Из чего состоит усилитель. Усилитель мощности: принцип работы, виды и характеристики

Как работает усилитель мощности. Какие бывают типы усилителей. На что обратить внимание при выборе усилителя. Основные параметры и характеристики усилителей мощности.

Что такое усилитель мощности и для чего он нужен

Усилитель мощности — это электронное устройство, предназначенное для увеличения мощности входного электрического сигнала. Основная задача усилителя мощности заключается в том, чтобы преобразовать слабый входной сигнал в мощный выходной сигнал, способный приводить в действие нагрузку, например, акустические системы.

Основные области применения усилителей мощности:

• Аудиотехника (усилители для домашних аудиосистем, концертного и студийного оборудования)
• Радиотехника (усилители мощности передатчиков)
• Промышленная электроника
• Измерительная техника
• Системы автоматики и управления

Принцип работы усилителя мощности

Как работает усилитель мощности? Принцип действия усилителя основан на преобразовании энергии источника питания в энергию усиленного сигнала под управлением входного сигнала. То есть слабый входной сигнал управляет мощным потоком энергии от источника питания к нагрузке.

Основные этапы работы усилителя мощности:

1. На вход усилителя поступает слабый сигнал
2. Этот сигнал усиливается по напряжению в предварительных каскадах
3. Усиленный по напряжению сигнал поступает на выходной каскад
4. В выходном каскаде происходит усиление тока за счет энергии источника питания
5. На выходе формируется мощный сигнал, передаваемый в нагрузку

Основные типы усилителей мощности

Существует несколько основных типов усилителей мощности:

По типу усиливаемого сигнала:

• Усилители постоянного тока
• Усилители переменного тока

По ширине полосы пропускания:

• Узкополосные
• Широкополосные

По типу активных элементов:

• Ламповые
• Транзисторные
• Интегральные

По режиму работы выходного каскада:

• Класс А
• Класс B
• Класс AB
• Класс C
• Класс D

Основные параметры и характеристики усилителей мощности

При выборе усилителя мощности следует обращать внимание на следующие ключевые параметры:

• Выходная мощность
• Коэффициент усиления
• Коэффициент полезного действия (КПД)
• Частотный диапазон
• Входное и выходное сопротивление
• Коэффициент нелинейных искажений
• Отношение сигнал/шум

Рассмотрим подробнее некоторые из этих параметров.

Выходная мощность

Выходная мощность — это максимальная мощность, которую усилитель может отдать в нагрузку без значительных искажений. Измеряется в ваттах. Для домашних аудиосистем обычно достаточно мощности 50-100 Вт на канал, для концертного оборудования может потребоваться несколько киловатт.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления показывает, во сколько раз выходной сигнал больше входного. Обычно выражается в децибелах (дБ). Типичные значения — от 20 до 60 дБ.

Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД усилителя — это отношение выходной мощности к потребляемой от источника питания. Измеряется в процентах. У ламповых усилителей класса А КПД может составлять 20-30%, у современных импульсных усилителей класса D — до 90%.

Как выбрать усилитель мощности

При выборе усилителя мощности необходимо учитывать следующие факторы:

• Требуемая выходная мощность (зависит от акустических систем и размеров помещения)
• Тип нагрузки (сопротивление акустических систем)
• Качество звучания (коэффициент нелинейных искажений, отношение сигнал/шум)
• Функциональность (наличие необходимых входов/выходов, регулировок)
• Надежность и качество изготовления
• Стоимость

Для домашних аудиосистем хорошим выбором будет усилитель класса AB мощностью 50-100 Вт на канал с коэффициентом нелинейных искажений менее 0,1% и отношением сигнал/шум более 90 дБ.

Перспективы развития усилителей мощности

Основные тенденции в развитии современных усилителей мощности:

• Повышение энергоэффективности (КПД до 95% у цифровых усилителей)
• Миниатюризация (создание компактных мощных усилителей)
• Улучшение качественных показателей (снижение искажений, расширение частотного диапазона)
• Внедрение цифровых технологий обработки сигнала
• Развитие беспроводных технологий передачи аудиосигнала

Усилители мощности продолжают совершенствоваться, обеспечивая все более качественное и эффективное усиление сигналов в различных областях техники.

Усилитель — Описание, предназначение, виды усилителей.

Электронный усилитель — это усилитель, задача которого состоит в том, чтобы увеличить сигнал по мощности, при этом сохраняя форму усиливаемого сигнала. Более подробно это определение можно прочесть в Википедии. В этой статье мы поверхностно пробежимся по основам теории усилителей.

Что такое усилитель?

