначительно, теперь у нас (у всех нас) есть недостающая часть информации, которая не включена в данный момент.Я никогда не видел обзора усилителя, где выходной сигнал контролировался точным индикатором ограничения, чтобы гарантировать, что рецензент не слушал неискаженный сигнал. Я не говорю, что никто этого не делает, просто никто из тех, кого я читал.

    Следующий тип поведения при перегрузке значительно хуже, и я видел это в различных усилителях на протяжении многих лет. Звук, чаще всего связанный со схемами защиты от перегрузки, является грубым. Я не знаю точного механизма, который позволяет этому происходить, но можно предположить, что система защиты имеет «гистерезис», термин, который чаще всего ассоциируется с термоконтроллерами, стальными пластинами трансформатора и триггерными устройствами Шмитта.По сути, схема с гистерезисом срабатывает при достижении определенной точки срабатывания, но не сбрасывается до тех пор, пока входной сигнал не упадет ниже порогового значения, которое ниже точки срабатывания. Типичная форма сигнала усилителя с этой проблемой показана на рисунке 2, и я считаю, что это проблема, и ее следует проверять как обычную часть процесса тестирования. Этот тип характеристики перегрузки нежелателен ни в каком виде, форме или форме.


    Рис. 2. Кривая гистерезисной перегрузки

    В этом случае дополнительные гармонические компоненты, добавленные к исходному звуку, будут более заметными, чем при «нормальном» клиппинге.Как и раньше, я даже не могу представить, как можно описать звук — тем более, что тестирование включает в себя информирование читателя о том, срезал усилитель или нет во время прослушивания. Потери сигнала с этим типом искажения, как правило, будут намного больше, чем при простом клиппировании, а добавленное содержание гармоник будет гораздо более выраженным, особенно на верхних частотах.

    Вырезка синопсиса
    Тесты, проводимые в рамках любого обзора, были бы гораздо более информативными, если бы кривая отсечки показывалась как само собой разумеющееся.После некоторого обучения от нашего имени мы узнали, что имели в виду различные представители Hi-Fi-прессы, когда они описывали звук, когда усилитель был клиппингом, по сравнению с тем, что не клиппинг, или как звучал усилитель, когда его схемы защиты от перегрузки вступали в действие. .

    С этой целью я разработал новую схему индикатора искажения, которая не только указывает на отсечение, но и показывает, когда усилитель создает искажения любого рода, превышающие допустимый уровень. Одна версия была опубликована как проект, и я выбрал для этой схемы аббревиатуру SIM (Signal/Sound Impairment Monitor).

    SIM будет реагировать на любую модификацию сигнала, включая фазовые искажения и искажения частотной характеристики. Я не верю, что этот подход использовался раньше таким образом. Это довольно распространенный метод измерения искажений, но он нигде не использовался в качестве визуального индикатора для определения проблемных областей, которые может показать усилитель при использовании. Эта схема также показывает, когда сработала схема защиты усилителя.

    Хотя извещатель не знает, какой тип проблемы указан, он показывает, когда входной и выходной сигналы больше не соответствуют друг другу — по какой-либо причине.Осциллографический анализ был бы очень полезен при использовании этой схемы, поскольку после небольшой практики мы смогли бы идентифицировать многие неизвестные в настоящее время эффекты различных аберраций усилителя. Любое поведение усилителя, приводящее к неравенству входных и выходных сигналов (максимум в пределах нескольких милливольт), указывает на то, что что-то не так.


    3.2 Кроссоверные искажения Усилители

    класса A вообще не имеют кроссоверных искажений, потому что они сохраняют проводимость в выходных устройствах в течение всего цикла сигнала и никогда не выключаются.По этой причине класс A специально исключен из этого раздела.

    В остальном такой же вопрос, как и предыдущий — чем кроссоверный дисторшн одного усилителя может отличаться по звучанию от другого? Конечно, если есть перекрестное искажение, это будет звучать почти так же? Совсем не так. Опять же, ламповые усилители намного лучше в этой области, чем полупроводниковые усилители (по крайней мере, в условиях разомкнутого контура). Когда вентили переключаются с одного выходного устройства на другое (предполагается стандартная двухтактная схема), гармоническая структура состоит в основном из нечетных гармоник низкого порядка.Будет немного 3-й гармоники, меньше 5-й и так далее.

    Твердотельные усилители имеют тенденцию создавать нечетные гармоники высокого порядка, поэтому будет 3-я гармоника, лишь немного меньше 5-й гармоники, и гармоники будут распространяться по всей полосе звукового диапазона. Транзисторные и MOSFET усилители имеют очень высокий коэффициент усиления без обратной связи и используют обратную связь для уменьшения искажений. Во всех случаях кроссоверное искажение возникает из-за того, что устройства вывода мощности нелинейны. При малых токах, при которых происходит переключение, эти нелинейности хуже, а также обычно устройства имеют меньший коэффициент усиления при этих токах.

    Имеет два эффекта. Коэффициент усиления разомкнутого контура усилителя уменьшается из-за более низкого коэффициента усиления выходного устройства, поэтому отрицательной обратной связи там, где она наиболее необходима, меньше. Во-вторых, обратная связь пытается компенсировать более низкое усиление (и пытается устранить кроссоверные искажения), но ограничивается общей скоростью внутренней схемы усилителя. Это приводит к резким переходам в области кроссовера, а любой резкий переход означает появление гармоник высокого порядка (какими бы малыми они ни были).

    Одним из способов минимизации этого является увеличение тока покоя (отсутствия сигнала) в выходных транзисторах. С линейным выходным каскадом в хорошо спроектированной схеме кроссоверные искажения должны быть практически нулевыми при любом токе выше примерно 50-100 мА (но учтите, что если ток покоя слишком сильно увеличивается, общие искажения могут на самом деле стать хуже ) . На Рисунке 3 показаны кроссоверные искажения (в центре красной кривой) и остаточные значения, наблюдаемые на осциллографе (зеленая кривая, увеличенная на 10 для ясности) — это типичный выходной сигнал измерителя искажений с усилителем, который имеет заметные кроссоверное искажение.При правильном измерении искажения хорошо заметны, даже если их едва слышно. Обратите внимание, что приведенная ниже форма волны не соответствует последнему утверждению — такое количество кроссоверных искажений действительно будет очень слышимым.


    Рис. 3. Форма кривой кроссоверного искажения

    Если КНИ приводится без привязки к его гармоническому составу, то вполне возможно, что два усилителя могут показывать одинаковые цифры искажений, но один будет звучать значительно хуже другого.Всегда следует указывать искажение на уровне 1 Вт и показывать форму сигнала. Как только можно увидеть форму волны, легко определить, будет ли она звучать приемлемо или ужасно, еще до того, как мы послушаем усилитель. Прослушивание подтвердит результаты измерений с большой точностью, хотя используемые описательные термины будут различаться и могут не указывать на реальную проблему.

    Перекрестное искажение Краткий обзор
    Хотя это одна из областей, где современные усилители редко работают плохо, она по-прежнему важна, и ее следует измерять и описывать с большей тщательностью, чем обычно.В то время как некоторые усилители плохо покажут себя в этом тесте сейчас, кроссоверные искажения были одним из главных виновников, из-за которых полупроводниковые усилители получили плохую репутацию, когда транзисторы впервые использовались в усилителях.

    Я не верю, что мы можем просто игнорировать кроссоверные искажения на том основании, что «каждый знает, как это исправить, и это больше не проблема». Я бы предположил, что это все еще реальная проблема, только масштабы уменьшились — проблема все еще жива и здорова. Сможете ли вы услышать его с самым качественным усилителем? Почти наверняка нет.


    3.3 Частотные и фазовые искажения

    Искажение частотной характеристики не должно быть проблемой для современных усилителей, но для некоторых (например, однотактных ламповых триодов) оно создает некоторые проблемы. В результате не все частоты усиливаются одинаково, и первыми исчезают крайние значения на обоих концах спектра. Твердотельные усилители редко имеют частотную характеристику при малой мощности, которая распространяется на что-то меньшее, чем полная полоса пропускания от 20 Гц до 20 кГц.Это не относится к некоторым простым конструкциям, и однотактный триод (SET) класса A, а также полупроводниковые усилители класса A с индуктивной нагрузкой часто будут иметь далеко не идеальную АЧХ.

    Я ожидаю, что любой современный усилитель должен иметь понижение не более чем на 0,5 дБ на частотах 20 Гц и 20 кГц относительно средней частоты (обычно принимается за 1 кГц, но на самом деле около 905 Гц). (Моя предпочтительная тестовая частота — 440 Гц (концертная высота ля, ниже середины до), но ничто из этого не имеет большого значения.) Потери в 0,5 дБ приемлемы, поскольку они в основном неслышны, но большинство усилителей будут работать намного лучше, практически без провала отклика от 10 Гц до более 50 кГц.

    Для справки, октавы, включенные в «нормальный» звук:

    20 40 80 160 320 640 1 280 2 560 5 120 10 240 20 480 (все в герцах)

    Чтобы определить среднюю точку между двумя частотами, отстоящими на одну октаву, мы умножаем более низкую частоту на квадратный корень из 2 (1.414). Промежуточная точка находится между 650 и 1280 Гц или 904,96 Гц. Вы должны быть так рады, что получили эту часть совершенно бесполезной информации! Просто считайте, что вам повезло, что я не рассказал вам, как рассчитать расстояние между ладами на гитаре.

    Большинство усилителей работают далеко за пределами диапазона, необходимого для точного воспроизведения, на всех уровнях мощности, необходимых для удовлетворения музыкальных требований. Так почему же некоторые усилители описываются как плохо воспроизводящие высокие частоты? Они могут быть описаны как «завуалированные» или что-то подобное, но не существует измерений, которые можно было бы применить, чтобы выявить это при тестировании усилителя.Интересно, что некоторые из более простых усилителей (опять же, такие как однотактные триодные усилители) имеют худший отклик, чем большинство полупроводниковых конструкций, но их часто описывают как имеющие «искрящиеся» и «прозрачные» высокие частоты.

    Эти термины не поддаются прямому переводу, поскольку они субъективны, и не существует известного измерения, раскрывающего это качество. Мы должны попытаться определить, какой измеримый эффект может вызвать такое явление. Настоящих подсказок немного, поскольку усилители, которые не следует классифицировать как исключительные в этой области, часто описываются как таковые.Другие усилители могут иметь аналогичное описание, и они не будут иметь искажений однотактного триода и будут иметь гораздо лучший отклик.

    Мы можем (почти) исключить искажения как фактор в этом уравнении, поскольку усилители со сравнительно высокими искажениями могут быть сравнимы с усилителями с незначительными искажениями. О фазовом сдвиге также не может быть и речи, так как усилители с большим фазовым сдвигом выгодно отличаются от усилителей, практически не имеющих никакого фазового сдвига. Одним из основных отличий является то, что типичные усилители SET имеют довольно высокие уровни четных гармоник низкого порядка.Хотя они придают звуку уникальный характер, я сомневаюсь, что это единственная причина воспринятого качества высоких частот — я тоже могу ошибаться.

    Фазовые искажения возникают во многих усилителях, особенно сильно они проявляются в конструкциях, использующих выходной трансформатор или катушку индуктивности (иногда называемую дросселем). Эффект заключается в том, что некоторые частоты эффективно задерживаются на небольшую величину. Эта задержка обычно меньше, чем вызванная приближением головы к громкоговорителям на несколько миллиметров.Обычно считается, что его не слышно, и тесты, которые я (и многие другие) проводили, подтверждают это.

    Частотные и фазовые искажения — Краткий обзор
    Должен быть какой-то механизм, который заставляет нескольких обозревателей описывать усилитель как имеющий плохие характеристики на высоких частотах, например, отсутствие прозрачности. Есть несколько реальных подсказок, которые позволяют нам точно определить, что происходит, чтобы заставить этих обозревателей описывать звук усилителя в таких терминах, и может возникнуть соблазн списать все на воображение или «ожидание экспериментатора».Скорее всего, это ошибка, и независимо от того, что мы думаем о рецензентах как о виде, им приходится слушать намного больше усилителей, чем большинству из нас.

    Одной из немногих переменных является явление, называемое скоростью нарастания. Это обсуждается полностью в следующем разделе.


    3.4   Искажение скорости нарастания

    Это всегда было несколько спорным, но никто никогда не мог удовлетворительно подтвердить, что скорость нарастания (в определенных разумных пределах) оказывает какое-либо реальное влияние на звук.На рис. 4 представлена ​​номограмма, показывающая требуемую скорость нарастания для любой заданной выходной мощности, чтобы обеспечить полную мощность на любой частоте. Чтобы использовать его, определите мощность и рассчитайте пиковое напряжение, а затем поместите край линейки на этот уровень напряжения. Наклоняйте линейку до тех пор, пока край не совпадет с максимальной частотой полной мощности на верхней шкале. Скорость нарастания указана на нижней шкале.

    Например, если пиковое напряжение составляет 50 В (усилитель мощностью 150 Вт/8 Ом) и вы ожидаете полной мощности до 20 кГц, требуемая скорость нарастания составляет 6 В/мкс.Имейте в виду, что ни один усилитель и не может обеспечить полную мощность на частоте 20 кГц, и если бы это было так, твитеры очень быстро вышли бы из строя.


    Рис. 4. Номограмма скорости нарастания

    Искажение скорости нарастания возникает, когда частота и амплитуда сигнала таковы, что усилитель не может воспроизвести сигнал как синусоиду. Вместо этого входная синусоида «преобразовывается» усилителем в треугольную волну. Это показано на рисунке 5 и указывает на такое поведение в любом усилителе с ограниченной скоростью нарастания.Основная проблема вызвана фильтром «доминантного полюса», включенным в большинство усилителей для поддержания стабильности и предотвращения высокочастотных колебаний. Хотя очень немногие усилители даже близко подходят к искажению, вызванному скоростью нарастания (также известному как переходное интермодуляционное искажение) с нормальным сигналом, это одна из очень немногих оставшихся возможностей объяснить, почему некоторые усилители кажутся менее восторженными с точки зрения обозревателей. .

    Если вам не нравится номограмма, вы можете легко рассчитать максимальную скорость нарастания для синусоиды.Формула…

    SR = 2π × f × V p
    Где SR — скорость нарастания в В/с, а V p — пиковое напряжение синусоиды (V RMS × 1,414)

    Например, 20 кГц при 28 В RMS (100 Вт/8 Ом) требует скорости нарастания …

    SR = 2π × 20 000 × 40
    SR = 5 026 548 В/с = 5,03 В/мкс

    Мы уже знаем абсолютно что ни один музыкальный источник никогда не обеспечит сигнал полной мощности на частоте 20кГц, но для этого усилитель должен иметь скорость нарастания 5В/мкс (достаточно близко).Если кто-то заявляет, что вам нужно 100 В/мкс или лучше, что их усилитель может сделать именно это, и вы пропустите большую часть своей музыки, то вы знаете, что эти утверждения ошибочны. Более высокая скорость нарастания, чем это необходимо, не повредит, при условии, что стабильность конструкции не была поставлена ​​под угрозу для достижения заявленной цифры. Любой дизайн — это искусство компромисса, и некоторые компромиссы могут стать гигантским скачком назад, если дизайнер сосредоточится на одном вопросе и проигнорирует другие. Я считаю, что стабильность чрезвычайно важна — ни один усилитель не должен колебаться при нормальной работе с любой вероятной нагрузкой на динамики… Когда-либо!


    Рис. 5. Ограничение скорости нарастания в усилителе

    Красная кривая показывает, что усилитель работает нормально, а зеленая кривая показывает, что произойдет, если преднамеренно уменьшить скорость нарастания. Тогда это ответ? Я бы хотел, чтобы это было так, поскольку мы все могли бы спать спокойно, точно зная, что заставило один усилитель звучать так, как он звучал, по сравнению с другим, который должен был звучать почти идентично.

