Схемы усилителей мощности на транзисторах: обзор популярных конструкций для самостоятельной сборки — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Какие схемы усилителей мощности на транзисторах наиболее популярны среди радиолюбителей. Как работают основные узлы таких усилителей. Какие преимущества и недостатки имеют разные схемотехнические решения в УМЗЧ.

Содержание

Основные типы схем транзисторных усилителей мощности

Среди радиолюбителей наибольшее распространение получили следующие типы схем усилителей мощности на транзисторах:

Однотактные усилители
Двухтактные усилители
Мостовые усилители
Усилители с параллельным включением транзисторов

Каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе схемы для самостоятельной сборки. Рассмотрим основные особенности этих схемотехнических решений.

Однотактные усилители мощности

Однотактные усилители имеют наиболее простую схему, что делает их популярными среди начинающих радиолюбителей. Основные особенности:

Содержат один активный элемент (транзистор) в выходном каскаде
Имеют низкий КПД (не более 25-30%)

Обладают повышенными нелинейными искажениями
Просты в настройке и отладке

Какие преимущества дает однотактная схема? Простота конструкции позволяет легко собрать работающий усилитель даже новичку. Такие схемы хорошо подходят для маломощных УМЗЧ (до 5-10 Вт).

Двухтактные усилители мощности

Двухтактные схемы получили наибольшее распространение в транзисторных УМЗЧ. Их ключевые особенности:

Содержат два комплементарных транзистора в выходном каскаде
Имеют высокий КПД (до 70-80%)
Обеспечивают низкий уровень нелинейных искажений
Позволяют получить высокую выходную мощность

За счет чего достигаются такие преимущества? Комплементарная пара транзисторов работает в противофазе, что позволяет эффективно усиливать обе полуволны сигнала. Это значительно повышает качество звучания по сравнению с однотактными схемами.

Мостовые усилители мощности

Мостовая схема позволяет получить максимальную выходную мощность при заданном напряжении питания. Ее ключевые особенности:

Содержит два одинаковых усилительных канала, работающих в противофазе
Обеспечивает 4-кратное увеличение выходной мощности
Требует применения специального трансформатора или источника питания
Имеет сложную схему защиты от перегрузки

Какие преимущества дает мостовое включение? Оно позволяет создать мощный УМЗЧ при ограниченном напряжении питания. Это особенно актуально для автомобильных усилителей.

Усилители с параллельным включением транзисторов

Схемы с параллельным включением транзисторов позволяют увеличить выходной ток УМЗЧ. Их основные особенности:

Содержат несколько пар выходных транзисторов, включенных параллельно
Обеспечивают высокую выходную мощность на низкоомной нагрузке
Требуют точного подбора параметров транзисторов

Имеют сложную схему защиты от перегрузки

За счет чего достигается увеличение мощности? Параллельное включение позволяет суммировать токи отдельных транзисторов, повышая нагрузочную способность усилителя.

Входные каскады усилителей мощности

Входные каскады УМЗЧ выполняют следующие основные функции:

Усиление входного сигнала по напряжению
Согласование входного сопротивления
Частотная коррекция

Какие схемотехнические решения применяются во входных каскадах? Наиболее распространены дифференциальные каскады на биполярных транзисторах или операционных усилителях. Они обеспечивают высокое входное сопротивление и малый уровень шумов.

Выходные каскады усилителей мощности

Выходные каскады определяют основные параметры УМЗЧ:

Выходную мощность
КПД
Уровень нелинейных искажений

Какие типы выходных каскадов наиболее распространены? В современных УМЗЧ чаще всего применяются двухтактные каскады, работающие в режиме AB. Они обеспечивают оптимальное сочетание КПД и качества звучания.

Цепи обратной связи в усилителях мощности

Цепи обратной связи выполняют в УМЗЧ следующие функции:

Стабилизация коэффициента усиления
Уменьшение нелинейных искажений
Расширение полосы пропускания

Какие виды обратной связи применяются? Наиболее распространена отрицательная обратная связь по напряжению с выхода на вход усилителя. Она позволяет значительно улучшить параметры УМЗЧ.

Схемы защиты усилителей мощности

Схемы защиты предотвращают выход из строя УМЗЧ при нештатных режимах работы. Основные виды защиты:

От короткого замыкания в нагрузке
От перегрева выходных транзисторов
От появления постоянной составляющей на выходе

Как реализуется защита в УМЗЧ? Чаще всего применяются электронные схемы на транзисторах или микросхемах, которые отключают питание усилителя при возникновении аварийной ситуации.

Преимущества и недостатки популярных схем УМЗЧ

Рассмотрим сравнительные характеристики наиболее распространенных схем транзисторных усилителей мощности:

Тип схемы	Преимущества	Недостатки
Однотактная	— Простота — Низкая стоимость	— Низкий КПД — Высокие искажения
Двухтактная	— Высокий КПД — Низкие искажения	— Сложность настройки — Требует подбора транзисторов
Мостовая	— Высокая мощность — Работа на низкоомную нагрузку	— Сложная схема — Высокая стоимость

Какую схему выбрать для самостоятельной сборки? Начинающим радиолюбителям рекомендуется начать с простых однотактных или двухтактных конструкций небольшой мощности. По мере накопления опыта можно переходить к более сложным схемам.

СХЕМА УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Это конструкция усилителя мощности звука на двух микросхемах LM3875TF и одним общим тороидальным трансформатором в блоке питания УМЗЧ. Почему-то среди радиолюбителей, LM3875 не стала очень популярной, в отличии от TDA7294. Хотя сборка усилителя с её применением гораздо более проще, за счёт меньшего количества радиодеталей. Делая на ней УНЧ, можно вообще обойтись без травления печатных плат, используя навесной монтаж. Да и цена не намного выше.

При питании схемы было выбрано двухполярное напряжение 20 вольт, так как использоваться АС будет при 4 ом нагрузке. Устойчивая работа на 4 ома имеет первостепенное значение, а слишком высокая выходная мощность является относительно несущественной для нашей цели. Но вы можете увеличить питание, если необходимо сделать акцент именно на максимуме ватт.

Приципиальная схема усилителя мощности

Схема без инвертирования сигнала

Схема из даташита

Характеристики усилителя на LM3875

Напряжение питания: от ±10 до ±42 В
Потребляемый ток: 30 мА
Выходная мощность: 60 Вт при 8 Ω
Cкороcть нарастания выходного напряжения: 11 В/μс
Искажение: 0.06%
Коэффициент ослабления синфазного сигнала: 80 dB миним.
PSRR: 85 dB минимум
Диапазон частот: 8 МГц
Отношение сигнал-шум: 98 dB при 1 Вт, 1 КГц

Усилитеи на основе микросхемы National Semiconductor LM3875 предназначены для телевизоров, музыкальных центров и другой звуковоспроизводящей аппаратуры. Но многие утверждают, что они подходят даже в

high-end УНЧ.

Фото печатной платы LM3875

Чтоб не тянуть провода к регулятору громкости и тем самым не повышать уровень наводок, поставили алюминиевый стержень, удлиняющий ручку регулятора, который установлен сразу возле входных гнёзд аудиосигнала. Был применён тороидальный трансформатор, как имеющий минимальное электромагнитное поле, способное создать помехи схеме. Мощность тороида 100ВА. Трансформатор выдаёт переменки 2х18В. Постоянное (выпрямленное) напряжение питания приблизительно +/-24V на холостом ходу.

Постоянное напряжение упало до +/-22V под нагрузкой. Измеренная на нагрузочном резисторе 8 Ом выходная мощность составила 22W. С другим трансформатором, который выдавал напряжение постоянного тока +/-32V на холостом ходу, и просевшим до +/-30 на полной мощности, было около 37W.

Готовый УМЗЧ

Выходной сигнал на осциллографе выглядит как идеальная синусоида. АЧХ очень хорошая. Уровень начал снижаться, и то незначительно, только выше 100 кГц. Частотные характеристики (при 8 ватт) были 17 Гц — 110 кГц на 1 дБ и 7 Гц — 220 кГц на уровне -3 дБ.

Усилитель может работать на более высоких напряжениях, поэтому при желании, выходная мощность может быть увеличена до 50 Вт с большим трансформатором обеспечивающим нужные напряжения (и конечно солидным радиатором).

Originally posted 2019-03-26 08:56:09. Republished by Blog Post Promoter

УНЧ и Звукотехника | Усилители мощности низкой частоты | Микросхема

Как много в этой аббревиатуре для сердца радиолюбителя слилось. Каждый, кто когда-нибудь занимался радиотехникой и электроникой, собирал различные усилители низкой частоты. Простые и сложные, маломощные и мощные. Сейчас, с развитием интегральных микросхем, стало вообще всё намного проще. Усилители не содержат каких-то уникальных радиодеталей. Одна микросхема, которая, собственно, и представляет собой уже готовый

усилитель мощности низкой частоты, и схема, практически, собрана. Как правило, выходная мощность таких усилителей и качество воспроизведения на высоте. А если прикупить головку динамическую прямого излучения Ватт так на 1500 — 2000 и встроить в корпус с фазоинвертором, выполненный по рассчитанным размерам, то вообще замечательно. Получится сабвуфер не хуже покупного. В большинстве случаев даже лучше.

Чистота и качество воспроизведения постоянно совершенствуются. Основные термины в данном разделе:
Бел (Б) — логарифмическая единица, соответствующая (при частоте 1000 Гц) десятикратному изменению силы звука. Логарифмическая единица, соответствующая 1/10 бела, называется децибелом (дБ). Одному дБ соответствует изменение звукового давления в 1,12 раза.
Частота звуковых колебаний воспринимается на слух как высота тона. Самый низкий предел, воспринимаемый человеком, 20 Гц, а самый высокий — 20000 Гц.

Тембр — окраска звука, определяемая количеством, частотой и интенсивностью обертонов.
Уровень звукового давления — отношение данного звукового давления p к нулевому уровню p₀, выраженное в дБ. Вычисляется как N=20 lg(p/p₀).
Болевой порог — звуковое давление, которое вызывает болевое ощущение на коже. Уровень равен 120 дБ.

В радиолюбительской практике принято делить УНЧ на обычные и высокого качества (Hi-Fi класса). Максимальная выходная мощность всех звуковых усилителей определяется по простой формуле: P_вых=U²/R_н. Т.е. замеряете напряжение на выходе УНЧ (обязательно под нагрузкой), возводите в квадрат и делите на сопротивление нагрузки (обычно сопротивление динамика 4-8 Ом). Можно ещё упомянуть о предварительном усилении. К усилителям мощности обязательно нужны такие каскады, чтобы напряжение на его входе было достаточным.

Бывают ещё различные по сложности усилительные каскады. Однотактные, двухтактные, трансформаторные и бестрансформаторные, мостовые схемы включения усилительных элементов. Одна из возможных схем двухтактного трансформаторного каскада усилителя звуковой частоты приведена ниже. Номинальная выходная мощность 4 Вт, максимальная — 6 Вт.

Но такие, я думаю, уже никто не будет собирать. Слишком трудоёмко наматывать трансформатор, плюс ко всему нужно найти подходящий магнитопровод.

Приведу ещё пример двухтактного бестрансформаторного каскада УНЧ. Выходная мощность порядка 10 Вт.

У нас в наличии имеется более 850 схем УНЧ на интегральных микросхемах. По мере необходимости будем выкладывать их на сайт, особенно самые лучшие, на наш взгляд. Если Вам нужен какой-то усилитель и Вы не можете найти его схему, то пишите, пожалуйста, в комментариях или в форме обратной связи. Мы обязательно поможем.

Ниже приведены ссылки на различные материалы по данной теме. Особо отметим, что среди них есть полностью опубликованные с полным описанием схемы, входящих радиоэлементов, различных настроек и замеров основных параметров (например, силы тока и напряжения) на разных участках цепи и между элементами. Также есть с кратким описанием, содержащие ссылку на скачивание всего документа в одном архиве, где, в свою очередь, содержится уже полное описание конструкции, печатной платы и прочее. Архивы имеют расширение *.rar (распаковать можно, например, программой WinRAR версии 2.9 и выше) и доступны для скачивания. Примечание: эта мера введена из-за того, что многие запакованные материалы являются целыми пособиями. Подразумевается, что Вам будет удобнее скачать на жесткий диск и просматривать уже локально, нежели листать страницу за страницей, расходуя трафик и время.

Схемы трех простых усилителей » Вот схема!

Эти три усилителя сделаны по простым схемам с использованием широко распространенной элементной базы. Эти УМЗЧ питаются однополярным напряжением и их схемы можно рекомендовать для ремонта или модернизации различной аудиоаппаратуры зарубежного производства. Принципиальная схема первого усилителя показана на рисунке 1. Усилитель, при питании напряжением 12В обеспечивает номинальную выходную мощность около 3 Вт на нагрузке в 4 Ома. Чувствительность, при этом около 50 мВ.

Диапазон звуковых частот при неравномерности 6 дб 50… 16000 Гц. Коэффициент нелинейных искажений при номинальной выходной мощности не более 1%.

Этот усилитель сделан по наиболее простой схеме с использованием самой доступной элементной базы, но он не обеспечивает высокие характеристики, и его можно рекомендовать как ремонтный модуль для аппаратуры китайского или индийского производства, или как УМЗЧ для радиолюбительской конструкции, не претендующей на высокий класс звучания.

Второй усилитель (рисунок 2) обеспечивает более высокое качество звучания. При питании от источника 12В он обеспечивает номинальную выходную мощность около 5 Вт. При этом коэффициент нелинейных искажений не превосходит 0,35%, а диапазон звуковых частот при неравномерности 6 дб составляет 40…20000 Гц. Усилитель работает на нагрузку в 4 Ом. С целью увеличения термостабильности оконечного каскада между базами VT4 и VT5 включен термо-регулирующий элемент на транзисторе VT3.

Рис.2

Режим работы (половина напряжения питания в точке соединения коллекторов VT6 и VT7) устанавливается подбором сопротивления резистора R7. Схема более качественного усилителя, по своим характеристикам соответствующего аппаратуре достаточно высокого класса показана на рисунке 3.

Этот УМЗЧ обеспечивает номинальную выходную мощность на нагрузке 4 Ома — 8 Вт, при напряжении питания 12В. Номинальное входное напряжение 0,2В. Диапазон воспроизводимых частот при неравномерности не более 0,5 дб составляет 40…20000 Гц. Коэффициент нелинейных искажений при номинальной выходной мощности не превышает на частоте 1000 Гц — 0,05%. Отношение сигнал/шум не хуже 85 дб.

Усилитель напряжения собран на половине микросхемы А1 — двухканального ОУ К157УД2 (вторая половина может работать в другом канале стереофонического варианта УМЗЧ). Резисторы R1 и R2 обеспечивают смещение рабочей точки операционного усилителя по постоянному току, так чтобы обеспечить его работу при однополярном источнике питания. Роль земли входа усилителя играет точка соединения R1, R2, R3, С1. Входной сигнал через разделительный конденсатор С2 поступает на инвертирующий вход А1.1.

Рис.3

Выходной каскад собран на четырех транзисторах VT1-VT4, включенных по схеме с общим эмиттером. Выходной каскад охвачен цепью местной ООС — R7R10C6C7, которая определяет его коэффициент усиления, равный четырем. Коррекцию частотной характеристики выходного каскада обеспечивает конденсатор С8. В результате этой коррекции понижается усиление каскада на ультразвуковых частотах, и таким образом повышается его устойчивость, исключается возможность самовозбуждения на этих частотах и выравнивается АЧХ усилителя.

Весь усилитель охвачен общей ООС по постоянному и переменному току, с выхода выходного каскада через резистор R4 на прямой вход операционного усилителя А1.1. Изменяя сопротивление этого резистора можно устанавливать общий коэффициент усиления всего УМЗЧ.

Правильно собранный усилитель не требует налаживания.

Схемы усилителей звука ♫ Усилители мощности звука для начинающих и опытных радиолюбителей

11. 01. 2020 · Просмотры:

Post Views: 1 831

Один из простых вариантов усилителя мощности низкой частоты на микросхеме К174УН7. Выходная мощность от 4 Вт до 5 Вт. Нагрузка до 4 Ом. Обновление: В принципиальной схеме были ошибки. Исправлена полярность…

Далее 13. 08. 2019 · Просмотры:

Post Views: 1 088

Подборка усилителей звука на микросхемах для начинающих и опытных радиолюбителей. Стерео усилитель звука на TDA7262 Hi – Fi усилитель на два канала. Открыть в полном размере У этой микросхемы большой диапазон…

Далее 28. 09. 2018 · Просмотры:

Post Views: 1 489

Режим усилителя устанавливается автоматически и сохраняется даже при снижении напряжения источника питания в 4 раза. Такая не критичность к питанию достигнута применением глубоких ООС по синфазной составляющей…

Далее 28. 09. 2018 · Просмотры:

Post Views: 1 109

В радиолюбительской практике широкое распространение получил усилитель мощности ЗЧ (УМЗЧ), выполненный по симметричной схеме. Комплементарные биполярные транзисторы его входного каскада включены по схеме…

Далее 27. 04. 2018 · Просмотры:

Post Views: 1 037

Простой усилитель воспроизведения на KA2221 Открыть в полном размере Принцип работы усилителя на микросхеме КА2221 Конденсаторы С1, С2 и С9, С10 разделительные. С4, С5 совместно с индуктивностью воспроизводящей головки…

Далее 27. 04. 2018 · Просмотры:

Post Views: 2 452

TDA2004 представляет собой сдвоенный усилитель мощности (стерео). Открыть в полном размере Принцип работы усилителя звука на микросхеме TDA2004 Конденсаторы С6 и С8 необходимы для обеспечения цепи вольтодобавки…

Далее 27. 04. 2018 · Просмотры:

Post Views: 1 698

Простой, маломощный и дешевый в сборке. Открыть в полном размере Принцип работы микросхемного усилителя TDA2003 Входной сигнал поступает на вход усилителя через разделительный конденсатор С1 и R1 на вход микросхемы…

Далее 25. 03. 2018 · Просмотры:

Post Views: 2 061

Эта пятивыводная микросхема в корпусе ТО-220 представляет собой полностью готовый к использованию усилитель, к которому требуется только подсоединить несколько элементов обвязки и радиатор для отвода тепла. …

Далее 25. 03. 2018 · Просмотры:

Post Views: 2 284

Схема усилителя мощности звуковой частоты, построенная на транзисторах. Открыть в полном размере Краткое описание схемы усилителя Устройство может питаться от источника с напряжением от 10 В до 15 В. Номинальная…

Далее 25. 03. 2018 · Просмотры:

Post Views: 1 708

Схема предназначена для новичков и для тех, кто хочет научиться изготавливать платы или паять. На принципиальной схеме усилитель выполнен на один канал, но на печатной – на два. Ток покоя составляет 20 мА. Открыть…

Схема усилителя мощности Ланзар. Обзор.

ОБЗОР УСИЛИТЕЛЯ МОЩНОСТИ ЛАНЗАР

Откровенно говоря я был сильно удивлен так сильно набирающему популярность выражению УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА. Насколько мне позволяет мое мировозрение, то под усилителем звука может выступать только один предмет — рупор. Вот он действительно усиливает звук уже не один десяток лет. Причем рупор может усиливать звук в обоих направлениях.

