Різноманіття вживаних стандартів вимірювання вихідної потужності підсилювачів і потужності колонок може збити з пантелику будь-кого. Ось блоковий підсилювач солідної фірми 35 Вт на канал, а ось дешевенький музичний центр з наклейкою 1000 Вт.
Таке порівняння викличе явне здивування у потенційного покупця. Саме час звернутися до стандартів ...
Стандарти потужності (DIN, RMS, PMPO)
номінальна потужність - потужність при середньому положенні регулятора гучності підсилювача, при якій інші параметри пристрою відповідають заявленим в технічному описі.
В Європі використовується два параметри потужності - номінальна і синусоїдальна. Це знайшло своє відображення в назвах акустичних систем і позначеннях динаміків. Причому, якщо раніше в основному використовувалася номінальна потужність, то тепер частіше - синусоїдальна. Наприклад, колонки 35АС згодом отримали позначення S-90 (номінальна потужність 35 Вт, синусоїдальна потужність 90 Вт)
синусоїдальна потужність - потужність, при якій підсилювач або колонка може працювати протягом тривалого часу з реальним музичним сигналом без фізичного пошкодження. Зазвичай в 2 - 3 рази вище номінальної.
Західні стандарти ширші, як правило, використовуються DIN, RMS і PMPO.
DIN - приблизно відповідає синусоїдальної потужності - потужність, при якій підсилювач або колонка може працювати протягом тривалого часу з сигналом «рожевого шуму» без фізичного пошкодження.
RMS (Rated Maxmum Sinusoidal) - Максимальна (гранична) синусоїдальна потужність - потужність, при якій підсилювач або колонка може працювати протягом однієї години з реальним музичним сигналом без фізичного пошкодження. Зазвичай на 20 - 25 відсотків вище DIN.
PMPO (Peek Music Power Output) - Музична потужність (позамежна :-)) - потужність, яку динамік колонки може витримати протягом 1 -2 секунд на сигналі низької частоти (близько 200 Гц) без фізичного пошкодження. Зазвичай в 10 - 20 разів вище DIN.
Як правило, серйозні західні виробники вказують потужність своїх виробів в DIN, а виробники дешевих музичних центрів і комп'ютерних колонок в PMPO.
Особливості стандартів, що описують потужність в звукотехніці
Багатьом іноді доводилося замислюватися, що ж саме означає потужність, в тому чи іншому вигляді приводиться в паспортах акустичних систем і звукопідсилювальної апаратури. Матеріалів на цю тему в мережі і друкованих виданнях зустрічається на диво мало, виразних відповідей на питання теж.
міжнародні стандарти
RMS (Root Mean Squared) - середньоквадратичне значення потужності, обмеженої заданими нелінійними спотвореннями.
Потужність заміряється синусоїдальним сигналом на частоті 1 кГц при досягненні 10% THD. Вона обчислюється, як твір середньоквадратичних значень напруги і струму при еквівалентній кількості теплоти, що утворюється постійним струмом. Тобто, ця потужність чисельно дорівнює квадратному кореню з добутку квадратів усереднених величин напруги і струму.
Для синусоїдального сигналу середньоквадратичне значення менше амплітудного в V2 раз (x 0,707). Взагалі ж, це віртуальна величина, термін «середньоквадратичний», строго кажучи, може бути застосований до напруги або силі струму, але не до потужності. Відомий аналог - діюче значення (всі знають його для мережі електроживлення змінним струмом - це ті самі 220 V).
Спробую пояснити, чому це поняття для опису звукових характеристик малоинформативно.
Загальна потужність - це виробляє роботу. Тобто, має сенс в електротехніці. І відноситься не обов'язково до синусоїді. У разі музичних сигналів гучні звуки ми чуємо краще, ніж слабкі. І на органи слуху впливають більше амплітудні значення, а не середньоквадратичні. Тобто гучність не еквівалентна потужності. Тому середньоквадратичні значення мають сенс в електролічильнику, а ось амплітудні в музиці. Ще більш популістський приклад - АЧХ. Провали АЧХ помітні менше, ніж піки. Тобто гучні звуки більш інформативні, ніж тихі, а усереднене значення буде мало про що говорити. Таким чином, стандарт RMS був однією з не самих вдалих спроб описати параметри звукової апаратури, які не відображають гучність, як величину.
В підсилювачах і акустиці цей параметр теж, по суті, має досить обмежене застосування - підсилювач, який видає 10% спотворень на максимальній потужності (коли виникає кліппінг, обмеження амплітуди підсилюється сигналу з виникаючими специфічними динамічними спотвореннями), ще пошукати. До досягнення максимальної потужності спотворення транзисторних підсилювачів, Наприклад, не перевищують часто сотих часток відсотка, а вже вище різко зростають (нештатний режим). Багато акустичні системи при тривалій роботі з таким рівнем спотворень вже здатні вийти з ладу. Для зовсім вже дешевої техніки вказується інша величина - PMPO, зовсім вже безглуздий і ніким не нормований параметр, а значить, друзі-китайці вимірюють його так, як бог на душу покладе. Якщо точніше, в папуг, причому кожен у своїх. Значення PMPO часто перевищують номінальні аж до коефіцієнта 20.
PMPO (Peak Music Power Output) - пікова короткочасна музична потужність, величина, яка означає максимально досяжне пікове значення сигналу незалежно від спотворень взагалі за мінімальний проміжок часу (зазвичай за 10 mS, але, взагалі, не нормовано). Як випливає з опису, параметр ще більш віртуальний і безглуздий в практичному застосуванні. Посвята ці значення не сприймати всерйоз і на них не орієнтуватися. Якщо вас попало купувати апаратуру з параметрами потужності, зазначеними тільки, як PMPO, то єдина порада - послухати самостійно і визначити, підходить це вам чи ні.
DIN 45500 - комплекс загальноприйнятих стандартів IEEE, що описують різні звукопідсилювальні характеристики апаратури більш достовірним чином.
DIN POWER - значення видається на реальному навантаженню (для підсилювача) або підводиться (до АС) потужності, обмеженою нелінійними спотвореннями. Вимірюється подачею сигналу з частотою 1 кГц на вхід пристрою протягом 10 хвилин. Потужність заміряється при досягненні 1% THD (нелінійних спотворень). Строго кажучи, є й інші види вимірювань, наприклад, DIN MUSIC POWER, що описує потужність вже музичного сигналу. Зазвичай вказується величина DIN music вище, ніж приводиться як DIN.
вітчизняні стандарти
номінальна потужність - величина штучна, вона залишає свободу вибору виробника. Розробник вільний вказати значення номінальної потужності, відповідне найбільш вигідному значенню нелінійних спотворень. Зазвичай зазначена потужність підганялася під вимоги ГОСТ до класу складності виконання при найкращому поєднанні вимірюваних характеристик. Вказується як у АС, так і у підсилювачів. Іноді це призводило до парадоксів - при спотвореннях типу «сходинка», що виникають в підсилювачах класу АВ на малих рівнях гучності, рівень спотворень міг знижуватися при збільшенні вихідної потужності сигналу до номінальної. Таким чином досягалися рекордні номінальні характеристики в паспортах підсилювачів, з вкрай низьким рівнем спотворень при високій номінальної потужності підсилювача. Тоді як найвища статистична щільність музичного сигналу лежить в діапазоні амплітуд 5-15% від максимальної потужності підсилювача. Ймовірно, тому російські підсилювачі помітно програвали на слух західним, у яких оптимум спотворень міг бути на середніх рівнях гучності, тоді як в СРСР йшла гонка за мінімумом гармонійних і іноді інтермодуляционних спотворень за всяку ціну на одному, номінальному (майже максимальному) рівні потужності.
Паспортна шумова потужність — електрична потужність, Обмежена виключно тепловими та механічними пошкодженнями (Наприклад: сповзання витків звукової котушки від перегріву, вигорання провідників в місцях перегину або спайки, обрив гнучких проводів і т.п.) при підведенні рожевого шуму через коригувальну ланцюг протягом 100 годин.
Максимальна короткочасна потужність - електрична потужність, яку гучномовці АС витримують без пошкоджень (перевіряється по відсутності деренчання) протягом короткого проміжку часу. В якості випробувального сигналу використовується рожевий шум. Сигнал подається на АС протягом 2 сек. Випробування проводяться 60 разів з інтервалом в 1 хвилину. Даний вид потужності дає можливість судити про короткочасні перевантаженнях, які може витримати гучномовець АС в ситуаціях, що виникають в процесі експлуатації.
Максимальна довготривала потужність - електрична потужність, яку витримують гучномовці АС без пошкоджень протягом 1 хв. Випробування повторюють 10 разів з інтервалом 2 хвилини. Випробувальний сигнал той же. Максимальна довготривала потужність визначається порушенням теплової міцності гучномовців АС (сповзанням витків звукової котушки і ін.).
Загальна термінологія
рожевий шум - група сигналів з випадковим характером і рівномірною спектральною щільністю розподілу по частотах, спадної зі збільшенням частоти зі спадом 3 дБ на октаву у всьому діапазоні вимірювань, з залежністю середнього рівня від частоти у вигляді 1 / f. Рожевий шум має постійну (за часом) енергію на будь-якому з ділянок частотної смуги.
Білий шум - група сигналів з випадковим характером і рівномірною і постійною спектральною щільністю розподілу по частотах. Білий шум має однакову енергію на будь-якому з ділянок частот.
Октава - музична смуга частот, співвідношення крайніх частот якої дорівнює 2.
електрична мощность - потужність, що розсіюється на омічному еквівалентному опорі, рівному по величині номінальному електричному опору АС, при напрузі, рівному напрузі на затисках АС. Тобто, на опорі, що емулює реальне навантаження в тих же умовах.
Номінальна вихідна потужність - вихідна потужність підсилювача, при ко-торою рівень спотворень не перевищує деякого встановленого значення. Для нормальної роботи гучномовця потрібно вихідна потужність не менше 30 мВт; для озвучування кімнати середніх розмірів 100 ... 200 мВт, для голосно-мовця відтворення звуку на відкритому повітрі 0.6 ... 0.8 Вт. Максималь-ної для підсилювача НЧ з живленням від батареї елементів можна вважати потужність 2 ... 4 Вт. При більшій вихідної потужності найбільш ємні елементи 343 та 373 дуже скоро, всього за кілька годин роботи виходять з ладу. Опір навантаження підсилювача - опір гучномовця, на ко-лось розрахований підсилювач. навантаженням мало потужних підсилювачів, Що застосовуються в портативних приймачах, служать гучномовці, в яких використовують дина-мічні головки прямого випромінювання з опором звукової котушки 4 ... 10 Ом, рідше 16 Ом. У переносних приймачах знаходять застосування головки з номінальної-ної потужністю до 2 Вт і опором 4 Ом. Зазвичай підсилювач НЧ добре працює з динамічної головкою, опір якої не нижче вихідного опору підсилювача. Наприклад, якщо підсилювач розрахований на динамічну головку опором 8 Ом, то він буде добре працювати з динамічними го-спритні опором 10 і 16 Ом. Але при зменшенні опору навантаження робота підсилювача різко погіршується. Збільшуються спотворення сигналу, потре-бляемий ток, перегріваються транзистори і мікросхеми. Тому зменшувати со-опір навантаження нижче допустимого номінального значення не рекомендує-ся. При заміні однієї головки інший необхідно враховувати, що вихідна потуж-ність підсилювача НЧ при постійній напрузі харчування назад пропорциональ-на опору навантаження. Це означає, що якщо замість головки опором 8 Ом встановлена \u200b\u200bінша опором 16 Ом, то вихідна потужність підсилю-теля зменшиться вдвічі. Номінальна чутливість (або просто чутливість) це напруги-ня сигналу на вході підсилювача, необхідну для отримання на його виході номи-нальної вихідної потужності. Найпростіші підсилювачі НЧ мають чутливість 10 ... 20 мВ. Підсилювача з такою чутливістю досить для Гучномовець-щей роботи будь-якого з описаних в книзі приймачів. Але все ж краще мати підсилювач з запасом посилення, з чутливістю 3 ... 5 мВ. З таким підсилювачем приймач може забезпечити гучномовний прийом сигналів далеких станцій. Але підвищення чутливості тягне за собою збільшення числа використовуваних транзисторів або мікросхем, конденсаторів, резисторів і, що найнеприємніше для початківців радіоаматорів, - складність налагодження і такий недолік, як схильність до самозбудження. Щоб його усунути, доводиться вводити фільтри в ланцюзі харчування ступенів, що ще більше ускладнює конструкцію. По-цьому в цій книзі розглянуті тільки самі прості підсилювачі потужності НЧ, в яких використано невелике число транзисторів, мікросхем та інших де-талей. Напруга (і полярність) джерела живлення - одна з важливих характе-ристик підсилювача. Практика роботи радіоаматора показує, що в блешні-стве випадків мовчання зібраного підсилювача або вихід його з ладу відразу після включення живлення найчастіше пов'язані або з неправильною полярністю включення джерела живлення, або з перевищенням напруги харчування. Найчастіше в простих аматорських конструкціях застосовують батареї живлення напругою 9 В, рідше 3, 4,5, 6, 12 В. В одних випадках із загальним проводом з'єднаний мінус-вої висновок батареї, а в інших - плюсовій.