    Дальнейшее испытание заключается в подаче на усилитель низкочастотного прямоугольного сигнала мощностью примерно от половины до 3/4 мощности, смешанного с низкочастотным синусоидальным сигналом высокой частоты.На переходах прямоугольной волны синусоида должна просто двигаться вверх и вниз — «оседлать» прямоугольную волну. Если в усилителе есть какое-либо неправильное поведение, синусоида может быть замечена как сжатая, поэтому ее форма изменится, или несколько циклов могут даже полностью исчезнуть. И то, и другое неприемлемо и не должно происходить.

    Это чрезвычайно жестокий тест, но большинство усилителей должны с ним справиться достаточно хорошо. Те, которые не будут изменять музыкальный сигнал неприемлемым образом в экстремальных случаях (которые имитирует этот тест).Опять же, это необычный тест для выполнения, но он может выявить различия между усилителями.

    Искажение частоты и скорости нарастания — Краткий обзор
    Нам нужно копнуть глубже, и хотя кажется, что полезных доказательств, которые мы можем использовать для объяснения этой конкретной проблемы, немного (если они вообще есть), ответ есть, и поэтому возможно измерить механизм, который вызывает проблему.


    4.0  Отклик без обратной связи

    Производительность усилителя с обратной связью определяется двумя основными факторами.Это

    • Работа без обратной связи
    • Коэффициент обратной связи

    Если усилитель имеет плохое усиление без обратной связи и высокие искажения, то ощутимая обратная связь не сможет исправить недостатки, потому что нет достаточного запаса усиления. К тому времени, когда производительность станет приемлемой, это может означать, что усилитель имеет единичное усиление, и теперь его невозможно использовать с любым обычным предусилителем.

    Многие усилители имеют очень высокий коэффициент усиления без обратной связи, но могут иметь ограниченную частотную характеристику.Предположим, что усилитель имеет коэффициент усиления 100 дБ на частоте 20 Гц и коэффициент усиления 40 дБ на частоте 20 кГц. Если нам нужно 30 дБ общего усиления (что примерно соответствует стандарту), то обратная связь составляет 70 дБ на частоте 20 Гц, но только 10 дБ на частоте 20 кГц. В очень грубом расчете искажения и выходное сопротивление уменьшаются на коэффициент обратной связи, поэтому, если искажение разомкнутого контура составляло 3% (небезосновательная цифра), то при 20 Гц оно уменьшается до 0,0015%, но будет чуть меньше 1 % при 20 кГц.

    Поскольку эти цифры так редко цитируются (и я должен признать, что я действительно не измерил все характеристики 60-ваттного усилителя в проекте 03 — измерения без обратной связи трудно сделать точными), мы понятия не имеем, работают ли усилители с плохой разомкнутой цепью. Ответы ответственны за так много неудач, о которых мы слышим.Логично предположить, что должна быть какая-то корреляция, но мы точно не знаем.

    В идеале усилитель должен иметь широкую полосу пропускания и низкий уровень искажений до того, как будет применена глобальная обратная связь, что сделает хороший усилитель еще лучше. Или будет? Я читал обзоры, в которых очень простой усилитель считался одним из лучших (это было несколько лет назад), и был поражен, когда наконец увидел схему — она ​​была почти идентична усилителю «El Cheapo» (см. страницы проектов для получения дополнительной информации об этом усилителе).

    Единственным существенным отличием этого усилителя от большинства других в то время было сравнительно низкое усиление без обратной связи и несколько более широкая полоса пропускания, чем это было обычно в то время, поскольку для стабильности ему не требовался конденсатор Миллера. Так что в одном отношении усилитель был лучше, в другом хуже.

    В конце концов, на самом деле не имеет значения, на что похож отклик разомкнутого контура, если производительность замкнутого контура (т. е. с обратной связью) не ухудшает звук. Опять же, у нас та же проблема, что и раньше: если мы не можем контролировать разницу между входом и выходом на всех уровнях и при подаче нормального сигнала, мы действительно не знаем, что происходит.Обычные тесты полезны, но не могут предсказать, как будет звучать усилитель. Я слышал бесчисленное количество историй об усилителях, которые очень хорошо себя зарекомендовали, но звучат «жестко и сухо» и в них нет «музыки».

    Если эти измерения не будут выполнены (или, по крайней мере, в какой-либо измененной форме), мы все равно не продвинемся в понимании того, почему так много людей предпочитают одну марку усилителя другой (кроме давления со стороны сверстников или рекламной шумихи).

    Одна из возможностей – измерить усилитель с коэффициентом усиления 40 дБ.Это достаточно простая модификация для тестирования, и производительность гораздо проще измерить, чем если бы мы попытались протестировать разомкнутый цикл. Разница между измеренными характеристиками при усилении 30 дБ (около 32) и 40 дБ (100) будет отличным индикатором характеристик усилителя, и несложно предсказать приблизительную характеристику разомкнутого контура на основе различных измерений. Для этого необходимо, чтобы все измерения были очень точными.

    Будут ли эти результаты иметь какую-либо корреляцию с результатами обзора? Мы никогда не узнаем, если кто-то не попробует — тщательно отработайте описанные здесь методы с несколькими разными усилителями.Было бы полезно убедиться, что рецензент не знал о результатах теста до прослушивания, чтобы защититься от ожиданий экспериментатора или подсознательных предубеждений.

    Очень сложно сделать краткий обзор этой темы, так как у меня слишком мало данных для работы. Только приняв новые идеи и методы тестирования, мы сможем определить, действительно ли у бригады «золотых ушей» золотые уши, или они на самом деле слышат почти то же самое, что и остальные, но имеют лучший словарный запас. .Это не оскорбление, а просто комментарий, который мы должны выяснить, происходит ли что-то, о чем мы («инженеры») не знаем или нет. Если мы не сможем получить соответствие между измеренной и описанной производительностью, мы ничего не добьемся (то есть мы останемся там, где мы есть, по разные стороны баррикад).


    5.0  Динамик — интерфейс усилителя

    Многие утверждают, что ухо является одним из наиболее точно настроенных и чувствительных измерительных инструментов.Я не собираюсь это оспаривать — не для того, чтобы никого не обидеть (я, кажется, делал это уже много раз), а потому, что в чем-то это правда. Сказав это, я должен также отметить, что, хотя ухо (или, если быть более точным, мозг) чрезвычайно чувствительно, его также легко обмануть. Мы можем представить, что можем слышать вещи, которых абсолютно не существует, и так же легко можем представить, что один усилитель звучит лучше, чем другой, только чтобы обнаружить, что при других обстоятельствах верно обратное.Слушатели даже заявляли, что один усилитель явно превосходит другой, когда усилитель вообще не менялся.

    Может быть, это влияние акустических кабелей или даже самих динамиков? Это вполне возможно, так как при обзоре усилителей обычно используется любимая комбинация динамика и провода рецензента. Это может идеально подходить для одного усилителя, в то время как емкость и индуктивность кабеля могут вызывать незначительные нестабильности в других, в остальном совершенно хороших усилителях.Хотя это прекрасная теория, предполагающая, что провод динамика не должен влиять на характеристики хорошо спроектированного усилителя, вполне вероятно, что некоторые комбинации характеристик кабеля просто выводят из себя некоторые усилители. Точно так же некоторым усилителям может просто не нравиться импеданс некоторых громкоговорителей — это область, которая была предметом многих исследований, и целые усилители были разработаны специально для решения этих проблем [ 1 ] .

    Многие опубликованные проекты никогда не получают возможности обзора, по крайней мере, не в том же смысле, что и промышленный усилитель, поэтому может быть трудно (если не невозможно) провести стоящие сравнения.Кроме того, иногда разные рецензенты делают противоречивые замечания об одном и том же усилителе. Некоторые могут подумать, что это прекрасно, в то время как другие менее восторженны. Это из-за разных динамиков, кабелей или какого-то другого влияния? Ответ (конечно) заключается в том, что мы понятия не имеем.

    Мы возвращаемся к той же проблеме, которую я описал ранее, а именно к тому, что стандартные тесты не обязательно подходят. График АЧХ, показывающий, что усилитель работает ровно от постоянного тока до дневного света, абсолютно бесполезен, если все говорят, что высокие частоты «завуалированы» или что воспроизведение плохое.Сравните его с другим усилителем, который также является плоской линейкой, и (почти) все согласятся с тем, что высокие частоты детализированы, прозрачны, а образ превосходен.

    Нам необходимо использовать различные методологии тестирования, чтобы увидеть, есть ли способ определить на основе лабораторных (т. е. объективных) испытаний то, что может выявить прослушивание (т. е. субъективное) тестирование. Это непростая задача, но ее нужно энергично решать, если мы хотим узнать секреты звука усилителя. Он есть — мы просто не знаем, где искать или что искать … все же. Пока у нас нет корреляции между двумя методами тестирования, мы находимся во власти поставщиков змеиного масла усилителя и других волшебных зелий.

    Индикатор искажения SIM-карты — один из возможных методов, который может нам помочь, но он также может среагировать на неправильный стимул. Возможно, нам нужно добавить возможность обнаруживать небольшое количество высоких частот с большей чувствительностью, но теперь простая идея становится довольно сложной, возможно, безрезультатной. Также важно, чтобы такое устройство не оказывало никакого влияния на сам входящий сигнал, поэтому требуется некоторая осторожность, чтобы обеспечить пренебрежимо малую нагрузку на исходный предусилитель.

    Это не единственный доступный нам путь для сопоставления субъективного и объективного тестирования. И то, и другое важно, проблема в том, что одно касается исключительно того, как усилитель ведет себя на испытательном стенде, и можно ожидать целую серию более или менее идентичных результатов. Другой завуалирован в «разговоре рецензента», и хотя он может быть полезен, если рецензент известен и ему доверяют, он не поддается измерению или воспроизведению. Вся цель состоит в том, чтобы попытаться определить, какие физические факторы заставляют усилители звучать по-разному, несмотря на тот факт, что обычное тестирование показывает, что они должны звучать одинаково.


    6,0 Полное сопротивление

    Выходное сопротивление любого усилителя конечно. Не существует такого понятия, как усилитель с нулевым выходным сопротивлением, поэтому на все усилители в той или иной степени влияет нагрузка. Идеальная нагрузка является полностью резистивной и вообще не имеет реактивных элементов (индуктивности или емкости). Точно так же, как не существует идеального усилителя, не существует и идеальной нагрузки. Громкоговорители особенно ужасны в этом отношении, поскольку имеют значительное реактивное сопротивление, которое зависит от частоты.

    Настоящий источник с нулевым импедансом совершенно не зависит от нагрузки, и не имеет значения, реактивный он или нет. Если бы такой источник был подключен к нагрузке громкоговорителя, влияние нагрузки было бы нулевым, независимо от частоты, изменений импеданса нагрузки или чего-либо еще. Стоит упомянуть, что путем грамотного манипулирования обратной связью, или (теоретически) можно добиться нулевого выходного импеданса (и даже отрицательного импеданса, что я сделал в тестовом усилителе, который я использую в своей мастерской).Проблема в том, что это требует небольшого количества положительных обратных связей, которые по своей природе нестабильны. Все усилители обычно имеют низкий, но измеримый положительный (т. е. «нормальный») выходной импеданс, но возможно, что внутренняя проводка может быть проложена неправильно, так что усилитель действительно имеет небольшое отрицательное сопротивление . Плохая практика заземления может достичь этого, и это определенно не то, к чему нужно стремиться!

    Поскольку истинного нулевого импеданса в реальном мире не бывает, обычно цель состоит в том, чтобы сделать усилитель с минимально возможным выходным импедансом (но всегда оставаясь положительным) в несколько тщетной надежде на то, что на усилитель не повлияет неблагоприятное воздействие. переменным сопротивлением нагрузки.По сути, это бесполезно, так как всегда будет какое-то выходное сопротивление, и, следовательно, нагрузка всегда будет иметь какое-то влияние на поведение усилителя.

    Другой подход может состоять в том, чтобы сделать выходной импеданс бесконечным, и снова нагрузка не будет иметь никакого влияния на сам усилитель (однако усилитель будет иметь большое влияние на нагрузку!). Увы, это тоже невозможно. Учитывая, что традиционные подходы, очевидно, не работают, мы сталкиваемся с проблемой, что все усилители подвержены нагрузке, и поэтому все усилители должны проявлять некоторую степень чувствительности к проводу динамика и динамику.

    Самая большая проблема заключается в том, что никто на самом деле не знает, что будет делать усилитель, когда реактивная нагрузка отражает часть мощности обратно на выход усилителя. Мы можем надеяться (безуспешно), что эффекты будут незначительными, или мы можем попытаться заставить динамики выглядеть как чистое сопротивление (опять же без успеха).

    Для этого уже существует метод тестирования, в котором используется один канал усилителя для передачи сигнала обратно на выход другого. Пассивный усилитель тестируется. Также можно использовать совершенно другой исходный усилитель, поскольку нет необходимости в том, чтобы он был идентичен тестовому усилителю.Использование «стандартного» усилителя, характеристики которого хорошо известны, полезно, поскольку источник будет постоянным во всех тестах. Затем можно ясно увидеть различия от одного теста к другому.

    Метод показан на рис. 6 и является полезной проверкой поведения усилителя, когда на его выход подается сигнал. Это именно то, что делают динамики — реактивная часть импеданса громкоговорителя заставляет часть мощности «отражаться» обратно в усилитель. Поскольку один усилитель в этом тесте является источником, тестируемое устройство можно считать «приемником».


    Рис. 6. Тест потребляемой мощности усилителя

    Я использовал этот тест, и, хотя он показывает некоторые интересные результаты, тест, по сути, бесполезен, если только он не используется в качестве метода сравнительного тестирования. Испытываемый усилитель также подвергается очень высокому рассеянию (намного выше ожидаемого при любой нагрузке громкоговорителя), потому что ожидается, что транзисторы будут «сбрасывать» возможно большой ток, пока на них действует полное напряжение шины. Существует реальный риск повредить усилитель, и я предлагаю вам не пытаться делать это, если вы не уверены в возможностях управляемого усилителя.

    Теперь мы можем спросить: «Почему же тогда это не стандартный тест для усилителей?» Ответ заключается в том, что никто не думал об этом достаточно, чтобы решить, что это будет (или должно) быть частью стандартного набора тестов для объективного тестирования усилителя. Результаты могут быть весьма информативными, показывая сигнал, который может быть нелинейным (т.е. искаженным), или, возможно, демонстрируя широкое изменение измеренного сигнала в зависимости от частоты. Результат этого теста с усилителями, имеющими обширные схемы защиты, будет лотереей — большинство из них будут реагировать (часто очень) плохо даже при умеренном токе.

    Если есть высокие искажения или большая частотная зависимость, то у нас есть еще какая-то информация об усилителе, которая ранее была неизвестна. Возможно, удастся сопоставить это с субъективными оценками усилителя и лучше понять, почему одни усилители предположительно звучат лучше, чем другие. С помощью этого теста мы можем обнаружить, что усилители с определенными характеристиками звучат субъективно лучше, чем другие … или нет.

    Если этот тест станет стандартным и будет регулярно использоваться совместно с тестером SIM, описанным выше, мы можем узнать о многих проблемах, которые в настоящее время (очевидно и/или предположительно) слышны, но для которых не существует известной методики измерения.


    Выводы

    В этой статье описаны некоторые тесты, которые хотя и не новы, но, возможно, являются ответом на многие вопросы, которые у нас есть об усилителях. Сами тесты известны уже некоторое время, но их применение потенциально полезно. Возможно, мы сможем, наконец, провести объективный тест и с определенной долей уверенности предсказать, как будет звучать усилитель. Может случиться и так, что этих тестов недостаточно, чтобы раскрыть все тонкости звучания усилителя, но уж точно они будут полезнее, чем простой тест АЧХ и искажений.