Как видно из фотографии рупор ни чего общего с электроникой не имеет, тем не менее поисковые запросы УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ все чаще заменяются на УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА, ну а полное название этого девайса УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ вводится всего 29 раз в месяц против 67000 запросов УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКА.
Прям интересно с чем это связано… Но это был пролог, а теперь собственно сама сказка:

Принципиальная схема усилителя мощности ЛАНЗАР приведена на рисунке 1. Это практически типовая симметричная схема, что позволило серьезно уменьшить нелинейные искажения до очень низкого уровня.
Данная схема известна довольно давно, еще в восьмидесятых года Болотников и Атаев приводили аналогичную схему на отечественной элементной базе в книге «Практические схемы высококачественного звуковоспроизведения». Однако работы с этой схемотехникой начались несколько не с этого усилителя.
Все началось со схемы автмобильного усилителя PPI 4240 которая была с успехом повторена:

Принципиальная схема автомобильного усилителя PPI 4240

Далее была статья «Вскрываем усилитель -2» от Железного Шихмана (статья к сожалению удалена с авторского сайта). В ней шла речь о схемотехнике автомобильного усилителя Lanzar RK1200C, где в качестве усилителя использовалась все та же симметричнай схемотехника.
Понятно, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать, поэтому копаясь в своих сто лет записанных дисках я отыскал оригинла статьи и привожу ее в качестве цитаты:

ВСКРЫВАЕМ УСИЛИТЕЛЬ — 2

А.И.Шихатов 2002

Новый подход к конструированию усилителей предполагает создание линейки аппаратов, использующих сходные схемотехнические решения, единые узлы и стилевое оформление. Это позволяет, с одной стороны, сократить расходы на проектирование и изготовление, с другой — расширяет выбор аппаратуры при создании аудиосистемы.
   Новая линейка усилителей Lanzar серии RACK выполнена в духе студийной аппаратуры, устанавливаемой в стойку (рэк). На лицевой панели размерами 12,2х2,3 дюйма (310х60мм) установлены органы управления, на задней — все разъемы. При такой компоновке не только улучшается внешний вид системы, но и упрощается работа — кабели не мешают. На передней панели можно смонтировать входящие в комплект крепежные планки и ручки для переноски, тогда аппарат приобретает студийный вид. Кольцевая подсветка регулятора чувствительности только усиливает сходство.
   Радиаторы расположены на боковой поверхности усилителя, что позволяет набирать в стойку несколько аппаратов, не нарушая их охлаждение. Это несомненное удобство при создании развернутых аудиосистем. Однако при установке в закрытую стойку необходимо побеспокоиться о циркуляции воздуха — установить приточные и вытяжные вентиляторы, термодатчики. Словом, профессиональная аппаратура во всем требует профессионального подхода.
   В линейку входит шесть двухканальных и два четырехканальных усилителя, отличающиеся только выходной мощностью и длиной корпуса.

Минимальное сопротивление нагрузки	2 Ом
Полоса частот	15 Гц-35 кГц
Коэффициент гармоник	0,04%
Чувствительность	100 мВ-4 В
Входное сопротивление	22 кОм
Отношение сигнал/шум	> 90 дБ
Разделение стереоканалов	> 60 дБ
Частота среза ФНЧ	40-120 гц
Частота среза ФВЧ	150 Гц-1,5 кГц
Бас-бустер	0-18 дБ

Структурная схема кроссовера усилителей Lanzar серии RK приведена на рисунке 1. Подробная схема не приводится, поскольку ничего оригинального в ней нет, и не этот узел определяет основные характеристики усилителя. Такая же или аналогичная структура используется в большинстве современных усилителей средней ценовой категории. Набор функций и характеристики оптимизированы с учетом многих факторов:
С одной стороны, возможности кроссовера должны позволять без дополнительных компонентов строить стандартные варианты аудиосистемы (фронт плюс сабвуфер). С другой стороны, вводить полный набор функций во встроенный кроссовер нет особого смысла: Это заметно увеличит стоимость, но во многих случаях останется невостребованным. Выполнение сложных задач удобнее возложить на внешние кроссоверы и эквалайзеры, а встроенные — отключить.

     В конструкции использованы сдвоенные операционные усилители KIA4558S. Это малошумящие усилители с низкими собственными искажениями, разработанные с учетом «звукового» применения. Вследствие этого их широко применяют в каскадах предварительного усиления и кросссоверах.
   Первый каскад — линейный усилитель с изменяемым коэффициентом усиления. Он согласует выходное напряжение источника сигнала с чувствительностью усилителя мощности, поскольку коэффициент передачи всех остальных каскадов равен единице.
   Следующий каскад — регулятор басового усиления (bass boost). В усилителях данной серии он позволяет увеличивать уровень сигнала на частоте 50 Гц на 18 дБ. В продукции других фирм подъем обычно меньше (6-12 дБ), а частота настройки может быть в области 35-60 Гц. Кстати, такой регулятор требует хорошего запаса мощности усилителя: увеличение усиления на 3 дБ соответствует удвоению мощности, на 6 дБ — учетверению, и так далее.
   Это напоминает легенду про изобретателя шахмат, который попросил у раджи за первую клетку доски одно зерно, а за каждую последующую — в два раза больше зерен, чем за предыдущую. Легкомысленный раджа не смог выполнить обещание: такого количества зерен не было на всей Земле… Мы в более выгодном положении: увеличение уровня на 18 дБ увеличит мощность сигнала «всего» в 64 раза. В нашем случае в наличии 300 Вт, но не каждый усилитель может похвастаться таким запасом.
   Далее сигнал можно подать на усилитель мощности непосредственно, или выделить фильтрами необходимую полосу частот. Кроссоверная часть состоит из двух независимых фильтров. ФНЧ перестраивается в диапазоне 40-120 Гц и предназначен для работы исключительно с сабвуфером. Диапазон перестройки ФВЧ заметно шире: от 150 Гц до 1,5 кГц. В таком виде его можно использовать для работы с широкополосным фронтом или для полосы СЧ-ВЧ в системе с поканальным усилением. Пределы перестройки, кстати, выбраны неспроста: в диапазоне от 120 до 150 Гц получается «дырка», в которой можно спрятать акустический резонанс салона. Примечательно и то, что бас-бустер не отключается ни в одном из режимов. Использование этого каскада одновременно с ФВЧ позволяет корректировать АЧХ в области резонанса салона не хуже, чем эквалайзером.
   Последний каскад — с секретом. Его задача — инвертировать сигнал в одном из каналов. Это позволит без дополнительных устройств использовать усилитель в мостовом включении.
   Конструктивно кроссовер выполнен на отдельной печатной плате, которая стыкуется с платой усилителя при помощи разъема. Такое решение позволяет для всей линейки усилителей использовать всего два варианта кроссовера: двухканальный и четырехканальный. Последний, кстати, является просто «удвоенным» вариантом двухканального и его секции полностью независимы. Основное отличие — изменившаяся разводка печатной платы.

Усилитель мощности

Усилитель мощности Ланзар выполнен по типовой для современных конструкций схеме, приведенной на рисунке 2. С незначительными вариациями ее можно встретить в большинстве усилителей средней и нижней ценовой категории. Отличие только в типах примененных деталей, количестве выходных транзисторов и напряжении питания. Приведена схема правого канала усилителя. Схема левого канала точно такая же, только номера деталей начинаются на единичку вместо двойки.

    На входе усилителя установлен фильтр R242-R243-C241, устраняющий радиочастотные наводки от блока питания. Конденсатор C240 не попускает на вход усилителя мощности постоянную составляющую сигнала. На АЧХ усилителя в звуковом диапазоне частот эти цепи не влияют.
       Чтобы избежать щелчков в моменты включения и выключения, вход усилителя замыкается на общий провод транзисторным ключом (этот узел рассмотрен далее, вместе с блоком питания). Резистор R11A исключает возможность самовозбуждения усилителя при замкнутом входе.
       Схема усилителя полностью симметрична от входа до выхода. Двойной дифференциальный каскад (Q201-Q204) на входе и каскад на транзисторах Q205,Q206 обеспечивают усиление по напряжению, остальные каскады — усиление по току. Каскад на транзисторе Q207 стабилизирует ток покоя усилителя. Чтобы устранить его «несимметричность» на высоких частотах, он зашунтирован майларовым конденсатором C253.
       Каскад драйвера на транзисторах Q208,Q209, как и положено предварительному каскаду, работает в классе A. К его выходу подключена «плавающая» нагрузка — резистор R263, с которого снимается сигнал для возбуждения транзисторов выходного каскада.
       В выходном каскаде использовано две пары транзисторов, что позволило снимать с него 300 Вт номинальной мощности и до 600 Вт пиковой. Резисторы в цепях базы и эмиттера устраняют последствия технологического разброса характеристик транзисторов. Кроме того, резисторы в цепи эмиттера служат датчиками тока для системы защиты от перегрузок. Она выполнена на транзисторе Q230 и контролирует ток каждого из четырех транзисторов выходного каскада. При увеличении тока через отдельный транзистор до 6 А или тока всего выходного каскада до 20 А транзистор открывается, выдавая команду на схему блокировки преобразователя напряжения питания.
       Коэффициент усиления задается цепью отрицательной обратной связи R280-R258-C250 и равен 16. Корректирующие конденсаторы C251, C252, C280 обеспечивают устойчивость усилителя, охваченного ООС. Включенная на выходе цепь R249,C249 компенсирует рост импеданса нагрузки на ультразвуковых частотах и также препятствует самовозбуждению. В звуковых цепях усилителя использованы всего два электролитических неполярных конденсатора: C240 на входе и C250 в цепи ООС. Ввиду большой емкости заменить их конденсаторами других типов крайне сложно.

Блок питания Блок питания высокой мощности выполнен на полевых транзисторах. Особенность блока питания — отдельные выходные каскады преобразователя для питания усилителей мощности левого и правого каналов. Такая структура характерна для усилителей повышенной мощности и позволяет уменьшить переходные помехи между каналами. Для каждого преобразователя предусмотрен отдельный LC-фильтр в цепи питания (рисунок 3). Диоды D501,D501A защищают усилитель от ошибочного включения в неправильной полярности.

В каждом преобразователе использовано три пары полевых транзисторов и трансформатор, намотанный на ферритовом кольце. Выходное напряжение преобразователей выпрямляется диодными сборками D511,D512,D514,D515 и сглаживается фильтрующими конденсаторами емкостью 3300 мкФ. Выходное напряжение преобразователя не стабилизировано, поэтому мощность усилителя зависит от напряжения бортовой сети. Из отрицательного напряжения правого и положительного напряжения левого канала параметрические стабилизаторы формируют напряжения +15 и -15 вольт для питания кроссовера и дифференциальных каскадов усилителей мощности.
        В задающем генераторе использована микросхема KIA494 (TL494). Транзисторы Q503,Q504 умощняют выход микросхемы и ускоряют закрывание ключевых транзисторов выходного каскада. Напряжение питания подано на задающий генератор постоянно, управление включением производится непосредственно от цепи Remote источника сигнала. Такое решение упрощает конструкцию, но в выключенном состоянии усилитель потребляет незначительный ток покоя (несколько миллиампер).
        Устройство защиты выполнено на микросхеме KIA358S, содержащей два компаратора. Напряжение питяния подается на нее непосредственно от цепи Remote источника сигнала. Резисторы R518-R519-R520 и термодатчик образуют мост, сигнал с которого подан на один из компараторов. На другой компаратор через формирователь на транзисторе Q501 подается сигнал от датчика перегрузки.
        При перегреве усилителя на выводе 2 микросхемы появляется высокий уровень напряжения, такой же уровень возникает выводе 8 при перегрузке усилителя. В любом из аварийных случаев сигналы с выхода компараторов через диодную схему ИЛИ (D505,D506,R603) блокируют работу задающего генератора по выводу 16. Восстановление работы происходит после устранения причин перегрузки или охлаждения усилителя ниже порога срабатывания термодатчика.
        Оригинально выполнен индикатор перегрузки: светодиод включен между источником напряжения +15 В и напряжением бортовой сети. При нормальной работе напряжение приложено к светодиоду в обратной полярности и он не светится. При блокировке преобразователя напряжение +15 В пропадает, светодиод индикатора перегрузки оказывается включенным между источником бортового напряжения и общим проводом в прямом направлении и начинает светиться.
        На транзисторах Q504,Q93,Q94 выполнено устройство блокировки входа усилителя мощности на время переходных процессов при включении и выключении. При включении усилителя конденсатор C514 медленно заряжается, транзистор Q504 в это время находится в открытом состоянии. Сигнал с коллектора этого транзистора открывает ключи Q94,Q95. После зарядки конденсатора транзистор Q504 закрывается, а напряжение -15 В с выхода блока питания надежно блокирует ключи. При выключении усилителя транзистор Q504 мгновенно открывается через диод D509, конденсатор быстро разряжается и процесс повторяется в обратном порядке.

Конструкция

Усилитель смонтирован на двух печатных платах. На одной из них находятся усилитель и преобразователь напряжения, на другой — элементы кроссовера и индикаторы включения и перегрузки (на схемах не показаны). Платы выполнены из высококачественного стеклотекстолита с защитным покрытием дорожек и смонтированы в корпусе из алюминиевого профиля П-образного сечения. Мощные транзисторы усилителя и блока питания прижаты накладками к боковым полкам корпуса. Снаружи к боковинам прикреплены профилированные радиаторы. Передняя и задняя панели усилителя выполнены из анодированного алюминиевого профиля. Вся конструкция крепится винтами-саморезами с головками под шестигранник. Вот, собственно, и все — остальное видно на фотографиях.

Как видно из статьи оригинальный усилитель ЛАНЗАР и сам по себе довольно не дурен, но хотелось лучше…
Полез по форумам, конечно же на Вегалаб, но особой подержки не нашел — отклинулся всего один человек. Возможно оно и к лучшему — нет кучи соавторов. Ну а в общем то днем рожденья Ланзара можно считать именно это обращение — на момент написания комента плата уже была вытравлена и запаяна почти полностью.

Так что Ланзару уже десять лет…
После нескольки месяцев экспериментов на свет появился первый вариант данного усилителя, названного «ЛАНЗАРОМ», хотя конечно было бы справедливей назвать его «ПИПИАЙ» — началось то все именно с него. Однако слово ЛАНЗАР звучит гораздо приятней для уха.
Если кто-то ВДРУГ сочтет название попыткой сыграть на брендовом имени, то смею его заверить — ни чего подобного в мыслях не было и усилитель мог получить абсолютно любое название. Однако ЛАНАЗРОМ он стал в честь фирмы LANZAR, поскольку именно эта автомобильная аппаратура попадает в тот небольшой список, кого лично уважает колектив, трудившийся над доводкой данного усилителя.
Широкий диапазон питающих напряжений делает возможным построение усилителя мощностью от 50 до 350 Вт, причем при мощностях до 300 Вт у УМЗЧ коф. нелинейных искажения не превышает 0,08% во всем звуковом диапазоне, что позволяет отнести усилитель к разряду Hi-Fi.
На рисунке приведен внешний вид усилителя.
Схема усилителя полностью симметрична от входа до выхода. Двойной дифференциальный каскад (VT1-VT4) на входе и каскад на транзисторах VT5, VT6 обеспечивают усиление по напряжению, остальные каскады — усиление по току. Каскад на транзисторе VT7 стабилизирует ток покоя усилителя. Чтобы устранить его «несимметричность» на высоких частотах, он зашунтирован конденсатором C12.
Каскад драйвера на транзисторах VT8, VT9, как и положено предварительному каскаду, работает в классе A. К его выходу подключена «плавающая» нагрузка — резистор R21, с которого снимается сигнал для возбуждения транзисторов выходного каскада. В выходном каскаде использовано две пары транзисторов, что позволило снимать с него до 300 Вт номинальной мощности. Резисторы в цепях базы и эмиттера устраняют последствия технологического разброса характеристик транзисторов, что позволило отказаться от подбора транзисторов по параметрам.
Напоминаем, что при использовании транзисторов одной партии разброс по параметрам между транзисторами не превышает 2% — это данные завода-изготовителя. Реально крайне редко праметры выходят из трех процентной зоны. В усилителе используются только «одно партийные» оконечные транзисторы, что совместно с балансынми резисторами позволило максимально выровнять режимы работы транзисторов между собой. Однако, если усилитель делается для себя любимого, то будет не бесполезным собрасть проверочный стенд, приведенный в конце ЭТОЙ СТАТЬИ.
Относительно схемотехники остается лишь добавить, что подобное схемотехническое решение дает еще один плюс — полная симметрия избавляет от переходных процессов в оконечном каскаде (!), т.е. в момент включения на выходе усилителя отсутсвуют какие бы то ни было выбросы, характерные большинству дискретных усилителей.

Рисунок 1 — принципиальная схема усилителя ЛАНЗАР. УВЕЛИЧИТЬ.

Рисунок 2 — внешний вид усилителя ЛАНЗАР V1.

Рисунок 3- внешний вид усилителя ЛАНЗАР МИНИ

Принципиальная схема мощного эстрадного усилителя мощности 200 Вт 300 Вт 400 Вт умзч на транзисторах высокого качества Hi-Fi УМЗЧ

Техническе характеристики усилителя мощности:

ПАРАМЕТР	НА НАГРУЗКУ
ПАРАМЕТР	8 Ом	4 Ома	2 Ома (мост на 4 Ома)
Максимальное напряжение питания, ± В	±65 В	±60 В	±40 В
Максимальная выходная мощность, Вт при искажениях до 1% и напряжении питания:
±30 В	40	85	170
±35 В	60	120	240
±40 В	80	160	320
±45 В	105	210
±50 В	135	270
±55 В	160	320
±60 В	200	390
±65 В	240
Коф усиления, дБ	24
Не линейные искажения при 2/3 от максимальной мощности, %	0,04%
Скорость нарастания выходного сигнала, не менее В/мкС	50
Входное сопротивление, кОм	22
Отношение сигнал/шум, не менее, дБ	90

Как видно из характеристик — усилитель Ланзар очень универсален и может с успехом использоваться в любых усилителях мощности, где требуются хорошие характеристики УМЗЧ и высокая выходная мощность.
Режимы работы были несколько откорректированы, что потребовалось устанавить радиатор на транзисторы VT5-VT6. Как это сделать показано на рисунке 3, пояснений пожалуй не требуется. Подобное изменение существенно снизило уровень искажений по сравнению с оригинальной схемой и сделало усилитель менее капризным к напряжению питания.
На рисунке 4 приведен чертеж расположения деталей на печатной плате и схема подключения.

Рисунок 4

Можно конечно довольно долго расхваливать этот усилитель, однако самохвальством как то не скромно заниматься. Поэтому мы решили посмотреть отзывы тех, кто слышал как это работает. Искать долго не пришлось — на форуме Паяльника это усилитель уже давно обсуждают, так что смотрите сами:

Самый первый отзыв, потом еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и еще, и даже тут…

Были конечно и отрицательные, но первый от неправильно собранного усилителя, второй от не доведенного варианта на отечественной комплектации…
Довольно часто задают вопросы как звучит усилитель. Надеемся, что не надо напоминать, что на вкус и цвет товарищей нет. Поэтому, чтобы не навязывать Вам своего мнения мы не будем отвечать на этот вопрос. Отметим одно — усилитель действительно звучит. Звук приятный, не навязчивый, детализация хорошая, при хорошем источнике сигнала.

Усилитель мощности звуковой частоты УМ ЛАНЗАР на базе мощных биполярных транзисторов позволит Вам за короткий промежуток веремени собрать очень высококачественный усилитель звуковой частоты.
Конструктивно плата усилителя выполнена в монофоническом варианте. Однако ни что не мешает приобрести 2 платы усилителя для сборки стереофонического УМЗЧ или же 5 — для сборки усилителя 5.1, хотя конечно высокая выходная мощность больше импонирует сабвуферу, но для сабвуфера он слишком хорошо играет…
Учитывая то, что плата уже запаяна и проверена Вам остается только закрепить транзисторы на теплоотводе, подать питание и отрегулировать ток покоя, в соответствии с Вашим напряжением питания.
Сравнительно низкая цена уже готовой платы усилителя мощности на 350 Вт Вас приятно удивит.
Усилитель мощности УМ ЛАНЗАР хорошо зарекомендовал себя как в автомобильной аппаратуре, так и в стационарной. Особенно популярен среди небольших самодеятельных музыкальных коллективов не обремененных большими финансами и позволяет наращивать мощность постепенно — пара усилителей + пара акустических систем. Чуть позже еще раз пара усилителей + пара акустических систем и уже выигрыш не только по мощности, но и по звуковому давлению, что так же создает эфект дополнительной мощности. Еще позже УМ ХОЛТОН 800 под сабвуфер и перевод усилителей на СЧ-ВЧ звено и в результате уже в сумме 2 кВт ОЧЕНЬ приятного звука, что вполне достаточно для любого актового зала…

Лентяйка для тех кому лень считать R3, R6:

Питание ±70 В — 3,3 кОм…3,9 кОм
Питание ±60 В — 2,7 кОм…3,3 кОм
Питание ±50 В — 2,2 кОм…2,7 кОм
Питание ±40 В — 1,5 кОм…2,2 кОм
Питание ±30 В — 1,0 кОм…1,5 кОм
Питание ±20 В — СМЕНИТЕ УСИЛИТЕЛЬ

Разумеется, что ВСЕ резисторы 1 Вт, стабилитроны на 15V желательно 1.3 Вт

По нагреву VT5, V6 — в этом случае можно увеличить радиаторы на них или увеличить их эммитерные резисторы с 10 до 20 Ом.

