Усилители бывают: Типы Усилителей

Содержание

Типы Усилителей

  • Главная страница
  • Усилители
  • Типы Усилителей

В зависимости от используемых усилительных элементов, усилители мощности звуковой частоты подразделяются на:

  1. Ламповые.
  2. Транзисторные.
  3. Интегральные.
  4. Гибридные.
Ламповые.

На электронных, электровакуумных лампах. Составляли основу всего парка УНЧ до 70-х годов. В 60-х годах выпускались ламповые усилители очень большой мощности (до десятков киловатт). С конца XX века наблюдается повышение интереса к ламповой звукотехнике в среде аудиофилов, многие, из которых считают, что только ламповый усилитель способен передать максимально чистый и верный звук. В настоящее время ламповые УМЗЧ выпускаются за рубежом небольшими партиями для аудиофилов, стоить такой усилитель может крайне дорого. Ламповые УМЗЧ обладают значительными габаритами и весом, низким к.п.д. и высоким тепловыделением.

Транзисторные.

На биполярных или полевых транзисторах. Такая конструкция оконечного каскада усилителя является достаточно популярной, благодаря своей простоте и возможности достижения большой выходной мощности, хотя в последнее время активно вытесняется интегральными даже в мощных усилителях.

Интегральные.

На интегральных микросхемах (ИМС). Существуют микросхемы, содержащие на одном кристалле, как предварительные усилители, так и оконечные усилители мощности, построенные по различным схемам и работающие в различных классах. Из преимуществ — минимальное количество элементов и, соответственно, малые габариты.

Гибридные.

Часть каскадов собрана на полупроводниковых элементах, а часть на электронных лампах. Иногда гибридными также называют усилители, которые частично собраны на интегральных микросхемах, а частично на транзисторах или электронных лампах.

По количеству независимых каналов звукоусиления можно выделить:

  1. Моноусилители (одноканальные).
  2. Стереоусилители (двухканальные).
  3. Усилители систем объемного звука (многоканальные).

 

Подавляющее большинство усилителей имеют 2 канала, то есть, рассчитаны на применение в стерео-системах звуковоспроизведения. Однако многие из них имеют мостовой режим подключения к нагрузке и могут использоваться как одноканальные. Выходная мощность при этом увеличивается примерно в 2 раза.

Моноусилители используются в стереосистемах высокого класса или, например, в многоканальных системах для воспроизведения отдельных сигналов.

Многоканальная звуковая технология делает доступной реализацию собственного домашнего кинотеатра, даёт возможность построить по своему усмотрению систему объёмного высококачественного звука. Это позволяет ощутить тончайшие детали звуковой картины разных концертных залов при прослушивании аудиозаписей выполненных в многоканальном формате. Главной трудностью проектирования таких систем является сложность обеспечения одинаково точной локализации источников звука воспринимаемых слушателем во время воспроизведения по отношению к реальному расположению этих источников звука при записи. Данный эффект проявляется тем сильнее, чем дальше от центра зоны прослушивания удаляется слушатель.

Многоканальные системы используются не только для реализации звуковых эффектов и расширения стереобазы. Многие театры и концертные комплексы строились без учета современных требований к архитектурной акустике и имеют сложную многоярусную структуру, объемом более 10 куб.м на человека. Реализация стереосистемы в таких помещениях неизбежно приведет к тому, что отраженные от ярусных перекрытий, потолка и стен волны будут действовать локально, появятся участки с неравномерным распределением звукового поля. Дополнительная неприятность заключается в том, что на разных частотах эта неравномерность проявляется по-разному.

Решить подобную задачу способна только многоканальная система. Сигнал с помощью кроссоверов, входящих в состав оборудования профессиональной системы, разделяется на несколько частотных диапазонов, которые отдельно усиливаются и воспроизводятся. Добиться ровного звукового поля во всем диапазоне воспроизводимых частот удается только при использовании множества правильно подобранных и расположенных узкополосных акустических систем. Направленное действие акустических систем приводит к существенному уменьшению реверберации, увеличению звукового давления и минимизации фазовых искажений в озвучиваемом участке помещения. Следует отметить, что ошибка в 1 градус при ориентировании акустических систем линейного массива (вследствие низкого качества проекта и/или монтажа) может свести на нет все преимущества многоканальной системы. Как правило, каждый элемент устанавливаемых кластеров питается от собственного цифрового усилителя D или T класса, который настраивается для получения оптимальных характеристик звукового поля с учетом типа применяемых динамиков и твиттеров, объема и материала корпуса. Цифровой усилитель может содержать звуковой процессор, способный вносить в сигнал частотные и временные предыскажения.

