Основні класи підсилювачів - A, B, AB. порівняльні характеристики
В процесі перетворення, обробки та подання інформації, закладеної в електричних коливаннях, часто виявляється, що рівень потужності Р цих коливань недостатній для роботи споживача, і виникає необхідність у його збільшенні. Для цієї мети використовуються електронні підсилювачі.
Підсилювачем електричних коливань називається пристрій, який дозволяє при подачі на вхід коливань з деяким рівнем потужності Р отримати на вихідний навантаженні коливання тієї ж форми, але з великим рівнем потужності.
В електронному підсилювачі для посилення подається сигналу завжди використовується активний елемент.
Посилення відбувається за рахунок джерела живлення, який містить всякий підсилювач (наприклад, транзисторний). Підсилювач забезпечує перетворення енергії харчування в енергію корисних коливань. Вхідний коливання є керуючим, тому що під його впливом на виході підсилювального елемента виникають більш потужні коливання, що передаються в навантаження.
Будь-підсилювач, крім активного елементу і джерела живлення містить пасивні елементи.
По відношенню до підсилюються коливань підсилювач може бути представлений як чотириполюсник (рисунок 12.1), оскільки має дві вхідні і дві вихідні клеми.
Як правило, одна вхідна і одна вихідна клеми є загальними, так як з'єднані загальною шиною, званої «землею».
12.1 Класифікація і основні характеристики підсилювачів
Класифікацію підсилювачів проводять за різними ознаками:
по виду підсилювального елемента - підсилювачі лампові, транзисторні, на тунельних діодах, параметричних діодів, на мікросхемах і т.п .;
по виду підсилюються частот - підсилювачі постійного струму (УПТ), низької частоти (НЧ), радіо і проміжної частот (УРЧ, ППЧ) і надвисокочастотні (НВЧ - підсилювачі);
по ширині смуг підсилюються частот - вузькосмугові, широкосмугові підсилювачі;
за характером підсилюється сигналу - підсилювачі безперервних і імпульсних сигналів;
по посилюваної електричної величиною - підсилювачі напруги U, підсилювачі струму I, підсилювачі потужності P;
за типом навантаження - резистивні (апериодические), резонансні (виборчі) підсилювачі.
12.2 Коефіцієнт посилення
Коефіцієнтом посилення називається відношення вихідної величини, що характеризує рівень сигналу, до вхідних.
В якості таких величин можуть бути використані напруга, сила струму і потужність ( U,I,P). Їм відповідають коефіцієнти:
де U вих- вихідна напруга, U вх- вхідна напруга, I вих- вихідний струм і I вх- вхідний струм.
Через наявність в схемах підсилювача реактивних елементів (індуктивності L і ємності C) коефіцієнти посилення по струму і напрузі ( K I ,K U) Є комплексними і залежать від частоти f.
До 
оеффіціент посилення за проектною потужністю K рпоказує, у скільки разів активна потужність Р акт. вих, Що віддається підсилювачем в навантаження, більше активної потужності Р акт.вх. , Що підводиться по вхідним затискання.
де P вих – Вихідна потужність;P вх- потужність на вході.
K рвиражається в логарифмічних одиницях:
В 
підсилювачах на польових транзисторах має сенс тільки K U, Так як вхідний струм дуже малий. У біполярних транзисторах визначають зазвичай K I ,K U ,K P, Однак, найбільш часто використовується K U. Тому зазвичай Uопускають і пишуть K.
В режимі клас Bамплітуда звукового сигналу менше або (=) напрузі зсуву, а напруга зсуву (=) напрузі замикання напівпровідникового елемента. У цьому випадку транзистор відкривається виключно під час приходу позитивної напівхвилі сигналу. Такі підсилювачі потужності працюють в двотактному режимі і кожна полуволна сигналу по черзі (в режимі відсічення) проходить через свій тип транзистора. Тому, наявність "мертвої" зони при переході через нуль призводить до спотворень типу "сходинка". Але, на відміну від класу «A» транзистори замкнені і постійний струм не тече якщо немає сигналу. ККД підсилювачів потужності цього класу B максимум 75%.
Недолік даної схеми, перехідні спотворення другого порядку, які виникають в транзисторах різної провідності і обумовлені відмінностями індивідуальних частотно - часових властивостей NpN і PnP транзисторів.