Про конденсаторы фильтра питания усилителя ЛАНЗАР:
При мощности трансформатора 0,4…0,6 от мощности усилителя в плечо 22000…33000 мкФ, емкости в питании УНа (про которые почему то забыли) увеличить до 1000 мкФ
При мощности трансформатора 0,6…0,8 от мощности усилителя в плечо 15000…22000 мкФ, емкости в питании УНа 470…1000 мкФ
При мощности трансформатора 0,8…1 от мощности усилителя в плечо 10000…15000 мкФ, емкости в питании УНа 470 мкФ.
Указанных номиналов вполне достаточно для качественного воспроизведения любых музыкальных фрагментов.

Поскольку данный усилитель пользуется довольно большой популярностью и довольно часто приходят вопросы о его самостоятельном изготовлении были написаны следущие статьи:
Усилители на транзисторах. Основы схемотехнки
Усилители на транзисторах. Построение симметричного усилителя
Тюнинг Ланзара и изменение схемотехники
Наладка усилителя мощности ЛАНЗАР
Увеличение надежности усилителей мощности на примере усилителя ЛАНЗАР
Предпоследняя статья довольно интенсивно использует результаты измерений параметров при помощи симулятора МИКРОКАП-8. Как пользоваться этой программой подробно описано в трилогии статей:
АМПовичок. ДЕТСКИЙ
АМПовичок. ЮНОШЕСКИЙ
АМПовичок. ВЗРОСЛЫЙ

Ну и на последок хотелось бы привести впечатления одного из поклоников данной схемы, собравшего данный усилитель самостоятельно:
Усилитель звучит очень хорошо, высокий демпинг фактор представляет совсем другой уровень воспроизведения НЧ, а высокая скорость нарастания сигнала отлично справляется с воспроизведением даже самых мельчайших звуков в ВЧ и СЧ диапазоне.
О прелестях звучания говорить можно очень много, но главное достоинство этого усилителя в том, что он не вносит ни какой окраски в звучание-он нейтральный в этом плане, и только повторяет и усиливает сигнал от источника звука.
Многие кто слышали как звучит этом усилитель(собранный по этой схеме) давали самую высокую оценку его звучанию, в качестве домашнего усилителя для высококачественных АС, а выносливость в *приближенным к военным действиям* условиям даёт шанс использовать его профессионально для озвучивания различных мероприятий на открытом воздухе, а так же в залах.
Для простого сравнения приведу пример который будет наиболее актуален среди радиолюбителей, а так же среди уже *искушенных хорошим звуком*
в музыкальной фонограмме Gregorian-Moment of Peace хор монахов настолько реалистично звучит, что кажется будто звук проходит насквозь, а женский вокал звучит так, как будто певица стоит прямо перед слушателем.
При использовании АС проверенных временем таких как 35ас012 и им подобным АС получают новое дыхание и даже на максимальной громкости звучат так же отчётливо .
К примеру для любителей громкой музыки,при прослушивании музыкального трека Korn ft. Skrillex — Get Up
Колонки с уверенностью и без заметных искажений смогли отыграть все сложные моменты.
Как противоположность этому усилителю был взят усилитель на ТДА7294 который уже на мощности менее 70вт на 1канал смог перегрузить 35ас012 так, что было отчётливо слышно как катушка НЧ динамика бьётся о керн, что чревато поломкой динамика и как следствие убыткам.
Чего нельзя сказать о усилителе *ЛАНЗАР* — даже при подводимой к этим колонкам мощности около 150Вт колонки продолжали отлично работать, а НЧ динамик был настолько хорошо управляем, что никаких посторонних звуков просто не было.
В музыкальной композиции Evanescence — What You Want
Сцена настолько проработана, что слышны даже удары барабанных палочек друг о друга А в композиции Evanescence — Lithium Official Music Video
Партия скипки сменяется электрогитарой, так что просто начинают шевелится волосы на голове, ведь ни какой *затянустости* звучания попросту нет, а быстрые переходы воспринимаются как будто перед Вами проносится болит формузы 1, одно мгновение и ВЫ погружаетесь в новый мир. Не за быв о вокале который на протяжении всей композиции вносит обобщённость к этим переходам, придавая гармоничность .
В композиции Nightwish — Nemo
Ударные звучат как выстрелы, чётко и без рамытия, а раскаты грома в начале композиции просто заставляют оглядется по сторонам.
В композиции Armin van Buuren ft. Sharon den Adel — In and Out of Love
Мы снова погружаемся в мир звуков которые пронизывают нас насквозь давая ощущение присутсвия (и это без каких либо эквалайзеров и дополнительных расшерений стереобазы)
В композиции Johnny Cash Hurt
Мы снова погружаемся в мир гармоничного звучания, а вокал и гитара звучат настолько отчётливо, что даже наростающий темп исполнения воспринимается так, как будто мы сидим за рулём мощного автомобиля и жмём педаль газа в пол, при этом не отпускаем а жмём всё сильнее.
При хорошем источнике звукового сигнала и хорошей акустике усилитель вообще *не напрягает* даже на самой высокой громкости.
Как то был у меня в гостях приятель и захотелось ему послушать на что способен этот усилитель, поставив трек в формате ААС Eagles — Hotel California он выкрутил на всю громкость, при этом со стола начали падать инструменты, грудная клетка ощущала как будто хорошо поставленые удары боксёра, стёкла позванивали в стенке, а нам было вполне комфортно слушать музыку, при этом помещение было 14.5м2 с потолком 2.4м.
Поставили ed_solo-age_of_dub , стекла в двух дверках треснули, звук ощущался всем телом, но голова не болела.

Плата, на базе которой делалось видео в формате LAY-5 ТУТ.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА УСЛИТЕЛЯ ЛАНЗАР МИНИ

Если собрать два усилка ЛАНЗАР, можно ли их мостом включить?
Можно конечно, но для начала немного лирики:
Для типового усилителя выходная мощность зависит от напряжения питания и сопротивления нагрузки. Поскольку сопотивление нагрузки у нас известно, и источники питания мы уже имеем, то сколько взять пар выходных транзисторов осталось выяснить.
Теоритически суммарная выходная мощность переменного напряжения складывается из мощности отдаваемой выходным каскадом, который состоит из двух транзисторов — один n-p-n, второй p-n-p, следовательно каждый транзистор нагружен на половину суммарной мощности. Для сладкой парочки 2SA1943 и 2SC5200 тепловая мощность составляет 150 Вт, следовательно исходя приведенного выше умозаключения с одной пары выходников можно снимать 300 Вт.
Но вот только практика показывает что в таком режиме кристал просто не успевает отдавать тепло в радиатор и тепловой пробой гарантирован, ведь транзисторы надо изолировать, а изоляционные прокладки, какими бы тонким они не были, все равно увеличивают тепловое сопротивление, да и поверхность радиатора вряд ли кто полирует до микронной точности…
Так что для нормально работы, для нормальной надежности довольно многие приняли несколько друие формулы расчета требуемого количества выходных транзисторов — выходная мощность усилителя не должна привышать тепловой мощности одного транзистора, а не суммарной мощности пары. Другими словами — если каждый танзистор выходного каскада может рассеить по 150 Вт, то выходная мощность усилителя не должна превышать 150 Вт, если выходных транзисторов две пары, то выходная мощность не должна привышать 300Вт, если три — 450, если четыре — 600.

Ну а теперь вопрос — если типовой усилитель может выдать 300Вт и мы включим два таких усилка мостом, то что произойдет?
Правильно, выходная мощность увеличится примерно раза в два, а вот тепловая мощность рассеиваемая на транзисторах увеличится в 4 раза…
Вот и получается, что для постороения мостовой схемы потребуется уже не 2 пары выходников а 4 на каждой половинке мостового усилителя.
И тут же зададим себе вопрос — а надо ли загонять 8 пар дорогих транзисторов для получения 600 Вт, если можно обойтись четырмя парами просто увеличив напряжение питания?

Ну а там конечно дело хозяйское….
Ну и несколько вариантов ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ под данный усилитель будет не лишними. Есть и авторские варианты, есть взятые из интернета, поэтому плату лучше перепроверить — будет и тренировка для ума и меньше проблем во время регулировки собранного варианта. Некоторые варианты были исправлены, так что ошибок может и не быть, а может что то и ускользнуло…
Остался не освещенным еще один вопрос — сборка усилителя ЛАНЗАР на отечественной элементной базе.
Я конечно понимаю, что крабовые палочки делаются не из крабов, а из рыбы. Так же и Ланзар. Дело в том, что во всех попытках сборки на отечественных транзисторах используются самые ходовые — КТ815, КТ814, КТ816, КТ817, КТ818, КТ819. У этих транзисторов и коф усиления меньше и частота единичного усиления, так что именно Ланзаровского звучания Вы не услышите. Но всегда есть альтернатива. В свое время Болотников и Атаев предложили что то похожее по схемотехнике, причем тоже довольно не плохо звучащее:

Подробно о том, какой мощности нужен блок питания для усилителя мощности можно помотреть на видео ниже. Для примера взят усилитель STONECOLD, однако данный замер дает понимание тог, что мощность сетевого трансформатора может быть меньше мощности усилителя примерно на 30%.

В конце статьи хотелось бы отметить, что данному усилителю необходим ДВУПОЛЯРНЫЙ блок питания, поскольку выходное напряжение формируется из положительного плеча питания и отрицательного. Схема такого источника питания приведена ниже:

О габаритной мощности трансформатора выводы можно сделать просмотрев видео выше, а вот по остальным деталям сделаю не большое пояснение.
Вторичная обмотка должна быть намотана проводом, сечение котрого расчитано на габаритную мощность трансформатора плюс поправка на форму сердечника.
Например у нас два канала по 150 Вт, следовательно габаритная мощность трансформатора должна быть не менее 2/3 от мощности усилителя, т.е. при мощности усилителя 300 Вт мощность трансформатора должна быть равна как минимум 200 Вт. При питании ±40 В на нагрузку 4 Ома усилитель как раз развивает порядка 160 Вт на канал, следовательно протекающий по проводу ток имеет значение 200 Вт / 40 В = 5 А.
Если трансформатор имеет Ш-образную форму сердечника, то напряженность в проводе не стоит превышать 2,5 А на квадратный мм сечения — так меньше нагрев провода, да и падение напряжения меньше. Если сердечник тороидальный, то напряженность можно увеличить до 3…3,5 А на 1 квадратный мм сечения провода.
Исходя из выше сказанного для нашего примера вторичка должна быть намотана двумя проводами и начало одной обмотки соединено с концов второй обмотки (точка соединения отмечена красным). Диаметр провода равен D = 2 x √S/π.
При напряженности 2,5 А получаем диаметр 1,6 мм, при напряженности 3,5 А получаем диаметр 1,3 мм.
Диодный мост VD1-VD4 мало того, что должен спокойно выдерживать получившийся ток в 5 А, он должне выдерживать ток, который возникает в момент включения, когда необходимо зарядить конеднсаторы фильтра питания С3 и С4, а чем больше напряжение, чем больше емкость, тем выше значение этого стартового тока. Поэтому диоды должны быть как минимум на 15 Ампер для нашего примера, а в случае увеличения напряжения питания и использования усилителей с двумя парами транзисторов в оконечном каскаде нужны диоды на 30-40 ампер или система мягкого старта.
Емкость конденсаторов С3 и С4 исходя из Советской схемотехники 1000 мкФ на каждые 50 Вт мощности усилителя. Для нашего примера суммарная выходная мощнсоть составляет 300 Вт, это 6 раз по 50 Вт, следовательно емкость конденсаторов фильтра питания должна быть 6000 мкФ в плечо. Но 6000 не типовое значение, поэтому округляем до типового в большую сторону и получаем 6800 мкФ.
Откровенного говоря такие конденсаторы попадаются не часто, поэтому ставим в каждое плечо по 3 конденсатора на 2200 мкФ и получаем 6600 мкФ, что вполне приемлемо. Вопрос можно решить несколько проще — использовать по одному конденсатору на 10000 мкФ

Адрес администрации сайта: [email protected]

Каталог радиолюбительских схем. Транзисторный усилитель мощности низкой частоты без ООС

Транзисторный усилитель мощности низкой частоты без ООС

Алексей Зызюк, г.Луцк

В последнее время конструкторы усилителей мощности низкой частоты всё чаще обращаются к ламповой схемотехнике, которая позволяет при сравнительной простоте конструкции достигать хорошего звучания. Но не следует полностью «списывать» транзисторы, поскольку при определенных обстоятельствах транзисторный УМЗЧ все-таки способен работать довольно неплохо, а часто и лучше ламп… Автору этой статьи довелось перепробовать большое количество УМЗЧ. Один из таких наиболее удачных «биполярных» вариантов и предлагается на суд читателей. В основе идеи хорошей работы лежит условие симметричности обоих плеч УМЗЧ. Когда обе полуволны усиливаемого сигнала претерпевают подобные преобразовательные процессы, можно ожидать удовлетворительной работы УМЗЧ в качественном отношении.

SRC=»»>

Еще в недалеком прошлом непременным и достаточным условием хорошей работы любого УМЗЧ считалось обязательным введение глубоких ООС. Бытовало мнение о невозможности создания высококачественных УМЗЧ без глубоких общих ООС. К тому же авторы конструкций убедительно уверяли, что, мол, нет необходимости в подборе транзисторов для работы их в парах (плечах), ООС все скомпенсирует и разброс транзисторов по параметрам на качество звуковоспроизведения не влияет!

Эпоха УМЗЧ, собранных на транзисторах одной проводимости, например, популярных КТ808. предполагала включение выходных транзисторов УМЗЧ уже неравноправно, когда один транзистор выходного каскада был включен по схеме с ОЭ, второй же — с ОК. Такое асимметричное включение не способствовало качественному усилению сигнала. С приходом КТ818, КТ819, КТ816. КТ817 и др., казалось бы, проблема линейности УМЗЧ решена. Но перечисленные комплементарные пары транзисторов «по жизни» слишком далеки от истинной комплементарности.

Не будем углубляться в проблемы некомплементарности вышеперечисленных транзисторов, которые весьма широко используются в различных УМЗЧ. Следует лишь подчеркнуть тот факт. что при равных условиях (режимах) этих транзисторов обеспечить их комплементарную работу в двухтактных усилительных каскадах достаточно сложно. Хорошо об этом сказано в книге Н.Е.Сухова [1].

Я вовсе не отрицаю возможность достижения хороших результатов при создании УМЗЧ на комплементарных транзисторах. Для этого нужен современный подход в схемотехнике таких УМЗЧ, с обязательным тщательным подбором транзисторов для работы в парах (ключах). Доводилось мне конструировать и такие УМЗЧ, которые являются своеобразными продолжениями высококачественного УМЗЧ Н.Е.Сухова [2], но о них — как нибудь в другой раз. Касаясь симметричности УМЗЧ, как главного условия хорошей его работы — следует сказать следующее. Оказалось, что более высокими качественными параметрами обладает УМЗЧ, собранный по действительно симметричной схеме и непременно на транзисторах одинакового типа (с обязательной подборкой экземпляров). Подбирать же транзисторы намного легче, если они из одной партии. Обычно экземпляры транзисторов из одной партии имеют довольно близкие параметры против «случайно» приобретенных экземпляров. Из опыта можно сказать, что из 20 шт. транзисторов (стандартное количество одной пачки) почти всегда можно отобрать две пары транзисторов для стереокомплекса УМЗЧ. Были случаи и более «удачного улова» — по четыре пары из 20 штук. О подборе транзисторов расскажу несколько позже.

Принципиальная схема УМЗЧ изображена на рис.1. Как видно из схемы, она довольно простая. Симметричность обоих плеч усилителя обеспечена симметричностью включений транзисторов.

Известно, что дифференциальный каскад обладает многими преимуществами перед обычными двухтактными схемами. Не углубляясь в теорию, следует подчеркнуть, что в данной схеме заложено правильное «токовое» управление биполярными транзисторами. Транзисторы дифференциального каскада обладают повышенным выходным сопротивлением (намного большим традиционной «раскачки» по схеме с ОК), поэтому их можно рассматривать как генераторы тока (источники тока). Таким образом реализуется токовый принцип управления выходными транзисторами УМЗЧ. Очень точно сказано о влиянии согласования по сопротивлениям между транзисторными каскадами на уровень нелинейных искажений в [3]: «Известно, что нелинейность входной характеристики транзистора Iб=f(Uбэ) в наибольшей степени проявляется тогда, когда усилительный каскад работает от генератора напряжения, т.е. выходное сопротивление предыдущего каскада меньше входного сопротивления последующего. В этом случае выходной сигнал транзистора — ток коллектора или эмиттера — аппроксимируется экспоненциальной функцией напряжения база эмиттер Uбэ, а коэффициент гармоник порядка 1% достигается при величине этого напряжения, равном всего 1 мВ (!). Это объясняет причины возникновения искажений во многих транзисторных УМЗЧ. Очень жаль. что этому факту практически никто не уделяет должного внимания. Что уж там, транзисторы «умирают» в УМЗЧ (как динозавры?!), словно нет никакого выхода из сложившихся обстоятельств, кроме как применения ламповых схем…

Но прежде чем приступить к намотке трудоемкого выходного трансформатора, стоит все-таки повозиться и с симметричной транзисторной схемой УМЗЧ. Забегая вперед, скажу еще о том, что по аналогичной схемотехнике были собраны и УМЗЧ на полевых транзисторах, об этом поговорим как-нибудь в другой раз.

Еще одна особенность схемы рис.1 — это повышенное (по сравнению с традиционными УМЗЧ) количество источников питания. Не следует этого бояться, поскольку емкости фильтрующих конденсаторов попросту разделяются на два канала в равной степени. А разделение источников питания в каналах УМЗЧ лишь улучшают параметры стереокомплекса в целом. Напряжения источников E1 и E2 не стабилизированы, а в качестве EЗ необходимо использовать стабилизатор напряжения (40 вольт).

Говоря о теоретических проблемах двухтактных схем и транзисторных УМЗЧ вообще, необходимо проанализировать еще один каскад (или несколько таковых каскадов) — фазоинвертор. Продолжительные эксперименты подтверждают факт существенного ухудшения качества звуковоспроизведения из-за этих каскадов. Собрав совершенно симметричную схему, да еще и с кропотливо подобранными деталями, приходится столкнуться с проблемой схем фазоинверторов. Было установлено, что эти каскады способны вносить очень большие искажения (различие формы синусоиды для полуволн можно было наблюдать на экране осциллографа даже без использования каких-либо дополнительных схем). Сказанное в полной мере относится и к простым схемам ламповых вариантов усилителей-фазоинверторов. Вы подбираете номиналы в схеме с тем, чтобы получить равенство амплитуд обеих полуволн (синусоиды) противофазного сигнала по высококлассному цифровому вольтметру, а субъективная экспертиза требует (на слух !) поворота движков подстроечных резисторов в сторону от этого «приборного» способа регулировки уровней.

Всматриваясь в форму синусоиды на экране осциллографа, удается увидеть «интересные» искажения — на одном выходе фазоинвертора они шире (по оси частот), на другом — «тоньше», т.е. площадь фигуры синусоид различна для прямого и фазоинверсного сигналов. Слух это четко улавливает, приходится «разрегулировать» настройку. Выравнивать же синусоиду в фазоинверсных каскадах глубокими ООС крайне нежелательно. Устранять нужно причины асимметрии в этих каскадах другими схемотехническими путями, в противном случае фазоинверсный каскад может вносить весьма заметные на слух «транзисторные» искажения, уровень которых будет сопоставим с искажениями выходного каскада УМЗЧ (!). Вот так и случается, что фазоинвертор является основным узлом асимметрии для любых двухтактных УМЗЧ (будь-то транзисторных, ламповых или комбинированных схем УМЗЧ), если, конечно же, усилительные элементы в плечах заранее отобраны с близкими параметрами, иначе нет смысла вообще ожидать от таких схем хорошего звучания.

Из самых простых в реализации фазоинверсных схем, которые хорошо работают, являются ламповые варианты. Более простыми их «аналогами» являются полевые транзисторы, которые (только !) при грамотном схемотехническом подходе вполне способны конкурировать с ламповыми усилителями. И если уж аудиофилы не боятся применения согласующих трансформаторов в выходных каскадах, где это «железо» все равно «звучит», то уж и в предыдущих каскадах можно со спокойной совестью применять трансформаторы. Я имею в виду фазоинверсные каскады, где амплитуда тока (а именно эта составляющая пагубно влияет на «железо») невелика, а амплитуда напряжения достигает значения всего лишь в несколько вольт.

