Классы автомобильных усилителей от A до D
Все усилители мощности выполняют практически ту же функцию и работают по тем же основным принципам, но это не означает, что все классы автомобильного усилителя созданы равными. Некоторые усилители лучше подходят для конкретных целей, чем другие, и самый простой способ определить, какой тип вам нужен, — это посмотреть на класс. Каждый класс упоминается буквой алфавита и четко очерчен, хотя есть также комбинации и гибриды, которые включают характеристики более чем одного класса.
Руководитель класса
На самом базовом уровне есть только два типа усилителей мощности: аналоговые усилители и коммутационные усилители. Эти основные типы далее разбиваются на более чем дюжину буквенных классов. Некоторые из этих классов, такие как T и Z, являются собственными, товарными марками, а другие, такие как A и B, выпускаются различными производителями.
Из всех различных классов усилителей есть только четыре, которые обычно используются в автомобильных аудиосистемах, и один из них представляет собой комбинационный тип.
Эти четыре класса усилителей — A, B, AB и D.
Сравнительная таблица классов усилителей
| Pros | Cons | |
| Класс А |
|
|
| Класс B |
|
|
| Класс A / B |
|
|
| Класс D |
|
|
Автомобильные усилители класса A
По определению усилители класса А являются «всегда включенными».
Эти усилители сгруппированы вместе из-за того, что они используют внутренние схемы, которые предназначены для постоянного прохождения тока через выходные транзисторы. Этот базовый дизайн имеет как преимущества, так и недостатки, которые делают усилители класса А хорошо подходящими для некоторых приложений и плохо подходят для других.
Самая большая проблема, когда речь идет о усилителях класса А в автомобильных стереоприложениях, — это размер.
Автомобильные усилители класса B
В отличие от усилителей класса А, переключатели мощности класса B переключаются. Это означает, что они используют внутреннюю схему, которая позволяет им эффективно «отключаться» от выходных транзисторов, когда нет звукового сигнала для усиления. Это приводит к значительному повышению эффективности, что делает усилители класса B хорошо подходящими для автомобильных аудиоприложений, но также имеет пониженную точность воспроизведения звука.
Автомобильные усилители класса AB
Эти усилители фактически являются гибридом традиционных классов усилителей A и B.
Хотя транзисторы всегда имеют ток, протекающий через них, они используют схему, которая способна уменьшить количество тока, когда нет сигнала. Это приводит к гораздо более высокой степени эффективности, чем чистые чипы класса А без такого же искажения, как усилитель класса B. Благодаря этим преимуществам усилители мощности класса AB являются наиболее часто используемыми полнодиапазонными усилителями в автомобильных аудиосистемах.
Автомобильные усилители класса D
Усилители класса A, B и AB — все это примеры классов аналогового усилителя, что делает класс D единственным, «переключаемым» классом AMP, обычно используемым в автомобильных аудиосистемах. В отличие от классов A, B и AB, усилители класса D работают путем быстрого включения и выключения тока на свои транзисторы.
Это эффективно создает коммутируемый или импульсный выходной сигнал, который отображается на аналоговый входной сигнал.
Хотя автомобильные усилители класса D чрезвычайно эффективны, метод переключения / пульсации приводит к определенному искажению на более высоких частотах.
Это часто удаляется фильтром нижних частот, так как более низкие частоты не страдают от одного и того же искажения. Множество монофонических сабвуферных усилителей класса D, но преимущества по размеру и мощности делают их одними из наиболее популярных классов усилителей для полнодиапазонных громкоговорителей.
Помимо A, B и D
Большинство автомобильных аудиоусилителей — это A / B или D, но также доступны варианты этих двух основных типов.
Эти другие классы усилителей обычно выбирают характеристики от основных типов усилителей, пытаясь повысить производительность, не жертвуя слишком много взамен.
Например, таким же образом, что усилители AB объединяют конструкции A и B, усилители класса BD предназначены для меньшего искажения на высоких частотах, чем усилители класса D, с большей эффективностью, которую вы ожидаете от класса B.
Какой класс усилителя следует выбрать?
С введением bD, GH и других типов усилителей выбор правильного класса может казаться намного более сложным, чем когда-либо раньше.
Если вы просто хотите хороший звук, не заходя слишком глубоко, основное эмпирическое правило состоит в том, что усилители A / B лучше всего подходят для полного диапазона и большинства громкоговорителей, в то время как усилители класса D лучше работают на сабвуферах. Вы можете сделать это намного сложнее, чем это, если хотите, но придерживаться этого базового плана поставит вас на правильный путь.
