Симметричный усилитель. Симметричный транзисторный усилитель мощности: принцип работы и схемотехника

Как работает симметричный транзисторный усилитель мощности. Какие преимущества дает симметричная схемотехника. Какие основные узлы входят в состав такого усилителя. Каковы технические характеристики симметричного УМЗЧ.

Принцип работы симметричного транзисторного усилителя мощности

Симметричный транзисторный усилитель мощности представляет собой схемотехническое решение, обеспечивающее высокое качество звучания за счет полной симметрии всех каскадов. Рассмотрим основные особенности такого усилителя:

• Выходной каскад содержит два идентичных плеча на мощных транзисторах
• Управление выходными транзисторами осуществляется дифференциальным каскадом
• Используются три изолированных источника питания
• На входы дифференциального каскада подаются противофазные сигналы
• Применяется токовое управление выходными транзисторами

Такая схемотехника обеспечивает высокую линейность и малые искажения за счет взаимной компенсации нелинейностей в симметричных плечах усилителя.

Преимущества симметричной схемотехники усилителя

Симметричное построение усилителя мощности дает ряд важных преимуществ:

• Нечувствительность к пульсациям питающего напряжения
• Подавление синфазных помех
• Малые динамические искажения из-за небольшого числа каскадов
• Устойчивость к самовозбуждению на высоких частотах
• Хорошая ремонтопригодность

Благодаря этим особенностям, симметричные усилители обеспечивают высокое качество звучания при относительной простоте схемотехники.

Основные узлы симметричного усилителя мощности

В состав симметричного усилителя входят следующие ключевые узлы:

1. Входной дифференциальный каскад на малошумящих транзисторах
2. Схема токового управления выходными транзисторами
3. Мощный выходной каскад на комплементарных парах транзисторов
4. Цепи обратной связи для стабилизации режима
5. Схема защиты от короткого замыкания и перегрузки
6. Блок питания с изолированными источниками

Правильный выбор элементной базы и настройка этих узлов позволяют добиться высоких параметров усилителя.

Схемотехника входного дифференциального каскада

Входной дифференциальный каскад играет ключевую роль в работе симметричного усилителя. Его основные особенности:

• Использование малошумящих транзисторов с высоким коэффициентом усиления
• Применение эмиттерных повторителей на входе для повышения входного сопротивления
• Стабилизация тока с помощью генератора стабильного тока
• Термокомпенсация режима выходных транзисторов
• Цепи обратной связи для линеаризации характеристик

Тщательная проработка дифференциального каскада позволяет минимизировать нелинейные искажения и шумы усилителя.

Выходной каскад симметричного усилителя

Выходной каскад симметричного усилителя имеет следующие ключевые особенности:

• Использование комплементарных пар мощных транзисторов
• Токовое управление выходными транзисторами
• Применение цепей защиты от перегрузки и короткого замыкания
• Термостабилизация режима покоя
• Симметричное питание от изолированных источников

Такое построение выходного каскада обеспечивает высокую линейность и надежность работы усилителя на различных нагрузках.

Источники питания для симметричного усилителя

Система питания симметричного усилителя имеет ряд особенностей:

• Применение трех изолированных источников питания
• Стабилизация напряжения питания входных каскадов
• Использование мощного трансформатора (200-300 Вт для стереоусилителя)
• Раздельные выпрямители для каждого канала
• Фильтрация пульсаций с помощью конденсаторов большой емкости

Качественное питание — важное условие для реализации всех преимуществ симметричной схемотехники усилителя.

Технические характеристики симметричного УМЗЧ

Симметричный усилитель мощности обеспечивает следующие типовые параметры:

• Выходная мощность: 60-100 Вт на нагрузке 4 Ом
• Коэффициент нелинейных искажений: не более 0,1%
• Диапазон частот: 20 Гц — 50 кГц (±0,5 дБ)
• Отношение сигнал/шум: более 90 дБ
• Скорость нарастания выходного напряжения: 20 В/мкс
• Входная чувствительность: 1-1,5 В

Эти характеристики позволяют отнести симметричный УМЗЧ к категории высококачественных усилителей для домашнего аудио.

Симметричный усилитель мощности 100 Вт

Симметричный усилитель мощности 100 Вт

Симметричный усилитель мощности 100 Вт — мощный аппарат собранный на фирменных комплементарных транзисторах с полной симметрией. Показанная ниже принципиальная схема в полной мере соответствует усилителю мощности с высококачественным звучанием, которое удалось получить за счет реализации полной симметричности конструкции от входного тракта до выходного каскада. Именно при такой топологии гармоника искажений снизилась до минимума, а чистота и прозрачность звуковой картины значительно выросли. Немаловажным фактором в данном устройстве является его простейшая настройка, которая подразумевает только выставление переменным резистором тока покоя транзисторов выходного каскада, значение которого должно варьироваться в пределах 45-95 мА.

Характеристики :

Выходная мощность : 100 Ватт на нагрузке 4 Ом
Частотный диапазон : 10 — 50000 Hz
Коэффициент гармонических искажений : не более 0,03 %
Отношение сигнал / шум : 100 дБ
Напряжение питания : двухполярное ± 35 Вольт

Принципиальная схема усилителя мощности 100 Вт:

При сборке устройства и подготовки электронных компонентов нужно учесть одно важное обстоятельство — конденсаторы в схеме должны быть все фирменные и желательно от известного производителя, особенно это актуально для емкости С1, потому что именно этот конденсатор в большей степени отвечает за чистоту входящего сигнала. Эмиттерные сопротивления R14, R15, а также установленный в выходном тракте R16 должны подбираться по мощности не менее 5 Вт и желательно иметь керамический корпус. Переменный резистор R11 устанавливать рекомендуется с функцией многооборотного регулирования, что даст возможность точно подстроить значения тока покоя. p>

Другие обозначенные в схеме постоянные резисторы имеют номинальное значение мощности 0,25 Вт. Также важным этапом в сборке усилителя мощности является подбор мощных выходных комплементарных пар транзисторов по статическому коэффициенту передачи тока биполярного транзистора (h31Э). Это делается для снижения искажений и шумов, если под рукой нет прибора определяющего такой параметр, то тогда необходимо приобрести транзисторы из одной и тоже партии. Такой вариант дает существенно больше шансов иметь полупроводниковые приборы с незначительным разбросом номинальных значений.

Данный симметричный усилитель мощности, как было сказано выше, не нуждается в особой настройки. Сделать нужно только одно — переменным резистором R11 установить ток покоя транзисторов Т10, Т11 установленных на радиаторах охлаждения в оконечном каскаде. Но нужно иметь в виду, что перед первым включением аппарата подстроечный резистор R11 должен быть установлен в верхнее положение, то есть находится в замкнутом положении. Также не забудьте транзистор Т7 MJE340 смонтировать на одном теплоотводе с выходными комплементарными транзисторами, потому что Т7 выполняет функцию датчика температурной составляющей и отвечает за ее стабилизацию. Источник питания для обеспечения напряжением двух каналов усилителя нужно выбирать из расчета 350 Вт или более.

Лаборатория звуковой техники: «Симметричный» транзисторный усилитель мощности.

В процессе вечного холивара «усилитель vs лампа» одной из точек преткновения называют отрицательную обратную связь, которую вводят в усилителях, как это считается «для обеспечения линейности (=уменьшения нелинейных искажения)». Транслировать в бложек все эти изыскания я не буду, вы сами сможете их найти.

Но вот о чём почему-то упоминается далеко не в первую очередь — так о куда более важной функции обратной связи, в поддержании постоянной «рабочей точки» — т.е. напряжения на выходе усилителя, равного нулю относительно средней точки питания. И на деле задача эти оказывается весьма непростой: из-за большого коэффициента усиления и наличия непосредственной (гальванической) межкаскадной связи малейшие любые изменения, не связанные с полезным сигналом (например, температурного режима или питания) выводят схему из баланса. И выглядит этот процесс довольно просто: вы включаете схему, и спустя какое-то время или мгновенно в неё на выходе в отсутствие сигнала появляется постоянное напряжение.

Попытки сделать стабильный транзисторный усилитель без ООС делали многие, в том числе и я. Ниже пойдёт речь о моём опыте разработки (доработки?) такой конструкции во всех подробностях.

Под катом — схема и описание

Итак, прототипом стала схема в журнали Радио №1 за 1980 год и похожая на неё, более современная, найденная на просторах интернета. Они будут приведены ниже. Особенностью из была полностью симметричная структура, т.е. на входе стояли два абсолютно одинаковых дифференциальных усилителя с источниками тока, только на транзисторах разной проводимости. Входы соединялись параллельно, выходы раскачивали разные половинки усилителя напряжения, соответственно — так же разной проводимости, включённые в одну цепь. А далее — всё, как в обычном усилителе. Мощный выходной каскад: в одной модификации он был на полевых транзисторах, в другой — на биполярных, включённых по схеме Дарлингтона и Шиклаи. Вторая как раз была напечатана в журнале Радио и в прилагавшейся к ней статье было написано, что из-за «полной симметричности схемы» (что, собственно, так и было) она способна работать без ООС: т.е. температурным изменениям в равной степени подвергаются все каскады, и возникающие отклонения в одном компенсируются такими же по значению, но противоположными по знаку в другом.

Конечно же, я «купился» на эту заманчивую симметричность и решил схему собирать, предварительно доработав. От полевых транзисторов решил отказаться сразу (как в выходном каскаде, так и в источниках тока для ДУ), так же как и от множества каскадов, как в первом прототипе на выходе. Вообще все транзисторы взял из тех, что были под рукой. Так, все маломощные — комплиментарные 2SA1015 и 2SC1815, усилитель напряжения на BD139/BD140, предвыходной каскад можно реализовать на них же, а можно взять транзисторы помощнее. В выходном каскаде — опять де комплиментарная пара 2SA1943 и 2SC5200. Можно использовать и не комплементарную пару, например два одинаковых NPN транзистора. В этом случае одно плечо выходного каскада будет соединено по схеме Дарлингтона, другое — по схеме Шиклаи. Если кому-то будет интеренсо — выложу и её. В своей модификации я сделал обратную связь отключаемой с возможностью регулировать её глубину. Так же изначально в конструкции несколько увеличил токи покоя дифференциальных каскадов, желая этим получить запас по входному напряжению и увеличить динамический диапазон. Схема получилась такой.

Запуск показал сдеюующее: без обратной связи и с завышенным током покоя усилитель сразу уходит в насыщение. Добиться стабильной работы можно, только включив обратную связь и снизив токи покоя дифф. каскадов (подбор резисторов R4 и R10). В такой вариации схема работает хорошо. Так же в моей пробной конструкции отсутствовали R18 и R19 что, впрочем, на работоспособность не влияло.

Итак, пара слов для тех, кто захочет её собрать. Значения указаны те, при которых схема стабильно работает. Особенность её, которая во многом должна быть привлекательной для начинающих радиолюбителей — она позволяет использовать замену практически для всех её элементов, на случай, если каких-то не окажется под рукой. Главное при этом — соблюдать симметричность.

Так, во входных дифференциальных усилителях может быть применена почти любая комплиментарная пара маломощных транзисторов со следующими параметрами:

Uce>Uпит.

Iс>100mA

h31>50

При замене необходимо будет подобрать резисторы R4 и R10 — они отвечают за ток покоя дифференцилаьных усилителей. Так, если будут использоваться более мощные транзисторы или при большем, чем 35В напряжени питания (которое, кстати, тоже можно менять в пределан от 20В до 45В) их сопротивление можно незначительно уменьшить. Если же усилитель даже с ООС будет сразу уходить в насыщении или будут нагреваться входных транзисторы — R4 и R10 следует взять не мене 1кОм. Транзисторы в коллекторной цепи дифференциального каскада отвечают за его коэффициент усиления и так же могут быть изменены в небольших пределах, главное — чтобы все четыре были одинаковы.

Транзисторы в усилителе напряжения так же подлежат замене на аналоги па параметрам. Что же касается транзисторов Q10 и Q11 — их мы можем взять такими же, как и Q7 и Q9 или более мощными, если на выходе будут использованы мощные транзисторы (Q12 и Q13) с небольшим коэффициеном передачи тока и вообще.

Ток покоя выходных транзисторов задаётся потенциометром VR2, глубина ООС — потенциометром VR1.

Свою конструкцию я питал напряжением ±35В, подбором глубины обратной связи при указанных ниже элементах (в частности, транзисторах) можно добиться максимальной мощности около 100Вт. Опять же, тот факт, что моя конструкция «отказывается» работать без обратной связи — возможно, проблема не структуры схемы, а выбранных в ней режимов. Вы можете «поиграться» с ними подбором резисторов в коллекторных цепях транзисторов входных каскадов и эмиттерных цепях источников тока для них.

Внешний вид конструкции:

Стерео вариант, уже в корпусе

В общем, надеюсь, мой опыт кому-нибудь пригодится. Пишите, если что. Мой вариант печатной платы — ниже

Скачать файл печатной платы в формате Sprint Layout

Список деталей

Схема — крупная картинка

Симметричный транзисторный УМЗЧ часть 1

Первоначальный вариант УМЗЧ автор опубликовал в 1988 г. в статье «Симметричный усилитель низкой частоты с токовым управлением» (Сб.: «В помощь радиолюбителю», вып. 101, с. 32-40). Впоследствии автор поставил для себя задачу улучшить параметры УМЗЧ доработкой схемотехнического решения. Его доработанная версия предлагается читателям.

Название «симметричный выходной каскад» обычно присваивается каскаду, собранному на комплементарных парах транзисторов. На самом деле такая симметрия условна, так как противостоящие транзисторы каскада имеют разные структуры. Истинная симметрия — это когда оба плеча выходного каскада одинаковы.

Рис. 1. Схема одного канала УМЗЧ 

 

На рис. 1 представлена схема одного канала УМЗЧ с такой симметрией. Для работы усилителя необходимы три источника питания, изолированных друг от друга. Один из них стабилизированный, работающий в цепи управления выходным каскадом. Выходной каскад «раскачивается» дифференциальным каскадом на транзисторах УТ2, VT4, ток которого регулируется стабилизатором тока с помощью подстроечного резистора R1. На входы дифференциального каскада следует подавать противофазные сигналы от фазоинвертора, о чём будет сказано ниже. Изменяя подстроечным резистором R13 напряжение на базах транзисторов VT1, VT5, устанавливают «нулевое» напряжение на нагрузке усилителя R_н. Чувствительность усилителя на входах дифференциального каскада устанавливают резистором R11. В данном случае она равна двум вольтам.

Особенностью такого построения являются очень небольшой коэффициент усиления и, как следствие, небольшая глубина общей ООС. С одной стороны, это недостаток, поскольку растёт коэффициент гармоник, с другой — спектр искажений короткий, быстро спадающий. Как известно, глубокая ООС снижает коэффициент гармоник, но синтезирует гармоники высокого порядка, заметность которых существенно выше.

Снизить уровень чётных гармоник можно, если не полениться подобрать симметрично расположенные на схеме транзисторы с одинаковыми коэффициентами передачи тока. При этом удержание «нулевого» напряжения на нагрузке будет более жёстким независимо от температуры теплоотвода выходного каскада.