Бесспорно, что любой трансформатор — это своеобразный шаг назад в схемотехническом отношении в век гигагерцовых Pentium’ов. Но есть несколько «но», о которых весьма уместно иногда вспомнить. Первое — грамотно изготовленный переходной или согласующий трансформатор никогда не внесет столько нелинейных искажений, сколько могут внести самых разнообразных искажений несколько «неправильных» усилительных каскадов. Второе — трансформаторный фазоинвертор действительно позволяет достигнуть реальной симметрии противофазных сигналов, сигналы с его обмоток по-настоящему близки друг к другу как по форме, так и по амплитуде. К тому же он — пассивный, и его характеристики не зависят от питающих напряжений. И если ваш УМЗЧ реально симметричен (в данном случае имеются в виду его входные импедансы), то асимметрия УМЗЧ будет уже определяться более разбросом параметров радиокомпонентов в плечах УМЗЧ, чем фазоинверсным каскадом. Поэтому не рекомендуется использовать в таком УМЗЧ радиоэлементы с допусками более 5% (исключения лишь составляют цепи генератора тока, питающего дифференциальный каскад). Следует отдавать себе отчет, что при разбросах параметров транзисторов в плечах УМЗЧ более 20% точность резисторов уже теряет свою актуальность. И наоборот, когда используются хорошо подобранные транзисторы, имеет смысл применять резисторы с допуском 1%. Их конечно же, можно и подобрать с помощью хорошего цифрового омметра.

Одна из наиболее удачных схемотехнических разработок фазоинвертора представлена на рис.2.

Кажущаяся слишком простой, она все же требует пристального внимания к себе, поскольку имеет несколько «секретов». Первый из таких — это правильный выбор транзисторов по параметрам. Транзисторы VT1 и VT2 не должны иметь значительных утечек между электродами (имеется в виду переходы затвор-исток). Кроме того, транзисторы должны иметь близкие параметры, особенно это касается начального тока стока — сюда наиболее подходят экземпляры с Iс.нач. 30-70 мА. Напряжения питания должны быть стабилизированы, правда коэффициент стабилизации блока питания существенной роли не играет, к тому же, отрицательное напряжение можно взять и со стабилизатора УМЗЧ. Чтобы электролитические конденсаторы поменьше вносили своих искажений, они зашунтированы неэлектролитическими — типа К73-17.

Немного подробнее рассмотрим особенности изготовления главного узла в этой схеме — фазорасщепительного (фазоинверсного) трансформатора. От аккуратности его изготовления зависит как индуктивность рассеяния, так и диапазон эффективно воспроизводимых частот, не говоря уже об уровне различных искажений. Так вот, два основных секрета технологического процесса изготовления этого трансформатора таковы. Первое — необходимость отказаться от простой намотки обмоток. Привожу два использованных мною варианта намотки этого трансформатора. Первый — изображен на рис.3, второй — на рис.4. Суть метода такой намотки заключается в следующем. Каждая из обмоток (I, II или III) состоит из нескольких обмоток, содержащих строго одинаковое количество витков. Необходимо избегать какой бы то ни было ошибки в количестве витков, т.е. разницы в витках между обмотками. Поэтому решено было производить намотку трансформатора давно проверенным способом. По рис.3 используется шесть проводов (например, ПЭЛШО-0,25). Заранее рассчитывают необходимую длину обмоточного провода (не всегда же и не у каждого радиолюбителя окажется под рукой шесть бухт провода одного диаметра), складывают шесть проводов вместе и производят намотку всех обмоток одновременно. Далее необходимо лишь найти отводы нужных обмоток и соединить их попарно-последовательно.

По рис.4 использовалось девять проводников для этого варианта. И еще, мотать необходимо так, чтобы провода одного витка не расходились в разные стороны далеко-широко один от другого, а держались общего рулона вместе. Мотать же отдельными проводами недопустимо, трансформатор будет буквально «звенеть» во всем диапазоне звуковых частот, индуктивность рассеяния увеличится, возрастут и искажения УМЗЧ из-за асимметрии сигналов на выходах трансформатора.

Да и ошибиться очень легко можно при отдельных способах намотки симметричных обмоток. А ошибка в несколько витков дает о себе знать несимметричностью противофазных сигналов. Если уж продолжать откровенно, то был изготовлен трансформатор фазоинвертора (в единственном роде, экземпляре) в … 15 жил. Был эксперимент, который вошел в коллекцию прекрасно звучащих конструкций УМЗЧ. Еще раз хочется сказать о том, что не трансформаторы виноваты в плохой работе некоторых схем, а их конструкторы. Во всем мире весьма расширилось производство ламповых УМЗЧ, их подавляющее большинство содержит разделительные трансформаторы (вернее, согласующие), без которых ламповый каскад (типовая схема двухтактного выходного каскада содержит 2-4 лампы) просто невозможно согласовать с низкоомными акустическими системами. Есть, конечно же, и экземпляры «суперламповых» УМЗЧ, где нет выходных трансформаторов. Их место заняли либо мощные комплементарные пары полевых транзисторов или … батарея мощных ламповых триодов, соединенных параллельно. Но эта тема уже выходит за рамки данной статьи. В нашем случае все гораздо проще. Транзистор VT1 (рис.2) МОП-типа, включенный по схеме с общим стоком (истоковый повторитель) работает на генератор тока (источник тока), выполненный на транзисторе VT2. Применять мощные полевые транзисторы типа КП904 не следует, у них повышенные входные и проходные емкости, что не может не сказаться на работе этого каскада.

Еще один камень преткновения, серьезная проблема в создании широкополосного трансформатора ожидает конструктора при выборе магнитопровода. Здесь уместно кое-что добавить к тому, что можно встретить в доступной радиолюбителю литературе. Различные варианты конструкций как у радиолюбителей, так и у профессионалов предлагают использование разных материалов магнитопроводов трансформаторов, которые не доставляли бы хлопот как при их приобретении, так и при их использовании. Суть методов такова.

Если ваш УМЗЧ будет работать на частотах выше 1 кГц, то можно смело использовать ферритовые сердечники. Но отдавать предпочтение следует экземплярам магнитопроводов с наибольшей магнитной проницаемостью, очень хорошо работают сердечники от строчных трансформаторов телевизоров. Следует предостеречь конструкторов от использования сердечников, которые уже находились длительное время в эксплуатации. Известно, что ферритовые изделия теряют с «возрастом» свои параметры, в том числе и начальную магнитную проницаемость, «неповторимая» старость их убивает не меньше, чем, например, магниты длительно эксплуатируемых громкоговорителей, о чем почему-то почти все умалчивают.

Далее о сердечниках — если УМЗЧ используют в качестве басового варианта, то смело можно применять традиционные Ш-образные пластинчатые варианты магнитопроводов. Необходимо подчеркнуть, что экранировка всех таких трансформаторов почти везде была необходимостью и потребностью. Что уж тут поделаешь, за все необходимо расплачиваться. Обычно было достаточным изготовление «кокона» из обычной кровельной жести толщиной 0,5 мм.

На НЧ хорошо работают и тороидальные сердечники. Кстати, их использование упрощает уничтожение всевозможных наводок со стороны сетевых трансформаторов. Здесь сохраняется «обратимость» преимущества тороидального сердечника — в сетевом варианте он отличается малым внешним полем излучения, во входных же (сигнальных) цепях — он малочувствителен к внешним полям. Что же касается широкополосного варианта (20 — 20 000 Гц), то наиболее правильным будет применение двух разных видов сердечников, размещенных рядом, в одном окне каркаса для намотки обмоток трансформатора. При этом устраняется завал как на высоких частотах (здесь работает ферритовый сердечник), так и на низких частотах (здесь работает трансформаторная сталь). Дополнительного улучшения звуковоспроизведения в области 1-15 кГц добиваются покрытием пластин стального сердечника лаком, как это делают в ламповых УМЗЧ. При этом каждая пластина «работает индивидуально» в составе сердечника, чем и достигается уменьшение всевозможных потерь на вихревые токи. Нитролак высыхает быстро, тонким слоем его наносят простым окунанием пластины в посуду с лаком.

Многим может показаться слишком кропотливой такая технология изготовления трансформатора в фазоинверторе, но поверьте на слово — «игра стоит свеч», ибо «что посеешь, то и пожнешь». А насчет сложности, «нетехнологичности» можно сказать следующее — за один выходной день удавалось без спешки изготовить два таких трансформатора, да и распаять их обмотки в необходимом порядке, что не скажешь о выходных трансформаторах для ламповых УМЗЧ.

Теперь несколько слов о количестве витков. Теория требует увеличения индуктивности первичной обмотки (I), с ее увеличением расширяется диапазон воспроизводимых частот в сторону более низких частот. Во всех конструкциях вполне достаточной была намотка обмоток до заполнения каркаса, диаметр провода применялся 0,1 — для 15 жил, 0,15 — для 9 жил и 0,2 для 6-жильного варианта. В последнем случае использовался и имеющийся ПЭЛШО 0,25.

Для тех же. кто не переносит трансформаторы :-), есть и бестрансформаторный вариант — рис.5.

Это простейший. но вполне звучащий вариант схемы фазоинверторного каскада, который использовался не только в симметричных схемах УМЗЧ, но и в мощных мостовых УМЗЧ. Простота зачастую обманчива, поэтому ограничу себя в критике подобных схем, но осмелюсь сказать, что площади синусоид отсимметрировать довольно сложно, зачастую необходимо вводить дополнительные цепи смещения и балансировок, а качество звуковоспроизведения при этом оставляет желать лучшего. Несмотря на вносимые трансформаторами фазовые, амплитудно-частотные искажения, они позволяют достигнуть практически линейной АЧХ в области звуковых частот, т.е. во всем диапазоне 20 Гц — 20 000 Гц. От 16 кГц и выше могут сказаться емкости обмоток, но частично уйти в сторону от этой проблемы позволяет дополнительно увеличенная площадь сечения магнитопровода. Правило простое, подобное сетевым трансформаторам: увеличив площадь сечения магнитопровода сердечника трансформатора, например, в два раза. смело уменьшают количество витков обмоток в два раза и т.д.

Расширить область эффективно воспроизводимых частот вниз, т.е. ниже 20 Гц, можно следующим способом. Полевые транзисторы (VT1, VT2 — рис.2) применяют с большими значениями Iс.нач. и увеличивают емкость конденсатора C4 до 4700 мкф. Электролитические конденсаторы работают значительно чище, если к ним приложено прямое поляризующее напряжение в несколько вольт. Очень удобно в этом случае поступать следующим образом. Устанавливают в верхний (по схеме) транзистор VT1 экземпляр с начальным током стока большим, нежели у транзистора VT2. Можно поступить и еще более «эффективно», применив балансировочный резистор для транзистора VT2, фрагмент схемы с таким резистором показан на рис.6.

Первоначально движок подстроечного резистора R2′ находится в нижнем (по схеме) положении, перемещение его движка вверх вызывает увеличение тока стока транзистора VT2, потенциал на положительной обкладке конденсатора C4 становится более отрицательным. Обратный процесс происходит при противоположном перемещении движка резистора R2. Таким образом можно отрегулировать каскад по наиболее подходящим режимам, особенно, когда нет транзисторов (VT1 и VT2) с близкими значениями Iс.нач., а устанавливать приходится то, что есть под рукой…

Довольно подробно я остановился на такой как будто бы очень простой схеме. Она-то простая, но не примитивная. Есть у нее и неоспоримые преимущества по сравнению с «всепропускающими» гальванически соединенными схемами усилителей-фазоинверторов. Первый такой плюс — это подавление инфранизкочастотных помех (например в ЭПУ), второй же — «отсечка» ультразвуковых помех вроде мощных радиостанций, различных ультразвуковых установок и др. И еще одно положительное свойство такой схемы следует подчеркнуть особо. Речь идет об отсутствии каких-либо проблем при стыковке отличных симметричных схем с асимметричным входом. Стоит взглянуть на рис.5, и сразу становится понятно (если человек имел с этим дело!), что проблема потенциалов здесь просто не решена никак. Частично ее решают заменой электролитического конденсатора на батарею параллельно соединенных неэлектролитических, мол временная задержка подключения АС все решит. Задержка во времени подключения акустических систем к УМЗЧ щелчки и выбросы при включении действительно устраняет, но вопрос возникновения дополнительных искажений изза разных потенциалов и разных выходных импедансов фазоинвертора решить она никак не может. Данная схема усилителя-фазоинвертора (рис.2) успешно использовалась с различными УМЗЧ, в том числе и с ламповыми симметричными.

В последнее время в периодических изданиях можно найти схемы УМЗЧ на мощных КП901 и КП904. Но не упоминают авторы о том, что полевые транзисторы следует отбраковывать на токах «утечки». Если, к примеру, VT1 и VT2 (в схеме рис.2) однозначно необходимо использовать высококачественные экземпляры, то в каскадах с большими амплитудами напряжений и токов, а главное — там, где входное сопротивление МОП транзистора (его уменьшение) роли не играет, можно применять и худшие экземпляры. Достигнув максимальных значений утечек, МОП транзисторы, как правило, стабильны в будущем и дальнейшего ухудшения их параметров уже не наблюдается со временем (в большинстве случаев).

Число транзисторов с повышенными утечками в цепи затвора, например, в одной пачке (стандарт — 50 шт.) может колебаться от 10 до 20 шт. (а то и более). Отбраковать мощные транзисторы не составляет большого труда — достаточно собрать своеобразный стенд, например, по рис.6 и включить в цепь затворов цифровой амперметр (стрелочные приборы в этом случае слишком чувствительны к перегрузкам и неудобны из-за необходимости многократных переключений с диапазона на диапазон).

Отличными следует считать экземпляры МОП транзисторов (речь идет применительно к схеме рис.2 — VT1, VT2), у которых ток затвора менее 10 мкА, лучшие экземпляры вообще не обнаруживают этого тока (на пределе 100 мкА).

А теперь, когда фазоинвертор уже изготовлен, можно приступать и к схеме рис.1, т.е. вернуться непосредственно к УМЗЧ. Широко распространенные разъемы (гнезда) СШ-3, СШ-5 и им подобные вообще использовать нельзя, как это делают многие конструкторы и делали заводы-изготовители. Контактное сопротивление такого соединения значительно (0,01 — 0,1 Ом!) и еще колеблется в зависимости от протекающего тока (с увеличением тока сопротивление растет!). Поэтому следует применять мощные разъемы (например, от старой военной радиоаппаратуры) с малым сопротивлением контактов. То же касается и контактов реле в блоке защиты АС от возможного появления на выходе УМЗЧ постоянного напряжения. И не надо их охватывать (контактные группы) какими-либо обратными связями для уменьшения искажений. Поверьте на слово, что на слух (субъективная экспертиза) их практически не слышно (при достаточно малых сопротивлениях контактов), чего не скажешь об «электронных» искажениях, вносимых всеми усилительными каскадами, конденсаторами и другими компонентами УМЗЧ, которые непременно вносят яркие краски в общую картину звуковоспроизведения. Свести к минимуму всевозможные искажения можно рациональным использованием усилительных каскадов (особенно это касается усилителей напряжения — чем их меньше, тем лучше качество усиленного сигнала). В данном УМЗЧ всего один каскад усиления напряжения — это транзистор VT3 (левое плечо) и VT4 (правое плечо). Каскад на транзисторах VT6 и VT5 всего лишь согласующие (токовые) эмиттерные повторители. Транзисторы VT3 и VT4 отбирают с h31э более 50, VT6 и VT5 — более 150. В этом случае никаких проблем при работе УМЗЧ на больших мощностях возникать не будет. Напряжение отрицательной обратной связи по постоянному и переменному току поступает на базы транзисторов VT6 и VT5 через резисторы R24 и R23. Глубина этой ОС всего около 20 дБ, поэтому динамические искажения в УМЗЧ отсутствуют, но такой ОС вполне достаточно для поддержания режимов выходных транзисторов VT7 и VT8 в необходимых пределах. УМЗЧ достаточно устойчив к ВЧ самовозбуждению. Простота схемы позволяет его быстро размонтировать, поскольку допускается независимое отключение питания (-40 В) драйвера и оконечных транзисторов (2 x 38 В). Полная симметрия усилителя способствует снижению нелинейных искажений и снижению чувствительности к пульсациям питающего напряжения, а также дополнительному подавлению синфазных помех, поступающих на оба входа УМЗЧ. Недостаток усилителя состоит в значительной зависимости нелинейных искажений от h31э примененных транзисторов, но если транзисторы будут иметь h31 вых = 70 Вт) равно 1,7 В (эффективное значение).

На транзисторах VT1 и VT2 выполнен источник (генератор тока), питающий дифференциальный каскад (драйвер). Величину этого тока 20…25 мА устанавливают подстроечным резистором R3 (470 Ом). Поскольку от этого тока зависит и ток покоя, то и для термостабилизации последнего транзистор VT1 размещен на теплоотводе одного из транзисторов выходного каскада (VT7 или VT8). Увеличение температуры теплоотвода выходного транзистора соответственно передается размещенному на этом теплоотводе транзистору VT1, при нагревании же последнего происходит снижение отрицательного потенциала на базе транзистора VT2. Это призакрывает транзистор VT2, ток через него уменьшается, что соответствует уменьшению тока покоя выходных транзисторов VT7 и VT8. Таким образом и осуществляется стабилизация тока покоя выходных транзисторов при значительном нагревании их теплоотводов. Несмотря на кажущуюся простоту реализации такой термостабилизации, она достаточно эффективна и никаких проблем в надежности УМЗЧ не было. Очень удобно контролировать токи дифференциальных транзисторов (VT3 и VT4) по падению напряжения на резисторах R7 и R15 или R21 и R26. Подстроечный резистор R11 — балансировочный, служит для установки нулевого потенциала на громкоговорителе (на выходе УМЗЧ).

Схема узла защиты громкоговорителей (рис.7) выполнена по традиционной схеме.

Поскольку была выбрана конструкция размещения УМЗЧ в раздельных корпусах, то и узлы защиты акустических систем у каждого УМЗЧ были свои. Схема защиты АС проста и надежна, этот вариант прошел длительную проверку во многих конструкциях и зарекомендовал себя как хороший и надежный, не раз «спасающий» жизнь дорогостоящих громкоговорителей. Удовлетворительной работой схемы можно считать срабатывание реле К1 при подаче постоянного напряжения 5 В между точками А и Б. Очень просто это проверить с помощью регулируемого блока питания (с изменяемым выходным напряжением). В разных конструкциях применялись различные типы реле, так же изменялось и напряжение блока питания этого узла в пределах 30-50 В (для больших значений этого напряжения следует заменить транзисторы VT1 и VT2 на более высоковольтные экземпляры, например КТ503Е и др.)

Предпочтение для использования в блоке защиты следует отдавать экземплярам реле с наиболее сильноточными группами контактов, с большой площадью поверхностей соприкосновения контактов. А вот реле РЭС-9 или РЭС-10 вообще применять не следует — при больших выходных мощностях УМЗЧ они начинают вносить свои «неповторимые» окраски в усиленный сигнал. Блок защиты АС питают от отдельного выпрямителя, причем необходимо исключить какие-либо гальванические соединения этого блока с УМЗЧ, за исключением лишь датчиков выходных напряжений — точки А и Б подключены к выходам УМЗЧ.

Драйверы обоих каналов можно запитать от одного общего стабилизатора напряжения. При этом оба канала УМЗЧ объединяют в один корпус, а блоки питания собраны в другом корпусе. Естественно, здесь широкое поле выбора для каждого конкретного случая, кому что более подходит в конструктивном исполнении. Схема одного из вариантов стабилизатора для питания драйверов изображена на рис.8.

На транзисторе VT1 собран генератор тока, питающий транзистор VT2, необходимое напряжение на выходе стабилизатора устанавливают подстроечным резистором R6. Следует подчеркнуть, что от напряжения этого стабилизатора зависит в первую очередь максимальная выходная мощность УМЗЧ. Но увеличивать напряжение свыше 50 В не рекомендуется из-за возможного выхода из строя транзисторов VT3 и VT4 драйвера. Суммарное напряжение стабилизации стабилитронов должно быть в пределах 27-33 В. Ток через стабилитроны подбирается резистором R4. Резистор R1 ограничительный (по току), предотвращает выход из строя регулирующего транзистора VT2. Последнее вполне вероятно в процессе налаживания, при этом повышение питания драйвера сможет вывести весь УМЗЧ из строя. После налаживания УМЗЧ резистор R1 в стабилизаторе можно замкнуть отрезком провода, а можно этого и не делать, поскольку драйверы потребляют ток всего лишь немногим более 50 мА — влияние резистора R1 на параметры стабилизатора незначительны при малых нагрузочных токах.