Схема усилителя класса A » Вот схема!
Усилители класса «А» обеспечивают наиболее линейное усиления с минимальными искажениями, объясняется это тем, что в классе «А» транзистор работает с большим током покоя, при этом он постоянно открыт, в результате поступающий на вход сигнал усиливается в линейном участке характеристики. При этом обеспечивается полностью симметричное усиление обеих полуволн, без отсечки и коммутационных искажений.
Но чистый класс А в конструкциях усилителей встречается редко.
Дело в том, что работа с высокими коллекторными токами неизбежно ведет к уменьшению КПД усилителя и трудностям с отводом тепла от выходных транзисторов. К тому же необходимо обеспечить стабилизацию тока покоя, увеличение которого в процессе работы может вызвать выход из строя транзисторов выходного каскада.
1. Номинальное входное напряжение 1 В.
2. Номинальная выходная мощность 12 Вт.
3. Сопротивление нагрузки 8 ом.
4 Диапазон частот при неравномерности не более 3 дб — 5…160000 Гц
5. КНИ в диапазоне частот 5…20000 Гц не более 0.015%
6. Уровень шума не более -103дб
7. Скорость нарастания выходного напряжения 10 В/мкс
Данный усилитель имеет небольшую выходную мощность и следящую систему стабилизации тока покоя выходных транзисторов. Однако широкий диапазон частот и отсутствие коммутационных искажений обеспечивают качество звучания, близкое к характеристикам ламповых усилителей.
Принципиальная схема показана на рисунке 1.
Особенность схемы в использовании в каждом плече составного транзистора и операционного усилителя. Оба плеча охвачены ООС. Для снижения искажений коэффициенты усиления обеих плеч должны быть равными, что обеспечивается соотношением R2/R1=R3/R4.
Ток покоя стабилизируется следящим устройством на операционном усилителе А4. Работает система так. Любое колебание тока, протекающего через выходные транзисторы, вызывает изменение падения напряжения на резисторах R22 и R23 которое усиливается этим ОУ и поступает на вход ОУ А2, и через инвертор A3 на ОУ А1 В результате режим работы плеч компенсируется.
Для исключение влияния системы на изменение токов транзисторов в процессе усиления сигнала служат цепи R19C3 и R20C11, которые представляют собой фильтры нижних частот, пропускающие на входы А4 только самые низкочастотные изменения.
Значение тока покоя устанавливается резистором R26, затем он автоматически поддерживается на этом уровне.
Питается усилитель мощности от источника, схема которого показана на рисунке 2.
Он вырабатывает двухполярное нестабилизированное напряжение +-15В для выходных транзисторов и стабилизированное двухполярное +/- 18В для операционных усилителей и системы стабилизации тока покоя.
Для трансформатора используется каркас с сердечником от силового трансформатора ТС 180 от старых ламповых ч/б телевизоров. Сетевая обмотка 1-1″ содержит 400+400 витков провода ПЭВ-2 0,61, обмотки 3-3′ и 5-5′ одинаковые содержат по 22+22 витков провода ПЭВ-2 1,08, обмотки 11-11′ и 13-13′ тоже одинаковые, по 45+45 витков провода ПЭВ-2 0,31.
Роль радиаторов для выходных транзисторов выполняют боковые панели корпуса размерами 80×320мм, сделанные в виде ребристых радиаторов.
Ток покоя выходного каскада усилителя 400 mА, устанавливается резистором R26.
Усилители класса А — Усилители
Усилители
Усилители класса А обычно используются в оборудовании с большой выходной мощностью.
не требуются. Когда транзисторный усилитель класса А используется в силовых каскадах,
Транзисторы могут работать как с общим эмиттером, так и с общей базой.
При анализе и проектировании усилителя мощности необходимо учитывать (а) энергоэффективность, (б) максимальная рассеиваемая мощность транзистора, (в) искажения, (г) АЧХ.
Транзисторы в усилителях мощности — это просто управляющие устройства, которые позволяют преобразование мощности постоянного тока, подаваемой в цепь, в полезную мощность переменного тока в импеданс нагрузки. Из-за сопротивления транзистора и ток через него устройство рассеивает мощность; следовательно, это никогда не может быть на 100 процентов эффективным.
