Admin

Усилители звуковой частоты

В зависимости от назначения аппаратуры усилители звуковой частоты (УЗЧ) различаются качественными показателями и конструктивным исполнением. По функциональным признакам УЗЧ разделяют на предварительные и усилители мощности. Конструкция, содержащая усилители предварительный и мощности, называется полным усилителем. Структурная схема УЗЧ представлена на рис. 5.1. Схема стереофонического усилителя дополняется вторым аналогичным каналом.

Усилители звуковой частоты характеризуются номинальной выходной мощностью, диапазоном усиливаемых частот, динамическим диапазоном сигналов. Номинальная выходная мощность — это наибольшая мощность, при которой искажения сигнала не превышают допустимой величины. Диапазон усиливаемых частот — область частот, в которой коэффициент изменяется в пределах, заданных техническими условиями. Динамический диапазон сигналов — отношение амплитуд наибольшего и наименьшего сигналов в децибеллах.

Качественные показатели УЗЧ оцениваются коэффициентами гармоник и интермодуляционных искажений, уровнем фона. Коэффициент гармоник (нелинейных искажений) определяет уровень высших гармоник по отношению к уровню основного гармонического сигнала. Коэффициент интермодуляционных искажений обусловлен суммарным уровнем комбинационных частот, появляющихся иа выходе усилителя, при воздействии двух или более гармонических сигналов. Фон в УЗЧ возникает при недостаточной фильтрации питающего напряжения. Его величина определяется эффективным напряжением фона по отношению к эффективному напряжению сигнала при его максимальном уровне.

Во входных устройствах УЗЧ происходит нормирование величин сигналов и согласование импедансов усилителя и источников сигналов. Необходимый коэффициент передачи входных устройств (входных усилителей) и АЧХ получают при использовании отдельных усилителей для каждого источника сигнала или общего усилителя для всех сигналов с изменяемыми параметрами.

Регулировка усиления в УЗЧ осуществляется потенциометром. Потенциометр с линейной зависимостью сопротивления от угла поворота позволяет определить изменение уровня сигнала в пределах 20—30 дБ. Применение потенциометра с логарифмической характеристикой расширяет диапазон регулирования до 60 дБ. Для устранения искажения тембра сигнала, что связано с неодинаковой чувствительностью слуха человека к звукам различной частоты, применяют тонкомпенсацию регуляторов усиления. Осуществляется она подключением к отводам потенциометра RC цепочек. В усилителях высокого класса используют ступенчатые регуляторы усиления. Если разность усиления ступеней составляет 2 дБ, то скачки регулировки не ощущаются. Хорошо сконструированный регулятор такого типа может иметь диапазон регулирования порядка 120 дБ. В настоящее время промышленность выпускает интегральную микросхему К17ЧУН12 с регулировкой усиления электронным способом.


Амплитудно-частотная характеристика усилителя должна быть равномерной во всем диапазоне рабочих частот. Для оперативного измерения формы АЧХ и улучшения качества звучания усилителя в различых условиях применяют регуляторы частотной характеристики. Обычно регулировку производят в области верхних и нижних частот усилителя. Регуляторы выполняются на основе частотнозависимых делителей или усилительного звена с частотнозависимыми обратными связями. Промышленностью выпускаются интегральные микросхемы К174УН10, выполняющие функции регуляторов частотных характеристик.

Буферные усилители (см. рис. 5.1) в УЗЧ служат для развязки и согласования частотно-зависимых каскадов усилителя.

Оконечные усилители звуковой частоты предназначены для усиления звукового сигнала по мощности. Различают два режима работы усилительных элементов. Режим А, при котором рабочая точка находится на середине линейного участка динамической характеристики усиления, и режим В, когда рабочая точка располагается в начале динамической характеристики. В усилителях также применяют промежуточный режим АВ. С энергетической точки зрения режим А имеет наименьшую экономичность. По своему схемному решению различают оконечные каскады с трансформаторной и непосредственной связью с нагрузкой. Трансформаторная связь исключает попадание постоянного тока в нагрузку, обеспечивает оптимальное эквивалентное сопротивление нагрузки для усилительного элемента при произвольной ее величине. Непосредственная связь с нагрузкой избавляет от ограничений полосы пропускания, связанных с выходным трансформатором, повышает КПД мощного усилителя.


В мощных высококачественных усилителях звуковой частоты иногда применяют режим А в ущерб экономичности и габаритам конструкции, но при этом улучшаются качественные параметры усилителя.

В большинстве транзисторных усилителей используют двухтактную схему оконечного каскада, работающего в режиме АВ или В. Структурная схема усилителя мощности приведена на рис 5.2.

На рис. 5.3 дана принципиальная схема усилителя звуковой частоты на радиолампах. На лампе VL1 выполнен предварительный усилитель напряжения, на лампе VL2 — фазоинвертор с разделенной нагрузкой. Лампы VL3 и VL4 служат оконечными усилителями мощности. Оконечный каскад работает в режиме В. Ламповые усилители обеспечивают полосу пропускания порядка 12 кГц. Дальнейшее расширение полосы существенно усложняет конструкцию выходного трансформатора (секционирование обмоток, качественные конструкционные материалы). Надежность ламповых усилителей к кратковременным перегрузкам по мощности повышена вследствие тепловой инерции анода.


Комбинированный усилитель с оконечным каскадом на радиолампе, работающей в режиме А, использовался в первых унифицированных цветных телевизорах УЛПЦТ-59, УЛПЦТИ-61. Такой усилитель осуществляет регулировку тембра высоких (R126) и низких частот (R127) с помощью частотно-зависимой обратной связи.

