Схема звукового усилителя: Страница не найдена — Ремонт аудиотехники

Рабочая тетрадь по начерту от 18 до 30 стр(2019)

Начертательная геометрия

На вход усилителя включаются источники сигнала: фотоэлектрон­ный умножитель или фотодиод при воспроизведении фотографической фонограммы, воспроизводящая магнитная головка при воспроизве­дении магнитной фонограммы, звукосниматель при воспроизведе­нии грамзаписи, микрофон при усилении речи оратора или пере­водчика (при демонстрировании недублированных иностранных фильмов), а также при записи речи и музыки.

На выход усилителя включается внешняя нагрузка: громкогово­ритель или телефон при воспроизведении звука, магнитная головка записи или модулятор света при магнитной или фотографической за­писи звука, рекордер при механической записи, осциллограф для на­блюдения или фотографирования сигнала и т. д.

Для любого- каскада, кроме первого, источником сигнала служит предыдущий каскад, а нагрузкой для всех каскадов, кроме послед­него, — входная цепь следующего каскада.

Каскады могут иметь различное назначение — усиление напря­жения, тока или мощности (в зависимости от того, какая из этих ве­личин сигнала должна быть доведена до определенного уровня, чтобы привести в действие следующий каскад или нагрузку).

Следует иметь в виду, что в процессе усиления мощность всегда увеличивается, но при усилении напряжения или тока ее величина не имеет значения.

Последний каскад, отдающий в нагрузку требуемую мощность, называется оконечным. Для приведения его в действие служит предоконечный каскад (драйвер), который в зависимости от режима око­нечного каскада может быть либо усилителем мощности, либо усили­телем напряжения.

Для увеличения напряжения от величины, которую создает источ­ник сигнала на входе, до величины, требуемой на входе предоконечного каскада, служат каскады предварительного усиления напряже­ния.

В комплектах звуковоспроизводящей аппаратуры киноустановок, выполненных по блочному принципу, часть каскадов предваритель­ного усиления напряжения выделяют в конструктивно самостоятель­ный предварительный усилитель, а остальные каскады вместе с предоконечным и оконечным — в отдельный оконечный усилитель. Между этими усилителями включается выносной регулятор громкости, на­ходящийся на пульте в зрительном зале.

Эти блоки вместе с источником питания составляют усилительное устройство.

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСИЛИТЕЛЯ

Усилитель характеризуется рядом технических показателей, по которым можно судить о его усилительных, энергетических и эксплу­атационных свойствах и качестве передачи сигнала. Основные из них: коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления, номи­нальная (паспортная) выходная мощность, потребляемая мощность, коэффициент полезного действия, чувствительность, диапазон частот, искажения, динамический диапазон и уровень помех.

Кроме этого всякий усилитель характеризуется надежностью, ста­бильностью, устойчивостью, массой, габаритами, конструктивными и эксплуатационными особенностями.

КОЭФФИЦИЕНТЫ УСИЛЕНИЯ

Для количественной оценки усилительных свойств устройства пользуются понятием 6 коэффициенте усиления.

Поскольку сигнал (электрические колебания) характеризуется величиной мощности, напряжения и тока, различают соответственно три коэффициента усиления.

Коэффициент усиления мощности К_рпоказывает, во сколько раз мощность сигнала на выходе усилителя больше, чем на входе:

Коэффициентом усиления напряжения /(„, или сокращенно, коэффициентом усиления К, называется отношение напряжения сигнала на выходе к напряжению на входе.

Аналогично определяется коэффициент усиления тока Ki как от­ношение выходного тока сигнала к входному:

По определению сущности процесса усиления коэффициент усиле­ния мощности всегда больше единицы, в то время как коэффициенты усиления напряжения или тока, могут быть меньше единицы; иногда их в этом случае называют коэффициентами передачи напряжения или тока.

При активном сопротивлении нагрузки Р_вых = U_вых/I_вых; соответ­ственно при активном входном сопротивлении усилителя P_вх = U_BXI_BX; тогда коэффициент усиления мощности равен произведению:  К_р=  K_uKi.

Работу усилителей звуковой частоты принято анализировать и ис­следовать при синусоидальном сигнале на входе.

Для многокаскадного усилителя коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиления его каскадов:

Во всех приведенных соотношениях коэффициент усиления опре­деляется, как отвлеченное число.

Более удобны логарифмические единицы измерения — децибелы, в которых могут быть выражены не только коэффициенты усиления и их изменения, но и другие относительные величины.

Логарифмические единицы были введены в связи с психофизиоло­гическими особенностями восприятия человеком внешних раздраже­ний, действующих на его органы чувств: ощущение пропорционально логарифму раздражения. Например, восприятие громкости звука про­порционально логарифму звукового давления, а восприятие яркости изображения   пропорционально  логарифму   освещенности.   Поэтому изменения звукового давления в одно и то же число раз независимо от абсолютных величин воспринимаются человеком как одинаковые приращения   громкости.

Чтобы выразить отношение двух величин в логарифмических еди­ницах, надо измерить его единицами, пропорциональными логарифму этого отношения. отношение мощностей в логарифмических единицах на­звано в честь ученого Бела — белами. Удобнее использовать более мелкие единицы—децибелы (дБ)

Таким образом,   коэффициент   усиления мощности в децибелах:

Чтобы выразить в децибелах отношение напряжений или токов, надо брать 20 логарифмов этого отношения, учитывая, что отношение мощностей пропорционально квадрату отношения напряжений или токов (при условии равенства сопротивлений), а при логарифмиро­вании степени показатель степени служит множителем при логарифме основания.

Поэтому

Правильный усилитель звука. | Афанасий Скобелевский

Правильный усилитель звука.

Какой усилитель «Правильный»?

В этой статье я сравню две схемы усилителей. Первая – собранная в предыдущей статье — «Усилитель звука своими руками» из деталей лампы – экономки. Схема — самая простая, в ней нет «ничего лишнего»! И вторая схема – классический усилитель Лина. Для желающих повторить вторую схему, я подробно расскажу о ней в этой статье.

При сборке первой схемы, я сказал, что схема этого усилителя «неправильная» и так — делать нельзя! А сегодня я соберу правильную схему и расскажу, почему первая схема названа неправильной, – ведь усилитель работает и очень неплохо!

Неправильный усилитель звука.

Основной причиной неправильности схемы является способ включения громкоговорителя. Так включать громкоговоритель нельзя. Ведь оконечный мощный транзистор в этой схеме — даже при отсутствии звукового сигнала пропускает через себя достаточно большой постоянный ток – примерно половину максимального! Это делается для того, чтобы избежать искажений от ограничения звукового сигнала.

Результат подмагничивания громкоговорителя.

И этот ток действует на катушку громкоговорителя, сильно сдвигая ее вместе с диффузором от среднего положения, тем самым уменьшая амплитуду свободного хода диффузора, то есть уменьшая возможную громкость звучания громкоговорителя. И в дополнение, постоянный ток изменяет намагниченность магнитной системы динамика, ухудшая его характеристики.

Разделение переменного тока.

Выход напрашивается сам – разделить постоянный и переменный токи в схеме. Но, тогда потребуется еще две крупные детали: мощный резистор – вместо громкоговорителя – для сохранения цепи схемы по постоянному току и конденсатор большой емкости, чтобы отделить переменный ток для громкоговорителя. Резистор – конечно же будет сильно греться, ведь через него течет весь ток мощного транзистора!

Усилитель Хунг-Чан Лина.

Правильное решение было предложено в 1956 году Хунг-Чан Лином — китайским — американским изобретателем — профессором электротехники в университете штата Мэриленд, магистром от университета Мичигана. Это схематическое решение носит название усилитель Лина. Выходной каскад усилителя мощности собирается на транзисторах по схеме эмиттерных повторителей. Эти транзисторы являются комплементарной парой – то есть обладают одинаковыми параметрами, но — разной проводимостью. Транзисторы нужно ставить на разные теплоотводы, так как на их коллекторы подается разное напряжение. В эмиттеры транзисторов я поставлю самодельные проволочные резисторы, намотанные на резисторах МЛТ. Аналогичный резистор использую вместо громкоговорителя при настройке схемы. Положительную полуволну сигнала усиливает верхний транзистор, отрицательную – нижний. Одновременно транзисторы не открываются, то есть сквозного тока через них нет. Вся регулировка схемы сводится к установке нулевого напряжения на выходе – при двухполярном питании. Схема казалась очень экономичной. Но… не всё так просто!

Входные характеристики биполярного транзистора.

Реальный транзистор открывается не с нулевого напряжения на базе, а с некоторой задержкой – от полу-вольта, до вольта – в зависимости от типа проводимости.

Осциллограммы тока и напряжения.

Отсюда и возникают коммутационные искажения, хорошо известные всем под названием «транзисторный звук». А выглядят они — как «ступенька» на осциллограмме выходного сигнала – то есть, выходной сигнал при малых амплитудах отстает от входного. Обратная связь только ухудшает ситуацию, так как в момент малого сигнала оба выходных транзистора закрыты и резкое увеличение сигнала предварительного усилителя дает только лишние всплески на выходе при открытии транзисторов выходного каскада. Смещение рабочей точки усилителя – никак не решает проблему.

Схема с диодами.

Значительно снизить коммутационные искажения можно, сместив рабочие точки обоих выходных транзисторов к моменту начала их открывания, тогда даже малый сигнал будет воспринят транзистором. С этой целью между базами выходных транзисторов включают несколько германиевых диодов – они работают как стабилизатор небольшого напряжения смещения транзисторов. Количество диодов подбирается при настройке схемы – если попробовать с двумя диодами – ступенька значительно меньше! На открытом германиевом диоде напряжение около 0,2…0,3 вольта, а на кремниевом 0,6…0,7 вольта. А вот с тремя германиевыми диодами от ступеньки удается избавиться!

Заменяю нагрузочный резистор ПЯТИ-ваттным громкоговорителем, а на вход подключаю смартфон с тестовой музыкой, и… наслаждаюсь громким и чистым звуком!!!

Финальная схема усилителя Лина.

Показанная схема состоит из двух каскадов. Оконечный каскад собран на транзисторах КТ815 и КТ814 (эмиттерные повторители). Эти транзисторы являются комплементарной парой – обладают одинаковыми параметрами, но разной проводимостью.

Диоды Д9 — 3 штуки обеспечивают необходимое смещение на базах выходных транзисторов. Диоды открыты всегда. Сопротивления открытых диодов малы, поэтому можно считать, что базы выходных транзисторов непосредственно соединены с коллектором первого транзистора КТ503. Еще одна функция диодов – осуществление стабилизации оконечного каскада.

Низкоомные резисторы — 1 Ом — в эмиттерах выходных транзисторов устраняют несимметричность схемы, вызванную разбросом параметров по коэффициенту передачи тока транзисторов — ведь трудно подобрать идентичную пару! Другая функция этих резисторов – обеспечение стабилизации оконечного каскада — отрицательная обратная связь.

Первый каскад усилителя, собранный на транзисторе КТ503, является усилителем напряжения. Резистор в эмиттере обеспечивает стабилизацию каскада. Резисторы в базе транзистора КТ503 задают необходимую рабочую точку выходного каскада. Кроме того, этот делитель осуществляет общую отрицательную обратную связь, уменьшая нелинейные искажения.

При положительной полуволне на коллекторе КТ503 — транзистор КТ814 (p-n-p) закрыт, а КТ815 (n-p-n) открыт, и через него, а, следовательно, через нагрузку течет ток. При отрицательной полуволне на коллекторе КТ503 транзистор КТ815 закрыт, КТ814 открыт, и через него и нагрузку течет ток в противоположном направлении.

Существует и другой способ борьбы с коммутационными искажениями в транзисторных усилителях, но это – тема следующей статьи!

Более подробную информацию Вы можете получить из видео на моем YouTube канале: https://www.youtube.com/watch?v=PefmFpxnX_w Приятного просмотра!

Схемы усилителей на TDA2005

   Микросхема TDA2005 относится к разряду недорогих и широкодоступных интегральных УМЗЧ. Относительно небольшое количество навесных элементов, в сочетании с вполне хорошими электрическими характеристиками, наличие защиты выхода от перегрузки, термозащита, а также, возможность установки коэффициента передачи в широких пределах ( подбором сопротивлений резисторов в цепи ООС ). Всё это позволяет на базе TDA2005 строить самые разнообразные усилители, стереофонические, мостовые, многополосные

   Усилитель предназначен для работы в составе самодельного музыкального центра, его можно использовать для озвучивания сигналов от аудиоплеера, компьютера или другого источника звукового сигнала.
Входной стереосигнал поступает на разъём

  Изменяя сопротивления резисторов R13 и R15 ( или R12 и R14 ) можно изменять в широких пределах коэффициент передачи усилительных каналов. Для сопротивлений R13 и R15 зависимость обратная, а для R12 и R14 – прямая.
  Цепь R10-C12 служит для плавного включения усилителей, воизбежание бросков тока в акустических системах.

Детали непосредственно усилителя монтируются на небольшой печатной плате ( Рис.2 ) из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Технология изготовления – любая.
Выходные конденсаторы С21 и С18, а так же, сглаживающий конденсатор С19, расположенный за пределами печатной платы ( жёстко закреплены при помощи хомутов в корпусе усилителя ).