В электрических схемах очень часто встречаются сигналы малой мощности. Например, это может быть звуковой сигнал с динамического микрофона

слабый радиосигнал, который ловит из эфира ваш китайский радиоприемник

Либо отраженный сигнал от ракеты противника, который уже потом ловит, усиливает и отслеживает радиолокационная установка. Для примера: зенитно-ракетный комплекс ТОР:

Как вы видите, в электронике абсолютно везде требуется усиление слабых сигналов. Для того, чтобы их усиливать, как раз нужны усилители сигналов. Усилители широко применяются в радиолокации, телевидении, радиовещании, телеметрии, в вычислительной технике, авторегулировании, в системах автоматики и тд.

Что такое черный ящик в электронике

В общем виде усилитель можно рассматривать как черный ящик. Что представляет из себя этот черный ящик? Это ящик. Он черный). А так как он черный, то абсолютно никто не знает, что находится в нем. Остается только предполагать. Но возможен и такой вариант, что мы можем предпринять какие-либо действия и ждать ответной реакции. После ответной реакции этого черного бокса,  можно предположить, что находится у него внутри.

То есть по сути черный ящик должен иметь какие-либо «сенсоры» для восприятия информации извне, некий «вход», а также некий «выход» для ответной реакции. То есть подавая на вход какое-либо воздействие, мы ждем ответной реакции черного ящика на выходе.

Пусть в черном ящике будет кот или кошка, но пока никто не знает, что он(а) там есть. Что мы сделаем в первую очередь? Потрясем ящик или пнем по нему, так ведь? Если там кто-то мяукнет, значит однозначно или кошка, или кот). То есть последовала ответная реакция. Как определить дальше кошка или кот? Открываем ящик, и из него вылазит лохматое чудо. Если побежала — значит кошка. Если побежал — значит кот).

Но также в черном ящике может быть абсолютно любое тело или вещество. Для таких ситуаций мы должны провести как можно больше опытов, то есть произвести как можно больше входных воздействий для более точного определения содержимого черного ящика.

Что такое четырехполюсник

В электронике черным ящиком является четырехполюсник. Что вообще такое четырехполюсник? Четырехполюсник — это черный ящик, внутри которого имеется неизвестная электрическая цепь. Здесь мы видим две клеммы на вход, через которые подается входное воздействие и две клеммы на выход, с которых мы уже будем снимать отклик нашего «электрического черного ящика».

Пассивный четырехполюсник

Например, RC-цепь является пассивным четырехполюсником, так как она имеет четыре вывода: два на вход и два на выход, и как мы видим, она не содержит в себе какой-либо источник питания. Эта RC цепочка является пассивным фильтром низкой частоты (ФНЧ).

В пассивных четырехполюсниках напряжение или ток на выходе могут быть больше, чем на входе, но мощность при этом не увеличивается. Как же напряжение или ток на выходе могут быть больше, чем на входе? Здесь достаточно вспомнить трансформатор, а также последовательный и параллельный колебательные контура. Для них точнее было бы определение преобразователи напряжения, но никак не усилитель, так как усилитель должен иметь в своем составе обязательно источник питания, у которого он будет брать энергию для усиления слабого входного сигнала.

Также в пассивном четырехполюснике мощность на выходе никак не будет больше мощности, чем на входе. Если вы этого добьетесь, то сразу же получите вечный источник энергии и Нобелевскую премию в придачу. Но помните, что закон сохранения энергии, который впервые был еще сформулирован Лейбницем в 17 веке, никто не отменял.

Активный четырехполюсник

А вот этот четырехполюсник мы будем уже называть активным, так как он имеет в своем составе источник питания +U_пит , которое требуется для того, чтобы усиливать сигнал.

То есть мы здесь видим две клеммы на вход, на которые загоняется сигнал U_вх , а также видим две клеммы на выход, где снимается напряжение U_вых . Питается наш четырехполюсник через +U_пит , в результате чего, в данном случае, сигнал на выходе будет больше, чем сигнал на входе.

Загоняя на вход такой схемы синусоиду, на выходе мы получим ту же самую синусоиду, но ее амплитуда будет в разы больше.

Это, конечно же, верно для идеального усилителя, т.е. абсолютно линейного и без ограничения на амплитуду входного и выходного сигнала. В реальных усилителях, требуется чтобы амплитуда не превышала допустимую и усилитель был правильно спроектирован. Кроме того, любой реальный усилитель вносит искажения и характеризуется коэффициентом нелинейных искажений (КНИ) и еще многими другими параметрами, которые мы рассмотрим в следующей статье.