    Любое изменение используемых методов тестирования не произойдет в одночасье, и мы также не сможем сразу увидеть, какие проблемы вызывают разницу, а какие имеют незначительный очевидный эффект. Для успеха необходимы время, терпение и тщательная корреляция данных. Есть законы физики, а есть уши. Где-то эти двое должны найти общий язык. Мы уже знаем, что так бывает, поскольку есть усилители, которые звучат превосходно — по мнению большого количества владельцев, обозревателей и т. д.- Теперь нам нужно знать, почему.

    Существует метод тестирования (или ряд методов), который позволит нам получить набор тестов, понятных как разработчикам, так и слушателям, чтобы мы могли приблизиться к идеальному усилителю, а именно к мифическому «прямому проводу с усилением». ’, но с точки зрения слушателя, а не бессмысленного повторения тестов, которые, кажется, не имеют никакого отношения к воспринимаемому качеству усилителя. Нельзя сказать, что стандартные тесты избыточны (это далеко не так), но они, похоже, не раскрывают достаточно информации.

    Чтобы это удалось, нужно убедить субъективистов, как и «объективистов». Мы все ищем одно и то же — безупречное воспроизведение звука, — но с годами эти два лагеря отдаляются все дальше и дальше друг от друга. Этому не способствует обычная практика рецензентов подключать все самостоятельно и полагаться не только на звук, но и на свое знание того, какой усилитель они слушают. Прицельные тесты неизменно ошибочны, и единственная методология тестирования, которая должна когда-либо использоваться, — это полное слепое или двойное слепое тестирование с возможностью переключения с одного усилителя на другой, но без знания что есть что.

    Это мои размышления, и я открыт для предложений по другим методам тестирования, которые могут выявить тонкие различия, несомненно существующие между усилителями. На данный момент у нас есть пропасть между теми, кто может (или думает, что может) услышать разницу между лампой и операционным усилителем, транзистором с биполярным переходом и полевым МОП-транзистором или между брендом «А» и брендом «Б», и теми, кто утверждает, что разницы нет вообще.

    То, что отличия есть, это очевидно. Степень различия и почему существуют различия — нет.Для всех любителей музыки (и ее точного воспроизведения) было бы хорошо, если бы мы смогли прийти к взаимоприемлемому объяснению этих различий, то есть точному, воспроизводимому и измеримому.

    Если эти критерии не выполняются, то оценка бесполезна ни для одного из лагерей, и пропасть просто расширится. Это плохая новость — пора нам всем собраться и перестать спорить между собой, лучше (например) использовать конденсаторы той или иной марки в сигнальном тракте.Постоянное использование процедур визуального тестирования ничего не делает для продвижения современного уровня техники.

    Эти методы тестирования также можно применять для измерения отдельных компонентов, акустических кабелей, межсоединений и предусилителей, в частности тестера SIM. Использование теста потребляемой мощности усилителя с различными кабелями и динамиками может дать нам некоторые подсказки относительно того, почему так много людей непреклонны в том, что один кабель динамика звучит лучше, чем другой, хотя при использовании обычных средств нет измеримой разницы.

    Наибольшее преимущество этих тестов заключается в том, что они выявляют вещи, на которые мы не обращали внимания (или на которые) в прошлом, и могут показать различия, которые станут очень большим сюрпризом как для дизайнеров, так и для слушателей.

    Другим очень полезным тестом является «нулевой тест», предложенный Итаном Винером. Например, сигнал подается одновременно на два отведения. и тестер настраивается до тех пор, пока от исходного сигнала ничего не останется. Если можно добиться полного нуля, два отведения по существу идентичны .Если бы это было иначе, было бы невозможно добиться нуля, и исходный сигнал все равно будет присутствовать либо в виде искаженной версии оригинала, либо в виде низкоуровневой версии оригинала. Это не ново — его использовали Питер Баксандалл и Питер Уокер (Quad) много лет назад, но это не так уж и просто при измерении активных цепей. В основном это происходит из-за крошечных фазовых сдвигов, которые очень трудно точно воспроизвести.

    Информацию об использовании SIM-карты и начальную статью, описывающую, как она работает, и мои результаты на данный момент, см. в разделе «Мониторинг нарушений звука — ответ?».


    Каталожные номера
    1. Douglas Self — безупречный усилитель, Electronics World (см. собственный сайт)
    2. Демонстрация нулевого теста Итана Винера (YouTube)
    3. На пути к окончательному анализу ошибок аудиосистемы (Конвенция AES 91 st , октябрь 1991 г.)


    Основной индекс Указатель статей
    Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и © 2000.Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены законами о международном авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

    Страница создана и защищена авторскими правами (c) 26 февраля 2000 г. Обновления — 23 декабря — добавлены дополнительные данные и информация о проверке квадрата/синуса./ 27 фев, перенес описание SIM на отдельную страницу.


    Звуковая сцена! Макс дБ Что упускается из виду? Часть первая (09/1998)

    Сентябрь 1998

    Усилитель: что внутри? В чем разница? Что упускается из виду? – Часть первая

    В этом месяце начинается то, что будет состоять из двух частей: взгляд на усилитель и то, как он делает то, что делает — блок за блоком, компонент за компонентом. я собираюсь сделать это полезно для начинающих, а также наводит на размышления для вас. эксперты, в том числе дизайнеры усилителей.Первое, что нужно сделать, это посмотреть на блок-схема усилителя.

    На рисунке все входы выделены красным цветом. Выходы желтые. То входы — питание переменного тока, левый аудиовход от предусилителя и правый аудиовход от предусилителя. То выходы — это сигналы, поступающие на громкоговорители. Достаточно легко.

    Внутри каждой подсистемы усилителя имеется ряд компонентов. Вот краткое описание этих компонентов:

    Блок питания переменного тока

    • Шнур питания
    • разъем шнура питания IEC (некоторые усилители имеют постоянно шнуры)
    • Проводка от разъема питания IEC к трансформатору
    • Выключатель питания
    • Предохранитель(и) или автоматический выключатель(и)
    • Мостовой выпрямитель

    Блок питания постоянного тока

    • Конденсаторы фильтра
    • Устройства регулирования
    • Прочие фильтрующие устройства
    • + и – напряжения питания («рельсы»)
    • Подключение к низкоуровневым каскадам усиления
    • Проводка к выходному каскаду (каскад усиления тока)

    Низкоуровневые каскады усиления

    • Левый и правый входные разъемы RCA
    • Проводка от входных разъемов RCA к печатной плате(ам)
    • Проводка к выходному каскаду (каскад усиления тока)
    • Транзисторы или лампы
    • Конденсаторы
    • Резисторы
    • Катушки индуктивности

    Выходной каскад

    • Транзисторы или лампы — большие
    • Резисторы — скорее всего большие
    • Конденсаторы
    • Катушки индуктивности
    • Если используются лампы, возможно, потребуется выходной трансформатор для преобразовать усиление напряжения от ламп в усиление тока, необходимое для привода громкоговорителей.Твердотельные устройства имеют адекватный коэффициент усиления по току, поэтому выходные трансформаторы не нужны.
    • Проводка к клеммам
    • Сами стойки крепления

    Механический блок

    • Корпус/шасси
    • футов
    • Винты, гайки, болты, шайбы
    • Стойки для печатных плат
    • Радиаторы (если твердотельные)
    • Трубные муфты
    • Методы монтажа и материалы для трансформатора и других механических части
    • Проволочные стяжки и т. д.

    Схемы ламповых усилителей можно найти в справочниках которым 50 лет и более. Если вы построили эту схему, используя высококачественные детали которые доступны сегодня, у вас действительно был бы усилитель, который звучал бы не так уж плохо. — возможно, это не идеальный современный звук, но вы бы неплохо справлялись с этой задачей. способ. Создание твердотельного усилителя с нуля не сильно отличается. Выберите устройства вывода осторожно комбинируйте с другими хорошими резисторами и конденсаторами, доступными сегодня и вы могли бы получить довольно хороший звук даже от старых схем.

    Однако сборка high-end версии одного из этих усилителей с производительность, расширяющая границы возможного, когда мы смотрим на смену тысячелетий намного сложнее. Намного больше нужно подумать над схемой, деталями, характеристики, субъективная производительность, внешний вид и механическая упаковка. Несмотря на внимание к некоторым деталям в high-end усилителях, есть вещи, которые можно было бы сделать для улучшения характеристик усилителя, которые в основном или полностью игнорируются разработчиками и производители.Давайте начнем рассматривать усилители подсистема за подсистемой, Сначала подсистема питания переменного тока.

    Сеть переменного тока

    Если у вас ламповый усилитель, первое, о чем вам стоит побеспокоиться Напряжение сети переменного тока . Напряжения в усилителе увеличиваются, если напряжение сети переменного тока высокое. Это приводит к тому, что лампы работают за пределами их расчетного диапазона, потому что напряжения на трубках выше напряжения сети переменного тока. Повышающие трансформаторы повышают напряжение в сети.Допустим, разработчик оптимизирует работу усилителя с сетью переменного тока 117 В. Кто-то, кто живет там, где напряжение сети составляет 125 В, увидит, что оно увеличилось до 375 В в 3 раза. повышающий трансформатор. Разработчик усилителя ожидал 351 вольт (117 вольт умножить на 3). Этот сценарий увеличивает разницу в линейном напряжении. Некоторые ламповые усилители предпринимают шаги для чтобы эта разница не влияла на напряжение, подаваемое на лампы, но многие не делайте. Более высокое напряжение в сети — не единственная проблема.Если вы живете в некоторых районах Европы или некоторые районы США (особенно в столичном районе Нью-Йорка), линия переменного тока ниже идеальной напряжение может быть частой проблемой. Это также может поставить ламповые усилители вне их идеальные рабочие диапазоны. Серьезный коммерческий продукт должен быть относительно невосприимчив к эти сдвиги линейного напряжения. Как справиться с этим высоким или низким линейным напряжением переменного тока, критический. Вы должны беспокоиться обо всем мире — различных напряжениях переменного тока и различных величина дрейфа сетевого напряжения переменного тока.

    У твердотельных усилителей меньше проблем со стабильностью сетевого напряжения, в первую очередь потому, что их рабочее напряжение ниже сетевого напряжения переменного тока, что делает разница в линейном напряжении переменного тока меньше при понижении через силовой трансформатор.

    Силовой трансформатор . Я имел дело с большим количеством льгот и недостатки тороидальных силовых трансформаторов и рамных трансформаторов EI в колонке Максимум дБ пару месяцев назад. Я не буду снова вдаваться в подробности.Тем не менее, монтаж Метод и расположение трансформатора — один из ключей к созданию великолепно звучащего усилителя. Я расскажу о методах монтажа трансформатора во второй части этой статьи в следующем месяце. Одна вещь, о которой я не слишком много говорил в предыдущей колонке «Максимальные дБ» о трансформаторов была сила и направление магнитного поля, исходящего от трансформатор.

    Большой квадратный трансформатор в корпусе EI имеет большой, но не очень сильное магнитное поле, выходящее из изогнутых «раструбных» концов трансформатора в широкие круги с обмотками трансформатора (под «колокольчиками», закрывающими обмотки), действующей как точка крепления.Поле, излучаемое жиром, мало или отсутствует металлические ламинаты. Вы должны быть осторожны, когда магнитное поле рамки EI Трансформатор нацелен. Вы хотите держать его подальше от печатных плат низкого уровня и от входные RCA и проводка.

    Тороид, круглый трансформатор в виде пончика, почти не имеет магнитного поля. поля, расходящегося от него, за исключением почти прямой линии прямо через отверстие в центр тороида. В этом центральном отверстии и простираясь вверх и вниз (тороиды почти всегда монтируется плоско из-за этого магнитного поля) из него получается один массивно сильный магнитное поле.Оно имеет ту же относительную силу, что и более слабое поле большего размера. который излучается трансформатором рамки EI, но он так сконцентрирован формой тороидальный трансформатор, что плотность потока энергии в поле, излучаемом Тор действительно очень высокий. Чем больше тороид, тем сильнее это излучаемое поле. Представьте себе миниатюрный дротик, проходящий через отверстие в тороидальном трансформаторе; это довольно хорошее представление диаграммы направленности магнитного поля (хотя поле немного расширяется по мере удаления от тороида).Размещение некоторых других компонент выше или ниже усилителя с большим тороидальным трансформатором внутри просит на беду. Вы можете получить гул или иным образом ухудшить звук. Только большое количество железный материал, такой как чугун, выше и ниже тороидального силового трансформатора блокирует магнитное поле. Алюминиевое или тонкое стальное шасси в большинстве аудиокомпонентов практически прозрачным для магнитного поля трансформатора. Так же дерево или стекло стеллажные полки. Даже второе шасси другого соседнего компонента не уменьшит сила магнитного поля слишком велика.Помимо чугунной пластины толщиной в дюйм, лучшая защита от этих сильных магнитных полей от тороидальных трансформаторов — это расстояние или размещение других компонентов рядом с компонентом с тороидальным силовым трансформатором а не выше или ниже его.

    Даже небольшой тороид в проигрывателе или источнике питания предусилителя может вызвать гул в других компонентах, если они приближаются к излучающему копье магнитному полю из отверстия в центре тороида.

    Чтобы преобразовать мощность переменного тока в мощность постоянного тока, вы используете четыре диода в определенном ориентация называется мостовым выпрямителем . Чтобы сэкономить деньги и ускорить сборку, вы можете используйте модуль выпрямителя, который имеет все четыре диода в одном «упаковке» с четырьмя от него отходит. Два вывода для входящего переменного тока и два вывода для постоянного тока (с пульсацией) сходит с выпрямителя. Как выпрямление (преобразование переменного тока во что-то близко к постоянному току) слышно влияет на то, что вы слышите из динамиков. Стандарт диоды, которые являются наименее дорогими типами, являются устройствами с худшим звучанием, К сожалению.Следующим шагом вверх по лестнице исправления является то, что называется диоды со сверхбыстрым восстановлением. Стоимость в пять-семь раз выше стандартной диоды со сверхбыстрым восстановлением делают компоненты, в том числе усилители, более чистыми и быстрыми. звук. Фоновая тишина темнее, переходные процессы обретают новую жизнь, и улучшение воспринимаемой ясности. К сожалению, сверхбыстровосстанавливающиеся диоды для усилителей иногда трудно найти в требуемых сильноточных номиналах, особенно для мощных твердотельные усилители.

    Следующим шагом вверх по лестнице исправления являются HEXFRED, которые обычно в 7-12 раз дороже стандартных диодов. HEXFRED, похоже, расширяют огибающая улучшений, выполненных диодами со сверхбыстрым восстановлением. Это не совершенно революционное улучшение по сравнению с диодами со сверхбыстрым восстановлением, но есть небольшая, стоящая прибыль, которую нужно иметь. К счастью, высокопроизводительные сильноточные HEXFRED становится все более распространенным, и HEXFRED можно будет найти практически в любой современной рейтинг вам может понадобиться для усилителя.Но из-за стоимости запчастей по сравнению с диоды стандартные, HEXFRED во многих амперах пока не увидишь, а у тебя должно быть видеть их почти везде. Все они являются преимуществом и не являются недостатком для аудио усилитель по звучанию.

    Стоимость HEXFRED выше, конечно, и то, что вы используете четыре дискретных HEXFRED с восемью выводами вместо одного модульного выпрямителя часть с четырьмя выводами делает сборку немного более трудоемкой.Но это для усилители высокого класса. Мы платим неплохие деньги за эти усилители, поэтому они должны включать лучшие по звучанию доступные части. Сделаю тут наспех обдуманную смету: Использование HEXFRED в усилителе мощности вместо стандартных диодов или стандартного модульного выпрямитель добавит 150 +/- 50 долларов к розничной цене большинства усилителей. Удвойте это оценка для пары моноблоков или для двухканальных усилителей, где есть два трансформаторы и два выпрямителя.