ПІДСИЛЮВАЧ НЧ НА ТРЬОХ транзисторах
На рис, 34 показана схема найпростішого підсилювача НЧ, в якому можна використовувати джерело живлення напругою 4,5 або 9 В. При опорі на-Грузьке 10 Ом і напрузі живлення 4,5 В номінальна вихідна потужність рав-на 70 ... 80 мВт , а при підвищенні напруги до 9 В 120 ... 150 мВт. В підсилювачі застосовані германієві малопотужні низькочастотні транзистори.Мал. 34
Ступінь на транзисторі VI - попередній підсилювач струму і напруги сигналу, а транзистори V3 і V4 є взаємно симетричними еміттерними повторителями і підсилюють струм сигналу. Початкове зміщення на базі тран-зісторов V3 і V4 формується з падіння напруги на діоді V2, включений-ном в колекторний ланцюг транзистора VI послідовно з навантажувальним резистором R2. Початкове зміщення на базу транзистора VI надходить через різі-стор R1. Такий спосіб усунення найпростіший, але вимагає досить точного вибо-ра резистора RL Опір цього резистора визначається напругою пита-ня і коефіцієнтом передачі струму бази транзистора VI. На схемі напруга зсуву і номінал резистора R1 та інших елементів для джерела напруги-ням 4,5 У вказані без дужок, а для девятівольтовой - в дужках. динамічна головка В 1включена між точкою з'єднання емітерів транзисторів V3 і V4 і загальною точкою оксидних конденсаторів С2, СЗ.Таке включення головки і конденсаторів називається мостовим, його головним гідний-ством є відсутність струмових перевантажень транзисторів при включенні пі-танія. При нормальній роботі підсилювача постійна напруга на емітера транзисторів V3 і V4 (Напруга «середньої точки») має дорівнювати поло-вини напруги харчування. Такого розподілу напруги харчування добивають-ся підбіркою резистора R1. Струм спокою при відсутності сигналу на вході підсилите-ля вказано на схемі. При значному відхиленні (в 3 - 4 рази) струму спокою від зазначеного значення необхідно його скоригувати підбіркою резистора R2 і знову, якщо необхідно, резистора R1. Використовувані в підсилювачі транзистори повинні мати коефіцієнт передачі струму бази понад 40 ... 50. Можна використовувати і транзистори з меншим значенням коефіцієнта передачі, але при цьому знизиться чутливість і зменшиться номінальна вихідна потужність підсилювача. Для живлення підсилювача можна використовувати три або шість елементів 316 або 343, 377, в залежності від наявності вільного місця в обраному корпусі. При напрузі живлення 4,5 В зручно користуватися батареєю 3336Л, для малогабари-Ритні конструкцій з напругою живлення 9 В - батареєю «Крона-ВЦе. Монтажну плату підсилювача можна виконати друкованої або навісний. На рові. 35 показаний вид монтажної плати з гетинаксу або текстоліту товщиною 1 ... 1.5 мм. Оксидні конденсатори використані типу К50-6. При виборі кондом-саторі треба стежити за тим, щоб номінальну напругу їх не було менш початкової напруги ис-точніка харчування. Бажано-но для збільшення вихідної потужності на нижчих часто-тах вибрати конденсатори С2і СЗз ємністю, вдвічі більшою, ніж зазначено на схе-ме. Компонування монтажної плати допускає також при-трансформаційних змін конденсатора З 1типів К50-3, К50-12 з торці-вимі висновками, для чого на ній передбачені дві до-полнітельние точки. При монтажі деталей підсилювача необхідно стежити за правильною полярності-ністю включення оксидних конденсаторів, діода і джерела живлення. Ба-тельно кілька разів перевірити правильність монтажу, перш ніж буде вклю чено харчування.
Мал. 35
Мал. 36
Якщо полярність включення оксидних конденсаторів, діода і батареї пита-ня змінити на зворотну, підсилювач можна зібрати на транзисторах МП38Б (VI), МП38А (V3) і МП41А (V4). Режим і номінали в цьому випадку залишаються без зміни, крім резистора R1 - він повинен бути 68 кОм (150 кОм). Пара-метри підсилювача залишаються практично без зміни.ПІДСИЛЮВАЧ НЧ НА ЧОТИРЬОХ транзисторах
На рис. 36 зображена схема підсилювача НЧ на чотирьох транзисторах. кінцеві транзистори V5 і V6 в ньому - германієві середньої потужності, що дозволяє отримати при опорі навантаження 8 Ом і напрузі живлення 9 В номінальну потужність до 0,7 Вт. При підвищенні напруги живлення до 12 В вихідна потужність досягає 1,5 Вт. Чутливість підсилювача близько 3 мВ. транзистори VI і V2 складають попередній підсилювач. Обидва транзістора- - кремнієві. Таке поєднання кремнієвих і германієвих транзисторів дозволяє отримати кращу стабільність роботи підсилювача при коливаннях температури. Германієві транзистори в попередньому підсилювачі при температурі вище 30 ° С працюють незадовільно. У цьому підсилювачі два стабілізуючих діода V3 і V4 в ланцюзі зміщення око-кінцевих транзисторів. Для усунення можливого самозбудження через пара-зітной зворотного зв'язку через джерело живлення зміщення на базу транзистора VI підведено через розв'язують фільтр R4 C1. Токостабілізірующій різі-стор R6 підключений до середньої точки ланцюга транзисторів V5 і V6, а не до загального проведення, як в попередньому підсилювачі. Це дозволяє автоматично підтрим-проживати постійна напруга на виході підсилювача рівним половині напруги-ня джерела живлення. шунтувальний конденсатор С4підключений до загального проведення через резистор R7, що підвищує стійкість підсилювача до самовозбуж-ня на вищих частотах. Для підвищення вихідної потужності і чутливість-ності підсилювача застосована схема компенсації вхідного струму емітерний повторювали телеглядачам, подібно до того як це було в приймальнику за схемою на рис. 22. Досягнуто це тим, що частина вихідної напруги підсилювача через конденсатор С5вве-дена у вхідні ланцюг транзисторів V5 і V6 через резистор R8, є частиною колекторної навантаження транзистора V2.
Мал. 37
На рис. 36, бзображений варіант схеми описуваного підсилювача, в якому структура всіх транзисторів замінена на зворотну. При цьому потрібно изме-нитка і полярність включення всіх оксидних конденсаторів, діодів і батареї живлення. Вид монтажної плати та розміщення деталей на ній показані на рис. 37. Плата однаково придатна для обох варіантів схеми. Якщо деталі справні, а монтаж не містить помилок, то підсилювач починає працювати відразу. Режим всіх транзисторів встановлюється автоматично підбіркою одного резистора R3. При відсутності транзисторів ГТ402 і ГГ404 їх можна замінити на МП42Б і МП38Б відповідно. Але при цьому напруга живлення не повинно переви-щувати 9 В, а опір звукової котушки головки має бути 10 або 16 Ом. Вихідна потужність не перевищить 200 мВт.ПІДСИЛЮВАЧ НЧ на мікросхемі І ДВОХ транзисторах
На рис. 38, азображена схема, а на рис. 38, б- креслення друкованої плати підсилювача НЧ, за параметрами близького до попереднього підсилювача. Тут попередній підсилювач сигналу зібраний на інтегральної мікросхемі А1.Кро-ме того, в порівнянні з раніше описаними підсилювачами навантаження підключена до виходу кінцевої ступені через одиночний конденсатор С4,а конденсатор СЗшунтирует по змінному струмі батарею живлення GBL Налагодження зводиться до добірки резистора R4 в ланцюзі загальної негативного зворотного зв'язку. Он.дол-дружин бути таким, щоб, з одного боку, чутливість не була нижчою за норму, а з іншого - були б малопомітними спотворення сигналу.
Мал. 38
ПІДСИЛЮВАЧ НЧ на мікросхемі К174УН4
На рис. 39, а представлена \u200b\u200bсхема підсилювача НЧ всього на одній інте-дробові мікросхемі К174УН4А або К174УН4Б. При напрузі живлення 9 В підсилювач на К174УН4А розвиває вихідну потужність до 0,7 Вт при сопротив-лення навантаження 4 Ом, а на К174УН4Б - близько 0,5 Вт. Чутливість в обох випадках дорівнює 20 ... 30 мВ. Креслення друкованої плати підсилювача показаний на рис. 39, б. Налагодження сво-диться до добірки резистора R1 в колі зворотного зв'язку, як і в попередньому усі-Літел. Цей підсилювач добре працює при зниженні напруги живлення до 6 В. Для поліпшення роботи підсилювача з розрядженою батареєю живлення реко-мендується збільшити ємність конденсатора СЗдо 500 мкФ.ПІДСИЛЮВАЧ НЧ на мікросхемі К174УН7
На рис. 40, апоказана схема підсилювача НЧ, зібраного на мікросхемі К174УН7. Він здатний забезпечити номінальну потужність до 1 Вт При сопротив-лення навантаження 4 Ом. При навантаженні 8 Ом номінальна вихідна потужність до-Стігала 0,6 Вт. Чутливість підсилювача 15 ... 30 мВ.
Мал. 39
Як видно зі схеми, даний підсилювач містить значно більше навіс-них деталей, ніж попередній, що пов'язано з необхідністю корекції режиму роботи підсилювача з цієї мікросхемою. Підвищення вихідної потужності до 1 Вт вимагає більш точної установки режиму кінцевих транзисторів підсилювача по постійному струму. Цього домагаються підбіркою резистора R4. Правильний ре-жим відповідає значенню постійної напруги на виводі 12 мікросхеми, вказаною на схемі. резистор R5 можна зробити самостійно з високоомній дроту. Тембр звучання можна дещо змінити підбіркою конденсатора С4.Для поліпшення якості роботи підсилювача бажано встановити конденсатор К50-6 ємністю 500 або 1000 мкФ на напругу 15 В, шунтирующий батарею живлення по змінному струмі. Цей конденсатор дозволить продовжити термін служби батарей, знизити спотворення сигналу при роботі з великою гучністю. Креслення друкованої монтажної плати підсилювача зображено на рис. 40, б.Якість роботи будь-якого підсилювача НЧ залежить не тільки or нього самого, а й від джерела сигналу, і від гучномовця. Гучномовцем при-нято називати вузол, що складається з динамічної головки прямого випромінювання і її акустичного оформлення, під яким розуміється футляр (ящик) з усіма до-виконавчими деталями і вузлами. Від правильності вибору головки для голосно-говорітеля великою мірою залежить якість звучання звуковнх програм.