клас AB- часткове об'єднання двох класів «A» і «B». При цьому напруга запирання транзистора менше половини напруги зсуву, але амплітуда прохідного сигналу не перевищує напруга зсуву. В цьому випадку негативна полуволна сигналу частково спотворюється, а позитивна проводиться повністю. Але, загальні спотворення сигналу менше ніж в схемі класу «B» і протікає струм менше ніж в класі «A». ККД таких підсилювачів в два рази вище, в порівнянні з схемою класу "A" і становить 50 - 70%.
Основна перевага класу "AB" - це можливість вибору оптимального співвідношення між величиною спотворень і ККД, c допомогою зміни напруги зсуву в певних межах. Відзначимо, що 99% всієї продукції, що випускається аудіо апаратури працює в цьому класі.
До економічної категорії класу "AB" відносяться підсилювачі з динамічним зміщенням, які мають залежність від рівня сигналу - Super Class A, Non-switching amp, New Class A і.т.п. Такі підсилювачі потужності ближче розташовані до класу "B" і мають основні недоліки цього класу. Однак, спектр нелінійних спотворень цих підсилювачів звужується до 5 гармоніки (що є добре) і зменшується при малих рівнях сигналу, але реально перевершити клас "A" (за якістю звукопередачи) немає можливостей.
Сучасна класифікація режимів роботи підсилювачів досить заплутана. Традиційно класи підсилювачів розрізнялися по положенню робочої точки на статичних характеристиках підсилювального приладу. Пізніше додали класифікацію підсилювачів по режиму роботи: ключовий і струмовий режими роботи. Найбільш поширена класифікація підсилювачів приведена на малюнку 1.
Малюнок 1. Класифікація підсилювачів
Режим роботи підсилювача визначається положенням робочої точки на характеристиці прямої передачі по току підсилювального приладу, такого як біполярний або польовий транзистор, електронна лампа. Досить часто режим роботи підсилювача називається класом роботи. Вибір робочої точки може значно впливати на основні характеристики підсилювача, такі як коефіцієнт посилення, і к.к.д.
При визначенні класу підсилювача користуються ідеалізованої статичною характеристикою підсилювальної приладу. При цьому реальна прохідна характеристика замінюється кусочно-лінійною апроксимацією, як це показано на малюнку 2.
Малюнок 2. Ідеалізована статична характеристика підсилювального приладу
Залежно від положення робочої точки на характеристиці прямої передачі підсилювального приладу і формування струму колектора (анода, стоку) розрізняють наступні види аналогових (струмових) режимів:
- - робоча точка вибирається в середині лінійної ділянки статичної характеристики
- - робоча точка вибирається на початку лінійної ділянки статичної характеристики
- - робоча точка вибирається нижче початку лінійної ділянки статичної характеристики (посилення тільки ЧМ сигналів)
Особливості посилення сигналу в підсилювачах цих класів ілюструються малюнком 2.3. На цьому малюнку приведені тимчасові діаграми вихідного струму транзистора в залежності від положення робочої точки при надходженні на вхід синусоїдального сигналу. Як видно з цих тимчасових діаграм, підсилювачі класів B і C мають значну нелинейностью і для її усунення доводиться застосовувати спеціальні заходи, такі як фільтрація вихідного сигналу або застосування.
Малюнок 3. Положення робочої точки в підсилювачах класу A, B і C
Робота підсилювача в ключовому режимі значно відрізняється при посиленні низькочастотного сигналу і високочастотного вузькосмугового сигналу. У вітчизняній літературі ці режими не розрізняються. Просто в літературі, орієнтованої на низькочастотну підсилювальну техніку і в літературі, орієнтованої на радіочастотне застосування ключовий режим описується по різному. У зарубіжних виданнях в залежності від частоти підсилюється сигналу розрізняють наступні види ключових режимів:
- клас D - транзистор працює в ключовому режимі
- - для збереження форми звукового сигналу використовується ШІМ або ΣΔ-модуляція
- високочастотні підсилювачі потужності класу D - додаткова модуляція не потрібно, вона вже присутня в підсилюється сигналі. При цьому амплітуда незмінна, інформація міститься в частоті і фазі сигналу
При роботі з високочастотними вузькосмуговими сигналами можна реалізувати більш високий к.к.д. в порівнянні з класичним режимом роботи підсилювача класу B. Це досягається підкресленням високочастотних гармонік на колекторі або стоці транзистора. Цей метод добре описаний у вітчизняній літературі, проте в зарубіжної літературивін отримав назву клас F.