При блочной конструкции придется полностью разделять питания обоих УМЗЧ, в том числе и драйверов. Но в любом случае для питания драйвера необходим отдельный выпрямитель со своей обмоткой в трансформаторе. Схема выпрямителя изображена на рис.9.

В каждом канале УМЗЧ используется свой трансформатор питания. Такой вариант конструктивного исполнения имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционным использованием одного трансформатора. Первое, что удается, так это уменьшить высоту блока в целом, поскольку размеры (высота) сетевого трансформатора значительно снижается при раздетых питающих трансформаторах для каждого УМЗЧ. Далее, легче производить намотку, поскольку диаметр намоточных проводов без ущерба для мощности УМЗЧ можно снижать в 1,4 раза. В связи с этим и сетевые обмотки можно включать противофазно для уменьшения сетевых наводок (это очень помогает компенсировать излучение полей трансформаторов, особенно при размещении в одном корпусе с УМЗЧ других схем усилителей — блоков тембров, регулировки громкости и т.п.). Разделение питающих цепей выходных транзисторов УМЗЧ позволяет увеличить и качество воспроизводимого сигнала, особенно на низких частотах (переходные искажения в каналах на НЧ также снижаются). Для снижения уровня интермодуляционных искажений, вызываемых сетевым питанием, в трансформаторы введены электростатические экраны (один слой провода, намотанного виток к витку).

Во всех вариантах конструкций УМЗЧ использованы тороидальные магнитопроводы для трансформаторов. Намотка производилась вручную с помощью челноков. Можно порекомендовать и упрощенный вариант конструкции блока питания. Для этого используют фабричный ЛАТР (хорошо подходит девятиамперный экземпляр). Первичная обмотка как самая трудная в процессе намотки — уже готовая, необходимо лишь намотать экранную обмотку и все вторичные и трансформатор прекрасно будет работать. Окно у него достаточно просторное для размещения обмоток для обоих каналов УМЗЧ. Кроме того, при этом можно драйверы и усилителифазоинверторы запитать от общих стабилизаторов, «сэкономив» в этом случае две обмотки. Недостаток такого трансформатора — большая высота (кроме, конечно же, и вышеперечисленных обстоятельств).

SRC=»»>

Теперь о деталях. Устанавливать низкочастотные диоды (вроде Д242 и им подобных) для питания УМЗЧ не следует — увеличатся искажения на высоких частотах (от 10 кГц и выше), кроме того в схемы выпрямителей были дополнительно внесены керамические конденсаторы, позволяющие снизить интермодуляционные искажения, вызываемые изменением проводимости диодов в момент их коммутации. Таким образом снижается влияние сетевого питания на УМЗЧ при его работе на высоких частотах звукового диапазона. Еще лучше обстоит дело с качеством при шунтировании электролитических конденсаторов в сильноточных выпрямителях (выходные каскады УМЗЧ) неэлектролитическими. При этом на слух и первое и второе дополнение схем выпрямителей достаточно отчетливо воспринималось субъективной экспертизой — проверкой на слух работы УМЗЧ, отмечалась более естественная его работа при воспроизведении нескольких ВЧ-составляющих разных частот.

О транзисторах. Заменять транзисторы VT3 и VT4 худшими по частотным свойствам экземплярами (КТ814, например) не стоит, коэффициент гармоник возрастает при этом не менее, чем в два раза (на ВЧ-участке и того более). На слух это очень хорошо заметно, средние частоты воспроизводятся неестественно. С целью упрощения конструкции УМЗЧ в выходном каскаде использованы составные транзисторы серии КТ827А. И хотя они, в принципе, достаточно надежны, их все же необходимо проверять на максимально выдерживаемое (у каждого экземпляра оно свое) напряжение коллектор-эмиттер (имеется в виду прямое напряжение Uкэmax. для закрытого транзистора). Для этого базу транзистора соединяют с эмиттером через резистор 100 Ом и подают, плавно увеличивая, напряжение: на коллектор — плюс, на эмиттер — минус. Экземпляры, обнаруживающие протекание тока (предел амперметра — 100 мкА) для Uкэ = 100 В не пригодны для данной конструкции. Они могут работать, но это не надолго… Экземпляры же без таких «утечек» работают надежно годами, не создавая никаких проблем. Схема стенда для испытаний изображена на рис.10.

Естественно, что параметры серии КТ827 желают быть лучшими, особенно это касается их частотных свойств. Поэтому их заменяли «составными» транзисторами, собранными на КТ940 и КТ872. Необходимо лишь отобрать КТ872 с возможно большим h31э, поскольку у КТ940 недостаточно велик Iкmax. Такой эквивалент просто отлично работает во всем звуковом диапазоне, а особенно на высоких частотах. Схема включения двух транзисторов вместо одного составного типа КТ827А изображена на рис.11. Транзистор VT1 можно заменить на КТ815Г, a VT2 — практически любым мощным (Pк > 50 Вт и с Uэ > 30.

Резисторы применены типов С2-13 (0,25 Вт), МЛТ. Конденсаторы типов К73-17, К50-35 и др. Налаживание правильно (без ошибок) собранного УМЗЧ заключается в установке тока покоя транзисторов выходного каскада УМЗЧ — VT7 и VT8 в пределах 40-70 мА. Очень удобно контролировать значение тока покоя по падению напряжения на резисторах R27 и R29. Ток покоя задают резистором R3. Близкое к нулевому постоянное выходное напряжение на выходе УМЗЧ устанавливают балансировочным резистором R11 (добиваются разности потенциалов не более 100 мВ).

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Сухов Н.Е. и др. Техника высококачественного звуковоспроизведения — Киев, «Техника», 1985
2. Сухов Н.Е. УМЗЧ высокой верности. — «Радио», 1989 — №6, №7.
3. Сухов Н.Е. К вопросу об оценке нелинейных искажений УМЗЧ. — «Радио», №5. 1989.

Размещено на нашем сайте по официальному разрешению Николая Сухова и журнала Радиохобби.

Мостовые усилители мощности

Известен класс усилителей, называемых мостовыми, в которых незаземленная нагрузка подключается к выходам усилителя с противофазными выходными сигналами. К достоинствам таких схем можно отнести учетверенную максимальную выходную мощность при том же напряжении питания, по сравнению с усилителями мощности с одиночным выходом и заземленной нагрузкой. Кроме того такие схемы создают симметричные токовые пульсации по цепям питания с удвоенной частотой сигнала, что упрощает построение источников питания (соответствующей мощности), исключая возможные условия появления перекосов выходных двуполярных напряжений. Это актуально для усилителей типа УПТ и не только. Кроме того мостовые усилители не вызывают появление сильноточных сигнальных токов по «общему» проводу, что намного улучшает совместимость узлов в многоканальной (например, стерео) аппаратуре.

Мостовые схемы усилителей встречаются и в некоторых рекомендациях по применению микросхем-усилителей мощности. Если разобрать, например, даташитовскую схему на TDA2030 по «косточкам», получим два усилителя мощности, включенных последовательно. Первый усилитель — неинвертирующий, второй — инвертирующий. Между их выходами включена нагрузка. Понятно, что на выходе второго усилителя будет увеличенный уровень гармоник, так как входной сигнал пройдет по цепочке из двух усилительных звеньев. Кроме того второй усилитель добавит временную задержку на время прохождения сигнала через него. Вытекающие недостатки — очевидны.

Рис.1

Известны схемы симметричных мостовых усилителей с перекрестными связями. Например, схема из книги П. Шкритека «Справочное руководство по звуковой схемотехнике» (Глава 13. Усилители мощности) хороша по многим параметрам, кроме одного — рабочая точка усилителей мощности ничем не задана. Мысленно установите на выходах такого усилителя напряжение, например, близкое к напряжению питания (одновременно) — и баланс схемы не нарушится, так как она подавляет синфазную помеху как по входу усилителя, так и по выходу 🙂 , в силу своей симметричной топологии. Для поддержания рабочей точки выходных каскадов необходима специальная серво-схема. В противном случае на выходных плечах усилителя будет разбаланс по рассеиваемой мощности и в конце-концов может произойти отказ такого устройства.

Рис.2

В предложенной мной схеме ИНУН устранен этот недостаток путем добавления двух резисторов (R3, R4) между дифференциальными входами усилителей. Теперь синфазный уход выходных напряжений от нулевого значения будет вызывать разбаланс напряжений между диф. входами усилителей и возвращать их в исходное состояние. В остальном, по топологии, схемы идентичны. К достоинствам симметричных мостовых схем можно отнести и то, что без переделки их можно использовать в схемах, как с балансным, так и небалансным входом. К тому же симметричные мостовые схемы отличаются уменьшенным уровням четных гармоник. К недостаткам можно отнести необходимость точного подбора номиналов схемы. Коэффициент усиления данной схемы по напряжению будет равен Ku=-R5/(R1+R3/2), входное сопротивление Rвх=2*R1+R3/2.

Рис.3

По аналогичному принципу построен ИТУН (Источник Тока, Управляемый Напряжением). В выходные цепи введены датчики тока (R7, R8), а сигналы обратной связи берутся с делителей напряжения. Таким образом, при подключении нагрузки, с появлением входного сигнала происходит разбаланс моста, образованным описанными элементами, который устраняется за счет отрицательной обратной связи. При этом независимо от величины нагрузки (теоретически) ток через нее изменяться не будет, поскольку баланс схемы сохраняется только при протекании заданного входным сигналом выходного тока через резисторы — датчики тока. Основным параметром ИТУНа является крутизна преобразования, её можно для этой схемы посчитать по формуле Si=-R1/(R7*R5). Для указанных номиналов Si=-4,68 A/V. Rвх=R1+R2, при пренебрежении значениями R3 и R4, ввиду их относительной малости.

Схемы ИНУН и ИТУН в формате MC7 можно скачать тут.

Рис.4

Используя те же датчики тока и заменив ООС на ПОС, при скорректированных номиналах резистивных делителей можно получить усилитель с отрицательным выходным сопротивлением. Желающие могут проанализировать его работу самостоятельно 🙂

Рис.5

Усилитель мощности с отрицательным выходным сопротивлением применяется в звукотехнике в случаях, когда необходимо увеличить величину электрического демпфирования, то есть избавиться от повышенной добротности в АС, например на частоте резонанса динамика. По определению отрицательного выходного сопротивления при увеличении сопротивления нагрузки напряжение на ней падает (уменьшается усиление), а при уменьшении — возрастает (увеличивается усиление). Это реализуется за счет положительной обратной связи по току в усилителе. В связи с этим существует опасность самовозбуждения такого усилителя, в случае если сопротивление нагрузки по модулю станет меньше величины отрицательного выходного сопротивления, так как усиление в этом случае станет бесконечным :-).

Не вдаваясь в подробности вывода формул, основанных на законах Кирхгофа, симметрии схемы (R1=R2, R5=R6, R7=R8, R9=R10) с учетом того, что R3,R4 — слабо влияют на результат, рассчитать параметры схемы можно по следующим формулам:

Rвх=R1+R2
Ku=-R5*R9/(R1*(R5-R9)) при отсутствии нагрузки.
Rвых=2*R7*R9/(R9-R5)

Для номиналов, указанных на схеме, соответственно получаем:
Rвх= 40 кОм;
Ku= -39.16 или 31.85 дБ
Rвых= -4.7 Ом.

P.S. Должен сказать, что тип микросхемы, приведенной в примере (TDA2050), не играет какой-то определяющей роли, можно использовать любой подходящий по параметрам микросхемный (или дискретный) УН, выполненный по схемотехнике мощного ОУ. Желательно выполнять соблюдение общих рекомендаций datasheet для включения того или иного типа микросхемы.

Например, на базе TDA7293 был собран мостовой ИТУН для сабвуфера с ЭМОС по следующей схеме:

Рис.6

Вид платы со стороны деталей (в PCAD2006) на следующем рисунке:

Рис.7

Печатную плату можно скачать в формате pdf или в формате программы SprintLayout5.0

В собранном виде все это выглядит так —

Рис.8

Для систем с ЭМОС желателен ИТУН с частотнозависимой АЧХ, а точнее — с частотнозависимым импедансом. При увеличении частоты выходное сопротивление УМ должно падать. Пример реализации — мостовой УМЗЧ с перекрестными связями, реализующий данный принцип: за счет введения конденсатора С8 схема приобретает необходимые свойства. При использовании TDA2050 оптимальное сопротивление нагрузки равно 8 Ом.

Рис.9.

Ниже приведена его печатная плата (добавлены защитные диоды по выходам TDA2050):

Рис.10.

И фото собранного усилителя. Заметим, что компоновка элементов несколько отличается от приведенной выше печатной платы. Просто в процессе доводки схемы один из элементов (его уже нет на принципиальной схеме) пришлось совсем убрать.

Рис.11.

Обсуждение этих схем проходило на форуме Vegalab’a.

Усилители

Раздел 1.0 Основные сведения об усилителе.
• Типовые функции усилителей в электронных системах.
• Графические изображения усилителей.
• Применение усилителя и типы сигнала.
Раздел 1.1 Параметры усилителя.
Типовые параметры усилителя.
• Коэффициент усиления, частотная характеристика, полоса пропускания, входное и выходное сопротивление, фазовый сдвиг, обратная связь.
Раздел 1.2 Предвзятость класса А.
• Биполярный транзистор с общим эмиттером и общий источник смещения полевого транзистора.
• Эмиттерная, постоянная и температурная стабилизация.
• Предвзятость класса А.
• Общие входные и выходные характеристики эмиттера.
Раздел 1.3 Усиление и децибелы.
• Усиление.
• Логарифмические весы.
• Определение напряжения и мощности в дБ.
• Общие значения в дБ.
Раздел 1.4 Пропускная способность.
• Типичные кривые отклика.
• Факторы, влияющие на пропускную способность.
Раздел 1.5 Тест по основам усилителя.
• Проверьте свои знания об усилителях

Введение в усилители

Усилитель используется для увеличения амплитуды формы сигнала без изменения других параметров формы волны, таких как частота или форма волны.Они являются одними из наиболее часто используемых схем в электронике и выполняют множество функций во многих электронных системах.

Рис. 1.0.1 Общий символ усилителя, используемый в схемах системы

Общий символ усилителя показан на Рис. 1.0.1. Этот символ не дает подробных сведений о типе описываемого усилителя, но можно предположить направление потока сигнала (как поток слева направо на диаграмме). Усилители разных типов также часто описываются в системных или структурных схемах по именам.

Усилители в составе больших электронных систем

Например, посмотрите на блок-схему аналогового ТВ-приемника на Рис. 1.0.2 и посмотрите, сколько отдельных каскадов (затененных зеленым), составляющих телевизор, являются усилителями. Также обратите внимание, что названия указывают на тип используемого усилителя. В некоторых случаях показанные блоки являются настоящими усилителями, а в других усилитель имеет дополнительные компоненты для модификации базовой конструкции усилителя для специальных целей. Этот метод использования относительно простых отдельных электронных схем в качестве «строительных блоков» для создания больших сложных схем является общим для всех электронных систем; даже компьютеры и микропроцессоры состоят из миллионов логических вентилей, которые представляют собой просто специализированные типы усилителей.Поэтому распознавание и понимание основных схем, таких как усилители, является важным шагом в изучении электроники.

Рис. 1.0.2 Структурная схема аналогового цветного ТВ-приемника

Один из способов описать усилитель — это тип сигнала, который он предназначен для усиления. Обычно это относится к диапазону частот, с которым будет работать усилитель, или, в некоторых случаях, к функции, которую он выполняет в электронной системе.

А.F. Усилители

Усилители звуковой частоты

используются для усиления сигналов в диапазоне человеческого слуха, примерно от 20 Гц до 20 кГц, хотя некоторые усилители звука Hi-Fi расширяют этот диапазон примерно до 100 кГц, в то время как другие усилители звука могут ограничивать верхний предел частоты до 15 кГц или меньше. .

Усилители звукового напряжения

используются для усиления сигналов низкого уровня от микрофонов, магнитных лент, дисковых звукоснимателей и т. Д. Благодаря дополнительной схеме они также выполняют такие функции, как коррекция тона, выравнивание уровней сигналов и микширование с разных входов, обычно они имеют высокий коэффициент усиления по напряжению и средний коэффициент усиления. к высокому выходному сопротивлению.

Аудиоусилители мощности используются для приема усиленного входного сигнала от ряда усилителей напряжения, а затем обеспечивают достаточную мощность для управления громкоговорителями.

И.Ф. Усилители

Усилители промежуточной частоты

— это настроенные усилители, используемые в радио, телевидении и радарах. Их цель — обеспечить усиление большей части напряжения радио-, теле- или радиолокационного сигнала до того, как аудио- или видеоинформация, переносимая сигналом, будет отделена (демодулирована) от радиосигнала.Они работают на частоте ниже, чем принимаемый радиосигнал, но выше, чем аудио- или видеосигналы, в конечном итоге производимые системой. Частота, с которой И.Ф. усилители работают, и полоса пропускания усилителя зависит от типа оборудования. Например, в радиоприемниках AM I.F. усилители работают на частоте около 470 кГц, а их полоса пропускания обычно составляет 10 кГц (от 465 кГц до 475 кГц), в то время как ТВ обычно использует полосу пропускания 6 МГц для I.F. сигнал на частоте от 30 до 40 МГц, а в радаре может использоваться ширина полосы 10 МГц.

Рис. 1.0.3 FM-радио с усилителями AF, IF и RF.

Р.Ф. Усилители

Радиочастотные усилители — это настроенные усилители, в которых рабочая частота регулируется настроенной схемой. Эта схема может регулироваться или не регулироваться в зависимости от назначения усилителя. Пропускная способность также зависит от использования и может быть относительно широкой или узкой. Входное сопротивление, как и усиление, обычно низкое. (Некоторые РЧ-усилители имеют небольшое усиление или вообще не имеют его, но в первую очередь являются буфером между приемной антенной и более поздними схемами, чтобы предотвратить любые нежелательные сигналы высокого уровня от схем приемника, достигающие антенны, где они могут быть повторно переданы как помехи).Особенностью ВЧ-усилителей, используемых на самых ранних этапах приемника, является низкий уровень шума. Важно, чтобы фоновый шум, обычно производимый любым электронным устройством, был минимальным, поскольку усилитель будет обрабатывать сигналы с очень низкой амплитудой от антенны (мкВ или меньше). По этой причине в этих каскадах часто используются малошумящие полевые транзисторы.

Ультразвуковые усилители

Ультразвуковые усилители — это тип аудиоусилителя, работающего на частотах от примерно 20 кГц до примерно 100 кГц; они обычно предназначены для определенных целей, таких как ультразвуковая очистка, определение усталости металла, ультразвуковое сканирование, системы дистанционного управления и т. д.Каждый тип будет работать в довольно узком диапазоне частот в ультразвуковом диапазоне.

Широкополосные усилители

Широкополосные усилители должны иметь постоянный коэффициент усиления от постоянного тока до нескольких десятков МГц. Они используются в измерительном оборудовании, таком как осциллографы и т. Д., Где необходимо точно измерять сигналы в широком диапазоне частот. Из-за их чрезвычайно широкой полосы пропускания усиление невелико.

Усилители постоянного тока

используются для усиления напряжения постоянного тока (0 Гц) или сигналов очень низкой частоты, где важен уровень постоянного тока сигнала.Они распространены во многих электрических системах управления и измерительных приборах.

Видеоусилители

Видеоусилители — это особый тип широкополосных усилителей, которые также сохраняют уровень постоянного тока сигнала и используются специально для сигналов, которые должны подаваться на ЭЛТ или другое видеооборудование. Видеосигнал несет всю информацию об изображении в телевизионных, видео и радиолокационных системах. Полоса пропускания видеоусилителей зависит от использования. В телевизионных приемниках он простирается от 0 Гц (постоянный ток) до 6 МГц и еще шире в радарах.

Буферные усилители

— это часто встречающийся специализированный тип усилителей, который можно найти в любой из вышеперечисленных категорий, они размещаются между двумя другими цепями, чтобы предотвратить влияние одной цепи на работу другой. (Они ИЗОЛИРУЮТ цепи друг от друга). Часто буферные усилители имеют коэффициент усиления, равный единице, то есть они фактически не усиливают, так что их выходная амплитуда равна их входу, но буферные усилители имеют очень высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс и поэтому могут использоваться в качестве импеданса. согласующее устройство.Это гарантирует, что сигналы не ослабляются между цепями, как это происходит, когда цепь с высоким выходным сопротивлением подает сигнал непосредственно в другую цепь с низким входным сопротивлением.