Мал. 40
Зрозуміло, користування громкоговорящим приймачем набагато зручніше, ніж приймачем з головними телефонами. Додавання до простих приймачів, описаний-ним в першій частині книги, підсилювача НЧ і динамічної головки дозволить напів-чить повноцінний гучномовний радіоприймальний апарат. Наша промисло-ність випускає велику кількість типів динамічних головок з номінальною потуж-ністю від сотих часток вата до десятків ват. Для кишенькових і переносних радіоприймачів, якими захоплюються початківці радіоаматори, підійдуть головки з номінальною потужністю до 2 Вт. У табл. 10 вказані характеристики динамічних головок потужністю від 0,025 до 2 Вт. Що ж потрібно знати при виборі або заміні динамічної головки? В першу чергу необхідно, щоб номінальна потужність головки була принаймні більше номінальної вихідної потужності підсилювача НЧ. Встановлено, що ис-користування головки потужністю більшою, ніж мінімально необхідна, спосіб-ствует зниженню спотворень звуку. Іншим важливим фактором є t опору-тивление головки постійному струму - нагадаємо, що кожен підсилювач НЧ рас-лічений на роботу з певним опором навантаження. Потрібно враховувати також середній тиск, що розвивається головкою при подве-ження до неї потужності 100 мВт. Чим вище середній тиск головки, тим голосніше буде звучати приймач, причому гучність збільшується прямо пропорційно квадрату стандартного середнього тиску. І, нарешті, слід враховувати розмі-ри і масу головки. Якщо приймач переносний, то можна використовувати головки з номінальною потужністю до 1 ... 2 Вт. Але для кишенькових приймачів можливо-сти вибору набагато вже.Гучномовного приймач прямого ПОСИЛЕННЯ
До складу гучномовного приймача прямого посилення входять: магніт-ва антена, підсилювач ВЧ, детектор, підсилювач НЧ з регулятором гучності, грім-коговорітель і батарея харчування. Конструктивно він може бути зібраний у вигляді окремих блоків, що дозволяють складати приймач з різних вузлів для перевірки та спільної роботи, але користуватися таким приймачем не зовсім зруч-но. Тому зазвичай прагнуть об'єднати все вузли в одному корпусі. Структур-ва схема приймача представлена \u200b\u200bна рис. 41.Таблиця 10
Динамічні головки прямого випромінювання| голівка динамічна | Номі-нальна потужність, Вт | Працюючи смуга ча-стота. Гц | Середнє акуст-чеський тиск. па | Опираючись-ня повне (постійному струму). Ом | Розміри, мм | маса, |
| 0.025ГД-2 | 450...3150 | |||||
| 0.05ГД-1 | 450...3150 | |||||
| 0.1ГД-3 | 450...3150 | 6,5 (5,2) | ||||
| 0.1ГД-6 | 450... 31 60 | |||||
| 0,1ГД-8 | 450.. .31 60 | |||||
| 0.1ГД-9 | 450... 3160 | |||||
| 0.1ГД-12 | 450...3150 | |||||
| 0.1ГД-13 | 450... 3160 | |||||
| 0,2ГД-1 | 450...3150 | |||||
| 0,25ГД-1 | 31 5.. .3550 | |||||
| 0.25ГД-2 | 315...3550 | |||||
| 0.25ГД-9 | 300...3000 | |||||
| 0,25гд-1о | 315...5000 | |||||
| 0.25ГД-19 | 31 5... 5000 | |||||
| 0.5ГД-2 | 100...6000 | 5,5 (4,4) | ||||
| 0.5ГД-10 | 150...7000 | 5,0 (4,4) | ||||
| 0.5ГД.11 | 150...7000 | 5.0 (4,4) | ||||
| 0.5ГД-12 | 150...7000 | |||||
| 0,5ГД-14 | 250...3500 | 102 X50 | ||||
| 0.5 ГД-15 | I50 ... 7000 | |||||
| 0.5ГД-17 | 250..-5000 | |||||
| 0.5ГД-20 | 315...5000 | |||||
| 0.5ГД-21 | 315...5000 | |||||
| 0.5ГД-28 | 250...5000 | |||||
| 0.5ГД.ЗО | 125... 10000 | 16 (14,4) | ||||
| 0.5ГД-31 | 125...10000 | 16 (14,4) | 122X80X40 | |||
| 1ГД-4А | 100... 10000 | 150X100X58 | ||||
| 1ГД-4Б | 100... 10000 | 150X100X58 | ||||
| 150... 6000 | 6,5 (5,2) | |||||
| 100... 6000 | 6,5 (5,2) | |||||
| 150.. .6000 | 124X63X50 | |||||
| 200...6000 | ||||||
| 200... 10000 | 6,5 (5,2) | 156X98X56 | ||||
| 1ГД-10 | 120...7000 | 6,5 (5,2) | 156X98X48 | |||
| 1ГД-11 | 150... 6000 | 6,5 (5,2) | 126X46X126 | |||
| 1ГД-12 | 200...10000 | 5,0 (4,5) | 156X98X41 | |||
| 1ГД-14 | 150...10000 | 5,0 (4,5) | ||||
| 1ГД-17 | 100...10000 | 5,0 (4 £) | ||||
| 1ГД-18 | 100...10000 | 6,5 (5,2) | 196X98X48 | |||
| 1ГД-19 | 100...10000 | 6,5 (5,2) | 156X98X44 | |||
| 1ГД-20 | 150...7000 | 6,5 (5,2) | 156X98X60 | |||
| 1ГД-28 | 100...10000 | 6,5 (5,2) | 156X98X41 | |||
| 1ГД-30 | 120... 7000 | 6.5 (5,2) | ||||
| 1ГД-35 | 200...6300 | |||||
| 1ГД-36 | 100...12500 | 100X160X37 | ||||
| 1ГД-37 | 140... 10000 | 160X100X37 | ||||
| 1ГД-39 | 200...6300 | |||||
| 1ГД-40 | 100...10000 | 160X96X50 | ||||
| 2ГД-40 | 100... 10000 | 160X96X50 |
Мал. 41
Як видно з рис. 41, новим елементом є регулятор гучності, пред-призначений для установки на вході підсилювача НЧ такого напруження сигналу, при якому забезпечується необхідний рівень гучності звучання приймача! Зупинимося на розгляді пристрою і можливих варіантів регулятора гучності. Регулятор гучності складається з змінного резистора R1, совме-ного з вимикачем харчування S1, і перехідного розділового конденсатор-тора С1. Оскільки на виході детектора і вході підсилювача НЧ часто предусмот-рени перехідні конденсатори, то можливі різні варіанти включення ре-регулятора гучності. Можна залишити в регуляторі обидва розділових конденсатора (рис. 42), а можна лише один (конденсатор С2).В цьому випадку змінний резистор R2 регулятора гучності служить одночасно навантаженням детектора.
Мал. 42
Обидва варіанти регулятора гучності мають приблизно однакові регулиро-вильно здатності, але між ними є деякі відмінності. Так регулятор гучності за схемою на рис. 42 дозволяє найбільш просто з'єднати між с.обой вихід детектора будь-якого приймача з входом будь-якого підсилювача НЧ При цьому байдуже, на транзисторах якої структури зібрані і приймач, і підсилювач НЧ - вони виявляються «розв'язаними» по постійному струму. Наявність двох пе-реходних конденсаторів, крім цього, дає дуже важлива перевага - різко знижується рівень різного роду шумів і шерехів регулювання, які часто бувають в регуляторах з одним перехідним конденсатором. Це пояснюється тим, що в першому варіанті на змінному резисторі діє тільки напруга змінного струму, а в другому ще й постійна напруга з боку де-Тектор. Саме постійна напруга може бути початковою причиною перешкод при обертанні ручки змінного резистора регулятора. Для регуляторів гучності випускають спеціальні змінні резистори, суміщені з вмикачами харчування. Найбільш зручні для приймачів пере-менниє резистори СПЗ-4В опором 6,8, 10 і 15 кОм від приймачів «Аль-пініст», «Сувенір» та інших, включені в каталоги Союзпосилторга. Для кар-манних приймачів найкраще підходять мініатюрні змінні резистори СПЗ - ЕОМ від приймачів «Сокіл», «Нейва» та інших з номіналами 4,7, 6,8, 10 і 15 кОм. Ці резистори забезпечені готової пластмасовою ручкою. При складанні схеми гучномовного приймача прямого посилення мож-но будь-яким варіантом регулятора гучності, але полярність харчування трактів ВЧ і НЧ повинна бути однаковою. Порушення цієї вимоги може привести до виходу з ладу транзисторів приймача.
рис 43
Мал. 44
Мал. 45
Корпус приймача найкраще використовувати готовий, від будь-якого пе-реносного або кишенькового приймача промислового виготовлення. Зокрема, в роздрібному продажі і в Союзпосилторге бувають пластмасові корпуси таких радіоприймачів, як «Альпініст-407», «Альпініст-418», «Селга-405». На рис. 43 показані фотографії зовнішнього вигляду корпусів цих приймачів. Для приймача в корпусі від «Альпініста-407» можна запропонувати два варіанти виготовлення монтажної плати. Корпус розрахований на установку головки 0.5ГД-30 або 0.5ГД-31. На рис. 44 показано розташування вузлів приймача на горизонтальній монтаж-ної панелі, що прикріплюється знизу до знімною панелі зі шкалою настройки. Для приводу блоку КПЕ застосований верньерного механізм, що складається з диска 2, ви-пиляного з органічного скла товщиною 3 ... 4 мм, шовкової або капронової нитки 5 з натяжна пружиною 4 і провідної осі 6 зі шківом. Нитка огинає два напрямних ролика 1, між якими розташована шкала. На нитки закріплена стрілка - покажчик 3 настройки. Шкала настройки приймача досить точно збігається зі шкалою, наявної на верхній панелі корпусу приймача. На рис 45 зображений варіант розміщення вузлів приймача на вертикаль-ної монтажної панелі, кріплення якої розраховане на посадкові отвори, наявні в корпусі. Регулятор гучності і вісь ручки настройки винесені на верхню панель приймача.
Мал. 46
Мал. 47
Більш зручний для монтажу любительських приймачів корпус приймача «Альпініст-418». На рис. 46 показана конструкція монтажної панелі, встановлюваних-мій в корпусі приймача вертикально. Тут всі деталі і вузли, крім батареї живлення і динамічної головки, розміщені на одній платі.
Мал. 48
На рис. 47 представлений вид монтажної плати, яка встановлюється в корпус приймача «Селга-405». Батарея харчування в цьому варіанті приймача може бути «Крона-ВЦ». Ця плата найпростіша по конструкції з трьох розглянутих, але її розміри невеликі і не дозволяють розміщувати на ній складні підсилювачі ВЧ і НЧ.
Мал. 49
У попередніх варіантах приймача використані підсилювачі ВЧ і НЧ на окремих платах. Така конструкція вимагає більше місця, ніж єдина плата приймача, На рис. 48 представлена \u200b\u200bсхема приймача, складеного з вузлів за схемою на рис. 24 і 34, а, а на рис. 49 показаний креслення монтажної друкованої плати цього приймача. На рис. 50 показана схема приймача прямого посилення на мікросхемі К2ЖА372, яка підсилює сигнал ВЧ, детектирует його і підсилює по низькій частоті. Харчується приймач від двох елементів 316, навантаженням служить мікротом-лефону МТ-2 або МТ-4, або головка 0.1ГД-12. Креслення друкованої плати з роз-щеннимі на ній деталями показаний на рис. 51. На рис. 52 зображена схема приймача, зібраного на трьох мікросхемах. В підсилювачі ВЧ працюють мікросхеми A1 і А2,а на A3виконаний підсилювач НЧ за схемою рис. 39, а. Креслення друкованої плати приймача показаний на рис. 53. Дві останні конструкції дозволяють впевнено приймати програми місць-них потужних радіостанцій, так як їх чутливість складає 20 ... 30 мВ / м.