Усилитель не склонен к самовозбуждению. Для ещё большей устойчивости установлены корректирующие конденсаторы С2 и С4. Усилитель имеет хорошую ремонтопригодность. Выходной и дифференциальный каскады можно подключать к питанию независимо друг от друга, проверяя их работоспособность раздельно. При подаче питания на усилитель выходной каскад отключён на несколько секунд, пока не закончится переходной процесс. Отключение производится выходным сигналом «Канал I» («Канал II») с узла задержки, схема которого показана на рис. 2, путём замыкания базы транзистора VT3 (см. рис. 1) на общий провод. Транзистор закрывается, отключая ток управления выходным каскадом. Это исключает нежелательные броски тока на выходе усилителя, что повышает его надёжность.

Рис. 2. Схема узла задержки

 

Рис. 3. Схема фазоинвертора

 

На рис. 3 представлена схема фазоинвертора. Его коэффициент усиления равен двум. Напряжение питания фазоинвертора -24 В формируется из напряжения стабилизированного источника -36 В с помощью параметрического стабилизатора. Частотная характеристика усилителя без фазоинвертора и индуктивности L1 на выходе (см. рис. 1) с нагрузкой Rm равной 4 Ом, линейна до 200 кГц.

Основные технические характеристики

Сопротивление нагрузки, Ом …….4

Номинальная выходная мощность, Вт………………60

Номинальное входное напряжение, В………………..1

Отношение сигнал/шум, дБ, не хуже…………………..90

Из-за отсутствия измерительных приборов измерить коэффициент гармоник не удалось. По субъективной оценке качество звучания выше исходного варианта.

Транзистор VT6 (см. рис. 1) является термостабилизирующим элементом и размещён на теплоотводе для транзисторов W10 или VT11. Катушка индуктивности L1 содержит 15 витков провода ПЭВ-1 диаметром 0,8 мм на оправке диаметром 6 мм. Большая часть элементов УМЗЧ размещена на плате из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита размерами 152×93 мм, чертёж которой и расположение элементов приведены на рис. 4. На другой плате из одностороннего текстолита размерами 104×83 мм закреплены теплоотводы для транзисторов УТ9 и Vh3 в виде пластин из алюминия толщиной 3 мм. — СП4-1. Оксидные конденсаторы можно применить любые на номинальное напряжение 25 В, подходящие по размерам. Конденсаторы С1, С5 — К53-14. При использовании других типов рисунок платы придётся изменить. Конденсаторы С2, СЗ, С4 — керамические. На транзисторах VT2- УТ4 закреплены Г-образные теплоотводы площадью 4 см². Все типы транзисторов можно заменить аналогами, частотные и предельно допустимые параметры которых близки к указанным на схеме.

Чтобы не лишать творческого компонента пожелавших повторить конструкцию, печатные платы фазоинвертора и схемы задержки не приводятся. Их необходимо разработать самостоятельно. Для источников питания ИП1, ИП2 (36 В) переменное напряжение с обмоток силового трансформатора должно быть примерно 30 В. После диодного моста на конденсаторах фильтра постоянное напряжение без нагрузки будет около 42 В. Для стабилизатора -36 В надо использовать обмотку с переменным напряжением 36 В. В качестве силового трансформатора можно применить унифицированный сетевой ТА163, но в этом случае каждый канал усилителя должен иметь персональный трансформатор указанного типа. Набор обмоток указанного трансформатора позволяет комбинировать нужные напряжения.

Налаживание УМЗЧ производят в следующей последовательности. После монтажа сначала необходимо проверить работу дифференциального каскада. До включения питания движок резистора R13 устанавливают в среднее положение, а движок резистора R1 — в положение минимального тока (по схеме переместить вправо). Резисторы R8 и R30 предназначены для контроля тока.

Подают питание на дифференциальный каскад и устанавливают резистором R1 напряжение 1 В на резисторах R8 и R30, выравнивая их резистором R13. После этого движок резистора R1 устанавливают в положение минимального тока. Далее в цепь коллектора транзистора VT10 включают миллиамперметр, к выходному каскаду подключают провода источников питания ИП1, ИП2, а к выводам нагрузки — вольтметр.

Подают питание и по показаниям миллиамперметра, на холодных транзисторах VT10, VT11 устанавливают ток покоя равным 100 мА, поддерживая резистором R13 «нулевое» напряжение на нагрузке. По мере разогрева теплоотводов транзисторов VT10, VT11 ток покоя будет увеличиваться. Когда ток превысит 200 мА, надо уменьшить его до 150 мА. Это следует повторять до тех пор, пока не произойдёт стабилизация тока на этом значении. Установка тока займёт по времени 20…25 мин. Следует отметить, что в процессе работы усилителя теплоотводы разогреваются сильнее и ток может уменьшиться вплоть до 80 мА. Но в зависимости от мощности на выходе он будет оставаться стабильным в пределах 80…120 мА.

Обратите внимание, что выход усилителя по отношению к общему проводу, с которым соединены выходы +36 В источников питания ИП1, ИП2 (на схеме соединения не показаны), имеет потенциал -36 В. Если случайно закоротить любой выход на общий провод, то сгорят резисторы R15 и R27. Во избежание этого желательно стабилизированный источник -36 В подключить к усилителю через предохранитель 0,1 А.

Внешний вид на монтаж УМЗЧ представлен на фото рис. 5.

Рис. 5. Внешний вид на монтаж УМЗЧ

 

Примечание:Описание первого авторского варианта УМЗЧ в формате djvu, а также чертежи печатных плат в форматах Sprint LayOut 5.0 и TIFF имеются здесь.

Продолжение следует

Автор: Ю. Нечаев, г. Пермь

СИММЕТРИЧНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ С ТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Ю. Нечаев

Предлагаемый усилитель предназначен для высоко­качественного звуковоспроизведения. Устройство защи­щено авторским свидетельством № 1070685.

Рис. 1. Упрощенная схема уси­лителя

Принцип работы усилителя поясняет электрическая схема на рис. 1. Оконечные транзисторы VT1 и VT2 эмиттерами подключены к нагрузке, а их базы непо­средственно соединены с коллекторами дифференциаль­ного каскада на транзисторах VT3, VT4. Источники пи­тания Е1 и Е2 изолированы от земли и работают на на­грузку. Источник ЕЗ работает в цепи управления мощ­ными транзисторами.

Если нагрузка усилителя имеет вывод средней точки, то к ней можно присоединить источник питания ЕЗ., диф­ференциального каскада. В результате весь коллектор­ный ток дифференциального каскада поступает в базы оконечных транзисторов. Транзисторы дифференциаль­ного каскада являются источниками тока с большим выходным сопротивлением, поэтому усилитель можно назвать усилителем с токовым управлением оконечными транзисторами.

Отметим, что в усилителе нет необходимости делить нагрузку на две части. Достаточно образовать среднюю точку с помощью двух резисторов R_H, имитирующих на­грузку, но имеющих со­противление в несколько десятков раз большее со­противления нагрузки. Источник питания ЕЗ подключается к искусст­венной средней точке.

Напряжение отрица­тельной обратной связи по переменному и постоянному току через резисторы R1 и R2 поступает на базы транзисторов дифференциально­го каскада. Ток покоя оконечных транзисторов устанав­ливается с помощью резистора R6, регулирующего ра­бочий ток дифференциального каскада.

При работе усилителя на входы дифференциального каскада следует подавать два противофазных сигнала от фазоинвертора.

Преимуществом данного построения усилителя явля­ется его полная симметрия. Благодаря этому обстоя­тельству усилитель практически нечувствителен к пуль­сациям питающего напряжения и помехам, поступаю­щим синфазно на оба входа.

Из-за малого количества каскадов усиления и не­большой глубины обратной связи динамические иска­жения в усилителе невелики. Снижению нелинейных искажений способствует полная симметрия усилителя. Глубина обратной связи по постоянному и переменному току одинакова и составляет не более 20 дБ, но этого достаточно для удержания нулевого потенциала на крайних выводах нагрузки.

Следует также отметить, что усилитель устойчив к высокочастотной генерации и не предъявляет особых требований к монтажу и другим мерам против самовоз­буждения. Кроме того, усилитель обладает хорошей ре­монтопригодностью, так как питание оконечных транзи­сторов и питание дифференциального каскада можно подключать независимо друг от друга, поочередно про­веряя все транзисторы.

К недостаткам усилителя следует отнести зависи­мость коэффициента нелинейных искажений от коэф­фициентов передачи тока транзисторов, однако даже при неблагоприятном сочетании параметров транзисто­ров коэффициент нелинейных искажений, как правило, не превышал 0,1 %. Кроме того, недостатком можно считать невозможность регулировки чувствительности усилителя. Поэтому регулировка должна осуществ­ляться в фазоинверторе или в предварительном усили­теле.

Рис. 2. Усилитель мощности

Приведенная на рис. 1 упрощенная электрическая схема усилителя вполне работоспособна, но имеет не лучшие параметры и не имеет защиты от короткого за­мыкания нагрузки. Полная электрическая схема сим­метричного усилителя приведена на рис. 2 и имеет сле­дующие данные:

Сопротивление нагрузки, Ом ……… 4

Номинальная мощность, Вт………. 60

Рабочий диапазон частот при номинальной мощно­сти, Гц……………. 20…50 000

Неравномерность АЧХ в рабочем диапазоне частот, дБ ±0,5

Нелинейные искажения при номинальной мощности, %, не более……………. 0,1

Выходное сопротивление, Ом ……… 0,3

Скорость нарастания выходного напряжения на на­грузке 4 Ом, В/мкс ……….. 20

Отношение сигная/шум, дБ ………. 90

Входное напряжение, В_эфф ………. 1,5

Дифференциальный каскад собран на транзисторах VT8, VT10. Для повышения входного сопротивления усилителя к входам дифференциального каскада под­ключены эмиттерные повторители на транзисторах VT7, VT9. К эмиттерам транзисторов VT8, VT10 подключен генератор дчжа на транзисторе VT11. Его ток силой 20 мА устанавливается с помощью переменного рези­стора R33, который изменяет потенциал на базе тран­зистора VT12, коллектор которого подключен к базе VT11. Транзистор VT12, кроме того, осуществляет тер­мокомпенсацию тока покоя оконечных транзисторов. Для этого его располагают на радиаторе одного из око­нечных транзисторов. При нагревании транзистора VT12 снижается отрицательный потенциал на его коллекторе, транзистор VT11 закрывается, одновременно уменьша­ется ток оконечных транзисторов. Резисторы R12, R17 предназначены для контроля тока плеч дифференциаль­ного каскада.

Рис. 3. Фазоинвертор

Рис. 4. Датчик постоянного напряжения

Усилитель защищен от короткого замыкания нагруз­ки и от перегрузки по току. При увеличении силы тока нагрузки до 6 А возникающее на резисторах Rl, R2 па­дение напряжения открывает транзисторы VT3, VT6. При этом ток, протекающий через делитель R31R34, от­крывает транзистор VT13, отрицательный потенциал на его коллекторе снижается, в результате ток через тран­зистор VT11 уменьшается и происходит одновременное закрытие обоих плеч выходного каскада. Сила тока сра­батывания защиты регулируется резисторами R4, R5. При закорачивании этих резисторов ток срабатывания защиты уменьшается до 3 А. Переменный резистор R35 служит для установки нулевого потенциала на выводах нагрузки.

Рис. 5. Стабилизатор на­пряжения

Рис. 6. Блок питания

На рис. 3 приведена схема фазоинвертора, предна­значенного для работы совместно с симметричным уси­лителем мощности. Автором выбрана простая схема, об­ладающая достаточно приемлемыми параметрами. В приведенной схеме имеются цепи отрицательной об­ратной связи по переменному и постоянному току через резисторы R2 и R7, благодаря чему фазоинвертор отли­чается хорошей термостабильностью и малыми нелинейными искажениями. В случае необходимости режим по постоянному току можно подстроить резистором R10. Резистором R2 устанавливается коэффициент усиления в пределах 1,5…2. Максимальное неискаженное напря­жение на выходе — 4В, входное сопротивление — не ме­нее 24 кОм.

Для защиты акустических систем от повреждения в случае пробоя оконечных транзисторов в усилителе при­менен датчик постоянного напряжения. Его схема при­ведена на рис. 4. Датчик предназначен для двухканаль-ного усилителя, поэтому имеет два входа.

Времязадающая цепь R7R8C6 предназначена для за­держки включения акустических систем. При указанных номиналах задержка составляет 4 с. Цепь C5R5 служит для кратковременного открытия транзистора VT1 и раз­рядки через него конденсатора С6 при включении уси­лителя в сеть. Напряжение срабатывания датчика рав­но 4 В. Источник питания датчика изолирован от земли. Питание дифференциального каскада и фазоинверто-ра осуществляется от стабилизатора напряжением 36 В. Схема стабилизатора приведена на рис. 5. При исполь­зовании в стереоусилителе стабилизатор является общим для обоих каналов. Это же напряжение питания можно использовать для всех каскадов предварительного уси­ления, при этом целесообразно дополнительно снизить напряжение до 24 В.

Стабилизатор запитан от выпрямителя с выходным напряжением 46 В (рис. 6). Датчик постоянного напря­жения подключен к переменному напряжению ~18 В. Питание оконечных транзисторов усилителя мощности осуществляется от двух нестабилизированных выпрями­телей напряжением 36 В. Эти источники напряжения изолированы друг от друга и от земли. Для двухканаль-ного усилителя мощность силового трансформатора должна быть не менее 200 Вт, а число незаземленных источников напряжения составляет четыре. На схеме блока питания (см. рис. 6) указаны переменные напря­жения холостого хода вторичных обмоток трансформа­торов. Обмотки с напряжением ~30 В должны быть рас­считаны на ток 4 А. При этой нагрузке переменное на­пряжение не должно снижаться более чем на 3 В. Остальные вторичные обмотки рассчитаны на ток 0,2 А. Постоянные напряжения указаны в режиме номиналь­ной мощности усилителя.

Детали усилителя по схеме рис. 2. Ре­зисторы Rl, R2 проволочные, намотаны из константана. В качестве переменных резисторов R33 и R35 использо­ваны потенциометры СП4-1 0,25 Вт. Транзистор VT12 серии КТ814А выбран из соображений удобства, так как имеет отверстие и его удобно крепить на радиаторе одного из оконечных транзисторов через слюдяную про­кладку. Транзисторы VT2, VT5 размещаются на медных или алюминиевых пластинах площадью 18 см². Транзи­сторы VT1, VT4 имеют радиаторы площадью не менее 800 см². Резистор R33 можно выбрать с сопротивлением в пределах 100…360 Ом, при этом следует соблюдать со­отношения R32 = 0,9R33, R29 = 6,7R33.

В качестве реле К1 на схеме рис. 4 использовано реле РЭС-10, РС1.824.302, рабочее напряжение 12 В. В качестве реле К2 использовано реле РЭС-22, РФ4.500.131, рабочее напряжение 24 В.