Трансформаторные усилители звуковой частоты с трансформаторной связью между каскадами применялись в сравнительно дешевых переносных радиоприемниках (рис. 5.5). При согласующем трансформаторе в оконечном каскаде задействованы транзисторы одинаковой проводимости. Оконечный каскад с транзисторами разной проводимости позволил отказаться в усилителях от фазоинвенто-ра. Выходное сопротивление транзисторного каскада значительно ниже лампового, поэтому в транзисторных усилителях нагрузка непосредственно подключена к оконечному каскаду.

Промежуточные каскады усилителей звуковой частоты имеют гальванические межкаскадные связи. Они охватываются глубокими отрицательными обратными связями, которые жестко стабилизируют режим транзисторов. Каскады усиления строятся по схеме дифференциального усилителя, что обеспечивает меньшую чувствительность к фону переменного тока и увеличенное отношение сигнал/ шум. Двухполярное питание УЗЧ позволяет отказаться от переходных конденсаторов в цепи включения нагрузки. Типовая схема бестрансформаторного усилителя приведена на рис. 5.6.


Усилитель звуковой частоты состоит из дифференциального усилителя на транзисторах VT1, VT2 и дополнительного усилителя напряжения на транзисторе VT3, выполненного по схеме усилителя с общим эмиттером. Резистор R6 — коллекторная нагрузка этого каскада. Усиление по мощности обеспечивает комплементарные эмиттерные повторители на транзисторах VT4, VT5. Отрицательная обратная связь, осуществляемая по цепи R4, R5, С2, стабилизирует режим по постоянному току. Диод VD1 обеспечивает начальное смещение для оконечных транзисторов, работающих в режиме АВ, для уменьшения переходных искажений типа «ступенька». Чтобы увеличить выходную мощность, применяют составные эмиттерные повторители, а при отсутствии комплементарной пары транзисторов — «квазикомплементарные» пары (выходные транзисторы одной проводимости, а предоконечные — разной).

Современные мощные транзисторы позволяют реализовывать усиление по мощности до 50 Вт на один транзистор. Однако даже кратковременное превышение мгновенного значения мощности на коллекторе транзистора приводит к выходу его из строя. Это связано с общим или локальным перегревом участков кристалла вследствие малой тепловой инерционности самого кристалла, причем температура корпуса не успевает существенно измениться. Такое условие требует применения в мощных усилителях защиты выходных транзисторов от увеличения токовых нагрузок, а также введения в схему термостабилизирующих элементов. Термостабилизирующие элементы размещают в непосредственной близости от выходных транзисторов. Рассмотрим схему мощного усилителя «Амфитон 002» (рис. 5.7).


Предварительное усиление сигнала производится дифференциальным усилителем на транзисторах VT1, VT3 (см. рис. 5.7). Ток смещения дифференциального усилителя задается с помощью транзистора VT2. Резистор R5 служит для балансировки усилителя. Сигнал поступает на промежуточный дифференциальный усилитель VT4, VT5, с одного плеча которого подается затем на эмиттерный повторитель (транзистор VT6). Рабочий ток этого транзистора задается с помощью стабилизатора на транзисторе VT7. Падение напряжения на делителе R18, R19,

R20 определяет рабочую точку в эмиттериых повторителях усилителя мощности VT10, VT12, VT14 и VT11, VT13, VT15. Делитель отрицательной обратной связи R15, R13 с выхода усилителя стабилизирует режим по постоянному току. Резистором R20 устанавливают ток покоя выходных транзисторов. Термостабилизация рабочих точек оконечных каскадов осуществляется транзистором VT16, закрепленным на радиаторе мощных выходных транзисторов VT14, VT15. Для защиты выходных транзисторов от чрезмерного тока (при замыкании нагрузки) применена схема защиты, выполненная на транзисторах VT8, VT9 и диодах VD3, VD4. Действие защиты основано на шунтировании входного сигнала для соответствующего плеча оконечного каскада.


Мощные усилители с двухполярным питанием и гальванической связью с нагрузкой оснащаются схемой защиты акустических систем от аварийных ситуаций и «щелчков» при включении усилителя (рис. 5.8). Схема включается на выходе усилителей. Включение усилителя сопровождается подачей напряжения на схему защиты и срабатыванием реле КН1 (с нормально разомкнутыми контактами), которое подключает (на схеме не показаны) вход усилителя к нагрузке. Реле включается с задержкой, которую обеспечивает заряд конденсатора С1 через резисторы R6, R3, R4. По достижении определенного потенциала открываются транзисторы VT1, VT2, VT3, что приводит к включению реле. Появление постоянного напряжения на выходе усилителя (через резистор R1 или R2) вызывает запирание транзистора VT1 или VT2 (в зависимости от полярности входного напряжения) и выключение реле Р1.

Перегрузки мощных усилителей входными сигналами устраняются ограничителями пиковых уровней сигналов. Мощные усилители звуковой частоты снабжаются индикаторами выходной мощности или сигнализаторами перегрузки. Схемы таких индикаторов аналогичны схемам индикаторов уровня записи магнитофонов. Для стереофонических сигналов используется двухканальный усилитель низкой частоты, а оперативные регулировки проводятся одновременно для обоих каналов (сдвоенными регуляторами усиления и частотных характеристик). В этом случае в стереофоническом усилителе обязательно присутствует регулятор стереобаланса, принцип работы которого основан на взаимно-противоположной регулировке усиления в каналах усилителя. Если каналы усиления имеют раздельные регулировки усиления, регулятор стереобаланса не обязателен.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

Если у вас возникли вопросы по работе сайте - пишите на почту admin@scbist.com