В активном четырехполюснике, одним из которых является усилитель мощности, мощность на выходе будет больше, чем на входе. Естественно, при этом не нарушается закон сохранения энергии, так как мощность, которая выделяется на нагрузке — это преобразованная мощность источника питания. Входной слабый сигнал просто управляет этой мощностью. Более подробно можно прочитать в статье про принцип усиления транзистора.

В электронике мы будем рассматривать усилитель, как активный четырехполюсник, на вход которого подается маломощный сигнал U_вх, а к выходу цепляется нагрузка R_{н .}

Обобщенная схема усилителя

Она  выглядит примерно вот так:

Как мы можем видеть на схеме, ко входу усилительного каскада  через клеммы 1 и 2 подсоединяется какой-либо источник слабого сигнала  с ЭДС  E_И   и внутренним сопротивлением R_И . Именно этот слабый сигнал с этого источника мы будем усиливать. Далее, как и полагается, каждый усилитель обладает своим каким-либо входным сопротивлением R_вх . Сила тока I_вх в цепи  E_И —>R_И—>R_вх , как ни трудно догадаться, будет зависеть от  входного сопротивления усилительного каскада R_вх .

Как вы уже знаете, источник питания играет главную роль в усилительном каскаде. Маломощный слабый сигнал управляет расходом энергии источника питания. В результате на выходе мы получаем умощненную копию входного слабого сигнала. Усиление произошло благодаря тому, что источник питания давал свою мощность для усиления входного сигнала. Ну как-то вот так).

В выходной цепи усилителя мы получаем усиленный сигнал с ЭДС (Что такое ЭДС) E_вых и выходным сопротивлением R_вых . Через клеммники 3 и 4 мы цепляем нагрузку R_н , которая уже будет потреблять энергию усиленного сигнала. Сила тока в цепи E_вых —> R_вых —> R_н  будет зависеть от сопротивления нагрузки R_н .

Типы усилителей

Усилители можно разделить на три группы:

Усилитель напряжения

Усилитель напряжения (УН) усиливает входное напряжение в заданное число раз. Этот коэффициент называется коэффициентом усиления по напряжению и вычисляется по формуле:

где

K_U — это коэффициент усиления по напряжению

U_вых — напряжение на выходе усилителя, В

U_вх — напряжение на входе усилителя, В

Выходное усиленное напряжение не должно меняться от тока нагрузки, а следовательно, и от сопротивления нагрузки. В идеале, выходное сопротивление R_вых должно быть равно нулю, что недостижимо на практике. Поэтому, УН стараются проектировать так, чтобы минимизировать выходное сопротивление R_вых .

В таком режиме усилитель работает, если выполняются условия, что R_вх намного больше, чем R_вых т. е.  R_вх >>R_и  и R_н намного больше, чем R_вых    (R_н >>R_вых ). Чем больше номинал R_н , тем лучше для усилителя напряжения, так как нагрузка не будет просаживать выходное напряжение U_вых.  Здесь все просто: чем меньше сопротивление нагрузки, тем бОльшая сила тока будет течь по цепи E_вых —> R_вых —> R_н , тем больше будет падение напряжения на выходном сопротивлении R_вых , исходя из формулы ЭДС: E_вых =I_выхR_вых +I_выхR_н . Об этом можно более подробно прочитать в статье Закон Ома для полной цепи.

Усилитель тока

Усилитель тока (УТ) усиливает входной ток в заданное число раз. Этот коэффициент называется коэффициентом усиления по току и вычисляется по формуле:

где K_I   — коэффициент усиления по току

I_вых  — сила тока в цепи нагрузки, А

I_вх  — сила тока во входной цепи E_и —>R_и —>R_вх , А

Смысл работы усилителя тока такой:  при определенной силе тока во входной цепи, на выходе в цепи нагрузки мы получаем силу тока, бОльшую в K_I раз, независимо от того, какое значение принимает номинал нагрузки. Здесь уже работает простой закон Ома I=U/R.

Если сила тока должна быть постоянной, а  значение сопротивления у нас может быть плавающим, то для поддержания постоянной силы тока в цепи нагрузки у нас усилитель автоматически изменяет напряжение U_вых на нагрузке. В результате, ток как был постоянной величиной, так и остался. Или буквами: R_н =var, Iвых= const.

Объяснение выше вы будете рассказывать своему преподу по электронике, а теперь объяснение для полных чайников. Итак, во входной цепи E_и —>R_и —>R_вх  пусть у нас течет сила тока в 10 мА. Коэффициент K_I =100, следовательно, на выходе в цепи нагрузки E_вых —>R_вых —> R_н будет течь ток с силой в 1 А (10мА х 100). Но сам по себе такой ток не будет ведь гулять по этой цепи. Ему надо создать условия для протекания. Допустим,  у нас нагрузка 10 Ом. Какое тогда напряжение должно быть в этой цепи для получения силы тока в этой цепи в 1 А? Вспоминаем дядюшку Ома: I=U/R. 1=U_вых /10, получаем U=10 В. Вот такое напряжение нам будет выдавать усилитель тока на выходе.