    Шнур питания является неотъемлемой частью подсистемы питания переменного тока усилитель.Разные шнуры питания влияют на звучание усилителя потому что каждый из них построен по-разному, и каждый из них имеет разные механические резонансные свойства. Материалы, геометрия (физическое расположение материалов) и электрические свойства составляют около половины звуковой характеристики шнура питания. То другая половина «звука» шнура исходит от его механического резонанса. характеристики. (Здесь я намеренно консервативен; лично я считаю, что различия в механическом резонансе могут составлять 75% или более звуковых различий между шнурами питания.)

    Услышать эффект механического резонанса собственного шнура питания (даже штатный, который шел с усилителем) поэкспериментируйте с ним. Поднимите его с пола с помощью чашки из пенопласта, картон, стаканы, книги в мягкой обложке или деревянные бруски — все эти материалы будут звучать немного по-другому, потому что они имеют разные резонансные характеристики. Затем попросите кого-нибудь пережать шнур питания рядом с тем местом, где он подключается к усилителю. пока вы сидите и слушаете музыку.Пока вы слушаете полнодиапазонную музыку, пусть ваш ассистент убирает пальцы с усилителя (вниз по шнуру), сохраняя при этом давление на шнур. Когда пальцы человека скользят вниз по шнуру, вы услышите изменение звука; обычно это тоже не тонко. Что вы услышите, так это меньшее внимание к средние частоты и скользящий акцент, уходящий все глубже и глубже в басовую область по мере того, как сжимающие пальцы уходят все дальше и дальше от усилителя.

    Другой тест: ваш помощник должен поддерживать шнур питания с помощью небольшой брусок дерева.Пусть ваш помощник начнет с деревянного бруска под шнуром питания, рядом с разъемом IEC на конце усилителя. Пока играет музыка, что-то относительно полный диапазон, попросите вашего помощника отодвигать деревянный брусок все дальше и дальше от разъема IEC до тех пор, пока блок не окажется на расстоянии 3 футов или около того. Вы услышите верхние средние частоты сначала упор, и по мере того, как блок перемещается дальше от разъема IEC, упор скользит плавно спустить частотный спектр в бас и глубокий бас, именно поэтому вам нужно немного полнодиапазонной музыки, чтобы услышать, что происходит в этом эксперименте.Сменить породу дерева используется здесь, и вы измените звук, который слышите — каждое дерево имеет свой звуковой подпись.

    Для другого эксперимента по настройке механики пусть ваш помощник держит Оболочку разъема IEC на конце кабеля питания усилителя слегка между пальцами. Пока вы слушаете музыку, пусть ваш ассистент медленно увеличивает давление на разъем IEC (работает лучше, если оболочка полая, а не сплошная формованная пластмасса, а будет работать даже с цельнолитым типом).То, что вы услышите, это растущий акцент на максимумах по мере увеличения давления сжатия. Если у вас нет помощника доступен, для этого подойдет небольшой регулируемый С-образный зажим из хозяйственного магазина. поэкспериментируйте, есть ли для него место вокруг вилки IEC на шнуре питания/усилителе. Эти звуковые изменения от регулировки силы сжатия на разъеме IEC являются результатом механически-резонансные изменения в шнуре питания — ничего волшебного, ничего мистическое, ничего сверхсекретного.

    Эти эксперименты могут не выявить звуковых изменений при определенных видах шнуры питания с очень сильным внутренним демпфированием. Обычно эти шнуры будут довольно большие/толстые и состоять из слоев демпфирующего материала и слоев проводников. Эти шнуры в значительной степени устраняют резонансы. Я не могу сказать, что они обязательно звучат лучше, но они звучат более стабильно, независимо от того, где вы размещаете шнур или как вы поддерживаете это.

    Mike VansEvers использует эту механическую резонансную настройку мощности. шнуры в его новой Pandora и Double Pandora (включая более дорогие и производительные Эталонные версии) шнуры питания, которые имеют скользящие механические демпферы на шнурах и винты с накатанной головкой для регулировки натяжения разъема IEC.Обзор шнуров питания Pandora будет быть предстоящим.

    Майк также создает и продает наборы деревянных блоков с различными номера и размеры, которые будут использоваться для настройки системы. Они предназначены не только для шнуров питания. они работают практически везде. Вы используете деревянные блоки, чтобы улучшить звучание вашей системы. время. Использование разных типов и размеров древесины так же, как если бы вы использовали разные цвета в коробке Crayola или в палитре художника вы точно настраиваете звук своей системы быть именно там, где вы хотите, чтобы это было.Вам не нужно использовать деревянные блоки Майка либо, и он первый, кто признал это. Любой может вырезать деревянные блоки и эксперимент. Комплекты Майка предлагаются для удобства людей, которые хотят тюнинг без хлопот, связанных с поиском различных пород дерева, обрезкой их по размеру и отшлифовать их до однородной поверхности.

    В то время как каждая древесина имеет свою звуковую подпись, каждый размер блока также имеет другую подпись. Меньшие и более тонкие размеры больше влияют на высокие частоты, в то время как более длинные а более толстые куски больше влияют на нижнюю середину и бас.Стандартный блок Майка немного короче и немного толще, чем транзисторная батарея 9В. Самые маленькие блоки он делает немного толще, чем половина палочки жевательной резинки. Самые большие размеры достигают примерно Длина 4 дюйма (немного толще 9-вольтовой батареи).

    После многих лет экспериментов я считаю, что все, что вы кладете на или под шнур питания влияет на звук из-за изменений механического резонанса, а не из-за каких-либо существенные электрические свойства. К ним относятся ферриты.Когда-то я был большим сторонником электрические/электронные преимущества способности ферритов поглощать радиопомехи/электромагнитные помехи от электрическое поле вокруг шнура питания. Сегодня, хотя я и верю, что ферриты все еще делают это, я вопрос, имеет ли звуковое изменение от использования ферритов какое-либо отношение к поглощение радиопомех/электромагнитных помех. С другой стороны я теперь знаю ферриты меняют звук шнур механически. Вы можете сдвинуть ферритовый шнур вдоль шнура питания и получить такой же звук. подпись, которую вы получаете, сжимая шнур питания или перемещая по нему деревянный брусок.

    Предохранители и Автоматические выключатели — плохие новости для усилители. Они действительно нужны вам для безопасности в случае отказа компонентов в усилителе. а также для безопасности, если неосторожный аудиофил сделает что-то неожиданное или непреднамеренное. Однако предохранители и автоматические выключатели обычно звучат плохо. Вы хотите услышать, как плохо? если ты В усилителе есть предохранители, снимите предохранители, оберните их медной лентой и вставьте обратно. В качестве альтернативы установите временные перемычки для обхода предохранителей.(Стандартный отказ от ответственности информация: «Не пытайтесь это делать, не зная, что вы делаете», и » SoundStage! не несет ответственности за любой ущерб, причиненный этим экспериментом. Так что не делайте этого тогда».) Это НЕ то, что вы должны оставить таким образом — это очень опасно так делать. Если вы не знакомы с мерами предосторожности, которые необходимо соблюдать, безопасно заходите внутрь усилителя мощности, чтобы внести подобные изменения, даже не думайте об этом этот эксперимент. Слышимое изменение от извлечения предохранителей из цепи будет довольно значительным, если только производитель/разработчик вашего усилителя не принял меры для уменьшить слышимость предохранителей.Это возможно. Некоторые производители усилителей знают, как сделать это, но большинство этого не делает. Те, кто умеет это делать, считают это одним из своих фирменные конструктивные особенности. Так как я научился делать это на одном из этих нескольких усилителей производителей, к сожалению, я не вправе раскрывать технику(ы).

    Автоматические выключатели

    тоже звучат не очень хорошо, за одним исключением. Есть довольно дорогой тип магнитного автоматического выключателя, который звучит неплохо. К сожалению, для больших размеров, необходимых для усилителей мощности, они дороги.Один пара качественных магнитных автоматических выключателей добавит к розничной цене около 200 долларов. усилителя. Удвойте эту цифру для двойных моноусилителей или моноблоков.

    Питание постоянного тока

    Фильтрующие конденсаторы : Мы имеем дело с ними целую вечность. производители усилителей все еще упускают что-то очень важное. Наличие нескольких разных размеров фильтрующие конденсаторы всегда звучат лучше, чем один огромный конденсатор или четыре (или шесть) меньшие конденсаторы одинакового размера.Это связано с разницей импедансов. в шапках разного размера. Если вы поставите одну огромную крышку в качестве фильтра, вы застрянете с эта крышка лучше всего работает в одном конкретном диапазоне частот из-за емкости конденсатора. импедансные характеристики. Если поставить четыре конденсатора одинакового размера, получится та же проблема, но в другом диапазоне частот. По этой причине распространение значения конденсаторов фильтра имеют логический и акустический смысл, но вы редко кто-либо из производителей усилителей делает это.Вы увидите, как они используют пленку и колпачки из фольги в параллельно с большими электролитами, что, безусловно, хорошо, но редко, если когда-либо видели, как они распределяют значения колпачков, чтобы улучшить звуковые характеристики в более широкий спектр частот.

    Что это означает на практике? Возьмем усилитель дизайн, который требует 40 000 мкФ емкости фильтра для каждой «шины» (+ и – источники питания в усилителях часто называют «рельсами»). Какой-то усилитель дизайнеры выберут один большой конденсатор на 40 000 мкФ и, возможно, обойдут его с помощью конденсатора на 2 мкФ. пленочный и фольгированный конденсатор на 4 мкФ.Другой разработчик усилителя может выбрать четыре конденсатора по 10 000 мкФ. затем используйте где-то между нулем и четырьмя пленочными и фольгированными шунтирующими конденсаторами. Что вы видите в усилители сегодня почти всегда один из этих двух подходов.

    Я собираюсь порекомендовать что-то другое. конденсатор «массив», который составляет 40 000 мкФ (или близко к этому), где ни один из конденсаторов не имеет такое же значение. Массив может состоять из конденсатора 37 000 мкФ, конденсатора 4 700 мкФ, конденсатора 470 мкФ. крышка, крышка 47 мкФ, которая может быть электролитической.Затем добавьте пленку 4,0 мкФ, 0,47 мкФ и 0,01 мкФ. и крышки из фольги параллельно. Простое наличие этих разных значений колпачков сделает большой разница на слух. Есть небольшая опасность создания «танкового контура» при параллельном использовании множества разных конденсаторов, как в этой схеме. Однако это довольно очевидно, если и когда это начнет происходить, и дизайнер будет знать, что есть проблема сразу из-за возрастающего объема убегающих колебаний, которые вполне слышно.Сборка конденсаторов, подобная предложенной, будет стоить дороже, стоит немного больше, чтобы собрать и немного больше, чтобы сделать оригинальный инжиниринг. Массив таких конденсаторов на удивление мало что добавило бы к розничной цене усилителя. От 25 до 100 долларов достаточно для многих усилителей, в зависимости от выбранных конденсаторов и цены, которые мог получить производитель. Удвойте эту стоимость для двойных моноусилителей или моноблоков.

    Я не ожидаю никакой похвалы за идею массива конденсаторов.Это был вокруг в течение длительного времени. Я просто не могу понять, почему то, что предлагает лучшее качество звука и доступен бесплатно (кроме стоимости деталей/изготовления, конечно) просто лежит на столе и не используется дизайнерами, которые должны знать, что они из себя представляют делает.

    Внутренняя проводка часто упускается из виду. я бы осмелюсь сказать, что большинство производимых сегодня усилителей (пожалуй, 90%) не сильно потеют. детали внутренней проводки.Они либо используют что-то хорошего качества, но не аудиофил, или используйте фирменный аудиофильский провод, подключите все и почти забудьте об этом. Остальные 10% потеют над этой деталью со значительными усилиями. Они могут закончиться с двумя, тремя или четырьмя различными типами проводов в компоненте для каждой отдельной работы это нужно сделать. По общему признанию, вы вряд ли получите огромные изменения от различия проводов, но вы можете получить значимые. Как и в шнурах питания, отличия в звуке различных соединительных проводов вызвано не только электрическими свойствами, но и механические свойства тоже.

    Есть вещи, которые производители делают с проводкой, чтобы повысить безопасность, внешний вид и транспортабельность. К сожалению, эти вещи часто ухудшают звучание усилитель Некий обитатель рая рассказывает историю об одном из легендарных усилителей класса high-end. Бренды значительно улучшены в акустике за счет удаления проволочных стяжек , используемых для связывания все провода вместе. Я слышал то же самое для себя. Красивые проводные аранжировки со всем, что все плотно стянуто вместе, может выглядеть полностью немецким точным проектированием и отполирован до блеска, но лабиринт из отдельных проводов произвольной формы будет звучать лучше, если только что-то должно быть витая пара или что-то в этом роде, конечно.

    Мне нечего сказать о правиле и других типы фильтрующих устройств (типа катушек индуктивности) на стороне постоянного тока усилителя мощности поставка. Они в основном хорошо реализованы большинством дизайнеров. В разных усилителях используются разные подходит. Механические проблемы, связанные с установкой этих устройств, могут повлиять на их звук. производительность, а также их технические характеристики и конструкция. Одна область в спецификации в некоторых усилителях мощности это размер дорожек на плате блока питания.В в некоторых случаях необходимые размеры трасс занижены. Если это произойдет, вы обратите внимание на улучшение качества звука, если вы добавите параллельные провода 18-го или 20-го калибра с слишком маленькие следы печатной платы. Это увеличивает пропускную способность по току и может сделать вяло звучащий усилитель заиграет чуть больше.

    Последняя область источника питания постоянного тока, которую я прокомментирую, связана с низкочастотное воспроизведение. Я должен обсудить это, не выдавая слишком много. Это еще один предмет, который был продемонстрирован и объяснен знающим разработчиком усилителя.Он считает, что его решение проблемы — это одна из фирменных черт, которые определяют его производительность усилителей отдельно от других. Поэтому, хотя я не могу быть слишком конкретным, я можно сказать, что чем ниже диапазон звуковых частот, который вы пытаетесь воспроизвести, тем усилителю труднее высвобождать достаточное количество мощности для воспроизведения низких частот. частоты. У усилителя не возникнет проблем вплоть до 200 Гц или около того. Снижение частоты отсюда у усилителей все больше проблем с обеспечением достаточной энергии для производства убедительный (и точный) бас.Когда воспроизводимые звуковые частоты опускаются ниже Частота сети переменного тока (50 Гц или 60 Гц в зависимости от того, где вы живете), усилитель имеет еще больше трудность доставки достаточного количества энергии на низких частотах. Если усилитель дизайнер может преодолеть эту проблему (опять же, я не могу сказать, как это сделать или что проблема именно в этом), любой полупроводниковый усилитель может иметь басы, способные соперничать с лучшими (подумайте Креллоподобные басовые возможности). Ламповые усилители имеют аналогичные проблемы, но у большинства из них есть выходной сигнал. трансформаторы, которые ограничат улучшение, которое вы получите от решения проблемы доставки энергии. проблема в блоке питания.

    Конец «Усилителя… Часть первая»

    В следующем месяце продолжу обсуждение усилителей с комментариями на каскадах усиления и механическом корпусе, из которого состоит готовый усилитель.

    …Doug Blackburn
    [email protected]

    Звук аудиоусилителей: вы слышите разницу между усилителями?

    Первоначально опубликовано 4 марта 2013 г.

    Введение

    Звучат ли усилители другое является предметом постоянных споров.Есть разумные, хорошо информированных энтузиастов и обозревателей журналов, которые готовы поклясться в своих многочисленных, очевидные различия, различия, которые — во всяком случае для них — почти столь же очевидны и важно, как различия между говорящими.