  На Рис.4 приводится схема усилительного модуля на микросхеме TDA2005, усилители которой включены по мостовой схеме, обладающего следующими параметрами:
1. Напряжение питания … 5-18V.
2. Номинальное напряжение питания … 14,4V.
3. Выходная мощность при КНИ=10% на нагрузке 4 Ом … 20W.
4. Выходная мощность при КНИ=10% на нагрузке 3,2 Ом … 22W.
5. Выходная мощность при КНИ<1% на нагрузке 4 Ом … 15W/
6. Чувствительность усилителя … 220mV.
7. Диапазон частот …20-20000 Гц.
8. КНИ при мощности до 8W … <0.3%.
  Первый усилитель ( вход – вывод 5 ) включён как обычно, в схеме стереоусилителя, прямой вход второго усилителя ( вывод 1 ) зашунтирован по переменному току конденсатором С3. Сигнал поступает на инверсный вход второго усилителя ( вывод 2 ) с выхода первого усилителя через делитель R5-R4-R3, образованный резисторами, задающими обратную связь. Для того чтобы получить равенство ( по модулю ) сигналов на выходах усилителей, сопротивление резистора ООС R6 второго усилителя в два раза больше аналогичного сопротивления ( R3 ) первого усилителя.
  Акустическая система ( сопротивлением не ниже 3,2 Ом ) включается между выходами этих усилителей.

Мостовая схема позволяет получить двукратное усиление мощности и даёт избавиться от габаритного разделительного конденсатора большой ёмкости, который обычно ставят между выходом усилителя и акустической системой. Отсутствие этого конденсатора ещё и улучшает работу усилителя на низких частотах.

  Усилительный модуль собран на печатной плате, схема которого приводится на рисунке.
  Оптимально, в легковом автомобиле, использовать систему из четырёх таких усилителей, включив их согласно схеме на Рис.5. При помощи переменных резисторов можно оптимально отрегулировать уровни поступающих на модули сигналов, так чтобы было оптимальное соотношение мощностей стереоканалов, а так же, фронтальных и тыловых каналов.

  Все четыре усилителя можно разместить на общем радиаторе и в общем корпусе. Печатные платы собственных элементов крепления не имеют, – роль крепёжного элемента выполняют радиаторные пластины.
3. Двухполосный усилитель на TDA2005.Используя две микросхемы TDA2005 можно сделать двухполосный усилитель, в котором каждый из стереоканалов будет содержать по двухполосному усилителю с частотой разделения, например, 2 кГц. Один из усилителей TDA2005 будет работать в низкочастотном канале ( 20-2000 Гц ) и с его выхода сигнал будет поступать на НЧ – акустическую систему. Второй усилитель TDA2005 будет работать на частотах от 2000 Гц до 20000 Гц и с его выхода сигнал будет поступать на ВЧ –акустическую систему.

  Принципиальная схема одного из таких каналов показана на Рис.6. Входной сигнал поступает на два пассивных фильтра, – фильтр нижних частот на элементах R1-C1 и фильтр верхних частот на элементах С3-R2.
Уровень низкочастотного сигнала не регулируется, к выходу верхнего по схеме усилителя подключается акустическая система, работающая на низких частотах ( или низкочастотный динамик акустической системы ). Для улучшения воспроизведения низкочастотных составляющих ёмкость разделительного конденсатора С10 выбрана большой ( используется конденсатор К50-35 ёмкостью 4700 мкФ на напряжение 16 вольт ). Соответственно, более высокие ёмкости и конденсаторов С2, С7 и С8 чем аналогичных конденсаторов высокочастотного канала.

  Уровень высокочастотного канала регулируется при помощи переменного ( или подстроечного ) резистора R2. С его помощью можно согласовать по уровням высокочастотную и низкочастотную составляющую, соответственно отдачи динамиков и получить равенство или необходимое преобладание НЧ или ВЧ.
В высокочастотном канале применяются электролитические конденсаторы меньшей ёмкости, в частности, ёмкость переходного конденсатора С13, через который сигнал подаётся на акустическую систему, всего 100 мкФ.
Детали обоих стереоканалов монтируются на печатных платах, аналогичных плате стереоусилителя Рис.2, только здесь нужно две платы. Входные цепи с регуляторами тембра, баланса и громкости можно сделать как и в стереоусилителе на Рис.1. А вот источник питания должен быть в два раза мощнее, так кА ток потребления схемой двухполосного стереоусилителя вдвое больше. Это касается и радиатора, – он должен быть в два раза больше радиатора стереоусилителя ( Рис.3 ).
Коэффициент полезного действия усилителей микросхемы TDA2005 около 60%, это значит, что мощность силового трансформатора должна быть как минимум в 1,8 раза больше суммарной максимальной мощности усилителей.
  Акустические системы могут иметь сопротивление от 2 до 8 Ом.
Для мостовых усилителей сопротивления АС должны быть не ниже 3,2 Ом ( Рис.4 ), а для схем стереоусилителей ( Рис.1 ) сопротивление АС, – не ниже 1,8 Ом.

источник: ” РАДИОКОНСТРУКТОР “, 11 – 2005, стр. 17-20

Звуковые усилители класса D: как они устроены и с чем их едят? — Усилители мощности низкой частоты (ламповые) — Усилители НЧ и все к ним

Популярность усилителей класса D, предложенных еще в 1958 году, заметно выросла в последние годы. Что они собой представляют? Как соотносятся с другими типами усилителей? Почему класс D представляет интерес для аудиотехники? Что необходимо, чтобы сделать «хороший» звуковой усилитель класса D? Каковы особенности усилителей класса D от Analog Devices? Ответы на эти вопросы следуют далее.

Общая информация о звуковых усилителях

Функция звукового усилителя заключается в воспроизведении входного сигнала элементами выходной цепи, с необходимой громкостью и мощностью, точно, с минимальным рассеянием энергии и малыми искажениями. Усилитель должен обладать хорошими характеристиками в диапазоне звуковых частот, который находится в области 20–20 000 Гц (для узкополосных динамиков, например сабвуфера или высокочастотной головки, диапазон меньше). Выходная мощность варьируется в широких пределах в зависимости от назначения усилителя — от милливатт в головных телефонах до нескольких ватт в телевизоре и персональном компьютере (ПК), десятки ватт в домашней или автомобильной стереосистеме; наконец, сотни ватт в наиболее мощных домашних или коммерческих аудиосистемах для театров и концертных залов.

Простейший вариант реализации усилителя звука — использование транзисторов в линейном режиме, что позволяет получить на выходе увеличенное входное напряжение. Усиление в данном случае обычно велико (по меньшей мере, 40 дБ). Часто используется отрицательная обратная связь, так как она улучшает качество усиления, снижая вызванные нелинейностью усилительных каскадов искажения и подавляя помехи от источника питания.

Преимущество усилителей класса D

В обычном усилителе выходной каскад содержит транзисторы, обеспечивающие необходимое мгновенное значение выходного тока. Во многих аудиосистемах выходные каскады работают вклассах A, B и AB. В сравнении с выходным каскадом, работающим в D классе, мощность рассеяния в линейных каскадах велика даже в случае их идеальной реализации. Это обеспечивает D классу значимое преимущество во многих приложениях вследствие меньшего тепловыделения, уменьшения размеров и соответственно стоимости изделий, увеличения времени работы автономных устройств.

Линейные усилители, усилители класса D и мощность рассеяния

Выходные каскады линейных усилителей соединяются непосредственно с громкоговорителем (в некоторых случаях через емкости). Биполярные транзисторы в выходном каскаде обычно работают в линейном (активном) режиме при достаточно больших напряжениях между коллектором и эмиттером. Выходной каскад может также строиться на полевых транзисторах (рис. 1).

Рис. 1. Линейный выходной КМОП-каскад

Энергия рассеивается во всех линейных выходных каскадах, поскольку при обеспечении выходного напряжения V_out, по крайней мере, в одном транзисторе каскада неизбежно возникает отличный от нуля ток I_т и напряжение V_т. Мощность рассеяния сильно зависит от начального смещения выходных транзисторов.

В выходном каскаде, выполненном в классе A, один транзистор служит источником постоянного тока, протекающего через громкоговоритель даже в отсутствие сигнала. (Примечание переводчика. Необходим запас как по увеличению тока [положительная фаза колебания], так и по уменьшению [отрицательная фаза].) В данном классе можно получить хорошее качество звука, однако мощность рассеяния очень велика из-за большого постоянного тока, протекающего через выходные транзисторы (там, где ток нежелателен), даже в отсутствие тока в громкоговорителе (там, где ток собственно и нужен).

Построение выходного каскада в классе B практически исключает постоянный ток через транзисторы и существенно уменьшает мощность рассеяния. Выходные транзисторы в этом случае работают по двухтактной схеме, верхнее плечо обеспечивает положительные токи через громкоговоритель, нижнее плечо — отрицательные. Мощность рассеяния уменьшается потому, что через транзисторы протекает только связанный с сигналом ток, постоянная составляющая практически отсутствует. Однако выходной каскад класса B дает худшее качество звука вследствие нелинейного характера выходного тока при переходе через ноль (переходные искажения), что имеет место из-за особенностей включения/выключения выходных транзисторов.

В классе AB, являющемся компромиссом между A и B классами, постоянный ток смещения существует, однако гораздо меньший, чем в классе A. Небольшого постоянного тока смещения оказывается достаточно для устранения переходных искажений и обеспечения тем самым хорошего качества звучания. Мощность рассеяния в данном случае оказывается больше, чем в классе B, и меньше, чем в A классе, но все же количественно ближе к классу B. В этом случае, как и в классе B, необходимо управление выходными транзисторами для обеспечения больших положительных и отрицательных выходных токов.

Тем не менее, даже хорошо спроектированный усилитель класса AB характеризуется значительной мощностью рассеяния, так как средние значения выходных напряжений обычно далеки от напряжений на шинах питания. Большое падение напряжения между стоком и истоком приводит, таким образом, к рассеянию энергии. Мгновенная мощность рассеяния равна I_тxV_т.

Благодаря совершенно иному принципу, мощность рассеяния звукового усилителя класса D(рис. 2) гораздо меньше, чем в вышеперечисленных случаях. Ключи выходного каскада такого усилителя коммутируют выход с отрицательной и положительной шиной питания, создавая тем самым серии положительных и отрицательных импульсов. Такая форма выходного сигнала существенно уменьшает мощность рассеяния, так как при наличии напряжения ток через выходные транзисторы практически не идет (транзистор «закрыт»), либо, когда транзистор открыт и протекает ток, на нем падает небольшое напряжение V_т. Мгновенная мощность рассеяния, I_тxV_т, в этом случае минимальна.

Рис. 2. Блок-схема усилителя класса D без обратной связи

Поскольку звуковые сигналы заметно отличаются от последовательности импульсов, для преобразования входного сигнала в набор импульсов необходим модулятор.

Частотный спектр сигнала модулятора содержит как звуковую составляющую, так и высокочастотную компоненту, которая появляется в процессе модуляции. Поэтому для уменьшения высокочастотной составляющей между выходным каскадом и громкоговорителем часто включается фильтр низких частот. Фильтр (рис. 3) должен обеспечивать минимальные потери, чтобы не растерять преимущество экономичности импульсного режима работы выходного каскада. Фильтр обычно строится из емкостных и индуктивных элементов.

Рис. 3. Мостовое построение выходного каскада с фильтром нижних частот

На рис. 4 сравнивается мощность рассеяния (Pdiss) идеальных выходных каскадов классов A и B с измеренной мощностью рассеяния усилителя класса D — AD1994, в зависимости от мощности, подводимой к громкоговорителю для синусоидального сигнала (Pload). Значения мощности нормированы к уровню Pload max, при котором общие искажения выходного сигнала составляют 10%.

Рис. 4. Мощность рассеяния выходных каскадов классов A, B и D

Зеленая вертикальная линия соответствует выходной мощности, при которой начинается «срез» синусоиды. Заметное различие в мощности рассеяния наблюдается во всем диапазоне выходных мощностей, особенно при низких и средних значениях. В начале «среза» мощность рассеяния выходного каскада класса D примерно в 2,5 раза меньше, чем в классе B, и в 27 раз меньше, чем в классе A. Заметим, что выходной каскад класса A рассеивает больше энергии, чем доходит до громкоговорителя — следствие большой постоянной составляющей тока смещения.

КПД выходного каскада, Eff (efficiency), определяется следующим образом:

В начале «среза» синусоиды Eff равен 25% для усилителя класса A, 78,5% для класса B и 90% для усилителя класса D. Предельные значения КПД усилителей класса A и B часто приводятся в различного рода руководствах.

Разность в мощности рассеивания увеличивается при умеренных уровнях мощности на нагрузке. Это существенно, поскольку даже при высоком уровне громкости преобладающие мгновенные значения мощности заметно меньше пиковых значений, P_{load max} (в 5–20 раз, в зависимости от типа звука). Таким образом, для звуковых усилителей P_load = 0,19P_{load max}является разумным средним значением выходной мощности, для которой можно посчитать мощность рассеяния, P_diss. При таком уровне выходной мощности усилитель класса Dрассеивает в 9 раз меньше, чем усилитель класса B, и в 107 раз меньше, чем усилитель A класса. Для звукового усилителя с P_{load max} =10 Вт средняя мощность P_load = 1 Вт может рассматриваться как вполне реальная. При этих условиях выходной каскад класса D будет рассеивать 282 мВт, класса B— 2,53 Вт и A класса — 30,2 Вт. КПД при этом составит 78% длякласса D, что несколко ниже 90% при максимальной мощности. Но даже в таком случае это гораздо больше, чем КПД каскадов класса B и A — 28% и 3% соответственно.