Мал. 50
Мал. 51
Мал. 52
Мал. 53
ВИСНОВОК
Описані в книзі прості приймачі не можуть забезпечити прийом дуже віддалених і малопотужних радіостанцій. Але ці приймачі дають можливість читачеві вивчити і освоїти основи транзисторної техніки, техніки радіо, своїми руками зробити з невеликого числа доступних радіодеталей дію-щие пристрою. Звичайно, зібравши кілька простих приймачів, ви не остано-вітесь на досягнутому. Ви візьметеся за виготовлення більш складних і здійснений-них конструкцій. Для цього необхідно звернутися до іншої літератури, напри-заходів до підшивки журналу «Радіо» або літературі, список якої дано в кінці книги. Автору залишається побажати читачам цієї книги успіхів в освоєнні конструювання-вання сучасної апаратури.СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Борисов В. Г. Блочний приймач початківця радіоаматора. - М .: Енергія, 1975. - 64с. 2. Борисов В. Г. Практикум початківця радіоаматора. - 2-е вид. - М .: ДОСААФ, 1983. 3. Борисов В. Г. Радіотехнічний гурток і його робота. - М .: Радио и связь, 1983. - 104с. . 4. Васильєв В. А. Радіоаматорові про транзисторах. - 2-е вид. - М .: ДОСААФ, 1973. - 240с. 5. Іванов Б. С На допомогу радіогуртку. - М .: Радио и связь. - 128 с. 6. Лихачов В. Д.-Практичні схеми на операційних підсилювачах. - М .: ДОСААФ, 1981. - 80с. 7. Музика 3. Н. Чутливість радіоприймальних пристроїв на полупроводні-кових приладах. - М .: Радио и связь, 1981. - 168 с. 8. Напівпровідникові прилади. Діоди, тиристори, оптоелёктронние прилади: Довідник / А. В. Баюк, А. Б. Гітцевіч, А. А. Зайцев та ін .; Під ред. Н. Н. Горюнова. - М .: Енергоіздат, 1982. - 744 с. 9. Напівпровідникові прилади. Транзистори: Довідник / В. А. Аронов, А. В. Баюк, А. А. Зайцев та ін .; Під. ред. Н. Н. Горюнова. - М .: Енерго-іздат, 1982. - 904 с. 10. Резистори: Довідник / Ю. Н. Андрєєв, А. І. Антонян, Д. М. Іванов та ін .; Під ред. І. І. Четверткова. - М .: Енергоіздат, 1981. - 352 с. 11. Довідник з інтегральних мікросхем / Б. В. Тарабрин, С. JB. Якубовський, Н. А. Барканов і ін .; Під ред. Б. В. Тарабрина. - 2-е изд., Перераб. і доп. - М .: Енергія, 1980. - 816 с. 12. Фролов В. В. Радіоаматорська технологія. - М .: ДОСААФ, 1975. - 134 с.Передмова Про транзисторах і інтегральних мікросхемах Принцип дії і пристрій транзисторів Класифікація транзисторів Взаємозамінність транзисторів Інтегральні мікросхеми Найпростіші приймачі Приймач 2-V-0 Налагодження приймача Удосконалення приймача з польовим транзистором приймач 3-V-0 на біполярних транзисторах Приймач на двох транзисторах з безпосереднім зв'язком приймач на двох транзисторах з ємнісний зв'язком приймач на трьох транзисторах з двотактним детектором Двохдіапазонний приймач на трьох транзисторах Приймач на одній мікросхемі Підсилювачі низької частоти Підсилювач НЧ на трьох транзисторах Підсилювач НЧ на чотирьох транзисторах Підсилювач НЧ на мікросхемі і двох транзисторах Підсилювач НЧ на мікросхемі К174УН4 Підсилювач НЧ на мікросхемі К174УН7 гучномовного приймачі прямого посилення Висновок Список літератури
ББК 32.849.9
В19 УДК 621.396.62 Редакційна колегія: Бєлкін Б. Г., Бірюков С. А., Бондаренко В. М., Борисов В. Г., гениш-та Е. Н., Горохівський А. В., Єльяшкевич З А., Жеребцов І. П ., Король-ков В. Г., Поляков В. Т., Смирнов А. Д., Тарасов Ф. І., Фролов О. П., Хотунцев Ю. Л., Чистяков Н. І. Рецензент В. Г. Борисов Масова радиобиблиотека Васильєв В. А. В19 Приймачі початківця радіоаматора. - М .: Радио и связь, 1984. - 80 с., Іл. (Масова радіобібліотека; Вип. Тисячу сімдесят-два). 40 к.Описано принцип дії, пристрій, виготовлення і налагодження простих електронних конструкцій приймачів прямого посилення, підсилювачів низької частоти до них і гучномовних приймачів прямого посилення, при повторенні яких можуть бути використані доступні деталі і вузли широкого застосування. Дано практичні рекомендації по підбору деталей і варіанти можливої \u200b\u200bїх заміни. Для початківців радіоаматорів.
ББК 32.849.9 6Ф2.9
2402020000-185 B--------------88-84 046(01)-84ВОЛОДИМИР ОЛЕКСІЙОВИЧ ВАСИЛЬЄВ
Приймач початківця радіоаматора
редактор Л. Н. Ломакін.
редактор видавництва І. Н. Суслова
художній редактор Н. С. Шеія.
технічний редактор І. Л. Ткаченко
коректор 3. Г. Галушкина
Здано в набір 17.04.84 Підписано до друку 28.06.84 Т-15044 Формат 60х90 1/16 Папір типографський N 3 Гарнітура літературна Друк висока Ум. печ. л. 5,0 Ум. кр.-Отт. 5,375 Уч.-изд. л. 5,34 Тираж 200000 прим. (1-й завод: 1 - 100000 прим.) Вид. N 20202 Замовлення № 673 Ціна 40 к. Видавництво СрАТ і зв'язок ». 101000 Москва. Поштамт, а / я 693 Друкарня Прейскурантіздат. 125438, Москва, складських шосе, 1 OCR Pirat
Визначення номінальної вихідної потужності вимагає застосування генератора НЧ ( 400 або 1000 Гц), Вольтметра змінного струму і вимірювача нелінійних спотворень. Крім того, треба знати величину повного опору навантаження Zн підсилювача на частоті 400 Гц. Якщо підсилювач працює на один гучномовець, то в якості Zн можна прийняти опір його звукової котушки постійному струму, збільшене на 20% .
При наявності декількох гучномовців, приєднаних до однієї і тієї ж обмотці вихідного трансформатора, визначають загальний опір їх звукових котушок і результат також множать на 1,2 . Якщо динаміки підключено до різних обмоток, то їх опору слід перерахувати до однієї з обмоток, на кінцях якої передбачається контролювати вихідну напругу, і скласти за законом паралельного опору. Якщо є високочастотні гучномовці, включені через конденсатори, що зрізують нижчі частоти, то їх в розрахунок приймати не треба.
Мал. 1. Схема з'єднання при визначенні номінальної вихідної потужності
На вхід підсилювача низької частоти (на гнізда звукознімача радіомовного приймача) подається чисто синусоїдальний сигнал частотою 400 або 1000 Гц від високоякісного вимірювального генератора низької частоти, що володіє коефіцієнтом нелінійних спотворень кн не більше 0,5-1% . Напруга цього сигналу поступово підвищують, весь час визначаючи Кн на виході випробуваного підсилювача. коли кн досягне обумовленої для апарату даного класу величини, відраховують по вольтметру напругу на навантаженні U вих і розраховують номінальну вихідну потужність за формулою:
Визначити номінальну вихідну потужність можна також за влучним висловом нелінійних спотворень, побудова якої описано нижче. якщо значення кн, При якому слід шукати номінальну вихідну потужність випробовуваного апарату, невідомо, то можна прийняти його рівним 10% .
При відсутності вимірювача спотворень визначення номінальної вихідної потужності утруднено, але з деяким наближенням для справних підсилювачів можна вважати, що в середньому при Кн \u003d 10% вихідна потужність складає 60% від максимально можливої \u200b\u200bпотужності. Таким чином, визначивши найбільшу вихідну потужність при свідомо великому вихідному напрузі, можна прийняти номінальну потужність дорівнює 0,6 цієї граничної.
Нормальна вихідна потужність
Її величина розраховується за отриманим значенням номінальної вихідної потужності Рвих
Рнорм \u003d 0,1 Рвих
При нормальній вихідної потужності напруга на навантаженні становить 0,316 величини, яка вимірюється в режимі номінальної вихідної потужності. При цьому рівні вихідного сигналу визначається більшість якісних характеристик підсилювачів і приймачів.
Характеристика нелінійних спотворень
Характеристика нелінійних спотворень визначається за допомогою того ж комплекту приладів, що і номінальна вихідна потужність ( рис.2 ).
- Генератор НЧ
- Підсилювач низької частоти
- Вимірювач нелінійних спотворень
- вимірювач виходу
Розрізняють два типи таких характеристик: залежність коефіцієнта нелінійних спотворень кн від вихідної потужності Р і залежність коефіцієнта нелінійних спотворень кн від частоти (вимірювання проводяться в режимі нормальної вихідної потужності). Отримання характеристик обох типів показано на рис.2 .
Про нелінійних спотвореннях можна також судити за показаннями осцилографи, розгортаючи на його екрані напруга, що виходить на виході підсилювача при подачі на вхід останнього синусоїдальних коливань від звукового генератора ( рис.3 ). При всіх осцілографіческіх дослідженнях треба спочатку перевіряти на осцилографи форму подаються від генератора коливань, щоб в разі несправності генератора НЕ віднести спотворення кривої струму на рахунок досліджуваного апарату.
Мал. 3. Застосування осцилографи для дослідження нелінійних спотворень
Дослідження нелінійних спотворень в залежності від частоти сигналу треба виробляти при установці регуляторів тембру в положення, що забезпечують найбільшу рівномірність частотної характеристики.
Зняття амплітудної характеристики підсилювача НЧ
Зняття цієї характеристики ( рис.4 ) Також дозволяє судити про нелінійних спотвореннях, але не вимагає застосування вимірювача нелінійних спотворень.
Мал. 4. Зняття амплітудної характеристики
Амплітудна характеристика виражає залежність вихідної напруги від вхідного і знімається при частоті сигналу 400 або 1000 Гц. Точка, в якій закінчується прямолінійний висхідний ділянку, обмежує область вихідних напруг, де нелінійні спотворення мають малу величину. При знятті амплітудної характеристики регулятор гучності встановлюється в положення найбільшого посилення.
Зняття частотної характеристики
Зняття частотної характеристики пояснює рис.5 . Регулятор гучності при цьому повинен бути встановлений в положення найбільшої гучності, а регулятори тембру - на пропускання повної смуги частот.
Мал. 5. Зняття частотної характеристики УНЧ
Встановивши частоту звукового генератора 400 або 1000 Гц, Що підводиться до входу підсилювача напруга підбирають регулятором рівня генератора так, щоб на виході підсилювача вийшла нормальна вихідна потужність, вольтметр на виході при цьому повинен показувати напруга:
, де Рвих - номінальна вихідна потужність при Кн \u003d 10%.
За вимірника виходу звукового генератора помічають, який при цьому був потрібен рівень сигналу. Підтримуючи цей рівень, перебудовують генератор в діапазоні частот від 20-30 Гц до 15-20 кГц і відзначають, як змінюється при різних частотах напруга на виході підсилювача. За отриманими даними будують графік, по горизонтальній осі якого відкладають частоти, а по вертикальній - вихідні напруги або потужності ( рис.5 ).
Вельми поширена вертикальну вісь градуювати в децибелах, причому рівень на частоті 400 або 1000 Гц позначають нулем, вгору від нього відкладають позитивні значення рівнів + дБ, А вниз - негативні - дБ. Для визначення ефективності регуляторів тембру аналогічно знімають частотні характеристики при крайніх і декількох проміжних положеннях цих регуляторів.
Смуга частот, що пропускаються
Смуга частот, що пропускаються зазвичай відраховується на рівні -6 дБ, Тобто при ослабленні посилення крайніх частот по напрузі в два рази в порівнянні з посиленням на частоті 400 або 1000 Гц. Її легко визначити з частотної характеристики підсилювача. на рис.5 позначена буквою П.
чутливість підсилювача
Чутливість підсилювача (чутливість приймача з кубел звукознімача) визначається напругою сигналу при частоті 400 або 1000 Гц, Яке необхідно подати на вхід підсилювача НЧ для отримання номінальної вихідної потужності ( рис.6 ).
Мал. 6. Вимірювання чутливості УНЧ або приймача (з кубел звукознімача)
Ця напруга зазвичай становить десяті або навіть соті частки вольта, а в деяких випадках - одиниці мілівольтах, і тоді безпосередньо виміряти його важко. У цьому випадку напруга до входу підсилювача подають за допомогою точного подільника напруги, складеного з відомих опорів, або через понижуючий трансформатор з відомим коефіцієнтом трансформації і вимірюють напругу до дільника або трансформатора. Знаючи, у скільки разів зменшено підведене до входу підсилювача напруга, легко визначити і чутливість підсилювача.
