Підсилювачів потужності звуку
Колись давно я займався в шкільному радіогуртку і побудував напевно з десяток підсилювачів потужності звуку. Серед них був і підсилювач Агєєва, і підсилювач Гумелев. У той час я слабо розумів як вони працюють, книг, комп'ютера, а тим більше інтернету, у мене не було взагалі. Так що збирав як міг. Було весело. Сьогодні я хочу розповісти тобі як влаштований підсилювач потужності звуку, щоб ти розумів з яких блоків він складається, для чого вони потрібні і чому він взагалі підсилює.Підсилювачі потужності в електроніці займають особливе місце і використовуються повсюдно: і в аудіо підсилювача, і в телевізорах, і в верстатах і т.д. Практично кожен радіоаматор хоч раз, та збирав УМЗЧ і радів як це весело, що плата з проводами видає звук.
Давай разобіраться що таке "підсилювач потужності". З назви створюється враження, що цей пристрій магічним чином превращется 1 Вт потужності, що надійшов на вхід, наприклад, в 15 Вт на виході. Що підсилювач з повітря зробила сигнал сильнішим. На ділі все інакше. Ніщо не береться з нізвідки. Головна ідея підсилювача потужності в тому, що він подає на вихід (на АС, наприклад) частина потужності свого джерела живлення. А вхідний сигнал просто регулює скільки потужності слід подати на вихід.
Таким чином підсилювач потужності як би повторює вхідний сигнал і подає на вихід його копію, тільки більшої потужності.
Якщо це звучить хитромудро, то уяви собі водопровідний кран. Труба, до якої він приєднаний - це "джерело харчування" крана. Носик крана - вихід. А твоя рука, яка крутить ручку крана туди-сюди - це вхідний сигнал. А значить ти своєю рукою регуліруешь потужність потоку води з носика крана.
Типова структура підсилювача потужності
В підсилювачах потужності звукової частоти, тобто зазвичай в музичних підсилювачах, важливою якістю є не тільки збільшення потужності звуку, але і збереження його якості. Для цього підсилювачі будуються таким чином, щоб знизити спотворення вихідного сигналу.
Тому замість одного блоку, який відразу б посилив сигнал в 10-100-200 раз використовується кілька послідовно включених каскадів, які підсилюють в 5-10 разів. А так як вони стоять один за іншим, то підсумковий коефіцієнт посилення буден дорівнює добутку коефіцієнту чи посилення кожного каскаду. Тобто якщо перший каскад підсилює в 2 рази, а другий в 10, то в підсумку посилення буде в 20 разів.
Коефіцієнтом посилення (за напругою) в даному випадку буде результат відносини напруги на виході підсилювача до напруги на вході.
На практиці посилення напруги відбувається в перших каскадах, а останній каскад, який називається "вихідним", служить якраз для підведення необхідної потужності в навантаження і часто сам по собі дає одиничне посилення.
Нижче, на схемі підсилювача Гумелев, я показав блоки підсилювача, відповідні діаграмі вище:
Характеристики підсилювачів потужності
Ідеальний підсилювач повинен посилювати сигнал (тобто створювати його копію), не вносячи жодних змін в вихідний сигнал. Хороший реальний підсилювач звичайно ж вносить спотворення, але вони незаменти для людського вуха. Поганий підсилювач відразу дає про себе знати, коли замість чистого звуку скрипки з динаміків лунає рохкання поросяти.
Я хочу обговорити з тобою характеристики підсилювача потужності, на які все таки слід звертати увагу як при покупці, так і при створенні підсилювача своїми руками.
- спотворення сигналу
- шуми
- номінальна потужність
- частотні параметри
Спотворення
Так, при проходженні сигналу через твій підсилювач він спотворюється. Спотворення неминуче вносяться електронними компонентами, а також можуть виникати через погану роботи всієї схеми в цілому. У хороших підсилювачах прагнуть знизити спотворення, в поганих їх чути навіть неозброєним вухом: клацання, хрипіння, звук як з телефону і т.д. При конструюванні підсилювачів застосовують різні рішення дял зниження тих чи інших видів спотворень:
лінійні спотворення
нелінійні спотворення
Лінійні спотворення впливають на амплітуду і фазу сигналу. Наприклад, при проходженні звуку через підсилювач злегка змінюється фаза якихось складових цього сигналу. Спотворення амплітуди сигналу найчастіше залежить від його частоти. Наприклад підсилювач гарантовано підсилює сигнали з частотами від 20 Гц до 20 КГц. А ти подав йому на вхід 100 КГц і очікував побачити посилення в 10 разів, а отримав тільки в 2, якщо отримав взагалі. Що сталося? Правильно, підсилювач перестав бути підсилювачем. Він не був сконструйований для роботи з такими частотами.
Нелінійні спотворення досить підступні. Вони псують сам сигнал, змінюючи його форму. В результаті проходження сигналу через такий підсилювач в сигналі з'являються складові, яких там з самого початку не було. І замість, наприклад синусоїди, що ти подав на вхід, на виході можна отримати сигнал тільки віддалено нагадує синусоїду.
Для зниження шумів і спотворень сигналу потрібно і правильний підхід до конструювання такого підсилювача потужності і дотримання правил монтажу, які забезпечують зниження шумів і спотворень.
шуми
Шумом називають всякий випадковий сигнал, який посилюється разом з корисним сигналом, що був поданий на вхід. Якщо шуми малі, то їх практично непомітно і вони не заважають. Але якщо шумовий сигнал дуже сильний, то розрізнити корисний сигнал серед шуму буває проблематично.
Помічав ти, що якщо покласти стільниковий телефон поруч з вхідними проводами від саморобного або дешевого китайського підсилювача, то в момент вхідного дзвінка з динаміків лунає неприємний звук. Його причина - електромагнітні перешкоди від працюючого стільникового телефону. В якомусь сенсі їх можна теж назвати шумом.
"Шумлять" не тільки цілі пристрою під впливом зовнішніх сил. Шум вносять також електронні компоненти, з яких складається підсилювач. Це відбувається під впливом різних причин, наприклад підвищення температури ел. компонента, може генеруватися шум.
номінальна потужність
Я б рекомендував забути про цей параметр взагалі. Хтось заперечить, але я відповім, що якісний звук краще потужного і поганого. Тому, коли будеш вибирати схему для свого підсилювача потужності, то вибирай ту, розробник якої обіцяє мінімальні спотворення, а не 3 000 000 КВт потужності.
Виробники аудіотехніки цілеспрямовано вводять в оману покупців, заявляючи, наприклад: "сумарна потужність всіх каналів 600 Вт при споживаної потужності від мережі 150Вт". Вся справа в методі вимірювання потужності, тому вірити заявам годі було, так як виробники вибирають який їм захочеться.
Як ти знаєш, потужність P = UI. Якщо взяти, наприклад, резистор 4 Ом, підключити його до виходу підсилювача, паралельно йому осцилограф, а на вхід генератор сигналів, потім подати від генератор сигнал частотою в 1000 Гц і поступово збільшувати його амплітуду, то настане момент, коли на осцилографі ти побачиш ось таку картину:
Зелений графік показує реальний вихідний сигнал, помаранчевий - очікуваний, а синій показує максимальну амплітуду неспотвореного вихідного сигналу. Всі вихідні сигнали з амплітудою більше амплітуди синього графіка матимуть вигляд як на зеленому графіку.
Вимірявши амплітуду синього графіка і скориставшись формулою P = (0,707U) 2 / Rн - ти отримаєш вихідну потужність свого підсилювача виміряну на навантаженні в 4 Ом і частоті в 1000 Гц.
частотні параметри
Як я вже писав вище, підсилювачі низької частоти призначені для роботи в діапазоні частот від 20 Гц до 20 КГц, тому тестування і налагодження своїх конструкцій слід проводити в цьому діапазоні. Посилення частот вище 20 КГц має сенс тільки якщо ви можете чути ультразвук. Правда тоді поонадобітся відповідна акустична система ^ __ ~
висновок
Тема підсилювачів потужності низької частоти обширна як море. Я постарався розповісти про загальну схему побудови таких підсилювачів і розповісти про деякі їхні характеристики. Думаю, що для перших дослідів побудови підсилювачів потужності для своєї аудіосистеми цього буде більш ніж достатньо.
Список книг по темі підсилювачів
МРБ 0951. Левінзон Г.Л., Логінов А.В. Високоякісний підсилювач низької частоти
Ровдо. Схемотехніка підсилювальних каскадів
Цикин. Підсилювачі електричних сигналів
Цикин. електронні підсилювачі
Гендін Г.С. Високоякісні аматорські підсилювачі низької частоти
Шкрітек. Довідкове керівництво у звуковий схемотехніці
Боб Кордел. Проектування аудіо підсилювачів
Дуглас Селф. Проектування підсилювачів потужності звукової частоти
Войшвіло. підсилювальні пристрої
Ежков Ю.С. Довідник по схемотехніці підсилювачів
Остапенко. підсилювальні пристрої
Комментарии
Отправить комментарий