Энергоэффективность
Энергоэффективность – это показатель того, насколько хорошо мощность
усилитель преобразует мощность постоянного тока от источника питания (
P DC ) в полезную
Мощность переменного тока, подаваемая на нагрузку ( P AC ).
Формула для
процент энергоэффективности
Указанная формула является базовой и используется для выражения нескольких различные значения КПД для каждого данного усилителя. В схеме транзистора КПД коллектора , вероятно, значение наиболее часто используемые. Эффективность коллектора определяется используя напряжение питания коллектора ( В CC ), умноженное на коллектор ток ( I C )
Когда однокаскадные усилители мощности имеют резистивную оконечную нагрузку
сопротивление нагрузки, резистор в коллекторной цепи
транзистор будет рассеивать мощность даже в статическом состоянии.
Это представляет собой снижение эффективности; и для того, чтобы
во избежание этого используется трансформаторная связь. Только с помощью трансформатора
сопротивление в цепи коллектора — это очень малое сопротивление постоянного тока
первичная обмотка. Таким образом, рассеиваемая мощность постоянного тока значительно снижается,
и эффективность повышается.
Усилитель с трансформаторной связью
Усилитель мощности класса А.
Рассмотрим каскад с трансформаторной связью (см. рисунок выше). Выходная мощность переменного тока цепи будет оцениваться продуктом коллекторного (выходного) напряжения переменного тока В С и переменного тока протекающий через коллектор транзистора ( I C ). Среднеквадратичное (среднеквадратичное) значение синусоидального напряжения коллектора определяется как
Точно так же среднеквадратичное значение тока коллектора равно
Следовательно, выходная мощность переменного тока определяется произведением В C(среднеквадратичное значение) и I C(среднеквадратичное значение) . Таким образом
Мощность питания должна быть произведением напряжения питания и тока. Математически это уравнение
Эффективность преобразования мощности постоянного тока, подаваемой на коллектор цепь в сеть переменного тока
Оптимальный КПД усилителя мощности класса А можно определить
для идеального транзистора.
Идеальный транзистор – это транзистор, характеристики которого
идеально линейный. Следовательно, максимальные колебания напряжения и тока
для идеального транзистора
Тогда оптимальная эффективность
При практической эксплуатации усилителя оптимальная эффективность никогда не достигался. Однако эту эффективность можно использовать для сравнения целях и для предварительных расчетов при проектировании мощностей класса А сцена.
Как работает усилитель класса А?
— Реклама —
Транзистор используется почти в каждом электронном приборе или гаджете, который вы видите или мечтаете иметь в ближайшем будущем. Прямо с этого мобильного телефона, которым так гордится этот молодой студент колледжа, так как он делает его жизнь невероятно легкой, до крошечного чипа MCU внутри ноутбука, который помогает мотивационному спикеру создавать свои видео на YouTube для передачи своих с трудом заработанных жизненных навыков.
У широкой публики есть одна общая черта – старый добрый транзистор.
Транзистор также является основным компонентом или, можно сказать, сердцем усилителя класса А. В этом учебном пособии давайте рассмотрим, как работает усилитель класса А, увлекательным, простым и интересным способом.
Работа транзистора
Для этого нам необходимо понять принцип работы транзистора при использовании в схемах усилителя.
— Advertisement —
На приведенной выше схеме показаны различные компоненты внутри и снаружи транзистора NPN. В левом верхнем углу у нас есть три типа токов I (B), показанные красным цветом, I (C), показанные синим цветом, и I (E), показанные зеленым цветом. Клемма базы показана как большая красная буква B, а клеммы коллектора и эмиттера показаны как большая синяя буква C и большая зеленая буква E соответственно. Рядом с терминалом коллектора есть большие синие ворота, которые автоматически открываются, когда мы открываем маленькие розовые ворота, находящиеся рядом с базовым терминалом.
Таким образом, маленькие ворота в основании могут поднять большие ворота на коллекторе. V(CE) — это разница в напряжении между клеммами коллектора и эмиттера, а V(BE) — это разница в напряжении между клеммами базы и эмиттера. Черная стрелка слева от зеленой клеммы эмиттера указывает на то, что это транзистор типа NPN.
Как показано выше, небольшой ток I(B) на базовой клемме вызывает открытие маленького розового затвора, который, в свою очередь, вызывает открытие большого синего затвора. Когда этот больший затвор открывается, он позволяет большому току I (C) течь от коллектора к выводу эмиттера.