При вимірюванні чутливості регулятор гучності повинен бути поставлений в положення найбільшої гучності, а регулятори тембру - на повну смугу частот, що пропускаються. Напруга на виході відповідно до номінальною вихідною потужністю повинно бути:
Характеристика регулятора гучності
Характеристика регулятора гучності висловлює залежність коефіцієнта посилення підсилювача від кута повороту рукоятки регулятора гучності. зазвичай хороші регулятори гучності мають дуже широкими межами зміни коефіцієнта посилення і зняти їх характеристику при незмінній вхідній напрузі не вдається. Тому на практиці, змінюючи положення регулятора гучності, одночасно змінюють і підводиться від генератора НЧ напруга, підтримуючи незмінним (нормальним) вихідна напруга підсилювача.
Отримані таким способом значення вхідної напруги для різних положень регулятора гучності перераховують потім в децибели, приймаючи за 0 дБ вхідна напруга в положенні максимального коефіцієнта посилення. Розраховані для інших точок значення децибел беруть зі знаком мінус і будують криву типу показаної на рис.7а .
Мал. 7. Характеристики регулятора гучності
- а - залежність ослаблення від кута повороту
б - характеристики тонкомпенсації (для чотирьох положень регулятора гучності).
Вимірювання проводять на частоті 400 або 1000 Гц. Якщо регулятор гучності тонкомпенсірованний, то для кожного з обраних його положень знімають частотну характеристику і всі отримані характеристики наносять на одну координатну сітку, зміщуючи їх відносно один одного на величину ослаблення, що дається регулятором на частоті 1000 Гц (рис.7б ). При знятті характеристик тонкомпенсації регулятори тембру попередньо встановлюють в такі положення, при яких частотна характеристика, що відповідає максимальному посиленню, має найбільш протяжна ділянка (характеристика 0 дБ на рис.7б ).
- Основні випробування приймачів АМ
В.К. Лабутин. "Книга радіомайстрів". 1964 рік
Рис.1. Перший триод Лі Ді Фореста
Рис.2. Керуюча сітка, анод і катод прямого напруження в тріоді Лі Ді Фореста
Рис.3. Конструкція першого транзистора Бардіна - Браттейн
Ще в XIX столітті з'явилася необхідність в пристроях, здатних значно збільшувати потужність електричних сигналів, пов'язана з винаходом телеграфу і радіо.
На початку 20-го століття був винайдений спосіб перетворення акустичного сигналу в електричний, який спирався на здатність вугільного порошку змінювати своє електричний опір під впливом вібрацій. У 1903 році фахівці телефонної компанії Bell побудували перший телефон, а в 1911 році запрацювала перша телефонна лінія між Нью-Йорком і Чикаго.
Скоро стало зрозуміло, що для передачі інформації на великі відстані електричним сигналам потрібна велика потужність.
Ера підсилювачів потужності почалася вже в 1912 році, коли корпорація Western Electric випустила перший телефонний підсилювач. Це стало можливим завдяки Лі Ді Форест. У 1906 році він експериментував з вакуумним діодом і в результаті, за допомогою проміжного електрода, отримав спосіб керувати струмом, що протікає в лампі.
Лампові підсилювачі в першій половині XX століття отримали стрімкий розвиток. Саме в цей час завдяки ламповим підсилювачів на «велику сцену» вийшли електрогітари, з'явилося багато нових музичних напрямків. Так почався «роман лампи і музики».
У грудні 1947 року в Лабораторіях Белла «народився» транзистор - невеликий твердотільний напівпровідниковий елемент. Аналогічно лампового тріода транзистор мав можливість управляти величиною струму, що протікає колектора за допомогою невеликого за величиною базового струму. Іншими словами, транзистор міг використовуватися для посилення електричних сигналів.
Точково-контактний транзистор Бардіна та Браттейн був крихке пристрій, що складається з двох близько розташованих металевих контактів, притиснутих до кристалу германію. Перші транзистори були вкрай недосконалі - мали високий рівень шуму, значний розкид параметрів і низьку надійність. «Спочатку робота транзистора була здатна змінитися, якщо хтось грюкнув дверима», - писав керівник команди розробників Джек Мортон в статті журналу "Fortune" 1953 року.
На відміну від ламп, розвиток яких досить швидко зупинилося, транзистори стрімко удосконалювалися. У 1954 році Морріс Таненбаум створив перший кремнієвий транзистор, а в 1955 році - кремнієвий транзистор з дифузійної базою товщиною в 1 мікрон, що працює на частотах понад 100 МГц. Уже в 1961 році корпорація Fairchild Semiconductor під керівництвом Роберта Нойса (майбутнього засновника компанії Intel) адаптувала ці кремнієві технології для створення перших комерційних інтегральних схем.
Сучасні напівпровідникові елементи також виконані на основі кремнію, мають відмінні характеристиками, незначно поступаються ламповим тріодом. А за експлуатаційними даними - габаритним розмірам, масі, надійності і терміну служби - значно їх перевершують.
Транзистори або лампи?
Рис.4. сучасний транзистор
Рис.5. сучасна лампа
За всю історію створення підсилювачів потужності звуковий частоти розроблена величезна кількість схемотехнік.
Як показує практика, транзисторні підсилювачі при їх правильному використанні з об'єктивних технічним характеристикам значно перевершують лампові. Проте, багато фахівців віддають перевагу ламповим підсилювачів, незважаючи на їх захмарну вартість.
Щоб передбачити різницю в звучанні лампових і транзисторних підсилювачів необхідно розглянути на фізичному рівні відмінності між транзисторами і лампами.
| показники | Лампа - тріод | Польовий транзистор | біполярний транзистор | |||
| Тип провідності | Електронна (через вакуум) | Електронна або діркова (через канал в кристалі кремнію) | Електронна або діркова (через 2 бар'єру: емітер - база і база - колектор) | |||
| Вхідна нелінійність | відсутній | Відсутня на НЧ | Пропорційна величині струму колектора і обумовлена \u200b\u200bнелінійністю ВАХ база - емітер | |||
| Вихідна нелінійність | Пропорційна кореню третього ступеня з величини струму анода | Пропорційна квадратному кореню величини струму стоку | Пропорційна величині струму колектора | |||
| термочутливість | відсутній | Струм стоку і крутизна залежать від миттєвої температури кристала | Струм колектора і коефіцієнт посилення по току залежать від миттєвої температури кристала | |||
| вихідний опір | У два рази менше опору навантаження | Як правило, більше опору навантаження | Більше опору навантаження | |||
Біполярний транзистор відрізняється від лампи термочутливість основних параметрів, більшою нелінійністю вхідних і вихідних характеристик. Крім цього, лампа перевершує транзистор зручністю узгодження свого внутрішнього опору з опором гучномовця. Польовий транзистор займає середнє положення між біполярним транзистором і лампою-тріодом.
На перший погляд, в якості підсилюючих елементів, краще використовувати лампи. Незважаючи на гадану очевидність, таке рішення не є зваженим.
На допомогу транзисторів приходить схемотехнічна хитрість - «негативний зворотний зв'язок» (ООС). Практично всі підсилювачі потужності охоплені місцевими і загальними зворотними зв'язками. Вони лінеарізуют підсилювач, зменшують його вихідний опір, розширюють діапазон частот, роблять його роботу стабільною і незалежною від коливань температури кристалів. У підсумку, транзисторні підсилювачі володіють прекрасними технічними характеристиками. Крім того, застосування біполярних і польових транзисторів забезпечує більш високий ККД, масогабаритні показники і, що немало важливо, істотно меншу вартість.
Однак не варто забувати, що в кожному явищі є як позитивні, так і негативні сторони. Інтермодуляційні спотворення у вихідному сигналі, його розмивання за часом і руйнування «фазової картини» - плата за використання негативного зворотного зв'язку. Присутність в музичному сигналі навіть невеликих за величиною продуктів інтермодуляції вищих порядків викликає у слухача відчуття «металличности», «жорсткості». Найчастіше таке звучання характеризують як ненатуральне. Велика кількість реактивностей в підсилюючих каскадах призводить до «багатоколійні» поширенню сигналу і фазового деструктуризации.
Розмивання сигналу викликано тим, що через ланцюг зворотного зв'язку він багаторазово повертається на вхід підсилювального каскаду. В результаті, на виході, крім самого сигналу, з'являється безліч відгуків затриманих за часом і зміщених по фазі. Час розмивання сигналу для загального зворотного зв'язку може досягати 100 мс і більше. У підсумку, найбільш помітним наслідком дії на звук загальної ООС є погіршення динаміки і ослаблення енергійності музичного звучання.
Необхідно відзначити, що в транзисторному підсилювачі без ООС не обійтися, так як для того щоб забезпечити навіть скромні значення нелінійних спотворень і прийнятне вихідний опір, підсилювач на транзисторах повинен мати, як мінімум, глибокі місцеві ООС. Місцеві ООС краще ніж загальні поводяться на звуці, і забезпечують менші за величиною затримки і більш короткий період розмивання сигналу. Застосування якісних «звукових» транзисторів дозволяє відмовитися від загальної ООС і отримати від підсилювача «чіткість», «прозорість», «динамічність» і «енергійність» відтворення.
Рис.6. Сучасні лампові і транзисторні підсилювачі потужності
Лампові підсилювачі потужності з ООС, за викладеними вище причинами, практично не використовуються. Проте, і в них є елемент, який передбачає погіршення стану якість звучання - вихідний трансформатор, який призначений для узгодження вихідного опору підсилювача і опору навантаження. Але шкода від ООС виявляється більшим, ніж від застосування вихідного трансформатора.
Причина «натурального» звучання лампового підсилювача полягає в його «геніальною» простоті. При цьому його вартість може досягати декількох сотень тисяч доларів. Через високу вартість, низький ККД і низькою вихідної потужності лампові підсилювачі звукової частоти сьогодні цікаві лише справжнім поціновувачам музики і займають почесне місце тільки серед іншого Hi-End обладнання в звукових студіях. А транзисторні підсилювачі широко використовуються, оскільки мають високу надійність, велику вихідну потужність і зручність в експлуатації.
В даний час провідними виробниками підсилювачів потужності звукової частоти по праву вважаються Arcam, AMC, BOW Technologies, Cary, Denon, Inter-M, Marshall, Marantz, Onkyo, Perreaux, Pioneer, Sony, Yamaha і ін.
характеристики підсилювачів
Антуан де Сент-Екзюпері у своєму знаменитому творі «Маленький принц» влучно підмітив одну цікаву людську особливість: «Дорослі дуже люблять цифри. Коли розповідаєш їм, що у тебе з'явився новий друг, вони ніколи не запитають про найголовніше. Зроду вони не спитають: «А який у нього голос? В які ігри він любить грати? Чи колекціонує метеликів? » Вони запитують: «Скільки йому років? Скільки у нього братів? Скільки він важить? Скільки заробляє його батько? » І після цього уявляють, що вже знають людину. Якщо скажеш дорослим: «Я бачив гарний будиночок цегляного кольору, в вікнах герань, а на даху голуби», - вони ніяк не можуть уявити собі цей будинок. Їм треба сказати: «Я бачив будинок за сто тисяч франків». І тоді вони вигукують: «Яка краса!» ...
При виборі підсилювача потужності покупці часто допускають схожу помилку, вважаючи, що зазначені в паспорті технічні характеристики дозволять їм зрозуміти, якого звуку варто очікувати від якості підсилювача. Справа в тому, що основні параметри не відображають «характер» підсилювача, хоча б тому, що вони виміряні в рафінованих лабораторних умовах і взагалі можуть бути недостовірними. Рівні за технічними характеристиками підсилювачі можуть звучати по-різному. А буває, що підсилювач з гіршими характеристиками звучить набагато краще. Можна зробити припущення, що ці явища в основному пов'язані з суб'єктивним сприйняттям звукового поля різними людьми. Однак правильніше припустити, що якщо при однакових «цифрах» є відмінності, це означає, що щось виміряти просто забули. У підсумку виходить, що оцінювати підсилювач за основними характеристиками - все одно, що оцінювати людину лише за його фізичними параметрами. Тому, необхідно внести незначну, на перший погляд, поправку в вищевикладене твердження, - «в паспорті на будь-який підсилювач потужності присутня безліч характеристик, які дозволяють нам зрозуміти, якого« звуку »від нього точно не варто очікувати» ...