Перед настройкой оконечный каскад, дифференци­альный каскад и фазоинвертор должны быть отсоеди­нены от блока питания. Сначала проверяется блок пита­ния и устанавливается напряжение — 36 В на выходе ста­билизатора. Затем питание подается на фазоинвертор и проверяются режимы по постоянному току. Нижний по схеме рис. 3 выход фазоинвертора должен иметь напря­жение — (12,6…13) В. При необходимости его следует отрегулировать резистором R10. Данная регулировка необходима для нормальной работы переходных элек­тролитических конденсаторов С2, СЗ (см. рис. 2) усили­теля мощности. Со стороны баз транзисторов дифферен­циального каскада напряжение составляет — 11,2 В.

Настройку усилителя мощности начинают с про­верки работы дифференциального каскада. Резистор R35 устанавливают в среднее положение, резистор R33 — в положение минимального тока, перемещая движок ре­зистора в нижнее по схеме рис. 2 положение. После этого подают питание на дифференциальный каскад. Измеряя падение напряжения на резисторах R12, R17, следует установить через них ток силой 10 мА с по­мощью резистора R33. В случае неравенства токов через резисторы R12, R17 выровнять их резистором R35. За­тем, вращая резистор R33, выявить пределы регулиров­ки тока. Ток должен изменяться в пределах 7… 12 мА. Максимальный ток устанавливается подбором резисто­ра R32. Резистор R29 влияет на диапазон регулировки. При его уменьшении диапазон регулировки увеличи­вается.

Перед регулировкой тока покоя оконечных транзи­сторов необходимо установить резистор R33 в положе­ние минимального тока через дифференциальный кас­кад. В цепь коллектора одного из транзисторов VT1, VT4 включают миллиамперметр постоянного тока с преде­лом шкалы 300 мА. Параллельно нагрузке подключить вольтметр постоянного тока. Отключить усилитель от сети и, подключив питание к оконечному каскаду, вновь включить в сеть. Вращая резистор R33, установить ток покоя, равным 50…60 мА, одновременно проверяя нуле­вое напряжение на нагрузке и регулируя его резисто­ром R35.

Затем необходимо отрегулировать чувствительность усилителя с номинальной нагрузкой на выходе. На вход фазоинвертора через переходной конденсатор 0,1 мкФ следует подать от генератора напряжение с частотой 1000 Гц, постепенно увеличивая его от 0 до 1 В. Напря­жение на нагрузке контролируют вольтметром перемен­ного тока с пределом измерения 30 В. При входном на­пряжении 1 В на нагрузке должно быть 15 В. В случае несоответствия коэффициент усиления фазоинвертора регулируется резистором R2 (см. рис. 3). При увеличе­нии его сопротивления усиление возрастает. На этом регулировку следует считать законченной.

Симметричный УНЧ из доступных деталей по мотивам В. Короля

Хочу предложить начинающим любителям качественного звуковоспроизведения одну из разработанных и опробованных схем УНЧ. Данная конструкция поможет сделать качественный усилитель, который можно дорабатывать с минимальными затратами и использовать усилитель для исследований схемных решений.

Это поможет в пути от простого к сложному и более совершенному. К описанию прилагаются файлы печатных плат, которые можно трансформировать под конкретный корпус.

В представленном варианте использовался корпус от Радиотехники У-101.

Содержание / Contents

Данный усилитель мощности я разрабатывал и делал в прошлом веке из того, что возможно было приобрести без затруднений. Хотелось сделать конструкцию с максимально возможным соотношением цены и качества. Это не High-End, но и не третий сорт. Усилитель имеет качественное звучание, отличную повторяемость и прост в наладке.
09-06-2017 — Исправлена схема, С4
Схема полностью симметрична для положительной и отрицательной полуволн низкочастотного сигнала. Входной каскад выполнен на транзисторах VT1 – VT4. От прототипа он отличается транзисторами VT1 и VT4, которые повышают линейность каскадов на транзисторах VT2 и VT3. Существует множество схемных разновидностей входных каскадов, обладающих различными достоинствами и недостатками. Этот каскад выбран из-за простоты, возможности снижения нелинейности амплитудной характеристики транзисторов. С появлением более совершенных схем входных каскадов можно проводить его замену.

Сигнал отрицательной обратной связи (ООС) берется с выхода усилителя напряжения и поступает в эмиттерные цепи транзисторов VT2 и VT3. Отказ от общей ООС обусловлен желанием избавиться от влияния на ООС всего лишнего, что не является выходным сигналом схемы. В этом есть свои плюсы и минусы. При данной комплектации это оправдано. При более качественных комплектующих элементах можно пробовать и с различными типами обратной связи.

В качестве усилителя напряжения выбрана каскодная схема, которая обладает большим входным сопротивлением, малой проходной емкостью и меньшими нелинейными искажениями в сравнении со схемой ОЭ. Недостатком каскодной схемы является меньшая амплитуда выходного сигнала. Такова плата за меньшие искажения. Если установить перемычки, то на печатной плате можно собирать и схему ОЭ. Питание усилителя напряжения от отдельного источника напряжения не вводилось из-за желания упростить конструкцию УНЧ.

Выходной каскад представляет собой параллельный усилитель, обладающий рядом преимуществ перед другими схемами. Одно из важных преимуществ – линейность схемы при значительном разбросе параметров транзисторов, что проверялось при сборке усилителя. Этот каскад должен обладать, возможно, большей линейностью, т.к. нет общей ООС и от него очень зависит качество выходного сигнала усилителя. Напряжение питания усилителя 30 В.

Печатные платы я разрабатывал для «доступных» корпусов от усилителей Радиотехника У-101. Схему разместил на двух частях печатной платы. На первой части, которая закреплена на радиаторе, размещены «параллельный» усилитель и усилитель напряжения. На второй части платы размещен входной каскад. Эта плата крепится на первой плате при помощи уголков. Такое разбиение платы на две части позволяет с минимальными конструктивными изменениями проводить усовершенствование усилителя. Кроме того, такая компоновка может служить и для лабораторных исследований каскадов.

Собирать усилитель необходимо в несколько этапов. Сборка начинается с параллельного усилителя и его налаживания. Вторым этапом собирается и налаживается остальная часть схемы и проводится окончательная минимизация искажений схемы. При размещении транзисторов выходного каскада на радиаторе необходимо помнить о необходимости теплового контакта корпусов попарно транзисторов VT9, VT14 и VT10, VT13.

Печатные платы разработаны с помощью программы Sprint Layout 6, что позволит корректировать размещение элементов на плате, т.е. подгонять под конкретную комплектацию или корпус. См. архивы внизу.

Параметры усилителя зависят от качества применяемых радиоэлементов и их расположения на плате. Примененные схемные решения позволяют обойтись без подбора транзисторов, но желательно применять транзисторы с граничной частотой усиления от 5 до 200 МГц и запасом предельного рабочего напряжения более чем в 2 раза в сравнении с напряжением питания каскада.

Если есть желание и возможность, то желательно выбирать транзисторы по принципу «комплементарности» и одинаковости усилительных характеристик. Пробовались варианты изготовления с подбором транзисторов и без него. Вариант с подобранными «комплементарными» отечественными транзисторами показал значительно лучшие характеристики, чем без подбора. Только КТ940 и КТ9115 из отечественных транзисторов являются комплементарными, а у остальных комплементарность условная. Среди зарубежных транзисторов комплементарных пар очень много и информацию об этом можно взять на сайтах производителей и в справочниках.

В качестве VT1, VT3, VT5 возможно применение транзисторов серии КТ3107 с любыми буквами. В качестве VT2, VT4, VT6 возможно применение транзисторов серии КТ3102 с буквами, которые имеют характеристики схожие с примененными транзисторами для другой полуволны звукового сигнала. Если возможен подбор транзисторов по параметрам, то лучше сделать это. Почти все современные тестеры позволяют это сделать без проблем. При больших отклонениях временные затраты при настройке будут больше и результат скромнее. Для VT6 подойдут транзисторы КТ9115А, КП960А, а для VT7 – КТ940А, КП959А.

В качестве VT9 и VT12 можно применять транзисторы КТ817В (Г), КТ850А, а в качестве VT10 и VT11 – КТ816В (Г), КТ851А. Для VT13 подойдут транзисторы КТ818В (Г), КП964А, а для VT14 – КТ819В (Г), КП954А. Вместо стабилитронов VD3 и VD4 можно использовать по два последовательно соединенных светодиода АЛ307 или им подобные.

Схема позволяет применять и другие детали, но может потребоваться коррекция печатных плат. Конденсатор С1 может иметь емкость от 1 мкФ до 4,7 мкФ и обязательно полипропиленовый или другой, но качественный. На радиолюбительских сайтах можно найти об этом информацию. Подключение напряжения питания, входного и выходного сигналов проводится с использованием клемм для печатного монтажа.

При первом включении УНЧ следует подключать через мощные керамические резисторы (10 – 100 Ом). Это спасет элементы от перегрузок и выхода из строя при ошибке в монтаже. На первой части платы выставляется резистором R23 ток покоя УНЧ (150-250 мА) при отключенной нагрузке. Далее надо установить отсутствие постоянного напряжения на выходе усилителя при подключенном эквиваленте нагрузки. Это делается изменением номинала одного из резисторов R19 или R20.

После монтажа остальной части схемы резистор R14 выставить в среднее положение. На эквиваленте нагрузки проверяется отсутствие возбуждения усилителя и резистором R5 устанавливаем отсутствие постоянного напряжения на выходе усилителя. Усилитель можно считать настроенным в статическом режиме.

Для налаживания в динамическом режиме параллельно эквиваленту нагрузки подключается последовательная RС цепь. Резистор мощностью 0,125 Вт и номиналом 1,3-4,7 кОм. Конденсатор неполярный 1-2 мкФ. Параллельно конденсатору подключаем микроамперметр (20-100 мкА). Затем, подав на вход усилителя синусоидальный сигнал частотой 5-8 кГц, по подключенному к выходу осциллографу и вольтметру переменного тока нужно оценить пороговый уровень насыщения усилителя. После этого снижаем входной сигнал до уровня 0,7 от насыщения и резистором R14 добиться минимума показания микроамперметра. В некоторых случаях, для снижения искажений на верхних частотах, необходимо проводить коррекцию фазы по опережению установкой конденсатора С12 (0,02-0,033 мкФ).

Конденсаторы С8 и С9 подбираются по наилучшей передаче импульсного сигнала частотой 20 кГц (ставятся при необходимости). Конденсатор С10 можно не ставить, если схема устойчива. Изменением номинала резистора R15 устанавливают одинаковое усиление для каждого из каналов стереофонического или многоканального варианта. Изменяя величину тока покоя выходного каскада можно попытаться найти наиболее линейный режим работы.

Собранный усилитель обладает весьма хорошим звучанием. Долгое прослушивание усилителя не приводит к «утомлению». Конечно, есть и лучше усилители, но по соотношению затрат и полученного качества схема понравится многим. При более качественных деталях и их подборе можно добиться и еще более значительных результатов. 1. Король В., «УМЗЧ с компенсацией нелинейности амплитудной характеристики» — Радио, 1989, № 12, с. 52-54.

09-06-2017 — Исправлена схема, перезалиты все архивы.
🎁plata-1.zip  24.43 Kb ⇣ 46
🎁plata-2.zip  9.63 Kb ⇣ 47
🎁shema-unch-iz-dostupnyh-detaley.zip  17.71 Kb ⇣ 58

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Опробовано в лаборатории редакции или читателями.

 

09.06.17 изменил Datagor. Исправлена схема, перезалиты все архивы.

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЛАНЗАР. СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ЛАНЗАР.
СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ

   

ДВУХВХОДОВОЙ УСИЛИТЕЛЬ

      Ну для начала соберемка схемку, приведенную на рисунке 1. С виду эта схемка похожа на схему с ОЭ, вот только эмиттеры двух транзисторов соеденены вместе.

Рисунок 1. Двухвходовой или дефференциальный усилитель.

      Данный усилитель имеет два входа и два выхода, по постоянному напряжению ситуация на выводах транзисторов имеет вид рисунка 2.

Рисунок 2

      Как видно из рисунков подобное скрещивание не обошлось без изменений режимов работы по постоянному току. Да и по переменному напряжению картина изменилась тоже весьма интересно. Если вход IN2 соеденить с землей, а сигнал подавать на вход IN1, то получается система 3 в 1:
      Для выхода OUT1 транзситор VT1 включен с ОЭ, для резистора R3 VT1 включен по схеме с ОК, т.е. на его эмиттере напряжение такой же амплитуды как и на его базе. А вот транзистор VT2 для выхода OUT2 уже получается по схеме с ОБ. Таким образом переменные напряжения в этой схеме приобратает вид, приведенный на рисунке 3.

Рисунок 3.

      Если же сигналы на входах имеют одинаковую амплитуду, то мы получим картинку рисунка 4.

Рисунок 4.

      Как видно из рисунка амплитуда меняет свою фазу на противоположную и увеличивается очень незначительно.
      Ну и наконец последний вариант — когда амплитуда на одном входе больше чем на втором. В этом варианте амплитуда уже зависит от того на каком из входов сигнал больше и приобретает вид рисунка 5.

Рисунок 5.

      Как видно из рисунка даже едва заметная разница уровней входных сигналов влечет за собой серьезные изменения усиления транзисторов VT1 и VT2. Таким образом становится ясно, что данный усилитель усиливает разницу между сигналами на его входах, может выдавать сигнал как проинвертированный по фазе, так и повторенный, а коф усиления имеет максимальное значение при отсутствии сигнала на одном из входов, минимальное — при одинаковой амплитуде на обоих входах. Такое построение транзистороного усилителя называется дифференциальным усилителем.

ДОБАВЛЯЕМ ЕЩЕ КАСКАД     

      Поскольку при построении усилителя высокой мощности требуется большое выходное напряжение, а входное напряжение имеет не слишком большую амплитуду — обычно в райное 1 вольта и меньше. Следовательно для увеличения амплитуды выходного сигнала потребуется уже многокаскадный усилитель. Возьмем за основу усилитель расмотренный выше и добавим к нему еще один каскад по схеме с ОЭ, поскольку нам требуется усиливать не только амплитуду выходного напряжения, но и иметь возможность пропускать через транзисторы больший ток для получения максимальной выходной мощности.
      В результате мы получим схему приведенную на рисунке 6.

Рисунок 6. Дополнительный каскад усиления напряжения.

      Хоть предлагаемая схема и имеет сходства с предыдущей, тем не менее есть кое какие принципиальные отличия. Первым является то, что в коллекторе VT2 резистор. По большому счету он нам и не не нужен, поскольку VT2 будет использоваться как эмиттерный повторитель, т.е. транзистор по схеме с ОК. Смещение на VT3 создается транзистором VT1 таким образом, что на коллекторе VT3 половина напряжения питания. Назначение конденсаторов, надеюсь, объяснять уже не нужно.
      Ну вот вроде уже получили схему много каскадного усилителя, однако этот усилитель имеет один существенный недостаток — у него фиксированыйй коф усиления и его изменение повлечет за собой уход по постоянному напряжению и как следствие — перерасчет всех номиналов схемы. Это крайне не удобно, поэтому предлагаю воспользоваться вторым входом дифференциального усилителя и получить схему, приведенную на рисунке 7.