Это различие имеет важные последствия для конструкции системы. При уровне мощности более 1 Вт, во избежание перегрева, линейные выходные каскады требуют специальных средств охлаждения — обычно это массивные металлические радиаторы или вентиляторы. Если усилитель выполнен в виде микросхемы, для обеспечения отвода тепла может потребоваться специальный корпус, повышающий стоимость устройства. Это особенно критично, например, в плоских телевизионных приемниках, где пространство ограничено, или в автомобильной аудиотехнике, где налицо тенденция к увеличению числа каналов при сохранении того же объема.

При мощностях ниже 1 Вт основной проблемой является не разогрев, а собственно перерасход энергии. При автономном питании линейный выходной каскад опустошит батарею гораздо быстрее, чем усилитель класса D. В приведенном выше примере выходной каскад D классапотребляет в 2,8 раза меньше, чем выходной каскад класса B, и в 23,3 раза меньше, чем выходной каскад класса A, что позволяет существенно увеличить срок работы источников питания сотовых телефонов, портативных ПК, mp3-проигрывателей.

Для упрощения анализ был сосредоточен на выходных каскадах усилителя. Однако, если учесть все потери усилительной системы, при низких мощностях линейные усилители могут оказаться более предпочтительны. Причина в том, что при низком уровне мощности доля рассеиваемой при модуляции и генерации энергии может оказаться значительной. Таким образом, хорошо спроектированные усилители класса AB с малой мощностью рассеяния покоя могут конкурировать с усилителем класса D в разряде усилителей малой и средней мощности. Среди усилителей большой мощности устройства класса D являются непревзойденными по экономичности.

Усилители класса D: терминология

Мостовая и полумостовая схемы

На рис. 3 показано мостовое построение выходного каскада и LC-фильтра в усилителе класса D. Мост имеет два плеча, выдающих импульсы противоположной полярности на фильтр, состоящий из двух индуктивностей и двух емкостей. Каждое плечо моста содержит два выходных транзистора: верхнее плечо — транзистор, соединенный с положительной шиной питания (MH), и нижнее плечо — транзистор, соединенный с отрицательной шиной питания (ML). Верхнее плечо на рис. 3 образовано pМОП-транзистором. Для этой цели часто используют nМОП-транзистор, что позволяет уменьшить площадь и емкость, однако в этом случае необходима особая техника управления затворами транзисторов [1].

Рис. 3. Мостовое построение выходного каскада с фильтром нижних частот

В мостовых схемах нередко используется однополярное питание VDD, при этом вместо отрицательной шины питания VSS транзисторы подключаются к общему выводу. При данном напряжении питания мостовая схема включения, являясь по сути дифференциальной, может давать вдвое больший выходной сигнал и вчетверо большую мощность в сравнении с обычной схемой. Обычная (полумостовая) схема включения может иметь однополярное и двухполярное питание, однако при однополярном питании необходимо включать громкоговоритель через блокирующую емкость, чтобы убрать постоянную составляющую выходного напряжения, VDD/2.

Напряжение шин питания может колебаться относительно среднего значения за счет индуктивных токов LC-фильтра. Значение производной напряжения, dV/dt, может быть уменьшено включением больших емкостей между шинами питания, VDD и VSS.

В мостовых схемах индуктивная «подкачка» не страшна, так как индуктивный ток, втекающий в одно плечо, вытекает из другого, создавая таким образом локальную токовую петлю и минимально воздействуя на источники питания.

Факторы, определяющие конструкцию аудиоусилителя класса D

Пониженное энергопотребление делает усилитель класса D весьма привлекательным решением, при этом разработчик должен учесть ряд аспектов. Среди них:

• выбор типоразмера выходных транзисторов;
• защита выходного каскада;
• качество звучания;
• способ модуляции;
• электромагнитные помехи;
• конструкция LC-фильтра;
• стоимость системы.

Рис. 4. Мощность рассеяния выходных каскадов классов A, B и D

Рис. 5. Выход по мощности усилителей классов A, B и D

Выбор типоразмера выходных транзисторов

Типоразмер выходных транзисторов выбирается для оптимизации теплорассеяния во всех режимах работы. Для того чтобы напряжение на транзисторе V_т было малым при большом токе I_т, транзистор должен иметь маленькое сопротивление во включенном состоянии, R_on (обычно 0,1 или 0,2 Ом).

Для этого требуются большие транзисторы, с большой емкостью затвора (CG). Потребляемая цепями управления затворами мощность — CU²f, где C — емкость, U — изменение напряжения при переключении транзисторов, f — частота переключения. Потери на переключение становятся большими, если емкость или частота велики, поэтому существует практический верхний предел. Выбор типоразмера транзистора — компромисс между потерями V_т x I_т и потерями на переключение.

Резистивные потери будут преобладать при высокой выходной мощности, потери на переключение — при низкой. Производители силовых транзисторов стараются минимизиро- вать произведение Ron x CG для уменьшения общей мощности рассеяния транзисторных ключей и обеспечения гибкости при выборе частоты переключения.

Защита выходного каскада

Выходной каскад должен быть защищен от случаев, которые могут привести его к выходу из строя.

Перегрев. Хотя звуковой усилители класса D рассеивают меньше тепла, чем линейные, опасность перегрева все еще остается, если усилитель долго работает при повышенной мощности. Чтобы избежать этого, необходимы цепи температурного контроля. В простых схемах защиты выходной каскад выключается, если его температура, измеренная встроенным датчиком, превысит температурный порог отключения, и не включается, пока температура не придет в норму. Можно использовать и более сложные схемы контроля. Измеряя температуру, цепи управления могут плавно снижать громкость, уменьшая тепловыделение и удерживая температуру в заданных рамках — вместо периодического отключения звука.

Превышение абсолютной величины тока выходных транзисторов. Низкое сопротивление выходных транзисторов во включенном состоянии не является проблемой, если выходные цепи подключены правильно. Большие токи могут возникнуть в случае короткого замыкания выходной цепи либо при ее замыкании с положительной или отрицательной шиной питания. При отсутствии защиты такие токи могут привести к выходу из строя транзисторов или других цепей. Следовательно, необходимы защитные цепи по выходному току. В простых схемах защиты выходной каскад отключается при превышении порогового значения выходного тока.

В более сложных схемах выход сенсора тока вносит свой вклад в обратную связь усилителя, обеспечивая достаточно продолжительную работу усилителя без отключения. В таких схемах отключение производится только тогда, когда остальные меры защиты оказываются неэффективными. Качественные схемы обеспечивают защиту усилителя и от больших пиковых токов, возникающих вследствие резонанса в громкоговорителях.

Низкое напряжение. Большинство выходных ключевых каскадов работает нормально, если напряжение питания достаточно велико. Проблема обычно решается при помощи введения цепей блокировки, которые разрешают работу выходного каскада только если превышен определенный порог напряжения питания.

Синхронизация включения выходных транзисторов. Транзисторы верхнего и нижнего плеча имеют очень низкое сопротивление во включенном состоянии (рис. 6).

Рис. 6. Переключение транзисторов выходного каскада по принципу «отключил перед тем как включил»

Поэтому важно избегать ситуаций, когда оба транзистора включены одновременно, и большой сквозной ток протекает между положительной и отрицательной шинами питания. В лучшем случае транзисторы будут просто нагреваться и тратить лишнюю энергию, в худшем — они могут выйти из строя.

Управление по принципу break-before-make («отключил перед тем как включил») позволяет убрать сквозные токи выключением обоих ключей перед тем, как включить один из них. Интервал времени, в который оба транзистора выключены, называется временем простоя (nonoverlapped time) или «мертвым» временем (dead time).

Качество звучания

Для получения хорошего качества звучания усилителя D класса необходимо учесть ряд факторов.

Щелчки и треск, которые возникают при включении и выключении усилителя, могут раздражать пользователя. Они возникают в усилителях D класса, если не уделить самого пристального внимания состоянию модулятора, синхронизации выходного каскада и состоянию LC-фильтра в моменты включения и выключения.

Отношение сигнал/шум. Чтобы собственные шумы усилителя были практически не слышны, отношение сигнал/шум должно быть не менее 90 дБ у маломощных усилителей для портативных устройств, 100 дБ у усилителей средней мощности и 110 дБ у мощных устройств. Для достижения приемлемого отношения сигнал/шум при разработке усилителя необходимо отслеживать все отдельные источники шума.

Искажения включают нелинейность, определяемую способом модуляции и «мертвым» периодом, который необходим для предотвращения сквозных утечек. Информация об уровне сигнала обычно кодируется шириной импульса модулятора. Наличие «мертвых» периодов влечет за собой нелинейную ошибку тактирования по отношению к импульсам идеальной длины. Для минимизации искажений всегда лучше меньшая длительность «мертвых» периодов. Детальное описание метода оптимизации выходных каскадов для уменьшения искажений можно найти в [2].

Другими источниками искажений являются: различие длительностей фронтов и спадов выходных импульсов, несоответствие временных характеристик цепей управления выходными транзисторами, нелинейность компонентов LC-фильтра низких частот.

Подавление помехи от источника питания. В схеме на рис. 2 шумы источника питания проходят на выход практически без подавления. Это происходит потому, что выходные ключи коммутируют выход усилителя с шинами источников питания через очень низкие сопротивления. Фильтр подавляет высокочастотную составляющую шумов, но пропускает сигналы звуковой частоты, включая шумы. В [3] дается хорошее описание эффекта шумов источника питания в мостовых и обычных двухтактных схемах выходных каскадов.

Если специально не заниматься проблемами качества звучания, трудно достичь величины подавления помехи от источника питания лучше, чем 10 дБ, и общих искажений менее 0,1%.

К счастью, решение этих проблем существует. Хорошо помогает глубокая обратная связь (исправно работающая во многих линейных усилителях). Обратная связь (ОС), взятая с входа LC-фильтра, значительно уменьшит влияние источника питания и ослабит все искажения, не относящиеся к самому LC-фильтру. Нелинейности LC-фильтра можно ослабить включением громкоговорителя в контур обратной связи. В хорошо спроектированном усилителе класса Dможно достичь качества, достойного меломана,— подавление помехи источника питания более 60 дБ, искажения менее 0,01%.

Введение обратной связи несколько усложняет конструкцию усилителя. Необходимо учитывать проблему стабильности цепи обратной связи — это усложняет процесс проектирования системы. Для непрерывной обработки сигнала обратной связи необходимо включение специальных аналоговых цепей, что в итоге приводит к увеличению стоимости кристалла (в случае интегрального исполнения усилителя).

Для уменьшения стоимости ИМС некоторые производители предпочитают минимизировать или вообще убирать цепи обработки сигнала обратной связи. В некоторых решениях используется модулятор без обратной связи плюс аналого-цифровой преобразователь (АЦП) для контроля источника питания — для коррекции работы модулятора [3].

Это может улучшить подавление помехи источника питания, но практически не уменьшает общие искажения сигнала. В других цифровых модуляторах используется предкомпенсация ожидаемых ошибок тактирования выходного каскада, или коррекция ошибки модулятора. Это может хотя бы частично учесть некоторые типы искажений, но не все. Усилители класса D без обратной связи могут использоваться в тех случаях, когда к качеству звучания не предъявляется серьезных требований, в остальных случаях обратная связь представляется весьма желательной.

Способы модуляции

Модуляторы в усилителях D класса могут выполняться многими способами, что отражает большое количество соответствующих разработок. В данной статье будут представлены основные концепции построения модуляторов.

Все способы модуляции в классе D кодируют аудиосигнал в поток импульсов. Обычно ширина импульсов связана с амплитудой звукового сигнала, спектр импульсов при этом включает полезный звуковой сигнал и нежелательную (но неизбежную) высокочастотную (ВЧ) составляющую. Общая мощность высокочастотной составляющей во всех схемах примерно одинакова, так как практически одинакова мощность импульсов, а согласно теореме полноты суммарная мощность сигнала во временной области равна таковой в частотной области. Однако распределение энергии по частоте варьируется широко: в некоторых случаях это выраженные ВЧ-тоны над низким шумовым фоном, тогда как в других распределение таково, что тоны отсутствуют при более высоком основном фоне.

Наиболее общим способом модуляции является широтно-импульсная модуляция (ШИМ). Суть ее заключается в том, что звуковой сигнал сравнивается с сигналом треугольной или пилообразной формы фиксированной частоты (несущей). Получается поток импульсов той же частоты, при этом длительность каждого импульса пропорциональна величине звукового сигнала. В примере на рис. 7 аудиосигнал и треугольные импульсы центрированы относительно 0 В, тогда при 0 В на аудиовходе скважность выходных импульсов составит 50%. При большом положительном входном сигнале скважность будет около 100%, при большом отрицательном — около 0%. Если амплитуда звукового сигнала превысит амплитуду треугольных импульсов, получим полную модуляцию, когда переключение прекращается, скважность составит 0% или 100%.