Операционные усилители

Операционные усилители (операционные усилители) были разработаны на основе схем, разработанных для ранних аналоговых компьютеров, где они использовались для математических операций, таких как сложение и вычитание. Сегодня они широко используются в форме интегральных схем, где они доступны в корпусах с одним или несколькими усилителями и часто включаются в сложные интегральные схемы для конкретных приложений.

Конструкция основана на дифференциальном усилителе, который имеет два входа вместо одного и выдает выходной сигнал, пропорциональный разнице между двумя входами. Без отрицательной обратной связи операционные усилители имеют чрезвычайно высокий коэффициент усиления, обычно исчисляемый сотнями тысяч. Применение отрицательной обратной связи увеличивает полосу пропускания операционного усилителя, поэтому они могут работать как широкополосные усилители с полосой пропускания в диапазоне МГц, но снижает их коэффициент усиления. Простая резисторная сеть может применять такую обратную связь извне, а другие внешние сети могут изменять функцию операционных усилителей.

Выходные характеристики усилителей

Усилители

используются для увеличения амплитуды напряжения или тока или для увеличения мощности, доступной обычно от сигнала переменного тока. Какой бы ни была задача, есть три категории усилителей, которые зависят от свойств их выхода;

1. Усилители напряжения.

2. Усилители тока.

3. Усилители мощности.

LM324N Четырехъядерный операционный усилитель малой мощности.

Щелкните изображение, чтобы увидеть таблицу ST.

Назначение усилителя напряжения состоит в том, чтобы сделать амплитуду формы волны выходного напряжения больше, чем амплитуду формы волны входного напряжения (хотя амплитуда выходного тока может быть больше или меньше, чем у входного тока, это изменение менее важно. по назначению усилителя).

Назначение усилителя тока состоит в том, чтобы сделать амплитуду формы волны выходного тока больше, чем амплитуду формы волны входного тока (хотя амплитуда выходного напряжения может быть больше или меньше, чем у входного напряжения, это изменение менее важно. по назначению усилителя).

В усилителе мощности произведение напряжения и тока (т. Е. Мощность = напряжение x ток) на выходе больше, чем произведение напряжения x тока на входе. Обратите внимание, что напряжение или ток на выходе могут быть меньше, чем на входе. Это продукт двух, который значительно увеличился.

Начало страницы

Топ-10 основных схем операционных усилителей

Наряду с резисторами и конденсаторами, которые являются пассивными компонентами, операционные усилители являются одними из основных строительных блоков аналоговых электронных схем.Операционные усилители (ОУ) — это линейные устройства, которые обладают всеми свойствами, необходимыми для почти идеального усиления постоянного тока, и поэтому широко используются при преобразовании или фильтрации сигналов или для выполнения математических операций, таких как сложение, вычитание, интегрирование и дифференцирование. Цель этой статьи — представить 10 основных схем для новичков в разработке электроники и освежить ржавые умы инженеров.

1. Повторитель напряжения

Самая простая схема — это буфер напряжения, так как не требует каких-либо внешних компонентов.Поскольку выходное напряжение равно входному напряжению, студенты могут быть озадачены и задаются вопросом, имеет ли такая схема какое-либо практическое применение.

Эта схема позволяет создавать вход с очень высоким сопротивлением и выход с низким сопротивлением. Это полезно для сопряжения логических уровней между двумя компонентами или когда источник питания основан на делителе напряжения. Рисунок ниже основан на делителе напряжения, и схема не может работать. Действительно, импеданс нагрузки может сильно варьироваться, поэтому напряжение Vout может резко измениться, в основном, если импеданс нагрузки имеет такое же значение, как R2.

Чтобы решить эту проблему, между нагрузкой и делителем напряжения вставлен усилитель (см. Рисунок ниже). Таким образом, Vout зависит от R1 и R2, а не от значения нагрузки.

Основная цель операционного усилителя, как говорится в его названии, — усилить сигнал. Например, выходной сигнал датчика должен быть усилен, чтобы АЦП измерял этот сигнал.

2. Инвертирующий операционный усилитель

В этой конфигурации выход подается обратно на отрицательный или инвертирующий вход через резистор (R2).Входной сигнал подается на этот инвертирующий вывод через резистор (R1).

Положительный вывод подключен к земле.

Это очевидно в частном случае, когда R1 и R2 равны. Эта конфигурация позволяет производить сигнал, который является дополнительным ко входу, поскольку выходной сигнал точно противоположен входному сигналу.

Из-за отрицательного знака выходной и входной сигналы не совпадают по фазе. Если оба сигнала должны быть в фазе, используется неинвертирующий усилитель.

3. Неинвертирующий операционный усилитель

Эта конфигурация очень похожа на инвертирующий операционный усилитель. Для неинвертирующего типа входное напряжение подается непосредственно на неинвертирующий вывод, а конец контура обратной связи соединяется с землей.

Эти конфигурации позволяют усиление одного сигнала. Можно усилить несколько сигналов с помощью суммирующих усилителей.

4. Неинвертирующий суммирующий усилитель

Чтобы добавить 2 напряжения, только 2 резистора можно добавить на положительный вывод к схеме неинвертирующего операционного усилителя.

Стоит отметить, что добавление нескольких напряжений — не очень гибкое решение. Действительно, если добавить напряжение 3 ^rd с точно такими же сопротивлениями, формула будет иметь вид Vs = 2/3 (V ₁ + V ₂ + V ₃).

Резисторы необходимо заменить, чтобы получить Vs = V ₁ + V ₂ + V _3, или 2 ^nd вариант — использовать инвертирующий летний усилитель.

5.Инвертирующий суммирующий усилитель

Путем добавления резисторов параллельно инвертирующему входному выводу схемы усилителя инвертирующего операционного усилителя суммируются все напряжения.

В отличие от неинвертирующего суммирующего усилителя, любое количество напряжений может быть добавлено без изменения номиналов резисторов.

6. Дифференциальный усилитель

Инвертирующий операционный усилитель (см. Схему № 2) усиливал напряжение, подаваемое на инвертирующий вывод, и выходное напряжение было не в фазе.В этой конфигурации неинвертирующий контакт заземлен.

Если приведенная выше схема модифицирована путем подачи напряжения через делитель напряжения на неинвертирующий, мы получим дифференциальный усилитель, как показано ниже.

Усилитель полезен не только потому, что он позволяет складывать, вычитать или сравнивать напряжения. Многие схемы позволяют изменять сигналы. Давайте посмотрим на самые простые.

7. Интегратор

Прямоугольную волну очень легко сгенерировать, просто переключив, например, GPIO микроконтроллера.Если для схемы требуется треугольная форма волны, хороший способ сделать это — просто интегрировать прямоугольный сигнал. С операционным усилителем, конденсатором на инвертирующем тракте обратной связи и резистором на входном инвертирующем выводе, как показано ниже, входной сигнал интегрируется.

Имейте в виду, что резистор часто подключается параллельно конденсатору из-за проблем с насыщением. Действительно, если входной сигнал представляет собой синусоидальную волну очень низкой частоты, конденсатор действует как разомкнутая цепь и блокирует напряжение обратной связи.В этом случае усилитель похож на обычный усилитель с разомкнутым контуром, который имеет очень высокий коэффициент усиления без обратной связи, и усилитель находится в режиме насыщения. Благодаря резистору, включенному параллельно конденсатору, схема ведет себя как инвертирующий усилитель с низкой частотой, и насыщение избегается.

8. Дифференциатор операционных усилителей

Дифференциатор работает аналогично интегратору, меняя местами конденсатор и резистор.

Все конфигурации, которые были представлены до сих пор.

9. Преобразователь ток — напряжение

Фотоприемник преобразует свет в ток. Чтобы преобразовать ток в напряжение, простая схема с операционным усилителем, контур обратной связи через резистор на неинвертирующем и диод, подключенный между двумя входными контактами, позволяет получить выходное напряжение, пропорциональное току, генерируемому фотодиодом. , что видно по световым характеристикам.

В приведенной выше схеме применяется закон Ома с основной формулой: напряжение равно сопротивлению, умноженному на ток.Сопротивление указано в Ом и всегда положительно. Но благодаря операционным усилителям можно спроектировать отрицательное сопротивление!

10. Отрицательное сопротивление

Обратная связь на инвертирующем выводе заставляет выходное напряжение быть вдвое больше входного. Поскольку выходное напряжение всегда выше входного, положительная обратная связь через резистор R1 на неинвертирующем выводе имитирует отрицательное сопротивление.

Наконец, схема с операционным усилителем не обязательно изменяет входной сигнал, но записывает его, как усилитель с пиковым детектором.

Также: Усилитель с пиковым детектором

Конденсатор используется как память. Когда входное напряжение на неинвертирующем входе выше, чем напряжение на инвертирующем входе, которое также является напряжением на конденсаторе, усилитель входит в состояние насыщения, а диод направлен вперед и заряжает конденсатор. Предполагая, что конденсатор не имеет быстрого саморазряда, когда входное напряжение Ve ниже, чем напряжение на конденсаторе, диод блокируется. Следовательно, пиковое напряжение записывается благодаря конденсатору.

С операционными усилителями доступно гораздо больше схем, но понимание этих 10 основных схем позволяет легко изучать более сложные схемы.

Основы конструкции усилителя »Электроника

Усилители являются одним из основных строительных блоков в электронных схемах, особенно аналоговых схемах, где они обеспечивают увеличение уровня сигнала.

Концепции конструкции усилителя Включает:
Основные концепции Классы усилителя

Усилитель — это термин, который используется для описания схемы, которая увеличивает уровень входящего в нее сигнала.

Усилители

используются в самых разных областях, от аудиоприложений до радиочастот.

Однако для всех усилителей постоянного тока, аудио, радиочастоты, слабого сигнала, большого сигнала или для любого другого применения существует много общих соображений.

Электронные усилители можно классифицировать по-разному. Они могут иметь высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление, они могут иметь множество различных режимов смещения и рабочих режимов. Высокая мощность, низкий уровень шума, класс A, класс B, класс C и т. Д.Каждый тип выбирается для разных приложений.

Обозначение схемы усилителя

Обычный символ усилителя — это треугольник, который на общих блок-схемах часто включается в квадрат, как показано ниже.

Часто символ усилителя, особенно когда он используется в самой цепи, изображается в виде треугольника, как показано ниже.

Этот второй символ обычно используется для обозначения операционного усилителя или операционного усилителя в цепи.

Основы конструкции усилителя

Усилитель можно сделать разными способами.Они могут использовать биполярные транзисторы, полевые транзисторы и даже термоэлектронные лампы / вакуумные лампы. Усилители могут быть включены в какой-либо блок схем или интегральную схему. Они могут быть даже в виде операционных усилителей, операционных усилителей.

Усилитель можно рассматривать как блок с двумя входными клеммами и двумя выходными клеммами. Поскольку заземление обычно является общим для входа и выхода, часто бывает только три клеммы: вход, выход и общий.

Усиление, входное и выходное сопротивление усилителя
Примечание. Хотя «холодные» концы входа и выхода обычно заземлены, они показаны здесь отдельно, так как это общая схема.

Усилитель имеет три основных свойства:

Входное сопротивление — R _in: Входное сопротивление — это сопротивление, которое видит источник сигнала, когда он подается на вход усилителя.Входное сопротивление станет нагрузкой для источника. Случай, когда нагрузка является чисто резистивной, является особым случаем, и, как правило, это будет импеданс. Однако для целей этого объяснения он будет считаться резистивным.
Входное сопротивление можно легко определить, измерив входной ток и напряжение и используя закон Ома для определения сопротивления.
Выходное сопротивление — R _out Выходное сопротивление — это сопротивление, которое можно считать находящимся внутри усилителя, как показано ниже.Он сформирует потенциальную сеть делителя с любой нагрузкой, приложенной к усилителю. Опять же, выход будет иметь ориентировочные и емкостные элементы, что означает, что это будет импеданс, но для большинства низкочастотных приложений и для этого объяснения его можно рассматривать как резистивный.
Выходное сопротивление может быть определено путем измерения выходного напряжения в условиях холостого хода, а затем в условиях нагрузки, то есть с приложенной нагрузкой. Зная напряжение холостого хода, сопротивление нагрузки и падение напряжения на внутреннем сопротивлении под нагрузкой, можно определить выходное сопротивление источника.
Gain: Коэффициент усиления усилителя, очевидно, является ключевым элементом его характеристик.
Коэффициент усиления усилителя по напряжению Обычно ключевым фактором, представляющим интерес, является коэффициент усиления по напряжению A _В. Это определяется как выходное напряжение, деленное на входное: Часто внутри усилителя форма сигнала может быть инвертирована, и это выражается в том факте, что коэффициент усиления отрицательный. Другими словами, если бы усилитель имел абсолютное значение коэффициента усиления 5, но он инвертировал сигнал, для входа 1 вольт выход был бы -5 вольт, а при вводе в уравнение это дало бы коэффициент усиления -5. .
Выходное напряжение усилителя инвертировано, т. Е. На 180 ° не совпадает по фазе с входом. Также возможно иметь коэффициент усиления по току в цепи. Это особенно полезно, когда необходимо управлять нагрузкой с низким сопротивлением. Необходимо повышать уровень тока, часто сохраняя напряжение на том же уровне. Такие схемы, как повторители эмиттера биполярных транзисторов, повторители на полевых транзисторах, буферы операционных усилителей со 100% обратной связью, и для этого используются лампы / клапаны, схемы, которые используются для этого, обычно являются катодными повторителями.При использовании схемы для обеспечения усиления по току часто необходимо убедиться, что схема имеет достаточную мощность возбуждения. Хотя схема может обеспечивать уровень усиления по току для низких уровней тока, в некоторых случаях они могут не обеспечивать высокие уровни тока, которые могут потребоваться в некоторых случаях. Используя очень очевидный пример, небольшой буфер операционного усилителя не сможет управлять большим громкоговорителем самостоятельно.

Коэффициент усиления и конструкция усилителя

Иногда бывает полезно определить коэффициент усиления мощности, обеспечиваемый усилителем, при его тестировании или проектировании.Это часто представляет большой интерес для усилителей РЧ, особенно используемых в передатчиках.

Поскольку мощность — это напряжение, умноженное на ток в цепи, выигрыш в мощности может быть просто выражен как произведение двух.

Коэффициент усиления, Ap = Av × Ai

При указании коэффициента усиления усилителя его обычно выражают в децибелах:

Коэффициент усиления мощности в дБ, ap = 10log (Ap)

Также можно использовать уровни напряжения и тока, чтобы получить усиление, выраженное в дБ, но необходимо учитывать любые изменения импеданса.

Примечание о децибелах:

Децибел, десятая часть бел, представляет собой логарифмический способ сравнения двух уровней мощности. Поскольку многие величины в электронике сильно различаются, этот логарифмический формат очень полезен.

Подробнее о децибел.

КПД усилителя

Одним из ключевых параметров конструкции любого усилителя является его КПД. Это может быть особенно важно для оборудования с батарейным питанием, для которого важен срок службы батарей.

КПД усилителя — это, по сути, выходная мощность, деленная на входную. Обычно в качестве входной мощности принимается мощность постоянного тока, подаваемая на усилитель.

КПД также выражается в процентах. Таким образом, базовая эффективность усилителя, учитывающая только вход постоянного тока, может быть взята следующим образом:

КПД = Выходная мощность сигнала Вход постоянного тока 100%

Уровень эффективности усилителя будет зависеть от множества факторов, включая класс усилителя, насколько близко к рельсам распространяется выходной сигнал, потери в цепи и т. Д..

Классы усилителя

Ссылка на классы усилителей, включая Класс A, Класс B, Класс C, Класс AB и другие, часто можно увидеть при исследовании формы усилителя. При проектировании усилителя класс часто является одним из элементов, которые появляются в начале цикла проектирования.

Изменяя способ смещения усилителя, можно изменить способ его работы и повысить уровень эффективности, но часто за счет количества создаваемых искажений.

Некоторые из основных классов усилителей перечислены ниже:

Класс A: Для усилителя класса A он смещен так, что он проводит на протяжении всего цикла формы сигнала.Он обеспечивает линейный выход с наименьшими искажениями, но также и с наименьшим уровнем эффективности. Максимальный теоретический КПД составляет 50%, но этот уровень достигается редко, и уровни эффективности 20% или менее не являются неожиданными.
Класс B: Усилитель класса B смещен так, что он проводит более половины формы волны. Используя два усилителя, каждый из которых проводит половину сигнала, можно охватить весь сигнал. КПД намного выше, но усилитель класса B страдает от так называемых кроссоверных искажений, когда одна половина усилителя отключается, а другая начинает действовать.Это происходит из-за нелинейностей, возникающих вблизи точки выключения. Хотя максимальная теоретическая эффективность усилителя класса B составляет 78,5%, типичные уровни эффективности намного ниже.
Класс AB: Как и следовало ожидать, усилитель класса AB находится между классом A и классом B. Он пытается преодолеть перекрестные искажения путем небольшого включения транзисторов в их состоянии покоя, чтобы они проводили немного больше. чем на половину цикла, тем самым преодолевая кроссоверные искажения.
Класс C: Усилитель класса C смещен так, что он проводит намного меньше половины цикла. Это приводит к очень высоким уровням искажений, но также позволяет достичь очень высоких уровней эффективности. Этот тип усилителя может использоваться для РЧ-усилителей, которые передают сигнал без амплитудной модуляции — его можно без проблем использовать для частотной модуляции. Гармоники, создаваемые усилителем, эффективно работающим в режиме насыщения, могут быть удалены фильтрами на выходе.Эти усилители не используются для аудио приложений из-за уровня искажений.

Существуют и другие классы усилителей, но в них используются несколько иные методы.

Усилители

— одна из наиболее широко используемых схем — они используются для аудио, постоянного тока, радиочастоты и очень многих других приложений. Это одни из самых распространенных аналоговых схем. Существует огромное количество разнообразных схем, независимо от того, используются ли они с операционными усилителями, биполярными транзисторами, полевыми транзисторами даже со старыми электронными лампами / термоэлектронными лампами.

Какие бы устройства ни использовались в схеме, основные принципы одинаковы, и их можно применять независимо от типа используемого устройства.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Вернуться в меню «Конструкция схемы». . .

Общие сведения о схемах усилителя | Проекты самодельных схем

В общем, усилитель можно определить как схему, предназначенную для повышения приложенного входного сигнала малой мощности до выходного сигнала высокой мощности в соответствии с указанным номиналом компонентов.

Хотя основная функция остается прежней, усилители можно разделить на разные категории в зависимости от их конструкции и конфигурации.

Схемы для усиления логических входов

Возможно, вы встречали усилители с одним транзистором, которые сконфигурированы для работы и усиления логики низкого сигнала от входных чувствительных устройств, таких как LDR, фотодиоды, ИК-устройства. Затем используется выход этих усилителей. для включения / выключения триггера или реле в ответ на сигналы от сенсорных устройств.

Возможно, вы видели крошечные усилители, которые используются для предварительного усиления музыкального или аудиовхода или для работы светодиодной лампы.
Все эти небольшие усилители относятся к категории усилителей малых сигналов.

Типы усилителей

В первую очередь, схемы усилителя включены для усиления музыкальной частоты, так что подаваемый малый музыкальный вход многократно усиливается, обычно от 100 до 1000 раз и воспроизводится через громкоговоритель.

В зависимости от мощности или номинальной мощности, такие схемы могут иметь различные конструкции от небольших усилителей сигнала на основе операционных усилителей до больших усилителей сигнала, которые также называются усилителями мощности.Эти усилители технически классифицируются на основе их принципов работы, схемных каскадов и способа, которым они могут быть настроены для выполнения функции усиления.

В следующей таблице представлены детали классификации усилителей, основанные на их технических характеристиках и принципах работы:

В базовой конструкции усилителя мы обнаружили, что она в основном включает несколько каскадов, имеющих схемы биполярных транзисторов или BJT, полевых транзисторов. (Полевые транзисторы) или операционные усилители.

Можно увидеть такие блоки или модули усилителя, имеющие пару выводов для подачи входного сигнала и еще одну пару выводов на выходе для получения усиленного сигнала через подключенный громкоговоритель.

Одна из этих двух клемм — это клеммы заземления, и ее можно рассматривать как общую линию между входным и выходным каскадами.

Три свойства усилителя

Три важных свойства, которыми должен обладать идеальный усилитель:

Входное сопротивление (Rin)
Выходное сопротивление (Rout)
Коэффициент усиления (A), который является диапазоном усиления усилителя. .

Общие сведения об идеальной работе усилителя

Разница в усиленном сигнале между выходом и входом называется коэффициентом усиления усилителя. Это величина или величина, на которую усилитель может усилить входной сигнал на своих выходных клеммах.