Рисунок 7. Введение отрицательной обратной связи в усилитель напряжения

      Как видно из рисунка в схему введен делитель на R13 и R14, сигнал с которого заведен на второй вход дифференциального усилителя. Таким образом мы получили отрицательную обратную связь (ООС), с помощью которой регулируется общий коф услиления усилителя и создаются некоторые предискажения, необходимые при работе на реактивную нагрузку (индуктивности и емкости). Коф усиления теперь у нас может меняться в ОЧЕНЬ широких пределах и равен он Ку = R13 / R14 + 1. По поводу необходимости ООС в усилителях ведутся нескончаемые дибаты, мол она вносит дополнительные искажения. Опять же какая она должна быть — токовой или по напряжению. Вникать в суть этих споров у меня нет желания — хотите — разбирайтесь.
      Поскольку переменное напряжение имеет и отрицательную и положителную полуволну, то было бы справедливо предположить, что для наиболее качественного воспроизведения потребуется два источника питания — один для положительной полуволны, а второй — для отрицательной. Другими словами нужен двуполярный источник, у которого относительно общего провода есть и плюсовое напряжение и минусовое. Однако при таком положении желательно иметь иметь и два усилителя, один их которых усливал бы положительную полуволну сигнала, а второй — отрицательную. Чтож, давайтека так и сделаем — возьмем за базу рисунок 7 и добавим к нему точно такой же усилитель, но только для отрицательной полуволны. В результате такой селекции получилась схемка, приведенная на рисунке 8.

Рисунок 8. Построение симметричного усилителя напряжения

      Как видно из рисунка делитель обратной связи у обоих усилителей общий (R8 и R10), а так же выхода обих усилителей объединяются для получения на общем выходе уже сумарного сигнала. Однако не смотря на то, что приведенная схема полностью работоспособна она как то не очень красиво смотрится, ведь у нас есть теперь две полярности напряжения, так почему же не использовать этот ньюанс и не избавиться от «не нужных» деталей. Ведь заведя резисторы R5 и R6 на другую полярность мы можем избавится от резисторов задающих первоначальное смещение на базах транзисторов дифференциального усилителя и в качестве смещения использовать общий провод. При таком раскладе отпадет и необходимость в проходных конденсаторах С3 и С4, а так же С2 станет не нужным — достаточно будет С1, а базы VT1 и VT2 можно будет соеденить вместе. В итоге мы получим схему, приведенную на рисунке 9.

Рисунок 9. Балансировка усилителя напряжения

    Ну вот собственно и получилась симметричная схема усилителя, вот только динамик к нему подключать пока нельзя — выходной каскад не вытянет ребуемый ток, да и немного доработать ее не помешало бы. В первую очередь необходимо как то стабилизировать ток, протекающий через дифференциальный каскад, поскольку от него сильно зависят искажения. Так же было бы не плохо увеличить нагрузочную способность данного усилителя.
      Для решения первой проблемы лучше ввести стабилизаторы в эмиттерных цепях дифференциального каскада, поскольку в этом варианте эта стабилизация будет работать как для схемы с ОБ, следовательно обеспечится максимальная точность, а на работу по переменному току это ни как не повлияет.
      Для решения второй проблемы надо ввести каскад по схеме с ОК, т.е. усилить выходной ток, ведь амплитуда у нас уже имеет достаточный уровень. Но введение каскада с ОК требует установить начальный ток, который будет протекать через эти транзисторы даже без сигнала. Это необходимо сделать для ликвидации искажений типа «ступенька», это когда при переходе сигнала через ноль появляется небольшой горизонтальный участок. Т.е. транзисторы последнего каскада должны быть немного приоткрыты и через них должен протекать ток, ток холостого хода именуемый током покоя оконечного каскада. В результате доработоко получаем схему приведенную на рисунке 10.

Рисунок 10. Умощнение усилителя напряжения эмиттерными повторителями

      Здесь на стабилитронах VD1 и VD2 организованы источники опорного напряжения для дифференциального каскада, а на транзисторе VT7 организован регулятор тока покоя. Кроме этого этот транзистор выполняет роль температурного стабилизатора этого тока, ведь ни для кого не секрет, что при повышении температуры активное сопротивление полупроводника уменьшается, следовательно увеличивается протекающий через него ток. Изменение тока покоя не желательно, поэтому и был введен узел термостабилизации, выполненный на транзисторе VT7.
      Кроме этого введены несколько конденсаторов малой емкости. С6 предназначен для снижения импульсных помех на входе усилителя, С8, С9 и С11 предназначены для завала амплитудо-частотной характеристики (АЧХ, это зависимость амплитуды выходного сигнала от частоты) на частотах выше 30 кГц и придаче усилителю большей устойчивости, поскольку усилитель уже имеет довольно большой коф усиления и разумеется повышается склоность в возбуждению (возникновению самопроизвольной генерации на частотах выше звукового диапазона, как правило подобные возбуды выпаливают транзисторы оконечного каскада). Эту схему уже можно использовать как усилитель для наушников или же как предварительный усилитель.
      Не смотря на то, что выходная мощность у нас уже достаточно повысилась ее все равно не достаточно для подключения динамиков, имеющих сопротивление 4…8 Ом. Поэтому введем еще один каскад по схеме с ОК, состоящих из двух, включенных параллельно транзисторов и получим схему, приведенную на рисунке 11.

Рисунок 11. Принипиальная схема усилителя мощности Ланзар.

      По сути это уже финальная схема усилителя, единственно, что остается добавить, так пояснить назначение цепочки C12-R26. Это цепочка придает дополнительную устойчивость усилителю к возбуждениеям по ВЧ и хотя большинство усилителей, собранных по этой схеме склонность в возбудам не показали цепочку эту лучше всетаки оставить.
      Что касается класса, в котором работает этот усилитель, то многие склонны думать что это А-В. Однако я придерживаюсь мнения Железного Шихмана, которое гласит, что это класс А, точнее псевдо А, поскольку нагрузочным для схемы является резистор R19 и протекающий ток через транзисторы VT8 и VT9 ток почти не меняется во всем диапазоне мощностей, а транзисторы VT10…VT13 лишь усиливают ток.
      Ну и на последок — ток покоя оконечного каскада необходимо выставить подстроечным резистором R15 в пределах 70…90мА.

НАЧАЛО:
СТРАНИЦЫ       СТАТЬИ

ПРОДОЛЖЕНИЕ:
ТЮНИНГ, ИЗМЕНЕНИЕ СХЕМОТЕХНИКИ

 

   

 

Адрес администрации сайта: [email protected]
   

 

TAD Evolution M1000: идеально симметричный усилитель мощности — Новости

TAD Evolution M1000 – двухканальный усилитель мощности от компании TAD принадлежащий серии Evolution. В модели реализована схема полного двойного моно с разделением не только сигнальных цепей, но и блоков питания, включая применение отдельных трансформаторов, выпрямителей, схем сглаживания пульсаций и стабилизации напряжения.

Усилитель работает в классе D с питанием от тороидальных трансформаторов мощностью 1 кВА и созданных специально для TAD электролитических конденсаторов. Схемотехника усилителя полностью симметричная, позволяющая подключать как балансные, так и не балансные источники сигнала. Выходные каскады работают в режиме мостового усиления (BTL), развивая до 500 Вт мощности на канал.

Диапазон импеданса нагрузки составляет 4-16 Ом. Плюсом ко всему в схеме используются полевые транзисторы с очень низким сопротивлением сток-исток открытого канала и без соединительных проводов, за счет чего система работает быстро и с низкими потерями, обеспечивая предельно динамичное звучание.

Высокая энергетическая эффективность усиления в классе D позволяет M1000 обойтись без огромных радиаторов — они бы не вписались в дизайн и эстетику линейки Evolution.

Немало внимания разработчики уделили защите от нежелательных вибраций, поскольку даже малейшие колебания корпуса могут негативно сказаться на качестве воспроизведения аудиосигнала.

Усилитель установлен на трех ножках с инвертированными шипами из хромомолибденовой стали. Такая виброразвязка увеличивает точность воспроизведения сигнала, ощущение мощности и телесности звучания.

Модель доступна в черной и серебристой расцветках и идеально подходит к дисковому плееру D1000 и ЦАПу DA1000. Уровень искажений составляет менее 0,05% на половине рабочей мощности, соотношение сигнал/шум 112 дБ,а коэффициент усиления в 29,5 дБ. Масса усилителя M1000 29 кг при габаритах 440х148х497 мм.

Сбалансированный усилитель

, улучшение IP3 и P1dB за счет гибридных ответвителей 90 °

Томас Шафер

NasonTek Services

(206) 920-5659

Балансный усилитель IP3 и P1dB Улучшение за счет гибридных ответвителей 90 °

Конструкция симметричного усилителя определяется двумя усилителями с одинаковым коэффициентом усиления, точкой сжатия 1 дБ (P1dB) и усилителем третьего порядка. Перехватчик (IP3), расположенный в конфигурации, показанной справа. Ответвители представляют собой гибриды 3 дБ, где вход мощность распределяется поровну между портом 0 ° и 90 °.Неиспользуемые порты оканчиваются импедансом системы — обычно 50 Ом. Отражения от входных и выходных портов усилителей шунтируются на неиспользуемый порт каждого ответвителя, придавая всей схеме согласованный импеданс.

Для одиночного «несимметричного» усилителя выходная точка пересечения третьего порядка определяется спецификациями устройства. Продукты интермодуляции третьего порядка (IM3) появятся примерно на 2 дБ ниже мощности сигнала первичные тоны на выходе устройства, где Δ = IP3in — Pin = IP3out — Pout (другими словами, на 3 × 15 дБ ниже указанного на выходе Точка пересечения 3-го порядка).

Рассмотрим пример усилителя с показанными выше характеристиками усиления и линейности. Если входная мощность два основных тона на 1 и 2 оба равны -30 дБм, затем на выходе продукты интермодуляции третьего порядка (IM3) появится на 2ƒ1 — ƒ2 и 2ƒ2 — ƒ1, при мощности:

IM3out = Pout — 2 • (IP3out — Pout)

= (Pin + G) — 2 • (IP3out — (Pin + G))

= (-30 + 24) — (2 • (29 — (-30 + 24)))

= -6 — 2 • (29 — (- 6))

= -76

Когда этот усилитель используется в сбалансированной конфигурации, описанной выше, основные тона разделяются поровну (-3 дБ). на выходах первого гибрида, один сигнал сдвинут по фазе на 0 °, а другой — на 90 °.После два разделенных сигнала усиливаются до [Pin –3dB + G], они повторно комбинируются с перестановкой фазового сдвига, так что рекомбинированный сигнал равен [Pin + G] ⁄ 90 °.

Однако, поскольку входной сигнал для каждого усилителя уменьшился на 3 дБ, IM3 на выходе каждого усилитель были уменьшены на 9дБ. В частности,

IM3out = Pout — 2 • (IP3out — Pout)

= ((Pin — 3 дБ) + G) — 2 • (IP3out — ((Pin — 3 дБ) + G)))

= ([-30 дБм — 3 дБ] + 24 дБ) — (2 • (29 дБм — ([-30 дБм — 3 дБ] + 24 дБ)))

= -9 дБм — 2 • (29 дБм — (-9 дБ))

= — 85 дБм

IM3 объединяются синфазно через выходной гибридный 3 дБ (помните, что сдвиг фазы на 90 ° поменялся местами), который фактически добавляет 3 дБ к указанному выше числу.Таким образом, IM3 балансного усилителя составляют -82 дБм, что составляет 6 дБ. ниже, чем у одиночного усилителя.

Эффективный IP3out можно рассчитать по формуле

IP3out (дБм) = Pout (дБм) +0,5 [Pout (дБм) — IM3out (дБм)]

= (Pin + G) + 0,5 [(Pin + G) — IM3out]

= (-30 дБм + 24 дБ) +0,5 [(- 30 дБм + 24 дБм) — (-82 дБм)]

= + 32 дБм на 3 дБ выше, чем у одиночного усилителя QED

---

Вот немного другой подход, который является трамплином для работы Томаса, но не касается его фазы сигналов через разветвитель и сумматор. Это решение также действительно при использовании стандартного 2-ходового делители / сумматоры с индивидуально подобранными усилителями, которые демонстрируют превосходный КСВН на входе и выходе †. — Кирт Блаттенбергер

Предположим, что параметры отдельных устройств такие же, как в примере Томаса, и этот PIN-код для каждой из двух систем. входные сигналы -30 дБм на входе системы.

Ответвитель на 3 дБ делит сигналы поровну, поэтому на входах усилителя сигналы составляют -33 дБм.

продукции 3-го порядка на выходе каждого устройства:

IM3out = Pout — 2 • (IP3out — Pout)

= 3Pout — 2IP3

= 3 • (-33 дБм + 24 дБ) — 2 • (29 дБм)

= -27 дБм — 58 дБм

= -85 дБм

IM3out после объединения обоих усилителей составляет -85 дБм + 3 дБ = -82 дБм

Теперь, поскольку коэффициент усиления балансного усилителя такой же, как у отдельных устройств, мы имеем:

Усиление = 24 дБ

IM3out = -82 дБм

Pout = -30 дБм + 24 дБ = -6 дБм

Возвращение этих чисел в формулу IP3 дает:

IP3 = 1/2 (3Pout — IM3out)
= 1/2 (3 • -6 — -82)

= 32 дБм QED (снова)

Примечание: аналогичным анализом можно показать, что точка сжатия 1 дБ (P1dB) также улучшается на 3 дБ.

† Узнайте о характеристиках 3 Гибридный ответвитель дБ, который делает его отличным инструментом для создания усилителей

, отдельные устройства которых не соответствуют импедансу системы, но соответствуют импедансу друг друга.

Анализ устойчивости симметричного усилителя по КСВН | 2020-10-07

www.microwavejournal.com/articles/34711-analyzing-the-vswr-withstand-capability-of-a-balanced-amplifier

Как теоретически, так и с помощью моделирования показано, что симметричный усилитель имеет более низкую стойкость к КСВН, чем у транзисторов, используемых в его конструкции, что означает максимальный КСВ до того, как транзистор выйдет из строя или его надежность снизится.Для сбалансированного усилителя следует принять пересмотренную способность выдерживать КСВН, чтобы предотвратить отказ устройства.

Рисунок 1 Различные физические и электронные нагрузки, наблюдаемые усилителем.

Усилители большой мощности часто требуют объединения нескольких транзисторов. Это может быть выполнено с использованием синфазного комбинирования с комбайнерами Уилкинсона или Гайзеля, противофазного комбинирования (т. Е. Двухтактного) с симметричными трансформаторами или квадратурного комбинирования (т.г., ответвление или ланге). Комбинирующая структура определяет способность усилителя выдерживать большие несоответствия КСВН, которые влияют на прочность и надежность усилителя. В дополнение к трем, указанным выше, для объединения мощности могут использоваться и другие методы, такие как последовательное объединение ¹ и объединение бегущей волны, ² , но они редко, если вообще когда-либо, используются при объединении всего двух транзисторов.