    Есть еще столько же хорошо информированные энтузиасты и обозреватели, которые говорят, что нет осмысленных различия в звучании двух правильно функционирующих, правильно исполняющих усилители, работающие в пределах своего неискаженного рабочего диапазона. И есть третий контингент который полагает, что применение на месте различных усилителей с различными динамики и другое связанное оборудование и разъемы могут создавать различия в звуке, хотя в системе ничего не работает per se .

    Откроем дискуссию, ставим отправьте некоторую фактическую информацию, расскажите несколько анекдотических случаев и посмотрите ждем ваших ответов.

    Род Эллиот из Эллиотта Компания Sound Products (также известная как ESP) написала замечательную статью под названием Amplifier Sound , и мы предлагаем прочитать ее полностью. Мы сделали выдержку некоторые важные отрывки здесь, и мы будем использовать их в качестве основы для нашего обсуждение.

    Пожалуйста, также посмотрите наше недавно добавленное видео на YouTube, где Джин и Хьюго обсуждают усилители и спорят о том, могут ли они звучать по-разному, и о причинах этого.

    Все ли усилители звучат одинаково?

    [Эллиот]

    Звук усилителя — одна из тех неземных вещей, которые, кажется, бросают вызов описание. Я попытаюсь охватить влияния, о которых я знаю, и описать эффекты, как я могу. Это во многом моя гипотеза, поскольку есть так много влияний, которые, хотя и присутствуют и слышимы, практически не поддается количественной оценке. Особенно в сочетании, некоторые из эффектов сделает звук одного усилителя лучше, а другого хуже.сомневаюсь что у меня получится даже думать обо всех возможностях, но эта статья может помочь некоторым из вас немного, по крайней мере, чтобы расшифровать некоторые из возможностей.

    Не знаю утверждают, что у них есть ответы на все вопросы. Вся эта тема подвергается значительному интерпретации, и я очень постараюсь быть полностью объективным.

    Компоненты звука

    Когда люди говорят о звуке усилителя, есть много разных терминов использовал.Для типичного (высококачественного) усилителя звук можно описать как «размазанный», или имеющий «воздушный» или «авторитетный» бас. Эти термины, хотя и описывают опыт слушателя, не имеют прямое значение в электрических терминах.

    Электрические, мы можем обсудить искажения, частотную характеристику, фазовый сдвиг, ток, входное/выходное сопротивление и множество других известных явлений. у меня нет реальную идею о том, как мы можем напрямую связать их с общими терминами, используемыми рецензенты и слушатели.

    Некоторые авторы утверждают, что все усилители на самом деле звучат одинаково, и для некоторых степени (сравнивая яблоки с яблоками) это «доказано» в двойное слепое прослушивание.

    [Аудиоголики]

    Несколько лет назад известный рецензент Том Носейн провел исследование для журнала Stereo Review , в котором он попытался сравнить звук двух систем с группой прослушивания через слепое А-В тестирование. Одна система состояла из самых последних компонентов SOTA. и разъемы.

    Другой Система состояла из очень «пешеходного» оборудования, такого как винтажный Heathkit 1970-х годов. усилитель мощности, проигрыватель компакт-дисков и т. д.

    Оба системы были подключены через коммутатор к одной и той же паре динамиков, поэтому различия динамиков между устройствами и проблемы с размещением динамиков не вошли в картинка вообще. Натянута акустически прозрачная, но визуально непрозрачная драпировка. перед системами, а освещение в помещении было приглушено, чтобы не было видно отвлечение. Нозаин был хорошо известен своей приверженностью научному процессу. и его бешеное внимание к деталям, так что сценарий был хорошо выполнен.

    Его результаты показали, что до тех пор, пока ни одна из систем не подвергалась искажению, не было выявлено статистически значимого предпочтения какой-либо из систем со стороны группа, используя очень обширный и разнообразный выбор программного материала. Его Группа прослушивания включала слушателей-новичков, умеренных энтузиастов и самопровозглашенных «золотоухие» аудиофилы.

    Сделано нет разницы. Будь то новичок или золотой слух, не слушатель или группа слушателей набрал больше очков в определении, какая система была какой.Сторонники со стороны «нет разницы в звуке усилителя» поспешили сказать: «Видите? Говорил же так.» Верующие в лагере «звук усилителей легко узнаваем» так же быстро указали из множества аспектов и условий теста, которые были ошибочными в их и тем самым сделал выводы Носена неточными. Итак, в В конце концов, его тест ничего не решил.

     

    [Эллиот]

    Есть некоторые различия, которые не могут быть легко объяснены. Усилитель, который считается «идентичен» другому в тестовой ситуации, может звучать совершенно отличается в обычной среде прослушивания.Именно эти различия являются труднее всего иметь дело, так как мы не всегда измеряем некоторые вещи это может иметь большое влияние на звук.

    Для пример: Тестирование ограничения мощности усилителя проводится редко. — как усилитель восстанавливается после кратковременной переходной перегрузки. Я заявил, что Hi-Fi-усилитель никогда не должен прерываться при нормальном использовании — хорошая попытка, но она произойти, и это более распространено, чем мы могли бы подумать. Используйте хорошую обрезку индикатор на усилителе, и это можно устранить, но какой ценой? Это может быть необходимо уменьшить громкость (и SPL) до уровня, который намного ниже, чем вы привыкли, чтобы устранить проблему, о существовании которой вы не подозревали.

    Разное усилители по-разному реагируют на эти мгновенные перегрузки, где их общая производительность в остальном почти идентична. Я тестировал усилители мощности на микросхемах, и был встревожен формой волны восстановления перегрузки. Мой верный старый дизайн на 60 Вт меры примерно такие же, как IC в некоторых областях, немного лучше в некоторых, немного хуже в других (как и следовало ожидать).

    Были эти два усилителя сравнивались в двойном слепом тесте (избегая ограничения), это вероятно, что никто не сможет отличить.Продвиньте уровень так что транзиенты начали срезаться, и столб забора сможет услышать разница между ними. Какие термины описывают звук? Не имею представления. Звук мог быть «размазан» из-за потери детализации при восстановлении. время усилителя IC. Изображение также может пострадать, так как большая часть сигнала, дает ориентиры, которые будут потеряны в течение определенного периода времени.

    [Аудиоголики]

    Но это не просто обрезка поведение, которое отличает звук одного усилителя от другого.Много народ ругается что там это а принципиальная разница в общем качестве звука между усилителями, что, действительно, их «цвет» или «характер» отличаются друг от друга.

    Вот еще один замечательный анекдот пример: Много лет назад мы слушали наши последние альбомы на очень качественная (для того времени) система — первоклассная интегрированная система Kenwood усилитель (со среднеквадратичной частотой 60/60 Вт на канал с исчезающе низким уровнем искажений), AR-3a динамики и проигрыватель Dual 1249 с картриджем Shure V15.Высоко ценится оборудование, хорошо работающее в предполагаемой рабочей среде.

    Мой друг только что купил Усилитель мощности Dynaco ST-120 (60/60 wpc RMS), и он хотел убедиться, работал нормально, поэтому он принес его. У Kenwood были разъемы pre-out/main-in, поэтому мы использовали Kenwood в качестве предусилителя. Динамики, проигрыватель, картридж и акустические провода остались прежними. Единственным изменением в системе была мощность. усилитель

    Мы не собирались «сравнивать» звука усилителей мощности, мы только хотели подтвердить, что Dyna работает.

    Мы играли в оригинальную систему, затем мы поменялись местами с Dyna и сыграли тот же материал.

    Дайна работала, но разница в характере звука была ошеломляющей. Оглушительный. Мы поднимали и опускали объем. Различия сохранялись на всех уровнях. Мы снова подключили Kenwood и переслушал. Затем мы снова подключили Dyna.

    Теперь помните, изначально мы сознательно не искали различий в их звучании, но это было так очевидно, что он только что ударил нас двоих по голове, как тонна кирпичей.Это было настолько очевидным и очевидным, что мы провели остаток ночи, слушая всевозможные пластинки, сначала на Кенвуде, потом на Дайне, и так далее и над.

    Может быть несколько объяснения различий, но они были реальными , без вопросов.

    О, просто для протокола, Kenwood (более современный дизайн) был намного «жестче» и «более контролируемым» в бас, в то время как Dyna по сравнению с ним была «дряблой» и «рыхлой». Ночь и день.

     

    Искажение  

    [Эллиот]

    Технически, искажение — это любое изменение, которое происходит с сигналом по мере его прохождения от источника. к месту назначения.Если часть сигнала «пропадает», это искажения так же, как и при генерации дополнительных гармоник.

    Мы стремимся классифицировать искажения по-разному — несовершенная АЧХ усилитель обычно не называют искажением, но это так. Вместо этого мы говорить о частотной характеристике, фазовом сдвиге и различных других параметрах, но на самом деле все они являются формой искажения.

    Суть в том, что все усилители в той или иной степени страдают от искажений, но если сравнивать два усилителя, у которых вообще нет искажений, они должны (по определению) быть идентичными как в измеряемом, так и в воспринимаемом звуке.

    Естественно, идеального усилителя не существует, но есть немало таких, которые подойти опасно близко, по крайней мере, в пределах слышимого диапазона частот. Что я мы попытаемся сделать, это посмотреть на различия, которые действительно существуют, и попытаться определить, какое влияние эти различия оказывают на воспринимаемое «звуковое качества» разных усилителей. Я не буду первым, кто попытается разгадать эту тайну, и я сомневаюсь, что буду последним. Я тоже сомневаюсь, что я удастся, в том смысле, что успех в этой конкретной области будет только достигнуто, если бы все согласились, что я был прав, — и в этом нет шанс! (Однако человек живет надеждой.)

    В этом статье я использую несколько устаревший термин «твердое состояние», чтобы Отличие ламповых усилителей («ламповых») от усилителей, построенных с использованием биполярных усилителей. транзисторы, полевые МОП-транзисторы или другие устройства, отличные от ламповых.

    Отсечение Искажение

    Как можно звук клиппирующего искажения одного усилителя отличается от звука другого? Большинство представители hi-fi-сообщества будут склонны думать, что клиппирование нежелательно в любом форма в любое время.Хотя это бесспорно верно, многие усилители, используемые в типичная установка высокого уровня будет иметь клиппирование во время обычной программы. сессии. Я не имею в виду грубую перегрузку — это совершенно очевидно и всегда звучит ужасно — независимо от усилителя.

    Есть тонкие различия между тем, как усилители клиппируют, которые могут сделать очень большой воздействие на звук. Усилители Valve — самые респектабельные из всех, «мягкая» характеристика клиппинга, которая сравнительно ненавязчива.Далее следуют усилители класса А с низкой обратной связью, с чуть более «краем». но в остальном обычно свободны от каких-либо действительно неприятных дополнений к общему звук.

    Тогда существует множество дискретных усилителей класса AB. Большинство из них (но отнюдь не все) ведут себя достаточно хорошо, и хотя отсечение «жесткое», оно не имеет значительного нависания — это означает, что как только выходной сигнал снова ниже напряжения питания, он просто продолжает работать в обычном режиме. Это идеальный случай — когда какой-нибудь усилитель скрепит, это не должно больше портить звучание звук, чем это абсолютно необходимо.Отсечение относится к тому факту, что когда мгновенное значение выходного сигнала пытается превысить мощность питания усилителя напряжения, он просто останавливается, потому что оно не может быть больше питающего. Мы знаем он должен останавливаться, но интересно, как он останавливается, и какой усилитель делает в течение короткого периода времени во время и сразу после отсечения произошел.


    Рис. 1. Сравнение основных сигналов отсечения , ,

    На рисунке 1, вы можете увидеть различные формы волны отсечения, о которых я говорю, с «A» представляет типичные двухтактные ламповые усилители, «B» — это форма сигнала от обычного дискретного твердотельного устройства класса AB. amp, а «C» показывает выступ, типичный для некоторых усилителей мощности на ИС. а также довольно много дискретных конструкций.Это самое коварное поведение для усилителя, потому что, пока блок питания «прилип» к силовой шине, любой сигнал, который мог присутствовать в программном материале, теряется, и Компонент 100 Гц (или 120 Гц) добавляется, если отсечение + «прилипло к рельсу» период длится достаточно долго. Это происходит от источника питания, и только можно избежать, используя регулируемый источник питания или батареи. Ни то, ни другое не дешево реализовать, и они редко встречаются в конструкциях усилителей.

    Хотя На рис. 1 сигнал показан в виде синусоиды для простоты идентификации в реальном времени. музыкальный сигнал, это будет резкий переходный процесс, который будет обрезаться, и если усилитель ведет себя, это будет (или должно быть) более или менее неслышно.Если это прилипнуть к питающей рейке, полученное описание эффекта маловероятно точно описать фактическую проблему, но описать, что она сделала с звук — с точки зрения этого слушателя. Простой обрезанный переходный процесс не должен могут быть слышны по отдельности, но будут иметь общее влияние на качество звука. Опять же, описание этого вряд ли указывает на то, что усилитель был клиппирования, и, к сожалению, лишь немногие усилители имеют индикаторы клиппирования, поэтому большую часть времени мы просто не знаем, что это происходит.

     

    [Аудиоголики]

    Возможные причины того, что усилители конкретные звуковые характеристики становились популярной темой среди аудиофилов в начале 1970-х гг. В 1973 году состоялось собрание Бостонского аудиообщества, на котором была представлена ​​презентация производителя тестового оборудования (не помню какого), который мог отображать спектральные характеристики THD усилителя. это было красиво опрометчивый материал в начале 1970-х. Очень популярный в то время приемник, Marantz 2270 был известен тем, что звучал резко, если нажимать слишком сильно.На этой БАС встреча, мы выяснили почему:

    Несмотря на то, что фактический рейтинг искажений был низким (вероятно, 0,3% THD при номинальной мощности), осциллограф/анализатор показал, что когда он достиг своей точки отсечения, Marantz продемонстрировал большое количество более высоких порядков. продукты искажения.

    Как известно, гармонические искажения непреднамеренные продукты сигнала, генерируемые аудиоустройством, таким как громкоговоритель или усилитель , которые являются целыми числами, кратными исходному сигналу. Например, если перед аудиоустройством поставлена ​​задача воспроизвести сигнал 40 90 726 Гц 90 727, и выдает вместо 40 Гц и небольшое количество 80 Гц, Произведение 80 Гц называется гармоническим искажением.Небольшие суммы закрываются кратные (более низкого порядка) исходному сигналу едва слышны; больше количество искажений в большем кратном размере от исходного сигнала (высшего порядка) крайне неприятны для человеческого уха. (Помните о гармоническая структура западной музыки основана на октавах и терциях, поэтому 2 nd и 3 rd -порядок искажения гармонически связан с музыкой в образом, который мы не находим диссонирующим или слышимо оскорбительным. THD более низкого порядка должен быть довольно значительным прежде чем мы заметим это в негативном ключе.) Сумма всех гармоник продукты искажения обычно выражаются в процентах от исходного сигнала, или % Полная гармоника Искажение (% THD ).

    БПФ-анализ искажений усилителя Emotiva UPA-7 при ближнем отсечении — обратите внимание на более высокий уровень продуктов гармонических искажений (например, 2 кГц, 3 кГц и т. д.)

    Вкл. объем, мы могли ясно видеть, что Marantz произвел большое количество Гармоники 4-го, 5-го -го -го и 6-го -го -го порядка при нажатии в вырезку.Ресивер Pioneer для сравнения вел себя лучше и его искажение состояло в основном из 4 -го -го порядка и ниже компоненты. Приемник AR показал, безусловно, наилучшее поведение искажений, с большинство его гармоник звучат очень благозвучно 2 nd — и 3 rd -порядок продукты. Теперь, наконец, появилось конкретное, воспроизводимое, осязаемое объяснение почему некоторые усилители звучали лучше, чем другие, когда их нажимали на клиппирование.