Но что, если нагрузка поменяет свое значение? Ток должен остаться таким же, не забывайте, то есть 1 А, так как это у нас усилитель тока. В этом случае, чтобы сила тока в цепи оставалась 1 А  усилитель автоматически поменяет свое значение напряжения на выходе U_вых на 1=U_вых /5. U_вых =5/1=5 В. То есть на выходе у нас уже будет 5 Вольт.

Но также не забываем еще об одном параметре, который у нас находится в выходной цепи усилителя тока. Это выходное сопротивление R_вых . Поэтому, нам необходимо, чтобы выполнялось условие: R_вх << R_и и R_н << R_вых  при которых обеспечивается заданный ток в нагрузке при малом значении напряжения.

Усилитель мощности

Раньше было очень круто и модно собирать усилители мощности (УН) своими руками, включить Ласковый Май и вывернуть громкость на всю катушку. Сейчас же УМ может собрать или купить каждый, благо интернет и Алиэкпресс всегда под рукой.

Чем же УМ отличается от УН и УТ?

Если в УТ  мы увеличивали только силу тока, в УН — напряжение, то в УМ мы увеличиваем в кратное число раз ток и напряжение.

Формула мощности для постоянного и переменного тока при активной нагрузке выглядит вот так:

где

P — мощность, Вт

I — сила тока, А

U — напряжение, В

Следовательно, коэффициент усиления по мощности запишется как:

где

K_P — коэффициент усиления по мощности

P_вых  — мощность на выходе усилителя, Вт

P_вх  — мощность на входе усилителя, Вт

Для усилителя мощности условия согласования входной цепи с источником входного сигнала и выходной цепи с нагрузкой для передачи максимальной мощности имеют вид: R_вх ≈ R_и и R_н ≈ R_{вых .}

Также не забывайте, что нагрузки могут быть как чисто активными (типа лампочки накаливания, резистора, различных нагревашек), так и иметь реактивную составляющую (катушки индуктивности, конденсаторы, двигатели и тд).

Выходная мощность усилителя

Выходная мощность усилителя, отдаваемая в активную нагрузку, будет выражаться формулой:

где

P_вых — выходная мощность усилителя, Вт

I_вых — сила тока в цепи нагрузки, А

U_Вых  — напряжение на нагрузке, В

Мощность на нагрузку с реактивной составляющей будет уже выражаться через формулу:

где

P_вых — выходная мощность усилителя, Вт

I_вых — сила тока в цепи нагрузки, А

U_вых  — напряжение на нагрузке, В

cosφ  — где φ — это разность фаз между осциллограммой тока и напряжения

Например, разность фаз между током и напряжением в активной нагрузке равна нулю, следовательно, cos0=1. Поэтому формула для активной нагрузки принимает вид

Более подробно про это можно прочитать в статье про активное и реактивное сопротивление.

Максимальная выходная мощность, при которой искажение сигнала на выходе не превышает качественных значений усилителя, называют номинальной мощностью усилителя.

Ну и обобщенное правило, для того, чтобы было проще запомнить все эти три вида усилителя:

В УН K_U > 1, K_I = 1;       в УТ K_I > 1, K_U = 1;          в УМ K_U > 1 и K_I > 1.

 

Виды усилителей по полосе пропускания

По ширине полосы пропускания усилители делятся на:

Усилители низкой частоты

Также их еще называют усилители звуковой частоты (УЗЧ). Они предназначенные для усиления сигналов с частотой от десятков Герц и до 20 кГц. 20 кГц — это предел частоты, которая может быть воспринята человеческим ухом. Поэтому, такой тип усилителей очень любят меломаны и радиолюбители.

Усилители высокой частоты

Они предназначены для усиления сигналов во всем диапазоне частот, используемых электроникой.

Широкополосные усилители

Они позволяют  усиливать широкую полосу частот (например, от десятков герц до нескольких мегагерц). Здесь, думаю, все понятно.

Узкополосные усилители

Они усиливают узкую полосу частот. Это могут быть  резонансные фильтры, а также фильтры, которые строятся на основе УВЧ и УНЧ.

Усилители постоянного тока

Усиливают сколь угодно медленные электрические колебания, начиная с частоты, равной нулю герц (постоянный ток).

Если вы желаете больше знать об усилителях, то читайте статью основные параметры усилителя.

