.

ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЕЙ ЗВУКОВЫХ ЧАСТОТ оконечные уси­лители мощности

 

Учитывая различное назначение предварительных и оконечных усилителей, целесообразно раздельно обсудить их параметры и характеристики. Начнем с оконечных уси­лителей мощности. Их основными параметрами являются:

  • номинальная мощность при заданном коэффици­енте нелинейных искажений;

  • максимальная мощность, которую усилитель спо­собен отдавать в импульсе;
  • входное напряжение;
  • входное сопротивление;
  • коэффициент нелинейных искажений;
  • коэффициент демпфирования;
  • рабочий диапазон усиливаемых частот при задан­ной неравномерности;
  • динамический диапазон;
  • максимальная скорость нарастания сигнала на вы­ходе;
  • коэффициент полезного действия (КПД);
  • потребляемая мощность;
  • габаритные размеры и вес;
  • специальные характеристики (дизайн, температур­ный диапазон, конструктивные особенности и т. д.).
Обычно нелинейные искажения возрастают по мере роста напряжения на выходе и, соответственно, входного напряжения. Номинальная выходная мощность обычно определя­ется как значение мощности Р при подаче на вход усили­теля синусоидального сигнала с частотой 1 кГц, при котором коэффициент гармоник дорастает до заданного значения — чаще всего 1%. Нередко указывается и диапа­зон частот, в пределах которого усилитель отдает номи­нальную мощность (иногда ее именуют музыкальной). Эту мощность усилитель должен отдавать в течение длитель­ного времени.
Максимальная мощность усилителя - это мощность при возрастании коэффициента гармоник до 5 или 10 Поскольку о качественном звуковоспроизведении в дан­ном случае речь уже идти не может, то эта мощность характеризует как бы предельную энергетику усилителя. На нее должна быть ориентирована и максимальная мощ­ность звуковых колонок, ибо если она заметно ниже, то при случайной перегрузке усилителя колонки могут выйти из строя. Некоторые типы усилителей допускают мостовое под­ключение нагрузки — она включается между потенциаль­ными (их иногда называют горячими) выходными зажима­ми. Напомним, что при обычном включении нагрузка каждого канала имеет один горячий и один холодный, т. е. заземленный, зажим. При мостовом включении уси­литель способен отдавать в 4 раза большую мощность, но только для монофонического сигнала.
Иногда коэффициент нелинейных искажений (гармо­ник) задается как самостоятельный параметр. Но его бесполезно указывать без указания мощности, при кото­рой он измеряется. Часто задают эту мощность, равную половине от номинальной. Строго говоря, Кн зависит и от частоты входного сигнала, поэтому его нередко задают на определенной частоте (обычно 1000 Гц) или в определен­ном частотном диапазоне.
Входное напряжение и входное сопротивление — па­раметры достаточно очевидные. О входном напряжении усилителей мощности уже говорилось. А входное сопро­тивление их обычно невелико — сотни Ом или единицы килоом. Это облегчает получение малых искажений на высоких частотах и делает усилитель некритичным к кабелю, соединяющему его вход с выходом предваритель­ного усилителя. Следует, однако, отметить, что сейчас в усилителях высокого класса иногда стали применять два типа входа -обычный (небалансный) и балансный. Балансный вход имеет три провода: два из них сигнальные, а третий — земля. При балансном входе усилитель усиливает разность вход­ных сигналов (т. е. балансный вход — это то же, что и дифференциальный). Поэтому одинаковые наводки на сиг­нальные провода не создают сигнала шума. Это усложняет схемы устройств, но ради повышения качества усилителей на это идут. В наиболее высококачественных усилителях применяют и оптические входы
Для электромеханического демпфирования акусти­ческих систем желательно иметь низкое выходное сопро­тивление усилителя RBbIx. Однако вместо его задания обычно задается коэффициент демпфирования RH/RBbIX, где RH— сопротивление нагрузки. Коэффициент демпфи­рования иногда задается в децибелах. Практически беспо­лезны значения коэффициента демпфирования выше 40, поскольку общее сопротивление выходной цепи равно сумме RBbIXи RHи получение очень малых RBblxне способно существенно уменьшить общее сопротивление. Разумеется, важнейшим параметром является рабо­чий диапазон частот, определяемый видом АЧХ усилите­ля. Обычно этот диапазон указывают при заданной (в децибелах) неравномерности АЧХ. Оконечные усилители часто строятся по схеме усили­теля мощности постоянного тока. Такие усилители не имеют завала на низких частотах — считается, что нижняя граничная частота у них равна 0. Для улучшения воспро­изведения низких частот это хорошо. Однако при этом требуется построение схемы оконечного каскада с повы­шенной стабильностью, что удорожает усилители. Есть и опасность выхода из строя дорогих колонок при выходе из строя усилителя мощности или при нарушении его балан­сировки, ведущей к появлению на выходе усилителя постоянного напряжения.
Динамический диапазон усилителя (или просто отно­шение сигнал/шум) — это отношение напряжения на выходе при его номинальной мощности UHк напряжению всех шумов и помех Um:
D= 20 log (UH/Um). Он достигает 90—120 дБ у высококачественных уси­лителей и 70—80 дБ у усилителей Hi-Fiумеренного качества. Не следует путать его с динамическим диапазо­ном громкостей — отношением максимальной громкости к минимальной. Минимальная громкость характеризует­ся уровнем около 30—35 дБ шумов в комнате. Расчеты показывают, что для обеспечения динамического диапа­зона звуковоспроизводящих устройств до 90—95 дБ необ­ходимо использовать усилители с номинальной мощно­стью от 40 до 80 Вт.
До сих пор мы лишь слегка затрагивали искажения довольно специфического вида - динамические. Они характеризуют нарушение правильности воспроизведе­ния быстро изменяющихся сигналов, подобных импуль­сам. Установлено, что с этими искажениями прямо свя­зана максимальная скорость нарастания напряжения на выходе усилителя (измеряется в вольтах на микросекун­ду). У современных усилителей она лежит в широких пределах — от нескольких единиц до сотен. Здесь явным преимуществом обладают усилители на мощных полевых транзисторах. Чем выше максимальная скорость нараста­ния усилителя, тем вернее он воспроизводит сигналы с резким во времени нарастанием и спадом и тем меньше вероятность возникновения в усилителе динамических искажений.
Габаритные размеры усилителей в настоящее время унифицированы с тем, чтобы усилители могли встраиваться в типовые стойки, содержащие как оконечные и предварительные усилители, так и проигрыватели различного типа, эквалайзеры, сигнальные процессоры, магнитофоны и т. д.
Нетрудно заметить, что в усилителе наряду с микро­схемами малой и средней степени интеграции широко применяются дискретные компоненты. Хорошо виден слева крупногабаритный силовой трансформатор на замк­нутом тороидальном (круглом) сердечнике. Такой транс­форматор отличается ничтожными полями рассеивания, что позволяет устанавливать рядом с усилителем проиг­рыватели грампластинок и магнитофоны, весьма чув­ствительные к магнитным полям. В источнике питания применяются электролитические конденсаторы большой емкости. Это обеспечивает приемлемый запас энергии источника питания при пиковых мощностях, отдаваемых в нагрузку.

Конструкция усилителя, кажется, очень простой. Но это плод тщательной оптимизации расположения компо­нентов на печатной плате и применения самых высокока­чественных деталей. В усилителе на выходе используются мощные полевые транзисторы. На заднюю стенку выведе­ны гнезда для подключения различных источников вход­ных сигналов и мощные клеммы для подключения двух пар звуковых колонок.