До основних характеристик блока живлення БП відносяться:
- Вихідна потужність
- Частотний діапазон;
- Відношення сигнал / шум;
- Демпінг-фактор (або коефіцієнт демпфірування).
Додатково можуть зазначатися:
- Коефіцієнт інтермодуляційних спотворень;
- Швидкість наростання вихідної напруги;
- Перехресні перешкоди.
Зрозуміло, в паспорті присутні і важливі експлуатаційні характеристики:
- Напруга живлення;
- Максимальна споживана потужність;
- маса;
- Габаритні розміри.
Вихідна потужність
Рис.7. Графік залежності коефіцієнта нелінійних спотворень від вихідної потужності для підсилювача, що працює в класі АВ
Даний параметр має безліч різновидів і методик вимірювання, і деякі виробники використовують це в рекламних цілях, навмисно не вказуючи умови, при яких вихідна потужність була виміряна. Саме тому покупець дивується, порівнюючи в магазині крихітний музичний центр з наклейкою 2х1000W і важкий підсилювач потужності значних розмірів з характеристикою 30 Вт на канал.
Для вітчизняних підсилювачів в основному використовувалися такі характеристики, як номінальна і максимальна вихідна потужність:
номінальна потужність - вихідна потужність підсилювача при заданому коефіцієнті нелінійних спотворень.
Така методика вимірювання надає певну свободу вибору виробника, який вільний вказати значення номінальної потужності, відповідне найбільш вигідному значенню нелінійних спотворень. А адже широко відомо, що в підсилювачах класу АВ при малих рівнях вихідний потужності, наприклад 1Вт, рівень спотворень може досягати величезних значень. Істотно зменшуватися він може тільки при збільшенні вихідної потужності до номінальної. У паспортах вітчизняними виробниками вказувалися рекордні номінальні характеристики, з вкрай низьким рівнем спотворень при високій номінальної потужності підсилювача. Тоді як найвища статистична щільність музичного сигналу лежить в діапазоні амплітуд 5-15% від максимального значення. Ймовірно, тому радянські підсилювачі помітно програвали на слух західним, у яких оптимум спотворень міг бути на середніх рівнях гучності. В СРСР же йшла гонка за мінімумом гармонійних і іноді інтермодуляционних спотворень за всяку ціну на одному, номінальному (майже максимальному) рівні потужності.
максимальна потужність - вихідна потужність підсилювача при ненормований коефіцієнті нелінійних спотворень.
Даний параметр є ще менш інформативним, ніж номінальна потужність і характеризує тільки запас міцності підсилювача - здатність працювати довгий час при перевантаженнях по входу.
Серед зарубіжних найчастіше використовуються характеристики RMS, PMPO і DIN POWER:
RMS (Root Mean Squared) - середньоквадратичне значення потужності при нормованому коефіцієнті нелінійних спотворень. Як правило, вимірювання проводиться на 1 кГц при досягненні коефіцієнта нелінійних спотворень 10%.
Цей показник був запозичений з електротехніки та, строго кажучи, для опису звукових характеристик непридатний. У музичних сигналах гучні звуки людина чує краще, ніж слабкі, оскільки на органи слуху впливають амплітудні значення, а не середньоквадратичні. Таким чином, середнє значення буде мало про що говорити.
Стандарт RMS був однією з невдалих спроб описати параметри звукової апаратури і має вельми обмежене застосування - підсилювач, який видає 10% спотворень на максимальній потужності потрібно ще пошукати. До досягнення максимальної потужності, спотворення не перевищують часто сотих часток відсотка, а потім різко зростають.
PMPO (Peak Music Power Output) - максимально досяжне пікове значення сигналу незалежно від спотворень за мінімальний проміжок часу (зазвичай за 10 mS).
Як випливає з опису, параметр PMPO - віртуальний і безглуздий в практичному застосуванні. Тим не менш, він дуже часто зустрічається в описах на підсилювачі, вводячи в оману численних покупців. У зв'язку з цим можна лише поскаржитися на відсутність єдиних обов'язкових стандартів вимірювання вихідної потужності і на несумлінність виробників. 100 Вт PMPO часто відповідають лише 3 Вт номінальної потужності при 1% КНІ.
DIN POWER - значення видається на реальному навантаженню потужності при нормованому коефіцієнті нелінійних спотворень. Вимірювання проводяться протягом 10 хвилин за допомогою сигналу частотою 1 кГц при досягненні 1% КНІ.
Даний параметр найбільш адекватно характеризує вихідну потужність підсилювача. Іноді він зустрічається в паспорті підсилювача під позначенням IEJA. Його різновид IHF визначає вихідну потужність при 0,1% КНІ.
Строго кажучи, є і багато інших видів вимірювань, наприклад, DIN MUSIC POWER, що описує потужність не синусоидального, а музичного сигналу. Останнім часом через відсутність єдиного стандарту виробники намагаються вказувати вихідну потужність укупі з іншими характеристиками, при яких вона виміряна. наприклад,
650 W (8 Ω, 20 - 20000 Hz, 0,1% THD)
750 W (8 Ω 1000 Hz, 0,1% THD)
З огляду на той факт, що музичний сигнал має великий частотний і динамічний діапазон, правильніше проводити вимірювання за допомогою музичних сигналів. І вказувати не номінальну потужність, а графік залежності коефіцієнта нелінійних спотворень від вихідної потужності.
Можна додати, що кожен підсилювач розрахований на певний спротив навантаження. Тим не менше, воно може варіюватися, і в технічних паспортах зазначаються основні параметри для кожного допустимого опору.
В даний час випускаються підсилювачі номінальною потужністю від одиниць до декількох тисяч ват. Гідними представниками потужних підсилювачів є моделі Inter-M V-3000, Q-3300 (2х1650 Вт при навантаженні 2 Ом на каналу) і V-4000, Q-4300 (2х2100 Вт при навантаженні 2 Ом на канал). Незважаючи на високу вихідну потужність, їх габарити відповідають стандартному 19 "обладнання, висота становить лише 88 мм, а маса менше 12 кг.
Частотний діапазон
Рис.8. Приклад графіка залежності нормованого коефіцієнта посилення від частоти сигналу.
Практично будь-який сучасний підсилювач потужності звукової частоти здатний підсилювати сигнали з частотою, що виходить далеко за рамки чутного діапазону. Тому вказувати в чистому вигляді частотний діапазон, наприклад, від 5 до 100 кГц - абсолютно безглуздо.
Призначення блока живлення БП (якщо він не має спеціального призначення, як, наприклад, гітарний підсилювач) - формування на виході електричного сигналу, за формою в точності повторює вхідний сигнал, але має більшу потужність. Так як музичний сигнал, навіть якщо він формується одним музичним інструментом, далекий від гармонійного, то мінімізації коефіцієнта нелінійних спотворень в підсилювачах для якісного відтворення звуку, недостатньо. Необхідно, щоб в діапазоні чутних частот від 16 до 20000 Гц амплітудно-частотна і фазо-частотна характеристики підсилювача були абсолютно горизонтальними. На практиці, цього домогтися не вдається, та й акустична система має АЧХ з більш істотними провалами і підйомами.
Частотний діапазон вказується при нормованої нерівномірності амплітудно-частотній характеристиці, вираженої в відносних величинах. Найвдаліші моделі підсилювачів мають нерівномірність АЧХ ± 0,1 дБ в діапазоні від 20 до 20000 Гц. Такими чудовими технічними показниками володіють, наприклад, підсилювачі Live серії компанії Inter-M, - L-800, L-1400, L-1800, L-2400 і L-3000. Якщо при вимірюванні прийняти стандартну нерівномірність амплітудно-частотної характеристики 3 дБ, то частотний діапазон складе 10-100000 Гц.
Коефіцієнт гармонійних спотворень
Рис.9. Нелінійні спотворення гармонійного сигналу. КНІ \u003d 0,3%.
Типове значення THD для Hi-Fi підсилювача складає 0,1%. Однак, вже не раз зазначалося: підсилювач з THD 0,001% може виявитися гірше по звуку, ніж інший, з THD 0,1%. Справа в тому, що при таких малих значеннях цього параметра, спотворення складно простежити в формі вихідного сигналу або відчути на слух. Тому, різниці між 0,1% і 0,001% чутно не буде.
Відношення сигнал / шум
Відношення сигнал / шум визначається як відношення потужності корисного гармонійного сигналу до потужності власних шумів підсилювача потужності. Даний параметр для сучасної звукопідсилювальної техніки перевищує значення 100 дБ. Це означає, що потужність власних шумів підсилювача в 10 мільярдів разів менше потужності корисного музичного сигналу. Можна з упевненістю сказати, що в даний час цей параметр - лише предмет гордості виробника. Він не має для користувача ніякого значення. Хто зможе відчути різницю між ЗСШ 95 і 100 дБ ?!
Демпінг-фактор (коефіцієнт демпфірування)
Демпфірування залежить не тільки від вихідного опору підсилювача і опору акустичної системи. Необхідно враховувати, що здатність поглинати возвращаемую гучномовцем енергію залежить від індуктивностей фільтрів і від опору роз'ємів і кабелю, яким підключені акустичні системи.
Мінімальним значенням коефіцієнта демпфірування можна вважати 20, хорошим - 200-400. Сучасні підсилювачі високого класу мають значення цього параметра 200 і вище.
Коефіцієнт інтермодуляційних спотворень
Необхідно відзначити, що єдиних стандартів з вимірювання інтермодуляционних спотворень не існує, а результати вимірювань істотно залежать від рівнів вхідних сигналів і їх частот. Найчастіше, IMD не вказується просто тому, що невідомо як його вимірювати. Проте, даний параметр є найбільш перспективним для оцінки нелінійних властивостей підсилювача потужності.
Швидкість наростання вихідного сигналу
Даний параметр характеризує рівень динамічних спотворень, які виникають внаслідок обмеження швидкості наростання вихідного сигналу в підсилювачі, охопленого глибокої зворотним зв'язком. Введення ООС, як правило, призводить до нестабільності підсилювача на високих частотах. Це змушує застосовувати частотну корекцію. У свою чергу недостатньо висока частота зрізу утвореного фільтра низьких частот і викликає динамічні спотворення.
У музичному сигналі завжди присутні різкі сплески за рівнем, наприклад, при роботі ударних інструментів. Недостатня швидкість наростання сигналу призводить до погіршення звучання, яке виражається у втраті енергійності.
перехресні перешкоди
Даний параметр визначає ступінь проникнення сигналу з одного каналу в інший. Високий рівень перехресних перешкод призводить до незначного погіршення чіткості сприйняття стерео. Однак чуйний слухач відразу відчує, що звук не дає уявлення про взаємне розташування і розмірах музичних інструментів, тобто відсутність або нечіткість звуковий 3D картинки.
Не в останню чергу при виборі підсилювача звертається увага на його зовнішній вигляд і зручність в експлуатації. В силу суб'єктивності ці показники не піддаються ніякому виміру і виражаються у вигляді зірочок в численних рейтингах і наклейок типу «Gold Design» на корпусі пристрою. Поза сумнівами, це також є характеристикою підсилювача потужності.
Класифікація підсилювачів
За способом роботи з вхідним сигналом і принципу побудови підсилюючих каскадів підсилювачі потужності звукової частоти поділяються на:
- Аналогові, клас А
- Аналогові, клас В
- Аналогові, клас АВ
- Аналогові, клас H
- Імпульсні і цифрові, клас D
- Цифрові, клас T
Необхідно відзначити, що існує ще безліч класів підсилювачів, таких як C, A +, SuperA, G, DLD та ін. Деякі з них, такі як C (кут відсічення менше 90 градусів) в УМЗЧ не застосовуються. Інші ж виявилися занадто складними і дорогими, тому «зійшли зі сцени» або були витіснені більш перспективними.
Аналогові підсилювачі, по суті, відрізняються лише кутом відсічення вхідного сигналу, тобто вибором так званої «робочої точки».
клас А
Рис.10. Кути відсічення для каскадів класів А, В, АВ і С.
Підсилювачі класу А працюють без відсічення сигналу на найбільш лінійній ділянці вольтамперной характеристики підсилювальних елементів. Це забезпечує мінімум нелінійних спотворень (THD і IMD), причому як на номінальній потужності, так і на малих потужностях.