Многоканальные системы также могут использоваться при необходимости разделить помещения на несколько независимых зон, в которых воспроизводятся различные музыкальные программы. Этот прием используется, например, в развлекательных комплексах, состоящих из множества залов. Достоинство такой системы заключается в возможности централизованного управления.

Усилители. Классификация усилителей

  • Главная страница
  • Усилители
  • Усилители. Классификация усилителей

Усилители в каталоге

Интегральные усилителиУсилители мощностиПредварительные усилители

 

Классификация усилителей

По способу работы с входным сигналом и принципу построения усилительных каскадов усилители мощности звуковой частоты разделяются на:

  1. Аналоговые, класс А
  2. Аналоговые, класс В
  3. Аналоговые, класс АВ
  4. Аналоговые, класс H
  5. Импульсные и цифровые, класс D
  6. Аналоговые, класс G

Необходимо отметить, что существует еще множество классов усилителей, таких как C, A+, SuperA, G, DLD и др. Некоторые из них, такие как C (угол отсечки менее 90 градусов) в УМЗЧ не применяются. Другие же оказались слишком сложными и дорогостоящими, поэтому «сошли со сцены» или были вытеснены более перспективными.

Аналоговые усилители, по сути, отличаются только углом отсечки входного сигнала, т.е. выбором так называемой «рабочей точки».

Класс А

Углы отсечки для усилительных каскадов классов А, В, АВ и С.

Усилители класса А работают без отсечки сигнала на наиболее линейном участке вольтамперной характеристики усилительных элементов. Это обеспечивает минимум нелинейных искажений (THD и IMD), причем как на номинальной мощности, так и на малых мощностях.

За этот минимум приходится расплачиваться внушительными потребляемой мощностью, размерами и массой. В среднем КПД усилителя класса А составляет 15-30%, а потребляемая мощность не зависит от величины выходной мощности. Мощность рассеяния максимальна при малых сигналах на выходе.

Интересными представителями усилителей класса А являются транзисторный Pass Labs XA 200. 5 и ламповый Unison Research Sinfonia, сравнительные характеристики которых приведены в таблице:

ХарактеристикиPass Labs XA 200.5Unison Research Sinfonia
Номинальная мощность200 Вт25Вт
Коэффициент гармонических искажений1% (400Вт)не указывается
Диапазон воспроизводимых частот1.5 – 100000 Гц20 – 30000 Гц
Потребляемая мощность700 Вт500 Вт
Масса81 кг25 кг

Представитель усилителей класса А – Unison Research Sinfonia

Класс В

Принцип работы усилителей, классов А, В и С.

Усилительные элементы работают с отсечкой 90 градусов. Для обеспечения такого режима работы усилителя используется двухтактная схема, когда каждая часть схемы усиливает свою «половинку» сигнала. Основная проблема усилителей в классе В — это наличие искажений из-за ступенчатого перехода от одной полуволны к другой. Поэтому, при малых уровнях входного сигнала нелинейные искажения достигают своего максимума.

Искажения типа ступенька в усилителях класса В.

Достоинством усилителя класса В можно считать высокий КПД, который теоретически может достигнуть 78%. Потребляемая мощность усилителя пропорциональна выходной мощности, и при отсутствии сигнала на входе она вообще равна нулю. Несмотря на высокий КПД, обнаружить среди современных моделей усилители класса В вряд ли кому-то удастся.

Класс АВ

Как следует из названия усилители класса АВ – это попытка объединить достоинства усилителей А и В класса, т.е. добиться высокого КПД и приемлемого уровня нелинейных искажений. Для того чтобы избавиться от ступенчатого перехода при переключении усилительных элементов используется угол отсечки более 90 градусов, т.е. рабочая точка выбирается в начале линейного участка вольтамперной характеристики. За счет этого при отсутствии сигнала на входе усилительные элементы не запираются, и через них протекает некоторый ток покоя, иногда значительный. Из-за этого уменьшается коэффициент полезного действия и возникает незначительная проблема стабилизации тока покоя, но зато существенно уменьшаются нелинейные искажения.