Синфазное комбинирование обеспечивает такую ​​же стойкость к КСВН, как и для каждого отдельного транзистора, без учета потерь через сумматор.Принимая во внимание фундаментальные свойства матрицы рассеяния взаимной трехпортовой сети без потерь, такой как симметрирующий трансформатор, двухтактный усилитель также имеет такую ​​же стойкость к КСВН, как и отдельные транзисторы. Однако ситуация с симметричным усилителем более сложна, и ей посвящена данная статья.

ВЛИЯНИЕ КСВН

Рисунок 2 Симметричный усилитель.

Рисунок 3 Установка для измерения выдерживаемого КСВН усилителя.

Балансный усилитель состоит из двух идентичных усилителей, работающих в квадратурной фазе. Квадратурный ответвитель или разветвитель создает разность фаз в 90 градусов между сигналами, подаваемыми на два усилителя. Второй квадратурный ответвитель на выходе удаляет эту разность фаз, поэтому выходы усилителя объединяются синфазно. ³ Одним из преимуществ симметричного усилителя является то, что он обеспечивает отличный КСВН на внешних клеммах, даже если два внутренних усилителя имеют плохой КСВН на клеммах.

В этой статье исследуется обратная проблема, а именно определение КСВН, подаваемого на два внутренних усилителя — следовательно, на транзисторы — когда несоответствие присутствует на внешнем порте усилителя. Выполняется аналитический расчет КСВН, подаваемого на активные устройства балансного усилителя, и результаты проверяются путем моделирования с использованием программного обеспечения Cadence®AWR Design Environment®. При наличии рассогласования на выходе усилителя один усилитель или транзистор видит улучшенный КСВН, а другой подвергается большему рассогласованию.Из априорных знаний о стойкости транзистора по КСВН можно определить влияние несоответствия импеданса на прочность и надежность симметричного усилителя.

ПРЕДЫДУЩАЯ РАБОТА

Определение КСВН, подаваемого на два внутренних усилителя, когда несоответствие присутствует на внешнем порте балансного усилителя, ранее рассматривалось как Cripps ⁴ , так и Raab. ⁵ Анализ Криппса остается неопубликованным, в то время как Рааб использовал комбинацию трансформатора Рутроффа и балуна для создания квадратурного гибрида, концепция, вероятно, незнакомая большинству инженеров микроволнового излучения.Однако анализы Рааба и Криппса полностью согласуются с представленными здесь результатами.

Проблема была рассмотрена позже Jung et al. ⁶ Однако их анализ вычисляет значение физической нагрузки, которую видит каждый внутренний усилитель, а не значение электронной нагрузки; поэтому их анализ не может определить стойкость балансного усилителя к КСВ. Значение показано на рис. 1 . Каждый генератор тока видит физическую нагрузку в 1 Ом, но напряжение на резисторе составляет 2 В.Следовательно, каждый генератор тока видит электронную нагрузку 2 Ом, а не 1 Ом. В случае симметричного усилителя (см. , рис. 2, ), важно рассчитать нагрузку, наблюдаемую каждым усилителем, в то время как оба усилителя одновременно подают ток в ответвитель, то есть электронную нагрузку.

ИЗМЕРЕНИЕ ДОПУСТИМОСТИ КСВ

Традиционный метод измерения выдерживаемой способности КСВН заключается в постепенном увеличении входной ВЧ мощности на транзистор в испытательном приспособлении до тех пор, пока выходная ВЧ мощность не достигнет своего полного номинального значения.Затем нагрузка заменяется аттенюатором с коротким замыканием, которому предшествует регулируемый растяжитель линии передачи или подходящий фазовращатель (см. , рис. 3, ). Натяжитель лески регулируется так, чтобы фаза нагрузки была развернута на 360 градусов. Затем затухание поэтапно снижается, и процесс повторяется до тех пор, пока транзистор не выйдет из строя. Строго говоря, этот метод измеряет способность транзистора выдерживать КСВН в его конкретном испытательном приспособлении, включая любые потери в выходной согласующей цепи испытательного приспособления.Поскольку потери в выходной цепи обычно сводятся к минимуму, чтобы максимизировать эффективность усилителя и выходную мощность, этот метод фактически определяет стойкость транзистора по КСВН с хорошим приближением. Способность выдерживать КСВН указывается для нагрузки 50 Ом, а не для импеданса нагрузки, которую видит транзистор.

Рис. 4 Пробка КСВН 3: 1 (a) и пробки 2: 1 и 5: 1, каскадно соединенные с λ / 4, чтобы получить КСВН 10: 1 (b).

Рисунок 5 Эквивалентная сеть, видимая двумя усилителями.

Альтернативный метод измерения выдерживаемого КСВН, более подходящий для производственной среды, состоит в том, чтобы вставить по крайней мере длинноволновую длинноволновую линию между испытательным оборудованием и нагрузкой, а затем вставить четвертьволновой трансформатор импеданса — обычно называемый пробкой — который может скользить по длине линии прорези. Заглушка создается путем вставки участка диэлектрика соответствующей длины между центральным и заземляющим проводниками (см. , рис. 4a, ). Толщина и диэлектрическая проницаемость выбираются таким образом, чтобы обеспечить требуемое несоответствие КСВН; например, пробка с рассогласованием 2: 1 имеет импеданс 35 Ом.

Для нормального тестирования мощности, КПД и усиления заглушка не вставляется, а небольшие остаточные потери линии паза, заполненной воздухом, калибруются. Преимущество этого метода измерения заключается в том, что не требуется демонтаж и реконструкция испытательного стенда, а испытание на устойчивость к КСВН может быть включено как стандартная часть производственных испытаний. На рис. 4b показан GaN-транзистор Integra L-диапазона, который испытывается на устойчивость к КСВН с рассогласованием 10: 1, создаваемым каскадным соединением пробок 2: 1 и 5: 1, разнесенных на четверть длины волны.

Эти два метода не эквивалентны. В первом методе рассогласование, представленное транзистору, является постоянным на всех частотах. Во втором случае такое же рассогласование представлено для основной гармоники и всех нечетных гармоник, но нагрузка 50 Ом представлена ​​на четных гармониках. В большинстве ситуаций, представляющих практический интерес, эти два метода дают практически одинаковый результат.

СБАЛАНСИРОВАННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ КСВ ВЫНОСНОЙ ВОЗМОЖНОСТИ

Матрица рассеяния (S-матрица) идеального квадратурного ответвителя в центре полосы равна

, где номера портов гибридного ответвителя указаны на рисунке 2.Для симметричного усилителя два внутренних усилителя представляют собой двухпортовую сеть, образованную направленным ответвителем, с портом 2, оканчивающимся нагрузкой 50 Ом, обеспечивающим коэффициент отражения Γ = 0, и портом 4, оканчивающимся на переменной нагрузке с коэффициент отражения Γ = Γ _L . Двухпортовая сеть имеет матрицу рассеяния, равную

.

S-матрица уравнения (2) может быть преобразована в матрицу Z, заданную как

В центре полосы два усилителя видят простую эквивалентную двухпортовую сеть, показанную на рис. 5 , где значения элементов даны как

На данный момент не делается никаких предположений об амплитуде или фазовом соотношении сигналов, подаваемых на порты 1 и 3 на Рисунке 5.Если предположить, что усилители идеальны и состоят только из генератора тока, как показано на рисунке 2, электронная нагрузка, наблюдаемая двумя транзисторами, будет равна

.

, который, выраженный как коэффициент отражения, равен

.

Следовательно, в то время как один транзистор видит улучшенный КСВН, другой — худший КСВН.

Чтобы продемонстрировать влияние электронной нагрузки на устойчивость и надежность усилителя, рассмотрим симметричный усилитель с каждым транзистором, имеющим стойкость к КСВН 5: 1, т.е.е., | Γ _{электронный} | = 0,66. Согласно уравнению 6, максимальная выдерживаемая способность симметричного усилителя по КСВ на порте нагрузки составляет всего 2,3: 1, то есть | Γ _L | = 0,39.

Рисунок 6 Моделирование идеального симметричного усилителя с качающимся сопротивлением нагрузки.

Эти результаты проверены с помощью моделирования схемы с использованием идеальной модели гибридного ответвителя и моделей источника тока, управляемого напряжением, для представления симметричного усилителя в виртуальной испытательной установке с переменным импедансом нагрузки, обычно используемым при моделировании нагрузки от нагрузки. На рис. 6 показана схема моделирования в симуляторе схем AWR® Microwave Office®. На рис. 7 показан коэффициент отражения двух транзисторов. Величина коэффициента отражения на нагрузке фиксируется на уровне гамма-эквивалента КСВН 2,3: 1, а фаза изменяется от 0 до 180 градусов с шагом 7,5 градусов. Моделирование согласуется с теорией, предсказанной уравнением 6.

Рисунок 7 Коэффициент отражения для двух транзисторов с фиксированным | Γ _L | = 0.39 и повернул ∠ΓL от 0 до 180 градусов.

Рисунок 8 Отрицательное сопротивление на портах транзистора для | Γ _L | > 0,50 и стреловидность ∠ΓL <10 градусов или> 170 градусов.

При несовпадении один из транзисторов будет испытывать более высокое рассогласование, чем на выходе балансного усилителя, потенциально превышая выдерживаемый КСВН транзистора для максимальной выходной мощности. Из уравнения 5, если внешнее рассогласование превышает 3: 1 (т.е.е., | Γ _L | = 0,5), один из транзисторов может иметь отрицательное сопротивление в зависимости от фазы Γ _L (см. Рисунок 8 ). Хотя это математически правильный вывод, на практике это не произойдет, если транзистор не сможет выдержать бесконечное несоответствие КСВН, поскольку транзистор уже выйдет из строя при более низком значении внешнего несоответствия КСВН. Однако один из транзисторов может иметь отрицательное сопротивление в условиях слабого сигнала при наличии внешнего рассогласования, что может вызвать нестабильность.

Рисунок 9 Моделирование симметричного усилителя с использованием устройств IGN2729M200.

РЕАЛИСТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТРАНЗИСТОРА

Рис. 10 Круг КСВ и нагрузки, видимые с каждой стороны симметричного усилителя при рассогласовании выходного сигнала 5: 1, поскольку фаза внешнего рассогласования поворачивается на 180 градусов.

В предыдущем анализе использовалась простая модель транзистора и усилителя, в результате чего было получено простое выражение для иллюстрации проблемы.Анализ повторяется на реальных моделях усилителя и транзистора. IGN2729M200 — это транзистор от 2,7 до 2,9 ГГц, обеспечивающий выходную мощность 200 Вт в этом диапазоне частот с длительностью импульса 100 мкс и скважностью 10%. Полная нелинейная электротермическая модель компании Integra для этого устройства была использована и встроена в модель входных и выходных согласующих цепей двух усилителей. Квадратурный ответвитель считается идеальным устройством без потерь с центральной частотой 2,8 ГГц. Рисунок 9 показывает принципиальную электрическую схему Microwave Office, которую можно сравнить с упрощенной моделью, показанной на рисунке 6.

На рис. 10 показан коэффициент отражения, наблюдаемый двумя внутренними усилителями, когда фаза изменяется от 0 до 180 градусов и к выходному порту балансного усилителя применяется рассогласование КСВН 5: 1. Как и прежде, один усилитель или транзистор видит улучшенное рассогласование, в то время как другой видит значительно худшее рассогласование — в данном случае до 10: 1 на некоторых фазах внешнего рассогласования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В этой статье была рассчитана и проверена выдерживаемая способность симметричного усилителя по КСВН, что показало, что симметричный усилитель имеет более низкую выдерживаемую способность по КСВН, чем отдельные транзисторы, используемые в его конструкции. Это следует учитывать при разработке симметричного усилителя, чтобы предотвратить отказ устройства.

Список литературы

1. К.Дж. Рассел, «Методы комбинирования СВЧ-мощности», Протоколы IEEE по теории и методам СВЧ , Vol.27, № 5, май 1979 г., стр. 472–478.
2. А.Г. Берт и Д. Камински, «Делитель / сумматор бегущей волны», IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques , Vol. 28, № 12, декабрь 1980 г., стр. 1468–1473.
3. К. Курокава, «Теория проектирования симметричных транзисторных усилителей», Bell System Technical Journal , Vol. 44, No. 8, October 1965, pp. 1675–1698.
4. S.C. Cripps, частное сообщение.
5. J.L.B. Уокер, Д. Майер и Ф.Рааб (редакторы), «Классические работы в радиотехнике: сумматоры, ответвители, трансформаторы и магнитные материалы», Artech House, 2006.
6. И. Юнг, М. Со, Дж. Чон, Х. Ким, М. Чо, Х. Ли и Ю. Ян, «Анализ сбалансированного усилителя мощности класса E для условий рассогласования нагрузки», Semantic Scholar , 2012, Веб. https://www.semanticscholar.org/paper/Analysis-on-the-Balanced-ClassE-Power-Amplifier-for-Jung-Seo/179657496159b462bd2e6dcd7b2b2cf51de5b99c.

Истинно сбалансированная — PS Audio

Когда мы используем термин «истинно сбалансированный», мы имеем в виду схему, которая сбалансирована от входа к выходу, в отличие от схемы, которая сбалансирована только на входе, выходе или обоих.Почему это важно? Поскольку истинная балансировка схемы означает, что мы не только пользуемся преимуществом уменьшения шума на входе, но и переносим те же преимущества на артефакты самой схемы усилителя, такие как искажения; то, чего не может сделать конструкция со сбалансированным входом / несимметричным выходом.

Вот схема, которую я показал вам во вчерашнем сообщении.

На его входах (обозначенных как «Вход 1» и «Вход 2») мы извлекаем выгоду из устранения общего шума, как и следовало бы ожидать от любого балансного усилителя.Это связано с тем, что дифференциальный усилитель, состоящий из J1 и J2, отклоняет все общее для обоих своих входов и усиливает только различия между ними. Но обратите внимание на использование второго дифференциального усилителя, следующего за первым и состоящего из транзисторов J3 и J4. Этот второй дифференциальный усилитель работает точно так же, как и первый, но мы не ожидаем, что он снизит шум. Вместо этого второй усилитель уменьшит любые общие искажения или нелинейности первого каскада усиления.И каждый каскад усиления имеет искажения и нелинейные продукты, обычно производимые в равных количествах между двумя транзисторами, которые заставляют его работать. Так что после этого первого этапа с другим дифференциальным усилителем — очень разумный поступок. Плюс еще одно преимущество. Мы получаем уже сбалансированные выходы.

Обратите внимание, где мы видим номенклатуру Выхода 1 и Выхода 2. Как и наши симметричные входы в начале этой схемы, теперь у нас есть полностью симметричный выход без каких-либо дополнительных схем, добавленных для его достижения.Добавьте пару буферов на выходе для управления нагрузками с низким импедансом или сложными соединительными кабелями, и вы получите полностью симметричную схему от входа до выхода, которая отличается простым, быстрым и чрезвычайно хорошим звучанием.

Существуют и другие топологии, которые обеспечивают такой же уровень истинного баланса, но немногие из тех, о которых я знаю, столь же просты и понятны.

Все, что вам нужно знать

Возможно, вы слышали хорошие отзывы о «Сбалансированном драйвере наушников».

Поклонники наушников воскликнут, что сбалансированный драйв — это нирвана прослушивания через наушники, creme de la creme персональных аудиосистем, высшее из «high-end».