За цей мінімум доводиться розплачуватися значними споживаної потужністю, розмірами і масою. В середньому ККД підсилювача класу А складає 15-30%, а споживана потужність не залежить від величини вихідної потужності. Потужність розсіювання максимальна при малих сигналах на виході.
Типовими представниками підсилювачів класу А є транзисторний SX-25 Perreaux і ламповий Cary CAD 805, порівняльні характеристики яких наведені в таблиці:
| Характеристики | SX-25 Perreaux | CAD 805 Cary | ||
| номінальна потужність | 25 Вт, стерео (8 Ом) | 50 Вт, моно (8 Ом) | ||
| не більше 0,02% | не вказується | |||
| 20-20000 Гц (± 0,13 дБ) | 20-20000 Гц (± 0,75 дБ) | |||
| Відношення сигнал / шум | більше 100 дБ | більше 80 дБ | ||
| споживана потужність | 210 Вт | 230 Вт | ||
| маса | 2,4 кг | 36 кг | ||
| Габарити (ШхВхГ) | 216 х 58 х 178 мм | 310 х 220 х 610 мм | ||
| Роздрібна ціна | 28 000 рублей | 500 000 рублів | ||
клас В
Рис.11. Принцип роботи підсилювачів, класів А, В і С.
Підсилювальні елементи працюють з відсіченням 90 градусів. Для забезпечення такого режиму роботи підсилювача використовується двухтактная схема, Коли кожна частина схеми підсилює свою «половинку» сигналу. Основна проблема підсилювачів в класі В - це наявність спотворень через ступеневої переходу від однієї напівхвилі до іншої. Тому, при малих рівнях вхідного сигналу нелінійні спотворення досягають свого максимуму.
Рис.12. Спотворення типу сходинка в підсилювачах класу В.
Перевагою підсилювача класу В можна вважати високий ККД, який теоретично може досягти 78%. Споживана потужність підсилювача пропорційна вихідної потужності, і при відсутності сигналу на вході вона взагалі дорівнює нулю. Незважаючи на високий ККД, виявити серед сучасних моделей підсилювачі класу В навряд чи комусь вдасться.
клас АВ
Як випливає з назви підсилювачі класу АВ - це спроба об'єднати гідності підсилювачів А і В класу, тобто домогтися високого ККД і прийнятного рівня нелінійних спотворень. Для того щоб позбутися від ступеневої переходу при перемиканні підсилюючих елементів використовується кут відсічення більше 90 градусів, тобто робоча точка вибирається на початку лінійної ділянки вольтамперной характеристики. За рахунок цього при відсутності сигналу на вході підсилювальні елементи не замикаються, і через них протікає деякий струм спокою, іноді значний. Через це зменшується коефіцієнт корисної дії і виникає незначна проблема стабілізації струму спокою, але зате істотно зменшуються нелінійні спотворення.
Серед аналогових підсилювачів даний режим роботи зустрічається найчастіше.
Рис.13. Графіки залежності коефіцієнтів нелінійних спотворень від вихідної потужності підсилювача для класів А, В і АВ.
Рис.14. Мінімізація спотворення типу «сходинка» в підсилювачах класу АВ.
Типовими представниками підсилювачів класу АВ є транзисторні L -1400 Inter-M і P-3500S Yamaha, порівняльні характеристики яких наведені в таблиці:
| Характеристики | L -1400 Inter-M | P-3500S Yamaha | ||
| номінальна потужність | 450 Вт, стерео (4 Ом) | 450 Вт, стерео (4 Ом) | ||
| Коефіцієнт гармонійних спотворень | не більше 0,03% | не більше 0,1% | ||
| Діапазон відтворюваних частот | 20-20000 Гц (± 0,1 дБ) | 20-20000 Гц (± 0,25 дБ) | ||
| Відношення сигнал шум | не менше 100 дБ | більше 102 дБ | ||
| маса | 14.4 кг | 15 кг | ||
| Габарити (ШхВхГ) | 482 х 88 х 369 мм | 482 х 88 х 456 мм | ||
| Роздрібна ціна | 16 740 рублів | 19 800 рублів | ||
Вихідні каскади підсилювача Prisma 350 Perreaux працюють в гібридному режимі А / АВ. Таке технічне рішення забезпечило номінальну потужність 350 Вт на канал при навантаженні 8 Ом, коефіцієнт гармонійних спотворень менше 0,02%, діапазон відтворюваних частот від 20 до 25000 Гц при нерівномірності АЧХ +/- 0,25 дБ. Природно, досягнення таких характеристик обернулося збільшенням маси до 30 кг і висоти 19 "корпусу до 176 мм, що відповідає 4-м юнитам.
Порівняльна таблиця підсилювачів, що працюють в режимах А, В, АВ:
| Характеристики | A | B | AB | |||
| теоретичний ККД | 50 % | 78 % | залежить від режиму | |||
| реальний ККД | 15-30 % | 50-60 % | 40-50 % | |||
| нелінійні спотворення | малі | високі | середні | |||
| споживана потужність | постійна | залежить від вихідний | залежить від вихідний | |||
| термостабільність | низька | висока | середня | |||
клас H
Даний клас підсилювачів був розроблений спеціально для автомобілів, в яких є обмеження напруги, що живить вихідні каскади. Стимулом до створення підсилювачів класу Н послужило те, що реальний звуковий сигнал має імпульсний характер і його середня потужність набагато нижче пікової. В основі схеми лежить звичайний підсилювач класу AB, включений за мостовою схемою. Родзинка - застосування спеціальної схеми подвоєння напруги харчування. Основний елемент схеми подвоєння - накопичувальний конденсатор великої ємності, який постійно заряджається від основного джерела живлення. На піках потужності цей конденсатор підключається схемою управління послідовно з основним джерелом живлення. Напруга харчування вихідного каскаду підсилювача на частки секунди подвоюється, дозволяючи йому впоратися з передачею піків сигналу. Однак накопичувальний конденсатор повинен бути достатньої ємності, інакше заявлена \u200b\u200bвихідна потужність буде забезпечуватися тільки на середніх і високих частотах.
Ідея коммутирования напруги харчування знайшла застосування не тільки в автомобільних підсилювачах потужності. Підсилювач з двох трирівневим харчуванням фактично являє собою імпульсний підсилювач з послідовним аналоговим каналом, який зайву енергію імпульсів переводить в тепло. Чим більше сходинок у напруги харчування, тим більше наближена до синусоїді виходить сходи на виході імпульсної частини підсилювача і тим менше виділяється тепла на аналоговому каналі.
Підсилювачі, побудовані за подібною схемотехнике, поєднують в собі дискретні методи посилення з аналоговими і, відповідно, займають проміжне положення між аналоговими і імпульсними підсилювачами по ККД і тепловиділення. У даному підсилювачі для підвищення ККД, і відповідно, зниження тепловиділення застосовано дискретне наближення рівня напруги харчування аналогового каналу до його вихідній напрузі. Підвищення ККД відбувається за рахунок зменшення падіння напруги на активному плечі в порівнянні з підсилювачами з однорівневим харчуванням. Відмітна особливість подібних підсилювачів полягає в тому, що комутація ключових елементів відбувається з частотою сигналу. Фільтрація вищих гармонік здійснюється аналогової частиною підсилювача шляхом перетворення енергії гармонік в тепло в підсилювачами з високою тактовою частотою, коли частота комутації ключових елементів багаторазово вище верхньої граничної частоти сигналу, а фільтрація здійснюється LC фільтром. Теплові втрати аналогової частини підсилювача виходять досить низькими, але їх в достатній мірі заповнюють комутаційні втрати і втрати в фільтрі при високій тактовій частоті. Існує оптимальна кількість сходинок напруги живлення, при якому ускладнення схеми виправдовується підвищенням ККД і здешевленням потужних транзисторів аналогової частини підсилювача.
ККД підсилювачів класу H досягає 83% при коефіцієнті гармонійних спотворень 0,1%.
Типовими представниками підсилювачів класу H є L-1800, L-2400, V-3000, V-4000, Q-3300, Q-4300 Inter-M, RX-Extra 2800, RX-Extra 3000, RX-Extra 4000 Roxton, порівняльні характеристики яких представлені в таблиці:
| Характеристики | Q-4300 Inter-M | RX-Extra 2800 Roxton | ||
| номінальна потужність | 1300 Вт, стерео (4 Ом) | 1100 Вт, стерео (4 Ом) | ||
| Коефіцієнт гармонійних спотворень | не більше 0,05% | не більше 0,1% | ||
| Діапазон відтворюваних частот | 20-20000 Гц (± 0,2 дБ) | 20-20000 Гц (± 0,3 дБ) | ||
| Відношення сигнал / шум | понад 106 дБ | не менше 100 дБ | ||
| маса | 11,7 кг | 21 кг | ||
| Габарити (ШхВхГ) | 482 х 88 х 407 мм | 482 х 88 х 456 мм | ||
| Роздрібна ціна | 41 470 рублів | 40 800 рублів | ||
клас D
Строго кажучи, клас D - це не тільки схема побудови або режим роботи вихідного каскаду - це окремий клас підсилювачів. Більш логічно було б назвати їх імпульсними, але історичну назву «цифровий» за ними вже міцно закріпилося. Розглянемо загальну структурну схему підсилювача.
Рис.15. Блок схема цифрового підсилювача
Оцифрований сигнал надходить на аудіо процесор, який в свою чергу за допомогою широтно-імпульсної модуляції (PWM - Pulse Width Modulation) управляє силовими напівпровідниковими ключами. Можна додати, що ШІМ-сигнал можна отримати і без аналого-цифрового перетворення за допомогою компаратора і генератора, наприклад, пилообразного сигналу. Такий метод в підсилювачах класу D також широко застосовується, але завдяки розвитку цифрової техніки поступово відходить у минуле. Аналого-цифрове перетворення забезпечує додаткові можливості по обробці звуку: від регулювання рівня гучності і тембру до реалізації цифрових ефектів, таких як реверберація, шумозаглушення, придушення акустичного зворотного зв'язку та ін.
На відміну від аналогових підсилювачів, вихідний сигнал підсилювачів класу D являє собою імпульси прямокутної форми. Їх амплітуда постійна, а тривалість ( "ширина") змінюється в залежності від амплітуди аналогового сигналу, що надходить на вхід підсилювача. Частота імпульсів (частота дискретизації) постійна і в залежності від вимог, що пред'являються до підсилювача, становить від кількох десятків до сотень кілогерц. Після формування імпульси посилюються кінцевими транзисторами, які працюють в ключовому режимі. Перетворення імпульсного сигналу в аналоговий відбувається в фільтрі низьких частот на виході підсилювача або безпосередньо в навантаженні.
Рис.16. Графік залежності ККД аналогових і цифрових підсилювачів від вихідної потужності.
Рис.17. Форма імпульсів на виході підсилювачів класу AD і BD (до фільтра, що згладжує).
Рис.18. Графіки залежності рівня нелінійних спотворень від вихідної потужності для підсилювачів D і T класів.
В цілому, принцип роботи підсилювача класу D дуже нагадує принцип роботи імпульсного блоку живлення, але на відміну від нього, на виході, за рахунок широтно-імпульсної модуляції, формується не постійна напруга, а змінне, за формою відповідне вхідного сигналу.
Теоретично, ККД подібних підсилювачів повинен досягати 100%, але, на жаль, опір каналу транзистора хоч і маленьке, але все ж нульове. Але, тим не менше, в залежності від опору навантаження, ККД підсилювачів цього типу може досягати 90% -95%. Зрозуміло, при такій ефективності нагрівання вихідних транзисторів практично відсутній, що дозволяє створювати дуже маленькі і економічні підсилювачі. Коефіцієнт гармонійних спотворень при грамотному побудові вихідного фільтра можна довести до 0,01%, що є прекрасним результатом. Спотворення зростають при збільшенні частоти сигналу і зниженні частоти дискретизації. Непрямим чином від частоти дискретизації залежить і вихідна потужність - з ростом частоти зменшуються індуктивність котушок і знижуються втрати в вихідному фільтрі.