Среди аналоговых усилителей данный режим работы встречается чаще всего.

Графики зависимости коэффициентов нелинейных искажений от выходной мощности усилителя для классов А, В и АВ.

Минимизация искажения типа «ступенька» в усилителях класса АВ.

 

Сравнительная таблица усилителей, работающих в режимах А, В, АВ:
ХарактеристикиABAB
Теоретический КПД50%78%Зависит от режима
Реальный КПД15-30%50-60%40-50%
Нелинейные искажениямалыеВысокиесредние)
Потребляемая мощностьпостояннаязависит от выходнойзависит от выходной
Термостабильностьнизкаявысокаясредняя

Представитель усилителей класса АВ – AudioLab 6000A

Класс H

Данный класс усилителей был разработан специально для автомобилей, в которых имеется ограничение напряжения, питающего выходные каскады. Стимулом к созданию усилителей класса Н послужило то, что реальный звуковой сигнал имеет импульсный характер и его средняя мощность намного ниже пиковой. В основе схемы лежит обычный усилитель класса AB, включенный по мостовой схеме. Изюминка — применение специальной схемы удвоения напряжения питания. Основной элемент схемы удвоения — накопительный конденсатор большой емкости, который постоянно подзаряжается от основного источника питания. На пиках мощности этот конденсатор подключается схемой управления последовательно с основным источником питания. Напряжение питания выходного каскада усилителя на доли секунды удваивается, позволяя ему справиться с передачей пиков сигнала. Однако накопительный конденсатор должен быть достаточной емкости, иначе заявленная выходная мощность будет обеспечиваться только на средних и высоких частотах.

Идея коммутирования напряжения питания нашла применение не только в автомобильных усилителях мощности. Усилитель с двух- трехуровневым питанием фактически представляет собой импульсный усилитель с последовательным аналоговым каналом, который лишнюю энергию импульсов переводит в тепло. Чем больше ступенек у напряжения питания, тем более приближенная к синусоиде получается лестница на выходе импульсной части усилителя и тем меньше выделяется тепла на аналоговом канале.

Усилители, построенные по подобной схемотехнике, сочетают в себе дискретные методы усиления с аналоговыми и, соответственно, занимают промежуточное положение между аналоговыми и импульсными усилителями по КПД и тепловыделению. В данном усилителе для повышения КПД, и соответственно, снижения тепловыделения применено дискретное приближение уровня напряжения питания аналогового канала к его выходному напряжению. Повышение КПД происходит за счет уменьшения падения напряжения на активном плече по сравнению с усилителями с одноуровневым питанием. Отличительная особенность подобных усилителей состоит в том, что коммутация ключевых элементов происходит с частотой сигнала. Фильтрация высших гармоник осуществляется аналоговой частью усилителя путем преобразования энергии гармоник в тепло в усилителями с высокой тактовой частотой, когда частота коммутации ключевых элементов многократно выше верхней граничной частоты сигнала, а фильтрация осуществляется LC фильтром. Тепловые потери аналоговой части усилителя получаются довольно низкими, но их в достаточной мере восполняют коммутационные потери и потери в фильтре при высокой тактовой частоте. Существует оптимальное количество ступенек напряжения питания, при котором усложнение схемы оправдывается повышением КПД и удешевлением мощных транзисторов аналоговой части усилителя. КПД усилителей класса H достигает 83% при коэффициенте гармонических искажений 0,1%.

Класс D

Строго говоря, класс D — это не только схема построения или режим работы выходного каскада — это отдельный класс усилителей. Более логично было бы назвать их импульсными, но историческое название «цифровой» за ними уже прочно закрепилось. Рассмотрим общую структурную схему усилителя.