Наши друзья из HeadRoom Audio были первыми, кто разработал и выпустил на рынок сбалансированные системы наушников с сбалансированным усилителем HeadRoom ‘BlockHead’ еще в 1999 году. Так что никто не знает больше о сбалансированном динамическом усилителе и наушниках, чем мы.

Ознакомьтесь с нашей подборкой балансных усилителей премиум-класса

ЧТО ТАКОЕ НАУШНИКИ С СБАЛАНСИРОВАННЫМ ПРИВОДОМ?

По сути, симметричный привод представляет собой конструктивную схему усилителя для наушников, которая обеспечивает «сбалансированный» эквивалент и противоположность [i.е., отрицательный / положительный] аудиосигналы независимо от каждой стороны катушек драйвера наушников.

Сбалансированный привод

обеспечивает заметное улучшение качества звука благодаря удвоению на скорости нарастания напряжения усилителя и диапазона качания напряжения, уменьшению компонентов THD (полное гармоническое искажение) и предотвращению перекрестных помех за счет устранения общих плоскость земли.

Конечный акустический результат придает музыкальной презентации обширное, открытое качество звучания с более быстрой динамикой, более тонкими деталями, более плотными низкими басами и очень четко выраженными средними частотами.

Как мне получить сбалансированную систему наушников?

Во-первых, вам нужен сбалансированный усилитель для наушников, а шнур наушников должен быть повторно подключен к разъему XLR.

Для наушников с «проводным подключением» балансное переключение — это процесс послепродажного обслуживания, который изменяет подключение наушников со стандартного стереофонического штекера 1/4 дюйма на левый / правый балансный 3-контактный или на один 4-контактный стерео штекер XLR (в зависимости от соединение с балансным усилителем).

Конечно, новые наушники с отсоединяемыми пользователем шнурами упрощают замену кабеля.Просто замените стандартный кабель наушников на сбалансированный вариант послепродажного обслуживания, и, бац, теперь у вас есть сбалансированные наушники.

Кроме того, имейте в виду, что только некоторые наушники могут быть действительно сбалансированы из-за подключений к наушникам, для которых требуется отдельный левый / правый, положительный и отрицательный сигнал. Таким образом, некоторые наушники могут иметь разъем XLR, но они не сбалансированы внутри!

Статья I. Сбалансированный привод и несбалансированный привод

Мы действительно не знали, что произойдет, когда в свое время мы представили первый в мире сбалансированный усилитель для наушников, HeadRoom Audio BlockHead Balanced Amp.Мы не знали, действительно ли избавление от точек соприкосновения с наушниками имеет большое значение. Мы не знали, удастся ли подключить наушники к сбалансированной конфигурации. Мы не знали, будет ли сбалансированный привод для наушников звучать лучше — и даже если он будет звучать хорошо.

Мы просто знали, что это потенциально возможно, и что мы должны попробовать. Человек, мы рады, что сделали; высококачественные наушники с балансным приводом звучат очень здорово!

Несмотря на то, что наша концепция сбалансированной конструкции приводов сейчас встречается повсюду в отрасли, это еще довольно новая идея, поэтому мы хотим помочь вам понять, о чем, черт возьми, идет речь в этой статье.

НЕПРИМЕРНЫЙ, НО ВСЕГО ВАЖНЫЙ РАЗЪЕМ ДЛЯ НАУШНИКОВ

Обычный штекер для наушников имеет три разъема: наконечник левый; кольцо правое, а втулка шлифованная.

Наконечник подключается к проводу, идущему к положительному (+) выводу левой катушки драйвера наушников; кольцо подключается к проводу, идущему к плюсовому выводу правого драйвера. Гильза подключается к проводу, идущему к обоим отрицательным (-) клеммам катушки драйвера. Этот провод обычно имеет паяное соединение в «Y» или в наушнике, где провод заземления от вилки разделяется на отдельные провода, которые подключаются к отрицательным клеммам катушек драйвера.

Жирные линии, показывающие общий путь обратного сигнала для левого и правого каналов

В обычных усилителях для наушников наиболее важно отметить, что, поскольку левый и правый каналы усилителя приводят в действие левую и правую катушки драйвера, обратный ток от драйверов объединяется и проходит некоторое расстояние, прежде чем вернуться к звуку усилителя. земля.

Этот общий путь имеет значительное электрическое сопротивление от проводки, паяных соединений, контактного сопротивления в штекере / гнезде и т. Д., что приводит к появлению общего сигнала на отрицательном выводе обеих катушек драйвера. Этот общий сигнал (низкоуровневое суммирование левого и правого каналов) будет генерировать низкоуровневые перекрестные помехи и гармонические искажения в наушниках.

То, насколько «низкий уровень» зависит от качества всей звуковой цепи наушников и системы усилителя, но он всегда будет присутствовать в качестве запутывающего фактора — , то есть , минимальный уровень фонового шума. Однако есть один способ полностью обойти надоедливую проблему перекрестных помех: сбалансированные наушники.

РАЗЪЕМ ДЛЯ СБАЛАНСИРОВАННЫХ НАУШНИКОВ

Короче говоря, сбалансированные наушники — это обычные наушники, подключенные к другому разъему.

Обычный трехжильный кабель с общей вилкой заземления заменяется кабелем с четырьмя проводниками: правый положительный и правый отрицательный проводники к положительному и отрицательному соединениям правой катушки привода; и левый положительный и левый отрицательный проводники к левой катушке привода.

Сам кабель наушников затем подключается либо к 4-контактному штекеру XLR, либо к двум (двойным) 3-контактным штекерным разъемам XLR, в зависимости от подключения балансного привода, необходимого для вашего конкретного балансного усилителя для наушников.

БАЛАНСНЫЙ УСИЛИТЕЛЬ ДЛЯ НАУШНИКОВ

При прослушивании наушников с балансным приводом используется усилитель наушников, который имеет «симметричные» выходы, в которых каждый канал имеет нормальный звуковой сигнал возбуждения и сигнал возбуждения с инвертированным зеркальным отображением.

Большая хитрость здесь в том, что у наушников больше нет электрической «заземляющей» плоскости, поэтому нет возможности возникновения перекрестных искажений, которые мы описали выше.

Ну… на самом деле для этого нужен еще один большой трюк: усилитель для наушников, который создает идеальные «зеркальные» симметричные сигналы для правильного управления симметричными наушниками.

Статья II — Различия между сбалансированной передачей и «полностью сбалансированной» системой наушников

Итак, мы узнали, как изменение кабеля наушников для сбалансированного привода может улучшить качество звука в наушниках, избавившись от общей земли, разделяемой левым и правым драйверами наушников.

Но есть и другие звуковые преимущества, которые можно получить, управляя наушниками в сбалансированном режиме. К сожалению, «сбалансированный» драйв имеет ряд тонких нюансов и значений, которые необходимо объяснить, чтобы полностью понять, чего мы пытаемся достичь.

HARDCORE BALANCED DRIVE TECH-SPEAK

Наиболее распространенное использование сбалансированной передачи аудиосигнала имеет мало общего с управлением наушниками в сбалансированном режиме.

Во многих профессиональных аудиоприложениях сигналы направляются с места на место через симметричные кабели, чтобы уменьшить синфазные помехи от источников радиочастотного (РЧ) шума, таких как люминесцентные лампы и двигатели.

Поскольку напряжение, возникающее в линии передачи из-за радиочастотных помех, одинаково как на нормальных, так и на инвертированных сигнальных проводниках, а также поскольку балансировочные трансформаторы пропускают ток только при противоположных сигналах, общий сигнал помех отменяется.

Эта проблема обычно не возникает даже с несимметричными наушниками, поскольку низкий выходной импеданс усилителя мощности предотвращает появление значительного напряжения РЧ-помех. Но есть и другие веские причины использовать наушники с балансным усилителем определенного типа.

Конечно, существует ряд конструкций усилителей, которые являются несимметричными внутри, но используют выходы с трансформаторной связью; Эти усилители улучшают характеристики наушников в основном за счет устранения общей земли.

Однако существует совершенно другой подход, который можно использовать для получения значительных и измеримых улучшений производительности при меньших затратах, чем это обычно бывает с убывающей кривой доходности обновлений компонентов.

Часто называемые «полностью сбалансированными» конструкциями, этот тип усилителя имеет полностью отдельные и согласующие электронные схемы для всех четырех трактов аудиосигнала (левый нормальный и инвертированный, правый нормальный и инвертированный).

Преимущество этой конструкции в том, что на каждую катушку подается два усилителя мощности; каждый усилитель эффективно управляет половиной катушки с виртуальной землей или точкой нулевого напряжения на полпути к катушке.

Поскольку каждый усилитель управляет только половиной нагрузки, может быть достигнуто значительное улучшение управления, а поскольку напряжения противоположны, реализуется эффективное удвоение скорости нарастания (вольт в секунду, которое усилитель может качать) по сравнению с обычным нарастанием. скорость любого усилителя отдельно.

Другими словами, удвоив количество электронных схем, можно достичь двукратного увеличения производительности в некоторых критических областях при увеличении стоимости всего на 50% -70%. Обычно удвоение измеряемой производительности легко обходится гораздо дороже.

Далее мы продолжим с описания того, как мы получаем сбалансированный сигнал для начала, и как, в частности, балансные усилители HeadRoom помогают вам получить его прямо между вашими ушами.

Использование сбалансированных источников — фонокорректор LP или компьютер

Если вы читали и усвоили суть наших статей о сбалансированных наушниках, вы знаете, что сбалансированные наушники с перенаправлением кабелей и полностью сбалансированное усиление наушников улучшат качество звука, но вам придется использовать полностью сбалансированный источник.Нам очень нравятся двое.

Источники винила для LP

Конечно, цифровой звук получился очень хорошим (и мы вернемся к этому через минуту), но винил имеет органическое и жидкое звучание, и это просто способ получить сбалансированный источник, не говоря уже о том, что он обеспечивает часы Удовольствие от выбора тарелки в музыкальных магазинах тоже.

Катушка в фонокорректоре естественно сбалансирована, и если вы подключите ее к сбалансированному фонокорректору, вуаля, вы получите действительно сбалансированный источник.Ленточные головки также являются отличными естественно сбалансированными источниками. Но если вы думали, что винил малоизвестен, попробуйте найти исходный материал на 15-дюймовых катушках.

Источники цифрового звука

Правильный способ максимально приблизиться к идеально сбалансированному цифровому источнику — создать инвертированный канал, перевернув его, пока он все еще находится в стадии числовых значений. Обычно ЦАП (цифро-аналоговые преобразователи) работают с 0000… давая низкое напряжение до 1111… давая максимальное напряжение.В этом случае выходной сигнал цифрового звука не инвертирован (или неправильно, но обычно называется «синфазным»). Но с помощью простого переключения вывода ЦАП инвертирует свою последовательность слов и работает от 0000… давая максимальный выход до 1111… давая ему самое низкое напряжение, которое инвертирует аудиосигнал — почти идеально.

Многие симметричные усилители для наушников также имеют на борту ЦАП с цифровыми входами USB или цифровыми оптическими / цифровыми коаксиальными входами. Это означает, что ваш ноутбук может стать идеальным цифровым источником для высококачественной аудиосистемы!

Часто задаваемые вопросы по сбалансированному приводу

Что такое сбалансированный привод наушников?

Сбалансированный привод наушников

— это схема, в которой используются обратные положительные / отрицательные электрические пути для подачи равных и противоположных аудиосигналов на каждую сторону звуковой катушки драйвера наушников.

Когда все сделано правильно, слышен значительный рост качества звука из-за удвоения скорости нарастания и мощности; уменьшение компонентов искажения THD и фактическое устранение перекрестных помех в наушниках благодаря устранению общей заземляющей поверхности, присутствующей в стандартных «несимметричных» наушниках.

Зачем мне сбалансированный усилитель для наушников?

Поскольку для балансного привода требуется два инверсных аудиоканала на каждое ухо вместо одного, сбалансированный усилитель для наушников выводит четыре (4) аудиоканала вместо двух, обычно имеющихся в обычном усилителе для наушников.

Как узнать, сбалансированы ли мои наушники?

Если штекер наушников выглядит как единственный штекер слева на изображении, значит, наушники не сбалансированы. Двойные разъемы XLR справа являются примером сбалансированного типа штекера для наушников.

Должны ли мои аудиоисточники также иметь «сбалансированный» выход XLR?

Для достижения наилучших характеристик сбалансированной системы наушников необходим полностью сбалансированный источник звука.Многие лучшие проигрыватели компакт-дисков и аудиокомпоненты теперь имеют выходные разъемы XLR.

Существуют также превосходные блоки цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) с симметричными выходами XLR, которые могут действовать как полностью симметричный источник, поэтому все, что вам нужно, это компьютер через USB или оптический и / или коаксиальный цифровой аудиосигнал SPDi / F. от других аудиокомпонентов — для вашего «сбалансированного» источника звука.

Какой тип разъема используется в сбалансированном приводе?

Не существует официального отраслевого стандарта для балансных подключений наушников, и существует несколько конфигураций балансных разъемов.В одном методе используются два (стерео) штекерных 3-контактных разъема XLR, каждый из которых поддерживает нормальный и инвертированный аудиоканалы, а также экранированные подключения к соответствующему наушнику. В этой уникальной схеме подключения используется «комбинированный» разъем, который включает , XLR и стандартные 1/4-дюймовые стереоразъемы для наушников, поэтому один усилитель может подключаться как к балансным, так и к стандартным наушникам. Кроме того, можно использовать один 4-контактный разъем XLR. также может использоваться для передачи полностью симметричного сигнала.

Означает ли это, что я могу подключить свои стандартные наушники к сбалансированному усилителю и получить сбалансированный сигнал?

№Но вы можете нормально слушать стандартные наушники на сбалансированном усилителе для наушников, вы просто не слушаете в истинно сбалансированном режиме.

Как мне восстановить наушники и подготовить их к работе с симметричным приводом?

Sennheiser HD800S можно быстро переподключить к сбалансированному диску с помощью сбалансированного кабеля Cardas для HD800. Если у вас есть наушники Sennheiser HD600 / HD650 или AKG, для этих банок доступны сбалансированные кабели на вторичном рынке. Планарные магнитные наушники Audeze, Mr. Speakers, Oppo и HiFiMAN также имеют съемные кабели, позволяющие легко заменять их.

Почему не все наушники бывают сбалансированными?

Время и значительные затраты, связанные с системами с сбалансированным приводом, обычно оправдываются только для самых эффективных наушников. Более того, даже некоторые наушники высшего класса не могут быть сбалансированы по-настоящему из-за их внутренней конструкции проводки и / или других проблем с дизайном.

Могут ли мои наушники работать как симметричные, так и несимметричные наушники?

Да, вам просто нужно выбрать наушники со съемными кабелями, позволяющими использовать послепродажный симметричный шнур для наушников.Таким образом, вы можете приобрести симметричный кабель и просто отключить шнур (и) наушников для несимметричного или симметричного прослушивания по мере необходимости.

Помимо замены разъемов, отличается ли тип кабеля от симметричных наушников?