    Расположение всех неизвестных радиосигналов и усилителей радиосигнала при эпидемии (все регионы) — эпидемия

    В эпидемии есть уникальные базовые радиостанции, которые случайным образом появляются в фиксированных местах во всех регионах.Порядок появления случайный, а скорость появления очень редкая.

    Когда вы взаимодействуете с базовым радио, оно порождает несколько зомби, которых вы должны уничтожить, чтобы базовое радио издавало уникальный сигнал с отчетливым звуком. Этот сигнал слабый.

    Затем вы должны найти три усилителя сигнала рядом с базовым радио, взаимодействуя с ними и сопоставляя звук усилителя с базовым радиосигналом. Базовая звуковая библиотека радио представляет собой фиксированный набор сигналов, но вы всегда получаете случайные звуки для каждого радио.

    Когда вы находитесь рядом с усилителями, вы услышите статический звуковой эффект. Статический звук становится громче по мере приближения к усилителям.

    После того, как вы сопоставите все три радиочастоты, вы можете вернуться к базовой радиостанции и взаимодействовать с ней, чтобы прослушать полный радиосигнал, который порождает много эссенций (очков) и уникальную кассету с классической песней из одной из старых Call of Duty. : Игры Black Ops.

    Всего вы можете получить пять песен, и они следующие:

    • Abracadavre (Инструментальная) Кевина Шервуда
    • Один Кевин Шервуд
    • Проникновение в Америку Брайана Туи и Джека Уолла
    • Авогадро Брайана Туи
    • Beauty of Annihilation (Instrumental) Кевина Шервуда
    • Храбрый Брайан Туи
    • Частота Брайана Туи
    • Поколение Брайана Туи
    • Потерян Кевином Шервудом
    • Lullaby for a Deadman (Instrumental) Кевина Шервуда
    • Парейдолия (Инструментальная) Кевина Шервуда
    • The One (Инструментальная) Кевина Шервуда

    Обратите внимание, что эти кассеты с песнями могут появляться несколько раз.Это означает, что вы можете получить дубликаты при взаимодействии с радио. Вы можете получить доступ к этим песням с помощью функции «Музыкальный проигрыватель» в Black Ops Cold War.

    Еще одна важная вещь, о которой следует помнить, это отсутствие минимального количества раундов для появления радиостанций. Радиостанции могут появляться на любом уровне сложности, будь то уровень сложности 1 или выше. Если вы не видите радио ни в одном из перечисленных ниже мест, не расстраивайтесь. Продолжайте продвигаться по уровням сложности, и вы в конце концов найдете его.Нам пришлось пропустить 6 уровней сложности в одной игре, чтобы наконец найти один.

    Еще один совет: просто проверьте локации в любом регионе, в котором вы появляетесь, и если вы не видите радио ни в одной из перечисленных локаций, перезапустите игру.

    Значок радио не виден на карте, пока вы не подойдете достаточно близко.

    Расположение усилителей не отображается на карте, даже если вы находитесь рядом с ними. Здесь вы используете статический звуковой эффект, чтобы найти усилители.К счастью для вас, мы провели исследование. В этом руководстве мы покажем вам расположение всех радиостанций и усилителей во всех регионах.

    Видеоруководство

    Альпийский

    В Альпах найдено три возможных радиолокации.

    Радио 1

    Базовая радиостанция

    Первое базовое радио находится на станции пожарной помощи. Радио находится на выступе на небольшой скале, ведущей к складу.

    Усилитель 1

    Первый усилитель радиосигнала находится внутри кабины, прямо перед базовой радиостанцией.Это первая каюта с правой стороны.

    Усилитель 2

    Второй радиосигнал находится на главной дороге к северу от станции пожарной помощи. Усилитель находится за сложенными бетонными блоками рядом с генератором.

    Усилитель 3

    Конечный усилитель находится внутри склада медицинской эвакуации на деревянных ящиках.

    Радио 2

    Базовая радиостанция

    Второе базовое радио появляется у камина в хижинах на склоне холма.

    Усилитель 1

    Усилитель находится во внутреннем дворе одной из небольших хижин, расположенных на склоне холма. Это первая каюта с правой стороны. Обойдите заднюю часть кабины, и вы найдете ее на столе.

    Усилитель 2

    Второй усилитель находится в одной из больших кают. Вы найдете его внутри левой кабины на первом этаже сразу после того, как вы достигли вершины.

    Усилитель 3

    Третий усилитель находится чуть западнее хижин на склоне холма в маленькой лачуге.

    Радио 3

    Базовая радиостанция

    Третье базовое радио находится у Замерзшего озера в каютах базы.

    Усилитель 1

    Первый усилитель находится внутри хижины сразу за замерзшим озером.

    Усилитель 2

    Второй усилитель находится во второй хижине слева (из четырех кабин, расположенных рядом с озером).

    Усилитель 3

    Конечный усилитель находится в самой северной маленькой хижине у замерзшего озера.

    Что такое усилитель сигнала и как он работает?

    Автор Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

    В этой статье мы обсудим усилители сигналов, особенно те, которые используются в мире систем сбора данных (DAQ). В конце этой статьи вы получите:

    • См. , как работают усилители сигналов DAQ
    • Узнайте больше о том, как они используются в системах сбора данных
    • Понимание применения и преимуществ этих усилителей сигналов

    Вы готовы начать? Поехали!

    Что такое усилитель сигнала?

    Усилитель сигнала представляет собой схему, которая использует электрическую энергию для увеличения амплитуды входящего сигнала напряжения или сигнала тока и выводит эту версию с более высокой амплитудой на свои выходные клеммы.Идеальный усилитель сигнала создает точную копию исходного сигнала, которая больше, но идентична во всех остальных отношениях. На практике «идеальный» усилитель невозможен, потому что ни одна схема не может идеально и пропорционально масштабировать все аспекты сигнала после определенной точки.

    Усилители сигналов являются важным компонентом тысяч устройств, включая стационарные и сотовые телефонные системы, музыкальные и громкоговорящие системы, системы сбора данных (DAQ), радиочастотные передатчики, контроллеры серводвигателей и многие другие.

    В системах сбора данных (DAQ) усилители сигналов необходимы для увеличения амплитуд от датчиков, выдающих слабые сигналы, до уровня, при котором их можно отправить в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для оцифровки. Типичный аналого-цифровой преобразователь имеет входную апертуру ±5 В. Поэтому сигналы от термопар, шунтов, тензодатчиков и т. д., которые намного ниже ±5 В, должны быть значительно усилены перед отправкой на АЦП.

    Система сбора данных IOLITE R8 и IOLITE R12 от Dewesoft с различными модулями усилителей сигналов

    Типы усилителей сигналов

    Существует несколько типов усилителей сигналов, каждый из которых может обрабатывать различные типы сигналов.Вот список некоторых распространенных усилителей сигнала, используемых в современных системах сбора данных:

    • Дифференциальные усилители
    • Изолированные усилители
    • Усилители напряжения: усилитель низкого напряжения, усилитель высокого напряжения, усилитель постоянного напряжения, усилитель переменного напряжения
    • Усилители тока
    • Пьезоэлектрические усилители
    • Усилители заряда
    • Усилители термопар
    • Тензометрические усилители: мостовой усилитель, полномостовой усилитель, полумостовой усилитель, четвертьмостовой усилитель)
    • Усилители сопротивления
    • Усилители LVDT

    Сохранение основных характеристик сигнала

    Гитарный усилитель предназначен для того, чтобы получить низкоуровневый выходной сигнал электрогитары и улучшить его звучание.Это не имеет ничего общего с точностью (которая не имеет значения в этом приложении), и все, что связано с эстетикой. Нам просто нужен хороший звук от этого сигнального усилителя, а электроника в классических ламповых усилителях специально предназначена для «окрашивания» звука, чтобы сделать его более приятным в контексте определенного типа музыки.

    Типовой усилитель для электрогитары
    Изображение Free-Photos с Pixabay

    Однако целью системы сбора данных является точное и объективное измерение сигналов.Поэтому все аспекты системы предназначены для сохранения точности сигнала. Было бы губительно, если бы система сбора данных искажала характер и природу сигнала, когда увеличивала его амплитуду. Опять же, идеальный усилитель сигнала не должен никоим образом искажать исходный сигнал. Итак, как мы можем достичь этого?

    Очень убедительные подсказки о том, какие элементы сигнала наиболее важны для сохранения, можно получить, взглянув на характеристики усилителей сигналов (также известных как «преобразователи сигналов»), используемых в лучших современных системах сбора данных.Вот элементы, которые чаще всего указываются:

    • Диапазоны ввода
    • Полоса пропускания и пропускная способность без псевдонимов
    • Частота дискретизации
    • Увеличение точности
    • Дрейф усиления
    • Линейность усиления
    • Точность смещения
    • Смещенный дрейф
    • Динамический диапазон
    • Уровень шума
    • Входное сопротивление
    • Максимальное синфазное напряжение
    • Изоляция

    Давайте рассмотрим каждую из этих спецификаций и посмотрим, как они работают в усилителях сигналов сбора данных.

    Что такое диапазон ввода?

    Входные диапазоны — это выбираемые входные усиления, которые можно применить к сигналу. В типичном преобразователе сигналов низкого напряжения они могут находиться в диапазоне от ±100 мВ до ±50 В (или выше) с несколькими промежуточными шагами.

    Пользователь выбирает входной диапазон, который лучше всего соответствует общей биполярной амплитуде сигнала. Так, например, если сигнал колеблется около (но не превышает) ± 500 мВ, идеальной была бы настройка входного диапазона ± 500 мВ. Если это недоступно в системе сбора данных, пользователь должен выбрать следующий более высокий диапазон, например, ±1 В.

    Важно, чтобы сигнал не превышал ни один из максимальных биполярных пределов выбранного входного диапазона, чтобы избежать «обрезания» крайних значений сигнала.

    Использование диапазона ±500 мВ для усиления сигнала до идеального значения ±5 В для АЦП

    Задача преобразователя сигнала заключается в последующем усилении каждого из этих диапазонов до идеального выходного сигнала ±5 В, необходимого для АЦП. Следовательно, входной диапазон ±5 В будет означать единичное усиление или соотношение между входом и выходом 1:1, тогда как выбор входного диапазона ±500 мВ будет означать, что усилитель имеет коэффициент усиления 10:1.Выбор диапазона ±200 В будет означать усиление 1:40, т. е. ослабление 40:1. Независимо от диапазона выход масштабируется до идеального значения ±5 В для подачи на АЦП.

    К этому моменту должно быть очевидно, что «усилитель» сигнала нашей системы сбора данных также должен быть «редуктором» сигнала, в зависимости от выбранного пользователем входного диапазона. Он должен работать одинаково хорошо независимо от того, усиливает ли он сигнал, ослабляет его или ни то, ни другое (единичное усиление).

    Что делать, если выбран неправильный диапазон? Что ж, если пользователь выберет слишком большой диапазон, сигнал будет очень слабым в пределах выходной апертуры ±5 В.Результатом будет меньшее разрешение при оцифровке и плохое отношение сигнал/шум.

    Выбор слишком большого диапазона ввода приводит к потере разрешения

    Использовать слишком большой диапазон — это все равно, что стоять на расстоянии 60 метров и фотографировать кошку обычной камерой… На полученном изображении будет относительно мало пикселей, содержащих кошку. Подойдите ближе, пока кошка не заполнит кадр, и все разрешение камеры не будет использовано для захвата кошки.

    Выбор слишком малого диапазона ввода приводит к «отсечению» сигнала

    С другой стороны, если стоять слишком близко, то можно сфотографировать только часть кота, верно? Части кота вообще не будут в кадре.То же самое происходит, если пользователь выбирает слишком маленький для сигнала входной диапазон: часть сигнала будет «обрезаться» и вообще не записываться.

    Слева: идеальный диапазон ввода
    В центре: слишком большой диапазон ввода
    Справа: слишком маленький диапазон ввода

    Хорошо, мы не измеряем кошек, но вы поняли: выбор правильного входного диапазона имеет решающее значение для достижения наилучшего соотношения сигнал-шум и разрешения сигнала, а также для предотвращения «обрезки» или перемодулированных измерений.

    Решение проблемы с неправильными настройками входного диапазона — технология Dewesoft DualCoreADC®

    Инженеры годами боролись с этой проблемой. Они хотят выбрать диапазон, который обеспечит им наилучшее возможное разрешение, но некоторые сигналы непредсказуемы и будут увеличиваться по амплитуде во время измерения намного больше, чем ожидалось.

    Одним из решений может быть ввод каждого сигнала в два разных входных канала в системе сбора данных:

    • Один канал настроен на лучшее разрешение для большинства тестов.
    • Другой канал устанавливается на больший диапазон для тех моментов времени, когда амплитуда сигнала резко возрастает.

    Это могло бы работать, но очень неэффективно: использование двух каналов для каждого входного сигнала потребовало бы в два раза больше систем сбора данных для выполнения той же работы. Кроме того, это сделало бы анализ данных после каждого теста намного более сложным и трудоемким.

    В усилителях Dewesoft DualCoreADC® установлено по два АЦП на каждый канал

    Технология Dewesoft DualCoreADC® решает эту проблему за счет использования двух отдельных 24-разрядных АЦП на канал и автоматического переключения между ними в режиме реального времени и создания единого бесшовного канала.Эти два АЦП всегда измеряют высокое и низкое усиление входного сигнала. Это обеспечивает полный возможный диапазон измерения датчика и предотвращает ограничение сигнала.


    Видеообзор технологии усилителя Dewesoft DualCoreADC®

    И это касается не только динамических сигналов: даже при очень медленных сигналах, например, от большинства термопар, максимально возможное разрешение по оси амплитуды может иметь решающее значение.

    Представьте себе термопару, способную выполнять измерения в диапазоне 1500°.Большую часть времени она находится в пределах ста градусов или около того, но иногда поднимается до 800° и более. Даже с таким очень медленным сигналом технология DualCoreADC® является большим преимуществом, поскольку она автоматически переключается между усилением 1 для большей части сигнала и усилением 2 во время отклонений большой амплитуды, постоянно сохраняя оптимальное разрешение по оси Y.

    Благодаря технологии DualCoreADC® системы сбора данных SIRIUS обеспечивают соотношение сигнал/шум более 130 дБ и более 160 дБ в динамическом диапазоне .Это в 20 раз лучше, чем у типичных 24-битных систем с в 20 раз меньшим уровнем шума.


    Модульная 8-канальная система сбора данных SIRIUS с усилителями DualCoreADC

    Что такое пропускная способность и пропускная способность без псевдонимов?

    Полоса пропускания, также называемая частотной характеристикой , представляет собой диапазон частот, в котором работа усилителя сигнала считается удовлетворительной. Исторически это означало, что он может воспроизводить сигнал до точки, где амплитуда сигнала все еще находится в пределах -3 дБ от его истинного значения.Эта так называемая «точка 3 дБ » также может быть выражена как сигнал с 70,7% его истинной амплитуды.

    Отображение точки «3 дБ вниз» усилителя сигнала

    Давайте рассмотрим реальный пример с усилителем сигнала SIRIUS LV (низкое напряжение). Номинальная полоса пропускания этой модели составляет 70 кГц. Отчасти это связано с тем, что SIRIUS LV не является автономным преобразователем сигналов, а также имеет полностью интегрированный АЦП. По сути, это дельта-сигма АЦП с 24-битным разрешением и встроенной фильтрацией сглаживания.