Блок схема цифрового усилителя

Оцифрованный сигнал поступает на аудио процессор, который в свою очередь с помощью широтно-импульсной модуляции (PWM — Pulse Width Modulation) управляет силовыми полупроводниковыми ключами. Можно добавить, что ШИМ-сигнал можно получить и без аналого-цифрового преобразования с помощью компаратора и генератора, например, пилообразного сигнала. Такой метод в усилителях класса D также широко применяется, но благодаря развитию цифровой техники постепенно уходит в прошлое. Аналого-цифровое преобразование обеспечивает дополнительные возможности по обработке звука: от регулировки уровня громкости и тембра до реализации цифровых эффектов, таких как реверберация, шумоподавление, подавление акустической обратной связи и др.

В отличие от аналоговых усилителей, выходной сигнал усилителей класса D представляет собой импульсы прямоугольной формы. Их амплитуда постоянна, а длительность («ширина») изменяется в зависимости от амплитуды аналогового сигнала, поступающего на вход усилителя. Частота импульсов (частота дискретизации) постоянна и в зависимости от требований, предъявляемых к усилителю, составляет от нескольких десятков до сотен килогерц. После формирования импульсы усиливаются оконечными транзисторами, работающими в ключевом режиме. Преобразование импульсного сигнала в аналоговый происходит в фильтре низких частот на выходе усилителя или непосредственно в нагрузке.

График зависимости КПД аналоговых и цифровых усилителей от выходной мощности.

В целом, принцип работы усилителя класса D очень напоминает принцип работы импульсного блока питания, но в отличие от него, на выходе, за счет широтно-импульсной модуляции, формируется не постоянное напряжение, а переменное, по форме соответствующее входному сигналу.

Теоретически, КПД подобных усилителей должен достигать 100%, но, к сожалению, сопротивление канала транзистора хоть и маленькое, но все же ненулевое. Но, тем не менее, в зависимости от сопротивления нагрузки, КПД усилителей этого типа может достигать 90%-95%. Разумеется, при такой эффективности нагрев выходных транзисторов практически отсутствует, что позволяет создавать очень маленькие и экономичные усилители. Коэффициент гармонических искажений при грамотном построении выходного фильтра можно довести до 0,01%, что является прекрасным результатом. Искажения возрастают при увеличении частоты сигнала и снижении частоты дискретизации. Косвенным образом от частоты дискретизации зависит и выходная мощность — с ростом частоты уменьшаются индуктивность катушек и снижаются потери в выходном фильтре.

Подобно аналоговым усилителям, импульсные усилители разделяются на подклассы AD и BD, причем их достоинства и недостатки тоже подобны. В усилителях класса AD в отсутствие входного сигнала выходной каскад продолжает работу, выдавая в нагрузку разнополярные импульсы одинаковой длительности. Это позволяет улучшить качество передачи слабых сигналов, но значительно снижает экономичность и порождает ряд технических проблем. В частности, приходится бороться с так называемым сквозным током, который возникает при одновременном переключении выходных транзисторов. Для устранения сквозного тока в выходном каскаде вводится мертвое время между закрыванием одного транзистора и открыванием другого.

Практическое применение находят более простые по конструкции: усилители класса BD, выходной каскад которых в отсутствие сигнала генерирует импульсы очень малой длительности или находится в состоянии покоя. Однако в усилителях этого типа наиболее сильно проявляется основной недостаток — зависимость уровня нелинейных искажений от частоты дискретизации и частоты сигнала. Кроме того, искажения возрастают при малых входных сигналах. Чаще всего, усилители класса D, как и класса АВ, выпускаются в интегральном исполнении.

Такие усилители применяются в системах оповещения и трансляции, в которых, как известно, не уделяется большого внимания вопросам достижения особенного качества звучания. В профессиональных системах звуковоспроизведения в классе D реализуются в основном усилители для сабвуферов, так как на низких частотах ухо наименее чувствительно к нелинейным искажениям сигнала.

Если раньше от усилителя требовалась просто надежная работа и гарантированное качество звука, то современные модели дополняются рядом сервисных функций, таких как компьютерное управление усилителем, программирование встроенного лимитера, а также наличие цифрового входа. С удешевлением цифровых интерфейсов для передачи аудиосигналов можно ожидать рост рынка усилителей с дистанционно управляемыми параметрами и автоматической диагностикой, что, безусловно, расширит возможности в создании звукоусилительных комплексов. Учитывая стремительное развитие цифровой техники и элементной базы сложно даже предположить, к каким вершинам приведет нас дальнейшее совершенствование принципов построения усилителей мощности.

