УСИЛИТЕЛИ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ
Усилители мощности выполняют функции оконечных каскадов усилителей 34 и предназначены для создания необходимой мощности на внешней нагрузке, которой обычно является акустическая система.
В комплексах высококачественного звуковоспроизведения усилитель мощности обычно выполняют в виде отдельного блока (или субблока). Он не содержит корректирующих АЧХ элементов и имеет плоскую АЧХ в широком диапазоне частот. В этом блоке не предусматривают никаких регулировок. Устанавливается лишь индикатор уровня выходной мощности. Уровень входного сигнала для этого усилителя нормируется, и обычно он равен 775±50 мВ. Усилитель мощности имеет большую выходную мощность (более 10 Вт), минимальный уровень собственных шумов (ниже — 60 дБ) и коэффициент гармоник меньше 1%. Фазо-частотная характеристика усилителя линейиа в диапазоне частот 20 Гц... 30 кГц.
Значительный запас мощности, которым обладает усилитель, позволяет получить большой динамический диапазон громкостей, что повышает естественность звучания, улучшает стабильность работы при номинальной мощности и обеспечивает незначительные нелинейные искажения. Максимальная выходная мощность, которая может быть передана в нагрузку, определяется максимальными значениями напряжения, действующего на выходе усилителя, и тока, протекающего через усилитель при заданной нагрузке. Эти значения целиком и полностью определяются параметрами выходных транзисторов. Поэтому для усилителей мощности характерным является применение в оконечном каскаде высоковольтных транзисторов повышенной мощности, потребляющих от источников питания большую энергию. В свою очередь, максимальное использование оконечных транзисторов по напряжению и току приводит к росту нелинейных искажений.
Снижение уровня нелинейных искажений достигается в основном введением глубокой ООС. Однако при этом возрастает запаздывание сигнала на выходе и в цепи ООС, что является причиной динамических искажений.
На слух динамические искажения проявляются в виде потери высших частот, в неестественном оттенке звучания, так называемом «транзисторном звуке». Степень динамических искажений оценивается по скорости нарастания выходного напряжения усилителя мощности. Для уменьшения динамических искажений в высококачественных усилителях глубина ООС ограничивается в пределах 20... ... 30 дБ. В качестве оконечных применяют мощные высокочастотные биполярные или полевые транзисторы, которые позволяют расширить диапазон усиливаемых частот и тем самым повысить быстродействие усилителя. Меры, принимаемые для снижения динамических искажений, приводят к возрастанию нелинейных искажений, и условие обеспечения их (динамических и нелинейных искажений) на низком уровне является противоречивым.
Часто для снижения нелинейных искажений для усилителей малой мощности выходной каскад работает в режиме А. Однако это затрудняет термостаби-лизацию большого тока покоя транзисторов выходного каскада и снижает КПД усилителя.
В настоящее время в основном применяют бестрансформаторные выходные каскады, которые реализуют на трех-, четырехэлементных составных транзисторах при нескольких параллельно соединенных выходных транзисторах. Для них обычно предусматривается уетройство защиты при перегрузке сигналом большого уровня и при коротком замыкании на выходе.
Качественные показатели усилителей мощности, их физические размеры в основном определяют качество всего усилительного устройства и поэтому неудивительно, что разработчики аппаратуры высококачественного звуковоспроизведения уделяют наибольшее внимание созданию высококачественных усилителей мощности. Поскольку требования к. снижению нелинейных и динамических искажений являются противоречивыми, то это является источником поиска для разработчиков, это же обстоятельство объясняет многообразие технических решений, появляющихся ;в последнее время.
К основным параметрам усилителей мощности звуковой частоты относятся следующие:
максимальная выходная мощность Ртах [Вт] — выходная электрическая мощность на частоте 1 кГц при значении коэффициента гармоник 10%;
номинальная выходная мощность РЯОм [Вт] — выходная электрическая мощность, при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц;
номинальная выходная мощность в полосе рабочих частот Рном (Дf) [Вт] — минимальная выходная электрическая мощность в диапазоне частот 20 Гц... 20 кГц при значении коэффициента гармоник, заявленного для этого усилителя на частоте 1 кГц;
коэффициент гармоник КГ [%] — коэффициент нелинейных искажений, когда входным низкочастотным сигналом является синусоидальное напряжение;
коэффициент гармоник в режиме малой выходной мощности Кг (50 мВт) [%] — коэффициент гармоник, измеренный при выходной мощности 50 мВт;
коэффициент гармоник в полосе частот Kг (Дf) [%] — максимальный коэффициент гармоник в диапазоне частот 20 Гц... 20 кГц при номинальной выходной мощности;
отношение сигнал-шум [дБ] — логарифм отношения выходного напряжения усилителя при номинальной мощности к среднеквадратическому напряжению шумов усилителя в полосе частот 20 Гц... 20 кГц;
нормированная АЧХ [дБ] — зависимость нормированного значения усиления G от частоты; G = 20 lg (К/Ко), где К — коэффициент усиления усилителя в диапазоне частот, Ко — коэф.фициент усиления на частоте 1 кГц;
полоса рабочих частот Аf [Гц] — диапазон частот, внутри которого нормированная АЧХ усилителя имеет неравномерность не более ±1,5 дБ, измеряют приPвых = 0,1 РНОМ;
фазо-частотная характеристика Аф [градус] — зависимость фазового сдвигаДф между составляющими входного и выходного напряжения от частаты f; ДФН — значение Дф на частоте 20 Гц (нижнее), Дфв — значение Аф на частоте 20 кГц (верхнее);
коэффициент нелинейности фазовой характеристики бф [градус] — наибольшее отклонение фазовой характеристики реального усилителя относительно идеальной фазовой характеристики, изменяющейся по линейному закону; бфн — значение б (ф) на частоте 20 Гц, б (фв) — значение б (ф) на частоте 20 кГц;
максимальная скорость нарастания выходного напряжения Vmax [В/мкс] — максимальное отношение ДUВЫх/Дt, где Дt — интервал времени, за который происходит изменение выходного напряжения Uвых на значение ДUВых на участке с наиболее крутым фронтом.
Далее будут описаны усилители мощности, согласованные по входу с выходами узлов, описанных ранее « обеспечивающих согласованную работу на восьми- и четырехомную нагрузку. Чтобы получить приводимые технические характеристики, монтаж усилителей должен соответствовать приведенным чертежам печатной платы и монтажной схемы. Изменение компоновки может привести к ухудшению коэффициента гармоник и отношения сигнал — шум. В качестве материала печатных плат во всех случаях использован односторонний фольгиро-вгнный стеклотекстолит толщиной 1,5 мм.
Усилитель мощности с балансным дифференциальным входным каскадом,Он имеет следующие основные технические характеристики:
Номинальная выходная мощность....... 55 Вт
Коэффициент гармоник.......... 0,07%
Полоса рабочих частот . . . . , , . . . . 20... 50 000 Гп
Отношение сигнал-шум.......... 89 дБ
Напряжение питания........... ±36 В
Ток покоя............ . . 100 мА
Полные технические характеристики усилителя приведены в табл. 4.
Таблица 4
Дата добавления: 2018-11-25; просмотров: 769;