Как показано выше, ток базы I(B) и I(C) объединяется, образуя ток эмиттера I(E), который в конечном итоге проходит на клемму эмиттера.
Действие транзисторного усилителя
Как показано на рисунке выше, небольшое изменение в V(BE) вызывает изменение в I(B), которое затем поднимает и розовые, и синие ворота.
Когда розовый и синий затворы поднимаются, это напрямую вызывает большое изменение тока коллектора I(C).
Поток I(C) вызывает изменение разности напряжений между клеммами коллектора и эмиттера, что в конечном итоге изменяет составляющую V(CE).
Таким образом, небольшой вход на базе усиливается как большой выход на коллектор-эмиттер. Это усиливающее действие транзистора полностью используется в усилителе класса А.
Эмиттерный переход работает как диод
Переход эмиттер-база транзистора, смещенного в прямом направлении, фактически работает как ДИОД и обеспечивает небольшое сопротивление переменному току для входного сигнала.
На приведенном выше рисунке (C ), (B) и (E) — клеммы коллектора, базы и эмиттера соответственно.
R(C) и R(E) — сопротивления коллектора и эмиттера соответственно.
r(e)’ — сопротивление переменному току эмиттерного диода транзистора (самое важное здесь)
и равен 25 мВ/ I(E)
I(E) – постоянный ток эмиттера.
Все становится проще, когда при анализе усилителя с общим эмиттером эмиттерный диод рассматривается как небольшое сопротивление.
Делая это, мы фактически упрощаем расчет коэффициента усиления по напряжению и входного импеданса позже.
Эксплуатация усилителя
На приведенном выше рисунке показан CE усилитель с общим эмиттером. Этот усилитель имеет два типа входных сигналов, один из которых представляет собой входной сигнал переменного тока, а другой — входной сигнал постоянного тока. Основным или наиболее важным компонентом здесь является NPN-транзистор. Целью этого усилителя является усиление входного переменного тока, который подается на него. Это достигается смещением базы транзистора с помощью резисторов R1 и R2. Это смещение осуществляется с помощью входного сигнала постоянного тока. Вы можете спросить, зачем нам предвзятость. Ответ на этот вопрос заключается в том, что только благодаря смещению постоянного тока мы можем достичь желаемой точки Q (подробнее об этом, когда мы будем изучать линию нагрузки в следующих параграфах). Как только желаемая точка Q установлена, становится возможным иметь правильные изменения токов базы и коллектора, когда вход переменного тока подается на усилитель, что в конечном итоге делает усиление возможным и реальным.
Функция конденсатора связи
Используемый здесь конденсатор связи играет особую роль. Это гарантирует, что внутреннее сопротивление входного генератора переменного тока не повлияет на смещение постоянного тока транзисторной схемы. Это становится возможным, поскольку конденсатор связи блокирует постоянный ток.
Функция обходного конденсатора
Функция обходного конденсатора заключается в обеспечении очень низкого импеданса для сигналов переменного тока между эмиттером и землей цепи. Он удерживает эмиттер при постоянном значении напряжения. Таким образом, изменения базового напряжения вызывают прямые изменения V(BE) на переходе база-эмиттер транзистора.
Влияние синусоидальной волны на входе переменного тока
База транзистора, который питается от источника переменного тока, вызывает синусоидальные изменения I(B) или тока базы. В результате этого мы наблюдаем изменения коллекторного тока I(C). Во время положительной половины входной синусоиды увеличивается прямое смещение транзистора, что приводит к увеличению I(B) и I(C).
Однако во время отрицательной половины входного сигнала все три компонента схемы, то есть прямое смещение I(B) и I(C), уменьшаются.
Линия нагрузки постоянного тока, точка Q и фазовый сдвиг
Линия нагрузки постоянного тока представляет собой график, показывающий, как перемещается точка Q или точка смещения постоянного тока и в каком диапазоне, когда вход переменного тока подается на схему усилителя.
На приведенном выше графике, который на самом деле представляет собой трехмерную картонную модель, оранжевая горизонтальная полоса со стрелкой представляет ось X и V (CE). Зеленая вертикальная полоса со стрелкой представляет ось Y и I (C). Синяя полоса представляет собой линию нагрузки, по которой скользит красная точка Q или точка смещения. Буква Q имеет маленькую черную стрелку, которая помогает ей соответствовать значениям I(C). На приведенном выше рисунке красная буква Q находится в самом верхнем крайнем положении, а на рисунке ниже — в самом нижнем. Этот диапазон между нижним и верхним экстремумами равен вариациям базового тока I(B).