Представитель усилителей класса D – Cambridge Audio EVO75

Класс G

Подобно гибридному автомобильному двигателю, класс G использует несколько источников напряжения питания, а не один. Если получен динамический сигнал, выходящий за пределы возможностей этого первого источника питания, вторичный источник постепенно доводится до полной номинальной выходной мощности по мере необходимости. Это дает очень эффективную конструкцию в качестве дополнительной мощности и используется только при необходимости. Такой тип усиления спокойно относится к акустике с низкой чувствительностью или если необходимость в высокой подводимой мощности. Это позволяет расширить выбор колонок и избежать нагромождения усилителей мощности в системе.

Первый блок питания имеет меньшую мощность, и в этом диапазоне мы работаем в чистом классе A, в котором нет кроссоверных искажений. Поскольку вторичный источник используется только при необходимости, возможны экстремальные уровни мощности, потому что очень мало энергии теряется в усилителе в виде тепла, когда он не используется.

Плюсы:
высокая эффективность;
низкая теплоотдача;
компактность.

Минусы:
стоимость.

Представитель усилителей класса G — ARCAM HDA SA30

Что такое усилитель мощности? Типы, классы и приложения

В этом уроке мы изучим интересную тему в области электроники: усилитель мощности. Они используются в аудиоприложениях, радиосвязи, медицинском оборудовании (МРТ) и во многих других областях. Итак, мы узнаем, что такое усилитель мощности, какие существуют типы усилителей мощности, классы усилителей мощности, а также несколько приложений.

Краткое описание

Введение

Усилитель — это электронное устройство, используемое для увеличения величины напряжения/тока/мощности входного сигнала. Он принимает слабый электрический сигнал/форму волны и воспроизводит аналогичную более сильную форму волны на выходе с помощью внешнего источника питания.

В зависимости от изменений, которые он вносит во входной сигнал, усилители подразделяются на усилители тока, напряжения и мощности. В этой статье мы подробно узнаем об усилителях мощности. Для получения дополнительной информации о различных типах усилителей: Различные типы и области применения усилителей

Что такое усилитель мощности?

Усилитель мощности — это электронный усилитель, предназначенный для увеличения величины мощности заданного входного сигнала. Мощность входного сигнала увеличивается до уровня, достаточного для управления нагрузками устройств вывода, таких как динамики, наушники, радиочастотные передатчики и т. д. В отличие от усилителей напряжения/тока, усилитель мощности предназначен для непосредственного управления нагрузками и используется в качестве конечного блока. в цепи усилителя.

Входной сигнал усилителя мощности должен быть выше определенного порога. Таким образом, вместо того, чтобы напрямую передавать необработанный аудио/ВЧ-сигнал на усилитель мощности, он сначала предварительно усиливается с помощью усилителей тока/напряжения и после внесения необходимых изменений отправляется на вход усилителя мощности. Вы можете увидеть блок-схему аудиоусилителя и использование усилителя мощности ниже.

В этом случае в качестве источника входного сигнала используется микрофон. Величина сигнала с микрофона недостаточна для усилителя мощности. Итак, сначала его предварительно усиливают, где немного увеличивают его напряжение и ток. Затем сигнал проходит через схему управления тоном и громкостью, которая вносит эстетические коррективы в форму звуковой волны. Наконец, сигнал проходит через усилитель мощности, а выходной сигнал от усилителя мощности подается на динамик.

Типы усилителей мощности

В зависимости от типа подключаемого выходного устройства усилители мощности делятся на следующие три типа:

  • Усилители мощности звука
  • ВЧ усилители мощности
  • Усилители мощности постоянного тока

Усилители мощности звука

Усилители мощности этого типа используются для увеличения мощности более слабого аудиосигнала. К этой категории относятся усилители, используемые в схемах управления динамиками телевизоров, мобильных телефонов и т. д.

Выходная мощность аудиоусилителя варьируется от нескольких милливатт (как в усилителях для наушников) до тысяч ватт (как в усилителях мощности в системах Hi-Fi/домашних кинотеатрах).

Радиочастотные усилители мощности

Беспроводная передача требует передачи модулированных волн на большие расстояния по воздуху. Сигналы передаются с помощью антенн, и дальность передачи зависит от величины мощности сигналов, подаваемых на антенну.