Возьмем, к примеру, если усилитель рассчитан на преобразование входного сигнала 1 вольт в усиленный сигнал 50 вольт, то мы бы сказали, что усилитель имеет коэффициент усиления 50, это очень просто.
Это усиление низкого входного сигнала до более высокого выходного сигнала называется коэффициентом усиления усилителя. В качестве альтернативы это можно понимать как увеличение входного сигнала в 50 раз.

Коэффициент усиления Таким образом, коэффициент усиления усилителя в основном представляет собой отношение выходных и входных значений уровней сигнала или просто выходную мощность. делится на входную мощность и обозначается буквой «A», которая также обозначает мощность усиления усилителя.

Типы усиления усилителя Различные типы усиления усилителя могут быть классифицированы как:

Коэффициент усиления по напряжению (Av)
Коэффициент усиления по току (Ai)
Коэффициент усиления мощности (Ap)

Пример формул для расчета коэффициентов усиления усилителя В зависимости от трех вышеуказанных типов коэффициентов усиления формулы для их расчета можно узнать из следующих примеров:

Коэффициент усиления напряжения (Av) = Выходное напряжение / Входное напряжение = Vout / Vin
Коэффициент усиления по току (Ai) = Выходной ток / Входной ток = Iout / Iin
Коэффициент усиления мощности (Ap) = Av.xA i

Для расчета прироста мощности также можно использовать формулу:
Коэффициент усиления мощности (Ap) = Выходная мощность / Входная мощность = Aout / Ain

Было бы важно обратите внимание, что индексы p, v, i , используемые для вычисления мощности, назначаются для идентификации конкретного типа усиления сигнала, над которым работает.

Выражение в децибелах

Вы найдете другой метод выражения усиления мощности усилителя в децибелах или (дБ).
Мера или величина Bel (B) — это логарифмическая единица (основание 10), не имеющая единицы измерения.
Однако децибел может быть слишком большой единицей для практического использования, поэтому мы используем пониженную версию децибела (дБ) для расчетов усилителя.
Вот несколько формул, которые можно использовать для измерения усиления усилителя в децибелах:

Коэффициент усиления по напряжению в дБ: av = 20 * log (Av)
Коэффициент усиления по току в дБ: ai = 20 * log (Ai)
Коэффициент усиления мощности в дБ: ap = 10 * log (Ap)

Некоторые факты об измерении в дБ
Важно отметить, что коэффициент усиления мощности постоянного тока усилителя в 10 раз превышает общий логарифм его выхода / входное отношение, тогда как прирост по току и напряжению в 20 раз превышает общий логарифм их отношений.

Это означает, что, поскольку используется логарифмическая шкала, усиление 20 дБ не может считаться удвоенным 10 дБ из-за нелинейной характеристики измерения логарифмических шкал.

Когда усиление измеряется в дБ, положительные значения означают усиление усилителя, а отрицательные значения в дБ указывают на потерю усиления усилителя.

Например, если определено усиление + 3 дБ, это указывает на двукратное или двукратное усиление конкретного выхода усилителя.

И наоборот, если результат равен -3 дБ, это означает, что усилитель имеет потери 50% усиления или x0.5 мера потери прироста. Это также называется точкой половинной мощности, означающей -3 дБ ниже максимально достижимой мощности по сравнению с 0 дБ, который является максимально возможным выходным сигналом усилителя.

Расчетные усилители

Рассчитайте напряжение, ток и коэффициент усиления по мощности усилителя. со следующими характеристиками: Входной сигнал = 10 мВ @ 1 мА Выходной сигнал = 1 В @ 10 мА. Кроме того, узнайте коэффициент усиления усилителя, используя значения в децибелах (дБ).

Решение:

Применяя приведенные выше формулы, мы можем оценить различные типы коэффициентов усиления, связанные с усилителем, в соответствии с имеющимися характеристиками входных выходов:

Коэффициент усиления напряжения (Av) = выходное напряжение / Входное напряжение = Vout / Vin = 1/0.01 = 100
Коэффициент усиления по току (Ai) = Выходной ток / Входной ток = Iout / Iin = 10/1 = 10
Коэффициент усиления мощности (Ap) = Av. x A i = 100 x 10 = 1000

Чтобы получить результаты в децибелах, мы применяем соответствующие формулы, как показано ниже:

av = 20logAv = 20log100 = 40 дБ ai = 20logAi = 20log10 = 20 дБ

ap = 10log Ap = 10log1000 = 30 дБ

Подразделения усилителя

Усилители малых сигналов: Что касается характеристик мощности и усиления по напряжению усилителя, становится возможным разделить их на несколько частей. различные категории.

Первый тип называется усилителем слабого сигнала. Эти усилители малых сигналов обычно используются в каскадах предусилителей, инструментальных усилителях и т. Д.

Усилители этих типов созданы для обработки мельчайших уровней сигнала на их входах в диапазоне некоторых микровольт, например, от сенсорных устройств или небольших входов аудиосигналов. .

Усилители большого сигнала: Второй тип усилителей называется усилителями большого сигнала, и, как следует из названия, они используются в приложениях для усиления мощности для достижения огромных диапазонов усиления.В этих усилителях входной сигнал относительно больше по величине, так что они могут быть существенно усилены для воспроизведения и передачи в мощные громкоговорители.

Как работают усилители мощности

Поскольку усилители малых сигналов предназначены для обработки малых входных напряжений, их называют усилителями малых сигналов. Однако, когда усилитель должен работать с приложениями с высоким коммутируемым током на своих выходах, такими как управление двигателем или сабвуферы, усилитель мощности становится неизбежным.

Чаще всего усилители мощности используются в качестве усилителей звука для управления большими громкоговорителями и для достижения огромного усиления музыкального уровня и выходной громкости.

Усилители мощности требуют для работы внешнего источника постоянного тока, и эта мощность постоянного тока используется для достижения намеченного усиления высокой мощности на их выходе. Электропитание постоянного тока обычно поступает через сильноточные высоковольтные источники питания через трансформаторы или блоки на базе SMPS.

Несмотря на то, что усилители мощности могут повышать входной сигнал с более низкой частотой до сигналов с высокой выходной мощностью, эта процедура на самом деле не очень эффективна.Это связано с тем, что в этом процессе значительное количество энергии постоянного тока теряется в форме рассеяния тепла.

Мы знаем, что идеальный усилитель будет выдавать выходную мощность, почти равную потребляемой мощности, что дает 100% КПД. Однако на практике это выглядит довольно отдаленным и неосуществимым из-за собственных потерь мощности постоянного тока от силовых устройств в виде тепла.

КПД усилителя Из приведенных выше соображений мы можем выразить КПД усилителя как:

КПД = выходная мощность усилителя / потребление постоянного тока усилителя = выход / контакт

Идеальный усилитель

С учетом вышеизложенного В ходе обсуждения мы, возможно, сможем обрисовать основные характеристики идеального усилителя.В частности, они описаны ниже:

Коэффициент усиления (A) идеального усилителя должен быть постоянным независимо от меняющегося входного сигнала.

Коэффициент усиления остается постоянным независимо от частоты входного сигнала, что позволяет не влиять на усиление выходного сигнала.
Выход усилителя свободен от любого вида шума во время процесса усиления, напротив, он включает в себя функцию шумоподавления, устраняющую любой возможный шум, вносимый через источник входного сигнала.
На него не влияют изменения температуры окружающей среды или температуры окружающей среды.
Длительное использование практически не влияет на характеристики усилителя и остается стабильным.

Классификация электронного усилителя

Будь то усилитель напряжения или усилитель мощности, они классифицируются на основе характеристик входного и выходного сигнала. Это делается путем анализа протекания тока относительно входного сигнала и времени, необходимого для его достижения на выходе.

В зависимости от конфигурации схем усилители мощности можно разделить на категории в алфавитном порядке. Им присвоены различные рабочие классы, такие как:

Класс «A»
Класс «B»
Класс «C»
Класс «AB» и так далее.

Они могут иметь свойства в диапазоне от почти линейной выходной характеристики, но довольно низкой эффективности, до нелинейной выходной характеристики с высокой эффективностью.

Ни один из этих классов усилителей нельзя отличить друг от друга как хуже или лучше, поскольку каждый из них имеет свою конкретную область применения в зависимости от требований.

Вы можете найти оптимальную эффективность преобразования для каждого из них, и их популярность можно определить в следующем порядке:

Усилители класса «A»: КПД обычно ниже 40%, но может показывать улучшенный линейный выходной сигнал.

Усилители класса «B»: КПД может быть вдвое выше, чем у класса A, практически около 70%, из-за того, что только активные устройства усилителя потребляют мощность, что приводит к потреблению энергии только на 50%.

Усилители класса «AB»: усилители в этой категории имеют уровень эффективности где-то между классами A и B, но качество воспроизведения сигнала хуже по сравнению с классом A.

Усилители класса «C»: они считаются исключительно эффективными с точки зрения энергопотребления, но воспроизведение сигнала хуже всего из-за большого количества искажений, что приводит к очень плохому воспроизведению характеристик входного сигнала.

Как работают усилители класса A:

Усилители класса A имеют идеально смещенные транзисторы в активной области, что позволяет точно усилить входной сигнал на выходе.

Благодаря этой функции идеального смещения, транзистору никогда не разрешается дрейфовать в направлении их областей отсечки или перенасыщения, в результате чего усиление сигнала правильно оптимизируется и центрируется между указанными верхним и нижним ограничениями сигнала, как показано на следующее изображение:

В конфигурации класса A одинаковые наборы транзисторов применяются к двум половинам выходного сигнала.И в зависимости от типа смещения, которое он использует, транзисторы выходной мощности всегда отображаются во включенном положении, независимо от того, подан входной сигнал или нет.

Из-за этого усилители класса A имеют чрезвычайно низкий КПД с точки зрения потребляемой мощности, поскольку фактическая подача мощности на выход затруднена из-за чрезмерных потерь из-за рассеивания устройства.

В описанной выше ситуации можно увидеть, что классные усилители всегда имеют перегретые транзисторы выходной мощности даже при отсутствии входного сигнала.

Даже при отсутствии входного сигнала постоянный ток (Ic) от источника питания может проходить через силовые транзисторы, что может быть равно току, протекающему через громкоговоритель при наличии входного сигнала. Это приводит к постоянному «горячему» транзистору и потере мощности.

Работа усилителя класса B

В отличие от конфигурации усилителя класса A, которая зависит от одиночных силовых транзисторов, в классе B используется пара дополнительных BJT на каждой половине схемы.Они могут быть в форме NPN / PNP или N-канального MOSFET / P-канала).

Здесь один из транзисторов может работать в ответ на одну половину цикла входного сигнала, в то время как другой транзистор обрабатывает другую половину цикла формы волны.

Это гарантирует, что каждый транзистор в паре будет проводить половину времени в активной области и половину времени в области отсечки, что позволяет только 50% участвовать в усилении сигнала.

В отличие от усилителей класса A, в усилителях класса B силовые транзисторы не смещены прямым постоянным током, вместо этого конфигурация гарантирует, что они проводят только тогда, когда входной сигнал поднимается выше, чем напряжение базового эмиттера, которое может составлять около 0,6 В для кремния. БЮТ.

Это означает, что при отсутствии входного сигнала BJT остаются выключенными, а выходной ток равен нулю. И из-за этого только 50% входного сигнала может поступать на выход в любой момент, что позволяет значительно повысить эффективность этих усилителей.Результат можно увидеть на следующей диаграмме:

Поскольку нет прямого участия постоянного тока для смещения силовых транзисторов в усилителях класса B, чтобы инициировать проводимость в ответ на каждую половину циклов +/- формы волны, он становится обязательным для их базы / эмиттера Vbe , чтобы получить более высокий потенциал, чем 0,6 В (стандартное значение смещения базы для BJT)

Из-за вышеуказанного факта это означает, что пока форма выходного сигнала ниже 0.Отметка 6V, не может быть усилена и воспроизведена.

Это вызывает искаженную область для формы выходного сигнала, как раз в период, когда один из BJT выключается и ожидает, пока другой снова не включится.

Это приводит к тому, что небольшой участок формы сигнала подвергается незначительным искажениям в течение периода перехода или переходного периода около перехода через нуль, именно тогда, когда переключение с одного транзистора на другой происходит через дополнительные пары.

Работа усилителя класса AB

Усилитель класса AB построен с использованием смеси характеристик схем класса A и класса B, отсюда и название класса AB.

Хотя конструкция класса AB также работает с парой дополнительных BJT, выходной каскад гарантирует, что смещение силовых BJT контролируется близко к порогу отсечки при отсутствии входного сигнала.

В этой ситуации, как только обнаруживается входной сигнал, транзисторы перестают нормально работать в своей активной области, таким образом предотвращая любую возможность перекрестных искажений, которые обычно преобладают в конфигурациях класса B.Однако через BJT может проходить небольшой ток коллектора, который можно считать незначительным по сравнению с конструкциями класса A.

Усилитель типа
класса AB демонстрирует значительно улучшенный КПД и линейный отклик по сравнению с аналогом класса A.
Форма выходного сигнала усилителя класса AB
Класс усилителя является важным параметром, который зависит от того, как транзисторы смещены через амплитуду входного сигнала, для реализации процесса усиления.
Он зависит от того, какая часть формы волны входного сигнала используется транзисторами для проведения, а также от коэффициента эффективности, который определяется количеством мощности, фактически используемой для выдачи выходного сигнала и / или теряемой из-за рассеяния.
Что касается этих факторов, мы наконец можем создать сравнительный отчет, показывающий различия между различными классами усилителей, как указано в следующей таблице.
Затем мы можем провести сравнение между наиболее распространенными типами классификаций усилителей в следующей таблице.
Классы усилителей мощности
Заключительные мысли
Если усилитель спроектирован неправильно, как, например, конструкция усилителя класса A, может потребоваться значительный радиатор на силовых устройствах, а также охлаждающие вентиляторы для работы. Такие конструкции также потребуют более мощных источников питания для компенсации огромного количества энергии, теряемой на тепло. Все такие недостатки могут сделать такие усилители очень неэффективными, что, в свою очередь, может вызвать постепенный износ устройств и, в конечном итоге, отказы.
Следовательно, может быть целесообразно выбрать усилитель класса B, разработанный с более высоким КПД примерно 70%, а не 40% усилителя класса A. Сказано, что усилитель класса A может обещать более линейный отклик с его усилением и более широкую частотную характеристику, хотя это связано с ценой значительных потерь мощности.
Основы, типы и применение операционных усилителей | Статья
.
СТАТЬЯ

Получайте ценные ресурсы прямо на ваш почтовый ящик — рассылается раз в месяц
Мы ценим вашу конфиденциальность
Что такое операционный усилитель?
Операционный усилитель (операционный усилитель) — это блок аналоговой схемы, который принимает входное дифференциальное напряжение и выдает несимметричное выходное напряжение.
Операционные усилители
обычно имеют три клеммы: два входа с высоким сопротивлением и выходной порт с низким сопротивлением. Инвертирующий вход обозначается знаком минус (-), а неинвертирующий вход использует положительный знак (+). Операционные усилители работают для усиления разности напряжений между входами, что полезно для множества аналоговых функций, включая цепочку сигналов, питание и приложения управления.
Классификация операционных усилителей
Существует четыре способа классификации операционных усилителей:
Усилители напряжения принимают напряжение и создают напряжение на выходе.
Усилители тока получают токовый вход и выдают токовый выход.
Усилители
Transconductance преобразуют входное напряжение в выходной ток.
Усилители сопротивления
преобразуют входной ток и выдают выходное напряжение.
Поскольку большинство операционных усилителей используются для усиления напряжения, в этой статье основное внимание будет уделено усилителям напряжения.
Операционные усилители
: основные характеристики и параметры
Операционные усилители (см. Рисунок 1) имеют много различных важных характеристик и параметров.Эти характеристики более подробно описаны ниже.
Рисунок 1: Схема операционного усилителя
Коэффициент усиления без обратной связи
Коэффициент усиления без обратной связи: Коэффициент усиления без обратной связи («A» на рис. 1 , ) операционного усилителя является мерой усиления, достигаемого при отсутствии обратной связи в схеме. Это означает, что цепь обратной связи или петля открыта. Коэффициент усиления без обратной связи часто должен быть чрезвычайно большим (10 000+), чтобы быть полезным сам по себе, за исключением компараторов напряжения.
Компараторы напряжения
сравнивают напряжения на входных клеммах. Даже при небольших перепадах напряжения компараторы напряжения могут направлять выходной сигнал либо на положительную, либо на отрицательную шины. Высокие коэффициенты усиления без обратной связи полезны в конфигурациях с обратной связью, поскольку они обеспечивают стабильное поведение схемы при изменении температуры, процесса и сигнала.
Входное сопротивление
Другой важной характеристикой операционных усилителей является то, что они обычно имеют высокий входной импеданс («Z _IN» на рисунке ).Входное сопротивление измеряется между отрицательной и положительной входными клеммами, и его идеальное значение равно бесконечности, что минимизирует нагрузку на источник. (На самом деле происходит небольшая утечка тока.) Размещение схемы вокруг операционного усилителя может значительно изменить эффективное входное сопротивление источника, поэтому внешние компоненты и контуры обратной связи должны быть тщательно настроены. Важно отметить, что входное сопротивление определяется не только входным сопротивлением постоянному току. Входная емкость также может влиять на поведение схемы, поэтому это также необходимо учитывать.
Выходное сопротивление
Операционный усилитель в идеале должен иметь нулевой выходной импеданс («Z _OUT» на рисунке , рисунок 1 ). Однако выходное сопротивление обычно имеет небольшое значение, которое определяет величину тока, который он может выдавать, и насколько хорошо он может работать в качестве буфера напряжения.
Частотная характеристика и полоса пропускания (BW)
Идеальный операционный усилитель должен иметь бесконечную полосу пропускания (BW) и поддерживать высокий коэффициент усиления независимо от частоты сигнала.Однако все операционные усилители имеют конечную полосу пропускания, обычно называемую «точкой -3 дБ», где коэффициент усиления начинает падать с увеличением частоты. Затем коэффициент усиления усилителя уменьшается со скоростью -20 дБ / декаду, а частота увеличивается. Операционные усилители с более высокой полосой пропускания обладают улучшенными характеристиками, поскольку они поддерживают более высокий коэффициент усиления на более высоких частотах; однако этот более высокий выигрыш приводит к большему энергопотреблению или увеличению стоимости.
Рисунок 2: Кривая частотной характеристики разомкнутого контура операционного усилителя
Продукт усиления полосы пропускания (GBP)
Как следует из названия, GBP — это произведение коэффициента усиления и полосы пропускания усилителя.GBP является постоянной величиной на кривой, и ее можно рассчитать с помощью уравнения (1) :
$$ GBP = Прирост x Полоса пропускания = A x BW $$
GBP измеряется в точке частоты, в которой коэффициент усиления операционного усилителя достигает единицы. Это полезно, поскольку позволяет пользователю рассчитать коэффициент усиления разомкнутого контура устройства на разных частотах. GBP операционного усилителя обычно является мерой его полезности и производительности, так как операционные усилители с более высоким коэффициентом полезного действия могут использоваться для достижения лучших характеристик на более высоких частотах.
Это основные параметры, которые следует учитывать при выборе операционного усилителя в вашей конструкции, но есть много других соображений, которые могут повлиять на вашу конструкцию, в зависимости от приложения и требований к производительности. Другие общие параметры включают входное напряжение смещения, шум, ток покоя и напряжения питания.
Отрицательная обратная связь и усиление с обратной связью
В операционном усилителе отрицательная обратная связь реализуется путем подачи части выходного сигнала через внешний резистор обратной связи и обратно на инвертирующий вход (см. Рисунок 3) .
Рисунок 3: Отрицательная обратная связь с инвертирующим операционным усилителем
Отрицательная обратная связь используется для стабилизации усиления. Используя отрицательную обратную связь, коэффициент усиления с обратной связью можно определить с помощью внешних компонентов обратной связи, которые могут иметь более высокую точность по сравнению с внутренними компонентами операционного усилителя. Это связано с тем, что внутренние компоненты операционного усилителя могут существенно отличаться из-за технологических сдвигов, изменений температуры, изменения напряжения и других факторов. Коэффициент усиления с обратной связью можно рассчитать с помощью уравнения (2) :
$$ \ frac {V_ {OUT}} {V_ {IN}} = \ frac 1 f $$
Операционные усилители: преимущества и ограничения
Использование операционного усилителя дает множество преимуществ.Операционные усилители часто имеют форму ИС и широко доступны с бесчисленным количеством выбираемых уровней производительности для удовлетворения потребностей любого приложения. Операционные усилители имеют широкий диапазон применений и, как таковые, являются ключевым строительным блоком во многих аналоговых приложениях, включая конструкции фильтров, буферы напряжения, схемы компараторов и многие другие. Кроме того, большинство компаний предоставляют поддержку моделирования, такую как модели PSPICE, чтобы дизайнеры проверяли свои проекты операционных усилителей перед созданием реальных проектов.
Ограничения на использование операционных усилителей включают тот факт, что они являются аналоговыми схемами, и требуют, чтобы разработчик понимал основы аналоговой обработки, такие как нагрузка, частотная характеристика и стабильность. Нередко проектируют, казалось бы, простую схему операционного усилителя, только чтобы включить ее и обнаружить, что она колеблется. Из-за некоторых ключевых параметров, обсужденных ранее, разработчик должен понимать, как эти параметры влияют на его дизайн, что обычно означает, что разработчик должен иметь опыт аналогового проектирования от среднего до высокого.
Топологии конфигурации операционных усилителей
Существует несколько различных схем операционного усилителя, каждая из которых отличается по функциям. Ниже описаны наиболее распространенные топологии.
Повторитель напряжения
Самая простая схема операционного усилителя — повторитель напряжения (см. Рисунок 4) . Эта схема обычно не требует внешних компонентов и обеспечивает высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс, что делает ее полезным буфером.Поскольку входное и выходное напряжение равны, изменения на входе вызывают эквивалентные изменения выходного напряжения.
$$ V_ {OUT} = V_ {IN} $$
Рисунок 4: Повторитель напряжения
Наиболее распространенными операционными усилителями, используемыми в электронных устройствах, являются усилители напряжения, которые увеличивают величину выходного напряжения. Инвертирующая и неинвертирующая конфигурации — две наиболее распространенные конфигурации усилителей. Обе эти топологии являются замкнутыми (это означает, что существует обратная связь от выхода к входным клеммам), и, таким образом, усиление напряжения устанавливается соотношением двух резисторов.
Инвертирующий операционный усилитель
В инвертирующих операционных усилителях операционный усилитель заставляет отрицательный вывод равняться положительному выводу, который обычно является землей. Следовательно, входной ток определяется соотношением V _IN / R1 (см. Рисунок 5) .
Рисунок 5: Инвертирующий операционный усилитель
В этой конфигурации такой же ток течет через R2 к выходу. В идеале ток не течет на отрицательную клемму операционного усилителя из-за высокого уровня Z _IN.Ток, протекающий от отрицательной клеммы через R2, создает инвертированную полярность напряжения по отношению к V _IN. Вот почему эти операционные усилители имеют инвертирующую конфигурацию. Обратите внимание, что выход операционного усилителя может качаться только между положительным и отрицательным питанием, поэтому для создания отрицательного выходного напряжения требуется операционный усилитель с отрицательной шиной питания. V _OUT можно рассчитать с помощью уравнения (3) :
$$ V_ {OUT} = — \ left ({R_2} \ over {R_1} \ right) x V_ {IN} $$
Неинвертирующий операционный усилитель
В схеме неинвертирующего усилителя входной сигнал от источника подключается к неинвертирующей (+) клемме (см. Рисунок 6) .
Рисунок 6: Неинвертирующий операционный усилитель
Операционный усилитель вынуждает инвертирующее (-) напряжение на клеммах равняться входному напряжению, что создает ток через резисторы обратной связи. Выходное напряжение всегда находится в фазе с входным напряжением, поэтому эта топология известна как неинвертирующая. Обратите внимание, что с неинвертирующим усилителем коэффициент усиления по напряжению всегда больше 1, что не всегда имеет место в инвертирующих конфигурациях. VOUT можно рассчитать с помощью уравнения (4) :
$$ V_ {OUT} = \ left (1 + \ frac {{R_2}} {R_1} \ right) x V_ {IN} $$
Компаратор напряжения
Компаратор напряжения операционного усилителя сравнивает входное напряжение и подает выход на шину питания того входа, который выше.Эта конфигурация считается работой без обратной связи, потому что нет обратной связи. Компараторы напряжения работают намного быстрее, чем топологии с обратной связью, описанные выше (см. Рисунок 7) .
Рисунок 7: Компаратор напряжения
Как выбрать операционный усилитель для вашего приложения
В следующем разделе обсуждаются некоторые соображения при выборе подходящего операционного усилителя для вашего приложения.
Во-первых, выберите операционный усилитель, который может поддерживать ожидаемый диапазон рабочих напряжений.Эту информацию можно получить, посмотрев на напряжение источника питания усилителя. Напряжения питания, вероятно, будут либо V _DD (+) и заземлением (одинарное питание), либо усилитель может поддерживать как положительное, так и отрицательное питание. Отрицательное питание полезно, если выход должен поддерживать отрицательное напряжение.
Во-вторых, рассмотрим GBP усилителя. Если ваше приложение должно поддерживать более высокие частоты или требует более высокой производительности и уменьшения искажений, подумайте об операционных усилителях с более высоким коэффициентом полезного действия.
Следует также учитывать энергопотребление, поскольку для некоторых приложений может потребоваться работа с низким энергопотреблением. Рекомендуемые требования к питанию обычно можно найти в техническом описании детали и обычно указаны как ток питания и потребляемая мощность. Потребляемая мощность также может быть оценена как произведение тока и напряжения питания. Как правило, операционные усилители с более низкими токами питания имеют меньшее значение GBP и соответствуют более низким характеристикам схемы.
Для приложений, требующих более высокой точности, разработчик должен уделять особое внимание входному напряжению смещения усилителя, поскольку это напряжение приводит к смещению выходного напряжения усилителя.
Сводка
Операционные усилители широко используются во многих аналоговых и силовых приложениях. Преимущества использования операционного усилителя заключаются в том, что они, как правило, широко понятны, хорошо документированы и поддерживаются, а также довольно просты в использовании и внедрении. Операционные усилители полезны для многих приложений, таких как буферы напряжения, создание аналоговых фильтров и пороговых детекторов. Обладая более глубоким пониманием ключевых параметров и распространенных топологий, связанных с операционными усилителями, вы можете приступить к их внедрению в свои схемы.
_________________________
Вы нашли это интересным? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылайте их раз в месяц!
Получить техническую поддержку
Что такое усилитель мощности? Типы, классы и приложения
В этом руководстве мы узнаем об интересной теме в области электроники: усилителе мощности. Они используются в аудиоприложениях, радиосвязи, медицинском оборудовании (МРТ) и многом другом.Итак, мы узнаем, что такое усилитель мощности, каковы различные типы усилителей мощности, классы усилителей мощности, а также несколько приложений.
Введение
Усилитель — это электронное устройство, используемое для увеличения величины напряжения / тока / мощности входного сигнала. Он принимает слабый электрический сигнал / форму волны и воспроизводит аналогичную более сильную форму волны на выходе с помощью внешнего источника питания.
В зависимости от изменений, вносимых во входной сигнал, усилители подразделяются на усилители тока, напряжения и мощности.В этой статье мы подробно узнаем об усилителях мощности. Для получения дополнительной информации о различных типах усилителей: Различные типы и применения усилителей
Что такое усилитель мощности?
Усилитель мощности — это электронный усилитель, предназначенный для увеличения мощности заданного входного сигнала. Мощность входного сигнала увеличивается до уровня, достаточного для управления нагрузкой таких устройств вывода, как динамики, наушники, радиопередатчики и т. Д. В отличие от усилителей напряжения / тока, усилитель мощности предназначен для непосредственного управления нагрузкой и используется в качестве конечного блока. в цепи усилителя.
Входной сигнал усилителя мощности должен быть выше определенного порога. Таким образом, вместо того, чтобы напрямую передавать необработанный звуковой / радиочастотный сигнал на усилитель мощности, он сначала предварительно усиливается с помощью усилителей тока / напряжения и отправляется в качестве входного сигнала в усилитель мощности после внесения необходимых изменений. Вы можете увидеть блок-схему аудиоусилителя и использование усилителя мощности ниже.
В этом случае микрофон используется в качестве источника входного сигнала. Величины сигнала с микрофона недостаточно для усилителя мощности.Итак, сначала он предварительно усиливается, где его напряжение и ток немного увеличиваются. Затем сигнал проходит через схему регулировки тембра и громкости, которая вносит эстетические коррективы в форму звуковой волны. Наконец, сигнал проходит через усилитель мощности, а выходной сигнал усилителя мощности подается на динамик.
Типы усилителей мощности
В зависимости от типа подключенного выходного устройства усилители мощности делятся на следующие три типа:
Усилители мощности звука
Усилители мощности ВЧ
Усилители мощности постоянного тока
Мощность звука Усилители
Усилители мощности этого типа используются для увеличения мощности более слабого звукового сигнала.Усилители, используемые в схемах динамиков телевизоров, мобильных телефонов и т. Д., Подпадают под эту категорию.
Выходная мощность усилителя мощности звука колеблется от нескольких милливатт (как в усилителях для наушников) до тысяч ватт (как усилители мощности в системах Hi-Fi / домашних кинотеатрах).
Радиочастотные усилители мощности
Беспроводная передача требует, чтобы модулированные волны передавались по воздуху на большие расстояния. Сигналы передаются с помощью антенн, а дальность передачи зависит от величины мощности сигналов, подаваемых на антенну.
Для беспроводной передачи, такой как FM-радиовещание, антеннам требуются входные сигналы мощностью в тысячи киловатт. Здесь усилители мощности радиочастоты используются для увеличения мощности модулированных волн до уровня, достаточно высокого для достижения необходимого расстояния передачи.
Усилители мощности постоянного тока
Усилители мощности постоянного тока используются для усиления мощности сигналов с широтно-импульсной модуляцией. Они используются в электронных системах управления, которым требуются мощные сигналы для управления двигателями или исполнительными механизмами.Они принимают входные данные от систем микроконтроллера, увеличивают его мощность и подают усиленный сигнал на двигатели постоянного тока или приводы.
Классы усилителя мощности
Существует несколько способов проектирования схемы усилителя мощности. Рабочие и выходные характеристики каждой конфигурации схемы отличаются друг от друга.
Чтобы различать характеристики и поведение различных схем усилителя мощности, используются классы усилителей мощности, в которых буквенные символы присваиваются для обозначения метода работы.
Их можно разделить на две категории. Усилители мощности, предназначенные для усиления аналоговых сигналов, относятся к категории A, B, AB или C. Усилители мощности, предназначенные для усиления цифровых сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), относятся к категориям D, E, F и т.д. Итак, давайте рассмотрим их подробнее.
Усилитель мощности класса A
Аналоговые сигналы состоят из положительных максимумов и отрицательных минимумов.В этом классе усилителей вся форма входного сигнала используется в процессе усиления.
Один транзистор используется для усиления как положительной, так и отрицательной половины сигнала. Это упрощает их конструкцию и делает усилители класса А наиболее часто используемым типом усилителей мощности. Хотя этот класс усилителей мощности заменен более совершенными, они по-прежнему популярны среди любителей.
В этом классе усилителей активный элемент (электронный компонент, используемый для усиления, в данном случае транзистор) используется все время, даже если нет входного сигнала.Это выделяет много тепла и снижает эффективность усилителей класса A до 25% в случае нормальной конфигурации и до 50% в случае конфигурации с трансформаторной связью.
Угол проводимости (часть формы волны, используемая для усиления, отличная от 360 °) для усилителей класса A составляет 360 °. Таким образом, уровни искажения сигнала очень низкие, что позволяет лучше работать на высоких частотах.
Усилитель мощности класса B
Усилители мощности класса B предназначены для уменьшения проблем с КПД и нагрева, присутствующих в усилителях класса A.Вместо одного транзистора для усиления всей формы сигнала в этом классе усилителей используются два дополнительных транзистора.
Один транзистор усиливает положительную половину сигнала, а другой — отрицательную половину сигнала. Таким образом, каждое активное устройство проводит половину (180 °) формы волны, а два из них, в сочетании, усиливают весь сигнал.
Эффективность усилителей класса B значительно улучшена по сравнению с усилителями класса A из-за конструкции с двумя транзисторами.Они могут достигать теоретической эффективности около 75%. Усилители мощности этого класса используются в устройствах с батарейным питанием, таких как FM-радиоприемники и транзисторные радиоприемники.
Из-за наложения двух половин формы волны существует небольшое искажение в области кроссовера. Чтобы уменьшить это искажение сигнала, разработаны усилители класса AB.
Усилитель мощности класса AB
Усилители класса AB представляют собой комбинацию усилителей класса A и класса B. Усилители этого класса предназначены для уменьшения проблемы меньшей эффективности усилителей класса A и искажения сигнала в области кроссовера в усилителях класса B.
Он поддерживает высокую частотную характеристику, как в усилителях класса A, и хорошую эффективность, как в усилителях класса B. Комбинация диодов и резисторов используется для обеспечения небольшого напряжения смещения, что снижает искажение формы волны вблизи области кроссовера. Из-за этого происходит небольшое падение КПД (60%).
Усилитель мощности класса C
Конструкция усилителей мощности класса C обеспечивает более высокий КПД, но снижает угол линейности / проводимости, который составляет менее 90 °.Другими словами, он жертвует качеством усиления ради увеличения эффективности.
Меньший угол проводимости означает большее искажение, поэтому усилители этого класса не подходят для усиления звука. Они используются в генераторах высокой частоты и усилении радиочастотных сигналов.
Усилители класса C обычно содержат настроенную нагрузку, которая фильтрует и усиливает входные сигналы определенной частоты, а формы сигналов других частот подавляются.
В усилителе мощности этого типа активный элемент проводит ток только тогда, когда входное напряжение превышает определенный порог, что снижает рассеиваемую мощность и увеличивает эффективность.
Другие классы усилителей мощности
Усилители мощности классов D, E, F, G и т. Д. Используются для усиления цифровых сигналов с ШИМ-модуляцией. Они подпадают под категорию импульсных усилителей мощности и включают или постоянно выключают выход без каких-либо других уровней между ними.
Благодаря этой простоте усилители мощности, относящиеся к вышеупомянутым классам, могут достигать теоретического КПД до (90-100)%.
Приложения
Ниже приведены применения усилителей мощности в различных секторах:
Бытовая электроника: Усилители мощности звука используются практически во всех бытовых электронных устройствах, начиная от микроволновых печей, драйверов наушников, телевизоров, мобильных телефонов и домашних кинотеатров. системы к театральным и концертным системам армирования.
Промышленный: Усилители мощности импульсного типа используются для управления большинством промышленных приводных систем, таких как сервоприводы и двигатели постоянного тока.
Беспроводная связь: Усилители большой мощности важны при передаче сигналов сотовой связи или FM-вещания пользователям. Более высокие уровни мощности стали возможными благодаря усилителям мощности, которые увеличивают скорость передачи данных и удобство использования. Они также используются в оборудовании спутниковой связи.
Заключение
Краткое введение в концепцию усилителей мощности.Вы узнали, что такое усилитель мощности и его потребности, различные типы и классы усилителей мощности, а также несколько приложений.
Базовые знания, схема и применение операционного усилителя (ОУ)
Что такое операционный усилитель?
Операционные усилители (называемые операционными усилителями) — это усилители напряжения с высоким коэффициентом усиления со связью по постоянному току, входом в дифференциальном режиме и обычно несимметричным выходом, поскольку вначале они в основном использовались в схемах сложения, умножения и других операционных схемах.Идеальный операционный усилитель должен иметь следующие характеристики: бесконечный входной импеданс, равный нулевому выходному сопротивлению, бесконечное усиление разомкнутого контура, бесконечный коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR), бесконечная полоса пропускания. Ниже показан самый простой операционный усилитель. Модули операционных усилителей обычно включают в себя положительный вход (OP_P), отрицательный вход (OP_N) и выход (OP_O).
Самый простой операционный усилитель
Две основные концепции операционного усилителя
«Виртуальный короткий» и «виртуальный» Broken »- это две основные концепции операционных усилителей.При анализе линейные прикладные схемы операционных усилителей, процесс анализа схемы применения могут быть упрощены. Рабочие схемы, образованные операционные усилители требуют определенного функционального соотношения между входными и вывод, поэтому можно применить оба вывода.
«виртуальный короткий»
Усиление напряжения операционный усилитель очень большой. Обычно напряжение разомкнутого контура усиление общего операционного усилителя выше 80 дБ, и выходное напряжение операционного усилителя ограничено, обычно между 10 В и 14 В.Следовательно, входное напряжение дифференциального режима операционного усилителя меньше 1 мВ, а потенциал двух входных клемм примерно равен, что составляет эквивалент «короткого замыкания». Чем больше напряжение разомкнутого контура увеличении, чем ближе потенциалы двух входных клемм к равный.
«Виртуальный короткий» означает, что когда операционный усилитель находится в линейном состоянии, два входа можно считать равными потенциал. Эта характеристика называется ложным коротким замыканием или виртуальным коротким замыканием. кратко.Очевидно, что эти две входные клеммы не могут быть замкнуты накоротко.
«виртуально сломанный»
Из-за входа дифференциального режима сопротивление операционного усилителя очень большое, универсальное рабочее входное сопротивление усилителя обычно более 1 мОм. Таким образом, нынешний ток на входе операционного усилителя обычно меньше 1 мкА и намного меньше, чем ток внешней цепи на входе. Таким образом, два входа к операционному усилителю обычно считаются открытыми, и чем больше входное сопротивление, тем больше ближе два входа от пути.
«Виртуальный обрыв» означает, что, когда операционный усилитель анализа находится в линейном состоянии, два входа можно рассматривать как эквивалентную разомкнутую цепь. Эта функция называется ложным размыканием цепи, или сокращенно виртуальным разрывом. Очевидно, эти две входные клеммы на самом деле не могут быть отключены.
Две основные схемы ОУ
Цепь отрицательной обратной связи
Схема отрицательной обратной связи операционного усилителя
Полярность сигнала обратной связи и входного сигнала противоположны. или направление изменения противоположное (инвертированное), результат суперпозиции ослабит чистый входной сигнал.Такая обратная связь называется отрицательной. схема усилителя обратной связи. Выборка отрицательной обратной связи обычно использует выборка тока или напряжения. Использование отрицательной обратной связи делает усиление усилителя с обратной связью стабилизировано, исключая влияние усиление без обратной связи. Отрицательная обратная связь также влияет на вход и выход усилителя. сопротивление. Смешивание напряжения увеличивает входной импеданс, смешивание тока снижает входное сопротивление; токовая выборка увеличивает выходное сопротивление, а выборка напряжения снижает выходное сопротивление.Использование отрицательной обратной связи также может значительно уменьшить искажения, создаваемые усилителем в устойчивом состояние и может снизить различные уровни помех внутри усилителя.
Цепь положительной обратной связи
Схема положительной обратной связи операционного усилителя
Полярность сигнала обратной связи такая же, как полярность входной сигнал системы, тем самым увеличивая чистый входной сигнал система, которая называется режимом положительной обратной связи. В электронном усилителе цепи, использование положительной обратной связи может увеличить коэффициент усиления усилителя и увеличить частотную избирательность усилителя, чтобы генерировать полезные периодические колебательные сигналы.
Применение операционного усилителя
Как правило, использование отрицательной обратной связи может обеспечить стабильную работу схемы. И использование положительной обратной связи может быть применено к системам с колебательными сигналами. Операционный усилитель выполняет функции сложения, вычитания, пропорционального усиления, интегрального дифференцирования и т. Д. Существует множество схем операционного усилителя, которые покрывают большинство основных требуемых аналоговых функций. Таким образом, операционные усилители стали рабочей лошадкой для разработчиков аналоговой электроники, которые находят широкое применение в электронной промышленности, особенно в операционных усилителях общего назначения.Их можно использовать в качестве прецизионных усилителей переменного и постоянного тока, активных фильтров, генераторов и компараторов напряжения при подключении к соответствующим сетям обратной связи.
Если вам необходимо реализовать конструкцию вашей схемы в виде физической печатной платы, Seeed Fusion может позаботиться о производстве и сборке печатных плат. Компания Seeed, которой доверяют миллионы инженеров-электронщиков, любителей и производителей по всему миру, обещает надежное производство и изготовление печатных плат с низкими затратами, быстрым временем сборки и 100% гарантией качества.Получите мгновенное онлайн-предложение на Seeed Fusion прямо сейчас.
Следите за нами и ставьте лайки:
Продолжить чтение
.