    Одной из характеристик дельта-сигма АЦП является то, что они производят выборку намного быстрее, чем выбранная частота. Они используют мощную встроенную электронику DSP для получения выходного потока данных с очень высоким разрешением по оси амплитуды, в данном случае 24-битным. Эта схема также предотвращает наложение (т. е. «ложных») сигналов, вызванное слишком медленной дискретизацией входящих сигналов.

    В результате полоса пропускания также является полосой пропускания без наложений, что означает, что в этом диапазоне сигналы с наложением частот невозможны.Усилители сигналов, которые также не включают аналого-цифровое преобразование, не могут указывать полосу пропускания без наложения, поскольку эта спецификация связана с процессом аналого-цифрового преобразования.

    Сравнение сглаживающей фильтрации SIRIUS со стандартными фильтрами 2-го, 4-го и 8-го порядка

    Для достижения наилучшей пропускной способности и результатов сглаживания используется комбинация технологий:

    • аналоговая фильтрация,
    • передискретизация и
    • цифровая фильтрация.

    Глядя на график выше, вы можете видеть, что оранжевая линия, представляющая фильтрацию SIRIUS, почти идеальна. Так как же это было достигнуто? Хорошо известно, что каждый фильтр накладывает фазовый сдвиг, так как же это возможно?

    Для достижения очень резкого спада («демпфирования») нам нужен фильтр высокого порядка . Это приводит нас к фильтрации в цифровой области, а не в аналоговой, однако цифровая фильтрация не может использоваться для предотвращения наложения спектров. Подробнее об этом можно узнать в статье Что такое аналого-цифровой преобразователь.

    Архитектура сигнальной цепи усилителя SIRIUS

    Таким образом, это возможно, если сначала выполнить фильтрацию в аналоговой области для блокировки алиасинга, а затем фильтрацию в цифровой области. Но для достижения наилучших фазовых результатов мы должны использовать фильтр FIR (Finite Infinite Response), один из самых требовательных вычислений среди фильтров, требующий большой вычислительной мощности.

    К счастью, DSP в подсистеме SIRIUS ADC способен выполнять миллионы необходимых вычислений в секунду.Кроме того, его дельта-сигма архитектура включает передискретизацию, которая повышает частоту Найквиста и улучшает качество сигнала. В результате получается очень крутой спад на предсказуемой частоте, в данном случае 70 кГц.

    Следует отметить, что существуют и другие усилители сигналов SIRIUS, такие как серия HS (высокоскоростная), которые используют более быстродействующие аналого-цифровые преобразователи и, таким образом, предлагают более широкую полосу пропускания и полосу пропускания без наложения частот. В зависимости от конкретного модуля, серия HS предлагает полосы пропускания 500 кГц, 1 МГц и 2 МГц.Кроме того, серия SIRIUS XHS предлагает полосу пропускания до 5 МГц в режиме высокой пропускной способности.

    Во всех случаях важно, чтобы прибор соответствовал области применения. Почти для каждого измерения сбора данных в физической (электрической и механической) области полоса пропускания, предлагаемая усилителями сигналов серии SIRIUS, более чем достаточна.

    Что такое частота дискретизации (частота дискретизации)?

    При выборе системы сбора данных большинство людей рассматривают частоту дискретизации как максимальную скорость автомобиля.«Как быстро эта штука может двигаться?»

    Racecar Изображение Peter Fischer с сайта Pixabay

    Конечно, это важный вопрос, но мы также должны учитывать эффективную пропускную способность и пропускную способность системы без алиасов (см. предыдущий раздел), поэтому эта спецификация, возможно, более важна.

    Частота дискретизации — это просто скорость или скорость, с которой аналого-цифровой преобразователь в системе сбора данных может производить выборку входящих аналоговых данных от усилителя сигнала.Это явно связано с пропускной способностью, которую мы обсуждали выше.

    Если мы продолжим использовать SIRIUS в качестве нашего примера, эти модули доступны в двух вариантах:

    • SIRIUS DualCore и HD (высокая плотность): максимальная частота дискретизации: 200 квыб/с/канал
    • SIRIUS HS (высокая скорость): Максимальная частота дискретизации: 1 Мвыб/с/канал
    • SIRIUS XHS (сверхвысокая скорость): Максимальная частота дискретизации: 15 Мвыб/с/канал

    Где:

    • «S/s/ch» = выборки в секунду на канал.

    Все каналы оцифровываются одновременно, поэтому, если мы записываем 8 каналов со скоростью 1 Мвыб/с/канал, то на диск записывается 8 миллионов отсчетов в секунду. Общепринятой практикой является использование термина «выборки» для обозначения слова данных, а не «байтов», потому что выборка состоит из более чем одного байта. В 16-битной системе выборка занимает два байта, а в 24-битной системе — четыре байта. Так что более полезно и менее запутанно использовать термин «образцы».

    Таким образом, хотя частота дискретизации не имеет прямого отношения к аналоговой части самого усилителя сигнала, в случае SIRIUS со встроенной системой АЦП это является серьезной проблемой из-за тесной интеграции аналоговых и цифровых элементов усилителя. цепь сигнала.Как было показано ранее, эти секции были спроектированы как единая система для достижения наилучшей производительности.

    Что такое точность усиления?

    Точность усиления — это точность, с которой усилитель сигнала может усиливать сигнал. Например, если у нас есть входящий сигнал 1,287 В, и мы просим наш усилитель увеличить его амплитуду в 10 раз, усилитель должен дать нам выходной сигнал 12,870 В: в этом примере ровно в 10 раз больше. Разница между идеальным усилением и фактическим усилением является ошибкой усиления.

    Идеальный усилитель сигнала вообще не имел бы ошибки усиления, но в действительности в каждой системе есть какая-то ошибка.

    Точность усиления также может быть выражена в терминах «ошибки усиления», которая является просто обратной величиной точности усиления.

    Общие сокращения для этой метрики включают «% FS» для процента полной шкалы и «% RD» для процента чтения.

    Ошибка усиления — это измерение величины, обычно выражаемое в процентах от фактического показания сигнала.Но его также можно указать в процентах от полной шкалы, которые могут быть самыми разными. Как?

    Используя пример с круглыми числами, рассмотрим эти две гипотетические системы: каждая из них указывает точность усиления своего диапазона 10 В, равную 1%.

    Гипотетическая система A указывает ошибку усиления при считывании, а гипотетическая система B указывает ее на полной шкале. Какая разница?

    Для проверки мы вставляем в обе системы одинаковый сигнал 10 В.Когда сигнал равен 10 В, а наш диапазон равен 10 В, ошибка усиления должна быть одинаковой в системах A и B.

    Но… а если уменьшить амплитуду сигнала до 5В, что будет?

    Система А имеет ошибку усиления показаний 1%, поэтому процент ошибки усиления зависит от амплитуды показаний и остается постоянным. Какой бы сигнал ни находился в этом диапазоне, ошибка усиления не меняется — это всегда один и тот же процент от показания сигнала.

    Система B имеет погрешность усиления 1 % независимо от показаний, поэтому, когда амплитуда сигнала уменьшается на 50 %, но диапазон остается на уровне 10 В, ошибка удваивается.Если мы еще больше снизим сигнал до 1 В, ошибка усиления может быть в 10 раз хуже, чем 1% или 10%.

    Вот почему важно посмотреть, как на самом деле указывается усиление.

    Модуль SIRIUS LV имеет спецификацию точности усиления ±0,05% от показаний. Это означает, что независимо от того, какая амплитуда сигнала находится в заданном диапазоне, точность усиления (ошибка) не изменится.

    Что такое дрейф усиления?

    Дрейф усиления правильнее называть « Температурный дрейф усиления », потому что это величина ошибки усиления, которая может быть вызвана изменениями температуры окружающей среды.Поэтому дрейф коэффициента усиления обычно выражается как количество частей на миллион на градус изменения температуры.

    Температура выражается либо в градусах Цельсия, либо в единицах СИ К (Кельвин). Обратите внимание, что хотя их нуль или точки отсчета резко различаются, Кельвин и Цельсий имеют одинаковую величину. Таким образом, один градус Цельсия равен одной единице Кельвина.

    Усилитель сигнала SIRIUS LV является хорошим примером этой спецификации. Его дрейф усиления определяется как:

    • Типичное значение 10 ppm/K, макс.30 частей на миллион/К

    Таким образом, в этом случае предоставляются две характеристики: типичный дрейф, ожидаемый в повседневных условиях эксплуатации, и наихудший (максимальный) дрейф, который может наблюдаться в экстремальных условиях. В этом случае типичный дрейф будет составлять 10 частей на миллион на единицу Кельвина (по сути, то же самое, что и «на градус Цельсия»).

    «Части на миллион» определяет долю отклонения коэффициента усиления при изменении рабочей температуры.

    Еще один способ, которым вы можете увидеть заданный дрейф усиления, выглядит следующим образом:

    В этом случае указывается дрейф ppm на градус плюс дополнительное напряжение (в данном примере 100 мкВ) на градус C, которое необходимо сложить вместе, чтобы определить максимальный дрейф коэффициента усиления на градус C изменения температуры.

    Конечно, нам нужно знать, с чего начать, поэтому производители обычно указывают базовую рабочую температуру или диапазон рабочих температур рассматриваемого прибора.

    Что такое линейность усиления?

    Линейность относится к тому, насколько хорошо усилитель может выводить усиленные сигналы, которые являются точными копиями сигналов, подаваемых на него. Конечно, ни один усилитель не идеален, но линейный усилитель разработан специально для решения этой задачи.Системы сбора данных предназначены для проведения точных измерений, поэтому вряд ли их преобразователи сигналов коренным образом изменят характер измеряемых сигналов.

    Мы хотим, чтобы наш усилитель максимально точно копировал исходный сигнал, но просто с другой амплитудой. Конгруэнтность входящей и исходящей волновых форм должна быть одинаковой, плюс-минус очень небольшое искажение или «нелинейность».

    На примере формирователя сигналов SIRIUS LV этот модуль имеет характеристику линейности усиления <0.02%, что просто означает, что линейность усиленного сигнала по сравнению с исходной формой волны может отличаться только в пределах 0,02%.

    Что такое точность смещения?

    В отличие от точности усиления, которая больше зависит от величины усиливаемого сигнала, точность смещения связана с точным позиционированием базовой линии сигнала по оси Y.

    Давайте рассмотрим пример простой синусоидальной волны переменного тока при ±1,000 В. Центральная линия этого сигнала находится точно при 0,000 В. Если наш формирователь сигнала настроен на усиление этой синусоидальной волны до ±5.000 В, мы по-прежнему хотим, чтобы наша базовая линия была на уровне 0,000 В, верно? Точность смещения определяет, насколько хорошо наш формирователь сигналов может ПОДДЕРЖИВАТЬ базовую линию сигналов, которые он усиливает.

    В случае SIRIUS LV спецификация точности смещения дается как до, так и после встроенного симметричного усилителя. Из-за очень широкого диапазона этого усилителя технические характеристики немного отличаются в зависимости от диапазона.

    • В наиболее чувствительном диапазоне ±100 мВ точность смещения составляет ±0.1 мВ.
    • В наименее чувствительном диапазоне ±200 В точность смещения составляет ±40 мВ.

    Таким образом, эти значения являются абсолютными, как и точность смещения ±0,1 мВ, когда выбран диапазон ±100 мВ. Это очень впечатляющее число, из-за которого, на первый взгляд, точность смещения 40 мВ ниже этого значения кажется намного хуже. Но это не так, потому что это значение находится в диапазоне ±200 В, что в 2000 раз больше диапазона ±100 мВ!

    Что такое дрейф смещения?

    Как и в случае характеристики дрейфа усиления, которую мы обсуждали ранее, дрейф смещения представляет собой тенденцию изменения этого параметра с течением времени в зависимости от изменений рабочей температуры окружающей среды.

    В нашем примере с преобразователем сигналов SIRIUS LV дрейф смещения определяется как:

    • Типичное значение 0,3 мкВ/K + 5 ppm диапазона/K, макс.: 2 мкВ/k + 10 ppm диапазона/K

    Опять же, здесь фактически представлены две характеристики: типичный дрейф в нормальной рабочей среде и максимальный дрейф, когда система используется в экстремальных рабочих условиях.

    Таким образом, в типичной рабочей среде спецификация дрейфа смещения составляет:

    • 0.3 мкВ (0,000003 В) на единицу Кельвина ПЛЮС 5 ppm (0,000005) выбранного ДИАПАЗОНА на единицу Кельвина

    Что такое динамический диапазон?

    Динамический диапазон, пожалуй, проще всего объяснить с помощью музыки. Одним из преимуществ музыкального компакт-диска на момент его появления по сравнению с виниловыми пластинками и кассетами был его динамический диапазон. По сути, это просто разница между самым тихим и самым громким звуком, который может выразить среда.

    Громкость звука имеет логарифмическую природу, поэтому динамический диапазон выражается в децибелах (дБ).

    В то время как кассетная лента может достигать 50–60 дБ динамического диапазона, а виниловая пластинка со скоростью вращения 33 ⅓ оборотов в минуту предлагает динамический диапазон 55–70 дБ, музыка на компакт-диске может достигать 96 дБ и даже выше при использовании шума. формирование человеческого уха.

    Динамический диапазон — это отношение между неискаженным сигналом наибольшей амплитуды и сигналом наименьшей амплитуды. Чтобы измерить это таким образом, чтобы его можно было повторить в разных системах, сигнал, подобный чистой синусоидальной волне с частотой 1 кГц, и фиксированная величина, например 1.228 VRMS вводится в качестве известного эталона.

    В случае SIRIUS LV спецификация динамического диапазона дается для каждого выбираемого пользователем диапазона при частоте дискретизации 10 квыб/с:

    • В наиболее чувствительном диапазоне ±100 мВ динамический диапазон составляет 130 дБ
    • В наименее чувствительном диапазоне ±200 В динамический диапазон составляет 136 дБ

    Так как же Dewesoft достигает такого широкого динамического диапазона? Обычные системы сбора данных имеют характеристики динамического диапазона ниже 100 дБ.

    Первое объяснение — использование технологии 24-битного дельта-сигма АЦП. Упомянутый выше музыкальный компакт-диск является стандартом 1980-х годов, который позволяет хранить на компакт-диске только 16-битную музыку. Если учесть, что каждый отдельный бит, который мы добавляем к разрешению, удваивает количество значений, которые могут быть выражены, становится ясно, что 24-битные АЦП обеспечивают гораздо большее квантование, чем 16-битные АЦП.

    Но это только начало, потому что даже другие системы сбора данных с аналогичными 24-битными АЦП не соответствуют этим спецификациям.Технология DualCoreADC® от Dewesoft использует два отдельных 24-битных АЦП на канал и автоматически переключается между ними в режиме реального времени, создавая единый бесшовный канал. Эти два АЦП всегда измеряют высокое и низкое усиление входного сигнала. Это обеспечивает полный возможный диапазон измерения датчика и предотвращает ограничение сигнала.

    Посмотрите обзорное видео DualCoreADC

    Благодаря технологии DualCoreADC® SIRIUS достигает отношения сигнал/шум более 130 дБ и более 160 дБ в динамическом диапазоне .Это в 20 раз лучше, чем у типичных 24-битных систем с в 20 раз меньшим уровнем шума.

    Что такое отношение сигнал-шум (SNR)?

    Как следует из названия, это соотношение между полезным содержанием сигнала и фоновым или нежелательным содержанием сигнала (шумом), проникшим в цепочку сигнала. Отношение сигнал/шум (часто сокращенно S/N или SNR) выражается в децибелах (дБ)

    Эта спецификация тесно связана с описанным выше динамическим диапазоном. Технология Dewesoft DualCoreADC значительно улучшает отношение сигнал/шум в измерительных системах SIRIUS за счет использования двух независимых 24-битных АЦП, настроенных на две разные апертуры усиления, а затем объединения их потоков в один поток с минимально возможным уровнем шума и наилучшей динамической динамикой. дальность и отношение сигнал/шум.