Для беспроводной передачи, такой как FM-вещание, антеннам требуются входные сигналы мощностью в тысячи киловатт. Здесь усилители мощности радиочастоты используются для увеличения величины мощности модулированных волн до уровня, достаточно высокого для достижения требуемого расстояния передачи.

Усилители мощности постоянного тока

Усилители мощности постоянного тока используются для усиления мощности сигналов с ШИМ (широтно-импульсной модуляцией). Они используются в электронных системах управления, которым требуются сигналы высокой мощности для управления двигателями или исполнительными механизмами. Они принимают входные данные от систем микроконтроллеров, увеличивают его мощность и подают усиленный сигнал на двигатели постоянного тока или приводы.

Классы усилителей мощности

Существует несколько способов проектирования схемы усилителя мощности. Рабочие и выходные характеристики каждой из схемных конфигураций отличаются друг от друга.

Чтобы различать характеристики и поведение различных схем усилителей мощности, используются классы усилителей мощности, в которых буквенные символы назначаются для обозначения метода работы.

Их можно разделить на две категории. Усилители мощности, предназначенные для усиления аналоговых сигналов, относятся к категориям A, B, AB или C. Усилители мощности, предназначенные для усиления цифровых сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), относятся к классам D, E, F и т. д.

Наиболее часто используемые усилители мощности используются в схемах усилителей звука и относятся к классам A, B, AB или C. Итак, давайте рассмотрим их подробно.

Усилитель мощности класса А

Аналоговые сигналы состоят из положительного максимума и отрицательного минимума. В усилителях этого класса в процессе усиления используется вся форма входного сигнала.

Один транзистор используется для усиления как положительной, так и отрицательной половины сигнала. Это делает их конструкцию простой и делает усилители класса А наиболее часто используемым типом усилителей мощности. Хотя этот класс усилителей мощности вытеснен более совершенными конструкциями, они по-прежнему популярны среди любителей.

В усилителях этого класса активный элемент (электронный компонент, используемый для усиления, в данном случае транзистор) используется все время, даже при отсутствии входного сигнала. Это выделяет много тепла и снижает эффективность усилителей класса А до 25% в случае нормальной конфигурации и до 50% в случае конфигурации с трансформаторной связью.

Угол проводимости (часть формы волны, используемая для усиления, из 360°) для усилителей класса А составляет 360°. Таким образом, уровни искажения сигнала очень малы, что позволяет улучшить характеристики на высоких частотах.

Усилитель мощности класса B

Усилители мощности класса B предназначены для снижения эффективности и снижения проблем с нагревом, присутствующих в усилителях класса A. Вместо одного транзистора для усиления всей формы сигнала в усилителях этого класса используются два комплементарных транзистора.

Один транзистор усиливает положительную половину сигнала, а другой — отрицательную. Таким образом, каждое активное устройство проводит одну половину (180°) сигнала, а два из них при объединении усиливают весь сигнал.

Эффективность усилителей класса B значительно выше, чем у усилителей класса A, благодаря конструкции с двумя транзисторами. Они могут достигать теоретического КПД около 75%. Усилители мощности этого класса используются в устройствах с батарейным питанием, таких как FM-радиоприемники и транзисторные радиоприемники.

Из-за наложения двух половин сигнала в области кроссовера возникает небольшое искажение. Для уменьшения этого искажения сигнала разработаны усилители класса AB.

Усилитель мощности класса AB

Усилители класса AB представляют собой комбинацию усилителей класса A и класса B. Усилители этого класса предназначены для решения проблемы меньшей эффективности усилителей класса A и искажения сигнала в области кроссовера в усилителях класса B.

Сохраняет высокую частотную характеристику, как у усилителей класса А, и хороший КПД, как у усилителей класса В. Комбинация диодов и резисторов используется для обеспечения небольшого напряжения смещения, что уменьшает искажение формы сигнала вблизи области кроссовера. Из-за этого наблюдается небольшое падение эффективности (60%).

Усилитель мощности класса C

Конструкция усилителей мощности класса C обеспечивает большую эффективность, но снижает линейность/угол проводимости, который составляет менее 90°. Другими словами, он жертвует качеством усиления ради повышения эффективности.