Усилители мощности: схемы, мощные выходные усилители

Пример HTML-страницы

Усилителем мощности называют усилитель, предназначенный для обеспечения заданной мощности нагрузки Р_н при заданном сопротивлении нагрузки R_H. Усилитель мощности является примером устройств силовой электроники. Основная цель при разработке таких устройств состоит в том, чтобы отдать нагрузке заданную мощность.

В противоположность устройствам силовой электроники при проектировании устройств информативной (информационной) электроники основная цель состоит в том, чтобы выполнить заданную обработку сигнала и получить выходные сигналы, содержащие ту или иную информацию о входных.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

В качестве примера можно назвать устройства, определяющие, в какой момент времени входной сигнал принимает максимальное значение. В устройствах информативной электроники, как правило, стремятся снизить мощность обрабатываемых сигналов до такого уровня, при котором помехоустойчивость устройства еще приемлема. В устройствах силовой электроники такую задачу в соответствии с изложенным нельзя ставить в принципе.

Реальное устройство может содержать черты как силовой, так и информативной электроники, но об указанном различии следует постоянно помнить. Необходимо отметить, что функции устройств информативной электроники все чаще берут на себя микропроцессоры. Но микропроцессоры, естественно, не в состоянии выполнять функции устройств силовой электроники.

На усилитель мощности, как правило, приходится подавляющая часть мощности, потребляемая тем устройством, составной частью которого он является. Поэтому всемерное внимание уделяется повышению коэффициента полезного действия усилителя мощности.

Другой важной проблемой является уменьшение габаритных размеров и веса усилителя мощности, так как они часто определяют габаритные размеры и вес всего устройства. Проблемы повышения коэффициента полезного действия и уменьшения габаритных размеров тесно связаны, потому что габаритные размеры и вес усилителя сильно зависят от габаритных размеров и веса охладителей. Чем больше коэффициент полезного действия, тем меньше габаритные размеры и вес усилителя.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Транзисторы усилителей мощности работают в режиме большого сигнала, когда амплитуды переменных составляющих токов и напряжений достаточно велики. При этом заметно проявляются нелинейные свойства транзисторов и возникают нелинейные искажения входного сигнала. С другой стороны, обычно не допускается, чтобы выходной сигнал был сильно искаженным.

Уровень нелинейных искажений и КПД усилителя мощности существенно зависят от начального режима работы, причем нелинейные искажения обусловливаются нелинейностью не только входных, но и выходных характеристик транзисторов, так как они работают в режиме большого сигнала. Минимально возможный уровень нелинейных искажений можно обеспечить в режиме класса «А», а максимально возможный КПД — в режиме классов «В» или «АВ».

Усилители мощности бывают однотактные и двухтактные, причем первые работают в режиме класса «А», а вторые — в режиме классов «В» или «АВ». Однотактные усилители мощности применяются при относительно малых выходных мощностях (единицы ватт).

В соответствии с требованием обеспечить заданную мощность нагрузки Р_н при разработке усилителя мощности должен быть решен вопрос о соответствующем выборе напряжения питания усилителя Е. Предположим, что усилитель с указанным напряжением питания может создать на нагрузке синусоидальный сигнал с максимально возможной амплитудой напряжения

Тогда максимально возможная мощность нагрузки Р_н max определится выражением Р_н max = ( U_m / √2 )² · 1 / R н = U_m² / ( 2 · R н ) = E² / ( 8 · R н )

Откуда U_m = E / 2 E = 2 · √ ( Р_н max · R н · 2 )

Если по каким-либо причинам выбрать полученное значение Е не представляется возможным, для согласования усилителя и нагрузки можно использовать трансформатор. Однако трансформатор часто является нежелательным элементом усилителя мощности, так как это сравнительно дорогое и сложное в изготовлении устройство.

Рассмотрим согласование нагрузки и усилителя с помощью трансформатора (рис. 2.39).

Через W₁ и W₂ обозначено соответственно количество витков первичной и вторичной обмоток трансформатора, а через u_вых и R_вых — соответственно выходное напряжение и выходное сопротивление усилителя.

При определении мощности нагрузки эту схему можно заменить эквивалентной схемой, приведенной на рис. 2.40.

В ней через R′_н обозначено приведенное сопротивление нагрузки R′_н = R_н / n 2 где n — коэффициент трансформации (n = W₂ / W₁ ).