Слід зазначити, що підсилювачі класів C, E, F призначені для посилення вузькосмугових високочастотних сигналів з високим ККД Підсилювачі класів A, B, D використовуються для посилення низькочастотних широкосмугових сигналів, таких як звукові сигнали, Телевізійні або цифрові сигнали в BaseBand діапазоні. При цьому клас B може бути використаний тільки в двотактних каскадах. Підсилювачі класу A можуть використовуватися і для посилення високочастотних сигналів якщо більш важливим параметром підсилювача є його лінійність і коефіцієнт шуму. Підсилювачі класу B теж можуть використовуватися для посилення високочастотних сигналів.
Вступ
Звучать чи підсилювачі по-різному чи ні, суперечки про це не припиняються. Одні, особливо чутливі і добре поінформовані ентузіасти і рецензенти журналів, клянуться в їх численних очевидних відмінностей, відмінності, для них у всякому разі, майже так само очевидні і важливі, як і відмінності між акустичними системами.
Інші, так само добре поінформовані ентузіасти і експерти, кажуть, що між двома належним чином функціонують підсилювачами, ефективно працюючими в режимі без явних спотворень, немає значних відмінностей. І є третій контингент, який вважає, що використання різних підсилювачів з різними акустичними системами та іншими відповідним обладнанням і роз'ємами, може привести до відмінностей в звуці, хоча всі компоненти в системі працюють як належить.
Ми обговоримо деякі моменти, запропонуємо деяку фактичну інформацію з нашого досвіду щодо деяких окремих випадків і з нетерпінням будемо чекати вашої реакції.
Рід Елліотт (Rod Elliott) з Elliott Sound Products (ESP) написав велику статтю, названу «Підсилювач звуку», і ми радимо прочитати її в повному обсязі. Ми вибрали деякі важливі місця, і використовуємо їх в якості основи нашого обговорення.
[Елліотт]:
Звук підсилювача є однією з тих невловимих речей, які, здається, не піддаються опису. Я спробую розглянути впливу, які мені відомі, і описати ефекти, як можна краще. Багато в чому це гіпотеза з мого боку, так як є велика кількістьфакторів, які, незважаючи на те, що вони існують і чутні, практично неможливо оцінити кількісно. Особливо в поєднанні, деякі ефекти зробить один підсилювач звуку краще, а інший гірше. Я сумніваюся, що я зможу навіть помислити про всі можливості, але ця стаття може трохи допомогти деяким з вас, по крайней мере, в тому, щоб розібратися в деяких з можливостей.
Я не стверджую, що маю відповіді на всі питання. Вся ця тема є предметом особливого тлумачення, і я буду дуже старатися, щоб бути повністю об'єктивним.
компоненти звуку
Коли люди говорять про звук підсилювача, існує безліч різних термінів. Для типового підсилювача (високої якості), звук може бути описаний як "розмазаний", або має «повітря», або «авторитетні» баси. Ці терміни, хоча і є описом досвіду слухача, не мають прямого значення в термінах електроніки.
Технічно ми можемо обговорювати частотні характеристики, фазовий зсув, допустиму потужність, вхідний / вихідний імпеданс і багато інших відомих явища. Я не уявляю, як ми можемо безпосередньо зв'язати їх з загальними термінами, використовуваними рецензентами і слухачами.
[Аудіоголікі]:
Кілька років тому відомий оглядач Том Носейн (Tom Nosaine) провів дослідження для журналу Stereo Review, в якому він намагався порівняти звучання двох систем тестуванням по сліпому методу A-Bз прослуховуванням групою слухачів. Одна система була виготовлена з найостанніших SOTA (State Of The Art) компонентів і роз'ємів. Інша система складалася з дуже "прозаїчного" обладнання, такого як вінтажний підсилювач потужності Heathkit 1970-х років, пересічний CD-плеєр і т.д.
Обидві системи були підключені через комутатор до однієї пари динаміків, тому розбіжності з питання динаміків і проблеми розміщення колонок взагалі не бралися до уваги. Перед системою була натягнута акустично прозора, але візуально непрозора драпірування і світло в кімнаті був приглушений, щоб не допустити ніякого відволікання уваги. Носейн добре відомий за його вірність наукового процесу та його фанатичне увагу до деталей, тому обстановка прослуховування була виконана якісно.
Тестування використовувало досить великий і різний вибір матеріалу програми. Результати показали, що поки жодна з систем не виводилася на максимальну гучність до появи спотворень, жодна з них показала ніякого скільки-небудь статистично істотного переваги в порівнянні з іншого. Прослухувальна матеріал група складалася з новачків, помірних любителів і претендують на "златоухость" аудиофилов.
