Разнообразието от стандарти, използвани за измерване на мощността на усилвателя и мощността на високоговорителите, може да обърка. Ето блоков усилвател от реномирана компания с 35 W на канал, а ето и евтино стерео с 1000 W стикер.
Подобно сравнение ще доведе до очевидно недоумение сред потенциалния купувач. Време е да се обърнем към стандартите ...
Стандарти за мощност (DIN, RMS, PMPO)
Оценена сила - мощност в средното положение на регулатора на силата на звука на усилвателя, при която останалите параметри на устройството съответстват на посочените в техническото описание.
В Европа се използват два параметъра на мощността - номинален и синусоидален. Това е отразено в заглавията акустични системи и говорители символи. Освен това, ако преди това се използваше предимно номиналната мощност, сега по-често е синусоидална. Например, 35AC високоговорители впоследствие бяха обозначени като S-90 (номинална мощност 35 W, синусоидална мощност 90 W)
Синусоидална сила - мощността, при която усилвател или високоговорител може да работи дълго време с истински музикален сигнал без физически повреди. Обикновено 2 - 3 пъти по-висока от номиналната.
Западните стандарти са по-широки, обикновено DIN, RMS и PMPO.
DIN - приблизително съответства на синусоидалната мощност - мощността, при която усилвател или високоговорител може да работи дълго време с розов шумов сигнал без физически повреди.
RMS (номинална максимална синусоидална) - Максимална (ограничаваща) синусоидална мощност - мощността, при която усилвател или високоговорител може да работи за един час с реален музикален сигнал без физически повреди. Обикновено 20 до 25 процента по-високи от DIN.
PMPO (Peek Music Output Power) - Музикална мощност (скандално :-)) - мощността, която високоговорителят на високоговорителя може да издържи за 1-2 секунди при нискочестотен сигнал (около 200 Hz) без физически повреди. Обикновено 10 до 20 пъти DIN.
Като правило сериозните западни производители посочват силата на своите продукти в DIN, а производителите на евтини музикални центрове и компютърни високоговорители в PMPO.
Характеристики на стандартите, описващи мощността в звукотехниката
Много хора понякога трябваше да се замислят какво точно означава мощността в една или друга форма, дадена в паспортите на акустичните системи и усилващото оборудване. Има изненадващо малко материали по тази тема в мрежата и в печатните медии, а също така има ясни отговори на въпроси.
Международни стандарти
RMS (среден квадрат на корен) Ефективната стойност на мощността ограничена ли е от определеното хармонично изкривяване.
Мощността се измерва със синусоидален сигнал с честота 1 kHz при достигане на 10% THD. Изчислява се като произведение на средно ефективното напрежение и ток с еквивалентно количество топлина, генерирана от постоянен ток. Тоест тази мощност е числено равна на квадратния корен от произведението на квадратите на осреднените стойности на напрежение и ток.
За синусоидален сигнал, ефективната стойност е по-малка от стойността на амплитудата с коефициент V2 (x 0,707). Като цяло това е виртуална стойност, терминът „средночестотен коефициент“, строго погледнато, може да се приложи към напрежение или ток, но не и към мощност. Добре известен аналог е ефективната стойност (всички го знаят за захранваща мрежа с променлив ток - това са същите 220 V).
Ще се опитам да обясня защо тази концепция не е много информативна за описание на звуковите характеристики.
RMS мощността произвежда работа. Тоест, има смисъл в електротехниката. И не се отнася непременно към синусоида. В случай на музикални сигнали, ние чуваме силни звуци по-добре от слабите. А слуховите органи се влияят повече от стойностите на амплитудата, отколкото от средните стойности. Тоест, силата на звука не е еквивалентна на мощността. Следователно rms стойностите имат смисъл в електрическия измервателен уред, но амплитудните стойности в музиката. Още по-популистки пример е честотната характеристика. Спадът на честотната характеристика е по-малко забележим от пиковете. Тоест силните звуци са по-информативни от тихите и средната стойност няма да има какво да кажем. По този начин стандартът RMS беше един от най-неуспешните опити за описване на параметрите на звуковото оборудване, които не отразяват силата на звука като количество.
В усилвателите и акустиката този параметър всъщност също има много ограничено приложение - усилвател, който произвежда 10% изкривяване не при максимална мощност (когато се случи изрязване, ограничаване на амплитудата на усиления сигнал с възникващи специфични динамични изкривявания), все още изглежда. До достигане на максимална мощност на изкривяване транзисторни усилвателинапример не често надвишават стотни от процента и дори по-високо рязко се увеличават (авариен режим). Много високоговорители вече са способни да се разрушат по време на продължителна работа с такова ниво на изкривяване. За много евтино оборудване е посочена друга стойност - PMPO, напълно безсмислен и нормализиран от никой параметър, което означава, че китайските приятели го измерват така, както Бог иска. По-точно, в папагали, и всеки в своя. Стойностите на PMPO често надвишават номиналните стойности до коефициент 20.
PMPO (пикова изходна мощност на музиката) - пикова краткосрочна музикална мощност, стойност, която означава максимално постижимата пикова стойност на сигнала, независимо от изкривяването като цяло за минимален период от време (обикновено за 10 mS, но като цяло не се нормализира). Както следва от описанието, параметърът е още по-виртуален и безсмислен в практическа употреба. Бих ви посъветвал да не приемате сериозно тези ценности и да не се ръководите от тях. Ако сте се изкушавали да закупите оборудване с параметри на мощността, посочени само като PMPO, тогава единственият съвет е да се вслушате в себе си и да определите дали това е точно за вас или не.
DIN 45500 - набор от общоприети стандарти IEEE, описващи различни характеристики на усилване на звука на оборудването по по-надежден начин.
DIN POWER - стойността на изхода при реално натоварване (за усилвателя) или подадена (към високоговорителя) мощност, ограничена от нелинейно изкривяване. Измерено чрез прилагане на сигнал от 1 kHz към входа на устройството за 10 минути. Мощността се измерва при 1% THD (хармонично изкривяване). Строго погледнато, съществуват и други видове измервания, например DIN MUSIC POWER, който описва силата на музикалния сигнал. Обикновено посочената DIN музикална стойност е по-висока от тази, цитирана като DIN.
Вътрешни стандарти
Оценена сила - стойността е изкуствена, тя оставя свобода на избор на производителя. Дизайнерът е свободен да посочи стойността на номиналната мощност, съответстваща на най-благоприятната стойност на хармоничното изкривяване. Обикновено определената мощност се приспособява към изискванията на GOST за класа на сложност на изпълнение с най-добрата комбинация от измерени характеристики. Показан както за високоговорители, така и за усилватели. Понякога това доведе до парадокси - когато изкривявания от типа "стъпка", възникващи в усилватели клас AB при ниски нива на звука, нивото на изкривяване може да намалее, когато изходната мощност на сигнала се увеличи до номиналната. По този начин бяха постигнати рекордни номинални характеристики в паспортите на усилвателя, с изключително ниско изкривяване при висока номинална мощност на усилвателя. Докато най-високата статистическа плътност на музикалния сигнал се намира в амплитудния диапазон от 5-15% от максималната мощност на усилвателя. Това вероятно е защо руски усилватели Те бяха забележимо изгубени от ухото за западняците, които биха могли да имат оптимално изкривяване при средни нива на звука, докато в СССР имаше надпревара за минимални хармонични и понякога интермодулационни изкривявания на всяка цена при едно номинално (почти максимално) ниво на мощност.
Паспортна мощност на шума — електроенергияограничени изключително от термични и механични повреди (например: приплъзване на завоите на гласовата намотка от прегряване, прегаряне на проводници в местата на огъване или запояване, счупване на гъвкави проводници и др.), когато се подава розов шум през коригиращата верига за 100 часа.
Максимална краткосрочна мощност - електрическата мощност, която високоговорителите издържат без повреди (проверява се за не дрънкалки) за кратък период от време. Розовият шум се използва като тест сигнал. Сигналът се подава към високоговорителя за 2 секунди. Тестовете се провеждат 60 пъти с интервал от 1 минута. Този тип мощност дава възможност да се преценят краткосрочните претоварвания, които високоговорителят може да издържи в ситуации, възникващи по време на работа.
Максимална дългосрочна мощност - електрическа мощност, която високоговорителите могат да издържат без повреди за 1 мин. Тестовете се повтарят 10 пъти с интервал от 2 минути. Тестовият сигнал е същият. Максималната дълготрайна мощност се определя от нарушаването на топлинната якост на високоговорителите (пълзене на завоите на гласовата намотка и др.).
Обща терминология
Розов шум - група сигнали със случаен характер и равномерно разпределение на спектралната честота, намаляваща с увеличаване на честотата с падане от 3 dB на октава в целия обхват на измерване, със зависимостта на средното ниво от честотата под формата на 1 / f. Розовият шум има постоянна (с течение на времето) енергия във всяка част от честотната лента.
бял шум - група сигнали със случаен характер и равномерно и постоянно разпределение на спектралната честота. Белият шум има еднаква енергия във всеки честотен диапазон.
Октава - музикална честотна лента, чието съотношение на екстремните честоти е 2.
Електрическа силаb е мощността, разсейвана върху омичното еквивалентно съпротивление, равно по размер на номиналното електрическо съпротивление на променливотоковото напрежение, при напрежение, равно на напрежението на клемите на променливотоковия ток. Тоест на съпротивление, което емулира реален товар при същите условия.
Номинален изходяща мощност - изходната мощност на усилвателя, при която нивото на изкривяване не надвишава определена зададена стойност. За нормална работа на високоговорителя е необходима изходна мощност най-малко 30 mW; за озвучаване на средно голяма стая 100 ... 200 mW, за възпроизвеждане на звук с високоговорител на открито 0,6 ... 0,8 W. Максималната мощност за нискочестотен усилвател, захранван от батерия от клетки, може да се счита за мощност от 2 ... 4 W. При по-висока изходна мощност, най-просторните елементи 343 и 373 се отказват много бързо, само за няколко часа работа. Импедансът на товара на усилвателя е импедансът на високоговорителя, за който е проектиран усилвателят. Товарът е малък мощни усилватели, използвани в преносими приемници, са високоговорители, които използват динамични глави с директно излъчване с съпротивление на гласова намотка 4 ... 10 Ohm, по-рядко 16 Ohm. В преносимите приемници се използват глави с номинална мощност до 2 W и импеданс 4 Ohm. Обикновено басовият усилвател работи добре с динамична глава, чийто импеданс не е по-нисък от изходния импеданс на усилвателя. Например, ако усилвателят е проектиран за 8 Ohm динамична глава, тогава той ще работи добре с 10 и 16 Ohm динамични глави. Но когато съпротивлението на натоварването намалее, производителността на усилвателя рязко се влошава. Изкривявания на сигнала, увеличаване на консумацията на ток, транзистори и микросхеми се прегряват. Поради това не се препоръчва съпротивлението на натоварване да се намали под допустимата номинална стойност. Когато се заменя една глава с друга, трябва да се има предвид, че изходната мощност на LF усилвателя при постоянно захранващо напрежение е обратно пропорционална на съпротивлението на натоварването. Това означава, че ако вместо глава с съпротивление 8 ома е инсталирана друга с съпротивление 16 ома, тогава изходната мощност на усилвателя ще бъде намалена наполовина. Номиналната чувствителност (или просто чувствителност) е напрежението на сигнала на входа на усилвателя, необходимо за получаване на номиналната изходна мощност на изхода му. Най-простите басови усилватели имат чувствителност 10 ... 20 mV. Усилвател с такава чувствителност е достатъчен за работа с високоговорители на който и да е от приемниците, описани в книгата. Но все пак е по-добре да имате усилвател с граница на усилване, с чувствителност 3 ... 5 mV. С такъв усилвател приемникът може да осигури приемане на високоговорител на сигнали от отдалечени станции. Но увеличаването на чувствителността води до увеличаване на броя на използваните транзистори или микросхеми, кондензатори, резистори и, което е най-неприятно за начинаещите радиолюбители, трудността при установяването и такъв недостатък като склонност към самовъзбуда. За да се премахне, е необходимо да се въведат филтри в силовата верига на стъпалата, което допълнително усложнява дизайна. Следователно в тази книга само най-много прости усилватели LF мощност, която използва малък брой транзистори, микросхеми и други части. Напрежението (и полярността) на захранването е една от важните характеристики на усилвателя. Практиката на радиолюбителите показва, че в повечето случаи мълчанието сглобен усилвател или повредата му веднага след включване на захранването най-често се свързва или с грешен полярност на захранването, или с излишно захранващо напрежение. Най-често в прости аматьорски дизайни се използват батерии с напрежение 9 V, по-рядко 3, 4,5, 6, 12 V. В някои случаи отрицателният извод на батерията е свързан към общия проводник, а в други - положителния извод.
LF УСИЛИТЕЛ НА ТРИ ТРАНЗИСТОРА
Фигура 34 показва диаграма на прост басов усилвател, в който можете да използвате захранване с напрежение 4,5 или 9 V. При съпротивление на натоварване 10 Ohm и захранващо напрежение 4,5 V, номиналната изходна мощност е 70 ... 80 mW , и когато напрежението се повиши до 9 V 120 ... 150 mW. Усилвателят използва нискочестотни германиеви нискочестотни транзистори.Фигура: 34
Транзисторен етап VI - предусилвател сигнал за ток и напрежение и транзистори V3 и V4 са взаимно симетрични емитерни последователи и усилващи тока на сигнала. Първоначално изместване на базата на транзистори V3 и V4 образуван от спада на напрежението на диода V2, включени в колекторната верига на транзистора VI последователно с товарния резистор R2. Първоначално отклонение към основата на транзистора VI идва през резистора R1. Този метод на отклонение е най-простият, но изисква много точен избор на резистор. RL Съпротивлението на този резистор се определя от захранващото напрежение и съотношението на ток на предаване на основата на транзистора VI. На диаграмата напрежението на отклонение и номиналната стойност на резистора R1 и други елементи за източник 4,5 V са посочени без скоби, а за източник с девет волта - в скоби. Динамична глава В 1свързани между точката на свързване на емитерите на транзисторите V3 и V4 и обща точка на оксидните кондензатори C2, SZ.Такова включване на главата и кондензаторите се нарича мост, основното му предимство е отсъствието на текущи претоварвания на транзисторите при включване на захранването. По време на нормална работа на усилвателя, постоянното напрежение в излъчвателите на транзисторите V3 и V4 (напрежение "в средата") трябва да бъде равно на половината захранващо напрежение. Това разпределение на захранващото напрежение се постига чрез избор на резистор R1. Токът на покой при липса на сигнал на входа на усилвателя е посочен на диаграмата. Ако има значително отклонение (3 - 4 пъти) на тока в покой от посочената стойност, то трябва да бъде коригирано чрез избор на резистор R2 и отново, ако е необходимо, резистор R1. Транзисторите, използвани в усилвателя, трябва да имат базово съотношение на трансфер на ток над 40 ... 50. Можете също да използвате транзистори с по-ниско съотношение на предаване, но това ще намали чувствителността и ще намали номиналната изходна мощност на усилвателя. Три или шест елемента 316 или 343, 377 могат да се използват за захранване на усилвателя, в зависимост от наличието на свободно пространство в избрания корпус. С захранващо напрежение 4,5 V е удобно да се използва батерия 3336L, за малки по размер конструкции с 9 V захранващо напрежение - Krona-VTse. Платката на усилвателя може да бъде отпечатана или шарнирно. На канавката. 35 показва изглед на платка от гетинакс или печатни платки с дебелина 1 ... 1,5 mm. Оксидните кондензатори са от типа K50-6. При избора на кондензатори е необходимо да се гарантира, че тяхното номинално напрежение не е по-малко от първоначалното напрежение на източника на захранване. Желателно е да изберете кондензатори, за да увеличите изходната мощност при по-ниски честоти С2и SZс капацитет два пъти по-голям от посочения на диаграмата. Оформлението на платката също позволява използването на кондензатор С1типове K50-3, K50-12 с крайни изводи, за които са предвидени две допълнителни точки върху него. Когато инсталирате частите на усилвателя, е необходимо да осигурите правилната полярност на оксидните кондензатори, диода и захранването. Препоръчително е да проверите правилната инсталация няколко пъти, преди да включите захранването.
Фигура: 35
Фигура: 36
Ако полярността на включване на оксидните кондензатори, диода и захранващата батерия е обърната, усилвателят може да бъде сглобен на транзистори MP38B (VI), MP38A (V3) и MP41A (V4). Режимът и рейтингите в този случай остават непроменени, с изключение на резистора R1 - трябва да е 68 kΩ (150 kΩ). Параметрите на усилвателя остават практически непроменени.LF УСИЛИТЕЛ НА ЧЕТИРИ ТРАНЗИСТОРА
На фиг. 36 показва схема на басов усилвател с четири транзистора. Клемни транзистори V5 и V6 той съдържа германий със средна мощност, което дава възможност да се получи номинална мощност до 0,7 W. с устойчивост на натоварване 8 ома и захранващо напрежение 9 V. Когато захранващото напрежение се повиши до 12 V, изходната мощност достига 1,5 W. Чувствителността на усилвателя е около 3 mV. Транзистори VI и V2 представляват предусилвател. И двата транзистора са силиций. Тази комбинация от силициеви и германиеви транзистори позволява по-добра стабилност на усилвателя при температурни колебания. Германиевите транзистори в предусилвателя не работят задоволително при температури над 30 ° C. Този усилвател има два стабилизиращи диода V3 и V4 в веригата за отклонение на терминалните транзистори. За да се елиминира възможното самовъзбуждане поради паразитна обратна връзка чрез захранването, отклонение към основата на транзистора VI доставя се чрез отделителен филтър R4 ° С1. Резистор за стабилизиране на тока R6 свързан към средната точка на транзисторната верига V5 и V6, а не към общия проводник, както в предишния усилвател. Това ви позволява автоматично да поддържате постоянно напрежение на изхода на усилвателя, равно на половината от напрежението на захранването. Шунтов кондензатор С4свързан към общ проводник чрез резистор R7, което увеличава стабилността на усилвателя до самовъзбуждане при по-високи честоти. За да се увеличи изходната мощност и чувствителност на усилвателя, беше използвана компенсационна схема за входния ток на емитерните повторители, точно както беше в приемника според схемата на фиг. 22. Това се постига от факта, че част от изходното напрежение на усилвателя през кондензатора С5въведени във входната верига на транзисторите V5 и V6 през резистор R8, част от колекторното натоварване на транзистора V2.
Фигура: 37
На фиг. 36, бпоказва вариант на веригата на описания усилвател, при който структурата на всички транзистори е обърната. В този случай е необходимо да се промени полярността на всички оксидни кондензатори, диоди и захранващи батерии. Изгледът на платката и разположението на части върху нея са показани на фиг. 37. Платката е еднакво подходяща и за двата варианта на веригата. Ако частите са в изправност и инсталацията не съдържа грешки, тогава усилвателят започва да работи веднага. Режимът на всички транзистори се задава автоматично чрез съвпадение на един резистор R3. При липса на транзистори GT402 и GG404 те могат да бъдат заменени съответно с MP42B и MP38B. Но в същото време захранващото напрежение не трябва да надвишава 9 V, а съпротивлението на гласовата намотка на главата трябва да бъде 10 или 16 ома. Изходната мощност няма да надвишава 200 mW.LF Усилвател на микросхема и два транзистора
На фиг. 38, адиаграмата е показана, а на фиг. 38, б- чертеж на печатната платка на басовия усилвател, според параметрите, близо до предишния усилвател. Тук предусилвателят на сигнала е сглобен на интегрална схема А1.В допълнение, в сравнение с описаните по-рано усилватели, натоварването е свързано към изхода на крайния етап чрез един кондензатор C4,и кондензатора SZaC пропуска батерията GBL Създаването се свежда до избора на резистор R4 в общата верига за отрицателна обратна връзка. Тя трябва да бъде такава, че, от една страна, чувствителността да не е под нормалната, а от друга страна, изкривяванията на сигнала едва ли се забелязват.
Фигура: 38
LF УСИЛВАТЕЛ НА K174UN4 IC
На фиг. 39, а схемата на LF усилвателя е представена само на една интегрирана микросхема K174UN4A или K174UN4B. При захранващо напрежение 9 V усилвателят на K174UN4A развива изходна мощност до 0,7 W с устойчивост на натоварване 4 Ohms, а на K174UN4B - около 0,5 W. Чувствителността и в двата случая е 20 ... 30 mV. Чертеж на усилвателя PCB е показан на фиг. 39, б. Коването се свежда до избора на резистор R1 в контура за обратна връзка, както в предишния усилвател. Този усилвател работи добре, когато захранващото напрежение е намалено до 6 V. За да се подобри работата на усилвателя с разредена батерия, се препоръчва да се увеличи кондензаторът SZдо 500 μF.LF УСИЛИТЕЛ НА K174UN7 IC
На фиг. 40, апоказва схема на басовия усилвател, сглобен на микросхемата K174UN7. Той е в състояние да осигури номинална мощност до 1 W с устойчивост на натоварване от 4 ома. При товар от 8 ома номиналната изходна мощност достига 0,6 вата. Чувствителност на усилвателя 15 ... 30 mV.
Фигура: 39
Както се вижда от схемата, този усилвател съдържа значително повече приставки от предишния, което се дължи на необходимостта от коригиране на режима на работа на усилвателя с тази микросхема. Увеличаването на изходната мощност до 1 W изисква по-точна настройка на DC режима на терминалните транзистори на усилвателя. Това се постига чрез избор на резистор R4. Правилният режим съответства на стойността на постояннотоковото напрежение на щифта 12 микросхеми, посочени на диаграмата. Резистор R5 могат да бъдат направени независимо от тел с висока устойчивост. Тембърът на звука може да бъде леко променен чрез избор на кондензатор С4.За да се подобри качеството на работата на усилвателя, препоръчително е да се монтира кондензатор K50-6 с капацитет 500 или 1000 μF при напрежение 15 V, който шунтира захранването с променлив ток. Този кондензатор ще удължи живота на батерията и ще намали изкривяването на сигнала при работа при големи обеми. Чертеж на печатната платка на усилвателя е показан на фиг. 40, б.Качеството на работа на всеки басов усилвател зависи не само от него самия, но и от източника на сигнал и от високоговорителя. Обичайно е високоговорителят да се нарича единица, състояща се от динамична глава на директно излъчване и нейния акустичен дизайн, което означава калъф (кутия) с всички допълнителни части и възли. Качеството на звука на звуковите програми зависи до голяма степен от правилния избор на главата за високоговорителя.
Фигура: 40
Разбира се, използването на приемник на високоговорител е много по-удобно от приемник със слушалки. Добавянето към простите приемници, описани в първата част на книгата, басов усилвател и динамична глава ще ви позволят да получите пълноценен радиоприемник с високоговорители. Нашата индустрия произвежда голям брой видове динамични глави с номинална мощност от стотни от вата до десетки ватове. За джобни и преносими радиостанции, които обичат начинаещите радиолюбители, са подходящи глави с номинална мощност до 2 вата. Таблица 10 показва характеристиките на динамичните глави с мощност от 0,025 до 2 W. Какво трябва да знаете, когато избирате или подменяте динамична глава? На първо място е необходимо номиналната мощност на главата да е поне по-голяма от номиналната изходна мощност на басовия усилвател. Установено е, че използването на глава с мощност, по-голяма от минимално необходимата, помага за намаляване на изкривяването на звука. Друг важен фактор е t съпротивлението на главата на постоянен ток - припомнете си, че всеки басов усилвател е проектиран да работи с определено съпротивление на натоварване. Също така е необходимо да се вземе предвид средното налягане, развито от главата, когато към нея се прилага мощност от 100 mW. Колкото по-високо е средното налягане в главата, толкова по-силно ще звучи приемникът, като силата на звука се увеличава право пропорционално на квадрата на стандартното средно налягане. И накрая, трябва да се имат предвид размерът и теглото на главата. Ако приемникът е преносим, \u200b\u200bтогава можете да използвате глави с номинална мощност до 1 ... 2 W. Но за джобните приемници изборът е много по-тесен.ИЗВЪНЧАВАНЕ НА ДИРЕКТНИ УСИЛВАТЕЛИ
Приемникът за високоговорител с директно усилване включва: магнитна антена, RF усилвател, детектор, басов усилвател с контрол на силата на звука, високоговорител и батерия. Структурно той може да бъде сглобен под формата на отделни блокове, което ви позволява да съставяте приемник от различни възли за тестване и съвместна работа, но използването на такъв приемник не е съвсем удобно. Ето защо те обикновено се стремят да комбинират всички възли в едно тяло. Блоковата схема на приемника е показана на фиг. 41.Таблица 10
Глави с директно излъчване| Динамична глава | Номинална мощност, W | Работна честотна лента. Hz | Средно акустично налягане. Татко | Пълно съпротивление (постоянен ток). Ом | Размери, мм | Тегло, |
| 0,025GD-2 | 450...3150 | |||||
| 0,05GD-1 | 450...3150 | |||||
| 0,1GD-3 | 450...3150 | 6,5 (5,2) | ||||
| 0.1GD-6 | 450... 31 60 | |||||
| 0,1GD-8 | 450.. .31 60 | |||||
| 0.1GD-9 | 450... 3160 | |||||
| 0,1GD-12 | 450...3150 | |||||
| 0,1GD-13 | 450... 3160 | |||||
| 0,2GD-1 | 450...3150 | |||||
| 0,25GD-1 | 31 5.. .3550 | |||||
| 0,25GD-2 | 315...3550 | |||||
| 0,25GD-9 | 300...3000 | |||||
| 0.25gd-1o | 315...5000 | |||||
| 0,25GD-19 | 31 5... 5000 | |||||
| 0,5GD-2 | 100...6000 | 5,5 (4,4) | ||||
| 0,5GD-10 | 150...7000 | 5,0 (4,4) | ||||
| 0.5GD.11 | 150...7000 | 5.0 (4,4) | ||||
| 0,5GD-12 | 150...7000 | |||||
| 0,5GD-14 | 250...3500 | 102 х50 | ||||
| 0.5 ГД-15 | I50 ... 7000 | |||||
| 0,5GD-17 | 250..-5000 | |||||
| 0,5GD-20 | 315...5000 | |||||
| 0,5GD-21 | 315...5000 | |||||
| 0,5GD-28 | 250...5000 | |||||
| 0.5GD.ZO | 125... 10000 | 16 (14,4) | ||||
| 0,5GD-31 | 125...10000 | 16 (14,4) | 122X80X40 | |||
| 1GD-4A | 100... 10000 | 150Х100Х58 | ||||
| 1GD-4B | 100... 10000 | 150Х100Х58 | ||||
| 150... 6000 | 6,5 (5,2) | |||||
| 100... 6000 | 6,5 (5,2) | |||||
| 150.. .6000 | 124X63X50 | |||||
| 200...6000 | ||||||
| 200... 10000 | 6,5 (5,2) | 156X98X56 | ||||
| 1GD-10 | 120...7000 | 6,5 (5,2) | 156X98X48 | |||
| 1GD-11 | 150... 6000 | 6,5 (5,2) | 126X46X126 | |||
| 1GD-12 | 200...10000 | 5,0 (4,5) | 156X98X41 | |||
| 1GD-14 | 150...10000 | 5,0 (4,5) | ||||
| 1GD-17 | 100...10000 | 5.0 (£ 4) | ||||
| 1GD-18 | 100...10000 | 6,5 (5,2) | 196X98X48 | |||
| 1GD-19 | 100...10000 | 6,5 (5,2) | 156X98X44 | |||
| 1GD-20 | 150...7000 | 6,5 (5,2) | 156X98X60 | |||
| 1GD-28 | 100...10000 | 6,5 (5,2) | 156X98X41 | |||
| 1GD-30 | 120... 7000 | 6.5 (5,2) | ||||
| 1GD-35 | 200...6300 | |||||
| 1GD-36 | 100...12500 | 100Х160Х37 | ||||
| 1GD-37 | 140... 10000 | 160X100X37 | ||||
| 1GD-39 | 200...6300 | |||||
| 1GD-40 | 100...10000 | 160X96X50 | ||||
| 2GD-40 | 100... 10000 | 160X96X50 |
Фигура: 41
Както се вижда от фиг. 41, нов елемент е контролът на силата на звука, предназначен за задаване на сигналното напрежение на входа на басовия усилвател, при което се осигурява необходимото ниво на звука на приемника! Нека се спрем на устройството и възможните опции за контрол на силата на звука. Контролът на силата на звука се състои от променлив резистор R1, в комбинация с превключвателя на захранването С1, и преходен разединителен кондензатор С1. Тъй като преходните кондензатори често се осигуряват на изхода на детектора и на входа на LF усилвателя, са възможни различни опции за включване на контрола на силата на звука. Можете да оставите и двата блокиращи кондензатора в регулатора (фиг. 42), или само един (кондензатор С2).В този случай променливият резистор R2 контролът на силата на звука служи едновременно като натоварване на детектора.
Фигура: 42
И двата варианта на контрола на силата на звука имат приблизително еднаква управляемост, но има някои разлики между тях. Така че регулирането на силата на звука съгласно схемата на фиг. 42 позволява най-простата връзка между изхода на детектора на всеки приемник с входа на който и да е НЧ усилвател.Няма значение върху каква структура са сглобени транзисторите както на приемника, така и на НЧ усилвателя - те се „разединяват“ с постоянен ток. Наличието на два съединителни кондензатора, освен това, осигурява много важно предимство - нивото на различни видове шум и шумове за регулиране, които често се срещат в регулаторите с един свързващ кондензатор, е рязко намалено. Това се дължи на факта, че в първата версия само променливото напрежение действа върху променливия резистор, а във втората също има постоянно напрежение от страната на детектора. Именно постоянното напрежение може да бъде първоначалната причина за шум, когато копчето на променливия резистор на регулатора се завърти. За регулиране на силата на звука се произвеждат специални променливи резистори, комбинирани с превключватели на захранването. Най-удобни за приемници са променливите резистори SPZ-4V с съпротивление 6,8, 10 и 15 kOhm от приемници "Al-pinist", "Souvenir" и други, включени в каталозите на Soyuzposyltorg. За джобни приемници най-подходящи са миниатюрни променливи резистори SDR - компютри от приемници Sokol, Neiva и други с рейтинги 4.7, 6.8, 10 и 15 kOhm. Тези резистори се доставят с готова пластмасова дръжка. Когато съставяте схема на приемник за директно усилване на високоговорител, можете да изберете някоя от опциите за контрол на силата на звука, но полярността на захранването на HF и LF трасетата трябва да бъде еднаква. Неспазването на това изискване може да доведе до повреда на приемните транзистори.
Фиг. 43
Фигура: 44
Фигура: 45
Корпусът на приемника се използва най-добре от преносимия или джобен търговски приемник. По-специално, при продажбата на дребно и в Soyuzposyltorg има пластмасови кутии за такива радиостанции като Alpinist-407, Alpinist-418, Selga-405. На фиг. 43 показва снимки на външните корпуси на тези приемници. За приемника в кутията от "Alpinista-407" можете да предложите две възможности за производство на платка. Корпусът е предназначен за инсталиране на глава 0.5GD-30 или 0.5GD-31. На фиг. Фигура 44 показва разположението на приемните възли върху хоризонтална монтажна плоча, която е прикрепена отдолу към разглобяем панел със скала за настройка. За задвижване на KPE устройството се използва нониусен механизъм, състоящ се от диск 2, нарязан от органично стъкло с дебелина 3 ... 4 mm, копринена или найлонова нишка 5 с опъваща пружина 4 и задвижваща ос 6 с ролка. Конецът се увива около две водещи ролки 1, между които се намира скалата. Към нишката е прикрепена стрелка - показалец 3 настройки. Скалата за настройка на приемника съвпада напълно със скалата в горния панел на корпуса на приемника. Фигура 45 показва вариант на поставяне на приемните възли върху вертикален монтажен панел, чието закрепване е проектирано за монтажните отвори, налични в корпуса. Контролът на силата на звука и оста на копчето за настройка са разположени в горния панел на приемника.
Фигура: 46
Фигура: 47
Корпусът на приемника Alpinist-418 е по-удобен за монтиране на любителски приемници. На фиг. 46 показва конструкцията на монтажната плоча, вертикално монтирана в корпуса на приемника. Тук всички части и възли, с изключение на батерията и динамичната глава, са разположени на една дъска.
Фигура: 48
На фиг. 47 показва изглед на платката, монтирана в корпуса на приемника Selga-405. Захранващата батерия в тази версия на приемника може да бъде "Krona-VTs". Тази платка е най-простата по дизайн от трите разгледани, но размерите й са малки и не позволяват поставянето на сложни RF и LF усилватели върху нея.
Фигура: 49
Предишни версии на приемника използваха HF и LF усилватели на отделни платки. Този дизайн изисква повече място от една платка на приемника. 48 показва диаграма на приемник, съставен от възли съгласно схемата на фиг. 24 и 34, а, а на фиг. 49 е чертеж на платката на този приемник. На фиг. 50 показва схема на приемник за директно усилване на микросхема K2ZhA372, която усилва RF сигнала, открива го и го усилва при ниска честота. Приемникът се захранва от два елемента 316, натоварването е микротелефонът MT-2 или MT-4 или 0,1GD-12 глава. Чертеж на печатната платка с поставените върху нея части е показан на фиг. 51. На фиг. 52 показва схема на приемник, сглобен върху три микросхеми. ВЧ усилвателят използва А1 и A2,и нататък A3lF усилвателят е направен по схемата на фиг. 39, а. Чертежът на печатната платка на приемника е показан на фиг. 53. Последните два дизайна ви позволяват да приемате уверено програмите на местни мощни радиостанции, тъй като тяхната чувствителност е 20 ... 30 mV / m.
Фигура: петдесет
Фигура: 51
Фигура: 52
Фигура: 53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Опростените приемници, описани в книгата, не могат да осигурят приемане на много отдалечени и нискомощни радиостанции. Но тези приемници дават възможност на читателя да изучава и овладее основите на транзисторната технология, технологията за радиоприемане и да създаде работещи устройства от малък брой налични радиокомпоненти със собствените си ръце. Разбира се, след като сте събрали няколко прости приемника, няма да спрете дотук. Ще се заемете с производството на по-сложни и перфектни конструкции. За да направите това, трябва да се обърнете към друга литература, например към подаването на списание "Радио" или литературата, чийто списък е даден в края на книгата. Авторът може само да пожелае на читателите на тази книга успех в овладяването на дизайна на съвременното оборудване.БИБЛИОГРАФИЯ
1. Борисов В. Г. Блоков приемник на начинаещ радиолюбител. - М.: Енергия, 1975 г. - 64с. 2. Борисов В. Г. Работилница на начинаещ радиолюбител. - 2-ро изд. - М.: DOSAAF, 1983. 3. Борисов В. Г. Радиотехнически кръг и неговата работа. - М.: Радио и комуникация, 1983. - 104с. ... 4. Василиев В. А. Радиолюбители за транзисторите. - 2-ро изд. - М.: DOSAAF, 1973. - 240с. 5. Иванов Б. С В помощ на радиокръга. - М.: Радио и комуникация. - 128 стр. 6. Likhachev VD-Практически схеми на операционни усилватели. - М.: DOSAAF, 1981 г. - 80-те години. 7. Музика 3. Н. Чувствителност на радиоприемните устройства на полупроводникови устройства. - М.: Радио и комуникация, 1981. - 168 с. 8. Полупроводникови устройства. Диоди, тиристори, оптоелектронни устройства: Наръчник / А. В. Баюков, А. Б. Гицевич, А. А. Зайцев и др .; Изд. Н. Н. Горюнова. - М.: Енергоиздат, 1982. - 744 с. 9. Полупроводникови устройства. Транзистори: Справка / V. А. Аронов, А. В. Баюков, А. А. Зайцев и други; Под. изд. Н. Н. Горюнова. - М.: Издателство „Енерго“, 1982 г. - 904 с. 10. Резистори: Наръчник / Ю. Н. Андреев, А. И. Антонян, Д. М. Иванов и др .; Изд. И. И. Четверткова. - М.: Енергоиздат, 1981. - 352 с. 11. Справочник по интегрални схеми / Б. V. Tarabrin, S. JB. Якубовски, Н. А. Барканов и други; Изд. Б. В. Тарабрина. - 2-ро издание, Rev. и добавете. - М.: Енергия, 1980. - 816 с. 12. Фролов В. В. Радиолюбителска техника. - М.: DOSAAF, 1975 г. - 134 с.Предговор За транзисторите и интегралните схеми Принцип на действие и устройство на транзисторите Класификация на транзисторите Взаимозаменяемост на транзисторите Интегрални схеми Най-простите приемници Приемник 2-V-0 Създаване на приемника Подобряване на приемника с полеви транзистор Приемник 3-V-0 с биполярни транзистори Приемник с два транзистора с директно свързване Приемник с два транзистора с капацитивен съединител Приемник с три транзистора с push-pull детектор Двулентов приемник с три транзистора Приемник с три транзистора една микросхема Усилватели с ниска честота LF усилвател на три транзистора LF усилвател на четири транзистора LF усилвател на микросхема и два транзистора LF усилвател на микросхема K174UN4 LF усилвател на микросхема K174UN7 Високоговорител приемници за директно усилване Заключение Референции
BBK 32.849.9
B19 УДК 621.396.62 Редакционен съвет: Белкин Б. Г., Бирюков С. А., Бондаренко В. М., Борисов В. Г., Гениш-та Е. Н., Гороховски А. В., Еляшкевич С. А., Жеребцов И. П. ., Корольоков В.Г., Поляков В.Т., Смирнов А.Д., Тарасов Ф.И., Фролов О.П., Хотунцев Ю.Л., Чистяков Н.И. Рецензент В.Г. Борисова масова радиобиблиотека Василиев VA V19 Приемници на начинаещ радиолюбител. - М.: Радио и комуникация, 1984. - 80 с., Ил. (Масова радиобиблиотека; брой 1072). 40 k.Описан е принципът на действие, проектиране, производство и създаване на прости аматьорски радиодизайни на приемници за директно усилване, усилватели с ниска честота за тях и приемници за директно усилване на високоговорители, чието повторение може да се използва за налични части и възли с широко приложение. Дадени са практически препоръки за избора на части и възможностите за тяхната възможна подмяна. За начинаещи радиолюбители.
BBK 32.849.9 6F2.9
2402020000-185 Б.--------------88-84 046(01)-84ВЛАДИМИР АЛЕКСЕЕВИЧ ВАСИЛИЕВ
НАЧАЛНИ РАДИО АМАТЕРСКИ ПРИЕМНИЦИ
Редактор Л. Н. Ломакин.
Издателски редактор И. Н. Суслова
Художествен редактор Н. С. Шейя.
Технически редактор И. Л. Ткаченко
Коректор 3. Г. Галушкина
Поставено в комплект 04/17/84 Подписано за печат 28.06.84 Т-15044 Формат 60x90 1/16 Типографска хартия N 3 Литературен набор Печат висока Конв. печат л. 5,0 реал. кр.-Отт. 5375 Uch.-ed. л. 5.34 Тираж 200 000 копия (1-во растение: 1 - 100 000 копия) Изд. N 20202 Поръчка № 673 Цена 40 к. Издателство sRadio и комуникация ". 101000 Москва. Поща, P.O. Box 693 Печатница на Ценоразписа. 125438, Москва, магистрала Пакгаузное, 1 OCR Pirat
Определянето на номиналната изходна мощност изисква използването на LF генератор ( 400 или 1000 Hz), AC волтметър и измервател на хармонично изкривяване. Освен това трябва да знаете стойността на импеданса на товара Zн усилвател на честота 400 Hz... Ако усилвателят работи на един високоговорител, тогава като Zн възможно е да се приеме съпротивлението на неговата гласова бобина на постоянен ток, увеличено с 20% .
Ако има няколко високоговорителя, свързани към една и съща намотка на изходния трансформатор, общият импеданс на техните гласови намотки се определя и резултатът също се умножава по 1,2 ... Ако високоговорителите са свързани към различни намотки, тогава съпротивленията им трябва да се преизчислят към една от намотките, в краищата на които се измерва изходното напрежение и да се добавят съгласно закона за паралелното съпротивление. Ако има пищялки, свързани чрез кондензатори, които намаляват по-ниските честоти, тогава те не трябва да се вземат предвид.
Фигура: 1. Схема на свързване за определяне на номиналната изходна мощност
Чисто синусоидален сигнал с честота 400 или 1000 Hz се подава към входа на нискочестотния усилвател (към гнездата на излъчващия приемник) от висококачествен нискочестотен измервателен генератор с общо хармонично изкривяване Kn няма повече 0,5-1% ... Напрежението на този сигнал постепенно се увеличава, като през цялото време се определя Kn на изхода на тествания усилвател. Кога Kn достига стойността, посочена за устройството от този клас, напрежението върху товара се измерва с помощта на волтметър Uout и изчислете номиналната изходна мощност, като използвате формулата:
Можете също така да определите номиналната изходна мощност от характеристиката на хармоничното изкривяване, конструкцията на която е описана по-долу. Ако стойността Kn, при която трябва да се намери номиналната изходна мощност на тествания апарат, е неизвестна, тогава тя може да се приеме за равна на 10% .
При липса на измервател на изкривяване е трудно да се определи номиналната изходна мощност, но с известно приближение за изправни усилватели можем да приемем, че средно при Kn \u003d 10% изходната мощност е 60% от максимално възможната мощност. По този начин, след като определим най-високата изходна мощност при известно високо изходно напрежение, можем да приемем номиналната мощност равна на 0,6 от тази граница.
Нормална изходна мощност
Стойността му се изчислява от получената стойност на номиналната изходна мощност Паут
Rnorm \u003d 0,1 Pout
При нормална изходна мощност напрежението на товара е 0,316 измерена при номинална изходна мощност. Това изходно ниво определя повечето от качествените характеристики на усилвателите и приемниците.
Характерно хармонично изкривяване
Хармоничното изкривяване се определя с помощта на същия набор от инструменти като номиналната изходна мощност ( фиг.2 ).
- НЧ генератор
- Нискочестотен усилвател
- Измервател на хармонично изкривяване
- Изходен метър
Има два вида такива характеристики: зависимостта на общото хармонично изкривяване Kn от изходна мощност R и зависимостта на коефициента на нелинейно изкривяване Kn от честотата (измерванията се извършват в нормален режим на изходна мощност). Получаването на характеристики на двата типа е показано в фиг.2 .
За нелинейното изкривяване може да се съди и по показанията на осцилоскопа, като на неговия екран се премества напрежението, получено на изхода на усилвателя, когато последните синусоидални трептения се подават към входа от звуковия генератор ( фиг.3 ). Във всички осцилографски изследвания е необходимо първо да се провери на осцилоскопа формата на трептенията, подавани от генератора, така че в случай на повреда на генератора, изкривяването на кривата на тока да не се дължи на изследваната апаратура.
Фигура: 3. Приложение на осцилоскоп за изследване на нелинейни изкривявания
Изследването на нелинейните изкривявания в зависимост от честотата на сигнала трябва да се извърши, когато контролите на тона са настроени на позиции, които осигуряват най-голяма еднородност на честотната характеристика.
Премахване на амплитудната характеристика на басовия усилвател
Премахване на тази характеристика ( фиг.4 ) също ви позволява да прецените нелинейното изкривяване, но не изисква използването на измервател на нелинейни изкривявания.
Фигура: 4. Вземане на амплитудната характеристика
Амплитудната характеристика изразява зависимостта на изходното напрежение от входното напрежение и се отстранява при честотата на сигнала 400 или 1000 Hz... Точката, в която правата нагоре част завършва, ограничава областта на изходното напрежение, където хармоничните изкривявания са ниски. При премахване на амплитудната характеристика контролът на силата на звука се настройва на позицията на най-голямото усилване.
Вземане на честотната характеристика
Приемането на честотната характеристика обяснява фиг.5 ... В този случай контролът на силата на звука трябва да бъде настроен на най-високата позиция на силата на звука, а контролите на тона - да преминат през цялата честотна лента.
Фигура: 5. Премахване на честотната характеристика на ULF
Чрез задаване на честотата на звуковия генератор 400 или 1000 Hz, напрежението, подавано на входа на усилвателя, се избира от регулатора на нивото на генератора, така че да се получи нормална изходна мощност на изхода на усилвателя, волтметърът на изхода трябва да показва напрежението:
където Паут - номинална изходна мощност при Kn \u003d 10%.
Измервайки изхода на звуковия генератор, те забелязват какво ниво на сигнала е необходимо. Поддържайки това ниво, генераторът е възстановен в честотния диапазон от 20-30 Hz преди 15-20 kHz и обърнете внимание как се променя напрежението на изхода на усилвателя при различни честоти. Въз основа на получените данни се изгражда графика, по хоризонталната ос на която се нанасят честотите, а по вертикалната ос - изходните напрежения или мощности ( фиг.5 ).
Доста често срещано е мащабирането на вертикалната ос в децибели и нивото на честотата 400 или 1000 Hz означават с нула, от него се определят положителни стойности на нивата + dB, и надолу - отрицателно - dB... За да се определи ефективността на тоновите контроли, честотните характеристики се вземат по подобен начин в крайните и няколко междинни позиции на тези контроли.
Честотна лента
Широчината на честотната лента обикновено се измерва на нивото -6 dB, т.е. с отслабване на усилването на екстремни честоти в напрежение с два пъти в сравнение с усилването на честотата 400 или 1000 Hz... Лесно е да се определи от честотната характеристика на усилвателя. На фиг.5 обозначен с буквата P.
Чувствителност на усилвателя
Чувствителността на усилвателя (чувствителността на приемника от фоно жаковете) се определя от напрежението на сигнала на честотата 400 или 1000 Hz, който трябва да се подаде към входа на LF усилвателя, за да се получи номиналната изходна мощност ( фиг.6 ).
Фигура: 6. Измерване на чувствителността на ULF или приемника (от пикапите)
Това напрежение обикновено е десети или дори стотни от волта, а в някои случаи - единици миливолта и тогава е трудно да се измери директно. В този случай напрежението се прилага към входа на усилвателя с помощта на точен делител на напрежението, съставен от известни съпротивления, или чрез понижаващ трансформатор с известно съотношение на трансформация и напрежението се измерва преди разделителя или трансформатора. Знаейки колко пъти се намалява напрежението, подавано към входа на усилвателя, е лесно да се определи чувствителността на усилвателя.
Когато измервате чувствителността, контролът на силата на звука трябва да бъде настроен на най-високата позиция на силата на звука, а контролите на тона - на пълната честотна лента. Изходното напрежение в съответствие с номиналната изходна мощност трябва да бъде:
Характеристика за контрол на силата на звука
Характеристиката на контрола на силата на звука изразява зависимостта на усилването на усилвателя от ъгъла на въртене на копчето за регулиране на силата на звука. Обикновено добри регулатори силата на звука има много широк диапазон на промяна на усилването и не е възможно да се премахне тяхната характеристика при постоянно входно напрежение. Следователно, на практика, чрез промяна на позицията на регулатора на силата на звука, напрежението, подавано от LF генератора, се променя едновременно, поддържайки изходното напрежение на усилвателя непроменено (нормално).
Получените по този начин стойности на входното напрежение за различни позиции на регулатора на силата на звука се преизчисляват в децибели, като се приема като 0 dB входно напрежение при положение на максимално усилване. Стойностите на децибелите, изчислени за останалите точки, се вземат със знак минус и крива от вида, показан в фиг. 7а .
Фигура: 7. Характеристики за контрол на силата на звука
- а - зависимост на затихването от ъгъла на въртене
б - характеристики на силата на звука (за четири позиции на регулатора на силата на звука).
Измерванията се извършват на честотата 400 или 1000 Hz... Ако контролът на силата на звука е сила на звука, тогава за всяка от избраните му позиции честотната характеристика се премахва и всички получени характеристики се нанасят върху една координатна решетка, като ги изместват една спрямо друга с размера на затихване, даден от контрола при 1000 Hz (фиг. 7б ). Когато се вземат характеристиките на компенсация на силата на звука, контролите на тона са предварително зададени в такива позиции, при които честотната характеристика, съответстваща на максималното усилване, има най-дългия участък (характеристика 0 dB На фиг. 7б ).
- Основни тестове на AM приемници
VC. Лабутин. „Книгата на радиомайстора“. 1964 година
Фиг. 1. Първият триод на Лий Дий Форест
Фиг. 2. Контролна решетка, анод и катод за директно нагряване в триода Li Di Forest
Фиг. 3. Изграждане на първия транзистор Bardeen-Brattain
Още през 19 век възниква необходимост от устройства, способни значително да увеличат мощността на електрическите сигнали, свързани с изобретението на телеграфа и радиото.
В началото на 20-ти век е изобретен метод за преобразуване на акустичен сигнал в електрически, който се основава на способността на въглищния прах да променя електрическото си съпротивление под въздействието на вибрации. През 1903 г. специалистите на Bell Telephone Company построяват първия телефон, а през 1911 г. е пусната първата телефонна линия между Ню Йорк и Чикаго.
Скоро стана ясно, че електрическите сигнали се нуждаят от много енергия, за да предават информация на големи разстояния.
Ерата на усилвателите на мощност започва още през 1912 г., когато Western Electric Corporation пуска първия телефонен усилвател. Това стана възможно благодарение на Лий Дий Форест. През 1906 г. той експериментира с вакуумен диод и в резултат с помощта на междинен електрод получава начин за управление на тока, протичащ в лампата.
Ламповите усилватели се развиват бързо през първата половина на 20 век. По това време, благодарение на ламповите усилватели, електрическите китари излязоха на „голямата сцена“ и се появиха много нови музикални тенденции. Така започна „романтиката на лампата и музиката“.
През декември 1947 г. в лабораториите на Бел е „роден“ транзистор, малък полупроводников полупроводников елемент. Подобно на тръбен триод, транзисторът имаше способността да контролира количеството на протичащия ток на колектора с малък базов ток. С други думи, транзисторът може да се използва за усилване на електрически сигнали.
Точковият контактен транзистор Bardeen и Brattain беше крехко устройство, състоящо се от два плътно разположени метални контакта, притиснати към германиев кристал. Първите транзистори бяха изключително несъвършени - те имаха високо ниво на шум, значително изменение на параметрите и ниска надеждност. „В ранните дни производителността на транзисторите може да се промени, ако някой затръшка вратата“, пише ръководителят на екипа Джак Мортън в статия от Fortune от 1953 г.
За разлика от лампите, чието развитие спря доста бързо, транзисторите бързо се подобриха. През 1954 г. Морис Таненбаум създава първия силициев транзистор, а през 1955 г. - силиконов транзистор с дебелина 1 микрон с дифузионна основа, работещ на честоти над 100 MHz. Още през 1961 г. Fairchild Semiconductor Corporation, под ръководството на Робърт Нойс (бъдещ основател на Intel), адаптира тези силициеви технологии, за да създаде първите търговски интегрални схеми.
Съвременните полупроводникови елементи също са направени на основата на силиций, имат отлични характеристики, малко по-ниски от тръбните триоди. А по отношение на оперативните данни - габаритни размери, тегло, надеждност и експлоатационен живот - те значително ги надминават.
Транзистори или лампи?
Фиг. 4. Модерен транзистор
Фиг. 5. Модерна лампа
През цялата история на усилвателите на мощност аудио честота разработен е огромен брой схеми.
Както показва практиката, транзисторните усилватели, когато се използват правилно, са обективни технически спецификации значително превъзхожда лампата. Въпреки това много експерти предпочитат лампови усилватели, въпреки прекомерната им цена.
За да се предвиди разликата в звука на ламповите и транзисторните усилватели, е необходимо да се вземат предвид на физическо ниво разликите между транзисторите и лампите.
| Индикатори | Лампа - триод | Полеви транзистор | Биполярен транзистор | |||
| Тип проводимост | Електронен (чрез вакуум) | Електронен или дупка (през канал в силициев кристал) | Електронен или дупка (през 2 прегради: излъчвател - основа и основа - колектор) | |||
| Нелинейност на входа | Липсва | Липсва на бас | Пропорционално на колекторния ток и се дължи на нелинейността на I - V характеристика база - излъчвател | |||
| Нелинейност на изхода | Пропорционално на третия корен на анодния ток | Пропорционално на квадратния корен на източващия ток | Пропорционално на тока на колектора | |||
| Термична чувствителност | Липсва | Токът на изтичане и наклонът зависят от моментната температура на кристала | Токът на колектора и усилването на тока зависят от моментната температура на кристала | |||
| Изходен импеданс | Половината устойчивост на натоварване | Като цяло по-голяма устойчивост на натоварване | Повече устойчивост на натоварване | |||
Биполярният транзистор се различава от лампата по термичната чувствителност на основните параметри, по-голямата нелинейност на входните и изходните характеристики. В допълнение, лампата превъзхожда транзистора в удобството да съчетае вътрешния им импеданс с този на високоговорителя. Полевият транзистор заема средното положение между биполярния транзистор и триодната лампа.
На пръв поглед е за предпочитане лампите да се използват като усилващи елементи. Въпреки очевидната очевидност, това решение не е балансирано.
На помощ на транзисторите идва трик на веригата - „отрицателна обратна връзка“ (OOS). Почти всички усилватели на мощност са обект на местна и обща обратна връзка. Те линеаризират усилвателя, намаляват изходния импеданс, разширяват честотния диапазон и правят работата му стабилна и независима от температурните колебания на кристала. В резултат на това транзисторните усилватели имат отлични технически характеристики. В допълнение, използването на биполярни и полеви транзистори осигурява по-висока ефективност, тегло и размери и, което е важно, значително по-ниска цена.
Не забравяйте обаче, че всяко явление има както положителни, така и отрицателни страни. Интермодулационно изкривяване в изходния сигнал, неговото разпространение във времето и разрушаване на „фазовата картина“ - цената за използване на отрицателна обратна връзка. Наличието на дори малки по размер интермодулационни продукти от по-високи порядъци в музикален сигнал кара слушателя да се чувства „метален“ и „груб“. Най-често този звук се характеризира като неестествен. Изобилието от реакции в усилващи етапи води до разпространение на сигнала "многопътност" и фазово деструктуриране.
Размиването на сигнала се причинява от факта, че през контура за обратна връзка той многократно се връща към входа на усилвателния етап. В резултат на това на изхода, освен самия сигнал, има много отговори, които се забавят във времето и са извън фазата. Времето за замъгляване на сигнала за обща обратна връзка може да бъде до 100 ms или повече. В резултат на това най-забележимата последица от общия NF ефект върху звука е влошаването на динамиката и отслабването на енергията на музикалния звук.
Трябва да се отбележи, че в транзисторен усилвател не може да се направи без обратна връзка, тъй като за да се осигурят дори скромни стойности на нелинейно изкривяване и приемлив изходен импеданс, усилвателят на транзисторите трябва да има поне дълбока локална обратна връзка. Местната обратна връзка е по-добра от общата обратна връзка и осигурява по-ниска латентност и по-кратък период на измиване. Използването на висококачествени "звукови" транзистори ви позволява да се откажете от общия OOS и да получите от усилвателя "яснота", "прозрачност", "динамичност" и "енергия" на възпроизвеждане.
Фиг. 6. Модерни лампови и транзисторни усилватели на мощност
Ламповите усилватели на мощност с OOS, поради посочените по-горе причини, практически не се използват. Независимо от това, те също имат елемент, който влошава качеството на звука - изходен трансформатор, който е проектиран да съответства на изходния импеданс на усилвателя и импеданса на товара. Но вредата от OOS се оказва по-голяма, отколкото от използването на изходен трансформатор.
Причината за "естествения" звук лампов усилвател се крие в неговата "брилянтна" простота. Освен това цената му може да достигне няколкостотин хиляди долара. Поради високата цена, ниската ефективност и ниската изходна мощност, ламповите аудио усилватели представляват интерес само за истинските ценители на музиката днес и заемат гордо място само сред другото Hi-End оборудване в звуковите студия. А транзисторните усилватели са широко използвани, защото имат висока надеждност, висока изходна мощност и лекота на използване.
В момента Arcam, AMC, BOW Technologies, Cary, Denon, Inter-M, Marshall, Marantz, Onkyo, Perreaux, Pioneer, Sony, Yamaha и др. Се считат за водещите производители на усилватели на аудио мощност.
Характеристики на усилвателя
Антоан дьо Сент-Екзюпери в известната си творба „Малкият принц“ забеляза уместно една интересна човешка черта: „Възрастните много обичат числата. Когато им кажете, че имате нов приятел, те никога не питат за най-важното. Те никога няма да кажат: „Какъв е гласът му? Какви игри обича да играе? Хваща ли пеперуди? " Те питат: „На колко години е? Колко братя има? Колко тежи? Колко печели баща му? " И след това си въобразяват, че са разпознали човека. Когато кажете на възрастни: „Видях красива къща от розови тухли със здравец на прозорците и гълъби на покрива“, те не могат да си представят тази къща. Трябва да им се каже: „Видях къща за сто хиляди франка“. И тогава те възкликват: „Каква красота!“ ...
Когато избират усилвател на мощност, купувачите често правят подобна грешка, вярвайки, че посочените в паспорта технически характеристики ще им позволят да разберат какъв звук да очакват от закупения усилвател. Въпросът е, че основните параметри не отразяват "характера" на усилвателя, макар и само защото са измерени в усъвършенствани лабораторни условия и като цяло може да са ненадеждни. Усилвателите с еднакви спецификации може да звучат различно. И се случва усилвателят с най-лоши характеристики да звучи много по-добре. Може да се приеме, че тези явления са свързани главно със субективното възприемане на звуковото поле от различни хора. По-правилно е обаче да се приеме, че ако има разлики със същите „числа“, това означава, че те просто са забравили да измерват нещо. В резултат се оказва, че оценяването на усилвател по основните му характеристики е същото като оценяването на човек само по неговите физически параметри. Следователно е необходимо да се направи на пръв поглед незначително изменение на горното твърдение - „в паспорта за всеки усилвател на мощност има много характеристики, които ни позволяват да разберем какъв вид„ звук “не трябва да очакваме от него“ ...
Основните характеристики на усилвателя на звуковата мощност са:
- изходяща мощност
- Честотен диапазон;
- Съотношение сигнал / шум;
- Дъмпинг фактор (или фактор на затихване).
Освен това може да се посочи следното:
- Коефициент на интермодулационно изкривяване;
- Скорост на нарастване на изходното напрежение;
- Кръстосан разговор.
Разбира се, паспортът съдържа и важни характеристики на изпълнението:
- Захранващо напрежение;
- Максимална консумация на енергия;
- Тегло;
- Размери.
изходяща мощност
Фиг. 7. График на зависимостта на коефициента на хармонично изкривяване от изходната мощност за усилвател, работещ в клас AB
Този параметър има много разновидности и методи за измерване и някои производители го използват за рекламни цели, умишлено не посочвайки условията, при които е била измерена изходната мощност. Ето защо купувачът е в недоумение, когато сравнява в магазина мъничък музикален център със стикер 2x1000W и тежък усилвател на мощност с впечатляващи размери с характеристика 30 W на канал.
За битовите усилватели се използват предимно характеристики като номинална и максимална изходна мощност:
Оценена сила - изходната мощност на усилвателя при даден коефициент на нелинейно изкривяване.
Тази техника на измерване предоставя известна свобода на избор на производителя, който е свободен да посочи стойността на номиналната мощност, съответстваща на най-благоприятната стойност на хармоничното изкривяване. Но е широко известно, че в усилватели клас AB при ниски нива на изходна мощност, например 1W, нивото на изкривяване може да достигне огромни стойности. Той може значително да намалее само когато изходната мощност се увеличи до номиналната. Рекордни номинални характеристики са посочени в паспортите на местните производители, с изключително ниско ниво на изкривяване при висока номинална мощност на усилвателя. Докато най-високата статистическа плътност на музикалния сигнал се намира в амплитудния диапазон от 5-15% от максималната стойност. Това вероятно е защо съветски усилватели забележимо изгубени от ухото за западняците, чието оптимално изкривяване би могло да бъде на средни нива на звука. В СССР имаше надпревара за минимални хармонични и понякога интермодулационни изкривявания на всяка цена при едно номинално (почти максимално) ниво на мощност.
Максимална мощност - изходната мощност на усилвателя с ненормализиран коефициент на нелинейно изкривяване.
Този параметър е дори по-малко информативен от номиналната мощност и само характеризира границата на безопасност на усилвателя - възможността за работа дълго време при претоварване на входа.
Сред чуждестранните най-често използваните характеристики са RMS, PMPO и DIN POWER:
RMS (Root Mean Squared) - средноквадратична стойност на мощността при нормализирано общо хармонично изкривяване. Обикновено измерването се извършва при 1 kHz, когато THD е 10%.
Този индикатор е заимстван от електротехниката и, строго погледнато, не е подходящ за описание на звуковите характеристики. При музикалните сигнали човек чува силни звуци по-добре от слабите, тъй като амплитудните стойности засягат органите на слуха, а не средните квадратни стойности. По този начин средната стойност ще каже малко.
RMS стандартът е един от неуспешните опити за описване на параметрите на звуковото оборудване и има много ограничено приложение - трябва да се търси усилвател, който произвежда 10% изкривяване не при максимална мощност. До достигане на максимална мощност изкривяванията често не надвишават стотни от процента и след това те рязко се увеличават.
PMPO (Peak Music Power Output) - максимално постижимата пикова стойност на сигнала, независимо от изкривяването за минимален период от време (обикновено 10 mS).
Както следва от описанието, параметърът PMPO е виртуален и безсмислен в практическата употреба. Въпреки това, това е много често в описанията на усилватели, заблуждавайки многобройните купувачи. Във връзка с това може да се оплаче само липсата на единни задължителни стандарти за измерване на изходната мощност и непочтеността на производителите. 100W PMPO често представляват само 3W номинална мощност при 1% THD.
DIN POWER - стойността на изходната мощност при реално натоварване при нормализиран коефициент на нелинейно изкривяване. Измерванията се извършват в рамките на 10 минути, като се използва сигнал от 1 kHz, когато се достигне 1% THD.
Този параметър най-адекватно характеризира изходната мощност на усилвателя. Понякога се среща в паспорта на усилвателя под обозначението IEJA. Неговият IHF вариант определя изходната мощност при 0,1% THD.
Строго погледнато, има много други видове измервания, например DIN MUSIC POWER, който описва силата на не синусоидален, а музикален сигнал. Напоследък, поради липсата на единен стандарт, производителите се опитват да посочат изходната мощност, заедно с други характеристики, при които тя се измерва. Например,
650 W (8 Ω, 20 - 20 000 Hz, 0,1% THD)
750 W (8 Ω, 1000 Hz, 0,1% THD)
Като се има предвид факта, че музикалният сигнал има голяма честота и динамичен обхват, по-правилно е да се измерва с помощта на музикални сигнали. И посочете не номиналната мощност, а графика на зависимостта на фактора на хармонично изкривяване от изходната мощност.
Може да се добави, че всеки усилвател е проектиран за определено съпротивление на натоварване. Въпреки това, той може да варира и информационните листове показват основните параметри за всяко допустимо съпротивление.
В момента усилвателите се произвеждат с номинална мощност от единици до няколко хиляди вата. Достойни представители на мощни усилватели са Inter-M V-3000, Q-3300 (2x1650 W с товар от 2 ома на канал) и V-4000, Q-4300 (2x2100 W с товар от 2 ома на канал). Въпреки високата изходна мощност, те са оразмерени така, че да отговарят на стандартното 19-инчово оборудване, само 88 мм високо и с тегло под 12 кг.
честотен диапазон
Фиг. 8. Пример за графика на зависимостта на нормализираното усилване от честотата на сигнала.
Почти всеки съвременен усилвател на аудио мощност е способен да усилва сигнали далеч извън звуковия обхват. Следователно няма смисъл да се посочва честотният диапазон в чист вид, например от 5 до 100 kHz.
Целта на усилвателя на мощността на аудио честотата (ако той няма специално предназначение, като например китарен усилвател) - образуването на електрически сигнал на изхода, с форма, точно повтаряща входния сигнал, но имаща голяма мощност. Тъй като музикалният сигнал, дори ако се формира от един музикален инструмент, далеч не е хармоничен, не е достатъчно да се сведе до минимум фактора на нелинейно изкривяване в усилвателите за висококачествено възпроизвеждане на звука. Необходимо е амплитудно-честотните и фазово-честотните характеристики на усилвателя да са абсолютно хоризонтални в диапазона на звуковите честоти от 16 до 20 000 Hz. На практика това не може да бъде постигнато и системата високоговорители има честотна характеристика с по-значителни спадове и повишения.
честотен обхват посочва се при нормализираната неравномерност на амплитудно-честотната характеристика, изразена в относителни стойности. Най-успешните модели усилватели имат неравномерност на честотната характеристика от ± 0,1 dB в диапазона от 20 до 20 000 Hz. Такива отлични технически показатели притежават например усилвателите на живо на компанията Inter-M - L-800, L-1400, L-1800, L-2400 и L-3000. Ако при измерване вземем стандартната неравномерност на амплитудно-честотната характеристика от 3 dB, тогава честотният диапазон ще бъде 10-100000 Hz.
Хармонично изкривяване
Фиг. 9. Хармонично изкривяване. SOI \u003d 0,3%.
Типичният THD за Hi-Fi усилвател е 0,1%. Въпреки това е отбелязвано повече от веднъж: усилвател с THD 0,001% може да звучи по-зле от друг с THD 0,1%. Факт е, че при толкова малки стойности на този параметър е трудно да се проследи изкривяването под формата на изходен сигнал или да се усети по слух. Следователно разликата между 0,1% и 0,001% няма да бъде чута.
Съотношение сигнал / шум
Съотношението сигнал / шум се определя като отношение на мощността на желания хармоничен сигнал към мощността на шума на усилвателя на мощност. Този параметър за съвременно оборудване за усилване на звука надвишава 100 dB. Това означава, че шумът на усилвателя е 10 милиарда пъти по-малък от този на желания музикален сигнал. Безопасно е да се каже, че в момента този параметър е само гордост за производителя. Няма значение за потребителя. Кой може да усети разликата между SNR 95 и 100 dB?!
Дъмпинг фактор (фактор на затихване)
Демпфирането зависи не само от изходния импеданс на усилвателя и импеданса на високоговорителя. Моля, обърнете внимание, че способността да абсорбира енергията, върната от високоговорителя, зависи от индуктивността на филтъра и от импеданса на съединителите и кабела, към които са свързани високоговорителите.
Минималната стойност на коефициента на затихване може да се счита за 20, добра - 200-400. Съвременните усилватели от висок клас имат стойност от 200 и по-висока.
Коефициент на интермодулационно изкривяване
Трябва да се отбележи, че няма единни стандарти за измерване на интермодулационното изкривяване и резултатите от измерването значително зависят от нивата на входните сигнали и техните честоти. По-често IMD не се посочва просто защото не е известно как да се измери. Независимо от това, този параметър е най-обещаващ за оценка на нелинейните свойства на усилвател на мощност.
Изходна скорост на убиване
Този параметър характеризира нивото на динамично изкривяване, което възниква поради ограничението на скоростта на нарастване на изходния сигнал в усилвателя, обхванато от дълбока обратна връзка. Въвеждането на OOS, като правило, води до нестабилност на усилвателя при високи честоти. Това налага да се приложи корекция на честотата. На свой ред, недостатъчно висока гранична честота на образувания нискочестотен филтър причинява динамично изкривяване.
Музикалният сигнал винаги съдържа остри скокове в нивото, например при свирене на ударни инструменти. Недостатъчната скорост на убиване води до влошаване на звука, което води до загуба на енергия.
Пресичане на препратки
Този параметър определя степента на проникване на сигнала от един канал в друг. Високото ниво на кръстосани препратки води до леко влошаване на яснотата на стерео изображението. Чувствителният слушател обаче веднага ще усети, че звукът не дава представа за относителното положение и размер на музикалните инструменти, т.е. липса или неяснота на звуковата 3D картина.
Не на последно място, при избора на усилвател се обръща внимание на външния му вид и лекотата на използване. Поради субективността, тези индикатори не подлежат на никакво измерване и се изразяват като звезди в многобройни рейтинги и стикери „Gold Design“ върху корпуса на устройството. Без съмнение това е характеристика и на усилвателя.
Класификация на усилвателя
Според метода за работа с входния сигнал и принципа на конструиране на усилващи каскади усилвателите на мощността на аудио честотата се разделят на:
- Аналог, клас А
- Аналог, клас Б
- Аналог, клас AB
- Аналог, клас Н
- Импулсно и цифрово, клас D
- Цифров, клас Т
Трябва да се отбележи, че има много повече класове усилватели, като C, A +, SuperA, G, DLD и др. Някои от тях, като C (ъгъл на прекъсване по-малък от 90 градуса) не се използват в UMZCH. Други се оказаха твърде сложни и скъпи, така че те напуснаха сцената или бяха свалени от по-обещаващите.
Аналоговите усилватели всъщност се различават само по ъгъла на отрязване на входния сигнал, т.е. изборът на т. нар. „оперативна точка“.
Клас А
Фиг. 10. Прекъсващи ъгли за усилвателни каскади клас A, B, AB и C.
Усилвателите от клас А работят без да отрязват сигнала в най-линейния участък от характеристиката на токовото напрежение на усилващите елементи. Това гарантира минимално хармонично изкривяване (THD и IMD), както при номинална мощност, така и при ниска мощност.
За този минимум трябва да платите с впечатляваща консумация на енергия, размери и тегло. Средно ефективността на усилвател от клас А е 15-30% и консумацията на енергия не зависи от изходната мощност. Разсейваната мощност е максимална при ниски изходни сигнали.
Типични усилватели от клас А са транзисторът SX-25 Perreaux и тръбата Cary CAD 805, сравнителни характеристики които са дадени в таблицата:
| Спецификации | SX-25 Perreaux | CAD 805 Cary | ||
| Оценена сила | 25W стерео (8 ома) | 50 W моно (8 ома) | ||
| не повече от 0,02% | неопределено | |||
| 20-20000 Hz (± 0,13 dB) | 20-20000 Hz (± 0.75 dB) | |||
| Съотношение сигнал / шум | повече от 100 dB | повече от 80 dB | ||
| Консумация на енергия | 210 вата | 230 вата | ||
| Тегло | 2,4 кг | 36 кг | ||
| Размери (ШxВxД) | 216 х 58 х 178 мм | 310 х 220 х 610 мм | ||
| Цена на дребно | 28 000 рубли | 500 000 рубли | ||
Клас Б
Фиг. 11. Принципът на действие на усилвателите, класове A, B и C.
Подсилващите елементи работят с отсечка от 90 градуса. За да осигурите такъв режим на работа на усилвателя, push-pull веригакогато всяка част от веригата усилва своята "половина" от сигнала. Основният проблем с усилвателите от клас В е наличието на изкривяване поради стъпаловидния преход от една полувълна към друга. Следователно при ниски нива на входния сигнал нелинейното изкривяване достига своя максимум.
Фиг. 12. Изкривяване на кросоувър в усилватели клас В.
Предимството на усилвателя от клас В може да се счита за висока ефективност, която теоретично може да достигне 78%. Консумацията на мощност на усилвателя е пропорционална на изходната мощност и при липса на сигнал на входа тя обикновено е нула. Въпреки високата ефективност, едва ли някой ще успее да намери усилватели от клас B сред съвременните модели.
Клас AB
Както подсказва името, усилвателите от клас AB са опит да се съчетаят достойнствата на усилвателите от клас A и клас B, т.е. постигнете висока ефективност и приемливо ниво на нелинейно изкривяване. За да се отървем от стъпаловидния преход при превключване на усилващи елементи, се използва ъгъл на отрязване над 90 градуса, т.е. работната точка се избира в началото на линейния участък на характеристиката на токовото напрежение. Поради това, при липса на сигнал на входа, усилващите елементи не се блокират и през тях протича някакъв спокоен ток, понякога значителен. Поради това ефективността намалява и има лек проблем за стабилизиране на тока в покой, но нелинейните изкривявания са значително намалени.
Сред аналоговите усилватели този режим на работа е най-често срещан.
Фиг. 13. Графики на зависимостта на коефициента на нелинейно изкривяване от изходната мощност на усилвателя за класове A, B и AB.
Фиг. 14. Минимизиране на изкривяването на кросоувър в усилватели клас АВ.
Типични представители на усилвателите от клас AB са транзисторните L-1400 Inter-M и P-3500S Yamaha, сравнителните характеристики на които са показани в таблицата:
| Спецификации | L-1400 Inter-M | P-3500S Yamaha | ||
| Оценена сила | 450 W стерео (4 ома) | 450 W стерео (4 ома) | ||
| Хармонично изкривяване | не повече от 0,03% | не повече от 0,1% | ||
| Обхват на честотната характеристика | 20-20000 Hz (± 0,1 dB) | 20-20000 Hz (± 0,25 dB) | ||
| Съотношение сигнал / шум | не по-малко от 100 dB | повече от 102 dB | ||
| Тегло | 14,4 кг | 15 кг | ||
| Размери (ШxВxД) | 482 x 88 x 369 мм | 482 x 88 x 456 мм | ||
| Цена на дребно | 16 740 рубли | 19 800 рубли | ||
Изходните етапи на Prisma 350 Perreaux са A / AB хибридни. Това техническо решение осигурява номинална мощност от 350 W на канал при товар от 8 ома, хармонично изкривяване по-малко от 0,02%, възпроизводим честотен диапазон от 20 до 25000 Hz с неравномерна честотна характеристика от +/- 0,25 dB. Естествено, постигането на такива характеристики доведе до увеличаване на теглото до 30 кг и височина от 19 ”корпус до 176 мм, което съответства на 4 единици.
Сравнителна таблица на усилвателите, работещи в режими A, B, AB:
| Спецификации | A | Б. | AB | |||
| Теоретична ефективност | 50 % | 78 % | зависи от режима | |||
| Реална ефективност | 15-30 % | 50-60 % | 40-50 % | |||
| Нелинейно изкривяване | малък | Високо | средно аритметично | |||
| Консумация на енергия | постоянна | зависи от уикенда | зависи от уикенда | |||
| Термична стабилност | ниско | Високо | средно аритметично | |||
Клас Н
Този клас усилватели са проектирани специално за превозни средства, в които има ограничение на напрежението, захранващо изходните стъпала. Импулсът за създаването на усилватели от клас H беше фактът, че реалният звуков сигнал има импулсен характер и средната му мощност е много по-ниска от пиковата. Схемата се основава на конвенционален усилвател от клас AB, свързан в мостова верига. Акцентът е използването на специална верига за удвояване на захранващото напрежение. Основният елемент на удвояващата верига е кондензатор за съхранение с голям капацитет, който постоянно се зарежда от основния източник на енергия. При пикови мощности този кондензатор е свързан последователно с основното захранване чрез управляваща верига. Захранващото напрежение на изходния етап на усилвателя се удвоява за част от секундата, което му позволява да се справи с предаването на пикови сигнали. Кондензаторът за съхранение обаче трябва да е с достатъчен капацитет, в противен случай декларираната изходна мощност ще се предоставя само при средни и високи честоти.
Идеята за превключване на захранващото напрежение намери приложение не само в усилвателите на мощността на автомобила. Усилвателят с дву- или тристепенно захранване всъщност е превключващ усилвател със сериен аналогов канал, който преобразува излишната импулсна енергия в топлина. Колкото повече стъпки има захранващото напрежение, толкова по-близо до синусоида се получава стълбището на изхода на импулсната част на усилвателя и толкова по-малко топлина се генерира по аналоговия канал.
Усилвателите, изградени с помощта на подобна схема, комбинират дискретни методи за усилване с аналогови и съответно заемат междинно положение между аналоговите и импулсните усилватели по отношение на ефективността и разсейването на топлината. За да се увеличи ефективността и съответно да се намали генерирането на топлина, този усилвател използва дискретно сближаване на захранващото напрежение на аналоговия канал с неговото изходно напрежение. Увеличението на ефективността се дължи на намаляване на спада на напрежението в активния крак в сравнение с усилватели с едно ниво на захранване. Отличителна черта на такива усилватели е, че превключването на ключови елементи става с честотата на сигнала. Филтрирането на висшите хармоници се извършва от аналоговата част на усилвателя чрез преобразуване на хармоничната енергия в топлина в усилватели с висока тактова честота, когато честотата на превключване на ключовите елементи е в пъти по-висока от горната гранична честота на сигнала, а филтрирането се извършва от LC филтър. Термичните загуби на аналоговата част на усилвателя са доста ниски, но те са достатъчно компенсирани чрез превключване на загубите и загубите от филтъра при висока тактова честота. Има оптимален брой стъпки на захранващото напрежение, при които усложняването на веригата се оправдава от увеличаването на ефективността и намаляването на разходите мощни транзистори аналогова част на усилвателя.
Усилвателите от клас H постигат 83% ефективност с 0,1% хармонично изкривяване.
Типични усилватели от клас H са L-1800, L-2400, V-3000, V-4000, Q-3300, Q-4300 Inter-M, RX-Extra 2800, RX-Extra 3000, RX-Extra 4000 Roxton, сравнителен чиито характеристики са представени в таблицата:
| Спецификации | Q-4300 Inter-M | RX-Extra 2800 Roxton | ||
| Оценена сила | 1300 W стерео (4 ома) | 1100 W стерео (4 ома) | ||
| Хармонично изкривяване | не повече от 0,05% | не повече от 0,1% | ||
| Обхват на честотната характеристика | 20-20000 Hz (± 0,2 dB) | 20-20000 Hz (± 0,3 dB) | ||
| Съотношение сигнал / шум | повече от 106 dB | не по-малко от 100 dB | ||
| Тегло | 11,7 кг | 21 кг | ||
| Размери (ШxВxД) | 482 x 88 x 407 мм | 482 x 88 x 456 мм | ||
| Цена на дребно | 41 470 рубли | 40 800 рубли | ||
Клас D
Строго погледнато, клас D е не само конструктивна схема или режим на работа на изходен каскад - той е отделен клас усилватели. По-логично би било да ги наречем импулсивни, но историческото име „дигитално“ вече ги е утвърдило здраво. Нека разгледаме общата блок-схема на усилвателя.
Фиг. 15. Блок-схема на цифров усилвател
Дигитализираният сигнал се подава към аудио процесора, който от своя страна управлява полупроводниковите превключватели на мощността, използвайки PWM (Pulse Width Modulation). Може да се добави, че ШИМ сигнал може да се получи без аналогово-цифрово преобразуване с помощта на компаратор и генератор, например триончест сигнал. Този метод се използва широко и в усилватели от клас D, но благодарение на развитието на цифровите технологии постепенно се превръща в минало. Аналогово-цифровото преобразуване предоставя допълнителни възможности за обработка на звука: от регулиране на силата на звука и тона до изпълнение на цифрови ефекти като реверберация, намаляване на шума, потискане на акустичната обратна връзка и др
За разлика от аналоговите усилватели, изходът на усилвателите от клас D е правоъгълен. Тяхната амплитуда е постоянна, а продължителността ("ширина") варира в зависимост от амплитудата на аналоговия сигнал, постъпващ на входа на усилвателя. Честотата на импулсите (честота на вземане на проби) е постоянна и в зависимост от изискванията към усилвателя варира от няколко десетки до стотици килогерца. След оформянето импулсите се усилват от терминални транзистори, работещи в ключов режим. Преобразуването на импулсния сигнал в аналогов става в нискочестотния филтър на изхода на усилвателя или директно в товара.
Фиг. 16. Графика на зависимостта на ефективността на аналоговите и цифровите усилватели от изходната мощност.
Фиг. 17. Формата на импулсите на изхода на усилватели клас AD и BD (преди филтъра за сглаждане).
Фиг. 18. Графики на зависимостта на нивото на нелинейно изкривяване от изходната мощност за усилватели D и T класове.
По принцип принципът на работа на усилвател от клас D е много подобен на принципа на работа на импулсно захранване, но за разлика от него на изхода, поради широчинно-импулсна модулация, не се образува постоянно напрежение, а променливо, във форма, съответстваща на входния сигнал
Теоретично ефективността на такива усилватели трябва да достигне 100%, но, за съжаление, съпротивлението на транзисторния канал, макар и малко, все още е ненулево. Но въпреки това, в зависимост от устойчивостта на натоварване, ефективността на усилвателите от този тип може да достигне 90% -95%. Разбира се, с тази ефективност практически няма нагряване на изходните транзистори, което прави възможно създаването на много малки и икономични усилватели. Коефициентът на хармонично изкривяване при правилен дизайн на изходния филтър може да бъде доведен до 0,01%, което е отличен резултат. Изкривяването се увеличава с увеличаване на честотата на сигнала и намаляване на честотата на дискретизация. Изходната мощност също косвено зависи от честотата на вземане на проби - с увеличаване на честотата индуктивността на намотките намалява и загубите в изходния филтър намаляват.
Подобно на аналоговите усилватели, превключващите усилватели са разделени на подкласове AD и BD, със сходни предимства и недостатъци. При усилватели клас AD, при липса на входен сигнал, изходният етап продължава да работи, подавайки импулси със същата продължителност на товара. Това подобрява качеството на предаване на слаби сигнали, но значително намалява икономичността и поражда редица технически проблеми. По-специално е необходимо да се справим с така наречения проходен ток, който възниква при едновременно превключване на изходните транзистори. За да се елиминира проходният ток в изходния етап, се въвежда мъртво време между затварянето на единия транзистор и отварянето на другия.
Практически приложения се намират в по-опростения дизайн: клас BD усилватели, чийто изходен етап при липса на сигнал генерира импулси с много кратка продължителност или е в покой. При усилвателите от този тип обаче основният недостатък е най-силно изразен - зависимостта на нивото на нелинейно изкривяване от честотата на дискретизация и честотата на сигнала. В допълнение, изкривяването се увеличава с малки входни сигнали.
Най-често усилвателите от клас D, както и клас AB, се произвеждат в интегрална версия.
В клас D например работят усилвателите PA-624, PCT-610/620 Inter-M. Ефективността им надвишава 90% при номинална мощност 240 W, коефициентът на хармонично изкривяване за усилвателите от този клас е минимален - 0,1%. Тези модели се използват в системи за предупреждение и излъчване, в които, както знаете, не се обръща особено внимание на въпросите за постигане на специално качество на звука. В професионалните системи за възпроизвеждане на звук в клас D се използват основно усилватели за субуфери, оттогава ниски честоти ухото е най-малко чувствително към нелинейно изкривяване сигнал.
Клас Т
Този клас усилватели на мощност е роден в лабораториите на Tripath Technology и се отличава с високата ефективност, присъща на превключващите усилватели, съчетана с високо качество на звука.
Графиките показват, че усилвателите от клас Т са наравно с най-добрите аналогови усилватели. Нивото на изкривяване е минимално и практически няма по-високи хармоници в спектъра на изходния сигнал.
Значително предимство на усилвателите от клас Т пред аналоговите и традиционните цифрови усилватели е ниското им интермодулационно изкривяване, което е по-малко хармонично. Например за усилватели от клас AB, IMD е значително по-висок от хармоничното изкривяване; а за усилватели от клас А тези стойности са от същия порядък.
Всички предимства на този клас усилватели са резултат от използването на патентованата технология Digital Power Processing (TM). Трябва да се отбележи, че Tripath Technology спря да съществува поради неотдавнашната глобална финансова криза и евентуално предишният таен принцип за обработка на сигнали ще стане достъпен за други компании и ще намери своето развитие в нови устройства. По същество всичко се свежда до два взаимосвързани процеса - „предсказване“ (Predictive processing) и „адаптивна трансформация“ (Adaptive Signal Conditioning Processing).
Прогнозата се състои в проследяване на скоростта на промяна на сигнала (производно) и изчисляване на тази стойност въз основа на амплитудата на сигнала в следващия момент от времето. Отчасти поради това динамичният обхват на такива усилватели надвишава 100 dB.
Амплитудата на сигнала и скоростта на неговото изменение са изходните данни за изпълнението на алгоритъма "адаптивна трансформация". Усилвателите от клас Т нямат фиксирана честота на дискретизация - тя се променя непрекъснато до 1,5 MHz според този алгоритъм. Освен това, увеличаването на честотата на дискретизация значително подобрява качеството на звука и опростява дизайна на изходния филтър.
По отношение на алгоритъма за обработка на сигнала Digital Power Processing (TM) може да се приеме, че той се основава на една от разновидностите на делта модулация, която се различава от модулацията с широчина на импулса по това, че използва не абсолютната стойност на сигнала, а неговата промяна спрямо предишното състояние.
Усилвателите от клас Т станаха широко разпространени под формата на вградени модули в елементите на линейния масив на високоговорителите. Това решение осигурява много висока надеждност на концертното оборудване, леко тегло, простота и скорост на монтаж. Пример е линейният масив от серия DVA на dB Technologies.
Ако по-рано усилвателят просто е трябвало да работи надеждно и гарантирано качество на звука, съвременните модели се допълват от редица сервизни функции, като компютърно управление на усилвателя, програмиране на вградения ограничител и наличие на цифров вход. С намаляването на цената на цифровите интерфейси за предаване на аудио сигнали, можем да очакваме ръст на пазара за усилватели с дистанционно контролирани параметри и автоматична диагностика, което несъмнено ще разшири възможностите за създаване на системи за усилване на звука. Като се има предвид бързото развитие на цифровата технология и елементната база, е трудно дори да си представим до какви висоти ще ни доведе по-нататъшното усъвършенстване на принципите на изграждане на усилватели на мощност.
В зависимост от използваните подсилващи елементи, усилвателите на звуковата мощност са разделени на:
- Лампа;
- Транзистор;
- Хибрид;
- Неразделна.
Съдържанието на ламповите и транзисторните усилватели е съвсем ясно от името. Можете също да се досетите за хибридни - в усилвателните етапи се използва комбинация от полупроводникови елементи и лампи. Интегрираните усилватели (обикновено класове AB, D и T) се основават на микросхеми.
По броя на независимите канали за усилване на звука могат да се разграничат:
- Моно усилватели (едноканални);
- Стерео усилватели (двуканални);
- Усилватели за съраунд звук (многоканални).
- Неразделна.
По-голямата част от усилвателите имат 2 канала, тоест те са предназначени за използване в стерео системи за възпроизвеждане на звук. Много от тях обаче имат мостов режим на връзка с товара и могат да се използват като едноканални. В този случай изходната мощност се увеличава с около 2 пъти.
Моно усилвателите се използват в излъчвани системи или, например, в многоканални системи за възпроизвеждане на отделни сигнали.
Многоканалната звукова технология дава възможност да реализирате собственото си домашно кино, прави възможно да изградите по свое усмотрение съраунд висококачествена звукова система. Това ви позволява да усетите най-фините детайли на звуковата картина на различни концертни зали, докато слушате аудио записи, направени в многоканален формат. Основната трудност при проектирането на такива системи е трудността да се осигури еднакво точна локализация на възприеманите от слушателя звукови източници по време на възпроизвеждане по отношение на действителното местоположение на тези звукови източници по време на запис. Този ефект става по-изразен, колкото по-далеч от центъра на зоната на слушане е слушателят.
Многоканалните системи се използват не само за изпълнение на звукови ефекти и стерео разширение. Много театри и концертни комплекси са построени, без да се вземат предвид съвременните изисквания за архитектурна акустика и имат сложна многостепенна структура, с обем над 10 кубически метра на човек. Внедряването на стерео система в такива помещения неизбежно ще доведе до факта, че вълните, отразени от нивата на пода, тавана и стените, ще действат локално и ще се появят зони с неравномерно разпределение на звуковото поле. Допълнителна неприятност е, че при различни честоти тази неравномерност се проявява по различни начини.
Само многоканална система е в състояние да реши такъв проблем. Сигналът е разделен на няколко честотни диапазона с помощта на кросоувърите, включени в оборудването на професионалната система, които се усилват и възпроизвеждат отделно. Постигането на равномерно звуково поле в целия диапазон на възпроизводими честоти е възможно само при използване на разнообразие от правилно подбрани и разположени теснолентови високоговорителски системи. Посоченото действие на акустичните системи води до значително намаляване на реверберацията, увеличаване на звуковото налягане и минимизиране на фазовите изкривявания в звуковата част на помещението. Трябва да се отбележи, че грешка от 1 градус при ориентирането на високоговорителите с линейни масиви (поради лошото качество на дизайна и / или инсталацията) може да отмени всички предимства на многоканалната система. Обикновено всеки елемент от инсталираните клъстери се захранва от собствен цифров усилвател от клас D или T, който е настроен за оптимални характеристики на звуковото поле въз основа на използваните високоговорители и високоговорители, сила на звука и материал на шкафа. Цифровият усилвател може да включва звуков процесор, способен на предварително наблягане на честотата и времето в сигнала.
Многоканални системи могат да се използват и когато е необходимо стаите да се разделят на няколко независими зони, в които се играят различни музикални програми. Тази техника се използва например в развлекателни комплекси, състоящи се от множество зали. Предимството на такава система се крие във възможността за централизирано управление.
По своето функционално предназначение усилвателите на аудио мощност могат да бъдат разделени само условно. Всъщност те са подредени почти еднакво, разликите се причиняват само от определени (увеличени или, обратно, намалени) изисквания за технически характеристики. Въпреки това могат да се разграничат:
- Домакински усилватели;
- Автомобилни усилватели;
- Концертни усилватели;
- Студийни усилватели;
- Транслационни усилватели;
- Специални усилватели.
ДА СЕ домакински усилватели основно има само едно изискване - ниска цена. Като се има предвид, че тяхната изходна мощност е ниска и те се основават на интегрални схеми, разликите между домакинските усилватели трябва да се търсят в техния дизайн, а не в схемите на изходните каскади ...
Повечето автомобилни усилватели може да се класифицира като домакинство. Въпреки това, поради естественото ограничение на размера, захранващото напрежение и консумацията на енергия, техните схеми имат значителни разлики.
Концерт и студийни усилватели - основата на професионалните системи за възпроизвеждане на звук. Те са обект на повишени изисквания за възпроизвеждане на звуков сигнал (минимални хармонични и интермодулационни изкривявания). Концертните усилватели допълнително са обект на надценени оперативни изисквания - висока мощност, изключително висока надеждност, работа при всякакви атмосферни условия и др. Често цифровите концертни усилватели се комбинират в един пакет с акустични системи, които са част от линейна редица.
Усилватели за превод се използват за предаване на мощност на дълги разстояния и разпределянето й на множество високоговорители. За да се избегне значителна загуба на мощност на акустичния кабел в такива усилватели, изходното напрежение се увеличава специално, като правило, с помощта на трансформатор. Акустичните системи също са оборудвани с трансформатори, но понижаващи се. В резултат на това в такава система същата мощност се предава при по-нисък ток. Това намалява разсейваната мощност върху проводниците. Системите за излъчване са предназначени да предават важна информация за услуги или спешни случаи на хората и понякога да създават уютна фонова музика. В тази връзка няма специални изисквания за качество на излъчващите усилватели. Коефициентът на хармонично изкривяване до 1-2% се счита за напълно приемлив.
Специални усилватели осигуряват специални параметри на предаването на звука, като въвеждат в него допълнителни изкривявания, които украсяват звука, правят го по-изразен, богат и ярък. Те се използват например за усилване на сигнали от електрифицирани музикални инструменти като електрическа китара и др.
Няколко думи в заключение
Изборът на конкретен модел усилвател естествено зависи от много фактори: от изискванията за възпроизвеждания от цялата система звук; относно параметрите на допълнително оборудване и най-важното - акустични системи, които ще се използват заедно с този усилвател; върху условията на работа, които определят степента на надеждност, лекота на използване и дори дизайн на продукта. Не на последно място, изборът се влияе от цената на устройството, или по-скоро прословутото съотношение цена / качество за модели усилватели от същия клас.
В заключение можем да добавим, че освен ватове, херци, ампери и децибели, има и слушател, без който звукът губи значението си. Слушателят внася субективно начало. Най-голямата трудност се крие във факта, че слушателите имат право да дават различни оценки на един и същи звук. Сигналът съществува съвсем обективно, той може да бъде измерен, оценен, анализиран.
ВНИМАНИЕ! Тази статия е изготвена от специалистите на компанията ARSTEL и е интелектуална собственост на ARSTEL. Всяка публикация на тази статия, както и връзки към нея, са възможни само с разрешението на притежателя на авторските права.