    Что такое уровень шума?

    Тесно связанный с отношением сигнал/шум, описанным выше, «минимальный уровень шума» представляет собой просто сумму всех нежелательных сигналов, называемых «шумом», присутствующих в измерительной системе. Это легко представить в усилителе звука, потому что шум можно буквально услышать за тихими пассажами музыки. Но он присутствует во всех системах, особенно в тех, которые усиливают электронные сигналы до более высокого уровня.

    Можно измерить минимальный уровень шума системы с помощью анализатора спектра.

    Поскольку мы не можем точно измерить любой сигнал, средняя амплитуда которого ниже минимального уровня шума, важно знать и понимать этот параметр.

    Как и отношение сигнал/шум, минимальный уровень шума выражается в децибелах (дБ).


    Формирователь сигналов IOLITE 8xTH

    В качестве примера рассмотрим Dewesoft IOLITE 8xTH. Это изолированный 8-канальный формирователь сигналов термопары. Минимальный уровень шума указан для двух частот дискретизации и двух коэффициентов усиления:

    .
    ИОЛИТ 8xTH в диапазоне ±1 В при диапазоне ±10 В
    Типовой минимальный уровень шума при 10/100 с/сек 114 дБ / 105 дБ 109 дБ / 100 дБ

    Таким образом, наилучшая спецификация 114 дБ — это когда мы дискретизируем со скоростью 10 имп/с и в диапазоне ±1 В.

    Что такое входное сопротивление?

    Пользователи системы сбора данных

    склонны говорить, что вход с высоким импедансом лучше, чем вход с низким импедансом. Но почему? По сути, чем выше импеданс входа, тем меньше тока он будет потреблять от подключенного источника сигнала. Это предпочтительнее, потому что чем меньший ток пропускает наш усилитель сигнала, тем меньше он влияет на качество измерения. В результате почти все системы сбора данных, вольтметры и осциллографы имеют вход с высоким входным сопротивлением.

    Типовой датчик давления в шинах
    Изображение OpenClipart-Vectors с Pixabay

    Представьте, что вы измеряете давление воздуха в шине своего автомобиля. Когда вы подсоединяете манометр, он позволяет небольшому количеству воздуха выйти из вашей шины, чтобы произвести измерение.

    В этой аналогии идеальным манометром в шинах будет «высокий импеданс» в том смысле, что он почти не влияет на воздух в вашей шине. Но манометр с «низким импедансом» позволит выйти большому количеству воздуха, что приведет к заметному сдуванию шины и снижению ее производительности.Это также может привести к неверным показаниям. Высокий входной импеданс не будет «нагружать» источник сигнала, что приведет к неправильным показаниям, поэтому он предпочтительнее.

    Но что такое «входной импеданс»?

    По сути, импеданс представляет собой сумму сопротивления цепи протекающему току (импедансу) в нашу измерительную систему. Импеданс — векторная величина, состоящая из двух независимых скалярных элементов: сопротивления (статического) и реактивного сопротивления (динамического). Вектор относится к двумерной величине.В данном случае он состоит из двух одномерных (скалярных) элементов: сопротивления (R) и реактивного сопротивления (X).

    Импеданс обозначается символом Z и выражается в Омах (Ом).

    Обратная величина импеданса (1/Z) называется проводимостью, т. е. величиной тока, потребляемого входом от источника сигнала.

    Идеальный вход DAQ должен иметь бесконечный импеданс. На практике входные импедансы систем сбора данных, вольтметров и т. д. обычно находятся в диапазоне 1 МОм. Формирователи сигналов Dewesoft обычно также имеют этот вход Z, хотя некоторые модели или линейки модулей имеют вход Z до 10 МОм.Возьмем, к примеру, модуль SIRIUS LV (низкое напряжение), который обеспечивает вход Z 1 МОм в диапазоне ±200 В, все остальные диапазоны обеспечивают вход Z 10 МОм.

    Кроме того, модуль SIRIUS HV (высоковольтный) обеспечивает входное сопротивление Z, равное 10 МОм || 2 пФ, где || символ означает «параллельно с».
    Системы измерения входного импеданса, такие как осциллографы и системы сбора данных, часто определяют свой вход Z как сопротивление параллельно с емкостью, которая обычно имеет очень маленькое значение. 2 пФ = 2 пикофарад, т.е.е., 2 миллиардные доли фарада.

    Максимальное синфазное напряжение

    Во-первых, что такое синфазное напряжение? Синфазные напряжения — это нежелательные сигналы, которые попадают в измерительную цепь, обычно из кабеля, соединяющего датчик с измерительной системой. Эти напряжения искажают реальный сигнал, который мы пытаемся измерить.

    В зависимости от их амплитуды они могут варьироваться от «незначительного раздражения» до полного затемнения реального сигнала и нарушения измерений.Они называются «общим режимом», потому что они входят как в положительный, так и в отрицательный входные клеммы.


    Изображение дифференциального усилителя

    Самый простой подход к устранению синфазных сигналов заключается в использовании дифференциального усилителя. Этот усилитель имеет два входа: положительный и отрицательный. Усилитель измеряет только разницу между двумя входами.

    Сигналы, общие для обеих линий, будут отклонены дифференциальным усилителем, и будет пропущен только сигнал, как показано на рисунке ниже:


    Дифференциальный усилитель успешно устраняет синфазные напряжения в пределах входного диапазона CMV

    Это прекрасно работает, но существуют ограничения на то, какое синфазное напряжение (CMV) может подавлять усилитель.Когда CMV, присутствующий на сигнальных линиях, превышает максимальный входной диапазон CMV дифференциального усилителя, он «обрезается». Результатом является искаженный, непригодный для использования выходной сигнал, как показано ниже:


    Дифференциальный усилитель искажает или «обрезает», когда его входной диапазон CMV превышается

    Поскольку все входы системы Dewesoft являются дифференциальными, а большинство из них также изолированы, заданная максимальная синфазная характеристика фактически представляет собой совокупность обеих мер защиты. Давайте посмотрим на один пример, чтобы увидеть, как указано максимальное синфазное напряжение:

    SIRIUS STG — это многофункциональный модуль, который работает с любым типом тензодатчиков, а также может напрямую измерять напряжение и сопротивление, а также обрабатывать широкий спектр других типов входных данных с использованием адаптеров серии DSI, включая зарядные и IEPE-акселерометры, термопары, LVDT и многое другое.Он доступен как в дифференциальной, так и в дифференциальной + изолированной версиях.

    SIRIUS STG Макс. Спецификация синфазного напряжения:

    • Изолированное исполнение: ±500 В
    • Дифференциальное исполнение: при 50 В диапазон: ±60 В; @все другие диапазоны: ±12 В

    Если максимальный CMV дифференциальной версии подходит для применения, эта модель подходит. Но если синфазные напряжения выше ожидаемых в спецификации, следует использовать изолированную версию, поскольку она обеспечивает защиту синфазного напряжения ±500 В.

    Изоляция

    В тех случаях, когда максимальное синфазное напряжение дифференциального входного усилителя недостаточно велико, необходим дополнительный уровень защиты от ЦМВ, электрических помех и контуров заземления: изоляция.

    Входы изолированного усилителя «плавают» выше синфазного напряжения. Они конструируются с изоляционным барьером с напряжением пробоя 1000 вольт и более. Это позволяет им подавлять очень высокий шум CMV и устранять контуры заземления.

    Изолированный дифференциальный усилитель подавляет даже очень высокие CMV

    Изолированные усилители создают этот изолирующий барьер с помощью крошечных трансформаторов для развязки («поплавка») входа и выхода, небольших оптронов или емкостной связи.Последние два метода обычно обеспечивают наилучшую пропускную способность.

    Изоляция обычно указывается в напряжении. Например, все усилители Dewesoft SIRIUS рассчитаны на изоляцию 1000 В, а модуль высокого напряжения получает дополнительную сертификацию CAT II на этом уровне. Среди прочего рейтинги CAT относятся к тому, насколько система способна выдерживать переходные процессы на заданных уровнях.

    Для получения более подробной информации о том, как выполняется изоляция, типах изоляции и рейтингах CAT, см. статью «Измерение напряжения» в этой серии.
     

    Резюме

    Мы надеемся, что эта статья расширила ваше понимание усилителей сигналов, а также основных технологий и терминологии, лежащих в их основе. Понимание того, как работают усилители сигналов и как лучше интерпретировать их характеристики, несомненно, поможет вам сделать правильный выбор при выборе систем сбора данных.

    Что делает автомобильный усилитель для автомобильной аудиосистемы? – Улучшить caraudio.com

    Всем нравится фантастическая и громкая автомобильная стереосистема, и я не исключение, но нужен ли для этого автомобильный усилитель?

    Существует множество ключевых компонентов, которые используются для улучшения насыщенного звука, прокачиваемого через динамики вашего автомобиля, но усилитель является их центром.

    Итак, что автомобильный усилитель делает для автомобильной аудиосистемы?

    Автомобильный усилитель увеличивает мощность стереосистемы и усиливает звук, проходящий через динамики системы, без искажения или потери качества звука.

    Каждая автомобильная аудиосистема имеет встроенный усилитель, который воспроизводит мелодии через динамики.

    Когда большинство людей говорят о добавлении усилителя к своей автомобильной стереосистеме, они имеют в виду внешний усилитель, который еще больше увеличивает мощность звука.

    Внешние автомобильные усилители различаются по мощности и количеству каналов. Правильный выбор зависит от того, сколько у вас динамиков и какой мощности вы хотите на них подать.

    Как партнер Amazon, ImproveCarAudio будет получать небольшую комиссию от соответствующих покупок, совершенных по ссылкам в этой статье.

    Какие автомобильные аудиосистемы выигрывают от усилителя

    Любой тип автомобильной аудиосистемы выиграет от усилителя, благодаря которому музыка, льющаяся через динамики, станет громче и четче, а система сможет быстро и без проблем переключаться между уровнями.

    Когда вы слушаете заводскую стереосистему, существует определенный уровень децибел, при котором система достигает максимума. Прибавьте еще немного, и музыка исказится, лопнет, и ясность пропадет.

    Несмотря на то, что усилитель усиливает стереофонический сигнал, наибольшую выгоду получают выходы. Динамики и сабвуфер являются основными благодетелями усилителя, так что вы должны добавить и их.

    Это позволяет вам обновить оба и получить высококачественный звук, который вы ищете, без необходимости обновления оригинальной стереосистемы.

    Добавление усилителя может оживить ваши динамики.

    Размеры

    ампер классифицируются по мощности, подаваемой на каждый динамик. Они варьируются от 20 Вт на канал на нижнем уровне до более тысячи на верхнем уровне.

    Мощность от 100 до 200 Вт на канал является наиболее распространенным диапазоном и добавит хороший импульс и уровень звука в аудиосистему: мощность 150 Вт плюс используется для больших автомобилей, а мощность 200 Вт используется для того, чтобы вышибить ваши двери.

    Я обнаружил, что в моем грузовике усилителя мощностью 50 Вт на канал более чем достаточно, в то время как моему более крупному внедорожнику требуется усилитель мощностью 75 Вт на канал, чтобы действительно поднять звук во всем автомобиле.

    Компактному или среднему автомобилю подойдет мощность 40 Вт, в то время как для более крупного седана может также потребоваться мощность 100 Вт или больше. Количество динамиков и внутренний объем автомобиля определят размер, который вам нужен.

     

     Усилитель — это то же самое, что и предусилитель?

    Нет. Хотя они служат той же цели, то есть увеличению выходной мощности системы, предварительный усилитель усиливает низкоуровневый сигнал до нормального уровня, после чего усилитель может передать его на динамики.

    По сути, предусилитель повышает уровень аудиосигнала до уровня, достаточного для того, чтобы усилитель мог взять его на себя.

    Нужен ли мне усилитель, если я покупаю новые динамики?

    Несмотря на то, что вам не нужен усилитель при замене автомобильных динамиков, в конечном итоге вы можете не получить от них максимальную отдачу. Как правило, послепродажные динамики рассчитаны на более высокую мощность, чем заводские.

    Оригинальная стереосистема сама по себе может не иметь достаточной мощности, чтобы дать вам полное впечатление от новых динамиков.

    Как правильно выбрать усилитель для автомобильной аудиосистемы

    Существует так много вариантов усиления автомобильного звука, что вам нужно сначала подумать о том, чего вы хотите достичь.

    Размер и количество динамиков в вашем автомобиле могут помочь вам решить, какой усилитель вам нужен. Чем больше места в вашем автомобиле можно заполнить звуком, тем больше ватт вам потребуется от усилителя. Вы также можете подумать, какие другие части вашей автомобильной аудиосистемы вы собираетесь обновить, если таковые имеются.

    Простой 4-канальный усилитель повысит качество звучания всех четырех динамиков. Если у вас более четырех динамиков, для них также есть 5, 6 и 8-канальные усилители.

    Например, если у вас в машине четыре динамика и вы хотите добавить сабвуфер, вы можете приобрести 5-канальный усилитель со специальным каналом только для дополнительной мощности сабвуфера.

    Если вы перестраиваете всю свою аудиосистему и хотите добавить больше мощности, более качественные динамики и сабвуфер с басами, вам понадобится усилитель для ваших динамиков и отдельный моноусилитель только для сабвуфера.

    Отдельный моноусилитель будет предназначен для сабвуфера и не будет потреблять мощность для динамиков.

    Где усилитель находится в моей машине?

    Несмотря на то, что существует множество вариантов установки усилителя в автомобиле, в наши дни существует так много тонких вариантов, что их можно легко вставить под сиденье или за компоненты передней панели.

    Более крупные и сложные системы требуют некоторой изобретательности, чтобы разместить усилитель в незаметном месте, хотя многие предпочитают отказаться от места в багажнике в пользу усилителя и сабвуфера.Есть наборы для самостоятельной сборки, если вы разбираетесь в этих типах установок, но есть много сетей магазинов и специализированных предприятий, которые предлагают установку по цене.

    В конце концов, это будет зависеть от размера усилителя, который вам нужен, и от того, сколько вы готовы за него заплатить, поскольку более тонкие версии обычно стоят дороже.

    Сколько стоят усилители?

    Стоимость усилителя зависит от многих факторов, так как они бывают самых разных размеров с множеством различных функций. Небольшие двухканальные усилители будут стоить около 50 долларов, тогда как усилитель известного бренда с 8 каналами может стоить более 1300 долларов.

    Как мы обсуждали ранее, это во многом зависит от ваших потребностей и того, что вы хотите получить от своего усилителя.

    Если вы используете все свое оригинальное стереооборудование, рекомендуется использовать менее дорогой усилитель меньшего размера. Если вы хотите отремонтировать всю свою систему и придать музыке настоящий шарм, обратите внимание на более крупную и дорогую модель, которая сможет адекватно работать со всеми вашими динамиками и сабвуфером.

    О чем следует подумать дальше

    Мы обсудили, как работают автомобильные усилители и на что следует обращать внимание, если вы собираетесь купить их на рынке. Вот список того, что нужно иметь в виду:

    • Насколько велика моя машина и сколько места можно заполнить звуком?
    • Что я хочу получить от усилителя?
    • Собираюсь ли я сохранить свою текущую аудиосистему или обновить другие компоненты, такие как динамики и сабвуфер?
    • Сколько динамиков у меня есть или я хочу их приобрести?
    • Какой размер усилителя мне нужен для установки, которую я собираюсь установить?
    • Сколько я в конечном итоге хочу потратить?
    • Могу ли я установить его самостоятельно, или я должен искать профессиональную установку?

    Лично я обнаружил, что заводские динамики, которые устанавливались в моих автомобилях, не подходили для того типа музыки и той громкости, которую я люблю слушать.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.