Це не мало ніякого значення. Жоден слухач або група слухачів, будь то новачок або златоухій, не виділяли при ідентифікації одну систему від іншої. Прихильники думки "звук не залежить від підсилювача" поспішали сказати: «Бачите? Що я говорив ». Прихильники табору "звук підсилювача легко впізнаваний", були так само швидкі, щоб вказати на незліченні аспекти та умови тесту, які були дефектними в їхньому уявленні, і таким чином дали Носейну неточні висновки. Так що, врешті-решт, тест нічого не встановив.
[Елліотт]:
Є деякі відмінності, які не можуть бути легко пояснені. Підсилювач, який вважається "ідентичним" іншому в тестовій ситуації, може виявитися зовсім іншим в нормальних умовахпрослуховування. Так як ми не завжди можемо виміряти деякі речі, саме ці відмінності, з якими найважче мати справу, можуть мати великий вплив на звук.
Наприклад: рідко тестування робиться при обмеженні сигналу (кліппінга) підсилювачем - коли підсилювач відновлюється після короткої перехідної перевантаження. Я заявляю, що Hi-Fi підсилювачніколи не повинен обмежувати сигнал при нормальній експлуатації - і це правильно, але це трапляється, і це більш поширене, ніж ми могли б уявити. Використовуйте хороший індикатор кліппінга на підсилювачі, і це може бути усунуто, але якою ціною? Можливо, необхідно зменшити гучність (і SPL) до рівня, який набагато нижче, ніж Ви звикли, щоб усунути проблему, про існування якої не підозрювали.
Різні підсилювачі по-різному реагують на ці миттєві перевантаження, тоді як в інших ситуаціях ефективність їх роботи майже ідентична. Я перевірив мікросхемние підсилювачі потужності і був стривожений формою хвилі відновлення перевантаження. Вимірювання мого старого вірного дизайну показують на 60 Вт в деяких областях те ж саме, що і мікросхемние: трохи краще в одних, трохи гірше в інших (наскільки можна було б очікувати).
Якщо ці два підсилювача порівняти в подвійному сліпому тесті (уникаючи кліппінга), можливо ніхто і не зможе помітити різницю. Але варто збільшити гучність так, щоб почалися перехідні процеси кліппінга і навіть ліхтарний стовп буде здатний почути різницю між ними. Якими б термінами описати звук? Я поняття не маю. Звук може бути "розмазаний" через втрату деталей під час відновлення мікросхемного підсилювача. Образ може також постраждати, оскільки на деякий час може бути втрачена велика частина сигналу, що забезпечує інформацію про сцену.
[Аудіоголікі]:
Тим не менш, не тільки поведінку в режимі кліппінга відрізняє звук одного підсилювача від іншого. Багато людей клянуться, що існує принципова різниця в загальній якості звуку між підсилювачами, і що їх «колір» або «характер» дійсно відрізняються один від одного.
Ось один дуже характерний приклад: багато років тому ми слухали наші останні альбоми на дуже високоякісної для того часу системі: висококласний інтегральний підсилювач Kenwood (з номінальною потужністю 60/60 Вт RMS з мізерно малим спотворенням), колонки AR-3a і програвач для грамплатівок Dual 1249 з головкою Shure V15. Високо оцінюється обладнання, прекрасно працює у відповідній для такого рівня апаратури обстановці.
Мій друг тільки що купив підсилювач потужності Dynaco ST-120 (60/60 Вт RMS), і хотів переконатися, що він працює правильно, тому він його приніс для тестування. Kenwood мав окремі роз'єми для попереднього виходів і для входів підсилювачів потужності, тому ми використовували Kenwood як попередній. Колонки, програвач вінілових дисків, головка звукознімача й проведення акустичної системи залишилися колишніми. Єдиною зміною в системі був підсилювач потужності. Ми не збиралися "порівнювати" звук підсилювачів потужності, ми тільки хотіли переконатися, що Dynaco працює.
Ми програли через оригінальну систему, потім ми підключили вихід на вхід Dynaco і програли той же самий матеріал. Dynaco працював, але різниця в характері звуку була приголомшливою. Приголомшуючою! Ми збільшували і зменшували гучність. Відмінності зберігалися на всіх рівнях. Ми знову підключили Kenwood і послухали його знову. Потім знову підключили Dynaco. Нагадую, що спочатку ми не збиралися порівнювати відмінності в їх звучанні, але це було настільки помітно, що для нас обох було як обухом по голові. Це було настільки очевидно і безсумнівно, що ми провели залишок ночі, слухаючи записи різних напрямків то на Kenwood, то на Dynaco, знову і знову.