Так что в основном Q танцует внутри показанного розового квадрата. Применяемый входной сигнал переменного тока не должен быть очень большим, что может сильно повлиять на мгновенную рабочую точку или точку Q и привести к насыщению или отсечке. Из обоих рисунков видно, что I(C) обратно пропорциональна V(CE), поскольку при уменьшении I(C) V(CE) увеличивается, и наоборот. Этот факт доказывает и модель транзистора, описанная ранее в этой статье. Кроме того, входное напряжение переменного тока, когда оно положительное, вызывает увеличение I(C), а когда отрицательное, вызывает уменьшение I(C). Все это является причиной фазового сдвига на 180 градусов между входом и выходом (усиленным) схемы усилителя. Другими словами, можно сказать, что входное и выходное напряжения переменного тока не совпадают по фазе на 180 градусов. Только усилитель с общим эмиттером дает фазовый сдвиг на 180 градусов.
Коэффициент усиления по переменному току транзистора
Определяется по формуле
Beta = i(c)/i(b)
Где Beta — коэффициент усиления по переменному току, а i(c) и i(b) — значения переменного тока ток коллектора и базы соответственно.
Коэффициент усиления по напряжению транзисторного усилителя
Определяется по формуле
A(v) = V(out)/V(in)
Где V(out) и V(in) — размах выходного сигнала, а входные напряжения соответственно.
Действие усилителя
Обратите внимание, как незначительное входное переменное напряжение на переходе BE (база-эмиттер) вызывает очень большое изменение тока коллектора I(C). В конечном итоге это создает увеличенное выходное напряжение переменного тока на коллекторе.
Усилители мощности
Усилитель мощности представляет собой тип электронной схемы, которая может выдавать большое количество энергии при нагрузке первого типа с низким импедансом.
Усилитель мощности может принадлежать к любому из трех классов, то есть к классу A, B или C. Разница между этими тремя классами заключается в том, что одни работают в активной области больше, чем другие, в течение одной и той же части входного цикла переменного тока. .
Работа усилителя класса А
Энергоэффективность и искажения сигнала определяются классом схемы усилителя.
На рисунке ниже показаны формы сигналов для усилителя класса А. Первая волна, показанная ниже, представляет собой вход, который фактически управляет базой транзистора, в то время как вторая волна представляет собой ток коллектора I(c), который протекает в результате входа.
Ось Y или линия горизонтальной оси представляет собой угол проводимости на приведенном выше рисунке. Из приведенного выше рисунка ясно видно, что ток коллектора I(c) течет на 360 градусов входного сигнала. Таким образом, усилитель всегда находится во включенном состоянии, в результате чего КПД усилителя класса А очень низкий, примерно от 25 до 30 процентов. Однако по этой причине коэффициент усиления такого усилителя высок. Усилитель класса А служит линейным усилителем, так как выходной сигнал является копией (точнее, усиленной копией) входного сигнала. Однако следует отметить, что работа транзистора никогда не должна доводиться до насыщения или отсечки из-за входного сигнала. Если это произойдет по какой-либо причине, вы получите выходной сигнал с плоскими пиками.
Схема, показанная на рисунке выше, представляет собой схему усилителя класса А с общим эмиттером. Ага! так что вы можете связать его с обычным усилителем, работу которого вы уже поняли в начале этой статьи. Да, это почти то же самое с небольшими изменениями, которые я сейчас опишу. В первую очередь смещающие резисторы R1 и R2 заменяются одним переменным резистором R(b). R3 переименовывается в R(c). R4 и шунтирующий конденсатор уволены с работы и здесь не работают. Принцип работы такой же, как и у обычного усилителя, который уже подробно описан ранее. Точка Q, которая в противном случае скользит по линии нагрузки, устанавливается в ее центр путем регулировки R(b).
Модель выше показывает грузовую линию с точкой Q в центре. V(CEQ) почти такой же, как V(CE) с точки зрения его поведения, с той лишь разницей, что это скорее конкретный тип значения, а не диапазон значений. То же верно и для I(CQ) и I(C).
Характеристики усилителя класса А
Это усилитель с низким уровнем искажений, имеющий очень низкий КПД, но высокий коэффициент усиления.