Рис. 7. Широтно-импульсная модуляция

Способ ШИМ предпочтительнее потому, что может обеспечить до 100 дБ и выше подавление помехи источника питания при достаточно низкой частоте несущей — в несколько сотен килогерц, что дает возможность ограничения потерь при переключении выходного каскада. Кроме того, многие ШИМ устойчивы почти до 100%-ной модуляции, что обеспечивает стабильность работы усилителя на максимальных мощностях, вблизи области перегрузки. Тем не менее, ШИМ имеет и некоторые минусы. Во-первых, вследствие своей собственной природы, искажения вносит сам процесс ШИМ [4], во-вторых, гармоники несущей ШИМ дают помехи в радиодиапазоне длинных и средних волн, наконец, ширина импульсов ШИМ становится очень малой вблизи полной модуляции. Это в большинстве случаев вызывает проблемы в цепях управления выходным каскадом — из-за естественных ограничений процесс переключения не может быть настолько быстрым, чтобы получать импульсы длительностью в единицы наносекунд.

Поэтому полная модуляция часто недостижима в усилителях с ШИМ, что ограничивает максимальную мощность значениями ниже теоретических, учитывающих лишь мощность источника питания, сопротивление включенного транзистора и эквивалентное сопротивление громкоговорителя.

Альтернативой ШИМ является модуляция плотностью импульсов (МПИ), когда число импульсов за определенный отрезок времени пропорционально среднему значению звукового сигнала. Ширина отдельного импульса не является определяющей, как в ШИМ, вместо этого импульсы «квантованы» кратно периоду генерации модулятора. Одной из разновидностей МПИ является 1-битный сигма-дельта модулятор.

Значительная часть ВЧ составляющей мощности сигма-дельта модулятора распределена в широком диапазоне частот без концентрации в отдельные тоны с частотами, кратными несущей, как это происходит в ШИМ. Это дает преимущество сигма-дельта модуляции по сравнению с ШИМ в плане электромагнитных помех. Некоторая составляющая на частоте дискретизации в методе МПИ все же имеется, однако, учитывая, что типичные значения частоты составляют от 3 до 6 МГц, что значительно выше звукового диапазона, эти тоны сильно подавляются LC-фильтром нижних частот. Другим преимуществом сигма-дельта модулятора является то, что минимальная длительность импульса составляет один период дискретизации даже при больших сигналах, близких к условию полной модуляции. Это упрощает конструкцию цепей управления выходным каскадом и обеспечивает их надежную работу вплоть до теоретически максимального уровня мощности. Несмотря на это, обычные 1-битные сигма-дельта модуляторы не слишком часто используются в усилителях D класса [4], поскольку они обеспечивают лишь до 50% модуляции, и выход по мощности ограничен. Кроме того, для достижения приемлемого отношения сигнал/шум в звуковой полосе частот требуется не менее, чем 64-кратная передискретизация, что соответствует частоте импульсов минимум 1 МГц.

В последнее время были предложены усилители на основе автогенератора [5]. В этих усилителях всегда используется обратная связь, определяющая частоту переключения модулятора, при этом внешний задающий генератор не применяется. Спектр ВЧ составляющей, как правило, более равномерен, чем в ШИМ. Благодаря обратной связи в данном случае возможно высокое качество звука, однако контур является автоколебательным, поэтому его трудно синхронизировать с какой-либо другой колебательной системой или соединить с цифровым источником звука без предварительного преобразования в аналоговый.

В мостовой схеме (рис. 3) для снижения электромагнитных помех может использоваться 3-ступенчатая модуляция. При работе мостового усилителя в обычном дифференциальном режиме плечо A должно находиться в противофазе с плечом B. Используется два состояния моста: плечо A подключено к положительной шине, плечо B— к отрицательной, и наоборот. В общем случае существует еще два состояния, в которых оба плеча моста находятся в одинаковых состояниях (оба подключены к положительной шине или оба к отрицательной). Одно из этих синфазных состояний может быть использовано наряду с дифференциальными для 3-ступенчатой модуляции, когда на дифференциальном входе LC-фильтра может быть положительный сигнал, нулевой или отрицательный. Нулевое состояние может использоваться как соответствующее низкому уровню мощности вместо переключения между положительными и отрицательными уровнями в 2-ступенчатой схеме. При нулевом состоянии снижается дифференциальная электромагнитная помеха на LC-фильтре, хотя, в то же время, увеличивается синфазная составляющая. Этот режим возможен только при малых выходных мощностях, так как лишь дифференциальные выходные сигналы способны обеспечить работу такой схемы на максимальной мощности. Схемы с переменным уровнем синфазного напряжения в 3-ступенчатой модуляции представляют в некоторой степени альтернативу усилителям с замкнутой обратной связью.

Уменьшение электромагнитных помех (ЭМП) в усилителях класса D

ВЧ-компоненты выхода усилителя класса D заслуживают отдельного рассмотрения.

При недостаточном понимании процессов и отсутствии адекватных мер эти части системы могут давать сильные ЭМП и мешать работе остального оборудования. Необходимо учесть два вида ЭМП: сигналы, излучаемые в пространство, и те, которые распространяются по проводам громкоговорителя и питающей сети. Спектры излучаемых ЭМП и тех, которые распространяются по проводам, определяет схема модуляции усилителя класса D. Однако существуют схемотехнические решения, позволяющие значительно снизить уровень ЭМП усилителя.

Весьма полезное правило заключается в минимизации размеров петли обратной связи, по которой протекают высокочастотные токи, так как воздействие ЭМП на другие цепи определяется площадью петли и расстоянием до них. Например, весь LC-фильтр, включая проводку громкоговорителя, должен размещаться как можно более компактно и близко к усилителю. Для уменьшения площади петель провода каждой из цепей должны размещаться ближе друг к другу (не лишней будет витая пара для проводки громкоговорителя).

Следует обратить внимание и на большие зарядные токи, возникающие при переключении выходных каскадов. Это происходит из-за наличия выходных емкостей, образующих петлю тока, содержащую обе емкости. ЭМП в данном случае зависят от уменьшения площади этой петли, что означает минимальные расстояния от емкостей до транзисторов, которые их заряжают.

В некоторых случаях бывают полезны ВЧ-дроссели, включенные последовательно с питанием усилителя. Правильно размещенные, они способны «запереть» зарядовые ВЧ-токи в локальных участках цепей усилителя и не давать им распространяться на значительные расстояния по шинам питания. Если время простоя схемы управления затворами выходных транзисторов достаточно велико, индуктивные токи громкоговорителя или LC-фильтра могут сместить в прямом направлении паразитные диоды у выводов выходных транзисторов. При включении управления смещение на диодах сменится на обратное. При смене смещения диодов на обратное могут иметь место большие выбросы тока, что создает дополнительный источник ЭМП. Для ослабления этого типа помех нужно минимизировать время простоя выходного каскада (это полезно и для уменьшения искажений). Если же этого недостаточно, необходимо включать диоды Шоттки параллельно паразитным диодам для отвода токов и предотвращения включения паразитных диодов. Это помогает благодаря специфическим свойствам, присущим диодам Шоттки.

LC-фильтры с тороидальными сердечниками, хорошо концентрирующими магнитное поле, также способствуют уменьшению электромагнитного излучения. Излучение от более дешевых, цилиндрических сердечников может быть снижено при помощи экранирования — разумного компромисса между ценой и ЭМ-помехами. В этом случае должны быть приняты меры для того, чтобы экранирование не ухудшило линейность индуктивности и таким образом снизило качество звука до неприемлемого уровня.

Конструкция LC-фильтра

Для уменьшения габаритов и стоимости системы большинство LC-фильтров для усилителей класса D представляют собой фильтры низких частот второго порядка. На рис. 3 представлена мостовая версия LC-фильтра второго порядка. Громкоговоритель позволяет предотвратить внутренний резонанс выходной цепи. Хотя импеданс громкоговорителя часто аппроксимируется простым резистором, его структура более сложна и содержит существенную реактивную составляющую. Чтобы грамотно спроектировать фильтр, необходимо использовать точную модель громкоговорителя.

При конструировании фильтра основной проблемой является наиболее узкая полоса пропускания с минимальным спадом в области верхних

Как работает усилитель класса «А», или Истинный High End и много тепла • Stereo.ru

У всего есть свое начало, и, если мы говорим о режимах работы усилителя, у истоков стоит конечно же класс А. Именно с него началась история усилителей в частности и электронного аудио в целом. Все, что было до — к электронике, да и вообще к электричеству отношения не имеет, а все что появилось после проще всего понять, зная как работают усилители класса А. Ну и самый удивительный факт: при том, что данная схемотехника уже успела справить свой столетний юбилей, она по-прежнему востребована и конкурирует на равных с самыми совершенными схемотехническими решениями XXI века.

Принцип работы

В далеком 1916 году шведский ученый Эрнст Александерсон, работавший в американской компании General Electric, получил патент на схему усилителя, которая известна всему миру как класс А. Принцип действия усилителя класса А предельно прост, а для создания усилителя такого типа достаточно одного транзистора или одной лампы. Для того, чтобы понять, как он работает, рассмотрим более классическое решение: лампу.

Непосредственно в процессе усиления звукового сигнала в радиолампе участвуют три конструктивных элемента: анод, катод и сетка. При подаче питания в схему между катодом и анодом возникает поток электронов, а сетка, располагающаяся между ними, выполняет роль регулирующего клапана.

При наличии на сетке электрического потенциала она препятствует свободному прохождению электронов, и, чем выше электрический потенциал на сетке, тем меньше электронов проходит от катода к аноду вплоть до полного закрытия лампы. Таким образом, включив полезную нагрузку (акустическую систему) между катодом и анодом и подав сигнал на управляющую сетку, мы получаем простейшую схему усилителя мощности.

Специфика усилителя, работающего с аудиосигналом, состоит в том, что звуковая волна имеет симметричную форму с положительной и отрицательной составляющими, равными по амплитуде.

При подаче такого сигнала на вход усилителя произойдет следующее: в момент прохождения положительной полуволны лампа будет открываться и закрываться так, что сигнал на выходе будет повторять форму звуковой волны на входе. Но в тот момент, когда на вход поступит отрицательная часть полуволны, сетка уже будет полностью заперта, и вместо воспроизведения звука на выходе усилителя мы получим тишину.

Для того, чтобы дать лампе возможность воспроизводить обе половины сигнала, Эрнст Александерсон организовал смещение нулевой точки входящего сигнала относительно нулевой точки (полностью закрытого состояния) лампы примерно на середину ее рабочего диапазона. Таким образом, среднее положение звуковой волны соответствовало полуоткрытому состоянию лампы.

В момент прохождения положительной полуволны входящего сигнала лампа открывалась еще сильнее, а при воспроизведении отрицательной полуволны закрывалась, но частично, не доходя до минимальной отметки.

Плюсы

На первый взгляд, схема довольно симпатична и имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Во-первых, она проста, лаконична и является отличным примером предельно короткого звукового тракта. Во-вторых, лампа или транзистор, работающие в классе А, постоянно находятся в рабочем состоянии и мгновенно реагируют на изменения входящего сигнала — у них нет временных задержек, возникающих в момент выхода из полностью закрытого состояния.

В-третьих, середина рабочего диапазона электронного компонента — это та зона, в которой он работает максимально эффективно и без искажений. Значит, если не увеличивать амплитуду до предельных значений (не выкручивать особенно сильно ручку громкости и не подключать к усилителю тяжелую нагрузку), усилитель будет работать исключительно в комфортном режиме, и сигнал на выходе будет иметь практически идеальный вид.

К сожалению, все эти плюсы без побочных эффектов можно реализовать только в слаботочных цепях предварительного усилителя. А когда речь заходит о работе на мощностях, необходимых для взаимодействия с акустическими системами, класс А проявляет свои не менее очевидные минусы.

Минусы

Главные минусы класса А так же, как и плюсы, вытекают из выбранного создателем принципа работы. Нулевой уровень входного сигнала приходится на середину рабочего диапазона электронного компонента, а это значит, что, когда на входе тишина — транзистор или лампа уже открыты наполовину и работают вполовину своей мощности, расходуя вхолостую много энергии. Реальный же КПД усилителей класса А оказывается существенно ниже теоретических 50%. Из 100% энергии, потребляемой усилителем, акустика получает не более 20–25%, а вся остальная энергия преобразуется в тепло.

Повышение рабочей температуры может негативно сказываться на режиме работы усиливающего элемента, поэтому транзисторные усилители класса А, выдающие хоть сколько-нибудь существенную мощность, обладают огромными радиаторами.

Если же вы хотите получить на выходе не десятки, а сотни ватт мощности, сохранив при этом режим работы усилителя в классе А, готовьте комнату побольше и вентиляцию для отвода тепла помощнее, ведь вследствие низкого КПД сам усилитель будет огромным, а его блок питания и вовсе колоссальным.

За всем этим следует целый ряд сопутствующих проблем. Прежде чем счастливый обладатель усилителя класса А получит свой первый огромный счет за электричество, ему придется потратить немало денег на сам усилитель, ведь большие блоки питания, тяжелые выходные трансформаторы ламповых и массивные радиаторы транзисторных усилителей сами по себе стоят денег.

В ходе эксплуатации вслед за увеличившимися расходами на электроэнергию аудиофил рано или поздно столкнется с еще одной проблемой усилителей класса А — повышенным износом активных элементов схемы. Особенно эта проблема касается ламп. Работая в классе А, они постоянно находятся под большой нагрузкой, что сокращает их и без того малый ресурс работы.