Можливо кілька пояснень відмінностей, але вони були реальними, без питань.
І, так, щоб було зрозуміло: Kenwood (більш сучасний дизайн) було набагато більше "жорстким" і "більш керованим" в басах в порівнянні з Dynaco, який був "в'ялим» і «розслабленим». Просто день і ніч.
спотворення
[Елліотт]:
Технічно, спотворення - це будь-яка зміна, яке відбувається з сигналом на шляху від джерела до місця призначення. Якщо частина сигналу "пропадає безвісти" - це спотворення, точно так само як і формування додаткових гармонік.
Ми схильні класифікувати спотворення по-різному - недосконала частотна характеристика підсилювача зазвичай не вважається спотворенням, але це так. Замість цього ми говоримо про частотній характеристиці, фазовому зсуві і різних інших параметрах, але в дійсності всі вони є формою спотворень. Суть в тому, що всі підсилювачі страждають деякою мірою спотворень, і якби два порівнюваних підсилювача взагалі не мали б жодних спотворень, то вони за визначенням мали бути ідентичні за параметрами і сприймається звуку.
Природно, ідеального підсилювача не існує, але є кілька таких, що надзвичайно близькі до таких, по крайней мере в межах чутного частотного діапазону. Те, що я прагну зробити, так це розглянути відмінності, які дійсно існують і спробувати визначити, який ефект ці відмінності мають на сприймається "якість звуку" різних підсилювачів. Я не буду першим, хто спробувати розплутати цю таємницю, і я сумніваюся, що буду останнім. Я також сумніваюся, що досягну успіху в цьому, в тому сенсі, що успіху в цій особливій області можна було б досягти, тільки якщо б всі погодилися, що я мав рацію - на що немає ніяких шансів! (Однак, кожен живе надією.)
У цій статті я використовую трохи застарілий термін "solid state" ( "твердотільний"), щоб диференціювати лампові підсилювачі ( "лампи") і побудовані з використанням біполярних транзисторів, КМОП (MOSFET) або інші пристрої, які не є електронними лампами.
Кліппінг-спотворення
Як спотворення при кліппінга одного підсилювача відрізняються від іншого? Велика частина Hi-Fi братства буде схильна думати, що клиппинг небажаний в будь-якій формі в будь-який час. Хоча, безперечно, це вірно, багато підсилювачі, які використовуються в типовому Hi-End сетап, матимуть кліппінг під час стандартних завдань. Я не маю на увазі грубу перевантаження - це абсолютно очевидно і незмінно звучить жахливо незалежно від підсилювача. Є тонкі відмінності між способами, якими відбувається обмеження в підсилювачі, що може надати величезний вплив на звук. Лампові підсилювачі є найбільш представницькими з усіх, маючи клиппинг "м'якої" форми, який порівняно непомітний. далі слідують підсилювачі Класу-Aз малим рівнем зворотним зв'язком, З трохи більшою "кордоном", але зазвичай вільні від будь-яких дійсно неприємних доповнень до звуку в цілому.
Крім того, є безліч дискретних підсилювачів класу AB. Більшість з них (але далеко не всі) досить добре себе проявляють, і хоча у них клиппинг "жорсткий" він не має значної «полички» - власне кажучи, як тільки вихідний сигнал знову нижче, ніж напруга живлення, він просто продовжує працювати в звичайному режимі. Це ідеальний випадок - при будь-якому обмеженні підсилювач не повинен додати більше небажаного звуку, ніж повинно в такому випадку. Кліппінг ставиться до того факту, що, коли миттєве значення вихідного сигналу намагається перевищити напруга живлення підсилювача, він просто зупиняється, так як він не може бути більше, ніж харчування. Ми знаємо, що він повинен зупинитися, але цікаво, як він зупиняється, і то, як підсилювач працює в короткий період під час і відразу після кліппінга.