Подібно аналоговим підсилювачів, імпульсні підсилювачі поділяються на підкласи AD і BD, причому їхні переваги й недоліки теж подібні. В підсилювачах класу AD за відсутності вхідного сигналу вихідний каскад продовжує роботу, видаючи в навантаження різнополярні імпульси однакової тривалості. Це дозволяє поліпшити якість передачі слабких сигналів, але значно знижує економічність і породжує ряд технічних проблем. Зокрема, доводиться боротися з так званим наскрізним струмом, який виникає при одночасному перемиканні вихідних транзисторів. Для усунення наскрізного струму в вихідному каскаді вводиться мертве час між закриванням одного транзистора і відкриванням іншого.
Практичне застосування знаходять більш прості за конструкцією: підсилювачі класу BD, вихідний каскад яких за відсутності сигналу генерує імпульси дуже малої тривалості або знаходиться в стані спокою. Однак в підсилювачах цього типу найбільш сильно проявляється основний недолік - залежність рівня нелінійних спотворень від частоти дискретизації і частоти сигналу. Крім того, спотворення зростають при малих вхідних сигналах.
Найчастіше, підсилювачі класу D, як і класу АВ, випускаються в інтегральному виконанні.
У класі D, наприклад, працюють підсилювачі PA-624, PCT-610/620 Inter-M. Їх ККД перевищує 90% при номінальній потужності 240 Вт, коефіцієнт гармонійних спотворень для підсилювачів такого класу мінімальний - 0,1%. Дані моделі застосовуються в системах оповіщення і трансляції, в яких, як відомо, не приділяється великої уваги питанням досягнення особливої \u200b\u200bякості звучання. У професійних системах звуковідтворення в класі D реалізуються в основному підсилювачі для сабвуферів, так як на низьких частотах вухо найменш чутливо до нелінійних спотворень сигналу.
клас T
Даний клас підсилювачів потужності народжений в лабораторіях компанії Tripath Technology і відрізняється притаманною імпульсним підсилювачів високою економічністю в поєднанні з високою якістю звучання
На графіках видно, що підсилювачі класу T за своїми показниками не поступаються кращим зразкам аналогових підсилювачів. Рівень спотворень мінімальний, а в спектрі вихідного сигналу практично відсутні вищі гармоніки.
Суттєва перевага підсилювачів класу T як перед аналоговими, так і перед традиційними цифровими, полягає в низькому рівні інтермодуляционних спотворень, які менше гармонійних. Для підсилювачів класу AB, наприклад, коефіцієнт інтермодуляційних спотворень значно перевершує коефіцієнт гармонік; а для підсилювачів класу A ці величини одного порядку.
Всі переваги підсилювачів даного класу є результатом застосування запатентованої технології Digital Power Processing (TM). Необхідно відзначити, що компанія Tripath Technology припинила своє існування у зв'язку з останніми світовою фінансовою кризою і, можливо, раніше міститься в таємниці принцип обробки сигналу стане доступний для інших компаній і знайде свій розвиток в нових пристроях. По суті все зводиться до двох взаємопов'язаним процесам - "передбачення" (Predictive processing) і "адаптивному перетворенню" (Adaptive Signal Conditioning Processing).
Передбачення полягає у відстеженні швидкості зміни сигналу (похідною) і розрахунку цього значення на підставі амплітуди сигналу в наступний момент часу. Частково за рахунок цього динамічний діапазон подібних підсилювачів перевищує 100 дБ.
Амплітуда сигналу і швидкість її зміни служать вихідними даними для реалізації алгоритму "адаптивного перетворення". В підсилювачах класу T немає фіксованої частоти дискретизації - вона безперервно змінюється в смузі до 1,5 МГц відповідно до цього алгоритмом. Причому, збільшення частоти дискретизації суттєво покращує якість звучання і дозволяє спростити конструкцію вихідного фільтра.
Щодо алгоритму обробки сигналу Digital Power Processing (TM) можна припустити, що в його основі лежить одна з різновидів дельта - модуляції, яка відрізняється від широтно-імпульсної тим, що в ній використовується не абсолютна величина сигналу, а її зміна відносно попереднього стану.
Підсилювачі класу T набули поширення у вигляді вбудованих модулів в елементи лінійних масивів акустичних систем. Таке рішення забезпечує дуже високу надійність роботи концертного обладнання, малу вагу, простоту і швидкість інсталяції. Прикладом є лінійний масив серії DVA компанії dB Technologies.
Якщо раніше від підсилювача була потрібна просто надійна робота і гарантовану якість звуку, то сучасні моделі доповнюються поруч сервісних функцій, таких як комп'ютерне управління підсилювачем, програмування вбудованого лимитера, а також наявність цифрового входу. Зі здешевленням цифрових інтерфейсів для передачі аудіосигналів можна очікувати зростання ринку підсилювачів з дистанційно керованими параметрами і автоматичної діагностикою, що, безумовно, розширить можливості в створенні звукопідсилюючих комплексів. З огляду на стрімкий розвиток цифрової техніки і елементної бази складно навіть припустити, до яких вершин приведе нас подальше вдосконалення принципів побудови підсилювачів потужності.
Залежно від використовуваних підсилюючих елементів, підсилювачі потужності звукової частоти поділяються на:
- лампові;
- транзисторні;
- гібридні;
- Інтегральні.
Вміст лампових і транзисторних підсилювачів цілком зрозуміло з назви. Щодо гібридних теж можна здогадатися - в підсилюючих каскадах використовується комбінація напівпровідникових елементів і ламп. Інтегральні підсилювачі (як правило, класи AB, D і T) виконуються на основі мікросхем.
За кількістю незалежних каналів звукопідсилення можна виділити:
- Монопідсилювач (одноканальні);
- Стереопідсилювачі (двоканальні);
- Підсилювачі систем об'ємного звуку (багатоканальні).
- Інтегральні.
Переважна більшість підсилювачів мають 2 канали, тобто, розраховані на застосування в стерео-системах звуковідтворення. Однак багато хто з них мають мостовий режим підключення до навантаження і можуть використовуватися як одноканальні. Вихідна потужність при цьому збільшується приблизно в 2 рази.
Монопідсилювач використовуються в трансляційних системах або, наприклад, в багатоканальних системах для відтворення окремих сигналів.
Багатоканальна звукова технологія робить доступною реалізацію власного домашнього кінотеатру, дає можливість побудувати на свій розсуд систему об'ємного високоякісного звуку. Це дозволяє відчути найтонші деталі звукової картини різних концертних залів при прослуховуванні аудіозаписів виконаних в багатоканальному форматі. Головними труднощами проектування таких систем є складність забезпечення однаково точної локалізації джерел звуку сприймаються слухачем під час відтворення по відношенню до реального розташуванню цих джерел звуку під час запису. Даний ефект проявляється тим сильніше, чим далі від центру зони прослуховування видаляється слухач.
Багатоканальні системи використовуються не тільки для реалізації звукових ефектів і розширення стерео. Багато театри і концертні комплекси будувалися без урахування сучасних вимог до архітектурної акустики і мають складну багатоярусну структуру, обсягом понад 10 куб.м на людину. Реалізація стереосистеми в таких приміщеннях неминуче призведе до того, що відбиті від ярусних перекриттів, стелі і стін хвилі будуть діяти локально, з'являться ділянки з нерівномірним розподілом звукового поля. Додаткова неприємність полягає в тому, що на різних частотах ця нерівномірність проявляється по-різному.
Вирішити це завдання здатна тільки багатоканальна система. Сигнал з допомогою кросоверів, що входять до складу обладнання професійної системи, поділяється на кілька частотних діапазонів, які окремо посилюються і відтворюються. Добитися рівного звукового поля у всьому діапазоні відтворюваних частот вдається тільки при використанні безлічі правильно підібраних і розташованих вузькосмугових акустичних систем. Спрямовану дію акустичних систем призводить до суттєвого зменшення реверберації, збільшення звукового тиску і мінімізації фазових спотворень в озвучувати ділянці приміщення. Слід зазначити, що помилка в 1 градус при орієнтуванні акустичних систем лінійного масиву (внаслідок низької якості проекту і / або монтажу) може звести нанівець всі переваги багатоканальної системи. Як правило, кожен елемент встановлюються кластерів харчується від власного цифрового підсилювача D або T класу, який налаштовується для отримання оптимальних характеристик звукового поля з урахуванням типу застосовуваних динаміків і твиттеров, обсягу і матеріалу корпусу. Цифровий підсилювач може містити звуковий процесор, здатний вносити в сигнал частотні і тимчасові предискаженія.
Багатоканальні системи також можуть використовуватися при необхідності розділити приміщення на кілька незалежних зон, в яких відтворюються різні музичні програми. Цей прийом використовується, наприклад, в розважальних комплексах, що складаються з безлічі залів. Гідність такої системи полягає в можливості централізованого управління.
За функціональним призначенням підсилювачі потужності звукової частоти можна розділити тільки умовно. По суті, вони влаштовані практично однаково, відмінності викликані тільки певними (підвищеними або, навпаки, зниженими) вимогами до технічних характеристик. Проте, можна виділити:
- Побутові підсилювачі;
- Автомобільні підсилювачі;
- Концертні підсилювачі;
- Студійні підсилювачі;
- Трансляційні підсилювачі;
- Спеціальні підсилювачі.
До побутовим підсилювачів в основному пред'являється тільки одна вимога - низька ціна. З огляду на, що їх вихідна потужність невелика і виконані вони на основі інтегральних схем, то відмінності між побутовими підсилювачами варто шукати в їх конструкції, а не в схемотехніці вихідних каскадів ...
Більшу частину автомобільних підсилювачів можна віднести до категорії побутових. Однак, в силу природного обмеження розмірів, напруги харчування і споживаної потужності, їх схемотехніка має істотні відмінності.
Концертні та студійні підсилювачі - основа професійних систем звуковідтворення. До них пред'являються підвищені вимоги до відтворення звукового сигналу (мінімум гармонійних і інтермодуляціонних спотворень). До концертним підсилювачів додатково пред'являються підвищені експлуатаційні вимоги, - велика потужність, вкрай висока надійність, всепогодне виконання та ін. Часто цифрові концертні підсилювачі суміщені в одному корпусі з акустичними системами, які є частиною лінійного масиву.
трансляційні підсилювачі використовуються для передачі потужності на великі відстані і розподілу її на безліч гучномовців. Щоб уникнути суттєвої втрати потужності на акустичному кабелі в таких підсилювачах спеціально, як правило, за допомогою трансформатора, підвищується вихідна напруга. Акустичні системи також оснащуються трансформаторами, але вже знижувальними. У підсумку, в такій системі та ж потужність передається при меншому струмі. При цьому розсіюється на проводах потужність зменшується. Системи трансляції призначені для доведення до людей важливою службової або аварійної інформації, і, іноді, для створення затишного музичного фону. У зв'язку з цим, особливих вимог до якості до трансляційним підсилювачів не пред'являється. Цілком допустимим вважається коефіцієнт гармонійних спотворень до 1-2%.
спеціальні підсилювачі забезпечують особливі параметри передачі звуку за рахунок внесення в нього додаткових спотворень, які прикрашають звучання, роблять його більш вираженим, насиченим і яскравим. Вони використовуються, наприклад, для посилення сигналів від електрифікованих музичних інструментів, таких як електрогітара та ін.
Кілька слів на закінчення
Вибір тієї чи іншої моделі підсилювача природно залежить від багатьох чинників: від вимог до звуку, воспроизводимому всією системою; від параметрів додаткового обладнання і, що найбільш важливо, акустичних систем, які будуть використовуватися спільно з даними підсилювачем; від умов експлуатації, які визначають ступінь надійності, зручності у використанні і навіть дизайну вироби. Не в останню чергу свій вплив на вибір робить вартість апарату, а точніше горезвісне співвідношення ціна / якість для моделей підсилювачів одного класу.
На закінчення можна додати, що крім ват, герц, ампер і децибел є ще слухач, без якого звук втрачає сенс. Слухач же привносить суб'єктивне початок. Найбільша складність якраз і полягає в тому, що однаковим звучанням слухачі мають право давати різні оцінки. Сигнал ж існує цілком об'єктивно, його можна вимірювати, оцінювати, аналізувати.
УВАГА! Дана стаття підготовлена \u200b\u200bфахівцями компанії «АРСТЕЛ» і є інтелектуальною власністю «АРСТЕЛ». Будь-які публікації даної статті, а так само посилання на неї можливі лише з дозволу правовласника.