Особенности

Понимая как работает усилитель в классе А, мы можем рассмотреть его и с аудиофильской точки зрения. Ситуация с искажениями на малых уровнях громкости вполне понятна: пока амплитуда сигнала не высока, усилитель работает в идеальных условиях и обеспечивает на выходе если не абсолютно совершенный сигнал, то что-то к нему максимально приближенное. Но возникает вопрос: что же происходит когда мы делаем музыку погромче?

До определенного момента — ничего страшного, но, как только пики сигнала приближаются к пороговым значениям (максимально открытому и закрытому состоянию лампы или транзистора), искажения будут расти существенно, как и у любого другого усилителя, после чего произойдет компрессия с выходом искажений за все мыслимые границы нормы.

Кто-то заметит, что любой усилитель можно перегрузить и загнать в искажения. Это справедливо. Но тонкость момента состоит в том, что усилители класса А по определению маломощны, а значит довести их до предельной нагрузки не составляет труда. Именно это происходит в те моменты, когда усилитель, только что воспроизводивший тихую камерную музыку с невероятным уровнем детализации, вдруг сваливает в неразборчивую кашу более громкое звучание симфонического оркестра.

Следующая специфическая особенность схемотехники касается блока питания. Это, кстати, один из важнейших компонентов любого усилителя, ведь энергия поступающая в акустику — это энергия блока питания, модулированная входящим сигналом. Выражаясь в более понятной автомобильной терминологии, блок питания — двигатель, а схема усилителя — руль.

Так вот, низкий КПД усилителя класса А и высокий ток покоя загоняет блок питания в довольно сложные условия: он должен иметь солидный запас мощности, чтобы, выдавая постоянно высокий ток, быть готовым мгновенно отдать в разы больше. После резкого всплеска сигнала конденсаторам блока питания необходимо зарядиться, т. е. взять дополнительную энергию от трансформатора, который и без того постоянно озадачен тем, чтобы поддерживать высокий ток покоя усилителя.

Далеко не все блоки питания способны справиться с такой задачей без побочных эффектов, поэтому, если звучание мощного усилителя, работающего в классе А, кажется вам медлительным, быстрая музыка смазывается, а бас получается неизменно гулким и размазанным во времени, — не удивляйтесь и не спешите обвинять в этом акустику или ее неудачное расположение в помещении.

Практика

Несмотря на все недостатки и технические особенности, усилители класса А по-прежнему производятся разными производителями и образуют весьма заметную нишу на рынке Hi-Fi техники, а если быть точным — в сегменте High End, где габаритами, энергопотреблением, сложностью эксплуатации и даже ценой можно пренебречь в угоду его величеству звуку.

Кроме того, с 1916 года и по настоящий момент времени на свет родилось немало талантливых инженеров, которые нашли способы существенно компенсировать вышеупомянутые проблемы.

Отличным примером вышесказанному является ламповый усилитель Octave V 16 Single Ended. Слова Single Ended в названии переводятся как «однотактный», что является техническим описанием режима работы ламп и, фактически, выступает синонимом понятия «класс А».

Для того, чтобы взбодрить классическую схемотехнику и приблизить эксплуатационные характеристики усилителя к современным реалиям, разработчики Octave воплотили в жизнь сразу несколько оригинальных решений, корректирующих режим работы. Адаптивная трехступенчатая настройка режима работы усилителя управляет величиной тока смещения сообразно максимальной амплитуде входящего сигнала, чтобы не держать схему усилителя в режиме высокого энергопотребления без необходимости.

А когда сигнал на входе отсутствует более двух минут, включается режим Ecomode, который понижает энергопотребление до 35%. Таким образом, усилитель, оставленный без присмотра, не будет без толку греть помещение.

За качество звучания разработчики боролись не меньше, чем за энергоэффективность, поэтому использовали высокотехнологичные трансформаторы с компенсацией магнитного поля, усовершенствованные каскады предварительного усиления, расширяющие диапазон воспроизводимых частот, а также самые совершенные схемы стабилизации, избавляющие от шумов и гула, которые усилители класса А с удовольствием демонстрируют даже при небольшом отклонении от рабочих параметров.

В результате, усилитель можно использовать с совершенно различной нагрузкой: от низкоимпедансной акустики до высокоимпедансных наушников, — не боясь вывести их из строя или просто выйти за пределы рабочего режима. Следящие электронные схемы перенастраивают выходные каскады автоматически.

Читая это, самое время вдохновиться и решить, что абсолютно все проблемы уже решены современными инженерами. Но не спешите, ведь нужно заглянуть в паспортные данные. А там картина вырисовывается крайне специфическая. При низких показателях шумов и искажения, имея без малого два десятка килограмм живого веса и потребляя от сети до 200 Вт, Octave V16 Single Ended выдает на акустике импедансом 4 Ом не более 8 Вт на канал при использовании самых мощных ламп. Для наушников этого вполне хватит, но где искать подходящие колонки?

Звук

Поскольку данный текст является частью большого цикла публикаций, посвященного различным типам усилителей, в процессе его подготовки было проведено одно большое сравнительное прослушивание, в котором участвовали усилители различных классов. Для придания прослушиванию достаточной степени объективности было выбрано две модели напольных колонок.

Одна из них была заведомо тяжелой нагрузкой с низкой чувствительностью — крупным тугим басовиком, и требовала высокой подводимой мощности. Вторая же была призвана стать обратной стороной медали: предельно легкой нагрузкой, способной сработаться с любым, даже маломощным усилителем. И во всех случаях эта схема тестирования была вполне рабочей до того момента пока на сцене не появился Octave V16 Single Ended с его 8 Вт на канал.

На тяжелой нагрузке искажения были столь реальны, что их, казалось, можно было потрогать, а нагрузка, ранее известная как легкая, успешно справилась с ролью тяжелой. За неимением под рукой еще одной пары колонок мощностью в несколько ватт и с чувствительностью выше 100 дБ роль легкой нагрузки выполнили наушники.

С колонками, которым по паспорту требуется не менее 25 Вт, Octave V16 Single Ended сработался на удивление неплохо. Если не злоупотреблять громкостью, можно в полной мере оценить живой, открытый и чистый звук, который на спокойных аудиофильских записях просто превосходен.

Ситуация осложняется, когда дело доходит до более динамичной музыки, а на рок-композициях усилитель с удовольствием сваливает звучание гитар в кашу, давая в качестве бонуса вполне различимую на слух компрессию. Спасает лишь тот факт, что компрессия и искажения в исполнении ламп в отличие от транзисторов придает звучанию довольно приятную окрашенность.

Если же попытаться уменьшить нагрузку на усилитель, понизить громкость, а затем подсесть поближе, чтобы не потерять в звуковом давлении — картина исправляется. И грязи нет, и деталей больше, и компрессия не ощущается. Здесь я замечу, что по габаритам этот усилитель совсем небольшой, его можно поставить не только в стойку, но даже на стол, для использования с наушниками и полочными мониторами ближнего поля.

В полной мере прочувствовать принадлежность усилителя к категории High End удалось в наушниках. Совершенно сумасшедшая детальность, открытое, объемное и тембрально богатое звучание, управляемый и четкий бас — все то, о чем можно мечтать. И, что характерно, даже на быстрой тяжелой музыке усилитель начал вести себя достойно. Никакой вальяжности, никакой каши, никакой гулкости в НЧ-диапазоне. Вот что значит — обеспечить усилителю класса А оптимальный режим работы.

Выводы

Усилитель класса А имеет немало плюсов. Проще говоря — его есть, за что любить. Но в современном мире он занимает особое место. Это тот краеугольный камень, вокруг которого придется выстраивать всю остальную систему и под который, в некотором смысле, даже придется подстраивать свой образ жизни.

В первую очередь, речь идет, конечно, о правильном подборе акустики. Тут самое время вспомнить о рупорной акустике с её высокой чувствительностью, да и о винтаже задуматься не грех. Все же в прошлом у разработчиков было больше понимания, как обеспечить много звука, имея на руках маломощные усилители. Ну и при всем вышесказанном надо понимать, что система неизбежно получится жанровой. Бороться с этим фактом бессмысленно, убеждать себя в обратном глупо. Остается просто получать от этого удовольствие.

Если же мы говорим о применении схемотехники класса А в схемах предусилителя или в усилителях для наушников — ситуация в корне меняется. Там, где от усилителя не требуется выделения высокой мощности, класс А показывает исключительно свои положительные стороны, не пытается заставить пользователя жить по своим правилам и не демонстрирует каких-либо жанровых пристрастий.

Лучшая схема усилителя звука — Инженерные проекты

Любители электроники любят создавать свои собственные устройства, которые могут использоваться в нашей повседневной жизни. На сайте Best Engineering Projects мы опубликовали 100 таких проектов, которые делают жизнь легкой и сложной. В этом посте вы узнаете, как разработать свою собственную схему Лучшего аудиоусилителя с премиальной спецификацией.

Спецификация лучших схем аудиоусилителей

1. Выходное сопротивление цепи: 0.01 Ом
2. Частотная характеристика, т. Е. Рабочая частота: от 20 Гц до 40 кГц
3. Суммарный коэффициент гармонических искажений: 1,2% при 3 Вт.
4. Нагрузка или динамик на выходе: от 3 Ом до 8 Ом

Описание схемы лучшего усилителя звука

Схема звукового усилителя требует отдельного блока питания, поэтому мы также собираемся показать схему блока питания и способ проектирования.

Блок питания | Лучшая схема усилителя звука

спроектирован на базе понижающего трансформатора, выпрямителя и последовательного регулятора напряжения.Вход от сети подается на первичную обмотку трансформатора, которая понижает напряжение до 15 В переменного тока. Эти 15 В переменного тока поступают на вход мостового выпрямителя BR ₁ , а пульсирующий постоянный ток получается на выходе выпрямителя. Этот пульсирующий постоянный ток фильтруется с помощью электролитического конденсатора емкостью 1000 мкФ (C ₁ ) и подается на вход последовательного линейного регулятора напряжения IC LM7812 (IC ₁ ). Выход постоянного тока, доступный на выводе 3 IC ₁ , фильтруется конденсатором C ₃ .

Один диод 1N4007 (D ₁ ) подключен через выходной контакт (контакт 3) к входному контакту (контакт 2) IC ₁ , как показано на принципиальной схеме блока питания, для защиты ИС от обратного напряжения. . Светодиод также подключен к последовательному резистору, ограничивающему ток, чтобы указать источник питания, тогда как резистор защищает диод от перенапряжения и тока. Чистый 12 В постоянного тока доступен на разъеме CON2.

Секция усилителя звука | Лучшая схема усилителя звука

Секция усилителя разработана на базе операционного усилителя IC LME49710 (IC ₂ ).Входной аудиосигнал подается на инвертирующий вывод IC ₂ (вывод 2) через переменный резистор VR ₁ и электролитический конденсатор C ₄ . Переменный резистор VR ₁ используется для управления уровнем громкости, а конденсатор C ₄ блокирует сигнал постоянного тока. Сеть делителя напряжения, разработанная с использованием резисторов R ₃ и R ₄ , подключена к неинвертирующему выводу для подачи напряжения Vcc / 2, т.е. 6 В на неинвертирующий вывод (вывод 3). Конденсатор С ₅ используется как байпасный конденсатор.

Два конденсатора, один электролитический конденсатор (C ₆ ) и один керамический конденсатор (C ₇ ), подключенные параллельно, используются в качестве развязки, т.е. снижают уровень шума. Электролитический конденсатор C ₆ снижает низкочастотный шум и шум минимальной частоты, доступный в источнике питания, тогда как керамический конденсатор снижает высокочастотный шум, доступный в линиях питания. Коэффициент усиления усилителя задается двумя резисторами: R ₂ и R ₅ , где полоса пропускания усилителя задается резистором R ₅ и конденсатором C ₈ .

Ток смещения задается двумя резисторами R ₆ и R ₇ , которые дополнительно регулируются переменным резистором VR ₂ . Два диода D ₂ и D ₃ выполняют работу умножителя. Этот ток смещения, устанавливаемый этими резистивными элементами, решает проблему включения падения базы-эмиттера транзисторов T ₁ и T ₂ , этот ток также используется для поддержания активности транзисторов T ₁ и T ₂ . чтобы обеспечить выходную мощность при подключении нагрузки или без нее.

Транзистор T ₁ и T ₂ используется для управления конденсатором громкоговорителя C ₁₀ используется здесь для блокировки сигнала постоянного тока. Одна RC-цепь, образованная резистором R ₈ и конденсатором C ₁₁ , подключена к громкоговорителю LS ₁ . Эта сеть снижает высокочастотный шум, доступный в громкоговорителе, за счет формирования тракта с низким сопротивлением.

Регулировка цепи | Лучшая схема усилителя звука

1. Подключите все компоненты, как показано на принципиальной схеме.
2. Разъем аудиовхода (CON3) и переменный резистор VR ₁ умещаются на передней панели коробки.
3. Переменный резистор VR ₂ следует настроить примерно на 11 Ом.
4. Поместите всю цепь в небольшую коробку и подключите первичную обмотку к сети.