На Рис. 1, представлені різні осцилограмиобмежень, про які я говорю. "А" представляє собою типовий вихід двухтактного лампового підсилювача, "B" - сигнал зі звичайного дискретного напівпровідникового підсилювача Класу AB і "C" показує полку, що характерно для деяких IC підсилювачів потужності, а також невеликої кількості дискретних розробок. Це саме підступне поведінку для підсилювача, якщо період кліппінга + "залипання на шині", триває досить довго, тому що в той час, як харчування "залипає" на шині, сигнал, який, можливо, був присутній в трек, втрачений, а компонент 100 Гц (або 120 Гц) доданий якщо період обмеження + «залипання» триває досить довго. Це приходить з блоку живлення і цього можна уникнути тільки за допомогою регульованого харчування або акумуляторів. Жодне з цих рішень не здійснити дешево, і тому рідко зустрічається в конструкціях підсилювачів.
Хоча малюнок 1 показує сигнал у вигляді синусоїди для простоти ідентифікації, в реальному музичному сигналі це буде гострий перехідний процес, Який дасть кліппінг, і якщо підсилювач буде працювати без збоїв, то це буде (або має бути), більш-менш непомітним. Але якщо ми отримуємо таке залипання на шині харчування, отримане вище опис ефекту швидше опише те, що сталося зі звуком з точки зору слухача, а не фактичну проблему. Простий перехідний процес обмеження не повинен бути помітним в сам по собі, але в загальному матиме ефект на сумарному якості звуку. Ще раз: опис цього навряд чи покаже, що підсилювач обрізав, і, на жаль, мало хто підсилювачі мають індикатори кліппінга, тому більшу частину часу, ми просто не знаємо, що це відбувається.
[Аудіоголікі]:
Можливі причини, за якими підсилювачі мали специфічні звукові характеристики, були популярною темою серед меломанів на початку 1970-их. У 1973 рік у відбулося засідання Бостонського Аудіо Товариства (BAS), на якому була представлена презентація випробувального устаткування виробником (я не пам'ятаю яким), яке могло показати спектральні особливості сумарного значення коефіцієнта нелінійних спотворень (THD - Total Harmonic Distortion) підсилювача. Це було досить необачним матеріалом для початку 70-их. Дуже популярний в той час ресивер Marantz 2270, був добре відомий неприємним (різким) звучанням, якщо перепад був занадто різким. На цій зустрічі Бостонського Аудіо Товариства (BAS) ми дізналися чому:
Незважаючи на те, фактично заявлений рейтинг спотворення був низький (приблизно, 0.3% THD при номінальної потужності), Спектроаналізатор осцилографа показав, що в момент кліппінга, Marantz продемонстрував велику кількість гармонік високого порядку.
Як ми знаємо, гармонійні спотворення - ненавмисні продукти сигналу, які генеруються аудіо пристроєм, таким як динамік або підсилювач, які є кратним цілому числу оригінального сигналу. Наприклад, якщо аудіо пристрою була поставлена задача спробувати відтворити сигнал на 40 Гц, а замість цього воно відтворює 40 Гц і невелика кількість 80 Гц, то сигнал частоти 80 Гц називають гармонійним спотворенням. Невеликі кількості сигналу близькою кратності до оригінального (низького порядку) ледь чутні; більшу кількість спотворень більшої кратності від оригінального сигналу ( вищого порядку), Надзвичайно небажані для людського вуха. (Пам'ятаєте, що гармонійна структура західної музики заснована на октавах і третє гармониках, так що спотворення 2-го і 3-го порядків гармонійно переплітаються з музикою таким чином, що не є дисонансними або явно неприємними. Тому THD низьких порядків повинні бути досить істотним для того, щоб ми помітили їх негативний вплив.) Повна сума всіх гармонійних спотворень зазвичай виражається як відсоток від оригінального сигналу або% THD.
Аналіз спотворень на базі БПФ підсилювача Emotiva UPA-7 при близькому кліппінга - зверніть увагу на більш високий рівеньгармонійних спотворень (тобто 2 кГц, 3 кГц, і т.д.)
На осцилографі ми могли ясно бачити, що коли Marantz довели до кліппінга, то він справив велику кількість гармонік 4-го, 5-го і 6-ого порядку. У порівнянні з ним ресивер Pioneer поводився краще, і його спотворення були представлені головним чином з гармонік 4-го порядку і нижчих компонентів. Ресивер AR показав безумовно краще поведінка спотворень, які є здебільшого дуже м'яко звучать гармоніками 2-ої і 3-го порядків. Тепер, нарешті, було дано конкретне, повторимо, матеріальне пояснення того, чому при досягненні обмеження деякі підсилювачі звучали краще, ніж інші.