Меньший угол проводимости подразумевает большее искажение, поэтому этот класс усилителей не подходит для усиления звука. Они используются в высокочастотных генераторах и усилении радиочастотных сигналов.

Усилители класса C обычно содержат настроенную нагрузку, которая фильтрует и усиливает входные сигналы определенной частоты, а формы сигналов других частот подавляются.

В этом типе усилителя мощности активный элемент работает только тогда, когда входное напряжение превышает определенный порог, что снижает рассеиваемую мощность и повышает эффективность.

Другие классы усилителей мощности

Усилители мощности классов D, E, F, G и т. д. используются для усиления цифровых сигналов с ШИМ-модуляцией. Они относятся к категории импульсных усилителей мощности и постоянно включают или постоянно выключают выход без каких-либо промежуточных уровней.

Из-за этой простоты усилители мощности, подпадающие под вышеупомянутые классы, могут достигать теоретического КПД до (90-100)%.

Применение

Ниже приведены области применения усилителей мощности в различных секторах:

  • Бытовая электроника: Усилители мощности звука используются практически во всех бытовых электронных устройствах, начиная от микроволновых печей, драйверов наушников, телевизоров, мобильных телефонов и домашних кинотеатров. систем театрального и концертного армирования.
  • Industrial: Усилители мощности импульсного типа используются для управления большинством промышленных приводных систем, таких как сервоприводы и двигатели постоянного тока.
  • Беспроводная связь: Мощные усилители важны при передаче пользователям сигналов сотовой связи или FM-радиовещания. Более высокие уровни мощности стали возможными благодаря усилителям мощности, увеличивающим скорость передачи данных и удобство использования. Они также используются в оборудовании спутниковой связи.

Вывод

Краткое введение в концепцию усилителей мощности. Вы узнали, что такое усилитель мощности и его необходимость, различные типы и классы усилителей мощности, а также пару приложений.

Усилители

  • Раздел 1.0 Основы усилителей.
  •   • Типовые функции усилителей в электронных системах.
  •   • Графические изображения усилителей.
  •   • Применение усилителя и типы сигналов.
  • Раздел 1.1 Параметры усилителя.
  • Типовые параметры усилителя.
  •   • Усиление, Частотная характеристика, Полоса пропускания, Входное и выходное сопротивление, Фазовый сдвиг, Обратная связь.
  • Раздел 1.2 Смещение класса A.
  •   • Смещение общего истока биполярного транзистора с общим эмиттером и полевого транзистора.
  •   • Излучатель, стабилизация постоянного тока и температуры.
  •   • Смещение класса A.
  •   • Входные и выходные характеристики с общим эмиттером.
  • Раздел 1.3 Усиление и децибелы.
  •   • Усиление.
  •   • Логарифмические шкалы.
  •   • Указание напряжения и мощности в дБ.
  •   • Общие значения дБ.
  • Раздел 1.4 Пропускная способность.
  •   • Типичные кривые отклика.
  •   • Факторы, влияющие на пропускную способность.
  • Раздел 1.5 Тест по основам усилителя.
  •   • Проверьте свои знания об усилителях

Знакомство с усилителями

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

Рис. 1.0.1 Общий символ усилителя, используемый на системных схемах

Общий символ усилителя показан на рис. 1.0.1. Символ не дает подробностей о типе описываемого усилителя, но можно предположить направление потока сигнала (как поток слева направо на диаграмме). Усилители разных типов также часто описываются на системных или блок-схемах по имени.

Усилители как части больших электронных систем

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

Рис. 1.0.

2 Блок-схема аналогового цветного ТВ-приемника

Один из способов описания усилителя – это тип сигнала, который он предназначен для усиления. Обычно это относится к полосе частот, с которой будет работать усилитель, или, в некоторых случаях, к функции, которую они выполняют в электронной системе.

Усилители звуковой частоты

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

Усилители напряжения звука используются для усиления сигналов низкого уровня от микрофонов, звукоснимателей с ленты и диска и т. д. С дополнительными схемами они также выполняют такие функции, как тональная коррекция, выравнивание уровней сигналов и микширование с разных входов, они обычно имеют высокий коэффициент усиления по напряжению и выходное сопротивление от среднего до высокого.