СПИСОК ДЕТАЛЕЙ ЛУЧШЕЙ ЦЕПИ АУДИОУСИЛИТЕЛЯ

бесплатные электронные схемыСсылки

1 Вт 2.Линейный усилитель 45 ГГц с использованием RF Micro Devices RF2126 — только схема __ Дизайн Michael Micili

1 Вт аудиоусилитель с использованием TDA7052 — Ham RadioSchematic __ Разработано Гаем Роелсом ON6MU

Усиленное ухо на 1,5 В — полезно для прослушивания слабых звуков. Питание от аккумулятора 1,5 В, включает предусилитель электретного микрофона, который работает от 1 5 В постоянного тока и может напрямую управлять мини-наушниками с сопротивлением 32 Ом __ Контактное лицо: Флавио Деллепиан, fladello @ tin.это

Микрофон для iPod 1,5 В — Совместимость с iPod 3-го и 4-го поколений, а также с оригинальными цветными iPod. Не работает с iPod: 1-го, 2-го и 5-го поколения, nano, mini или shuffle __ Дизайн Скотта Митчелла

Экспериментальная выходная мощность 10 Вт и петлевая антенна 1 метр для 187 кГц Lowfer — На этой странице описывается антенна, конечный выходной каскад мощностью 1 Вт и сеть преобразования для радиоэкспериментов на частоте 187 кГц __ Разработано Родом Эллиоттом ESP

Усилитель мощности звука мощностью 10 Вт на дискретных транзисторах (включая разводку печатной платы) — только схема, описание схемы не включено] __ Благодарности Усилитель мощностью 10 Вт взят из «Transistor Audio and Radio Circuits», опубликованного Mullard

Миниатюрный аудиоусилитель мощностью 10 Вт — этот мощный усилитель можно использовать в любом небольшом аудиопроекте.Он очень маленький (6,5 х 4,5 см). Он выдает 10 Вт и использует батарею 9 В.

Усилитель мощности 10 Вт — На этой странице описывается антенна, конечный выходной каскад мощностью 1 Вт и сеть преобразования для радиоэкспериментов на частоте 187 кГц __ Разработано Дж. Л. Линсли Худом, M.I.E.E.

Усилитель звука мощностью 100 Вт — это исключительно хорошо спроектированный усилитель с большим запасом мощности, высокой точностью воспроизведения, низким уровнем искажений, хорошим соотношением сигнал / шум, высокой чувствительностью, низким энергопотреблением и полной защитой.__ Разработан смарт-комплектом электроники

Усилитель звука мощностью 100 Вт — В свободное время я приобрел навыки работы с электроникой. Музыка также была одним из моих хобби, и я решил использовать свои знания в области электроники для создания аудиоусилителя. Мой усилитель не самый мощный из существующих, но качество звука хорошее. Также он успешно прошел «партийное испытание». Это означает, что он играл на максимальной громкости без искажений в течение почти 6 часов при нагрузке 3 Ом __ Разработано Raphal Assnat

Усилитель мощностью 100 Вт — это простой и дешевый в изготовлении усилитель.Я мог бы сделать плату меньше, но «какого черта» __ Дизайн Джон Тирон, он же Джон Фишер

100 Вт FM-усилитель — этот усилитель мощности оснащен биполярным транзистором, известным MRF317. Как и во многих случаях применения FM-усилителей, силовой транзистор имеет смещение класса C. Все импедансные цепи (вход и выход) были определены с использованием __ Designed by Michel P

Гитарный усилитель мощностью 100 Вт — Гитарные усилители всегда представляют собой интересную задачу.Регуляторы тембра, характеристики усиления и перегрузки очень индивидуальны, и идеальная комбинация варьируется от одного гитариста к другому и от одной гитары к другой. Не существует усилителя, который бы удовлетворял всем требованиям, и это предложение не должно быть исключением __ Разработано Родом Эллиоттом ESP

HiFi MOSFET-усилитель мощностью 100 Вт. Отличительной особенностью серии 5000 является то, что она построена на базе новых (на тот момент) полевых МОП-транзисторов Hitachi с боковой мощностью. Большинство силовых полевых МОП-транзисторов (VMOS, траншейные полевые транзисторы, шестигранные полевые транзисторы и т. Д.) Используют вертикальную структуру, в которой ток течет вертикально.Это

100 Вт RMS / канальный стереоусилитель — Часть 3 — Заключительная статья посвящена сборке оставшихся модулей и включает все детали подключения и настройки. __ SiliconChip

101 AT-клавиатура для декодера ASCII с использованием микроконтроллера 68HC705J1A — зачем вам сопрягать клавиатуру? Клавиатура IBM может быть дешевой альтернативой клавиатуре в системе разработки микропроцессоров. Или, может быть, вам нужен удаленный терминал, просто соедините его с ЖК-модулем. Возможно, у вас есть сканер штрих-кода RS-232 или другие устройства ввода, которые вы хотите использовать с существующим программным обеспечением, которое позволяет вам вводить только цифры или буквы.Вы можете сконструировать себе небольшую коробочку для преобразования RS-232 в передачу с клавиатуры, сделав ее прозрачной для программного обеспечения __ Разработано Крейгом Пикоком

10-14 Вт усилитель класса А — я построил этот усилитель, и он действительно хорошо звучит. Требуется предусилитель, так как у него нет большого усиления. Для этого требуются большие радиаторы, большой трансформатор, отличный источник питания и тщательная проводка, но, в конце концов, это очень просто и звучит очень хорошо. Стабилитрон подавляет любые пульсации, исходящие от источника питания, но вам все равно нужна пульсация не более 10 мВ.Пульсации, достигающие входа, усиливаются, поэтому стабилитрон избавляется от них, но любая пульсация все равно достигнет силового каскада.

Стереоусилитель звука мощностью 10-30 Вт — только схема, без описания схемы

Усилитель звука мощностью 10 Вт с усилением низких частот — высокое качество, очень простая конструкция Нет необходимости в предварительном усилителе __ Контактное лицо: Флавио Деллепиан, fladello @ tin.it

Усилитель мощности 10 Вт класса D — усилители звука класса D с TDA7480. Основным преимуществом этого усилителя является очень низкая рассеиваемая мощность по сравнению с обычными усилителями класса AB.Для нормальной работы требуется только небольшой «встроенный» медный радиатор. Микросхема имеет встроенную функцию ожидания и отключения звука, защиту от перенапряжения, защиту от короткого замыкания и защиту от тепловой перегрузки. __ hobbyteam @ hobby-hour.com

10 Вт — этот мощный усилитель можно использовать в любом небольшом аудиопроекте. Он очень маленький (6,5 х 4,5 см). Он выдает 10 Вт и использует батарею 9 В. __ Контакт: IQ Technologies

12-вольтный 5-ваттный усилитель — в этом твердотельном усилителе используются 10 транзисторов и 5 диодов.Он может выдавать 5 Вт на громкоговоритель 4 Ом и около 3 Вт на громкоговоритель 8 Ом. Он выполнен на китайских транзисторах 1970-1980-х годов. __ Дизайн Юлиуса Чена

Усилитель звука 4×15 Вт с питанием от 12 В — использует автомобильные аудиочипы и предназначен для установки внутри компьютера. __ Разработано Манфредом Морнхинвегом

12 Вт аудиоусилитель с тональным сигналом — Схема усилителя Ham RadioAudio __ Разработано Гаем Роелсом ON6MU

Усилитель мощностью 15 Вт — усилитель мощностью 15 Вт, сделанный с использованием дискретных компонентов Серхио Гарка де Альба Гарсином из Гвадалахары, Мексика.__ Дизайн Серджио Гарка де Альба Гарсин

150 Вт усилитель — Я думаю, это самая дешевая схема усилителя на 150 Вт, которую вы можете получить. Эта схема, основанная на двух силовых транзисторах Дарлингтона TIP142 и TIP147, может обеспечить выдачу 150 Вт Rms на динамик с сопротивлением 4 Ом. Достаточно, чтобы тебя раскачивали? Тогда попробуйте

, дешевый в сборке с использованием силовых транзисторов Дарлингтона TIP142 / TIP147. Я думаю, это самая дешевая схема усилителя мощностью 150 Вт, которую вы можете сделать.Эта схема, основанная на двух силовых транзисторах Дарлингтона TIP 142 и TIP 147, может обеспечить выдачу 150 Вт Rms на динамик с сопротивлением 4 Ом. Достаточно, чтобы тебя раскачивали?; Тогда попробуйте это.

Усилитель мощностью 16 Вт — Эта схема обеспечивает усиление 16 Вт. он построен с использованием двух усилителей мощности звука LM383. используйте подходящие радиаторы с ИС. __ Дизайн Энди Уилсон

Аудиоусилитель 18 Вт — высококачественное, очень простое устройство — предварительный усилитель не требуется __ Контакт: IQ Technologies

Усилитель мощностью 19 Вт с использованием LA4440 — это принципиальная схема простого усилителя мощностью 19 Вт с использованием микросхемы LA4440 от Sanyo.Он использует очень меньше компонентов, кроме IC LA4440. Трасса очень качественная относительно своей стоимости и идеальна для новичков.

1-конденсаторный аудиомикшер — 14.03.97 EDN-Design Ideas один большой конденсатор, такой как Supercap или Dynacap for some Time Дизайн Александра Белоусова, Rego Park, NY

Аудиоусилитель мощностью 1 Вт с компрессором — только схема __ Разработано va3iul

1 Вт с регуляторами напряжения — простой стереоусилитель звука построен на двух стабилизаторах отрицательного напряжения 7905 (IC1 и IC2) и нескольких дискретных компонентах.Схема также будет работать с другими регуляторами 79XX, если используется соответствующий источник питания. Регулятор IC 7905 работает как усилитель для напряжений, приложенных к общему выводу 2 (Земля или GND). Также проверьте __ Дизайн Popescu Marian

LM386 Схема усилителя звука

В этом проекте мы покажем вам, как построить схему усилителя звука LM386. Это очень недорогой аудиоусилитель, который может питать любой динамик. По стоимости и размеру схемы звук от усилителя звука LM386 может быть достаточно громким.

Существует множество схем аудиоусилителей, разработанных с использованием микросхемы LM386. Основная проблема этих схем — шумы и помехи. Шум от схемы усилителя, разработанной в этом проекте, значительно меньше, и если он спроектирован на правильной печатной плате, это будет отличным усилителем звука.

Аудиоусилитель, использующий LM386, представляет собой схему с низким энергопотреблением, которая может обеспечивать максимальную мощность 1 Вт (1 Вт) и может использоваться в широком диапазоне приложений, таких как портативные колонки, колонки для ноутбуков и т. Д.

Принципиальная схема усилителя звука LM386

Необходимые компоненты

• LM386 усилитель звука IC
• Конденсатор 1000 мкФ
• Конденсатор 100 мкФ
• Конденсатор 10 мкФ
• Конденсатор 0,05 мкФ (два керамических конденсатора по 0,1 мкФ, соединенные последовательно, справятся с этой задачей)
• Потенциометр 10 кОм (для регулировки громкости на входе — мы не подключали его)
• Резистор 10 Ом (1/4 Вт)
• Динамик 4 Ом
• Блок питания 12 В
• Соединительные провода
• Макет

Введение в LM386

LM386 — это универсальная микросхема усилителя звука класса AB, которую можно использовать в различных приложениях.Микросхема LM386 используется в течение десятилетий и до сих пор используется в качестве усилителя в компьютерных динамиках и портативных стереосистемах.

LM386 — это усилитель мощности низкого напряжения с потребляемой мощностью в неактивном состоянии 24 мВт, что делает его пригодным для приложений с батарейным управлением. Самый распространенный корпус для LM386 — это 8-контактный DIP. На следующем изображении показана распиновка микросхемы LM386

.

Из схемы выводов видно, что LM386 представляет собой простую интегральную схему усилителя с минимальным количеством внешних подключений.В следующей таблице показаны функции каждого вывода в микросхеме усилителя LM386.

Контакты 1 и 8 — это контакты управления усилением.По умолчанию усиление усилителя LM386 установлено в 20 раз. Когда конденсатор помещается между контактами 1 и 8, он обходит внутренний резистор (который отвечает за настройку усиления до 20) и увеличивает усиление до 200.

Контакты 2 и 3 — это инвертирующие и неинвертирующие входы усилителя (внутри они подключены к OP-AMP). Аудиовход с таких устройств, как микрофон, мобильные телефоны, ноутбуки и т. Д., Осуществляется через этот контакт.

ПРИМЕЧАНИЕ : Инвертирующий вход (контакт 2) LM386 обычно подключается к заземлению.

Контакты 6 и 4 — это контакты источника питания. Максимальное напряжение питания LM386 составляет 15 В. В этом проекте мы использовали блок питания 12 В.

Контакт 7 устанавливает путь для развязки, и между контактом 7 и землей должен быть подключен конденсатор. Контакт 5 — это выходной контакт. Перед подключением выхода к динамику необходимо выполнить надлежащую фильтрацию, поскольку любой сигнал постоянного тока может необратимо повредить динамик.

LM386

Функционально микросхему усилителя звука LM386 можно разделить на усилитель, регулировку усиления, байпас, мощность и выход.На следующем изображении показана функциональная блок-схема LM386.

Конструкция схемы усилителя звука LM386

Схема усилителя звука LM386 очень проста. Сначала подключите контакты источника питания (контакты 6 и 4) к 12 В и заземлению соответственно. Обратите внимание, что максимальное напряжение питания для LM386 составляет 15 В.

Далее нам нужно подключить вход. Вход может подаваться с любого источника звука, например мобильного телефона или микрофона. Мы передали аудиовход с мобильного телефона с помощью 3.Разъем 5 мм.

ПРИМЕЧАНИЕ. Простой разъем 3,5 мм (без микрофона) имеет три разъема: левый аудиосигнал, правый аудиоразъем и заземление. Поскольку LM386 — это усилитель монофонического звука, нам необходимо подключить либо левый звук, либо правый звук от источника вместе с землей. В качестве альтернативы, оба канала могут быть объединены для создания монофонического канала с использованием соответствующих резисторов.

Если мы хотим контролировать уровень входа, нам нужно подключить к входу потенциометр 10 кОм.Поскольку мы делаем этот проект на макетной плате, мы не подключили никакой входной регулятор громкости POT. Кроме того, небольшой конденсатор может быть подключен последовательно ко входу для фильтрации компонентов постоянного тока.

Внутренне усиление усилителя звука LM386 установлено на 20 (без какой-либо схемы управления усилением). Мы подключили конденсатор 10 мкФ между контактами регулировки усиления, то есть контактами 1 и 8. Таким образом, теперь коэффициент усиления установлен на коэффициент 200.

Хотя в техническом описании LM386 говорится, что байпасный конденсатор на выводе 7 не является обязательным, мы обнаружили, что подключение конденсатора емкостью 100 мкФ было действительно полезным, поскольку оно помогает снизить уровень шума.Его можно оставить открытым для нормальной работы.

Наконец, для выхода сначала подключите конденсатор 0,05 мкФ и резистор 10 Ом последовательно между выходным контактом (контакт 5) и землей. Это формирует сеть Zobel, фильтр, состоящий из последовательно соединенных резистора и конденсатора, и используется для фиксации входного импеданса драйвера.

Далее идет подключение динамика. LM386 может управлять любым динамиком в диапазоне импеданса от 4 Ом до 32 Ом. Мы использовали динамик с сопротивлением 4 Ом. Подключение динамика через большой конденсатор емкостью 1000 мкФ было действительно полезным, поскольку он отфильтровывал ненужные сигналы постоянного тока.

Работа схемы усилителя звука LM386

Простой, но эффективный усилитель звука разработан с использованием микросхемы усилителя звука LM386. Работа схемы очень проста, так как вся работа выполняется самой микросхемой LM386.

Когда система включена и на входе подается надлежащий аудиовход, LM386 усиливает входной сигнал с коэффициентом 200 и управляет выходным динамиком.

Одна из основных проблем усилителей звука, таких как LM386, — это шум.Удивительно, но даже несмотря на то, что схема построена на макетной плате, из динамика было намного меньше шума.

Приложения

• LM386 уже является одной из важных микросхем в аудиоустройстве и широко используется в портативных динамиках и динамиках для ноутбуков.
• Схема усилителя звука LM386 может использоваться для записи голоса с микрофона, создания небольших динамиков с батарейным питанием, в FM-радиоустройствах и т. Д.
• Их также можно использовать в звуковых системах ТВ, линейных драйверах, сервоприводах, ультразвуковых драйверах и т. Д.

Схема мощного усилителя звука, 100 Вт | TIP122

Аудиоусилитель — это простая электронная схема, которую можно использовать для приема слабого аудиосигнала и последующего преобразования его в более качественный, мощный и слышимый аудиосигнал. Аудиоусилители в той или иной форме сейчас можно увидеть почти в каждом бытовом электронном продукте. Некоторыми базовыми примерами могут быть музыкальные плееры, видеокамеры, смартфоны, ноутбуки и ПК. В сегодняшней статье мы рассмотрим пошаговый процесс создания мощного усилителя звука мощностью 100 Вт с использованием транзисторов Дарлингтона TIP122 / 127.

TIP122 и TIP127 — это пара Дарлингтона NPN и PNP транзисторов. они работают как обычные транзисторы NPN / PNP, но поскольку внутри у них есть пара Дарлингтона, они имеют хороший номинальный ток коллектора около 5 А и коэффициент усиления около 1000. Они могут выдерживать около 100 В через свой вывод коллектор-эмиттер, поэтому их можно использовать для перевозки тяжелых грузов.

PCBWay — китайский производитель печатных плат и сборщик печатных плат. Шэньчжэнь на протяжении десятилетий был мировым центром исследований, разработок и производства электроники.Обладая более чем десятилетним опытом в области прототипов и изготовления печатных плат, PCBWay обязуется удовлетворять потребности своих клиентов. Из разных отраслей с точки зрения качества, доставки, рентабельности и любых других требовательных запросов. Как один из самых опытных производителей печатных плат в Китае. Они гордятся тем, что являются вашими лучшими деловыми партнерами, а также хорошими друзьями во всех аспектах ваших потребностей в печатных платах.

Требуемое оборудование

Для сборки этого проекта вам потребуются следующие детали:

TIP122 Распиновка

Распиновка TIP127

для мощного усилителя звука 100 Вт

Рабочее пояснение

Эта схема работает следующим образом.То, что делает эту схему уникальной, — это надежная и мощная пара транзисторов Дарлингтона TIP122 / 127. Аудиовход берется от обычного аудиопреобразователя, такого как микрофон. Этот вход действует как управляющий сигнал постоянного тока для транзистора Q1. Здесь конденсатор (470 мкФ) действует как конденсатор связи, блокируя составляющую постоянного тока сигнала, позволяя проходить только составляющей переменного тока сигнала. Транзистор Q1 усиливает сигнал и отправляет его на базу транзистора Q2.

TIP127 дополнительно усиливает входной сигнал и направляет его на устройство вывода звука, такое как громкоговоритель.Вы можете отрегулировать интенсивность выходного аудиосигнала, просто настроив предустановленный потенциометр 10K.

Приложения

• Используется в таких устройствах, как MP3-плееры, мегафоны и т. Д.
• Они также нашли свое применение в милитаристских приложениях, таких как акустическое оружие.
• Также обычно используется при исполнении, производстве и записи живой музыки.

Чтобы купить печатные платы на заказ по удивительно низким ценам, посетите: www.pcbway.com

См. Также: Проект светофора с использованием микросхемы декадного счетчика CD4017 | Как сделать многоуровневый датчик приближения с использованием микросхемы операционного усилителя LM358 | Усилитель звука беспроводного динамика с использованием силового транзистора 2SC2625

% PDF-1.4 % 87 0 объект > эндобдж xref 87 70 0000000016 00000 н. 0000001748 00000 н. 0000001839 00000 н. 0000002560 00000 н. 0000002775 00000 н. 0000003142 00000 п. 0000003923 00000 н. 0000004301 00000 п. 0000010729 00000 п. 0000011270 00000 п. 0000011508 00000 п. 0000012074 00000 п. 0000012478 00000 п. 0000014938 00000 п. 0000015294 00000 п. 0000015738 00000 п. 0000016141 00000 п. 0000016523 00000 п. 0000016801 00000 п. 0000021933 00000 п. 0000022594 00000 п. 0000023013 00000 п. 0000023828 00000 п. 0000024514 00000 п. 0000025143 00000 п. 0000033100 00000 н. 0000033571 00000 п. 0000033993 00000 п. 0000034372 00000 п. 0000034663 00000 п. 0000035470 00000 п. 0000035522 00000 п. 0000035574 00000 п. 0000035755 00000 п. 0000038421 00000 п. 0000039219 00000 п. 0000039768 00000 п. 0000046294 00000 п. 0000046719 00000 п. 0000046741 00000 п. 0000047250 00000 п. 0000047848 00000 н. 0000048214 00000 п. 0000048613 00000 н. 0000057371 00000 п. 0000058054 00000 п. 0000058076 00000 п. 0000058663 00000 п. 0000058685 00000 п. 0000059389 00000 п. 0000059411 00000 п. 0000060075 00000 п. 0000060097 00000 п. 0000060830 00000 п. 0000060852 00000 п. 0000061545 00000 п. 0000061567 00000 п. 0000062233 00000 п. 0000062255 00000 п. 0000062334 00000 п. 0000062429 00000 п. 0000062874 00000 п. 0000063469 00000 п. 0000065679 00000 п. 0000065908 00000 п. 0000066625 00000 п. 0000068818 00000 п. 0000069109 00000 п. 0000001986 00000 н. 0000002538 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 88 0 объект > эндобдж 89 0 объект > / Кодировка> >> / DA (/ Helv 0 Tf 0 г) >> эндобдж 155 0 объект > транслировать Hb»a«? Ab, WX-Vak

LM386 Audio Amplifier Circuit

I Описание

В этом блоге в качестве основного устройства для создания простого усилителя звука используется интегральный блок LM386 .Стоимость его производства относительно невысока. Этот блог подходит для начинающих, чтобы узнать о лампах питания, интегрированных операционных усилителях, динамиках, языковых микросхемах и других компонентах. Таким образом, мы можем освоить принципы, характеристики и использование базовой схемы усилителя и схемы усилителя мощности.

Рисунок 1. LM386

Каталог

II Введение в LM386

2.1 Характеристики

LM386 — это своего рода интегрированный усилитель звука.Он обладает такими преимуществами, как низкое энергопотребление, регулируемая внутренняя регулировка усиления цепи, большой диапазон напряжений источника питания, небольшое количество внешних компонентов и низкие общие гармонические искажения. Поэтому LM386 широко используется в магнитофонах и радиоприемниках, в основном в низковольтных потребительских товарах. Характеристики LM386:

1. Работа от аккумулятора
2. Минимум внешних деталей
3. Широкий диапазон напряжения питания: 4–12 В или
4. 5–18 В
5. Низкое потребление тока покоя: 4 мА
6. Повышение напряжения от 20 до 200
7. Вход заземления
8. Самоцентрирующееся выходное напряжение покоя
9. Низкие искажения: 0.2% (AV = 20, VS = 6 В, RL = 8 Ом,
10. PO = 125 мВт, f = 1 кГц)
11. Доступен в 8-контактном корпусе MSOP

Исходя из приведенных выше характеристик, компоненты lm386 широко используются в коммуникационном оборудовании, небольших радиостанциях и схемах раций. Большинство энтузиастов электроники также называют ее «универсальной схемой усилителя мощности».

2.2 Внутренняя структура

LM386 имеет 8-контактный двухрядный корпус. См. Рисунок 2 для схемы расположения контактов.

Рис. 2. Расположение выводов LM386

• Контакт 6 подключен к положительному полюсу источника питания;
• Контакт 4 заземлен;
• Контакт 2 инвертирующий входной терминал;
• Контакт 3 неинвертирующий входной терминал;
• Контакт 5 — выходной терминал;
• Контакты 1, 7 и 8 используются для улучшения характеристик схемы. Внешний компонент заканчивается, а внутренняя схема представляет собой схему трехкаскадного усилителя:
  • Первый каскад состоит из VT1 ~ VT6 для формирования схемы дифференциального усилителя,
  • 2-й каскад состоит из схемы усилителя напряжения VT7,
  • Третий каскад состоит из VT8 ~ VT10 для формирования дополнительной симметричной выходной цепи OTL, которая может устранить перекрестные искажения.
• R5, R6 и R7 образуют сеть отрицательной обратной связи.

III Принцип работы усилителя звука LM386

Ядром усилителя звука LM386 является интегральная схема усилителя мощности LM386. Как показано на рисунке 3.

Электретный микрофон B1 преобразует звуковые сигналы в электрические. Этот сигнал очень слабый, как его усилить? Мы можем добавить конденсатор связи C1 к базе VT1, и VT1 ​​образует схему усилителя с общим эмиттером для усиления сигнала.Кроме того, сигнал выводится с коллектора VT1 и добавляется к инвертирующей входной клемме LM386 через разделительный конденсатор C2 на контакт 2, а контакт 3 заземлен. После того, как сигнал усиливается тремя внутренними каскадами LM386, сигнал выводится с вывода 5, а затем проходит через конденсатор связи. C3 отправляется на динамики. Пройдя через эти процессы, он может издавать звук.

Рисунок 3. Усилитель звука LM386

Рисунок 4.Схема усилителя звука LM386

Тогда как настроить усиление сигнала LM386? Здесь мы можем подключить регулируемый резистор R5 и конденсатор C6 к контактам 1 и 8, чтобы сформировать последовательную RC-цепь. Когда R5 = 0, увеличение напряжения составляет 200.

Вывод 7 подключен к конденсатору C5 для предотвращения самовозбуждения LM386. Кроме того, контакт 5 заземлен через R4 и C4, чтобы звук динамика был мягче.

IV Отладка усилителя звука LM386

После того, как схема собрана, мы должны тщательно проверить на наличие ошибок или ложной пайки.Если после осмотра неисправностей нет, включите блок питания 6В для отладки:

• Шаг 1. Не берите микрофон в первую очередь. При отсутствии входного сигнала проверьте ток покоя всей машины, который составляет около 7 мА.
• Шаг 2: Проверьте значение статического напряжения на каждом выводе LM386, как показано на рисунке 2.
• Шаг 3: После того, как напряжение и ток станут нормальными, поместите регулятор громкости RP посередине и коснитесь основания VT1 отверткой.Громкоговоритель издаст звук «щелчок ———— щелчок», указывая на то, что цепь исправна.
• Шаг 4: Подключите микрофон B1, а затем выполните точную настройку RP. Если ничего не случилось, говорите в микрофон, в динамике должен быть усилен звук. Если нет звука, проверьте, правильно ли подключен микрофонный кабель или качество микрофона плохое.
• Шаг 5: При использовании усилителя звука не размещайте микрофон и динамик слишком близко друг к другу.Если они, к сожалению, расположены слишком близко, звук из динамиков будет резким. Поэтому для вывода микрофона лучше всего использовать экранированный провод.