(Прим. Перекладача: дивно, що гармоніки 3-го порядку названі м'яко звучать. Зазвичай такими вважаються лише парні гармоніки. Мабуть пов'язано саме з гармонійним рядом західної музики.)
Класифікація підсилювачів
Відповідно до використовуваним режимом роботи розрізняють три основні класи підсилювачів.
клас А
До сих пір розглядалися транзисторні підсилювачі, В яких умови зміщення задавалися таким чином, щоб підсилювач працював на лінійній ділянці своєї передавальної характеристики. Для отримання максимального неспотвореного вихідного сигналу робоча точка Q вибиралася в середині передавальної характеристики. Такі підсилювачі називаються підсилювачами класу А або підсилювачами, що працюють в режимі класу А. На рис. 30.1 показана передавальна характеристика транзистора. Точка А представляє режим роботи підсилювачів класу А. Вхідний сигнал досить малий і не може вивести транзистор з області прямого зміщення переходу база-емітер. Отже, транзистор знаходиться в провідному стані протягом всього періоду вхідного сигналу, т. Е.360 °.
Мал. 30.1.Точки А, В і С на передавальної характеристиці транзистора представляють робочі точки підсилювачів класу А, В і С відповідно.
Мал. 30.2.Підсилювач класу В. Дільник напруги на резисторахR 1 і R 2 створює невелику пряму зміщенняV BE (0,12 В) для зменшення спотворення форми сигналу.
Перевагою підсилювачів класу А є те, що вони підсилюють сигнал без спотворень, тому такі підсилювачі широко використовуються в якості передвихідні каскадів підсилювачів потужності, ППЧ і УРЧ. Однак їх ККД невеликий (менше 30%); це пов'язано з тим, що транзистор проводить струм і, отже, розсіює потужність незалежно від наявності або відсутності вхідного сигналу.
клас В
В підсилювачах цього класу під час відсутності сигналу транзистор знаходиться на кордоні області відсічення (в точці відсічення). Точка В на рис. 30.1 представляє режим роботи підсилювачів класу В. Транзистор проводить струм тільки протягом одного напівперіоду (180 °) вхідного сигналу, як показано на рис. 30.2. В режимі класу В досягається більш високий ККД підсилювача (50-60%), так як транзистор розсіює потужність тільки в одному напівперіоді вхідного сигналу. Підсилювачі класу В застосовуються в двотактних каскадах посилення потужності і часто працюють в режимі невеликого прямого зміщення емітерний переходів транзисторів для зменшення спотворень вихідного сигналу.
клас С
У цьому випадку транзистор зміщений в область відсічення (точка С на рис. 30.1). У кожному періоді вхідного сигналу транзистор проводить струм протягом часу, меншого тривалості напівперіоду (менше 180 °). Вихідний сигнал такого підсилювача має пульсуючий характер, як показано на рис. 30.3. Підсилювачі класу С мають високий ККД (65-85%). Вони застосовуються в генераторах і підсилювачах потужності РЧ.
Мал. 30.3.Динамічне зміщення в підсилювачі класу С. (а) Схема підсилювача.
(Б) еквівалентна схема фіксації рівня на елементах З 1 - R 1
і емітерний перехід транзистора.
зсув
Зсув, який задає роботу підсилювача в режимі класу А, забезпечується дільником напруги, як уже пояснювалося раніше. Дільник напруги створює необхідну напругу для прямого зміщення переходу база-емітер.
Підсилювачі класу В працюють в точці відсічення, т. Е. При нульовій напрузі між базою і емітером. У цьому випадку необхідність в ланцюзі зміщення відпадає. Однак, для того щоб не працювати на нелінійному ділянці характеристики, на базу транзистора подається невелика напруга зсуву (0,1-0,2 В) за допомогою дільника R 1 - R 2, показаного на рис. 30.2. Робоча точка Q виявляється при цьому трохи вище точки відсічення.
Підсилювачі класу С зміщуються в область відсічення. Іншими словами, на перехід база-емітер подається напруга зворотного зсуву. Джерелом цього зміщення є сам вхідний сигнал, що подається на транзистор. Тому зміщення в підсилювачах класу С називається ще сигнальним, або динамічним, зміщенням.Воно може бути реалізовано двома способами.