Да, оплетка кабеля должна иметь как минимум четыре жилы для передачи правильного симметричного сигнала на наушники. Одним из примеров является Cardas, один из лучших производителей кабелей в мире, внутренняя структура которого обеспечивает экранирование и разделение пар левого и правого каналов для уменьшения перекрестных помех.

Сбалансированные и несбалансированные аудиоподключения

Получение наилучшего звука от ваших наушников может быть балансирующим действием, но обязательно ли это?

Разнообразные выходы на наушниках Bryston BHA-1 усилитель включают несимметричный, двойной 3-контактный балансный XLR и 4-контактный балансный XLR от av2day.com .

Типичный источник наушников (усилитель, DAP и т. Д.) Поддерживает несимметричное подключение наушников .Подумайте об этом круглом-дюймовом разъеме для наушников на стереосистеме или о разъеме 3,5 мм на вашем (не i) телефоне. Однако производители все чаще включают в свои устройства отдельные балансные разъемы для наушников .

Недорогие портативные ламповые наушники Little Bear B4-X Усилитель с несимметричным и симметричным выходами для наушников, но только с несимметричным входом.

Балансные соединения, которые когда-то были сферой применения ультрасовременного или профессионального оборудования, недавно нашли свое применение в недорогих потребительских товарах.Однако идея не нова. Фактически, балансный усилитель для наушников HeadRoom Blockhead был представлен еще в 1999 году.

Если соединение или устройство специально не помечено как «балансный выход», можно с уверенностью предположить, что оно поддерживает только несимметричное соединение для наушников.

Чтобы запутать ситуацию, некоторые усилители будут иметь выходы, обозначенные как сбалансированный и несимметричный , а не сбалансированный и несимметричный . Так что же несимметричное и чем оно отличается от несбалансированного? Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны сделать небольшой экскурс в теорию усиления.

Односторонний или дифференциальный? Несбалансированный или сбалансированный?

Все усилители имеют одну из двух основных схемотехнических схем, связанных с тем, как они обрабатывают сигналы и землю: несимметричные или дифференциальные.

Одна базовая структура схемы усилителя обозначается как несимметричный . В несимметричном усилителе сигнал всегда остается целостным и полностью обрабатывается усилительными устройствами (лампами или транзисторами). В схемах этого типа обычно есть два важных источника опорного напряжения: сам сигнал и земля.

Другая базовая усилительная структура упоминается как дифференциал (или двухтактный ). Дифференциальный усилитель состоит из пар устройств, каждая из которых усиливает противоположные фазы сигнала. Дифференциальное усиление может обеспечить более высокую мощность и большую эффективность, чем несимметричное усиление (при использовании тех же частей).

Дифференциальный усилитель заботится только о разнице между фазами, поэтому нелинейности, пульсации источника питания и помехи имеют тенденцию устраняться после рекомбинации фаз.Фазы (положительная и отрицательная или горячая и холодная) являются двумя важными опорными напряжениями для дифференциального усиления.

Все соединения несимметричные или симметричные, а все усилители несимметричные или дифференциальные.

Хотя несимметричные усилители, как правило, имеют несимметричные соединения, а симметричные выходы, как правило, управляются дифференциальными усилителями, эти правила не установлены на камне. Эта таблица включает только несколько наиболее известных усилителей, но, надеюсь, иллюстрирует задействованные систематики.

Матрица, показывающая различные усилители и варианты подключения. Наше обсуждение несимметричных и симметричных соединений относится скорее к аналоговым проводным соединениям, чем к цифровым. Это означает, что подключения USB, SPDIF, Bluetooth и т. Д. Не относятся к этой статье.

Линейные соединения

Несимметричные и симметричные соединения возможны между устройствами (например: источник или ЦАП с усилителем, включая входы и выходы), а также между источником или усилителем и наушниками (только выход).На самом деле эти связи не совпадают.

Соединение между устройствами считается соединением линейного уровня, и относительно стандартизировано между потребительскими устройствами, в отличие от выходного соединения для наушников.

Линейные входы на усилителе для наушников Bryston BHA-1 от av2day.com .

Несимметричные линейные соединения обычно реализуются с помощью разъемов RCA для аудио, в то время как симметричные линейные соединения обычно используют двойные 3-контактные разъемы XLR как для входа, так и для выхода.В обоих случаях для каждого аудиоканала (левого и правого) обычно используется одно гнездо.

«В этих межкорпусных соединениях линейного уровня сбалансированный интерфейс может обеспечить существенное улучшение производительности. Сбалансированные интерфейсы линейного уровня устраняют гудение и шум, обеспечивая при этом более высокий уровень напряжения. Более высокие уровни сигнала могут улучшить отношение сигнал / шум аудиосистемы ». — Benchmark Media Systems

Если вы столкнетесь с этими подключениями, это зависит от сложности вашей персональной настройки и от того, содержатся ли источник, ЦАП и усилитель в одном интегрированном устройстве или соединены через внешние кабели.Конечно, симметричные линейные соединения обычно появляются только на более высоких передачах.

В отрасли хотелось бы приравнять сбалансированные соединения к дорогим, высококачественным и безупречным качествам, однако это не всегда так. В этой статье мы обсудим технологию, лежащую в основе балансных и несбалансированных соединений, и обсудим, дает ли она заметное улучшение или даже разницу в качестве звука.

Симметричные усилители или источники

Как объяснялось ранее, термин «симметричный усилитель» употребляется неправильно.Сбалансированный и несимметричный — это типы взаимосвязей между устройствами; эти термины не относятся к конкретной архитектуре усилителя. Обычно, когда вы видите фразу «сбалансированный усилитель», это относится к дифференциальному усилителю без общих заземлений и симметричных выходов.

«Настоящий балансный усилитель будет сбалансирован от входа до выхода. Разветвители Opamp часто используются для преобразования входа и выхода из несимметричного в сбалансированный.У этого метода есть свои плюсы и минусы. Это дешевле в производстве, но это не настоящая сбалансированная схема, и это может звучать не так хорошо, как если бы вся цепь была бы сбалансированной ». — Moon Audio Двойные монофонические наушники iFi xCan , усилитель с симметричными входными и выходными соединениями от iFi Audio .

Истинно сбалансированный и дифференциальный путь сигнала от источника к нагрузке требует двойной схемы и, следовательно, более дорог в производстве, но может дать заметное улучшение.Иногда это называют «двойным моно», чтобы указать, что каждый канал полностью изолирован от другого.

“. Полностью сбалансированная внутренняя схема была продвинута как обеспечивающая лучший динамический диапазон на 3 дБ, хотя и с более высокой стоимостью по сравнению с несимметричными схемами ». — Википедия

Несбалансированные соединения

Проще говоря, для передачи аудиосигнала на один драйвер наушников требуется пара проводов для создания петли. Эта петля соединяет источник аудио и нагрузку (драйвер наушников).Для пары наушников к каждому каналу подключено по два провода: левый «L» и правый «R» . Каждая пара проводов обеспечивает опорное напряжение; это разница между этими ссылками, которая движет нашими наушниками. Он работает таким же образом для соединений на уровне строк между компонентами.

Несимметричные соединения получили свое название от относительного сопротивления к земле двух соединений в каждом канале: горячий или положительный «+» и земля или отрицательный «-» .Поскольку сопротивление относительно земли различается, мы называем соединение несимметричным.

В несбалансированной конфигурации наушников заземляющие соединения для обеих сторон часто связаны вместе, поэтому возможно, что кабель наушников может состоять только из 3-х проводов: L, R и общего заземления. Однако у большинства наушников приличного качества есть отдельный провод от каждой отрицательной клеммы драйвера наушников по всей длине кабеля. Эти отдельные заземления подключаются к штекерному разъему.

Вездесущий стандартный несимметричный разъем для наушников TRS в 3.5 мм (⅛ дюйма) и 6,35 мм (дюйма).

Самый распространенный тип разъема для наушников — несимметричный и имеет три контакта: L +, R + и общий -. Он известен как разъем TRS (наконечник, кольцо, гильза).

Недостатки несимметричных подключений

Возможным негативным побочным эффектом несимметричного подключения (линейного уровня или наушников) является возможность появления в сигнал нежелательного шума , помех или гула . Поскольку земля связана, случайные токи от утечек трансформатора источника питания или паразитной емкости могут стать частью аудиосигнала.

Эти токи могут вызвать нежелательный слышимый гул или другие помехи в несимметричных соединениях. Кроме того, общая земля между несимметричными каналами является причиной перекрестных помех . Перекрестные помехи — это, по сути, нежелательная утечка (или связь) сигнала между аудиоканалами. Хотя перекрестные помехи являются одним из основных параметров аудио, имейте в виду, что они редко вызывают слышимых проблем в современном оборудовании.

Эти недостатки привели к тому, что профессиональное звуковое оборудование потребовало другого метода подключения, чтобы избежать нежелательного шума или ухудшения качества звука.Так родились сбалансированные соединения.

Симметричные соединения

Симметричное соединение имеет две фазы сигнала на канал. Каждая фаза имеет равный импеданс относительно земли, отсюда и название «сбалансированный». Преимущество симметричных соединений перед несимметричными соединениями — подавление синфазных помех .

Он называется «синфазным» шумом, потому что направление шумовых токов, возникающих одновременно на положительной и отрицательной сторонах, одинаково; разность напряжений шума не появляется на двух сторонах.Синфазный шум может создавать радиочастотные помехи (RFI) в кабелях.

Поскольку любые помехи одинаково накладываются на равный импеданс двух фаз, эти синфазные помехи нейтрализуются. Это может быть особенно полезно в профессиональных установках, где требуются очень длинные кабели передачи (например, микрофоны) с низким уровнем шума.

Симметричные кабели объясненное изображение из Ask.Audio . «Опять же, используются два провода, но на этот раз вместо одного, несущего (изменяющийся) сигнал, окруженного другим, несущим (постоянную) землю [землю], оба провода несут изменяющийся сигнал, за исключением того, что один несет« зеркальное отображение » (Сдвиг по фазе на 180 градусов) сигнал.Оба провода идентичны, обычно скручены вместе, и между блоками нет заземления. Провод, по которому передается фактический сигнал, обычно называют «+» или «неинвертированный», а провод, передающий фазоинвертированный сигнал, обычно называют «-» или «инвертированный». — Steve Hoffman Music Forums Усилитель для наушников Schitt Jotunheim с несимметричными и 4-контактными симметричными выходами XLR для наушников от Schitt .

Математический взгляд на сигнал и шум

С математической точки зрения мы можем взглянуть на то, как шум удаляется из сбалансированного соединения.

Сигнал: S

Шум: N

Проводники: C1 и C2

= С1 =

Несимметричный	Сбалансированный
C1 S / 2 и C2 = -S / 2

• При несимметричном подключении каждый сигнал проходит по одному проводнику.
• Для симметричного подключения каждый провод содержит половину сигнала в противофазе.

Когда шум добавляется к каждому проводнику, приведенные выше уравнения становятся:

Несимметричный	Сбалансированный
C1 = S + N и C2 = 0	C1 = S / 2 + N и C2 = -S / 2 + N C1 — C2 = (S / 2 + N) — (-S / 2 + N) = 2S / 2 + N — N = S

• Для при несимметричном подключении шум непропорционально добавляется к сигнальному проводнику с высоким импедансом, что приводит к чистому вкладу шума на выходе.
• Для сбалансированного подключения шум добавляется к обеим фазам одинаково и подавляется, оставляя только сигнал.

При несимметричных соединениях любые помехи или шум, вносимые в кабель, улавливаются сигнальным проводником с относительно высоким импедансом и добавляются к выходному сигналу. В симметричных соединениях любые помехи или шум одинаково улавливаются, но подавляются на выходе.

Недостатки симметричных соединений

На первый взгляд кажется, что симметричные соединения имеют много преимуществ по сравнению с несимметричными, поэтому аудиофилы должны выбирать именно симметричные соединения! К сожалению, все не так просто, как кажется.Хотя в некоторых приложениях сбалансированное соединение на самом деле лучше, оно не лишено недостатков.

В то время как симметричные соединения уменьшают шум и помехи, обычные дифференциальные подходы к управлению симметричными выходами также могут влиять на качество звука, потому что выходное сопротивление источника импеданс фактически удваивается . Случайный выходной шум также увеличится вдвое, потому что есть два усилителя, а не один.

«Коэффициент демпфирования ухудшится в 2 раза, потому что оба усилителя вносят вклад в полное сопротивление источника балансного усилителя (выходное сопротивление удваивается).Искажения обычно увеличиваются, потому что каждый усилитель должен управлять половиной полного сопротивления, которое было бы замечено несимметричным усилителем ». — Benchmark Media Systems

Сбалансированные дифференциальные соединения и схемы по самой своей природе более сложны, чем несимметричные несимметричные. Это может привести к появлению слышимых дефектов. Хотя бумажные эффекты дополнительных схем обычно считаются неслышными, возможно, что качество звука может ухудшиться из-за того, как схема реализована.

Phasepting EPA007 с двумя монофоническими усилителями для наушников с комбинированными несимметричными и двойными 3-контактными симметричными XLR-выходами для наушников от Head-Fi . «… интерфейс с балансировкой по напряжению бесполезен при использовании наушников. Дело в том, что обычный односторонний привод для наушников технически превосходит сбалансированный ». — Benchmark Media Systems

Качество реализации сбалансированной схемы имеет первостепенное значение, иначе теоретические преимущества могут не перевесить потенциальные проблемы помех или шума при несбалансированном соединении.

«Сбалансированный звук отлично подходит для профессионального использования с длинными кабелями и в электрически агрессивных средах. Но, как правило, это больше обуздание, чем актив в домашнем аудиооборудовании. При прочих равных, сбалансированные каскады обычно имеют более высокий общий шум и искажения, чем их несбалансированные аналоги. Драйверы наушников каким-то волшебным образом не работают лучше от сбалансированного источника ». — NwAvGuy

Сбалансированные соединения более мощные и более быстрые

При обсуждении преимуществ сбалансированных соединений часто возникает несколько моментов.Сбалансированный обеспечивает большую мощность и более быстрый отклик. Хотя это правда, дает ли это какие-то реальные преимущества?

«… симметричный выход может обеспечить в 4 раза большую мощность для данного напряжения источника питания… Симметричный выход не даст реальных преимуществ в усилителе с питанием от переменного тока». — Benchmark Media Systems

Хотя значительное улучшение мощности кажется преимуществом, важно учитывать, что большая мощность не означает улучшение качества звука. Если наушники могут легко управляться усилителем, изобилие мощности не обязательно дает какие-либо звуковые преимущества.

Сторонники сбалансированного звука, такие как Headphone.com, заявляют, что «сбалансированный привод обеспечивает заметное улучшение качества звука из-за удвоения напряжения усилителя. , скорость нарастания …». Скорость нарастания говорит о скорости усилителя. Он определяется как максимальная скорость, с которой усилитель может реагировать на резкое изменение входного уровня.

Опять же, важно учитывать, что « достаточно мощный» и « достаточно быстрый» являются реальными концепциями. Вполне возможно проектировать компоненты далеко за пределами слышимого уровня.Если что-то не слышно, дальнейшее усиление не дает улучшений. NwAvGuy идет дальше и говорит:

«… существует миф, что более высокая скорость нарастания очень желательна, и некоторые сайты DIY и участники форумов приводят впечатляющие цифры скорости нарастания. Но усилителю для наушников требуется всего около 1 В / мкс скорости нарастания, чтобы обработать любой реалистичный сигнал, который он когда-либо увидит ».

Кабели и разъемы для наушников

Важно уметь распознавать несимметричный или симметричный кабель и разъем для наушников.Сбалансированный кабель можно использовать в несимметричном источнике с подходящим адаптером. Однако попытка использовать несимметричный кабель с симметричным источником невозможна и, скорее всего, приведет к повреждению источника. Кабели для наушников

имеют множество разъемов, и непосвященному может быть сложно отличить балансный от несимметричного. В целях этого обсуждения мы сосредоточимся на конце кабеля, который подключается к источнику, а не к наушникам (поскольку разъем чашки наушников не определяет несимметричный или симметричный; все драйверы наушников по своей сути сбалансированы).

Типы несимметричных разъемов для наушников

Если кабель для наушников поставляется со стандартным 3-полюсным стереоразъемом TRS , он должен быть несбалансированным, независимо от того, больше ли он 6,35 (¼ дюйма) или меньше 3,5 мм (⅛ дюйма) разъем. Трехполюсное соединение означает, что заземления связаны вместе и не будут работать с симметричным выходом.

Разъемы TS (моно), TRS (стерео) и TRRS от Cable Chick .

Невозможно преобразовать несимметричный кабель наушников в сбалансированное соединение с помощью адаптера, так как нет возможности развязать эти заземления.Однако можно заменить вилку на симметричный разъем.

«Например, если вы используете переходной кабель от розетки” или ⅛ ”гнезда наушников к сбалансированному 4-контактному XLR и подключаете его к сбалансированному усилителю, вы, по сути, замыкаете на землю 2 ножки цепи, что делает усилитель одиночным. закончился. Это также может потенциально повредить ваш балансный усилитель в зависимости от конструкции ». — Moon Audio

И наоборот, балансный кабель наушников можно преобразовать для использования с несимметричным выходом. Для этого просто требуется совместимый адаптер, который связывает две отрицательные линии вместе и имеет штекер для подключения к источнику.

На несимметричных кабелях наушников довольно часто можно встретить разъемы TRRS 3,5 мм. Эти кабели обычно содержат микрофонный провод. Четвертый полюс используется не для сбалансированного подключения, а как канал для микрофона или иногда как видеоподключение для устройств Apple. Односторонний TRRS соединители, используемые для различных целей от разных производителей из Cable Chick . Это объясняет, почему в течение многих лет продавались разные кабели для устройств Android и Apple из-за разных схем подключения. Сбалансированные и несимметричные наушники — это одно и то же, отличается только разъемом на конце кабеля. Чтобы превратить небалансные наушники в сбалансированные, просто подключите другой штекер к разъему.

Типы симметричных разъемов для наушников

Традиционно 4-контактные разъемы XLR использовались для соединения между симметричными кабелями наушников и усилителем наушников. Несмотря на то, что XLR уместны в профессиональных аудиосистемах, где ценится больший размер и прочная конструкция, они делают тяжелые и неуклюжие разъемы для домашних наушников.Для портативных устройств они откровенно смешны.

4-контактный XLR и двойной (левый и правый) 3-контактный балансный разъем XLR для наушников от Audiophile Review .

Некоторые производители придерживаются подхода «чем больше, тем лучше» и фактически используют двойные 3-контактные разъемы XLR между балансными наушниками и усилителем. По одному для каждого левого и правого каналов (то же, что и для симметричных межсоединений линейного уровня).

Усилитель для наушников Cayin iHA-6, отличающийся низким и высоким сопротивлением ¼ ”несимметричным, двойным 3-контактным балансным XLR и 4-контактным балансным XLR выходами для наушников от Cayin .

2,5 мм Соединения TRRS быстро становятся нормой для использования портативных сбалансированных наушников. Меньший размер не только идеален для крошечных устройств, он также предотвращает случайное подключение несимметричного разъема 3,5 мм и обеспечивает 4 дискретных полюса, необходимых для сбалансированной работы.

Хотя это и не кабель для наушников, следует отметить, что при подключении портативного источника к непереносному устройству с истинным заземлением может возникнуть потенциальная проблема с гудком. Например, ЦАП или DAP с батарейным питанием, подключенный к домашнему усилителю наушников.Хотя это не проблема с несимметричными соединениями, использование 4-полюсного симметричного соединения (например, 2,5 мм TRRS) может создавать нежелательный шум из-за различий между заземляющими опорами.

«Есть новое соединение, которое, как мы надеемся, будет принято большим количеством производителей. Он называется 4,4 мм TRRS. Эта вилка имеет 5 контактов для симметричного подключения, а пятый контакт устраняет проблему заземления. Sony продвигает это соединение, и некоторые компании, например, Sennheiser, начинают его внедрять. Мы внедрили его в наши аудиокабели и будем применять его в будущих конструкциях усилителей для наушников.”- Moon Audio

Как вы, возможно, догадались, отсутствие стандартизации, безусловно, является фактором сбалансированных разъемов, что приводит к множеству адаптеров и множеству путаницы. Существует семь различных типов балансных соединений для наушников и один дополнительный, специально предназначенный для электростатических наушников :

• 4-контактный XLR (стандартный стандартный непереносной усилитель для наушников)
• Двойной 3-контактный (стандартный) XLR
• Mini 4-контактный XLR
• TRRS 3,5 мм (используется для подключения сбалансированной чашки на Oppo PM-3, Hifiman HM-901 и Geek Out v2)
• TRRS 2.5 мм (используется Astell и Kern, Onkyo, HiFiMan и Little Bear)
• Миниатюрный 4-контактный разъем Kobicon Auto-IRIS (относительно редко, но встречается в сбалансированных усилителях для наушников Ray Samuels RSA и Centrance)
• 5-контактный 4,4 мм Pentaconn (используется от Sony)
• 5-контактный разъем для электростатических наушников

Примеры симметричного подключения из DIY Audio Blog:

Заключение

Как мы видели, нет простого и однозначного ответа на вопрос, является ли несимметричный или симметричный лучше соединение над другим.Обеспечивает ли сбалансированное соединение преимущество, зависит от схем в устройстве и от того, что обеспечивает лучший путь прохождения сигнала с наименьшим ухудшением характеристик. Таким образом, источник, а не наушники, является критическим компонентом.

По правде говоря, хорошо спроектированный несимметричный усилитель с несимметричными соединениями способен обеспечить действительно отличное качество звука. Конечно, это может быть лучше плохо реализованной сбалансированной конструкции. Верно и обратное.

Обычно единственное, что отличает наушники от несимметричных или симметричных, — это штекер разъема на кабеле.Поскольку во многих наушниках есть заменяемые пользователем кабели, существует множество доступных вариантов.

Даже если кабель прикреплен к чашке наушников, разъем кабеля часто можно заменить симметричным разъемом, и в этот момент можно использовать простой адаптер для переключения между симметричными и несимметричными источниками. Именно это и было сделано с моими собственными наушниками Beyerdynamic T1. Адаптеры для замены 4-контактного сбалансированного XLR-разъема Beyerdynamic T1 между 2,5-мм балансным TRRS и стандартным 3.5 мм TRS несимметричный.

Balanced имеет явные преимущества в профессиональных аудиоприложениях и в шумной среде, но для нас, энтузиастов наушников, это действительно сводится к отдельному компоненту (или компонентам) в звуковой цепи. Столь же много случаев, когда правильно реализованные простые несбалансированные решения (а не сбалансированные) будут явным победителем.

Слишком легко увлечься «апгрейдитом» , где погоня за каждой настройкой и раздумыванием потенциальных улучшений является нормой.То, что вы читали заявление производителя или слышали от гуру аудиофила в Интернете, что сбалансированный подход «всегда лучше», не делает это фактом во всех (или, возможно, даже в большинстве) случаев.

Если в вашем источнике есть как несимметричный, так и симметричный выходы, ничто не сравнится с попыткой их обоих самостоятельно. Слушать. Выбирайте то, что вам больше нравится. Это «правильный» ответ, по сравнению с которым связь лучше.

Сбалансированный усилитель

— Genesys 2009.04

Симметричный усилитель

Примеры \ Усилители \ Сбалансированный усилитель.WSX

---

Abstract
Иллюстрирует: микрополосковый дизайн, ответвитель, компонент NET, использующий две разные сети в рабочем пространстве, и модуль LAYOUT. Этот пример представляет собой балансный усилитель 2100–2900 МГц. Несимметричный усилитель (SE), используемый в этой симметричной схеме, показан ниже. На входе ему дается имя AMP. Обратные потери усилителя SE показаны на диаграмме Смита ниже. Обратите внимание на низкие возвратные убытки.

---

Балансный усилитель, показанный ниже, построен с использованием ответвителей для разделения входного сигнала, а затем для объединения сигналов.Усилитель SE дублируется в балансном усилителе с помощью компонента NET. NET получает обозначение AMP. Поскольку компоненты усилителя SE оптимизированы, они воздействуют на оба усилителя в симметричной схеме. Ответвители ответвления передают отраженные сигналы на оконечные резисторы, поэтому возвратные потери симметричной схемы улучшаются, как показано в ответе ниже.

Ниже представлена ​​законченная схема балансного усилителя. Этот макет был создан, щелкнув правой кнопкой мыши вкладку внизу проекта / схемы и выбрав «Добавить макет».Посадочные места для деталей с сосредоточенными параметрами и металлов с размерами автоматически размещаются на странице компоновки. Затем вы выбираете объекты и соединяете узлы вместе, чтобы разрешить линии резиновой ленты.

Чтобы дублировать несимметричный усилитель в схеме, необходимо выполнить несколько дополнительных шагов:

1. Первоначально компоненты несимметричного усилителя и два объекта NET размещаются в топологии. Сначала вернитесь к схеме и дважды щелкните каждый объект NET. В диалоговом окне нажмите кнопку МАКЕТ, а затем выберите «Заменить разомкнутой схемой».Это удаляет объекты NET из макета.
2. Затем закончите установку одного усилителя SE. Нарисуйте рамку вокруг части компоновки с усилителем SE и выберите «Копировать и вставить» в меню «Правка» в компоновке. Переместите эти дублированные компоненты в желаемое положение.

Несимметричный и симметричный вход на усилителях

Эта тема часто возникает из-за переключателя, который можно найти в наших линейках усилителей MX, SX2 и TI3.

Все всегда спрашивают «Какую настройку мне нужно использовать».

Короткий и простой ответ:

Вход высокого уровня с заводского головного устройства = сбалансированный

Вход низкого уровня с заводского головного устройства с заводским усилителем = сбалансированный

Низкий уровень входного сигнала от головного устройства вторичного рынка = несбалансированный

Однако, если вы хотите лучше понять эту тему и применить ее ко всему звуковому оборудованию, читайте дальше.

Начнем с определений и терминологии

Несимметричный / несимметричный сигнал: Этот тип сигнала всегда имеет один сигнальный провод и другой провод (обычно экран) с общим подключением к земле.

Этот тип сигнала ПОЧТИ всегда можно найти на низкоуровневых выходах RCA головного устройства вторичного рынка. Ни одно головное устройство не имеет такого типа сигнала на выходах громкоговорителей высокого уровня. Выходы динамиков ВСЕГДА являются сбалансированными / дифференциальными.

Так выглядит несимметричный сигнал на осциллографе. Канал 1 находится на центральном контакте RCA, а канал 2 — на экране. Обратите внимание, что сигнал присутствует только на канале 1, в то время как канал 2 находится на 0 (земля).

Симметричный / дифференциальный сигнал: Этот тип сигнала всегда имеет 2 изолированных пути сигнала (один положительный и один отрицательный), по которым передается аудиосигнал, без общего соединения с землей на любом пути.Провода, по которым проходят эти сигналы, могут иногда иметь изолирующий слой вокруг них, который соединен с землей.

Этот тип сигнала всегда можно найти на выходах высокого уровня любого головного устройства. Его также можно найти на выходах низкого уровня некоторых заводских головных устройств, в которых используется заводской усилитель. Очень немногие головные устройства вторичного рынка имеют этот тип сигнала на выходах RCA низкого уровня. Выходы RCA ПОЧТИ всегда используют несимметричную / несимметричную конфигурацию.

Так выглядит сбалансированный сигнал на осциллографе.Канал 1 подключен к положительному проводу выхода высокого уровня, а канал 2 — к отрицательному. Обратите внимание, как сигнал присутствует на обоих каналах, но сдвинут по фазе ровно на 180 градусов.

Подключение аудиоисточника с несимметричным выходом к усилителю с балансным входом (или наоборот) может привести к нежелательному шуму. Знание оборудования, которое вы используете, а также знание того, как тестировать оборудование, которое вы используете, помогут предотвратить эти проблемы.

Итак, как вы проверяете тип сигнала, который использует ваше оборудование?

Простой, с цифровым мультиметром (DMM), установленным для измерения сопротивления / Ом.

Давайте измерим один из наших усилителей Phoenix Gold SX2800.4 с переключателем, установленным в положение «Несимметричный». Поместите один вывод измерителя на вход заземления, а другой провод — на внешний экран одного из входов RCA. Обратите внимание на показание низкого сопротивления (217 Ом). Это означает, что внешний экран RCA заземлен. Это настройка, которую следует использовать при использовании низкоуровневых выходов RCA головного устройства вторичного рынка (в большинстве случаев, подробнее об этом позже).

Теперь давайте измерим усилитель с переключателем, установленным в сбалансированное положение.Обратите внимание, что значение сопротивления намного выше (1,3 МОм). Это означает, что внешний экран RCA больше не подключен к земле и теперь является независимым аудиотрактом. Это настройка, которую следует использовать при использовании выходов высокого уровня любого радиоприемника, выхода низкого уровня заводского головного устройства, подключенного к заводскому усилителю, или если вы встретите радиоприемник на вторичном рынке, который имеет сбалансированный низкий уровень, Выходы RCA.

Давайте сделаем некоторые измерения на вторичных радиостанциях и посмотрим, что мы получим.Делается это так же, как и в усилителе. Один метр провод на внешнем экране выхода RCA, а другой провод на шасси радио.

Первый — Pioneer NEX4200. Этот определенно неуравновешенный. Практически прямое соединение с землей. Когда вы получите такое значение, установите переключатель в положение «Несбалансированный». или проверьте усилитель, чтобы убедиться, что это несимметричная конфигурация. Пропуск сигнала с этого головного устройства на усилитель со сбалансированной входной конфигурацией приведет к возникновению шума, который невозможно удалить.

Далее идет Alpine INE-Z928HD. Этот сбалансированный. Редкая находка на вторичном рынке радиоприемников. Я протестировал все радиостанции вторичного рынка, которые есть у нас здесь, в AAMP, и это было единственное, у которого был сбалансированный выход низкого уровня. Пропуск сигнала от этого головного устройства в усилитель с несимметричной конфигурацией входа вызовет некоторый шум, но в этом случае его можно устранить, добавив простой изолятор контура заземления, такой как PAC SNI-1

.