|
|
 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Усилители мощности низкой частоты
Усилители мощности низкой частоты являются неотъемлемым элементом аудиосистем любых классов сложности. К числу основных электрических
параметров и характеристик усилителей, определяющих их работу и эксплуатационные свойства,
относятся:
1. Коэффициент усиления
2. Диапазон рабочих частот
3. Динамическая, частотная, фазовая (частотно-фазовая) и амплитудная характеристики
4. Уровень линейных и нелинейных искажений
5. Коэффициент полезного действия
6. Входные параметры (входное сопротивление, напряжение, ток и мощность, сопротивление источника сигнала)
7. Выходные данные (выходные мощность, ток, напряжение, сопротивление нагрузки)
8. Динамический диапазон
9. Собственный уровень шумов и предельно допустимые режимы.
Одним из основных параметров усилителей низкой частоты является коэффициент усиления (по мощности, по току или напряжению - в зависимости
от назначения). Коэффициент усиления по напряжению (Аᵤ) определяется как отношение между полезным выходным и приложенному ко входу
напряжением (током, мощностью). Он может быть представлен как в прямом отношении (V/mV или V/mV), так и в децибелах.
Коэффициент усиления зависит от параметров внешних элементов, в частности от сопротивления внешней нагрузки Rʟ и входного сопротивления
Rιո, а также от изменения напряжения питания V㏄, частоты и температуры.
Рабочий диапазон частот (BW) - это интервал частот (полоса пропускания от нижней граничной частоты Fᵢ до верхней Fհ), в котором
коэффициент усиления остается неизменным в пределах ±3 dB относительно коэффициента усиления, измеренного на частоте 1 kHz.
Усилитель звуковой частоты с хорошим качеством имеет одинаковое усиление в диапазоне от Fᵢ = 16 Hz до Fհ = 30 kHz с допустимой
неравномерностью ±3 dB.
В определенных случаях, когда производитель хочет подчеркнуть расширенный диапазон рабочих частот усилителя при улучшенной неравномерности частотной характеристики, приводится и сама величина неравномерности (1 dB, 0,5 dB и т.д).
Вместо рабочего диапазона частот иногда определяется диапазон частот при еденичном усилении или мощностный диапазон частот. Диапазон частот при еденичном усилении - это интервал частот, на границах которого коэффициент усиления становится равным единице.
Мощностный диапазон - это интервал частот, в пределах которого при определенном коэффициенте искажения k выходная мощность изменяется не более чем на ±3 dB по отношению к выходной мощности на частоте 1 kHz.
Динамическая характеристика определяет зависимость выходного напряжения от входного; в идеальном случае эта зависимость линейная.
Частотная характеристика выражает зависимость коэффициента усиления от частоты, а фазовая - зависимость сдвига фазы между выходным и входным напряжениями от частоты.
Частотно - фазовая характеристика объединяет две последние при изменении частоты от 0 до Fհ. Все эти характеристики, а также амплитудная (зависимость выходного напряжения от входного), определяют частотные и фазовые, то есть линейные и нелинейные, искажения по сравнению с идеальными характеристиками в пределах диапазона рабочих частот. Как известно, частотные искажения (неравномерность усиления) акустических сигналов вызывают изменения тембра речи и музыки; напротив, фазовые искажения человеком обычно не замечаются и поэтому не учитываются при разработке усилителей звуковой частоты.
Нелинейные искажения в усилителях обусловлены нелинейностью динамической характеристики; их полное отсутствие принципиально невозможно вследствие нелинейности реальных характеристик активных элементов (обычно из-за нелинейных входной характеристики и зависимости коэффицентов усиления транзисторов от тока). На такие искажения оказывает влияние схема построения и режим работы усилителя.
Количественно степень нелинейный искажений оценивается коэффицентом гармоник (клирфактором) Kժ, обозначается аббревиатурами THD - Total Harmonic Distortion или PHD - Procent Harmonic Distortion, который определяет относительную интенсивность гармоник.
Допустимое значение THD различается в зависимости от типа усилителей: для измерительных оно составляет сотые доли процента и менее, для акустических - десятые доли процента (при THD равном 0,2 - 0,3% для широкого диапазона частот нелинейные искажения почти не ощущаются на слух).
При повышении уровня исходного _ сигнала увеличиваются выходные мощность_ ,ток_ и напряжение_, но возрастает и уровень нелинейных искажений. Такого рода искажения можно уменьшить, снизив снимаемую выходную мощность по сравнению с той, которую можно было бы получить от данного усилителя.
Искажения менее 0,1 % для определённой мощности на выходе считаются небольшими и вполне допустимыми для качественного воспроизведения звука. Требование к линейности, то есть уменьшение нелинейных и частотных искажений, выполняются с помощью местной ( в пределах одного каскада) или общей отрицательной обратной связи, охватывающей весь усилитель.
Номинальное входное напряжение_ - напряжение, при котором на выходе получается номинальная выходная мощность, напряжение или ток. Следует отметить, что для получения большой выходной мощности (_ , напряжения (_) или тока (_), а также высокого КПД сопротивления нагрузки должно иметь определённое (оптимальное) значение. С ростом напряжения питания усилителя КПД, _ и значение оптимального сопротивления нагрузки увеличиваются до некоторого предела, поэтому производители обычно указывают конкретные режимы,при которых измерены эти величины.
Помимо линейных и нелинейных искажений, любому усилителю низкой частоты свойственна генерация собственных внутренних шумов ,которые представляют собой непереодическое (случайно изменяемое) переменное напряжение. Более точно шум можно определить как сумму бесконечного количества количества частот, в том числе в звуковом диапазоне. Источником шумов в усилителях являются резисторы (термический шум) и транзисторы (термический и дробный шум). Количественно уровень шумов усилителя оцениваюь эффективным значением шума на его выходе (_). С ростом частотного диапазона усилителя прямо пропорционально возрастает уровень собственных шумов, поэтому при указании значения этого уровея необходимо называть диапазон частот, в котором он измерен. Если такой диапазон не указан, значит, собственные шумы измерены в пределах рабочего диапазона частот усилителя.
Диапазон изменения выходного напряжения определяется разностью между максимальной и минимальной мгновенной величиной выходного напряжения. Этот параметр иногда называют пиковым выходным напряжением и обозначают _ (peak-to-peak)
Динамическй диапазон усилителя- это превышение ( в децибелах) номинального уровня выходного сигнаал над его минимальным уровнем, ещё различным на фоне собственных шумов. Динамический диапазон разговорной речи состовляет около 15 dB, разговорного шума в рабочем помещении — около 30 dB, небольшого оркестра — 60 dB, большого 75 dB. Верхний предел выходного сигнала усилителя ограничивается заданной нормой нелинейных искажений, нижний- уровнем внутренних шумов, определяющих чувствительность усилителя. Так, уровень минимального выходного напряжения акустических усилителей должен быть на 6-10 dB выше уровня помех,чтобы были слышны слабые звуки.
Для мощных УНЧ в интегральном исполнении используются как пластмассовые корпуса типа DIL, DIP ( в последнее время- малогабаритные корпусатипа SO для поверхностого монтажа (SMD)),так и корпуса с основанием из металлической пластины (SIP,TABS) или металлические- типа TO-3,TO-5,ТО-65.
К схеме усилителей низкой частоты предьявляются также требования хорошего сглаживания пульсаций напряжений, то есть часто приводится значение коэффициента подавления пульсаций.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|