Усилители мощности звука используются для приема усиленного входного сигнала от серии усилителей напряжения, а затем обеспечивают мощность, достаточную для работы громкоговорителей.

И.Ф. Усилители

Усилители промежуточной частоты — это настроенные усилители, используемые в радио, телевидении и радарах. Их цель состоит в том, чтобы обеспечить большую часть усиления напряжения радио-, телевизионного или радиолокационного сигнала до того, как аудио- или видеоинформация, переносимая сигналом, будет отделена (демодулирована) от радиосигнала. Они работают на частоте ниже, чем частота принимаемого радиосигнала, но выше, чем аудио- или видеосигналы, которые в конечном итоге производит система. Частота, на которой I.F. работают усилители, и полоса пропускания усилителя зависит от типа оборудования. Например, в AM-радиоприемниках I.F. усилители работают на частоте около 470 кГц, а их полоса пропускания обычно составляет 10 кГц (от 465 кГц до 475 кГц), в то время как телевизор обычно использует полосу пропускания 6 МГц для ПЧ. сигнал на частоте от 30 до 40 МГц, а в радиолокации может использоваться полоса шириной 10 МГц.

Рис. 1.0.3 FM-радио с усилителями ЗЧ, ПЧ и РЧ.

Р.Ф. Усилители

Радиочастотные усилители – это настроенные усилители, в которых рабочая частота регулируется настроенной схемой. Эта схема может регулироваться или не регулироваться в зависимости от назначения усилителя. Полоса пропускания также зависит от использования и может быть относительно широкой или узкой. Входное сопротивление обычно низкое, как и коэффициент усиления. (Некоторые ВЧ-усилители имеют небольшой коэффициент усиления или вообще не имеют его, но в первую очередь представляют собой буфер между приемной антенной и более поздними схемами, чтобы предотвратить попадание любых нежелательных сигналов высокого уровня от схем приемника на антенну, где они могут повторно передаваться как помехи). Особенностью ВЧ-усилителей, где они используются на самых ранних стадиях приемника, является низкий уровень шума. Важно, чтобы фоновый шум, обычно создаваемый любым электронным устройством, был сведен к минимуму, потому что усилитель будет обрабатывать сигналы очень низкой амплитуды от антенны (мкВ или меньше). По этой причине в этих каскадах часто используются малошумящие полевые транзисторы.

Ультразвуковые усилители

Ультразвуковые усилители представляют собой тип аудиоусилителей, работающих на частотах от 20 кГц до 100 кГц; они обычно предназначены для определенных целей, таких как ультразвуковая очистка, обнаружение усталости металла, ультразвуковое сканирование, системы дистанционного управления и т. д. Каждый тип будет работать в довольно узком диапазоне частот в пределах ультразвукового диапазона.

Широкополосные усилители

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

Усилители постоянного тока

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

Видеоусилители

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

Буферные усилители

Буферные усилители — широко распространенный специализированный тип усилителей, который можно найти в любой из вышеперечисленных категорий. Они размещаются между двумя другими цепями, чтобы работа одной цепи не влияла на работу другой. (Они ИЗОЛИРУЮТ цепи друг от друга). Часто буферные усилители имеют коэффициент усиления, равный единице, т. е. они фактически не усиливают, так что их выход имеет ту же амплитуду, что и их вход, но буферные усилители имеют очень высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс и поэтому могут использоваться в качестве импеданса. согласующее устройство. Это гарантирует, что сигналы не затухают между цепями, как это происходит, когда цепь с высоким выходным сопротивлением подает сигнал непосредственно на другую цепь с низким входным сопротивлением.

Операционные усилители

Операционные усилители (ОУ) были разработаны на основе схем, разработанных для первых аналоговых компьютеров, где они использовались для математических операций, таких как сложение и вычитание. Сегодня они широко используются в форме интегральных схем, где они доступны в одном или нескольких усилителях и часто включаются в сложные интегральные схемы для конкретных приложений.

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

Выходные характеристики усилителей

Усилители используются для увеличения амплитуды напряжения или тока или для увеличения количества энергии, получаемой обычно от сигнала переменного тока. Какой бы ни была задача, есть три категории усилителей, которые относятся к свойствам их выхода;

1. Усилители напряжения.

Back to top