Изменяя коэффициент трансформации, можно добиться необходимого согласования усилителя и нагрузки, причем известно, что максимальная мощность в нагрузку отдается при R_вых = R′_н. Отсюда определим оптимальное значение коэффициента трансформации:

n опт = √ ( R_н / R_вых )

История аудиоусилителя

••• Kurgu128/iStock/GettyImages

Пол Фаворс

Аудиоусилитель — это устройство, используемое для увеличения громкости звука с малой мощностью, чтобы его можно было использовать в громкоговорителе. Как правило, это последний шаг в цепочке звуковой обратной связи или перемещение звука от аудиовхода к аудиовыходу. Существуют различные приложения этой технологии, в том числе их использование в системах громкой связи и на концертах. Аудиоусилители также могут иметь значение для частных лиц, поскольку они используются в домашних звуковых системах. На самом деле звуковые карты персональных компьютеров, скорее всего, имеют усилители звука.

Происхождение

Первый аудиоусилитель был изготовлен в 1906 году человеком по имени Ли Де Форест и представлял собой ламповый триод. Этот конкретный механизм произошел от Audion, разработанного Де Форестом. В отличие от триода, состоящего из трех элементов, в Audion их было только два, и звук не усиливался. Позднее в том же году был изобретен триод — устройство, способное регулировать движение электронов от нити накала к пластине и, таким образом, модулировать звук. Это было жизненно важно для изобретения первого AM-радио.

Вакуумные лампы

После Второй мировой войны произошел скачок технологий из-за достижений, достигнутых во время войны. Самые ранние виды аудиоусилителей были сделаны из электронных ламп или ламп. Примером этого является усилитель Williamson, который был представлен в 1946 году. В то время это конкретное устройство считалось передовым и производило звук более высокого качества по сравнению с другими усилителями, доступными в то время. Рынок усилителей звука был устойчивым, и устройства лампового типа можно было приобрести по доступным ценам. К 1960-е годы, патефоны и телевизоры сделали ламповые усилители довольно популярными.

Транзисторы

К 1970-м годам ламповая технология была заменена кремниевыми транзисторами. Хотя лампы не были полностью уничтожены, о чем свидетельствует популярность электронно-лучевых трубок, которые использовались для усилителей, кремниевые транзисторы становились все более и более распространенными. Транзисторы усиливают звук, изменяя напряжение аудиовхода за счет использования полупроводников. Причины предпочтения транзисторов над лампами заключались в том, что они были меньше и, следовательно, более энергоэффективны. В дополнение к этому, они также лучше снижают уровень искажений и дешевле в производстве.

Твердотельный

Большинство аудиоусилителей, используемых сегодня, представляют собой твердотельные транзисторы. Примером этого является транзистор с биполярным переходом, который состоит из трех элементов, изготовленных из полупроводниковых материалов. Другой тип усилителя, используемый в последние годы, — это полевой МОП-транзистор или полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника. Изобретенный Юлиусом Эдгаром Лилиенфельдом, он был впервые концептуализирован в 1925 году и имеет как цифровые, так и аналоговые схемы.

Разработки

Хотя твердотельные усилители предлагали удобство и эффективность, они все же не могли обеспечить качество ламповых усилителей. В 1872 году Матти Отала обнаружил причину этого: интермодуляционные искажения (TIM). Этот особый вид искажения был вызван быстрым увеличением напряжения в устройстве вывода звука. Дальнейшие исследования решили эту проблему и, таким образом, привели к созданию усилителей, компенсирующих TIM.

Связанные статьи

Ресурсы

• Хронология аудио

Об авторе

Пол Фаворс (Paul Favors) работает штатным SEO-консультантом и писателем-фрилансером в частной консультационной фирме. Пол имеет степень бакалавра гуманитарных наук. получил степень доктора коммуникационных исследований в Университете Алабамы в Бирмингеме и был профессиональным писателем в течение 3 лет, два из которых были постоянными участниками Demand Studios.

Что такое стереоусилители и как они работают?

AudioReputation поддерживается считывателем. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию Подробнее

Прежде чем мы начнем говорить о стереоусилителях, скажем несколько слов об усилителях в целом, потому что мы уверены, что многие люди не до конца понимают принцип работы усилителя.

Содержание

• Что такое стереоусилители?
• Что такое усилители?
• Какие виды усилителей существуют?
• Как работают стереоусилители?
• Как правильно выбрать стереоусилитель?

Что такое стереоусилители?

Стереоусилители имеют два выходных канала, которые они используют для приема выходных стереосигналов, поступающих от какого-либо устройства, и отправки их на динамики, подключенные к усилителям.

Что такое усилители?

Первый усилитель был изобретен американским инженером Ли де Форестом в начале 1900-х годов. Изобретение, по сути, представляло собой электронную вакуумную лампу, которая была названа «Аудион» и предназначалась для усиления слабого тока. Однако это не был окончательный вариант усилителя, так как последователям мистера де Фореста (Ирвингу Ленгмюру и Эдварду Армстронгу) удалось по-настоящему понять, как работает усилитель, и усовершенствовать его на основе новых знаний. Они сделали триод – вакуумную лампу без воздуха, содержащую три компонента (положительный вывод – платиновая пластина, отрицательный вывод – катод и платиновая сетка посередине). Сетка была чем-то, что мы называем входом, а катод был выходом. При нагреве катода (при подаче питания на вход) электроны получают отрицательное напряжение и начинают двигаться к положительной пластине (выходу). В процессе устанавливается текущий поток. Отрицательное напряжение попадает на платиновую сетку, прерывает протекание тока и изменяется напряжение на катоде. Так делается усиление.

Первый усилитель был слишком большим и нестабильным, и ученым не удавалось сделать меньшее и более безопасное устройство (транзистор) до 1947 года. После этого форма усилителей сильно изменилась, они стали меньше и портативнее. Что объединяет современные усилители со старейшими, так это принцип работы, который остается неизменным все эти годы.

Все усилители в мире получают меньший электрический сигнал (вход) от источника питания (телефон, плеер и т.п.) и усиливают его (усиливают тот же сигнал).

Какие виды усилителей существуют?

Усилители можно классифицировать по различным признакам (по конструкции, по частоте, по напряжению, мощности, по классам от A до D и т. д.). Это не так уж и странно, учитывая широкое распространение усилителей — они встроены во всевозможные устройства, от слуховых аппаратов до акустических систем домашнего кинотеатра. Из-за этого у нас есть много разных категорий усилителей и разных типов усилителей. Читая классификацию усилителей, можно легко запутаться, но это не наша тема, поэтому не будем вдаваться в подробности. Мы просто собираемся сказать, что один из способов классификации усилителей — по их функциям.

Этот тип классификации дает нам сервоусилители, линейные и нелинейные, широкополосные, буферные, радиочастотные и звуковые усилители. Группа под названием усилители звука сейчас для нас самая важная. Эти усилители используются для усиления звуковых частот, и мы можем разделить их на 3 подгруппы: предварительные усилители, усилители мощности и стереоусилители.

Предусилители (также известные как предусилители) предназначены для приема очень слабых сигналов (сигналы микрофонного уровня) и усиления их до более высокого уровня (сигнал линейного уровня), где обычные усилители вступают во владение.

Усилители мощности используются для усиления маломощного сигнала (например, радиосигнала), чтобы его могли использовать некоторые другие устройства (например, громкоговорители).

Стереоусилители имеют два выходных канала, которые они используют для приема выходного стереосигнала, поступающего от какого-либо устройства, и отправки его на динамики, подключенные к усилителям.

Как работают стереоусилители?

Стереоусилители — один из самых популярных способов улучшения качества звука в различных ситуациях и условиях. Их можно использовать дома или в офисе, и они могут усиливать сигнал, поступающий от CD- и DVD-плееров, телевизоров и т. д. Стереоусилители имеют тот же принцип работы, что и эти старые усилители, и мы подробно объясним его здесь.

Стереоусилители имеют 3 порта/разъема (входной порт для подключения источника сигнала, выходной порт, который используется для отправки сигнала на динамики и разъем источника питания или вход питания). Эти усилители получают питание от настенной розетки и преобразуют переменный ток в постоянный благодаря устройству, называемому транзистором. Это устройство представляет собой своего рода клапан, который позволяет току течь в определенных количествах. Величина тока, которую пропускает транзистор, зависит от сигнала, полученного от источника сигнала (телевизор, ПК, плеер и т. д.). Меньшие сигналы позволят протекать меньшему току, а усиление будет меньше, чем усиление больших сигналов, которые позволяют протекать большему току.

Транзистор управляет не только величиной тока. Он также контролирует его частоту. В зависимости от частоты входного сигнала транзистор будет работать медленнее или быстрее (при частоте 50 Гц транзистор будет открываться и закрываться 50 раз в секунду).

Как правильно выбрать стереоусилитель?

Как мы уже говорили ранее, стереоусилители являются наиболее популярным способом улучшения качества звука при использовании акустических систем. Однако принять решение о том, какую модель купить – задача не из легких, поэтому мы подготовили несколько советов, которые помогут вам. Таким образом, вы будете знать, на какие характеристики обратить внимание при покупке стереоусилителя.

Предварительный/мощный или интегрированный усилитель

Стереоусилители можно купить в двух формах – в одной или двух коробках.

Интегрированные усилители поставляются в одной коробке и объединяют два устройства (предусилитель и усилитель мощности) в одно. Они лучше, чем второй тип, потому что занимают меньше места, и вы получаете все уже объединенное и подобранное вместе, так что вам не нужно беспокоиться об этих вещах — идеальное сочетание уже достигнуто. С другой стороны, они обеспечивают более низкое качество звука по сравнению с предусилителями/усилителями мощности.

Предусилители/усилители мощности состоят из двух блоков. В одной коробке вы найдете предусилитель с входным портом и регуляторами громкости, а усилитель мощности находится в отдельной коробке. Предусилитель может быть очень чувствительным, потому что сигнал, проходящий через предусилитель, чувствителен. Однако усилитель мощности шумит и через него проходит большой ток.

Вот почему некоторые считают разумным держать их отдельно. Места это не сэкономит, но качество звука будет лучше. Важно стараться покупать оба устройства у одного производителя, чтобы добиться лучших результатов.

Совместимость (сопротивление/выходная мощность/чувствительность)

Самое главное при покупке усилителя – это, вероятно, его идеальное соответствие вашим динамикам. Чтобы сделать это, вы должны рассмотреть эти три характеристики.

Выходная мощность измеряется в ваттах (Вт), и это важно, поскольку обычно определяет громкость музыки. Необходимая выходная мощность зависит от размера комнаты, которую вы хотите заполнить музыкой. Если у вас небольшая квартира, то и 10Вт будет достаточно, но если у вас действительно большой дом, то вам стоит подумать о серьезной мощности (100Вт и выше). Если вы используете усилитель на 10 Вт, каждый из каналов получит по 5 Вт.

Полное сопротивление измеряется в омах (Ом) и может составлять от 8 до 600 Ом. Импеданс — это другое название электрического сопротивления, которое показывает, какое напряжение вам нужно для наилучшей работы определенного устройства. Чем выше импеданс динамика, тем большее напряжение потребуется усилителю для работы динамика.

Чувствительность измеряется в децибелах (дБ) и показывает, насколько громкими могут быть ваши динамики.

Подключение (входы/выходы)

Не в последнюю очередь это содержимое задней панели. Все входные и выходные порты есть, и в зависимости от количества и типа соединений вы узнаете, какие устройства вы можете использовать с этой конкретной моделью. Кроме того, на задней панели указано, поддерживает ли ваш усилитель обновление.

Начнем с входных портов. Большинство стереоусилителей имеют входы RCA, которые можно использовать для подключения к различным типам проигрывателей (даже проигрывателям) или некоторым другим устройствам с низким уровнем сигнала. Этот вид соединения требует высокого уровня выравнивания. Трехконтактные разъемы XLR отвечают за сбалансированный звук и обычно используются для подключения усилителя к устройствам высокого уровня, которые часто встречаются в студиях.

Хотя стереоусилители обычно используют аналоговое соединение, некоторые современные усилители используют цифровое соединение и имеют несколько цифровых входов. Некоторые из них также могут иметь USB-порты, которые пригодятся при подключении усилителя к ПК, ноутбуку, телефону через USB-кабель.

Также следует обратить внимание на выходные порты. Их можно использовать для подключения к усилителю некоторых дополнительных устройств. Например, вы можете отдельно подключить сабвуфер, чтобы добавить дополнительных басов, подключить наушники с помощью выходных портов 3,5 мм или 6,3 мм или вы можете подключить две пары динамиков к одному усилителю одновременно. Однако последнее может привести к снижению производительности.

Многие современные усилители имеют встроенный Bluetooth, поэтому вы даже можете попробовать подключить их к своим устройствам с помощью этой технологии и забыть обо всех этих раздражающих проводах.

Джеймс Лонгман

Здравствуйте, меня зовут Джеймс Лонгман.

Я писатель и редактор AudioReputation. Я разобрал свое первое портативное AM/FM-радио, когда мне было всего 8 лет. В 11 лет я сжег плату своего старого магнитофона. Не буду объяснять как, но это было безрассудно и глупо.

С тех пор я стал намного осторожнее с радиоприемниками, бумбоксами и другими аудиоустройствами (по крайней мере, мне нравится так думать), но я никогда не терял страсти к аудиооборудованию. На протяжении 20 лет своей профессиональной карьеры я работал на различных производителей аудиооборудования и даже начал делать колонки самостоятельно в своей маленькой мастерской.

Мне нравится наша работа в AudioReputation. Тестирование, сравнение и оценка всех видов аудиоустройств (динамиков, звуковых панелей, наушников, систем домашнего кинотеатра и т. д.) — это то, чем я действительно наслаждаюсь. Я стараюсь быть беспристрастным и давать вам свое честное мнение о каждой части оборудования, которое я тестирую.