найбільш ефективний спосібпредставлений на рис. 30.3 (а). За відсутності сигналу потенціал бази дорівнює нулю. Як видно з рис. 30.3 (б), емітерний перехід транзистора разом з конденсатором З 1 і резистором R 1 утворює схему фіксації рівня, яка забезпечує відтворення вхідного сигналу разом з негативною постійної складової. Рівень цієї складової приблизно дорівнює піковому напрузі - V p . Тому на базі транзистора діє напруга зворотного зсуву, приблизно рівне амплітудному значенням напруги вхідного сигналу. Величину напруги зворотного зміщення (т. Е. «Глибину» режиму С) можна зменшити, зменшуючи постійну часу З 1 R 1 (Зазвичай шляхом вибору резистора R 1 меншого номіналу).
Мал. 30.4.
(А) Схема підсилювача, (б) еквівалентна схема випрямлення сигналу на елементах R 3 , З 3, і емітерний перехід транзистора.
Другий спосіб представлений на рис. 30.4. У цьому випадку за рахунок заряду конденсатора З 3 на емітер транзистора встановлюється позитивний потенціал. При нульовому потенціалі бази транзистора позитивний потенціал емітера створює зворотний зсув переходу база-емітер. Як видно з рис. 30.4 (б), цей перехід транзистора разом з конденсатором З 3 і резистором R 3 виконує функцію випрямляча вхідного сигналу і підтримує позитивний заряд на конденсаторі З 3 .
багатокаскадні підсилювачі
На рис. 30.5 показана схема двокаскадного підсилювача ЗЧ з RC-связио між каскадами. Транзистори Т1 і Т2 працюють в режимі класу А, що задається ланцюгами зміщення R 1 – R 2 і R 5 – R 6 відповідно. Ці два каскади ізольовані один від одного по постійному струміза допомогою розділового конденсатора З 3 .
Мал. 30.5.
Смуга пропуску
Типова АЧХ підсилювача показана на рис. 30.6. Видно, що коефіцієнт посилення зберігає постійне значення в інтервалі середніх частот, але спадає на низьких і високих частотах.
Спад коефіцієнта посилення на низькочастотному ділянці АЧХ викликаний впливом розділового конденсатора З 2 в схемі на рис. 30.5. При зменшенні частоти реактивне опір конденсатора зростає, що призводить до зменшення амплітуди сигналу, що подається на вхід другого каскаду на транзисторі Т2. розв'язують конденсатори З 1 і З 3 також знижують посилення на низьких частотах, Але в набагато меншому ступені, так чтоих впливом можна знехтувати.
Мал. 30.6.
Ширина смуги пропускання підсилювача визначається між точками АЧХ на рівні 3 дБ, в яких вихідна напруга становить 70% свого максимального значення, А вихідна потужність - половину свого максимального значення.
підсилювачі ПЧ
Підсилювачі проміжної частоти (ППЧ) представляють собою підсилювачі напруги, в яких роль навантаження виконує частотно-виборча ланцюг (резонансний контур). Вони працюють на частоті 470 кГц в AM-радіомовлення, 10,7 МГц у ЧС-радіомовлення та 39,5 МГц у телебаченні.
На рис. 30.7 наведена схема типового ППЧ, використовуваного в АМ-радіоприймачі. резистори R 1 і R 2 утворюють ланцюг зміщення для транзистора T 1, З 2 - розв'язує конденсатор ланцюга зміщення, З 4 – емітерний розв'язує конденсатор і R 3 - емітерний резистор, що забезпечує стабілізацію режиму транзистора по постійному струму.
Мал. 30.7.
Резонансні контури C 1 L 1 і C 3 L 3 налаштовані на ПЧ 470 кГц. Як на вході, так і на виході підсилювача використовується трансформаторна зв'язок. Відведення від первинної обмотки вихідного трансформатора Тр 2 зроблений для поліпшення вибірковості ППЧ. Без цього відводу низький вихідний опір r 0 транзистора в схемі з ОЕ шунтирует резонансний контур C 3 L 3, знижуючи його вибірковість. При наявності відведення первинна обмотка утворює підвищує автотрансформатор, який має t 1 витків в «первинної» обмотці і t 2 витків у «вторинної» обмотці, як показано на рис. 30.8. В цьому випадку резонансний контур буде шунтуватися опором, еквівалентним опору r 0, наведеним до вторинної обмотці з коефіцієнтом трансформації n =t 1 / t 2, меншим одиниці. Величина еквівалентного опору R 0 = r 1 / n 2 (див. Гл. 7) набагато більше величини вихідного опору r 0. Завдяки цьому зменшується ефект шунтування і поліпшується селективність резонансного контуру.
У цьому відео розповідається про класифікацію підсилювачів низької частоти:
