Меню

Использование усилителей мощности звука



Усилители мощности

Классификация усилителей мощности

Усилители мощности низкой (звуковой) частоты (УМНЧ, УМЗЧ, далее просто – усилители мощности) предназначены для усиления сигнала низкой частоты от 20. 40 до 16000. 20000 Гц.

По области использования усилители мощности делятся на: бытовые и профессиональные. В настоящее время бытовые усилители мощности в виде отдельных изделий (в отдельном корпусе — автономные усилители мощности) встречаются достаточно редко, поскольку вместо большого количества элементов сейчас используются микросхемы, что позволило уменьшить размеры блоков в несколько десятков раз. Усилитель мощности есть в каждом музыкальном центре, домашнем кинотеатре и др., поэтому в большинстве случаев нет необходимости приобретать его отдельно, но, тем не менее, мы рассмотрим и бытовые усилители мощности, чтобы Вы могли их отличать от других видов и понимать область их использования.

Бытовые усилители мощности предназначены для усиления звука в составе домашней музыкальной системы. Их основное назначение – небольшое усиление звука с минимальными искажениями (в домашних условиях нас, прежде всего, интересует качество, а не громкость звука), но, несмотря на это, бытовой усилитель должен иметь достаточный запас по мощности: 80% мощности требуется для усиления низких частот (НЧ), а перегрузка усилителя по низким частотам нежелательна, поскольку, как мы увидим дальше, это не только приводит к большим искажениям звука, но и может привести к выходу из строя динамиков акустических систем. Бытовой усилитель должен быть рассчитан на максимальную мощность не менее 2х50Вт для обеспечения данного запаса по мощности. Также следует учесть, что: с увеличением усиления звука (увеличением уровня громкости) возрастают нелинейные искажения, большой уровень которых не позволит ощутить “глубину и прозрачность” звука. Поэтому оптимальным является использование бытового усилителя на 25-30% от максимальной мощности, указанной в паспорте на него. На практике это означает выставление уровня громкости усилителя на 25-30% от максимума.

Бытовой усилитель мощности

Рис. 1. Бытовой усилитель мощности «Бриг-001»

Отличительная черта бытовых усилителей мощности – наличие тембрблока, с помощью которого производится частотная коррекция – усиление или ослабление низких или высоких частот. В бытовых условиях не имеет смысла использовать микшерные пульты и эквалайзер. Частотная коррекция производится в самом усилителе мощности.

Профессиональные усилители мощности – студийные, концертные, инструментальные и др.

Поскольку профессиональные усилители мощности используются в профессиональной области деятельности (в студиях, на концертах и др.), то к ним также применяются определенные правила, одно из которых – рэковое исполнение корпуса: ширина корпуса – 18 дюймов (45 см), высота кратно 1,8 дюймам (4,5 см) и наличие панели с отверстиями для крепления в рэковую стойку. Рэковое исполнение корпуса – одно из отличий профессиональных усилителей мощности от бытовых.

Студийные усилители мощности используются в музыкальных студиях и служат для небольшого, но качественного усиления звука. В этом они похожи на бытовые усилители, но имеют ряд отличий:

  • Больший диапазон воспроизведения частот. Если стандартный диапазон для бытовых усилителей – от 20 Гц до 20 кГц, то у студийных усилителей мощности диапазон может быть от 10 Гц до 100 кГц
  • В студийных усилителях мощности нет тембрблока, как в бытовых усилителях мощности, поскольку для частотной коррекции в студиях используются микшерные пульты
  • Раздельная регулировка громкости каналов: в бытовых усилителях громкость регулируется одним регулятором громкости и регулятором баланса
  • Более качественное исполнение отдельных элементов усилителя: разъемы, схемы защиты усилителя от короткого замыкания и появления постоянного напряжения на выходе, перегрузки и др.

Студийный усилитель мощности

Рис. 2. Студийный усилитель мощности «Samson»

Инструментальные усилители мощности. Это усилители мощности, которые используются для усиления звука электроинструментов – электрогитары, синтезатора и др. Такие усилители могут быть выполнены в виде отдельного блока (“голова”) при использовании в стеке (“голова” + 1 или 2 кабинета — мощная акустическая система с несколькими динамиками) или комбика — комбинированного блока “усилитель + акустическая система” в одном корпусе. Инструментальный усилитель мощности – не отдельное устройство со своим корпусом (как студийные и концертные усилители мощности), а встроенный блок, поскольку наряду с ним в корпусе устройства располагаются: предварительный усилитель, тембрблок, блок эффектов, динамик (в случае комбика) и др. Инструментальные усилители мощности будут рассмотрены далее.

Читайте также:  Т 170 мощность двигателя квт

Концертные усилители мощности предназначены для большого усиления звука при проведении различных музыкальных мероприятий и рассчитаны на длительную работу на близкой к максимальной мощностях. Поэтому одно из основных требований к ним — надежность. Защита концертных усилителей по мощности, от перегрузок, перегрева, короткого замыкания, от появления постоянной составляющей на выходе и др. выполнена намного серьезнее, чем в бытовых усилителях, которые могут легко выйти из строя, проработав лишь несколько минут на максимальной мощности. Я вспоминаю то время, когда мы проводили дискотеки на двух отечественных бытовых усилителях мощности “Бриг-001”. При этом перед ними стояла невыполнимая задача — при номинальной мощности 30Вт (использовались бытовые колонки АС-90 c низкочастотным динамиком мощностью 35Вт) озвучить школьный актовый зал площадью 150 кв. м! Для этого ручки громкости данных усилителей выкручивались практически до максимума, в результате чего после дискотеки приходилось заменять сгоревшие (и весьма дорогие) транзисторы выходного каскада одного или другого усилителя.

Концертный усилитель мощности

Рис. 7. Концертный усилитель мощности «ALTO»

При выборе усилителя мощности нужно четко понимать, для чего и когда они используются. Бытовые усилители, как и студийные, не предназначены для озвучивания концертов! Для этой цели необходимо использовать только концертные усилители соответствующей мощности. Для удобства ниже приведена таблица, где даны отличительные особенности различных видов усилителей мощности.

Источник

Как работает усилитель на транзисторе

Разбор схемы

Это моно-усилитель мощности звуковой частоты.

Транзистор VT1 является главным элементом в схеме усилителя. Поэтому схема называется транзисторный УНЧ (усилитель низкой частоты).

В данном случае используется n-p-n транзистор. Он включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Эта схема позволяет выжить максимум из транзистора. Она усиливает и напряжение, и ток одновременно. Итого максимальная мощность.

Данная схема имеет один каскад усиления.

Что такое каскад

Каскад – это по сути этап усиления, который не зависит от другого. Бывают и двухкаскадные усилители. То есть, например, в схеме есть два транзистора. Один работает как предусилитель, и передает усиленный сигнал на вход второго. Поэтому схема называется двухкаскадной. Они не зависят друг от друга, но первый каскад передает сигнал на второй, что позволяет увеличить мощность сигнала.

Как питаемся схема

От качества питания зависит и качество усиления. С какими бы выдающимися характеристиками не был транзистор, если питание плохо отфильтровано или недостаточное, то усиление будет советующего качества.

На клеммы Х3 и Х4 подключается питание 6 В.

Эта схема может питаться и от аккумулятора. Однако, несмотря на то, что аккумулятор – это источник с минимальным шумом, у аккумулятора тоже есть свое сопротивление.

И чтобы оно не мешало и не влияло на работу усилителя, нужен сглаживающий и накопительный конденсатор.

Электролитический конденсатор С3 накапливает энергию источника питания, что позволяет улучшить качество усиления. Чем выше емкость – тем лучше. Естественно, у такого правила есть ограничения. Если поставить слишком большую емкость, то будет большая нагрузка на источник питания.

Читайте также:  Как по силе тока узнать мощность потребителя

Во время проектирования схемы все эти параметры рассчитываются. Здесь в схеме у конденсатора С3 емкость 47 микрофарад – этого достаточно для нашего транзистора, поскольку у него не большая мощность, которую он может выдать. Можно поставить и большую емкость, например, 1000 микрофарад. Главное не нежно ставить конденсатор с меньшим пределом по напряжению. Если поставить конденсатор менее 6 В (питание схемы), то конденсатор начнет нагреваться и даже может взорваться.

Вход усилителя

Вход усилителя – это клеммы Х1 и Х2.

Х2 это минус входа, а Х1 – плюс. Так как схема на один канал, то УНЧ называется моно.

Можно подключить как левый канал, так и правый и оба сразу.

Фильтрация входного сигнала

Электролитический конденсатор С1 позволяет отделить постоянную составляющую входящего сигнала от переменной.

По-простому, он пропускает только переменный сигналю. Если сигнала нет, или вход усилителя замкнут, то без этого конденсатора транзистор может перейти в режим насыщения (максимальное усиление), и на выходе появится неприятный хрип.

Емкость конденсатора подобрана под частоту звукового сигнала. Звук начинается от 20 Гц и до 16 кГц.

Рабочая точка и смещение базы

Для того, чтобы транзистор не искажал входной сигнал, нужно его для начала чуть-чуть приоткрыть.

Это можно сделать при помощи делителя напряжения из двух резисторов R1 и R2. Этот делитель напряжения позволяет приоткрыть транзистор VT1 для того, чтобы входной сигнал не тратил свою электрическую энергию на его открытие.

Как определяется класс усилителя

Класс усилителя определяется его рабочей точкой. Рабочая точка выбирается с помощью вольтамперной характеристики транзистора. Чем выше напряжение подается на вход транзистора, тем больше ток, тем выше рабочая точка.

Например, точка по центру это А класс.


А класс самый качественный из усилителей. Он усиливает как положительные, так и отрицательные полуволны входного сигнала. В то же время, у этого класса есть существенный недостаток. Это ограничение мощности и снижение энергоэффективности. Дело в том, что пока на вход УНЧ не поступает входной сигнал, он работает все время, пока он включен.

Получается, что при это расходуется лишняя электроэнергия. Поэтому, еще рабочая точка называется точкой покоя, когда усилитель не усиливает входной сигнал.

Также от рабочей точки зависит и чувствительность усилителя.

Еще есть B класс, AB и D. Они отличаются друг от друга по эффективности усиления и наличию искажений. Все зависит от используемой схемы.

Например. D класс вообще не открывает транзистор, однако с точки зрения энергоэффективности – это самый лучший выбор. Транзистор в покое не потребляет ничего, он включается только при подаче входного сигнала. И при этом если на вход подается аналоговый звуковой сигнал, то он искажается. Такой класс не подойдет для схемы, которую разбираем в этой статье.

А режим АВ применяется в схемах, где есть несколько транзисторов, которые работают на свои полуволны. Есть схемы, где один транзистор усиливает только положительные полуволны, а второй только отрицательные. Такие усилители называются двухтактными.

Стабилизация работы схемы

Когда полупроводник нагревается, его сопротивление уменьшается. Транзистор сделан из полупроводника, и соответственно его p-n переходы тоже.

При работе схемы УНЧ ток течет через транзистор, и он нагревается. Обычно вся мощность рассеивается на коллекторе. И тем не менее, характеристики транзистора резко меняются, поскольку сопротивление его p-n переходом резко снижается по мере повышения температуры.

Чтобы стабилизировать работу транзистора, нужно сбалансировать его сопротивление другим источником. Это можно сделать при помощи дополнительного сопротивления.

Когда сопротивление транзистора VT1 уменьшается, резистор R3 забирает часть напряжения на себя и не позволяет увеличить ток в цепи.

Читайте также:  Компрессор для холодильника мощность 240

Благодаря этому транзистор:

  • не закрывается;
  • не переходит в режим насыщения;
  • не искажает сигнал;
  • и не перегревается.

Это называется термостабилизация работы усилителя.

А чтобы в нормальном режиме работы, когда VT1 не нагревается, резистор R3 не уменьшал мощность схемы, в цепь включен шунтирующий электролитический конденсатор C2. Через него переменная составляющая входного сигнала проходит без потерь.

Выход усилителя

На выход к усилителю можно подключить как другой усилитель, который усилит сигнал еще больше, так и динамическую головку.
Динамическая головка — это обычный динамик. Он воспроизведёт звук с выхода транзистора VT1.

Однако и тут есть много нюансов.

Если сопротивление выхода транзистора намного больше, чем у динамической головки, то он не сможет передать всю мощность. Как минимум большая часть напряжения останется на его контактах.

Для данной схемы нужен динамик с сопротивлением около 1 кОм.

Если поставить меньше, например, на 4 Ома, то и половина мощности не воспроизведется, а коллектор VT1 начнет еще сильнее нагреваться.

Согласование сопротивлений входа, выхода и нагрузки усилителя рассчитывается на этапе проектирования схемы. Поэтому не следует их нарушать.

Как протекает ток по схеме

В начальный момент времени, при подключении питания, электролитический конденсатор С3 заряжается, и начинят питать коллектор и эмиттер транзистора VT1. А также ток проходит через делитель напряжения.

Делитель напряжения R1, R2 смещает базу VT1. Начинает течь ток смещения база-эмиттер (Б-Э), тем самым устанавливается рабочая точка УНЧ.

Когда входной сигнал поступает на клемму Х1, он проходит С1 и через делитель поступает на базу VT1 и частично уходит через эмиттер.

Входной сигнал притягивается коллектором VT1 и тем самым усиливается.

Та часть переменного сигнала, которая перешла на эмиттер транзистора, усиливается эмиттерными током. Он свободно проходит через С2, который в паре с R3 стабилизирует режим работы усилителя от перегрева и искажений.

В итоге входной сигнал усиленный коллекторно-эмиттерным (К-Э) током VT1 поступает на выход, то есть на динамическую головку BF1.

От чего зависит мощность схемы

У этой схемы есть ограничения. Можно поменять VT1 КТ315 на более мощный, у которого коэффициент усиления будет выше, но этот лимит усиления не бесконечный.

В первую очередь, все зависит от используемого транзистора. Если поменять его на более мощный, то и усиление будет выше. Но следует помнить, что чем мощнее транзистор, тем мощнее нужен входной сигнал. К тому же, придется сделать перерасчет всех компонентов. И подключать предусилитель, собирать схему блока питания, а это уже будет совсем другая схема.

У транзисторов есть ряд параметров, которые влияют на схему. Это коэффициент усиления по току (h21э), напряжению, мощности. А также важный параметр — это рассеиваемая мощность на коллекторе. С повышением мощности потребуется радиатор для отвода тепла.

Как собрать схему

Схему можно собрать на текстолите или на макетной плате. Перейдите по ссылке на эту статью, в ней подробнее описывается процесс сборки и проверки схемы.

Используйте качественные детали и хороший припой. Она рабочая. Это вообще классическая схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером.

Также на сайте есть и другие схемы усилителей, которые не сложны в сборке и не дорогие по стоимости деталей.

Как проверить работу схемы

Достаточно прикоснуться до входа УНЧ отверткой, и на выходе послышаться треск. Это переменная наводка, которая усилится схемой.

Источник