Podstawowe parametry i charakterystyki wzmacniaczy. Zrozumieć wzmacniacze Definicja wzmacniacza i stopnia wzmacniacza

Dzięki sieciom handlowym i sklepom internetowym różnorodność oferowanego sprzętu audio wykracza poza wszelkie rozsądne ograniczenia. Jak wybrać urządzenie spełniające Twoje wymagania jakościowe bez znaczącego przepłacania?
Jeśli nie jesteś audiofilem, a dobór sprzętu nie jest dla Ciebie sensem życia, najłatwiejszym sposobem jest pewne poruszanie się po technicznych właściwościach sprzętu wzmacniającego dźwięk i nauczenie się, jak wydobywać przydatne informacje między wierszami paszportów i instrukcji, krytycznie odnoszących się do hojnych obietnic. Jeśli nie czujesz różnicy między dB a dBm, moc znamionowa nie różnią się od PMPO i chcą się w końcu dowiedzieć, czym jest THD, pod nacięciem można też znaleźć ciekawe rzeczy.

Streszczenie artykułu

Zdobyć. Dlaczego potrzebujemy logarytmów i czym są decybele?
Głośność dźwięku. Jaka jest różnica między dB a dBm?
Dziel i rządź - rozkładamy sygnał w spektrum.
Zniekształcenia liniowe i przepustowość.
Zniekształcenie nieliniowe. KNI, KGI, TDH.
Charakterystyka amplitudy. Tylko trochę o hałasie i zakłóceniach.
ULF i standardy mocy wyjściowej akustycznej.
Praktyka jest najlepszym kryterium prawdy. Pojedynek z centrum audio.
Czajnik smoły w słoiku miodu.

Mam nadzieję, że materiały zawarte w tym artykule okażą się przydatne do zrozumienia następnego, który ma znacznie bardziej złożony temat - „Zniekształcenia i sprzężenie zwrotne jako jedno z ich źródeł”.

Zdobyć. Dlaczego potrzebujemy logarytmów i czym są decybele?

Jednym z głównych parametrów wzmacniacza jest wzmocnienie - stosunek parametru wyjściowego wzmacniacza do wejścia. W zależności od przeznaczenia funkcjonalnego wzmacniacza rozróżnia się współczynniki wzmocnienia dla napięcia, prądu lub mocy:

Wzmocnienie napięcia

Aktualny zysk

Zysk mocy

Wzmocnienie ULF może być bardzo duże, wzmocnienie wzmacniaczy operacyjnych i ścieżek radiowych różnych urządzeń jest wyrażane jeszcze wyższymi wartościami. Liczby z dużą liczbą zer nie są zbyt wygodne w obsłudze, jeszcze trudniej jest wyświetlić na wykresie różnego rodzaju zależności, które mają wartości różniące się od siebie o tysiąc lub więcej razy. Wygodnym wyjściem z tej sytuacji jest przedstawienie wartości w skali logarytmicznej. W akustyce jest to podwójnie wygodne, ponieważ ucho ma czułość bliską logarytmii.
Dlatego wzmocnienie jest często wyrażane w jednostkach logarytmicznych - decybelach (notacja rosyjska: dB; międzynarodowa: dB)

DB był pierwotnie używany do oszacowania współczynnika mocy, więc wartość dB zakłada logarytm stosunku dwóch potęg, a zysk mocy jest obliczany jako:

Sytuacja wygląda trochę inaczej w przypadku ilości „nieenergetycznych”. Na przykład weźmy prąd i wyraźmy przez niego moc, korzystając z prawa Ohma:

wtedy wartość wyrażona w decybelach przez prąd będzie równa następującemu wyrażeniu:

To samo dotyczy napięcia. W rezultacie otrzymujemy następujące formuły do \u200b\u200bobliczania współczynników wzmocnienia:

Wzmocnienie prądu w dB:

Wzmocnienie napięcia w dB:

Głośność dźwięku. Jaka jest różnica między dB a dBm?

W akustyce „poziom intensywności” lub po prostu głośność dźwięku L jest również mierzony w decybelach, podczas gdy ten parametr nie jest bezwzględny, ale względny! Dzieje się tak, ponieważ porównanie odbywa się z minimalnym progiem słyszalności dźwięku drgań harmonicznych przez ludzkie ucho - amplitudą ciśnienia akustycznego 20 μPa. Ponieważ natężenie dźwięku jest proporcjonalne do kwadratu ciśnienia akustycznego, możemy napisać:

gdzie nie prąd, ale natężenie ciśnienia akustycznego dźwięku o częstotliwości 1 kHz, co w przybliżeniu odpowiada progowi słyszalności dźwięku przez osobę.

Zatem, gdy mówią, że głośność dźwięku wynosi 20 dB, oznacza to, że natężenie fali dźwiękowej jest 100 razy wyższe niż próg słyszalności dźwięku przez osobę.
Ponadto bezwzględna wartość pomiaru mocy jest niezwykle powszechna w inżynierii radiowej. dBm (Rosyjski dBm), który jest mierzony w odniesieniu do mocy 1 mW. Moc jest określana przy nominalnym obciążeniu (dla sprzętu profesjonalnego - zwykle 10 kOhm dla częstotliwości poniżej 10 MHz, dla sprzętu o częstotliwości radiowej - 50 Ohm lub 75 Ohm). Na przykład, " moc wyjściowa stopień wzmacniacza wynosi 13 dBm ”(czyli moc uwalniana przy nominalnym obciążeniu dla tego stopnia wzmacniacza wynosi około 20 mW).

Dziel i rządź - rozkładamy sygnał w spektrum.

Czas przejść do bardziej złożonego tematu - oceny zniekształceń sygnału. Najpierw musisz zrobić krótkie wprowadzenie i porozmawiać o widmach. Faktem jest, że w inżynierii dźwięku i nie tylko zwyczajowo operuje się sygnałami sinusoidalnymi. Często występują w otaczającym świecie, ponieważ ogromna liczba dźwięków wywołuje wibracje niektórych obiektów. Ponadto struktura narządu słuchu człowieka jest doskonale dostosowana do percepcji drgań sinusoidalnych.
Wszelkie oscylacje sinusoidalne można opisać wzorem:

gdzie długość wektora, amplituda oscylacji, jest początkowym kątem (fazą) wektora w zerowym momencie czasu, jest prędkością kątową, która jest równa:

Co ważne, wykorzystując sumę sygnałów sinusoidalnych o różnych amplitudach, częstotliwościach i fazach, można opisać cyklicznie powtarzające się sygnały o dowolnym kształcie. Sygnały, których częstotliwości różnią się od częstotliwości podstawowej określoną liczbę całkowitą, nazywane są harmonicznymi częstotliwości pierwotnej. W przypadku sygnału o częstotliwości podstawowej f sygnały o częstotliwościach

będą nawet harmoniczne i sygnały

nieparzyste harmoniczne

Narysujmy dla jasności sygnał piłokształtny.

Do jego dokładnego przedstawienia za pomocą harmonicznych wymagana jest nieskończona liczba terminów.
W praktyce do analizy sygnałów wykorzystywana jest ograniczona liczba harmonicznych o największej amplitudzie. Proces konstruowania sygnału piłokształtnego z harmonicznych można wyraźnie zobaczyć na poniższym rysunku.

A oto jak powstaje meander z dokładnością do pięćdziesiątej harmonicznej ...

Więcej o harmonicznych przeczytasz we wspaniałym artykule habrahabr.ru/post/219337 autorstwa dlinyj, a czas, abyśmy wreszcie przeszli do zniekształceń.
Najprostszą metodą oceny zniekształcenia sygnału jest podanie jednego lub sumy kilku sygnałów harmonicznych na wejście wzmacniacza i analiza zaobserwowanych sygnałów harmonicznych na wyjściu.
Jeżeli na wyjściu wzmacniacza znajdują się sygnały o tych samych harmonicznych, co na wejściu, to zniekształcenie uważa się za liniowe, ponieważ sprowadza się do zmiany amplitudy i fazy sygnału wejściowego.
Zniekształcenia harmoniczne dodają nowe harmoniczne do sygnału, co zniekształca przebieg sygnałów wejściowych.

Zniekształcenia liniowe i przepustowość.

Zdobyć DO idealny wzmacniacz nie zależy od częstotliwości, ale w rzeczywistości jest to dalekie od przypadku. Nazywa się zależność amplitudy od częstotliwości charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa - charakterystyka częstotliwościowa i jest często przedstawiany w postaci wykresu, na którym przyrost napięcia jest wykreślany w pionie, a częstotliwość w poziomie. Wykreślmy pasmo przenoszenia typowego wzmacniacza.

Odpowiedź częstotliwościowa jest usuwana przez sekwencyjne dostarczanie sygnałów o różnych częstotliwościach o określonym poziomie do wejścia wzmacniacza i pomiar poziomu sygnału na wyjściu.
Zakres częstotliwości ΔF, w ramach którego moc wzmacniacza spada nie więcej niż dwa razy od maksymalnej wartości przepustowość wzmacniacza.

Jednak wykres zwykle przedstawia raczej wzmocnienie napięcia niż przyrost mocy. Jeśli określisz maksymalne wzmocnienie napięcia jako, to w zakresie przepustowości współczynnik nie powinien spaść poniżej:

Wartości częstotliwości i poziomu sygnałów, z którymi pracuje ULF, mogą się bardzo różnić, dlatego odpowiedź częstotliwościowa jest zwykle wykreślana we współrzędnych logarytmicznych, czasami nazywana jest LFC.

Wzmocnienie wzmacniacza jest wyrażane w decybelach, a częstotliwości są wykreślane wzdłuż osi odciętych dekada(przedziały częstotliwości są dziesięć razy różne od siebie). Czy nie jest tak, że wykres wygląda nie tylko ładniej, ale także zawiera więcej informacji?
Wzmacniacz nie tylko nierównomiernie wzmacnia sygnały o różnych częstotliwościach, ale także przesuwa fazę sygnału o różne wartości, w zależności od jego częstotliwości. Zależność ta znajduje odzwierciedlenie w charakterystyce częstotliwościowo-fazowej wzmacniacza.

Wzmacniając oscylacje tylko jednej częstotliwości, nie wydaje się to przerażające, ale dla bardziej złożonych sygnałów prowadzi do znacznych zniekształceń kształtu, chociaż nie generuje nowych harmonicznych. Poniższy rysunek pokazuje, w jaki sposób sygnał o dwóch częstotliwościach jest zniekształcony.

Zniekształcenie nieliniowe. KNI, KGI, TDH.

Zniekształcenia harmoniczne powodują dodanie do sygnału wcześniej nieistniejących harmonicznych, aw rezultacie zmianę pierwotnego kształtu fali. Być może najbardziej oczywistym przykładem takich zniekształceń jest ograniczenie amplitudy sygnału sinusoidalnego, pokazane poniżej.

Na lewym wykresie przedstawiono zniekształcenia spowodowane obecnością dodatkowej parzystej harmonicznej sygnału - ograniczającej amplitudę jednej z półfal sygnału. Pierwotny sygnał sinusoidalny ma numer 1, oscylacja drugiej harmonicznej to 2, a wynikający z tego sygnał zniekształcony to 3. Rysunek po prawej przedstawia wynik działania trzeciej harmonicznej - sygnał jest „odcinany” z obu stron.

W czasach ZSRR zwykło się wyrażać nieliniowe zniekształcenia wzmacniacza za pomocą THD. Zdefiniowano to następująco - na wejście wzmacniacza podawany był sygnał o określonej częstotliwości, zwykle 1000 Hz. Następnie obliczono poziom wszystkich harmonicznych sygnału na wyjściu. Dla THD przyjęliśmy stosunek napięcia skutecznego sumy wyższych harmonicznych sygnału, z wyjątkiem pierwszej, do napięcia pierwszej harmonicznej - takiej, której częstotliwość jest równa częstotliwości wejściowego sygnału sinusoidalnego.

Podobny obcy parametr określa się jako - całkowite zniekształcenie harmoniczne dla częstotliwości podstawowej.

Zniekształcenia harmoniczne (THD lub)

Ta technika zadziała tylko wtedy, gdy sygnał wejściowy jest doskonały i zawiera tylko podstawy. Warunek ten nie zawsze jest możliwy do spełnienia, dlatego we współczesnej praktyce międzynarodowej znacznie bardziej upowszechnił się inny parametr oceny stopnia zniekształceń nieliniowych - SOI.

Zagraniczny odpowiednik - całkowite zniekształcenie harmoniczne dla średniej kwadratowej.

Całkowite zniekształcenia harmoniczne (THD lub)

SOI - wartość równa stosunkowi średniej kwadratowej sumy składowych widmowych sygnału wyjściowego, których nie ma w widmie sygnału wejściowego, do średniej kwadratowej sumy wszystkich składowych widmowych sygnału wejściowego.
Zarówno THD, jak i THD są wartościami względnymi, które są mierzone w procentach.
Wartości tych parametrów powiązane są stosunkiem:

W przypadku prostych przebiegów wielkość zniekształcenia można obliczyć analitycznie. Poniżej znajdują się wartości THD dla najbardziej powszechnych sygnałów w inżynierii dźwięku (wartość THD jest podana w nawiasach).

0% (0%) - Przebieg jest doskonałym przebiegiem sinusoidalnym.
3% (3%) - przebieg jest inny niż sinusoidalny, ale zniekształcenie jest niewidoczne dla oka.
5% (5%) - odchylenie postaci sygnału od sinusoidalnej widocznej dla oka na oscylogramie.
10% (10%) - standardowy poziom zniekształceń, przy którym bierze się pod uwagę rzeczywistą moc (RMS) UMZCH, jest zauważalny dla ucha.
12% (12%) - idealnie symetryczny sygnał trójkątny.
21% (22%) - „typowy” przebieg trapezowy lub schodkowy. 43% (48%) to idealnie symetryczna fala prostokątna (meander).
63% (80%) to doskonały przebieg piłokształtny.

Jeszcze dwadzieścia lat temu do pomiaru zniekształceń harmonicznych toru o niskiej częstotliwości używano skomplikowanych, drogich przyrządów. Jeden z nich SK6-13 pokazano na poniższym rysunku.

Dziś znacznie lepiej radzi sobie z tym zadaniem zewnętrzna karta dźwiękowa komputera wraz z zestawem specjalistycznego oprogramowania, którego łączny koszt nie przekracza 500 USD.

Widmo sygnału na wejściu karty dźwiękowej podczas testowania wzmacniacza niskiej częstotliwości.

Charakterystyka amplitudy. Tylko trochę o hałasie i zakłóceniach.

Zależność napięcia wyjściowego wzmacniacza od jego wejścia, przy stałej częstotliwości sygnału (zwykle 1000 Hz), nazywana jest charakterystyką amplitudową.
Charakterystyka amplitudy idealnym wzmacniaczem jest linia prosta przechodząca przez źródło, ponieważ jego wzmocnienie jest stałe przy dowolnym napięciu wejściowym.
Charakterystyka amplitudy prawdziwego wzmacniacza ma co najmniej trzy różne sekcje. W dolnej części nie dochodzi do zera, ponieważ wzmacniacz ma własne szumy, które przy niskich poziomach głośności są współmierne do amplitudy użytecznego sygnału.

W środkowej części (AB) charakterystyka amplitudowa jest zbliżona do liniowej. To jest obszar roboczy, w jego granicach zniekształcenie przebiegu będzie minimalne.
W górnej części wykresu odpowiedź amplitudy jest również załamana z powodu ograniczenia mocy wyjściowej wzmacniacza.
Jeżeli amplituda sygnału wejściowego jest taka, że \u200b\u200bwzmacniacz pracuje na zakrzywionych odcinkach, to w sygnale wyjściowym pojawiają się nieliniowe zniekształcenia. Im większa nieliniowość, tym bardziej sinusoidalne napięcie sygnału jest zniekształcone, tj. na wyjściu wzmacniacza pojawiają się nowe oscylacje (wyższe harmoniczne).

Hałas wzmacniacza ma różne formy i przyczyny.

Biały szum.

Szum biały to sygnał o jednakowej gęstości widmowej na wszystkich częstotliwościach. W zakresie częstotliwości pracy wzmacniaczy niskoczęstotliwościowych za przykład takiego szumu można uznać szum termiczny spowodowany chaotycznym ruchem elektronów. Widmo tego szumu jest jednolite w bardzo szerokim zakresie częstotliwości.

Różowy szum.

Szum różowy jest również nazywany szumem migotania. Gęstość widmowa mocy szumu różowego jest proporcjonalna do stosunku 1 / f (gęstość jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości), to znaczy zmniejsza się równomiernie na logarytmicznej skali częstotliwości. Szum różowy jest generowany zarówno przez pasywne, jak i aktywne komponenty elektroniczne; naukowcy wciąż spierają się o naturę jego pochodzenia.

Tło ze źródeł zewnętrznych.

Jedną z głównych przyczyn szumów jest buczenie powodowane przez zewnętrzne źródła, na przykład z sieci prądu przemiennego 50 Hz. Ma podstawową harmoniczną 50 Hz i jej wielokrotności.

Samowzbudzenie.

Samowzbudzenie poszczególnych stopni wzmacniacza może generować szum, zwykle o określonej częstotliwości.

ULF i standardy mocy wyjściowej akustycznej

Moc znamionowa

Zachodni odpowiednik RMS (Root Mean Squared - pierwiastkowa wartość średnia kwadratowa) W ZSRR została zdefiniowana przez GOST 23262-88 jako średnia wartość dostarczanej mocy elektrycznej sygnału sinusoidalnego o częstotliwości 1000 Hz, co powoduje nieliniowe zniekształcenia sygnału, które nie przekraczają określonej wartości THD. Wskazany zarówno dla głośników, jak i wzmacniaczy. Zwykle wskazywana moc była dostosowywana do wymagań GOST dla klasy złożoności wykonania, przy najlepszej kombinacji zmierzonych charakterystyk. Dla różnych klas urządzeń THD może się znacznie różnić, od 1 do 10 procent. Może się okazać, że system jest deklarowany na 20 watów na kanał, ale pomiary wykonano przy 10% THD. W efekcie nie da się słuchać akustyki przy takiej mocy. Zestawy głośnikowe są w stanie odtwarzać sygnał z mocą RMS przez długi czas.

Moc szumów paszportowych

Czasami jest również nazywany sinusoidą. Najbliższy zachodni analog HAŁAS - energia elektrycznaograniczone wyłącznie przez termiczne i uszkodzenie mechaniczne (na przykład: ślizganie się zwojów cewki drgającej na skutek przegrzania, przepalenie przewodów w miejscach zgięć lub lutowania, zerwanie przewodów giętkich itp.), gdy przez obwód korygujący przez 100 godzin pojawia się różowy szum. Zwykle DIN jest 2-3 razy wyższy niż RMS.

Maksymalna moc krótkotrwała

Zachodni odpowiednik PMPO (Szczytowa moc muzyczna). - moc elektryczną, którą głośniki mogą wytrzymać bez uszkodzeń (sprawdzona pod kątem stukotania) przez krótki okres czasu. Jako sygnał testowy używany jest szum różowy. Sygnał jest podawany do głośnika przez 2 sekundy. Testy przeprowadza się 60 razy w odstępie 1 minuty. Ten rodzaj mocy pozwala ocenić krótkotrwałe przeciążenia, które głośnik może wytrzymać w sytuacjach, które pojawiają się podczas pracy. Zwykle 10-20 razy wyższa niż DIN. Jaki jest pożytek, jeśli ktoś wie, że jego system może obsłużyć krótki, krótszy niż sekundę sinus o niskiej częstotliwości i dużej mocy? Mimo to producenci bardzo chętnie przytaczają ten parametr na opakowaniach i naklejkach swoich produktów ... Ogromne liczby dla tego parametru często opierają się wyłącznie na dzikiej wyobraźni działu marketingu producentów, a tutaj Chińczycy niewątpliwie wyprzedzają resztę.

Maksymalna moc długoterminowa

To jest moc elektryczna, którą głośniki mogą wytrzymać bez uszkodzeń przez 1 minutę. Testy powtarza się 10 razy w odstępie 2 minut. Sygnał testowy jest taki sam.
Maksymalna moc długoterminowa jest określona przez naruszenie wytrzymałości cieplnej głośników (pełzanie zwojów cewki głosowej itp.).

Praktyka jest najlepszym kryterium prawdy. Pojedynek z centrum audio

Spróbujmy zastosować naszą wiedzę w praktyce. Spójrzmy na jeden bardzo znany sklep internetowy i poszukajmy tam produktu jeszcze bardziej znanej firmy z Kraju Kwitnącej Wiśni.
Tak - tutaj muzyczne centrum futurystycznego designu jest sprzedawane za jedyne 10 000 rubli. na następną promocję:
Z opisu dowiadujemy się, że urządzenie wyposażone jest nie tylko w potężne głośniki, ale także w subwoofer.

„Zapewnia doskonałą czystość dźwięku na każdym poziomie głośności. Ponadto taka konfiguracja sprawia, że \u200b\u200bdźwięk jest bogaty i przestrzenny ”.

Fascynujące, może warto przyjrzeć się parametrom. „Środek zawiera dwa przednie głośniki, każdy o mocy 235 watów, oraz aktywny subwoofer o mocy 230 watów”. W tym samym czasie wymiary pierwszego to tylko 31 * 23 * 21 cm
Tak, to jest Słowik, pewnego rodzaju złodziej, pod względem siły głosu i wielkości. W 96 roku przerwałbym moje badania nad tym, aw przyszłości, patrząc na moje S90 i słuchając domowego wzmacniacza Ageev, gwałtownie dyskutowałbym z przyjaciółmi, jak daleko w tyle za Japonią jest nasz radziecki przemysł - o 50 lat lub tak samo na zawsze. Ale dziś, wraz z dostępnością japońskiej technologii, sytuacja jest znacznie lepsza i upadło wiele mitów z nią związanych, dlatego przed zakupem postaramy się znaleźć bardziej obiektywne dane o jakości dźwięku. Nie ma o tym ani słowa na stronie. Kto by w to wątpił! Ale jest instrukcja obsługi w formacie pdf. Pobierz i kontynuuj wyszukiwanie. Wśród niezwykle cennych informacji, że „licencję na technologię kodowania dźwięku uzyskano od firmy Thompson” i która kończy się trudnym włożeniem baterii, ale wciąż udaje się znaleźć coś przypominającego specyfikacja techniczna... Bardzo skąpe informacje są ukryte w trzewiach dokumentu, pod koniec.
Cytuję to dosłownie, w formie zrzutu ekranu, gdyż od tego momentu zacząłem mieć poważne pytania, zarówno do podanych liczb, mimo że zostały potwierdzone certyfikatem zgodności, jak i do ich interpretacji.
Faktem jest, że tuż poniżej napisano, że moc pobierana z sieci prądu przemiennego pierwszego systemu wynosi 90 watów, a drugiego generalnie 75. Hmm.

Zmyślony maszyna ruchu wiecznego trzeci rodzaj? A może baterie chowają się w przypadku centrum muzycznego? Na to nie wygląda - deklarowana waga urządzenia bez akustyki to tylko trzy kilogramy. W takim razie, zużywając 90 watów z sieci, można uzyskać na wyjściu 700 tajemniczych watów (dla informacji) lub przynajmniej żałosną, ale dość namacalną wartość nominalną 120. Przecież wzmacniacz powinien mieć sprawność ok. 150 proc., Nawet przy wyłączonym subwooferze! Ale w praktyce ten parametr rzadko przekracza pasek 75.

Spróbujmy zastosować w praktyce informacje z artykułu

Deklarowana zdolność odniesienia to 235 + 235 + 230 \u003d 700 - jest to wyraźnie PMPO. Z nominalną przejrzystością, znacznie mniej. Z definicji tak moc znamionowaale nie może to być 60 + 60 tylko dla dwóch głównych kanałów, z wyjątkiem subwoofera, przy znamionowym poborze mocy 90 watów. Coraz bardziej przypomina to nie chwyt marketingowy, ale zwykłe kłamstwo. Sądząc po wymiarach i niewypowiedzianej regule, stosunku RMS i PMPO, rzeczywista moc znamionowa tego centrum powinna wynosić 12-15 watów na kanał, a suma nie powinna przekraczać 45. Nasuwa się naturalne pytanie - jak można ufać danym paszportowym producentów tajwańskich i chińskich, skoro nawet znany Japończyk czy firma sobie na to pozwala?
Kupić takie urządzenie czy nie - decyzja należy do Ciebie. Jeśli po to, by rano na wsi założyć uszy sąsiadom - tak. W przeciwnym razie bez wcześniejszego wysłuchania kilku kompozycji muzycznych z różnych gatunków nie polecałbym.

Czajnik smoły w słoiku miodu.

Wydawałoby się, że mamy prawie wyczerpującą listę parametrów potrzebnych do oceny mocy i jakości dźwięku. Ale po bliższej analizie okazuje się, że jest to dalekie od przypadku z kilku powodów:

• Wiele parametrów jest bardziej odpowiednich nie tyle dla obiektywnego odzwierciedlenia jakości sygnału, ile dla wygody pomiaru. Większość jest wykonywana przy 1000 Hz, co jest bardzo wygodne do uzyskania najlepszych wyników liczbowych. Znajduje się daleko od częstotliwości tła sieci elektrycznej przy 50 Hz i w najbardziej liniowej części zakresu częstotliwości wzmacniacza.
• Producenci często grzeszą otwarcie dostosowując charakterystykę wzmacniacza do testów. Na przykład, nawet w czasach radzieckich, ULF były często projektowane w taki sposób, aby zapewnić najlepsze THD przy maksymalnej mocy wyjściowej. Jednocześnie przy połowie mocy we wzmacniaczach przeciwsobnych dochodziło często do przesterowania skokowego, przez co współczynnik zniekształceń harmonicznych przy środkowym położeniu gałki siły głosu mógł zejść poza skalę o 10%!
• W paszportach i instrukcjach obsługi często podaje się niestandardowe fałszywe, absolutnie bezużyteczne cechy, takie jak PMPO. Jednocześnie nie zawsze można znaleźć nawet tak podstawowe parametry, jak zakres częstotliwości czy moc znamionowa. Nie ma nic do powiedzenia na temat charakterystyki częstotliwościowej i odpowiedzi częstotliwościowej fazy!
• Pomiar parametrów jest często wykonywany celowo zniekształconymi metodami.

Nic dziwnego, że wielu kupujących w takich warunkach popada w subiektywizm i przy zakupie kieruje się w najlepszym przypadku wyłącznie wynikami krótkiego odsłuchu, w najgorszym ceną.

Czas na zakończenie, artykuł jest już za długi!

O ocenie jakości i przyczynach zniekształceń wzmacniaczy niskich częstotliwości będziemy kontynuować rozmowę w kolejnym artykule. Uzbrojony w minimalną ilość wiedzy, możesz przejść do interesujących tematów, takich jak zniekształcenia intermodulacyjne i ich związek z głębokością sprzężenia zwrotnego!

Podsumowując, chciałbym wyrazić szczerą wdzięczność Romanowi Parpalakowi parpalakowi za jego projekt edytora online z obsługą lateksu i przecen. Bez tego narzędzia już trudna praca polegająca na wprowadzeniu do tekstu formuł matematycznych stałaby się naprawdę piekielna.

WZMACNIACZ BASOWY

Cel: Badanie działania wzmacniaczy elektronicznych i ich obwodów. Eksperymentalne i komputerowe badanie wpływu OOS na główne cechy wzmacniacza niskiej częstotliwości.

WPROWADZENIE PODSTAWOWE KONCEPCJE

Aby zwiększyć amplitudę napięcia lub prądu, a także moc sygnałów elektrycznych, stosuje się specjalne urządzenia, tzw wzmacniacze elektroniczne.

Wszystkie wzmacniacze można podzielić na dwie klasy - liniową i nieliniową.

Aby uzyskać sygnał wyjściowy zbliżony do sygnału wejściowego, wymagane są wzmacniacze z liniowym trybem pracy. Zniekształcenia przebiegu wprowadzane przez wzmacniacz powinny być ograniczone do minimum. Osiąga się to dzięki proporcjonalnemu przenoszeniu chwilowych wartości napięcia i prądu przez wzmacniacz, które w czasie tworzą sygnał wejściowy.

Najważniejszym wskaźnikiem wzmacniaczy, jako liniowych sieci czteroportowych o liniowym trybie pracy, jest złożony współczynnik przenoszenia napięcia lub prądu:

.

Ilość

jest złożony, tj. charakteryzuje zmianę zarówno amplitudy, jak i fazy sygnału na wyjściu wzmacniacza w porównaniu z ich wartościami na wejściu. Moduł wzmocnienia wzmacniacza

nazywa zdobyć... Moduł wzmocnienia zespolonego w funkcji częstotliwości określonej dla harmonicznego sygnału wejściowego wynosi charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa Wzmacniacz (odpowiedź częstotliwościowa). Zależność argumentu wzmocnienia zespolonego od częstotliwości

nosi imię charakterystyka częstotliwościowo-fazowa wzmacniacza.

W zależności od rodzaju odpowiedzi częstotliwościowej wzmacniacze o liniowym trybie pracy dzielą się na:

wolno zmieniające się wzmacniacze sygnału (wzmacniacze prądu stałego - DCA),

wzmacniacze niskich częstotliwości (ULF),

wzmacniacze wysokich częstotliwości (UHF),

szerokopasmowe, wzmacniacze impulsowe (silosy),

selektywne wzmacniacze wąskopasmowe (UPA).

Charakterystyczną cechą UPT jest zdolność wzmacniania sygnałów o zbliżającej się niższej częstotliwości (f n  0). Górna granica częstotliwości f w DCA może wynosić, w zależności od przeznaczenia, 10 3  10 8 Hz. ULF charakteryzują się zakresem częstotliwości od kilkudziesięciu Hz do kilkudziesięciu kiloherców. UHF mają szerokość pasma od kilkudziesięciu kiloherców do dziesiątek i setek megaherców. Silosy - mają dolną granicę częstotliwości w przybliżeniu taką samą jak ULF, a górną - jak UHF. Liniowe wzmacniacze impulsowe wykonywane są na bazie silosów. UPU - charakteryzuje się transmisją w wąskim paśmie częstotliwości.

f in f f n f in f f n f in f f n f in f f o f

We wzmacniaczach z nieliniowym trybem pracy nie ma proporcjonalności w transmisji chwilowych wartości sygnału wejściowego. W zależności od prawa zmiany sygnału wyjściowego z wejścia

do wzmacniaczy o nieliniowym trybie pracy należą: wzmacniacze, ograniczniki, wzmacniacze logarytmiczne itp. W zależności od charakteru obciążenia i przeznaczenia wyróżnia się również wzmacniacze: napięciowe, prądowe i mocowe, chociaż taki podział jest warunkowy, gdyż w każdym przypadku jest wzmacniany w zasadzie moc.

Rozważmy główne parametry i cechy wzmacniaczy.

Zdobyć . Wzmocnienie napięcia

różnych wzmacniaczy sięga dziesiątek tysięcy. Często, aby osiągnąć konieczne

używaj wzmacniaczy wielostopniowych, w których

poprzedni etap to

dla następujących, a ogólny zysk wynosi:

Wzmocnienie jest wartością bezwymiarową iw niektórych przypadkach zwykle wyraża się właściwości wzmocnienia w jednostkach logarytmicznych - decybelach:

.

Dla wzmacniacza wielostopniowego:

Wykorzystują również wzmocnienie prądu i mocy, które można również wyrazić w decybelach.

.

Impedancja wejściowa i wyjściowa ... Wzmacniacz można uznać za aktywny układ czterobiegunowy, do którego zacisków wejściowych jest podłączone źródło wzmocnionego sygnału z wejściem EMF E i rezystancją wewnętrzną R W, a do wyjścia - rezystancja obciążenia R N. Dla obwodu wyjściowego wzmacniacz reprezentuje źródło EMF E out z wewnętrzną rezystancją R out.

W przypadku sygnału wzmocnionego wzmacniacz charakteryzuje się impedancją wejściową

... Rezystancja R out jest określana między zaciskami wyjściowymi wzmacniacza przy odłączonym obciążeniu.

R w R out I out \u003d I n

E wejście U wejście R wejście E wyjście U wyjście R n

Wzmacniacz

Prąd płynący ze źródła sygnału do wzmacniacza i napięcie wejściowe są określone wzorami:

.

W zależności od stosunku R W i R w źródło sygnału może pracować w następujących trybach: a) bezczynny, jeżeli R w\u003e R W , gdy

; b) zwarcie, jeśli R w; w) dopasowanie, gdy R w  R W i maksymalna moc jest przesyłana do wzmacniacza.

Moc wzmacniacza:

Zrównanie do zera pochodnej

, mamy

... W takim przypadku wzmacniacz odbiera

czyli jedna czwarta potencjalnej mocy źródła sygnału. Podobne tryby pracy są możliwe dla obwodu wyjściowego.

Kiedy obciążenie i impedancja wyjściowa wzmacniacza są dopasowane, największa moc jest uwalniana w obciążeniu.

moc wyjściowa . Z czysto rezystancyjnym obciążeniem i napięciem sinusoidalnym

gdzie

- efektywna i szczytowa wartość napięcia wyjściowego;

- amplituda prądu w obciążeniu.

Wydajność . Wydajność

, gdzie jest mocą pobieraną przez wzmacniacz ze źródeł zasilania.

Należy zauważyć, że każdy wzmacniacz, bez względu na rodzaj energii, na którym pracuje, jest w istocie tylko regulatorem mocy P out , przesyłane ze źródła zasilania do obciążenia, a sygnał wejściowy reguluje tylko wartość tej przesyłanej mocy, moc nabywczą P in .

Charakterystyka amplitudy wzmacniacza. Charakterystyka amplitudy odzwierciedla zależność amplitudy napięcia wyjściowego od zmiany amplitudy napięcia wejściowego. Charakterystyka ta służy do oceny możliwego zakresu zmian sygnałów wejściowych i wyjściowych wzmacniacza. Jest odbierany harmonicznym sygnałem wejściowym dla średnicy.

Typową postać charakterystyki amplitudy pokazano na rysunku. Region 1-3 odpowiada proporcjonalnemu wzmocnieniu. Część poniżej punktu 1 charakterystyki amplitudowej nie jest używana, ponieważ użyteczny sygnał jest trudny do odróżnienia od wewnętrznego szumu wzmacniacza.

U na zewnątrz. m .

U max 3 U na zewnątrz 3

U min . 1 U wyj.1

Sekcja 3 - 4 odpowiada naruszeniu proporcjonalnej zależności napięcia wyjściowego na wejściu. Obszar za punktem 4 odpowiada stanowi ograniczenia sygnału wyjściowego. Stosunek amplitudy maksymalnego dopuszczalnego napięcia wyjściowego do minimalnego dopuszczalnego

jest nazywany zakres dynamiki wzmacniacza.

Pasmo przenoszenia ... (Pasmo przenoszenia) Jest to zależność wzmocnienia (napięcia) od częstotliwości wzmacnianego sygnału:

.

Przybliżony widok odpowiedzi częstotliwościowej dla różne rodzaje Wzmacniacze pokazano na rysunku w celu klasyfikacji wzmacniaczy zgodnie z zakresem częstotliwości wzmacnianych sygnałów. Ilość

wskazuje szerokość pasma wzmacniacza w zakresie częstotliwości.

Odpowiedź fazowa ... (FCHH) Reprezentuje zależność kąta fazowego „” pomiędzy napięciem wejściowym i wyjściowym wzmacniacza od częstotliwości sygnału.

Zniekształcenie nieliniowe . Reprezentują stopień, w jakim zmienia się kształt fali wzmocnionego sygnału. Głównym powodem ich występowania jest nieliniowość charakterystyk elementów wzmacniających. Rysunek pokazuje, jako przykład, charakterystykę wejściową tranzystora połączonego w obwód z OE i pokazuje, jak obecny kształt jest zniekształcony

czyli prąd wejściowy wzmacniacza w funkcji sinusoidalnego przebiegu napięcia wejściowego

... W wyniku zniekształceń nieliniowych napięcie wyjściowe wzmacniacza zawiera oprócz składowej stałej i składowej podstawowej (pierwszej) również składowe o wyższych harmonicznych.

I b I b + I m

Szacuje się stopień zniekształcenia sygnału przez wzmacniacz współczynnik zniekształcenia nieliniowego, reprezentujący pierwiastek kwadratowy ze stosunku mocy wszystkich wyższe harmoniczne sygnału wyjściowego do całkowitej mocy wyjściowej:

,

lub blisko niego współczynnik harmonicznych:

,

gdzie

- efektywne (lub amplitudy) wartości pierwszego, drugiego itd. harmoniczne napięcia wyjściowego z sygnałem sinusoidalnym na wejściu. Te wskaźniki są często wyrażane w%.

II. WZMACNIACZE ELEKTRONICZNE

Zwolennik emitera

Obwód pokazany na ryc. 1 nazywa się zwolennik emitera... Napięcie wyjściowe pobierane jest z emitera tranzystora.

Sygnał wyjściowy powtarza kształt sygnału wejściowego. Wzmocnienie napięcia:

.

Aktualny zysk:

czyli Popychacz emitera przy wzmocnieniu napięciowym równym jedności wzmacnia sygnał wejściowy pod względem prądu i odpowiednio mocy. Należy zauważyć, że impedancja wejściowa obwodu jest większa niż impedancja wyjściowa. Jest to główna zaleta, która pozwala na szerokie zastosowanie go jako stopnia dopasowania impedancji.

Niech więc napięcie u podstawy tranzystora zmieni się o ΔU b

... Zmieni się również prąd emitera

... Rozwiązując razem równania biorąc pod uwagę R e i r in, otrzymujemy:

lub

.

Wynikowy stosunek obejmuje aktywne rezystancje, ale można go uogólnić i rozszerzyć na złożone impedancje. W rezultacie możesz zapisać regułę konwersji impedancji dla popychacza emitera:

.

Odchylenie popychacza emitera

Jeżeli popychacz nadajnika musi odebrać sygnał z poprzedniego stopnia obwodu, najlepiej podłączyć go bezpośrednio do wyjścia poprzedniego stopnia, jak pokazano na rysunku 2.

U p

U in U out

Ponieważ sygnał na kolektorze tranzystora T 1 zmienia się w zakresie napięcia zasilania U p, potencjał bazowy T 2 wspiera go w obszarze aktywnym (nie nasyconym i nie w odcięciu).

W niektórych przypadkach wejście wtórnika emitera i napięcie zasilania nie pasują do siebie, a wtedy może być konieczne pojemnościowe sprzężenie z zewnętrznym źródłem sygnału. To dopasowanie wymaga stworzenia zewnętrznego odchylenia, aby prąd kolektora płynął przez cały okres sygnału. Najłatwiej to zrobić za pomocą dzielnika napięcia (rys. 3).

U p

Jako przykład obliczymy obwód wtórnika emitera dla sygnałów częstotliwości audio (20 ÷ 20 · 10 3 Hz). Napięcie U p \u003d 15V, prąd spoczynkowy tranzystora I około \u003d 1mA.

Aby uzyskać zrównoważony sygnał na wyjściu,

tak, że warunek

.

Prąd spoczynkowy musi wynosić 1mA, więc

.

3) Napięcie u podstawy tranzystora. Wynika z tego, że rezystancje rezystorów dzielnika R 1 i R 2 odnoszą się do siebie jako 6,9: 8,1 \u003d 1: 1,17. Biorąc pod uwagę, że

i że prąd płynący przez dzielnik musi być większy niż prąd płynący przez obwód podstawowy, otrzymujemy R 1 ║

Wybierzmy następujące standardowe wartości rezystancji: R 1 \u003d 130 kOhm, R 2 \u003d 150 kOhm.

4) Dobór kondensatorów C 1 i C 2 wynika z faktu, że są to filtry górnoprzepustowe z rezystorami R in i R obciążeniem. Najniższa częstotliwość, jaką musi przejść ten filtr, to 20 Hz. Korzystanie z relacji

możesz obliczyć wartości C 1 i C 2.

3. Stabilne źródło prądu tranzystora

Dobre źródło prądu można zbudować za pomocą tranzystora (rysunek 4).

Obciążenie R 10 kΩ

Ryc.4

Działa to następująco: napięcie na bazie U b \u003d 5,6V obsługuje złącze emitera w stanie otwartym: U e \u003d U b - 0,6V. O

niezależnie od napięcia U aż do przejścia tranzystora w stan nasycenia

.

4. Wzmacniacz ze wspólnym emiterem

Rozważmy źródło prądu, którego obciążeniem jest rezystor R do (ryc.5).

U p \u003d 20V

R 1 110kΩ R do 10kΩ

C 1 1,6 V 10 V U wyjście

U w 0,1 μF 1,0 V.

R 2 10kΩ С 2

ja do

I b U p / R k + R e

I ko \u003d 1mA U be o + U w m

U bae o -U w m

U p \u003d 20 V U ke

Bądź o U w m

U ke o \u003d 10V

U ke m \u003d U out m

Napięcie kolektora wynosi

... Możesz wysłać sygnał przez kondensator do obwodu podstawowego, wtedy napięcie na kolektorze się zmieni. Kondensator dobiera się tak, aby filtr górnoprzepustowy (C i R 1 ║R 2) przepuszczał wszystkie żądane częstotliwości. Innymi słowy,

(R 1 ║R 2).

Przy napięciu polaryzacji przyłożonym do podstawy i rezystorze emiterowym 1K, prąd spoczynkowy kolektora wynosi 1,0 mA. Ten prąd wytwarza napięcie na kolektorze

Jeżeli sygnał ΔU in jest przyłożony do podstawy tranzystora, napięcie na emiterze powtarza zmianę napięcia na podstawie ΔU e \u003d ΔU in i powoduje zmianę prądu emitera

i mniej więcej taką samą zmianę prądu kolektora ΔI do.

Biorąc to pod uwagę i podając przyrost napięcia podstawowego, otrzymujemy

.

Zysk jest definiowany jako:

, wtedy okazuje się, że obwód jest wzmacniaczem napięcia, którego wzmocnienie jest równe przełożeniu

... W naszym przykładzie K u \u003d - 10. Znak minus wskazuje, że dodatni sygnał na wejściu daje ujemny sygnał na wyjściu, zwiększony 10-krotnie.

Określenie impedancji wejściowej i wyjściowej wzmacniacza nie jest trudne. Dla sygnału wejściowego obwód jest połączeniem równoległym rezystorów R 1 i R 2 oraz rezystancji wejściowej od strony podstawy. Ten ostatni jest równy. Dominującą rolę odgrywa rezystancja R 2 \u003d 10 kOhm. Impedancja wyjściowa jest definiowana jako połączenie równoległe

R do i rezystancja wyjściowa tranzystora od strony kolektora. Kolektor jako element źródła prądu ma bardzo dużą rezystancję (rzędu MΩ), dlatego rezystancję wyjściową wyznacza rezystor kolektorowy R k \u003d 10kΩ.

Zgodnie z naszym modelem wzmocnienie napięcia wzmacniacza ze wspólnym emiterem wynosi

... Jeśli opór emitera maleje, dąży do zera, to zgodnie z uzyskanymi stosunkami wzmocnienie będzie rosło w nieskończoność. Jednak pomiary pokazują, że przy prądzie spoczynkowym I do ok. \u003d 1mA i R e \u003d 0 K \u003d 400. Okaże się też, że wzmacniacz zacznie pracować jako element nieliniowy - sygnał wyjściowy jest zniekształcony, offset zacznie zależeć od temperatury. Dlatego nasz model powinien zostać zmieniony.

Prąd kolektora jest powiązany z napięciem U według zależności:

gdzie

w 20˚С,

- prąd wsteczny połączenia emiter-podstawa.

To równanie dla I k jest znane jako równanie Ebersa-Molla. Wynika z tego, że aby prąd I wzrósł 10-krotnie, konieczne jest zwiększenie U eb o U t ln 10 lub o 60 mB w temperaturze pokojowej.

Biorąc pochodną U być względem I do, otrzymujemy

, gdzie mam w mA. - ta wewnętrzna rezystancja emitera działa jak szereg dla obwodu emitera we wszystkich obwodach tranzystorowych i określa końcową wartość wzmocnienia.

Z uwagi na to, że obecny

w zależności od temperatury napięcie U spada o 2,1 mV / ˚С. A jeśli w obwodzie z uziemionym emiterem (R e \u003d 0) ustawisz twarde odchylenie u podstawy, wówczas wzrost temperatury o 30 ° C doprowadzi do 10-krotnego wzrostu prądu kolektora. Ta niestabilność sprawia, że \u200b\u200bodchylenie nie działa.

Aby zwiększyć stabilność temperaturową obwodu wzmacniacza ze wspólnym emiterem, wykorzystują wprowadzenie rezystora R e do obwodu emitera, którego wartość jest wybierana 0,1R K.Jeśli nastąpi wzrost temperatury prądu kolektora, prowadzi to do wzrostu prądu emitera, do wzrostu U e \u003d I e R e i malejące U be. Spadek U be - zmniejsza prąd kolektora. Zastosowanie Re generuje ujemne sprzężenie zwrotne, co umożliwia poprawę charakterystyki wzmacniacza poprzez częściowe przeniesienie sygnału wyjściowego na wejście przy jednoczesnym zmniejszeniu wzmocnienia. Możesz przywrócić wzmocnienie obwodu dla sygnału przemiennego, bocznikując rezystor emitera kondensatorem C 2. Jego rezystancja AC zostanie zdefiniowana jako

.

5 ... Sprzężenie zwrotne we wzmacniaczach elektronicznych

Sprzężenie zwrotne we wzmacniaczach elektronicznych nazywane jest połączenie elektryczne, które przenosi sygnał z wyjścia wzmacniacza z powrotem na jego wejście. Informacje zwrotne są określane ilościowo współczynnik sprzężenia zwrotnego γpokazujący, jaka część sygnału wyjściowego jest wprowadzana do wzmacniacza.

Ponieważ sygnał na wejściu reprezentuje napięcie, wygodnie jest również generować sygnał sprzężenia zwrotnego (aby móc go dzielić z sygnałem wejściowym) jako napięcie.

Można przekazać opinię napięciemczy sygnał sprzężenia zwrotnego U os jest proporcjonalny do napięcia wyjściowego; lub przez prądjeśli U ax jest proporcjonalne do prądu wyjściowego.

Można podać napięcie zwrotne równolegle z napięciem wejściowym lub konsekwentnie z nim.

Informacje zwrotne mogą być pozytywnyjeżeli napięcie U os działa zgodnie z napięciem U in (dla sygnałów DC sumują się, a dla sygnałów AC pokrywają się w fazie); lub negatywnyjeśli napięcie U os działa przeciwnie do napięcia U in (dla sygnałów prądu stałego są one odejmowane, a dla prądu przemiennego w przeciwfazie). Informacje zwrotne znacząco wpływają na parametry i charakterystykę wzmacniaczy.

Aby to zobaczyć, zbudujmy obwód zastępczy pokazany na ryc. 6.

U d

Na tym schemacie blok A jest wzmacniaczem A w otwartej pętli, a blok γ jest pętlą sprzężenia zwrotnego o współczynniku γ.

Gdy przełącznik „P” jest otwarty, napięcie wyjściowe zostanie określone przez równość

.

Po zamknięciu przełącznika „P” (wprowadzenie dodatniego sprzężenia zwrotnego) sygnał wejściowy wzmacniacza U d będzie równy

, następnie. Rozwiązując to równanie, otrzymujemy

, gdzie K p os - przyrost napięcia w obecności sprzężenia zwrotnego.

Z wyprowadzonej zależności widać, że jeśli γА → 1, to K poz »А - dodatnie sprzężenie zwrotne zwiększa wzmocnienie. Analogicznie, wprowadzając negatywne sprzężenie zwrotne, dochodzimy do wniosku, że ujemne sprzężenie zwrotne zmniejsza wzmocnienie

... Niemniej jednak ujemne sprzężenie zwrotne jest częściej stosowane we wzmacniaczach, ponieważ kosztem obniżenia wzmocnienia poprawia charakterystykę wzmacniacza i inne jego parametry.

Ważnym wskaźnikiem jakości wzmacniacza jest stabilność jego wzmocnienia. Oszacujmy go negatywnym sprzężeniem zwrotnym, dla którego różnicujemy wyrażenie K oos przez A:

.

Dzieląc obie części przez K oos, otrzymujemy:

stąd wynika, że \u200b\u200bwzględna zmiana wzmocnienia z wprowadzonym ujemnym sprzężeniem zwrotnym (z jakiegokolwiek powodu nie występuje) zmniejsza się o współczynnik (1 + γА) w porównaniu ze wzmacniaczem bez sprzężenia zwrotnego. Zatem stabilność Koos jest znacznie lepsza.

Gdy γА »1 (tzw. Głębokie ujemne sprzężenie zwrotne), można pominąć jednostkę w mianowniku wyrażenia na K ооs i otrzymać zależność

co oznacza, że \u200b\u200bK oos jest praktycznie niezależne od wzmocnienia samego wzmacniacza, a tym samym jego możliwych zmian. Dlatego stabilność K oos jest określana tylko przez stabilność współczynnika γ, który może być wystarczająco wysoki.

Znajdź impedancję wejściową wzmacniacza za pomocą szeregowego sprzężenia zwrotnego.

Skąd

.

Impedancja wejściowa dla obwodu wzmacniacza szeregowego ze sprzężeniem zwrotnym:

gdzie R in jest rezystancją wejściową samego wzmacniacza bez sprzężenia zwrotnego. Tym samym ujemne sprzężenie zwrotne znacząco zwiększa impedancję wejściową wzmacniacza, co korzystnie wpływa na pracę źródła sygnału (nie obciąża go).

Sprzężenie zwrotne może powodować samoczynne oscylacje wzmacniacza, gdy występują wahania napięcia i prądu we wzmacniaczu bez sygnału na wejściu.

Jeżeli przy dodatnim sprzężeniu zwrotnym γА ≥ 1, to najmniejszy sygnał wejściowy (dowolna przypadkowa oscylacja U in) wzmocni się i powróci przez pętlę sprzężenia zwrotnego do wejścia wzmacniacza, a wartość zwróconego sygnału będzie większa niż sygnał wejściowy lub równa mu przy γА \u003d 1. Nawet jeśli sygnał wejściowy się zatrzyma, sygnał zwrotny zastąpi go i po ponownym wzmocnieniu zacznie krążyć w układzie sprzężenia zwrotnego wzmacniacza. Zatem warunek γА ≥ 1 jest pierwszym warunek konieczny samowzbudzenie.

Z rozważanego procesu samowzbudzenia jasno wynika, że \u200b\u200bsygnał sprzężenia zwrotnego jest w stanie zastąpić początkowy sygnał wejściowy tylko wtedy, gdy U os jest nie tylko równe lub większe od U w amplitudzie, ale również pokrywa się z nim w fazie, tj. przesunięcie fazowe między nimi wynosi Δφ \u003d 0, co jest typowe dla dodatniego sprzężenia zwrotnego. Zauważ, że przy ujemnym sprzężeniu zwrotnym napięcie U os i U in są w przeciwfazie, tj. przesunięcie fazowe między nimi wynosi φ \u003d 180˚. Zatem drugim niezbędnym warunkiem samowzbudzenia jest brak przesunięcia fazowego (φ \u003d 0) między sygnałem sprzężenia zwrotnego a sygnałem wejściowym.

W rzeczywistym wzmacniaczu iw prawdziwej pętli sprzężenia zwrotnego zawsze występują przesunięcia fazowe, których wartość zależy od parametrów elementów biernych. Te przesunięcia fazowe zależą od częstotliwości wzmacnianego sygnału, która zmienia się pod względem częstotliwości w znacznym zakresie, więc ujemne sprzężenie zwrotne przeprowadzone na jednej częstotliwości może przekształcić się w dodatnie sprzężenie zwrotne na innej. Projektując wzmacniacze, starają się unikać trybu samowzbudzenia, tworząc tzw margines stabilności faz.

CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA

Część eksperymentalna pracy polega na zbadaniu przeznaczenia i działania elementów i podzespołów elektronicznego dwustopniowego wzmacniacza niskotonowego z popychaczem emitera na wyjściu oraz pomiarze jego głównych parametrów i charakterystyk.

Do rozwiązania tych problemów służy stanowisko laboratoryjne nr 4. Jego wygląd pokazano na rys. 7a. Rysunek 7b przedstawia schematyczny diagram elektryczny dwustopniowego elektronicznego wzmacniacza LF z wtórnikiem emitera na wyjściu. Proponowany wzmacniacz wprowadza regulowane ujemne napięcie i prądowe sprzężenie zwrotne.

2 1

Rys. 7a. Widok zewnętrzny stanowiska laboratoryjnego nr 4

Transformator sieciowy zasilacza.

2- Stabilizowany zasilacz wzmacniacza (10 V).

3- płyta wzmacniacza niskiej częstotliwości.

4, 6- Wyjścia wspólnego przewodu.

5- Wtyczka wejściowa wzmacniacza.

7- Wtyki wyjściowe wzmacniacza.

8, 10- Kontrola głębokości negatywnego sprzężenia zwrotnego

Włącznik zasilania sieciowego.

6,8 km 1,5 km 2,7 km 1 km 27

2,7 tys. 1 tys. + 6,8 tys. 1,5 tys. +

Rys. 7b. Schemat ideowy wzmacniacza niskiej częstotliwości

Stanowisko laboratoryjne jest podłączone do sieci ~ 220V. Źródła sygnału i przyrządy pomiarowe służą do pomiaru parametrów elektrycznych i charakterystyk wzmacniacza LF. Jako źródło sygnału używany jest generator sygnału o specjalnej formie G6-36. Efektywne wartości sygnałów wejściowych i wyjściowych (U in, U out) są mierzone miliwoltomierzami AC B3 - 38A i B3 - 56.

Wyznaczenie wartości współczynnika zniekształceń nieliniowych (K n%) wykonuje automatyczny miernik zniekształceń nieliniowych C6 - 11. Kontrola kształtu i parametrów fazowych sygnałów wejściowych i wyjściowych odbywa się na podstawie oscylogramów oscyloskopu dwubiegunowego C1 - 118A.

Porządek pracy

Przed wykonaniem jakichkolwiek pomiarów należy sprawdzić poprawność podłączenia stanowiska laboratoryjnego i urządzeń obsługujących je do sieci zasilającej (~ 220V) oraz zgodność połączeń stanowiska laboratoryjnego z urządzeniami pomiarowymi i źródłem sygnału ze schematem przedstawionym na rys.8.

3

Ryc.8. Układ stanowiska laboratoryjnego, przyrządów pomiarowych i źródła sygnału.

1- oscyloskop dwuwiązkowy C1 - 118A;

2, 5 miliwoltomierzy B3 - 56 i B3 - 38A;

3- automatyczny miernik zniekształceń nieliniowych C6 –11;

4- generator sygnałów o specjalnej formie G6 -36;

6- stanowisko laboratoryjne

Wszystkie połączenia między przyrządami wykonuje się kablem koncentrycznym poprzez złącza CP-50. Przed podłączeniem przyrządów do sieci należy ustawić regulatory przyrządów pomiarowych i oscyloskopu w pozycji pomiaru maksymalnej wartości sygnału.

Po przestrzeganiu wszystkich powyższych środków ostrożności możesz przejść do eksperymentalnej części pracy.

Ćwiczenie 1. Budowanie charakterystyki amplitudowej wzmacniacza

LF przy różnych wartościach OOS.

Biorąc pod uwagę, że charakterystyka amplitudy jest zależnością, odczytaj U we i U na f \u003d 1 kHz. Po drodze odczytaj współczynnik zniekształcenia nieliniowego K n (%). Zmień U z 0 na wartości, przy których wyjściowy sygnał harmoniczny podlega dwukierunkowemu ograniczeniu. Krok jest wybierany przez badacza. Należy zwrócić uwagę, że nastawa sygnału wyjściowego generatora G6 - 36 jest dyskretna i odbywa się w następującej kolejności. Podczas ustawiania częstotliwości naciśnij kolejno klawisze F; zestaw; kHz; 1,00; Wejście. W tym samym czasie na wyświetlaczu cyfrowym wyświetlana jest liczba 1,00 kHz.

Podczas ustawiania wartości napięcia wyjściowego należy kolejno naciskać klawisze U; zestaw; 0,01; Wejście. W tym samym czasie na cyfrowym wyświetlaczu napięcia wyświetlane jest 0,01, a na wyjściu generatora pojawia się sygnał o amplitudzie 0,01 V.

W przypadku sekwencyjnych zmian napięcia wyjściowego w kierunku dużych wartości można zastosować korekcję napięcia wyjściowego. Aby to zrobić, naciśnij kolejno następujące klawisze U; corr; X; , gdzie X to numer cyfry do poprawienia. Naciśnięcie klawisza zwiększa wyjście o jedną cyfrę X, naciśnięcie klawisza ↓ zmniejsza moc o jedną cyfrę X. (Nie zmniejszaj sygnału wyjściowego mniej niż 0,00) !!!

W trakcie wykonywania pomiarów wygodnie jest wprowadzić dane do tabeli 1.

Tabela 1

Nr f R 1 \u003d 25 kOhm R 2 \u003d 0,1 kOhm R 1 \u003d 25 kOhm R 2 \u003d 0,7 kOhm R 1 \u003d 50 kOhm R 2 \u003d 0,7 kOhm

U wejście U wyjście K n K u D U wejście U wyjście K n K u D U wejście U wyjście K n K u D

kHz mB B% mB B% mB B%

Po zakończeniu eksperymentu utwórz wykresy i oblicz wzmocnienie napięcia K u oraz zakres dynamiczny D.

Na podstawie parametrów obwodu oraz wartości R 1 i R 2 obliczyć współczynnik sprzężenia zwrotnego β oraz rezystancję wejściową (R in) i wyjściową (R out) badanego wzmacniacza LF.

Zadanie 2. Budowanie odpowiedzi amplitudowo - częstotliwościowej

(AFC) wzmacniacza basowego przy różnych wartościach

głębokość OOS.

Przypominamy, że charakterystyka częstotliwościowa reprezentuje zależność wzmocnienia napięcia

od częstotliwości (K u \u003d φ (f)) przy U in \u003d const. Dlatego do wykreślenia krzywej odpowiedzi częstotliwościowej konieczne jest ustawienie sygnału wejściowego o takiej wartości, aby znajdował się na liniowej części charakterystyki amplitudowej przy różnych wartościach współczynnika sprzężenia zwrotnego β, a zmieniając częstotliwość sygnału wejściowego w zakresie 10 ÷ 10 5 Hz, przyjąć wartości napięcia sygnału wyjściowego zgodnie z odczytami miliwoltomierz B3 - 56. Wykreśl krzywe odpowiedzi częstotliwościowej dla trzech wartości β (R 1 \u003d 25 kOhm, R 2 \u003d 0,1 kOhm; R 1 \u003d 25 kOhm, R 2 \u003d 0,7 kOhm; R 1 \u003d 50 kOhm, R 2 \u003d 0,7 kOhm) ... Po drodze odczytaj współczynnik zniekształcenia nieliniowego.

Podczas ustawiania wartości napięcia wyjściowego generatora należy kolejno nacisnąć klawisze U; zestaw; wartość U w woltach; Wejście. Podczas ustawiania wartości częstotliwości początkowej naciskaj kolejno klawisze F; zestaw; Hz; dziesięć; Wejście. Aby zmienić częstotliwość sygnału wyjściowego generatora, należy zastosować metodę korekcji: F; corr; X; ↓, gdzie X to numer cyfry do poprawienia, ↓ to zwiększenie lub zmniejszenie cyfry X - częstotliwości o jeden po jednym naciśnięciu klawisza. Korekta jest resetowana przez naciśnięcie klawisza „enter”.

W trakcie eksperymentu wyniki pomiarów wpisuj do tabeli 2.

Korzystając z danych tabelarycznych, zbuduj wykresy K u \u003d φ (lg f) i K n \u003d ψ (lg f). Zgodnie z wykresami, zmierz szerokość pasma wzmacniacza Δf \u003d f in - f n i porównaj ją z obliczonymi przebiegami Δf.

Tabela 2

Liczba U w R 1 \u003d 25 kOhm R 2 \u003d 0,1 kOhm R 1 \u003d 25 kOhm R 2 \u003d 0,7 kOhm R 1 \u003d 50 kOhm R 2 \u003d 0,7 kOhm

f lg f U out K u K n Δf f lg f U out K u K n Δf f lg f U out K u K n Δf

mB kHz mV kHz kHz mV kHz kHz mV kHz

Przeanalizuj wyniki i wyciągnij wnioski.

Zadanie 3. Symulacja komputerowa laboratorium

eksperyment.

Korzystając z oprogramowania dostarczonego przez prowadzącego (Electronics Workbench 3.0E lub CircutMaker v.5.0), zbuduj na ekranie komputera (lub skorzystaj z pliku „Lab4”) obwód badanego wzmacniacza niskich częstotliwości. Wprowadź parametry elementów obwodu. Podłączyć generator sygnału harmonicznych do wejścia wzmacniacza i doprowadzić sygnał o napięciu U do wejścia. \u003d 0,02 V i częstotliwość f \u003d 1 kHz. Podłączyć oscyloskop dwuwiązkowy i miernik charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowej (AFC) do wejścia wzmacniacza w jednym kanale, a do jego wyjścia w drugim kanale.

Zmiana R 1 i R 2 w obwodach napięcia i prądu sprzężenia zwrotnego zgodnie z tabelą 2 (R 1 \u003d 25 kOhm, R 2 \u003d 0,1 kOhm; R 1 \u003d 25 kOhm, R 2 \u003d 0,7 kOhm; R 1 \u003d 50 kOhm, R 2 \u003d 0,7 kOhm), obserwować charakterystykę częstotliwościową i kształt sygnału wyjściowego przy rosnącym i malejącym U in. Użyj ustawień oscyloskopu i miernika odpowiedzi częstotliwościowej, aby ustawić najwygodniejszy kształt i rozmiar oscylogramów do pomiarów.

Korzystając z możliwości programów komputerowych, zmierz wzmocnienie K U przy częstotliwości sygnału wejściowego f \u003d 1 kHz oraz szerokość pasma wzmacniacza f.

Przeanalizuj uzyskane wyniki, porównaj je z danymi eksperymentalnymi i wyciągnij odpowiednie wnioski.

Przygotowując się do raportu, odpowiedz na następujące pytania:

Wyjaśnij przeznaczenie elementów stopnia wzmacniacza.

Wyjaśnij cel wyznawcy emitera.

Kiedy i jak wybiera się klasę A?

Wyjaśnij, od jakich czynników zależy typ odpowiedzi częstotliwościowej wzmacniacza.

Jaki rodzaj sprzężenia zwrotnego nazywa się ujemnym i w jakim celu jest używany we wzmacniaczach?

Zabrodin Yu.S. Elektronika przemysłowa. M.: Higher school, 1982.496 s.; muł

Kayatskas A.A. Podstawy elektroniki radiowej: podręcznik dla studentów. M .: Wyżej. shk., 1988.464 str .; muł

Maszynowe metody analizy i projektowania układów elektronicznych / Per. z angielskiego I. Vlah, K. Singhal. M.: Radio and communication, 1988.560 str .; muł

Podstawy elektroniki radiowej: Instruktaż / Yu.I. Voloschenko, Yu. Martyushev i wsp. / Ed. G. D. Petrukhin. M.: Wydawnictwo MAI, 1993.416 s.; muł

Inżynieria radiowa: podręcznik dla studentów /

JEŚĆ. Gershenzon, G.D. Polyanina, N.V. Soina. M.: Education, 1986.319 s.; muł

Elementy systemów informacyjnych: Podręcznik. dla uniwersytetów / V.P. Milovzorov.

M.: Higher school, 1989.440 s.; muł

1. Cykl IV. Drgania elektromagnetyczne. Prąd przemienny. Praca laboratoryjna nr 1 - IV. Charakterystyka amplitudy wzmacniacza niskiej częstotliwości. cel

   Dokument

   Praca laboratoryjna nr 1 - IV. Charakterystyka amplitudy wzmacniacz niska częstotliwość... Cel: zbadanie zależności napięcia wyjściowego ... praca nr 4 - IV. Pasmo przenoszenia wzmacniacz niska częstotliwość (ULF). Cel: zbadanie zależności współczynnika ...

2. Wzmacniacze o wysokiej czułości

   Dokument

   Shumov V. równoważne działające przy wejściu wzmacniaczwskazane jest, aby przeprowadzić z wykorzystaniem współczynników transmisji ... niska częstotliwościzakładając w tym przypadku kHz. 2. Według ...

3. Badanie zasady działania i obwodów wzmacniacza mocy z obciążeniem podłączonym do transformatora i uzupełniającym popychaczem wtórnym nadajnika. Guzek

   Dokument

   Generator sygnału niska częstotliwość G3-112. Zadanie 1. Uzyskanie charakterystyk amplitudowych wzmacniacz... Odpowiedź amplitudowa ... sygnał harmoniczny niska częstotliwość 1 kHz od generatora G3-112 do wejścia wzmacniaczkontrolowanie ...

Producenci sprzętu nagłaśniającego, wypuszczając produkty na rynek, muszą podać w paszporcie dane techniczne. Nie jest łatwo się w nich poruszać. Niedoświadczony kupiec w najlepszym przypadku zapyta sprzedawcę o moc wzmacniacza, pasmo częstotliwości, w najgorszym o zniekształcenia. I z reguły otrzyma formalną odpowiedź: moc wzmacniacza wynosi 100 watów, pasmo częstotliwości nie jest gorsze niż 20 Hz - 20 kHz, zniekształcenie wynosi trzysta części, co oznacza 0,03%. Jednak wiele wzmacniaczy ma podobne właściwości. Osiągnięcie ich w chwili obecnej nie jest trudnym zadaniem, ale przy tych samych cechach urządzenia mogą brzmieć inaczej. Na co więc powinieneś najpierw zwrócić uwagę?

Każde ogniwo w łańcuchu odtwarzania ma swoje specyficzne cechy, zamierzamy je określić oddzielnie dla akustyki, wzmacniaczy (przedwzmacniacza i mocy), gramofonów (winyl i CD) oraz innych źródeł i przetworników sygnału.

Zacznijmy od najpopularniejszego i najważniejszego - przedwzmacniacza. W języku angielskim często nazywa się to przedwzmacniaczem liniowym, wzmacniaczem sterującym, wzmacniaczem gramofonowym, wzmacniaczem czołowym, czyli urządzeniem zaprojektowanym do współpracy z różnymi źródłami sygnału. Spójrzmy więc na jego główne cechy techniczne.

Charakterystyka przedwzmacniacza:

zakres częstotliwości
lub pasmo częstotliwości
Pasmo przenoszenia

W zależności od źródła sygnału jest to wskazywane przez dwa wejścia. Wejście wkładki wskazuje odchylenie odpowiedzi częstotliwościowej od poziomu przy częstotliwości 1 kHz, w paśmie 30 Hz - 15 kHz lub 20 Hz - 20 kHz (w zależności od tego, który standard stosuje producent). Na przykład: Pasmo przenoszenia Wejście płyty (RIAA Ref. 1 kHz, 30 Hz do 15 kHz) + 0,2 / –0,25 dB.

Wejścia Aux / Line wskazują charakterystykę częstotliwościową z pewnym odchyleniem na krawędziach. Na przykład: Częstotliwość odp. Linia –0,5 dB, 2 Hz do 100 kHz; –3 dB 0,88 Hz i\u003e 200 kHz.

W pierwszym przypadku jakość korektora odbioru jest charakteryzowana podczas odtwarzania płyt winylowych. Oczywiście im mniejsze odchylenie, tym lepiej. W przypadku technologii high-end dopuszczalne są odchylenia ± 1 dB w paśmie 20 Hz - 20 kHz. O jakości urządzenia decyduje również zakres częstotliwości na wejściu liniowym - im szersze pasmo, tym lepiej. Dotyczy to zwłaszcza ekspansji na bok niskie częstotliwości, do prądu stałego.

Całkowite zniekształcenia harmoniczne
Całkowite zniekształcenie harmoniczne + szum

Odzwierciedlają one obecność produktów zniekształcenia w widmie sygnałów prostych (sinusoidalnych). Całkowite zniekształcenia harmoniczne są funkcją częstotliwości na wyjściu 1 V. Zwykle mają one tendencję do wzrostu na krawędziach zakresu. Zniekształcenia harmoniczne są oceniane na wejściach głównych, oddzielnie dla MM, MS * i wejścia liniowego. Podane w procentach lub w decybelach 0,01% odpowiada minus 80 dB. Dla technologii tranzystorowej typowe są wartości rzędu 0,005 - 0,05%, dla technologii lampowej, a 0,1% to wartość dopuszczalna. Muszę powiedzieć, że całkowita wartość zniekształceń harmonicznych nie jest decydującym wskaźnikiem dobrego dźwięku. Ta charakterystyka jedynie formalnie opisuje reakcję systemu na sygnał wejściowy. Jak wiadomo, żaden sygnał pomiarowy nie jest w stanie zmusić systemu do takiej reakcji, jak to ma miejsce w przypadku rzeczywistego sygnału dźwiękowego. Niemniej jednak deweloperzy starają się zminimalizować wszelkie zniekształcenia.

Stosunek sygnału do szumu
Stosunek sygnał / szum (IHF, CCIR, IEC-A)

W nawiasach wskazano, które filtry wagowe zostały zastosowane (są one oznaczone nazwą organizacji, które zalecają stosowanie tego filtra). Przedwzmacniacz z niskim stosunkiem sygnału do szumu nie tylko będzie hałasować jak primus, ale, co gorsza, zjada delikatną strukturę muzyczną głosów i instrumentów. Stosunek sygnału do szumu mierzony jest w decybelach, dla każdego wejścia osobno (wejście jest zwarte) w stosunku do sygnału na wyjściu o napięciu 1 V i częstotliwości 1 kHz. Dla wejść MC i MM 70 dB w zupełności wystarczy. Wejście liniowe ma z reguły lepszą wartość, zwykle około 85 - 95 dB. Są też mistrzowie, jak np. Przedwzmacniacz Primare Systems Model 201 o stosunku sygnału do szumu na wejściu liniowym 102 dB z filtrem ważącym IEC-A.

Czułość wejściowa
Czułość wejściowa

Wskazuje napięcie na wejściu, przy którym napięcie na wyjściu wzmacniacza będzie równe 1 V. Sygnał na wyjściu źródła dla każdego z wejść musi mieć co najmniej parametr czułości. W przeciwnym razie sygnał na wyjściu przedwzmacniacza będzie miał znaczny szum lub będzie niewystarczający do „wysterowania” końcówki mocy. Na przykład: dane wejściowe (czułość / ładowanie) dysk (MM) -0,5 mV / 47 k, dysk (MC) -0,06 mV / 47 omów, wejście Aux / CD - 100 mV / 50 k. Typowe wartości czułości dla przedwzmacniacza to liczby: na wejściu MS - 0,2 - 0,3 mV, na wejściu MM - 1 - 3 mV, na wejściu liniowym - 100 - 200 mV.

Separacja między kanałami
Separacja kanałów

Można używać innych terminów: separacja stereo, przesłuch. Charakteryzuje penetrację sygnału z kanału na kanał, mierzoną w decybelach. Zazwyczaj separacja kanałów ma tendencję do zmniejszania się wraz ze wzrostem częstotliwości, co skutkuje słabą percepcją obrazu stereo. wysokie częstotliwości... Typowe wartości dla wejść przetwornika przy 1 kHz to 80–70 dB, przy 20 kHz –50–45 dB. Na wejściu liniowym liczba ta jest lepsza o 10-15 dB. Muszę powiedzieć, że w najlepszych głowicach separacja między kanałami przy częstotliwości 20 kHz sięga 30–35 dB, tak że wiele wzmacniaczy ze wskaźnikami bliskimi 35–40 dB będzie brzmiało źle z powodu utraty lokalizacji, głębi obrazu stereo, szczegółowości przy częstotliwościach powyżej 10 kHz. Być może za mistrza w tej charakterystyce można uznać amerykańską technologię hybrydową, mając w najgorszym przypadku 115 dB!

Impedancje wejściowe i wyjściowe
Impedancja wejściowa / wyjściowa

Aby dopasować wkładki MM, przedwzmacniacz może mieć przełącznik impedancji wejściowej, powiedzmy 10 kΩ do 47 kΩ. Głowice MC są przystosowane do niższych wartości impedancji. Przykładowo kanadyjski wzmacniacz Sonic Frontiers SFP-1 o nominalnej rezystancji na wejściu MM / MC 47 k jest wyposażony w zestaw rezystorów od 10 Ohm do 1 kOhm dla precyzyjnego dopasowania do zastosowanej głowicy. Nie jest to jednak wygodne dla właściciela, który musi samodzielnie zdecydować, który rezystor zainstalować, a nawet wykonać wystarczająco wysokiej jakości lutowie. Wejście liniowe ma zwykle impedancję wejściową co najmniej 30 kΩ. Mniejsza impedancja spowoduje trudności dla odtwarzaczy kompaktowych, magnetofonów, tunerów: ponieważ ich wyjście może nie być przystosowane do pracy przy niskiej impedancji, możliwe jest silne tłumienie sygnału. Impedancja wyjściowa charakteryzuje zdolność systemu do sterowania obciążeniem o niskiej impedancji, takim jak impedancja wejściowa wzmacniacza z długim kablem połączeniowym. Na przykład angielski Art Audio VP1 ma impedancję wyjściową 35 kOhm, co przy trzymetrowym kablu do końcówki mocy i impedancji wejściowej 10 kOhm da tłumienie 7 dB przy 20 kHz! Dlatego im niższa impedancja wyjściowa przedwzmacniacza, tym lepiej. Typowa wartość to 1 kΩ przy 1 kHz.

Obecne napięcie polaryzacji wyjścia
Przesunięcie DC

Niezbędny dla sprzętu wysokiej jakości! Na przykład 50 mV na wyjściu przedwzmacniacza, przyłożone do otwartego wejścia wzmacniacza mocy o wzmocnieniu 30 dB, da na jego wyjściu około 1,8 V DC! Oczywiście takie napięcie nie jest w stanie uszkodzić układu głośnikowego (przetworniki średniotonowe i wysokotonowe będą chronione filtrem, takie napięcie nie jest groźne dla przetwornika niskotonowego), ale może spowodować znaczne przemieszczenie dyfuzora głośnika niskotonowego. To z kolei doprowadzi do asymetrii położenia cewki drgającej w szczelinie magnetycznej i zwiększy zniekształcenia w obszarze niskich częstotliwości.

Zaawansowana technologia ma zbalansowane wejścia i wyjścia, co pozwala uniknąć problemów, które pojawiają się przy pojawianiu się napięcia stałego na wyjściu przedwzmacniacza. Jeżeli posiadasz wejście single-ended (złącze RCA) wzmacniacza, a sam wzmacniacz nie posiada układu zapewniającego brak stałego napięcia na wyjściu wzmacniacza (serwo DC) to przy wyborze przedwzmacniacza warto zwrócić uwagę na ten parametr. Należy zauważyć, że wartość przesunięcia wyjściowego może być różna dla różnych kopii tego samego urządzenia, jednak wartość ± 10 mV jest całkiem do przyjęcia we wszystkich przypadkach.

Powyższa lista charakterystyk technicznych nie jest oczywiście wyczerpująca. Podaliśmy naszym zdaniem najważniejsze niezbędne do oceny i wyboru przedwzmacniacza.

Specyfikacje wzmacniacza mocy:

Wybór końcówki mocy jest nie mniej trudny niż wybór przedwzmacniacza. Zanim zdecydujemy, co jest możliwe dopiero po wysłuchaniu muzyki, spójrzmy na paszport i zapoznajmy się z charakterystyką techniczną.

Wyjściowa moc znamionowa
Moc wyjściowa, moc znamionowa

To główna cecha wzmacniacza. Mierzone w watach na sygnale sinusoidalnym przy danym obciążeniu. Zwykle moc jest wskazywana przy obciążeniu 8 i 4 omów. Jednak w przypadku sygnału muzycznego rezystancja głośnika czasami spada do 1 Ohm. Dlatego nieszkodliwe jest pytanie sprzedawcy, ile mocy może dać wzmacniacz przy obciążeniu 2-omowym. Jeśli moc wzmacniacza jest wskazywana na 100 W / 8 Ω i 200 W / 4 Ω, jest to doskonała potężna maszyna, której nie boją się nawet głośniki o najniższej impedancji. Nie chodzi jednak o liczby 100, 200, 500, 1000 ... Jeśli wzmacniacz ma nawet 20 W / 8 omów i 40 W / 4 omy, to też dobrze. Ważne jest, aby moc podwoiła się, gdy obciążenie zmniejszy się o połowę. Taki wzmacniacz ma świetną zdolność przeciążeniową, a jeśli zmienisz akustykę na niższą impedancję, to wzmacniacz Cię nie zawiedzie.

Inaczej wygląda sytuacja ze wzmacniaczami lampowymi. Tutaj z reguły jest kilka wyjść (transformator wyjściowy ma zaczepy na uzwojeniu wtórnym do podłączenia odpowiedniego obciążenia). Jeśli głośnik ma impedancję 8 omów, podłącz go do wyjścia 8 omów, jeśli 4 omów do 4 omów. Po prawidłowym podłączeniu wzmacniacz da maksymalną moc, dla której został zaprojektowany.

Pasmo częstotliwości, pasmo przenoszenia na poziomie -3dB
(przy połowie mocy znamionowej)
Szerokość pasma mocy (–3dB punkt)

Z zasady, wzmacniacze tranzystorowe zakres częstotliwości jest szerszy niż w przypadku lamp próżniowych (od kilku herców do setek kiloherców). Na przykład wzmacniacz Audio Research D300 ma szerokość pasma od zera Hz (DC) do 150 kiloherców. A lampowy V70 tej samej firmy to 12 Hz - 40 kHz, co jednak nie przeszkadza jej dużej popularności wśród audiofilów.

Krótkotrwały szczytowy prąd wyjściowy (przy obciążeniu 1 oma)
Szczytowy prąd wyjściowy

Charakteryzuje moc zasilacza, niezawodność stopnia wyjściowego. Najlepsze wzmacniacze tranzystorowe mają ten wskaźnik rzędu ± 30-60A. O takim wzmacniaczu można powiedzieć, że steruje akustyką „żelazną ręką w aksamitnej rękawiczce”. Dobre wzmacniacze lampowe dostarczają do obciążenia prąd rzędu ± 10-15A. Wysokoprądowe wyjścia zapewniają głęboki, zwarty bas.

Charakterystyka zniekształceń
Zniekształcenie

Można określić zarówno harmoniczną, jak i intermodulację. Im niższa jest ta liczba w procentach lub w decybelach, tym mniejsze zniekształcenia wprowadza wzmacniacz do wzmacnianego sygnału. Jednak nie wielkość jest ważniejsza, ale widmo produktów zniekształcenia. Wzmacniacze push-pull skutecznie tłumią drugą harmoniczną w stopniu wyjściowym, ale jednocześnie mogą mieć długi ogon parzystych i nieparzystych harmonicznych. Harmoniczne lamp z pojedynczą końcówką mają znacznie wyższy poziom, ale szybko zanikają iz reguły nie ma zniekształceń w widmie powyżej piątej harmonicznej.

Technologia lamp ma nieco gorsze zniekształcenia, ale wspomniany już Audio Research V70, mający 1% zniekształceń przy maksymalnej mocy 60 W, zdaniem zagranicznych ekspertów brzmi świetnie. Pomiary zniekształceń harmonicznych są wykonywane przy różnych częstotliwościach, zwykle 20 Hz, 1 kHz i 20 kHz, oraz przy mocy wyjściowej 1 VA, 2/3 paszportu i przy maksymalnej wartości znamionowej. Przy skrajnych częstotliwościach i przy maksymalnej mocy można zaobserwować znaczny wzrost zniekształceń.

W połowie lat 70. modne było charakteryzowanie wzmacniacza różnymi testami intermodulacyjnymi. Pojawiły się koncepcje TIM (Transient InterModulation) - transient, DIM (Dinamic InterModulation) - dynamiczna intermodulacja. Obecnie zachowanie wzmacniacza ze złożonymi sygnałami pomiarowymi jest interesujące tylko dla specjalistów i programistów. Wspomnimy tylko o standardowych pomiarach zniekształceń intermodulacyjnych przy jednoczesnym dostarczaniu 2 tonów 19 kHz / 20 kHz przy pełnej mocy. Dobry wzmacniacz powinien mieć wartość między 0,02 a 0,1%.

Impedancja wejściowa i czułość
Impedancja wejściowa, czułość wejściowa

Typowa wartość impedancji to 30-100 kΩ. Impedancja wejściowa poniżej 30 kΩ może poważnie wpłynąć na charakterystykę częstotliwościową sygnału pochodzącego z przedwzmacniacza.

Czułość odnosi się do napięcia przyłożonego do wejścia, przy którym wzmacniacz wytwarza moc znamionową. Typowe wartości to 0,5 - 2 V.

Impedancja wyjściowa
Impedancja wyjściowa

Opisuje zdolność wzmacniacza do pracy równie dobrze zarówno w systemach głośników o wysokiej, jak i niskiej impedancji. Istnieje błędne przekonanie, że im większy współczynnik tłumienia (impedancja nominalna system głośnikówpodzielone przez impedancję wyjściową wzmacniacza), tym lepsza kontrola basów. Jednak współczynnik tłumienia 2000 będzie lepszy niż 20 tylko o 5 - 10% w paśmie niskich częstotliwości, tj. oczekiwany wzrost ciśnienia akustycznego przy basach poniżej 1 dB! Jednak bardzo mała wartość tłumienia, powiedzmy mniejsza niż 10, może prowadzić do zauważalnej zmiany w odpowiedzi częstotliwościowej głośnika.

Moc zasilacza. Energia zmagazynowana w kondensatorach i cewkach filtrujących.
Pojemność zasilacza. Magazynowanie energii.

To właśnie ta energia określa zakres dynamiki podczas odtwarzania. Mierzone w dżulach. Typowy wzmacniacz z dwoma kondensatorami 10000 μF 60 V ma tylko 72 J. (mistrzowie tranzystorów mają całkowitą pojemność około 0,5 - 1,0 faradów). Dla porównania lampa błyskowa w przeciętnym studiu fotograficznym ma 500 - 1000 J. Ale Audio Research V140 ma 415 J. Wyobraź sobie, jakie mięśnie ma ten wzmacniacz lampowy mono! Dlatego, gdy podana jest ta cecha, należy zwrócić na nią uwagę.

Celowo pominęliśmy takie cechy, jak stosunek sygnału do szumu, separacja kanałów, obecność stałego napięcia na wyjściu. Są podobne w definicji i wymiarach do powyższego przedwzmacniacza. Limity parametrów zalecane w tym artykule nie powinny być traktowane jako twarde ograniczenia przy wyborze wzmacniaczy. Nawet we wzmacniaczach high-end możliwe są odchylenia jednego lub dwóch parametrów od podanych tutaj zakresów. O ostatecznym wyborze powinny decydować wyniki odsłuchu.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące cech nie wymienionych tutaj lub własnych opinii, napisz do redakcji.

Wzmacniacz- to urządzenie elektronicznektóry kontroluje przepływ energii z zasilacza do obciążenia. Ponadto moc wymagana do sterowania jest z reguły znacznie mniejsza niż moc dostarczana do obciążenia, a postacie sygnałów wejściowych (wzmocnionych) i wyjściowych (przy obciążeniu) pokrywają się (rys. 2.1).

Wszystkie wzmacniacze można sklasyfikować według następujących kryteriów:

● według częstotliwości wzmacnianego sygnału:

Wzmacniacze niskiej częstotliwości (ULF) do wzmacniania sygnałów od kilkudziesięciu do kilkudziesięciu lub setek kiloherców;

Wzmacniacze szerokopasmowe, które wzmacniają sygnały w jednostkach i dziesiątkach megaherców;

Wzmacniacze selektywne, które wzmacniają sygnały wąskopasmowe;

● ze względu na charakter wzmocnionego sygnału:

Wzmacniacze prądu stałego (DCA), wzmacniające sygnały elektryczne o częstotliwości zerowej Hz i wyższej;

Wzmacniacze prądu przemiennego, które wzmacniają sygnały elektryczne o częstotliwości innej niż zero;

● według celu funkcjonalnego:

Wzmacniacze napięcia, wzmacniacze prądu i wzmacniacze mocy, w zależności od tego, który z parametrów wzmacnia wzmacniacz. Głównym parametrem ilościowym wzmacniacza jest wzmocnienie. W zależności od przeznaczenia funkcjonalnego wzmacniacza rozróżnia się współczynniki wzmocnienia dla napięcia K U, prądu K i lub mocy

K P: K U \u003d U we / U wy K I \u003d I we / I wy K P \u003d P we / P wy, gdzie U we, I we są wartościami amplitudy składowych zmiennych napięcia i prądu na wejściu;

U out, I out - wartości amplitudy składowych zmiennych, odpowiednio, napięcia i prądu na wyjściu; P in, P out - moc sygnału odpowiednio na wejściu i wyjściu. Zyski są często wyrażane w jednostkach logarytmicznych - decybelach:

K U (dB) \u003d 20LgK u K I (dB) \u003d 20LgK i K P (dB) \u003d 10LgK p Wzmacniacz może składać się z jednego lub więcej stopni. W przypadku wzmacniaczy wielostopniowych jego wzmocnienie jest równe iloczynowi wzmocnień poszczególnych stopni: K \u003d K 1 K 2 ... K n

Jeżeli przyrosty poszczególnych etapów są wyrażone w decybelach, wówczas całkowity zysk jest równy sumie przyrostów poszczególnych etapów:

Ќ U \u003d K U · e jφ K U \u003d U out / U in gdzie K U jest modułem wzmocnienia; φ - przesunięcie fazowe między napięciem wejściowym i wyjściowym przy amplitudach U we i U na wyjściu.

Oprócz współczynnika wzmocnienia ważnym wskaźnikiem ilościowym jest wydajność:

η \u003d P out / P source, gdzie P source to moc pobierana przez wzmacniacz ze źródła zasilania. Rola tego wskaźnika wzrasta szczególnie w przypadku potężnych, z reguły, stopni wzmacniacza wyjściowego. Ilościowe wskaźniki wzmacniacza obejmują również wejście R in i wyjście R z rezystancji wzmacniacza:

R we \u003d U we / I we R wy \u003d | ∆ U wy | / | ∆ I out | gdzie U in i I in to wartości amplitudy napięcia i prądu na wejściu wzmacniacza;

∆U out i ∆I out to przyrosty wartości amplitudy napięcia i prądu na wyjściu wzmacniacza, spowodowane zmianą rezystancji obciążenia. Rozważmy teraz główne cechy wzmacniaczy.

Charakterystyka amplitudy

Charakterystyka amplitudy Jest zależnością od amplitudy sygnału wyjściowegopodkreśla (prąd) z amplitudy wejścianapięcie (prąd) (Rys.2.2).

Punkt 1 odpowiada napięciu szumu mierzonemu przy U inx \u003d 0, punkt 2 minimalnemu napięciu wejściowemu, przy którym można odróżnić sygnał na wyjściu wzmacniacza od szumu tła. Sekcja 2-3 to sekcja robocza, w której zachowana jest proporcjonalność między napięciem wejściowym i wyjściowym wzmacniacza. Po punkcie 3 obserwuje się nieliniowe zniekształcenia sygnału wejściowego. Stopień zniekształcenia nieliniowego jest szacowany na podstawie całkowitego zniekształcenia harmonicznego (lub zniekształcenia harmonicznego):

К Г \u003d √ (U 2 2 m + U 2 3 m +… + U 2 nm) / U lm gdzie U lm, U 2m, U 3m, U nm to amplitudy pierwszego (głównego), 2, 3 i n odpowiednio harmoniczne napięcia wyjściowego. Wartość D \u003d U w max / U w min charakteryzuje dynamiczny zakres wzmacniacza. Rozważmy przykład występowania zniekształceń nieliniowych (rys. 2.3).

Przy zastosowaniu do bazy tranzystora względem napięcia emitera o kształcie sinusoidalnym u bs ze względu na nieliniowość charakterystyk wejściowych tranzystora i b \u003d fa(u be) prąd wejściowy tranzystora i b (a co za tym idzie prąd wyjściowy - prąd kolektora) jest inny niż sinusoida, to znaczy pojawia się w nim szereg wyższych harmonicznych.

Z podanego przykładu można zauważyć, że zniekształcenia nieliniowe zależą od amplitudy sygnału wejściowego i położenia punktu pracy tranzystora i nie są związane z częstotliwością sygnału wejściowego, to znaczy aby zmniejszyć zniekształcenie przebiegu wyjściowego, wejście musi być niskopoziomowe. Dlatego we wzmacniaczach wielostopniowych zniekształcenia nieliniowe pojawiają się głównie w końcowych etapach, na których wejściu odbierane są sygnały o dużej amplitudzie.

Charakterystyka amplitudowo-częstotliwościowa (AFC) i charakterystyka częstotliwościowo-fazowa (PFC) wzmacniacza.

Odpowiedź częstotliwościowa jest zależnością modułu wzmocnienia od częstotliwości, a odpowiedź fazowa jest zależnością kąta fazowego między napięciem wejściowym i wyjściowym od częstotliwości. Typową charakterystykę częstotliwościową przedstawiono na rys. 2.4.

Częstotliwości fn if in nazywane są dolnymi i górnymi częstotliwościami granicznymi, a ich różnica (fn - f in) to szerokość pasma wzmacniacza. Gdy sygnał harmoniczny jest wzmacniany z dostatecznie małą amplitudą, nie występuje żadne zniekształcenie wzmocnionego sygnału. Podczas wzmacniania złożonego sygnału wejściowego zawierającego szereg harmonicznych, te harmoniczne nie są wzmacniane równomiernie przez wzmacniacz, ponieważ reaktancje obwodu są różnie zależne od częstotliwości, w wyniku czego prowadzi to do zniekształcenia kształtu wzmacnianego sygnału. Takie zniekształcenia nazywane są zniekształceniami częstotliwościowymi i charakteryzują się współczynnikiem zniekształcenia częstotliwości: M \u003d K 0 / K f gdzie K f jest modułem wzmocnienia wzmacniacza przy danej częstotliwości.

Współczynniki zniekształcenia częstotliwości M H \u003d K 0 / K H i \u200b\u200bM B \u003d K 0 / K B nazywane są odpowiednio współczynnikami zniekształceń przy dolnej i górnej częstotliwości granicznej. Odpowiedź częstotliwościową można również wykreślić w skali logarytmicznej. W tym przypadku nazywa się to LFC (ryc. 2.5), wzmocnienie wzmacniacza jest wyrażone w decybelach, a częstotliwości są wykreślane wzdłuż osi odciętych po dekadzie (przedział częstotliwości między 10f a f).

Jako punkty odniesienia zwykle wybiera się częstotliwości odpowiadające f \u003d 10n. Krzywe LFC mają określone nachylenie w każdym obszarze częstotliwości. Jest mierzony w decybelach na dekadę. Typową odpowiedź fazową przedstawiono na rys. 2.6.

Można go również wykreślić w skali logarytmicznej. Na środku pasma dodatkowe zniekształcenia fazowe są minimalne. Odpowiedź fazowa pozwala oszacować zniekształcenia fazowe, które występują we wzmacniaczach z tych samych powodów, co częstotliwościowe. Przykład wystąpienia zniekształceń fazowych pokazano na rys. 2.7, na którym pokazano wzmocnienie sygnału wejściowego składającego się z dwóch harmonicznych (linia przerywana), które podczas wzmacniania ulegają przesunięciom fazowym.

Odpowiedź przejściowa wzmacniacza

Przejściowa odpowiedź wzmacniacza to zależność sygnału wyjściowego (prądu, napięcia) od czasu przy stopniowym działaniu wejściowym (rys. 2.8).

Charakterystyki częstotliwościowe, fazowe i przejściowe wzmacniacza są ze sobą jednoznacznie powiązane. Obszar wysokiej częstotliwości odpowiada przejściowej odpowiedzi w obszarze niskiego czasu, obszar niskiej częstotliwości - przejściowej odpowiedzi w obszarze długiego czasu.

Jedną z głównych cech wzmacniaczy o pracy liniowej, jako liniowych sieci czteroportowych, jest złożoność współczynnik przenoszenia napięcia (obecny):

K u (f) \u003d \u003d | K u (f) | e jφ k (f)

Ilość Ku(fa) jest złożony, tj. charakteryzuje zmianę zarówno amplitudy, jak i fazy sygnału na wyjściu wzmacniacza w porównaniu z ich wartościami na wejściu.

Moduł wzmocnienia wzmacniacza K u(fa) nazywa zdobyć.

Zależność modułu wzmocnienia zespolonego od częstotliwości określonej dla harmonicznego sygnału wejściowego wynosi pasmo przenoszenia wzmacniacza.

Zależność argumentu wzmocnienia zespolonego od częstotliwości φ u(fa) nazywa charakterystyka fazowo-częstotliwościowa wzmacniacza.

ULF są elementem wzmacniacza, który musi zawierać także źródło sygnału, obciążenie i zasilacz (rys. 1).