Рисунок 5. LM386

V Заключение

Благодаря дизайну этого блога у нас есть существенное понимание принципа работы LM386. Мы освоили функцию контактов, схему внутренней структуры и принцип работы LM386. Кроме того, усилитель звука, сделанный LM386, имеет характеристики простой схемы, удобной отладки и полных функций.

Прочитав этот блог, вы лучше поняли LM386?

ElectroSmash — Анализ LM386

LM386 — это усилитель мощности аудио напряжения, производимый National Semiconductor и JRC / NJM. Эта конструкция (с середины 70-х) всегда была популярным выбором для маломощных аудиоприложений. Это гибкое устройство; частотная характеристика может быть сформирована с помощью некоторых внешних компонентов, и существует множество примеров умных схем, которые люди придумали за эти годы.

Благодаря низкому потреблению тока покоя и потребляемой мощности, он подходит для портативных гитарных мини-усилителей с батарейным питанием. Некоторые из наиболее известных:

• Smokey Amp , самый маленький и дешевый. Использует всего 2 компонента и может поместиться в сигаретную пачку.
  
• Little Gem , улучшенная версия Smokey Amp, добавляющая новые функции и регулятор усиления / громкости.
  
• Ruby Amp , добавляет входной буфер в Little Gem, а также улучшает другие части схемы.
  
• Noisy Cricket , основанный на усилителе Ruby, с регуляторами усиления / громкости / тембра, предоставляет все возможности гитарного усилителя за небольшие деньги.
  

1 Электрические характеристики.

2 LM386 Анализ внутренней цепи.
2.1 Топология Lin.
2.2 Топология Lin в LM386.
2.2.1 Входной каскад LM386.
2.2.2 Усилитель напряжения LM386.
2.2.3 Выходной каскад LM386.
2.2.4 LM386 Сеть обратной связи.

3 LM386 Частотная характеристика.
3.1 LM386 Расчет частоты усиления низких частот.

4 ресурса.

Коэффициент усиления по напряжению можно регулировать от 20 до 200 (от 26 до 46 дБ) с широким диапазоном напряжения питания: 4–12 В или 5–18 В в зависимости от модели. Есть три модели: LM386N-1, LM386N-3 и LM386N-4, которые могут обеспечить 0,325 Вт, 0,7 Вт и 1 Вт соответственно.

Входы заземлены, а выход автоматически смещается на половину напряжения питания.Он имеет низкий потребляемый ток покоя: 4 мА (24 мВт при работе от источника питания 6 В) и «низкие» гармонические искажения: до 0,2% (AV = 20, VS = 6 В, RL = 8 Ом, PO = 125 мВт, f = 1 кГц) с худшим случаем 10% THD.

Внутренняя схема основана на классической конфигурации звукового усилителя мощности, обычно называемой Lin Topology . Несмотря на то, что он старый, он остается практически непревзойденным, и почти все твердотельные усилители мощности следуют ему.

Цепь можно разделить на четыре основных блока: входной каскад, каскад усилителя напряжения (VAS), выходной каскад (OPS) и сеть обратной связи:

• Входной каскад: Этот дифференциальный усилитель, образованный двумя транзисторами (Q1 и Q2), является сегодня наиболее распространенным входным каскадом для аудиосхем, также известным как пара с длинным хвостом или LTP. Его основные задачи:
  • Определите рабочие точки постоянного тока.
  • Установите высокое входное сопротивление.
  • Для вычитания сигнала обратной связи из входного тракта с целью уменьшения искажений.

• Каскад усилителя напряжения (VAS) : это ядро ​​усилителя мощности. Его задача — усилить сигнал низкого уровня, генерируемый входным сигналом, до подходящего уровня. Большинство схем VAS работают в режиме класса A, так как они в основном требуют лишь небольшого количества тока, и поэтому потери мощности в активном устройстве могут оставаться достаточно небольшими.Базовая схема VAS представляет собой усилитель с обычным эмиттером.

Транзистор Q3 VAS обычно имеет некоторый локальный компенсационный конденсатор Миллера (от коллектора транзистора Q3 к базе), чтобы ограничить полосу пропускания, повысить стабильность и улучшить линейность на более высоких частотах.

• Выходной каскад (OPS): Это усилитель тока, работающий в режиме класса A, класса B или класса AB. Функция выходного каскада — обеспечить достаточное усиление по току, чтобы потенциал напряжения, обеспечиваемый VAS, мог существовать на нагрузке с низким импедансом.
  Самый простой усилитель тока — это эмиттерный повторитель.

Комбинируя два дополнительных транзистора, эмиттерные повторители могут быть соединены в двухтактной конфигурации, где каждый транзистор усиливает ток своей соответствующей полуволны. Такая топология известна как усилитель класса B, очень эффективный, но подверженный перекрестным искажениям.

Типичная конфигурация заключается в непосредственном подключении баз выходных транзисторов к коллектору VAS, таким образом, транзисторы не требуют индивидуального смещения (как показано на изображении выше).

Еще одним усовершенствованием VAS является повышение его до класса AB с использованием пары диодов, что снижает эффективность, но значительно улучшает кроссоверные искажения.

• Сеть обратной связи: ее задача — посылать в той или иной форме выходной сигнал в VAS, это играет важную роль в коррекции ошибок, а также в ограничении полосы пропускания и усиления. Обратная связь может быть локальной, глобальной или сочетанием того и другого. Обратная связь от OPS к VAS используется для ограничения усиления и установки рабочих точек постоянного тока.

В соответствии с топологией Lin внутренняя схема LM386, которую можно найти в таблице данных, разделена на входной каскад, каскад усилителя напряжения (VAS), выходной каскад (OPS) и сеть обратной связи:

Первый блок — это усилитель на эмиттерном повторителе PNP (Q ₁ , Q ₃ ), он устанавливает входное сопротивление и определяет рабочие точки постоянного тока, повышая входное напряжение от земли, чтобы схема принимала отрицательный входной сигнал вниз. до -0.4 В.

Оба входных резистора 50 кОм (R ₁ , R ₃ ) создают путь к земле для тока базы, вход должен быть связан, чтобы не нарушать внутреннее смещение, следовательно, входное сопротивление определяется этими резисторами и установлен на 50К.

Анализ усиления напряжения:

Коэффициент усиления длиннохвостой пары дифференциального усилителя (Q ₂ , Q ₄ ) регулируется двумя резисторами настройки усиления 1,35 кОм + 150 Ом (R5 + R5).Внешние контакты 1 и 8 обеспечивают доступ для регулировки усиления от 20 (мин.) До 200 (макс.).

Коэффициент усиления напряжения можно рассчитать в условиях покоя (без входного сигнала) следующим образом:

Примечание:

1. Напряжение на R4 и R5 (Vdiff) — это просто дифференциальное входное напряжение (Vin), поскольку падение напряжения база-эмиттер в транзисторах PNP (Q1, Q2, Q3 и Q4) одинаково на каждой стороне LTP. .
2. Токовое зеркало, образованное Q5 и Q6, генерирует равные токи с обеих сторон LTP.Этот ток обозначен буквой «I».

Из-за токового зеркала сила тока через R8 равна 2I, без учета тока (i7) через два резистора 15K (R6, R7), которые имеют большие импедансы по сравнению с другими частями схемы, таким образом:

На рисунке выше легко увидеть, что если i7 = 0, то:

Итак:

Эту формулу также можно переписать в более общем виде:

Где Z _1-5 и Z _1-8 — импедансы между соответствующими выводами.

• Без каких-либо внешних компонентов он имеет коэффициент усиления Gv = 2x15K / (150 + 1350) = 20 (26 дБ).
• С конденсатором (или перемычкой) между контактами 1 и 8 он имеет коэффициент усиления Gv = 2x15K / 150 = 200 (46 дБ).

Усилитель с общим эмиттером (Q7) усиливает входной сигнал с низкой амплитудой до подходящего уровня, напрямую подключенный к выходному каскаду

Это усилитель мощности класса AB, то есть двухтактная конфигурация, в которой каждый транзистор усиливает свою соответствующую полуволну.
Из-за низкого коэффициента усиления PNP-транзисторов Q ₉ и Q ₁₀ находятся в конфигурации составного PNP-транзистора , где β _ИТОГО = β _Q9 x β _Q10

Компенсация кроссовера:

Диоды D ₁ и D ₂ служат для компенсации кроссоверных искажений.
Фактически, в топологии Push-Pull транзисторы не начинают проводить ток до тех пор, пока входной сигнал не начинает превышать их прямое напряжение (Vbe), которое представляет собой напряжение на переходе база-эмиттер (обычно около ± 0.6 В).

Чтобы противодействовать минимальному пределу проводимости транзисторов (Vbe), они смещены, поэтому их напряжение холостого хода никогда не падает ниже прямого напряжения (Vbe). Определенная величина тока, известная как ток смещения, постоянно подается на базы транзисторов, чтобы гарантировать, что они продолжают проводить, жертвуя эффективностью.

Использование диода оказалось одним из лучших решений: он обеспечивает падение напряжения, зависящее от температуры, и за счет согласования теплового коэффициента с транзистором можно поддерживать достаточно стабильный ток смещения.Если требуется точное тепловое слежение, диоды устанавливаются на тот же радиатор, что и силовые транзисторы. Поскольку одного диода обычно недостаточно, в усилителях часто используется несколько диодных переходов, в данном случае два.

Отрицательная обратная связь подается с выхода на эмиттер Q ₄ через резистор R ₈ . Эта обратная связь по постоянному току стабилизирует выходное напряжение смещения постоянного тока до половины напряжения питания.

Качественно обратная связь по постоянному току функционирует следующим образом: если по какой-то причине Vo увеличивается, соответствующее приращение тока будет проходить через R8 в эмиттер Q ₄ .Таким образом, ток коллектора Q ₄ увеличивается, что приводит к положительному увеличению напряжения на базе Q ₇ . Это приводит к увеличению тока коллектора Q ₇ , тем самым понижая напряжение на базе Q ₇ и, следовательно, Vo.

Почему Vout = Vcc / 2?

Выход автоматически смещается на половину напряжения питания, вот как это происходит:
В условиях покоя (входной сигнал не подается) легко увидеть, что Vbe1 = Vbe3 и Vbe2 = Vbe4, поэтому напряжение в V _Узел точно такой же, как в V _b , при этом Idiff = 0.

И теперь есть 2 подхода к такому же выводу:

Подход 1:

Токовое зеркало (Q ₅ , Q ₆ ) уравновешивает LTP, выравнивая ток через оба транзистора (Q ₂ , Q ₄ ) и улучшая линейность входного каскада. Следовательно, токи на обоих хвостах равны: как постоянная, так и переменная составляющие.

Так как токи «I» в эмиттерах Q ₂ и Q ₄ одинаковы:

Из-за симметрии схемы, выход _В = В ₇ (вывод «байпаса»), что составляет

Подход 2:

I _diff = 0, потому что V ₁ и V ₂ имеют одинаковый потенциал V ₁ = V ₂

Из-за токового зеркала IQ2 = IQ4

С Veb2 = Veb4, Veb1 = Veb3 и R6 = R7 = R8 = 15K:

Глядя на график LM386 Voltage Gain vs Frequency , можно увидеть, что частотная характеристика в слышимой области плоская (до 20 кГц).Дополнительные внешние компоненты могут использоваться для адаптации ответа к конкретным приложениям.

Может быть интересно изменить контур обратной связи между контактами 5 и 1, который можно использовать для усиления низких частот, а более знакомый контур обратной связи между контактами 8 и 1 также может быть изменен для использования различных комбинаций обратной связи конденсатора / резистора параллельно для получения дифференциальное усиление для разных частотных диапазонов.

Данные приложения LM386 упоминают усиление низких частот за счет подключения RC-цепи между контактами 1 и 5 (параллельно внутреннему резистору 15 кОм):

Усилитель стабилен только при коэффициенте усиления замкнутого контура больше 9, поэтому, если внешний резистор R слишком мал, цепь может колебаться.Таким образом, минимальное R можно легко рассчитать:

• Если контакт 8 разомкнут: R _мин. = 10 кОм, рассчитывается как:

• Если контакты 1-8 отключены: Rmin = 2K, рассчитывается как:

Для эффективного усиления низких частот на 6 дБ в таблице данных предлагается R = 10K и C = 33nF между контактами 1 и 5 при открытом контакте 8, другой общий набор используемых значений — R = 2K2 и R = 4.7нФ. Фактически в этой модификации не было активного усиления, а только спад на частотах ниже выбранной, то есть это фильтр нижних частот.

Этот мод может успешно компенсировать плохие низкие частоты динамика и отфильтровать шипящий шум, но, с другой стороны, если в схеме есть потенциометр усиления между контактами 1 и 8, как это делают Little Gem, Ruby Amp и Noisy Cricket, частота среза будет изменить значение усиления. К сожалению, усиление низких частот будет зависеть от усиления.

Влияние RC-цепи усиления низких частот можно проанализировать с помощью приведенного выше уравнения усиления напряжения, вставив импедансы R + 1 / jωC параллельно внутреннему резистору обратной связи Z _1-5 .