Główny spotkanie ULF - do wzmocnienia mocy sygnału, tj. gdy na wejście ULF zostanie przyłożony sygnał elektryczny małej mocy, należy odebrać przy obciążeniu sygnał o tym samym kształcie, ale większej mocy. Aby wzmocnić moc, ULF przekształca energię źródła zasilania za pomocą urządzeń wzmacniających. W niektórych przypadkach ULF ma również wartość pomocniczą - koryguje kształt sygnału.

Schemat blokowy ULF

Zgodnie z pasmem wzmocnionych częstotliwości (od dolnej częstotliwości zakresu do górnej), ULF są podzielone na wzmacniacze DC i AC.

Wzmacniacze prądu stałego (DCA) - wzmacniacze wolno zmieniających się napięć lub prądów.

Wzmacniacze AC wzmacniać tylko składową prądu przemiennego w wymaganym paśmie widmowym.

Wzmacniacze częstotliwości audio - ULFwzmacnianie sygnałów w paśmie częstotliwości odbieranym przez ludzkie ucho.

Do oceny ULF, oprócz wzmocnienia, odpowiedzi częstotliwościowej i odpowiedzi fazowej, często stosuje się następujące parametry elektryczne:

Zakres częstotliwości roboczej- zakres wartości (od najniższej częstotliwości do najwyższej), w którym wzmocnienie zmienia się zgodnie z pewnym prawem ze znanym stopniem dokładności.

Nierówność odpowiedzi częstotliwościowej- największe odchylenie wzmocnienia w danym zakresie częstotliwości od wartości K. 0 zdefiniowane dla średniej częstotliwości.

Współczynnik zniekształcenia częstotliwości Mcharakteryzuje nierównomierną odpowiedź częstotliwościową. M - stosunek wzmocnienia na środku pasma K. 0 do wzmocnienia na granicy określonego zakresu częstotliwości. Różnice we współczynnikach zniekształcenia częstotliwości przy niskich i wysokich częstotliwościach.

Współczynnik zniekształceń harmonicznychokreśla stopień zniekształcenia sygnału wejściowego sygnał sinusoidalnywzmacniacz i jest szacowany jako pierwiastek kwadratowy ze stosunku mocy wszystkich wyższych harmonicznych sygnału wyjściowego do całkowitej mocy wyjściowej:

K n \u003d

lub blisko niego współczynnik harmonicznych:

K r \u003d =

gdzie U 1 , U 2 , U n - efektywne (lub amplitudy) wartości pierwszego, drugiego itd. harmoniczne napięcia wyjściowego z sygnałem sinusoidalnym na wejściu.

- moc przydzielona przez ULF w obciążeniu i określona przez wymagania techniczne.

Znamionowe napięcie wyjściowe - napięcie obciążenia odpowiadające znamionowej mocy wyjściowej. To napięcie jest powiązane z nominalną rezystancją obciążenia Rн stosunek

Znamionowe napięcie wejściowe - napięcie przyłożone na wejście ULF, przy którym na wyjściu wytwarzana jest moc znamionowa.

Napięcie odpowiada czułości ULF.

Impedancja wejściowa Z w - rezystancja dla prądów o niskiej częstotliwości, mierzona między zaciskami wejściowymi ULF. W obszarze średniej częstotliwości impedancja wejściowa jest zwykle aktywna. Rin .

Impedancja wyjściowa Z na zewnątrz - rezystancja dla prądów o niskiej częstotliwości, mierzona między zaciskami wyjściowymi ULF (pod warunkiem, że źródło sygnału jest włączone, ale jego napięcie wynosi zero). W obszarze średniej częstotliwości impedancja wyjściowa jest zwykle aktywna Pogrom .

Całkowity pobór mocy P. 0 - moc pobierana przez ULF ze źródeł zasilania przy znamionowej mocy wyjściowej.

Znamionowa moc wyjściowaokreśla górną granicę mocy wyjściowej, przy której wszystkie charakterystyki jakości dźwięku napięcia spełniają normy.

tło- średnia kwadratowa sumy składowych widmowych sygnału wyjściowego wynikająca z niedostatecznej filtracji napięcia zasilania.

Głównymi elementami schematu strukturalnego ULF (rys. 1) są przedwzmacniacz (PU ) i wzmacniacz mocy ( UMYSŁ ). Dodatkowe elementy ULF obejmują: układy korekcji częstotliwości i sprzężenia zwrotnego ( OS ), dodatkowo ULF często zawiera kontrolę wzmocnienia.

Wzmacniacz może zawierać jeden lub więcej stopni wzmocnienia i jest przeznaczony do wytworzenia wymaganej mocy w obciążeniu.

Przedwzmacniacz (lub wzmacniacz napięciowy) służy do wzmocnienia słabego sygnału wejściowego i wytworzenia wymaganego poziomu napięcia na wejściu wzmacniacza mocy; może również zawierać jeden lub więcej stopni wzmacniających, a często jako stopień wejściowy stosuje się wtórniki emitera (źródła) w celu lepszego dopasowania do źródła sygnału.

Zyskać kontrolę we wzmacniaczach audio służy do regulacji głośności.

Łańcuchy korekcyjne służy do zmiany odpowiedzi częstotliwościowej ULF, w szczególności regulacja tonu należy do obwodów korekcji częstotliwości.

Korekcja odpowiedzi częstotliwościowej ULF jest często stosowana w celu skompensowania zniekształcenia odpowiedzi częstotliwościowej źródła sygnału wejściowego (na przykład głowicy magnetycznej w magnetofonach) lub odpowiedzi częstotliwościowej obciążenia (na przykład głośników).

Wzmacniacze mocy

Wzmacniacz mocy jest zwykle nazywany stopień wyjściowy wzmacniacza sygnału... Znaczna część mocy pobieranej przez ULF z zasilaczy jest rozpraszana przez wzmacniacz mocy. Gdy moc użytecznego sygnału dostarczanego do obciążenia staje się współmierna do mocy pobieranej przez wzmacniacz, pojawia się pytanie o oszczędzanie energii zasilacza, w tym celu przede wszystkim należy zmniejszyć moc uwalnianą w obwodzie samego stopnia wyjściowego.

Istnieje kilka głównych trybów pracy (klas) stopnia wyjściowego wzmacniacza mocy.

Tryb klasy A. Punkt pracy (RT), który określa stan obwodu w przypadku braku sygnału, jest wybierany na liniowym przekroju dynamicznej charakterystyki woltamperowej (transfer) (rys. 2, a). Amplituda napięcia wejściowego Ty na elektrodzie sterującej elementu aktywnego (podstawie tranzystora), aby zminimalizować zniekształcenia nieliniowe, wybierane jest mniejsze napięcie polaryzacji. Prąd wyjściowy Wyszedłem płynie w sposób ciągły przez cały okres sygnału i dość dokładnie odwzorowuje kształt wejściowego napięcia przemiennego, a położenie punktu pracy nie wykracza poza prostoliniowy odcinek charakterystyki dynamicznej.

Godność reżim klasy A. występują niewielkie zniekształcenia nieliniowe, wady to niska sprawność (stosunek mocy dostarczonej do mocy pobieranej, w ULF nie więcej niż 25%) oraz stosunkowo mała moc w obciążeniu. w związku z tym tryb klasy A. stosowany w stopniach wyjściowych single-ended o małej mocy (do 3 ... 5 W). W tryb klasy A. wszystkie stopnie wzmacniania napięcia również działają.

Wybór punktu pracy wzmacniacza

Tryb klasy B.Punkt pracy wybierany jest na samym początku dynamicznej charakterystyki woltamperowej (rys. 2b), w wyniku czego przy braku sygnału wejściowego prąd wyjściowy jest praktycznie zerowy, a moc wyzwalana w kaskadzie jest mała. Jednak w tym przypadku stopień jest w stanie wzmocnić tylko jedną półfalę sygnału harmonicznego (sygnały tylko jednej polaryzacji). Gdy na wejście doprowadzony zostanie sygnał sinusoidalny, prąd w obwodzie wyjściowym płynie tylko przez połowę okresu (w drugiej połowie okresu element aktywny jest w stanie odcięcia) i ma postać impulsów. Do uzyskania wzmocnienia sygnału całkowitego stosuje się układy przeciwsobne, w których składowe dodatnie sygnału wzmacniane są przez jeden element aktywny, a składowe ujemne przez drugi. W obciążeniu Rн wzmocnione składowe sygnału są dodawane w taki sposób, aby przywrócić jego pierwotny kształt.

Zalety wzmacniacza mocy pracującego w tryb zajęć W , – wysoka wydajność (do 70%) i dużą mocą sygnału w obciążeniu, jednak kształt sygnału wyjściowego jest zniekształcony z powodu nieliniowego przekroju charakterystyki przenoszenia. Czysty mod klasy B jest stosowany praktycznie bardzo rzadko, znacznie częściej stosuje się tzw. Mieszany lub pośredni. tryb AB.

Tryb AB. Punkt pracy zajmuje pozycję pośrednią na charakterystyce przenoszenia (między początkiem a środkiem odcinka liniowego). Ze względu na przesunięcie punktu pracy od zera do początku odcinka liniowego na charakterystyce przenoszenia przy braku sygnału wejściowego, przez element aktywny przepływa pewien początkowy prąd spoczynkowy. W tym przypadku dobierając maksymalną amplitudę napięcia wejściowego można zapewnić, że element aktywny nie przejdzie w stan odcięcia i wzmocni (ze zmiennym stopniem zniekształcenia) obie półfale sygnału sinusoidalnego. Tryb AV pracy wzmacniacza charakteryzuje się dość dużą wydajnością przy stosunkowo niewielkiej zniekształcenie nieliniowe przebiegi wyjściowe.

Tryb C- jest to tryb, w którym prąd wyjściowy płynie przez okres krótszy niż połowa okresu sygnału wejściowego, ponieważ punkt pracy znajduje się na lewo od punktu początkowego na przejściowym (ujemne przesunięcie). Nie ma prądu spoczynkowego, dlatego sprawność modu C jest wyższa niż w trybie B i osiąga 80% lub więcej. W trybie C użyj obwód przeciwsobny nie pozwala na uzyskanie w obwodzie wyjściowym sygnału o takim samym kształcie, jak doprowadzony do obwodu wejściowego, dlatego tryb ten nie służy do wzmacniania przebiegów dowolnych. Ten tryb jest szeroko stosowany we wzmacniaczach selektywnych (rezonansowych) o dużej mocy, w których obciążenie jest równoległym obwodem rezonansowym dostrojonym do częstotliwości fali sinusoidalnej przyłożonej do wejścia lub do jednej z jej wyższych harmonicznych.

Tryb D.- jest to kluczowy tryb pracy, w którym tranzystor może znajdować się tylko w dwóch stanach: albo całkowicie zablokowany (tryb odcięcia), albo całkowicie otwarty (tryb nasycenia). Godność Tryb D charakteryzuje się bardzo wysoką (blisko 100%) wydajnością. Jego niekorzyść - znaczna komplikacja obwodu wzmacniacza. Tryb ten jest szeroko stosowany w technologii cyfrowej, we wszelkiego rodzaju urządzeniach sterujących, regulacyjnych, śledzących, gdzie ze względu na wysoką wydajność i niskie zużycie energii jest szeroko stosowany do wzmacniania prostokątnych impulsów o dowolnym czasie trwania i cyklu pracy.

Możliwości konstruowania stopni wyjściowych wzmacniaczy mocy jest bardzo dużo. Stopnie wyjściowe są transformatorowe i beztransformatorowe. Zastosowanie transformatora dopasowującego pozwala uzyskać wysoką sprawność i niskie zniekształcenia nieliniowe.

Najczęściej stosowane są stopnie wyjściowe przeciwsobne transformatora tryb klasy AB, przy których sprawność przekracza 50%, beztransformatorowe stopnie wyjściowe charakteryzują się szerszym zakresem częstotliwości, mniejszymi wymiarami i masą. Na rys. 3 przedstawia schematyczne diagramy często używane w programie Wzmacniacze ULF moc.

Schemat pojedynczego stopnia wzmacniacza (wzmacniacz napięciowy) pokazano na ryc. 3, a. Położenie punktu pracy jest ustalane przez dzielnik rezystora w obwodzie bazowym tranzystora, taki wzmacniacz działa tryb klasy A..

Na rys. 3b przedstawia schemat stopnia wyjściowego przeciwsobnego transformatora, dzielnik rezystorowy zapewnia niezbędne obciążenie do pracy w tryb ABtransformatory dopasowujące zapewniają optymalne dopasowanie wejścia wzmacniacza do przedwzmacniacza oraz wyjścia wzmacniacza do obciążenia. W tym obwodzie używane są tranzystory tego samego typu ( n - p - n ).

Stopnie wyjściowe wzmacniaczy mocy

Najbardziej rozpowszechnione we wzmacniaczach wyjściowych są stopnie beztransformatorowe (ryc. 3, c) na tranzystorach różne rodzaje przewodność n - p - n i p - n - p ale o podobnych cechach. Jeżeli taki wzmacniacz jest zasilany ze źródła jednobiegunowego, wówczas składowa stała prądu wyjściowego nieuchronnie przejdzie przez obciążenie; w tym przypadku obciążenie jest włączane przez kondensator blokujący. W stopniu wyjściowym można zastosować tranzystory o jednym typie przewodnictwa, ale wtedy przedwzmacniacz musi zawierać stopień odwrócony fazowo z dwoma wyjściami - bezpośrednim i odwróconym.